Pompa ciepła powietrze-powietrze: zasada działania, konstrukcja, dobór i obliczenia

Chcesz zainstalować w swoim domu ogrzewanie konwektorowe, w którym do podgrzewania chłodziwa wykorzystywana jest pompa ciepła typu powietrze-powietrze, zapewniająca znaczne oszczędności w kosztach ogrzewania? Zgadzam się, że uzyskanie pełnoprawnego ogrzewania w firmie z ciepłą wodą praktycznie bezpłatnie jest bardzo kuszącym przedsięwzięciem.

Nie wiesz jednak, jak zbudować taki system, aby w alternatywny sposób ogrzewać pomieszczenia i pozyskiwać ciepłą wodę na potrzeby gospodarstwa domowego?

Pomożemy Ci rozwiązać ten problem - w artykule omówiono zasadę działania i budowę pompy. Taki system będzie musiał wydawać energię tylko na pracę sprężarki, a główna ilość ciepła zostanie po prostu pobrana z ulicy z atmosfery, za co nie poproszono nas jeszcze o zapłatę pieniędzy.

Rozważane są także zalety jego wdrożenia do systemu oraz istotne wady. Szczególną uwagę zwraca się na dobór i obliczenia pompy.

A tym, którzy lubią robić wszystko własnymi rękami, sugerujemy samodzielne zbudowanie takiej pompy, korzystając z dostępnych materiałów. Aby pomóc, udostępniamy materiały fotograficzne i rekomendacje wideo dotyczące budowy i działania powietrznej pompy ciepła.

Charakterystyka pompy ciepła powietrze-powietrze

Każda pompa ciepła należy do urządzeń z kuli alternatywna energia. Pobiera energię cieplną mas powietrza na ulicy, z otaczającej ją przestrzeni wewnętrznej, aby nią ogrzać obiekty mieszkalne i niemieszkalne.

Nie wykorzystuje żadnych paliw palnych.

Zewnętrzna pompa ciepła (TN) powietrze-powietrze jest podobne do klimatyzatora inwerterowego, systemu podzielonego z bloku zewnętrznego i wewnętrznego.

I zgodnie z zasadą działania bardziej przypomina lodówkę, tyle że działa „na odwrót”. Ale w przeciwieństwie do obu, ta pompa ciepła jest w stanie zarówno chłodzić, jak i podgrzewać masy powietrza w domu.

Pompa ciepła pobiera energię cieplną niskiej jakości z atmosfery zewnętrznej i podgrzewa za jej pomocą powietrze w pomieszczeniu do komfortowej temperatury

Zasada działania i struktura wewnętrzna

Działanie HP powietrze-powietrze opiera się na prostym zjawisku fizycznym termodynamiki - ciecz parując, chłodzi powierzchnię, z której jest rozproszona. Na przykład para nad kubkiem gorącej herbaty daje ten sam efekt.

Zwykła lodówka działa na tej zasadzie. Wewnątrz znajdują się rurki, przez które krąży czynnik chłodniczy pod wysokim ciśnieniem. Pobiera ciepło z wnętrza zamrażarki, przez co staje się nieco cieplejsza.

Następnie zebrane ciepło jest uwalniane do powietrza w pomieszczeniu poprzez wymiennik ciepła (kratka z tyłu lodówki).

Zimą pompa ciepła powietrze-powietrze podgrzewa powietrze w pomieszczeniu, a latem może je schłodzić

Aby czynnik chłodniczy schłodził się do temperatury roboczej, jest sprężany w sprężarce. Ponadto podczas cyklu pracy freon wewnątrz systemu sprężarka-skraplacz-parownik stale zmienia się z gazowego w ciekły i z powrotem.

Powietrzna pompa ciepła działa dokładnie w ten sam sposób. Tylko, że pobiera ciepło z ulicy, a nie z zamkniętej zamrażarki. Nawet jeśli na zewnątrz jest mroźno, w atmosferze wciąż jest dużo energii cieplnej.

