Тепловой насос воздух-воздух
Отапливая свой дом, все мы стремимся получить наибольший комфорт и при этом заплатить минимальную цену. Поэтому часто выбор склоняется в пользу того или иного энергоносителя, наиболее доступного и дешевого в той местности, где мы проживаем. Хорошо, если можно остановить свой выбор на доступном газообразном или недорогом твердом топливе. Если же нет другой альтернативы, кроме как использовать для отопления дорогое электричество, на помощь приходит тепловой насос воздух-воздух, способный дать в несколько раз больше тепловой энергии, чем было потрачено электрической.
Чтобы узнать, благодаря чему возможен такой КПД и насколько эффективной может быть использование воздушной системы отопления, необходимо рассмотреть работу теплового насоса самым тщательным образом.
Тепловой насос воздух-воздух. Принцип действия
Тепловой насос – по своей сути тот же холодильник, только работающий в обратную сторону. Судите сами: принцип работы обеих устройств построен на физическом явлении, при котором любая испаряющаяся жидкость охлаждает поверхность, из которой она испаряется. Другими словами, испаряясь, жидкость отбирает часть тепла у поверхности испарения.
Именно так устроен холодильник: компрессор под высоким давлением нагнетает хладагент (жидкость) в испаритель (поверхность испарения). Там происходит отбор тепла из внешней среды (холодильная камера) за счет испарения теплоносителя. Сам хладагент при этом нагревается за счет этого тепла. Далее он отдает энергию теплообменнику (охлаждается в конденсаторе), возвращается в компрессор и все происходит сначала.
Тепловой насос работает аналогично. Только он отбирает тепло не из закрытой камеры, а из окружающей среды. Даже при отрицательной внешней температуре атмосферы, она имеет определенное количество тепла, относительно помещенного в нее предмета с еще меньшей температурой. Другими словами, если температура окружающей среды равняется -100 Со, то, установленный снаружи предмет с температурой -200 Со со временем нагреется ровно на 100 Со. Вот эти 10 градусов тепла и использует тепловой агрегат. Постоянно отбирая разницу в температуре у новых порций воздуха, воздушный тепловой насос создает температуру на выходе из устройства, достаточную для обогрева помещений. При этом агрегат использует электроэнергию только на обеспечение работы компрессора и схемы управления. Для нагрева помещения используется тепло атмосферы.
Использование тепловых насосов для систем обогрева
Идея обогреть дом с помощью воздуха не нова. Подобные разработки начались еще в середине двадцатого столетия. Согласитесь, что затратить 1 кВт электроэнергии на работу компрессора и при этом получить 3-5 кВт теплоты на выходе теплового насоса, намного эффективнее, чем напрямую переводить электрическую энергию в тепловую, пусть даже и со 100% КПД.
Кондиционеры, работающие в режиме теплового насоса, способны покрыть 100% потребность в тепле в холодное время года. При максимально низкой температуре воздуха производительности устройств может быть недостаточно, поэтому придется использовать дополнительные источники тепла – камины, печи, электрообогреватели. Наиболее эффективным будет совместное использование традиционного газового или твердотопливного отопления и кондиционера в режиме теплового насоса.
Эффективность использования атмосферного тепла
Любой тепловой насос использует два источника энергии – электроэнергию и теплоту внешней среды. Тепловой воздушный насос использует 20-25% электроэнергии в зависимости от конструктивных особенностей. Эта энергия расходуется на работу компрессора, функционирование автоматики, нагрев некоторых внешних блоков и т.д. До 80% энергии тепловой насос воздух-воздух берет из атмосферного воздуха.
Если вы решили обогреть дом с помощью воздуха, знайте, что каждый используемый киловатт электроэнергии в итоге дополнительно привлекает до 4 кВт тепла. Отличная экономическая эффективность, не так ли?
Выбирая тепловой насос необходимо учитывать коэффициент преобразования COP (coefficient of performance), показывающий соотношение между затрачиваемой и привлекаемой энергией. Значение COP, равное 4 говорит о том, что на каждый полученный 1 кВт тепловой энергии устройство затрачивает всего 250 Вт электроэнергии.
Схема теплового насоса воздух-воздух
Использование тепловых насосов воздух воздух, благодаря одинаковой среде внутреннего и наружного блоков, позволяет при необходимости переключать устройство в режим кондиционирования. Для этого в их конструкции имеется клапан обратимости. Принцип работы такого теплового насоса отлично показывает следующая схема.
Преимущества и недостатки отопительных систем воздух-воздух
Применение воздушной системы отопления эффективно и экономически выгодно, имеет множество преимуществ по сравнению с другими системами обогрева:
- Сравнительно низкая цена тепловых насосов воздух-воздух. Чтобы обогреть дом с помощью воздуха, не нужно монтировать никаких дополнительных систем.
- Низкое энергопотребление – всего 25% по сравнению с традиционными электронагревательными устройствами.
- Быстрая самоокупаемость: тепловой насос такого типа окупается в течение 2-3 лет.
- Надежность и долговечность (вспомните длительно работающие холодильники и кондиционеры. Всё это однотипные устройства).
- Минимальная потребность в обслуживании.
Несмотря на такое огромное количество плюсов, использование тепловых насосов воздух-воздух ограничено из-за снижения их эффективности при температуре ниже 0 Со. При морозах -250 Со и ниже работа этих устройств невозможна. Поэтому в районах с холодным климатом используют тепловые насосы других типов.
Отзывы владельцев. Выводы
Отзывы потребителей, использующих тепловые насосы, довольно полярные. При этом прослеживается такая закономерность: чем южнее проживает владелец устройства, тем больше его устраивает такая система отопления. Жители северных регионов утверждают, что эффективность тепловых насосов с наступлением морозов падает и приходится использовать дополнительные источники энергии, такие как газ или твердое топливо. Соответственно и самоокупаемость насоса при его установке в южных и умеренных широтах наступает намного раньше, чем при его использовании на севере страны.
Исходя из этих факторов, можно рекомендовать обустройство воздушной системы отопления для строений, находящихся в регионах с теплым климатом, где температура в зимний период не опускается ниже отметки в 0 Со. Для районов с умеренным климатом использование тепловых насосов совместно с другими системами отопления позволяет значительно снизить общие затраты на обогрев жилья. В северных регионах применение насосов воздух-воздух эффективно только ограниченный период времени и имеет наиболее длительный срок окупаемости.