Aby wytworzyć ciepło, pompa ciepła potrzebuje jedynie energii zużytej na pracę sprężarki. Schemat szczegółowo przedstawia proces wymiany ciepła

Pompa ciepła powietrze-powietrze składa się z następujących elementów:

• kompresor;
• parownik z wentylatorem nadmuchowym;
• zawór rozprężny;
• rury miedziane do pompowania freonu między ulicą a domem;
• skraplacz z wentylatorem dostarczającym ogrzane powietrze do pomieszczenia.

Pierwsze trzy elementy tworzą jednostkę zewnętrzną, a ostatni część wewnętrzną pompy ciepła. Izolowane termicznie rury miedziane są przeznaczone do ciągłego przepływu chłodziwa pomiędzy podzielonymi modułami systemu.

Ruch freonu w pompie ciepła zachodzi w błędnym kole, w wyniku czego stale kurczy się i rozszerza

Algorytm działania pompy ciepła powietrze-powietrze jest następujący:

1. Powietrze zewnętrzne jest zasysane do jednostki zewnętrznej przez wentylator i tłoczone przez żebra parownika zewnętrznego. Freon krążący w wymienniku ciepła pochłania dostępną w nim energię cieplną, przechodząc jednocześnie w stan gazowy.
2. Następnie gaz trafia do skraplacza, gdzie jest sprężany. Następnie jest pompowany miedzianymi rurami do jednostki wewnętrznej.
3. W skraplaczu znajdującym się w domu gaz zamienia się z powrotem w ciecz, przekazując ciepło do powietrza w pomieszczeniu.
4. Następnie nadciśnienie jest uwalniane przez zawór rozprężny, a ciekły freon jest ponownie przesyłany do parownika pierwotnego.

Temperatura freonu na wejściu do jednostki zewnętrznej jest zawsze niższa od temperatury otoczenia. Dlatego zawsze pobiera ciepło z atmosfery.

Ale poziom „chłodzenia” płynu chłodzącego w układzie jest stały, a temperatura zewnętrzna stale się zmienia.Z tego powodu przy silnych mrozach TN traci swoją skuteczność.

Cykl ruchu chłodziwa pompy ciepła powietrze-powietrze: 1. jest sprężany przez sprężarkę, 2. skrapla się w wymienniku ciepła, oddając ciepło, 3. wchodzi do zewnętrznego wymiennika ciepła w postaci cieczy, 4. tam odparowuje, wychwytując podczas parowania energię cieplną środowiska zewnętrznego, 5. powraca ponownie do kondensatora

Aby zwiększyć moc pompy ciepła, powierzchnie skraplacza i parownika są możliwie duże. Aby zapewnić nieprzerwaną pracę w zimie, zewnętrzny wymiennik ciepła jest wyposażony we własny system odszraniania.

Plusy i minusy powietrznej pompy ciepła

Każdy złożony technicznie system ma swoje zalety i wady. Broszury reklamowe to jedno, ale w rzeczywistości właściciele pomp ciepła narażają się na pewne problemy.

Jednostki grzewcze/chłodzące typu powietrze-powietrze są korzystne z wielu powodów.

Główne zalety to:

• Wszechstronność. Systemy pozwalają na ogrzewanie i chłodzenie pomieszczeń w zależności od przeznaczenia pomieszczenia, potrzeb oraz pory roku klimatycznego.
• Przyjazność dla środowiska. Umożliwiają całkowite zaprzestanie spalania gazu ziemnego, węgla, drewna opałowego itp., które zanieczyszczają środowisko naturalne produktami spalania.
• Łatwe do zainstalowania. Złożenie systemu z fabrycznie wyprodukowanych podzespołów nie jest trudne. Pompę ciepła możesz zbudować samodzielnie, korzystając z dostępnych materiałów.
• Bezpieczeństwo przeciwpożarowe. Proces wytwarzania ciepła nie wiąże się ze zużyciem paliwa. Nawet zakłócenia w pracy instalacji nie spowodują pożaru.
• Ekonomiczny. Są atrakcyjne ze względu na wysoki współczynnik przenikania ciepła przy minimalnych kosztach (na 1 kW zużytej energii elektrycznej wytwarzają 4–5 kW ciepła). Poza tym szybko się zwracają.
• Przystępność. Koszt systemów wykonanych fabrycznie pozwala prawie każdemu na zakup pompy ciepła. Własnoręcznie wykonana instalacja będzie praktycznie darmowa.
• Łatwość użycia. Najbardziej skomplikowanym technicznie urządzeniem w systemie jest sprężarka, której konserwacja jest trudna. Przy typowym obciążeniu pomp ciepła, sprężarki rzadko ulegają awariom przed czasem obiecanym przez producenta.

Aby zorganizować ogrzewanie w jednym pomieszczeniu, wystarczy zainstaluj system podzielony, zawieszając moduł zewnętrzny na elewacji i konwektor na ścianie wewnętrznej. Aby ogrzać kilka pomieszczeń, będziesz musiał zainstalować kanały rozprowadzające ogrzewane powietrze.

Z każdego kilowata zużytej energii elektrycznej pompa ciepła wytwarza do pięciu kilowatów energii cieplnej

Całe sterowanie pompą ciepła powietrze-powietrze odbywa się poprzez wbudowaną automatykę. Nie będziesz musiał zwracać szczególnej uwagi na działanie i konfigurację tego systemu. Wystarczy regularnie czyścić filtry powietrza i od czasu do czasu je wymieniać.

Do negatywnych aspektów pomp ciepła należą:

• choć nieznaczny, ale wciąż hałas w tle;
• bezpośrednia zależność wydajności systemu od temperatury zewnętrznej;
• wzrost zużycia energii, gdy na zewnątrz robi się zimno;
• kurz stale unoszący się w powietrzu ze względu na ciągłą pracę wentylatora i konwekcję powietrza w pomieszczeniu;
• zależność od zasilania (do nieprzerwanej pracy wymagany będzie generator).

Przy temperaturach zewnętrznych do -10°C wszystko działa idealnie, ciepło pobrane z ulicy wystarczy, aby stworzyć komfortowe warunki w domu. Jednak przy dalszym chłodzeniu wydajność pompy tnącej maleje.

Jeśli domek jest zbudowany na obszarze o zimnym klimacie i silnych mrozach w zimie, nie można obejść się bez dodatkowego kotła lub kominka.

W ciepłym klimacie powietrzna pompa ciepła bez problemu radzi sobie z zadaniami grzewczymi prywatnego domu, ale przy silnych mrozach dodatkowe źródło ciepła nie zaszkodzi

Dla układ ogrzewania powietrza Takie systemy są idealne. Minimalne zużycie energii, wysiłek instalacyjny i problemy konserwacyjne. Ale nie mogą podgrzewać wody. Aby to zrobić, będziesz musiał dodatkowo zainstalować kocioł lub połączyć się z sieciami scentralizowanymi.

Pompy ciepła powietrze-powietrze to optymalny sposób na ogrzewanie budynków wykonanych z drewna lub SIP. Takie budynki charakteryzują się niskimi stratami ciepła, a powietrzna pompa ciepła do ich ogrzewania jest duża.

Latem do podgrzewania wody w basenie można wykorzystać powietrzną pompę ciepła

Podstawowe różnice w stosunku do klimatyzacji

Zewnętrznie pompa ciepła powietrze-powietrze jest podobna do domowego klimatyzatora. Ale ma swoje własne charakterystyczne cechy konstrukcyjne i parametry techniczne.

Pierwsze urządzenie pełni funkcję głównego źródła ogrzewania i działa przez cały rok. Drugi jest bardziej przeznaczony do chłodzenia powietrza w letnie upały.

Główną funkcją pompy ciepła jest ogrzewanie. Jednak wiele modeli ma również możliwość chłodzenia powietrza w pomieszczeniu. Ale w tym trybie pracy są znacznie gorsze od klimatyzatora pod względem efektywności energetycznej. To raczej skrajny przypadek ich zastosowania.

Z wyglądu klimatyzator i nagrzewnica powietrza są podobne, ale mają zupełnie inne cele i charakterystykę działania

Z drugiej strony wielu klimatyzatory inwerterowe może ogrzewać powietrze w pomieszczeniu. Zużywają jednak znacznie więcej prądu niż pompy ciepła. Każde urządzenie ma swój własny cel.

Zastosowanie HP air-to-air to przede wszystkim przejście na odnawialne źródła energii.

Systemy te są opłacalne, pomimo dużej początkowej inwestycji pieniężnej. Obniżenie rachunków za ogrzewanie pokrywa wszystkie koszty początkowe.

Dobór i obliczenia pompy ciepła

Pompa ciepła powietrze-powietrze będzie skuteczna tylko wtedy, gdy zostanie prawidłowo dobrana. Konieczne jest wcześniejsze obliczenie jego mocy w zależności od powierzchni domu. I dopiero wtedy spójrz na ceny różnych producentów.

W obliczeniach wykorzystano współczynnik efektywności energetycznej COP (stosunek mocy HP do wydatkowanej energii).

W „warunkach szklarniowych” często osiąga 4–5 punktów, a najnowocześniejsze modele osiągają 7–8. Jednak gdy temperatura zewnętrzna spada do -15–20°C, liczba ta gwałtownie spada do zaledwie dwóch.

Pompa ciepła zapewnia optymalną wydajność grzewczą przy temperaturach zewnętrznych -10...+10 stopni Celsjusza, dzięki czemu pobiera aż ¾ energii cieplnej z ulicy

Na obliczenia ogrzewania powietrza Należy wziąć pod uwagę:

• termoizolacja i nasłonecznienie pomieszczeń;
• powierzchnia pokoi;
• liczba osób mieszkających w domku;
• ogólne warunki klimatyczne obszaru, na którym znajduje się dom.

W większości domów na każde dziesięć metrów kwadratowych potrzeba około 0,7 kW mocy pompy ciepła. Ale wszystko tutaj jest dość arbitralne. Jeśli sufity są wyższe niż 2,7 m lub ściany i okna są słabo izolowane, wówczas potrzebne będzie więcej ciepła.

Zarówno w Azji, jak i Europie jest wielu producentów pomp ciepła powietrze-powietrze.

Systemy mają dobre recenzje od Daikina, Dimpleks, Hitachi, Vaillanta, Mitsubishi, Fujitsu, Przewoźnik, Aertec, Panasonica I Toshiby. Prawie wszystkie ich modele są przystosowane do krajowych warunków pracy i dobrze się sprawdziły.

Nawet przy skokach napięcia nie pękają i po włączeniu prądu nadal działają prawidłowo.

Cena działających powietrznych pomp ciepła waha się od 90 do 450 tysięcy rubli. Tutaj wiele zależy nie tylko od mocy urządzenia, ale także od dodatkowej funkcjonalności i kraju produkcji.

Wybrane modele uzupełniają:

• filtry do oczyszczania i dezynfekcji powietrza;
• grzejniki rezerwowe;
• generatory elektryczne;
• Moduły GSM do zarządzania systemem;
• jonizatory i ozonizatory.

Praktyka pokazuje, że przy mrozach poniżej -15°C pomieszczenia ogrzewane wyłącznie pompą ciepła stają się chłodne. A bez dodatkowego grzejnika pokoje, szczerze mówiąc, nie pachną komfortowo.

Jednak w regionach południowych, gdzie takie mrozy są rzadkie, HP jest dość skuteczny i więcej niż uzasadnia pieniądze wydane na oszczędzanie zasobów energii.

Domowe ciasto ze starej lodówki

Złożenie pompy ciepła powietrze-powietrze z pojedynczych sprężarek i skraplaczy jest dość trudne bez specjalistycznej wiedzy inżynierskiej. Ale w małym pokoju lub szklarni możesz użyć starej lodówki.

Najprostszą powietrzną pompę ciepła można wykonać z lodówki, wyciągając do niej kanał powietrzny z ulicy i zawieszając wentylator na tylnej kratce wymiennika ciepła

Aby to zrobić, musisz zrobić dwa otwory w przednich drzwiach lodówki. Przez pierwszą powietrze uliczne będzie wchodzić do zamrażarki, a przez drugą dolną będzie odprowadzane z powrotem na ulicę.

Jednocześnie podczas przejścia przez komorę wewnętrzną oddaje część znajdującego się w niej ciepła freonowi.

Można także po prostu wbudować agregat chłodniczy w ścianę z drzwiami otwartymi na zewnątrz i wymiennikiem ciepła z tyłu w pomieszczeniu. Należy jednak wziąć pod uwagę, że moc takiego grzejnika będzie niewielka i zużywa dużo energii elektrycznej.

Powietrze w pomieszczeniu jest podgrzewane przez wymiennik ciepła umieszczony z tyłu lodówki. Taka pompa ciepła może jednak pracować tylko przy temperaturach zewnętrznych nie niższych niż plus pięć stopni Celsjusza.

Te urządzenia gospodarstwa domowego są przeznaczone wyłącznie do użytku w pomieszczeniach zamkniętych.

W dużym domku system ogrzewania powietrznego będzie musiał zostać uzupełniony kanałami powietrznymi, które równomiernie rozprowadzają ciepłe powietrze we wszystkich pomieszczeniach

Instalacja pompy ciepła powietrze-powietrze jest niezwykle prosta. Konieczne jest zainstalowanie bloków zewnętrznych i wewnętrznych, a następnie połączenie ich ze sobą za pomocą obwodu z chłodziwem.

Pierwsza część systemu montowana jest na zewnątrz: bezpośrednio na elewacji, dachu lub obok budynku. Drugi w domu można umieścić na suficie lub ścianie.

Zaleca się montaż jednostki zewnętrznej kilka metrów od wejścia do domku i z dala od okien, nie zapominając o hałasie wytwarzanym przez wentylator.

A wewnętrzny jest zainstalowany tak, aby strumień ciepłego powietrza z niego rozprowadzał się równomiernie po całym pomieszczeniu.

Jeśli planujesz ogrzewać dom składający się z kilku pomieszczeń na różnych piętrach za pomocą pompy ciepła typu powietrze-powietrze, będziesz musiał zainstalować system kanałów wentylacji wymuszonej.

W takim przypadku lepiej zamówić projekt u kompetentnego inżyniera, w przeciwnym razie moc grzejnika może nie wystarczyć dla wszystkich pomieszczeń.

Licznik energii elektrycznej i urządzenie zabezpieczające muszą być w stanie wytrzymać obciążenia szczytowe generowane przez pompę ciepła. Kiedy na zewnątrz nagle robi się zimno, sprężarka zaczyna zużywać prąd wielokrotnie więcej niż zwykle.

Dla takiej nagrzewnicy powietrza najlepiej jest poprowadzić oddzielny przewód zasilający od tablicy rozdzielczej.

Szczególną uwagę należy zwrócić na instalację rur freonowych. Nawet najmniejsze wióry wewnątrz mogą uszkodzić sprzęt sprężarki.

Nie obejdzie się tutaj bez umiejętności lutowania miedzi. Ogólnie rzecz biorąc, uzupełnianie czynnika chłodniczego należy powierzyć profesjonalistom, aby uniknąć późniejszych problemów z wyciekami czynnika chłodniczego.

Instrukcje krok po kroku dotyczące wykonania pompy ciepła z lodówki opisano w Ten artykuł.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Zasada działania systemu podziału termicznego powietrze-powietrze:

Powietrzna pompa ciepła w systemie grzewczym domu dwupiętrowego:

Klimatyzator inwerterowy czy powietrzna pompa ciepła – co jest lepsze?

Pompy ciepła powietrze-powietrze to urządzenia charakteryzujące się dużą wydajnością. Są łatwe w utrzymaniu, wygodne w użytkowaniu i ekonomiczne.

W sprzedaży jest obecnie ogromny wybór podobnych systemów, można wybrać instalację grzewczą dla każdego domu. Wystarczy poprawnie obliczyć jego moc, wtedy będzie skutecznie służyć przez wiele lat.

Co sądzisz o wydajności i wykonalności stosowania pomp ciepła powietrze-powietrze? Podziel się swoją opinią, zostaw opinię na temat użytkowania jednostek i zadawaj pytania. Formularz komentarzy znajduje się poniżej.