Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch: princip činnosti, návrh, výběr a výpočty

Chcete si ve svém domě instalovat konvektorové vytápění, kde k ohřevu chladicí kapaliny slouží tepelné čerpadlo vzduch-vzduch, poskytující výraznou úsporu nákladů na vytápění? Uznejte, že získat plnohodnotné vytápění ve firmě teplou vodou prakticky zdarma je velmi lákavý podnik.

Nevíte ale, jak postavit takový systém pro alternativní vytápění místností a získávání teplé vody pro domácí potřeby?

Pomůžeme vám vyřešit tento problém - článek popisuje princip fungování a konstrukci čerpadla. Takový systém bude muset utrácet energii pouze na provoz kompresoru a hlavní objem tepla bude jednoduše odebírán z ulice z atmosféry, za což jsme ještě nebyli požádáni o peníze.

Zvažovány jsou také výhody jeho implementace do systému a značné nevýhody. Zvláštní pozornost je věnována výběru a výpočtu čerpadla.

A pro ty, kteří rádi dělají vše vlastníma rukama, doporučujeme postavit takové čerpadlo sami pomocí dostupných materiálů. Jako pomoc poskytujeme fotografické materiály a video doporučení k návrhu a provozu vzduchového tepelného čerpadla.

Charakteristika tepelného čerpadla vzduch-vzduch

Jakékoliv tepelné čerpadlo patří do zařízení ze sféry alternativní energie. Odebírá tepelnou energii vzduchových hmot na ulici, z okolního prostoru uvnitř, aby s ní vytápěla bytové i nebytové objekty.

Nepoužívá žádná hořlavá paliva.

Externě tepelné čerpadlo (TN) vzduch-vzduch je podobný invertorové klimatizaci, dělený systém z vnějšího a vnitřního bloku.

A podle principu fungování to spíše připomíná ledničku, jen to funguje „naopak“. Ale na rozdíl od obou je toto tepelné čerpadlo schopno jak ochlazovat, tak ohřívat vzduchové hmoty v domě.

Tepelné čerpadlo odebírá nekvalitní tepelnou energii z venkovní atmosféry a ohřívá s ní vzduch v místnosti na příjemné teploty

Princip fungování a vnitřní struktura

Provoz HP vzduch-vzduch je založen na jednoduchém fyzikálním jevu termodynamiky - když se kapalina odpařuje, ochlazuje povrch, ze kterého je rozptýlena. Stejný účinek má například pára nad hrnkem horkého čaje.

Na tomto principu funguje běžná lednička. Uvnitř jsou trubky, kterými pod vysokým tlakem cirkuluje chladivo. Odebírá teplo z vnitřku mrazničky a mírně se zahřívá.

Poté se nashromážděné teplo uvolňuje do vzduchu v místnosti přes tepelný výměník (mřížka v zadní části chladničky).

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch v zimě ohřívá vzduch v místnosti a v létě jej dokáže ochlazovat

A aby se chladivo ochladilo na provozní teploty, je stlačeno v kompresoru. Navíc během provozního cyklu freon uvnitř systému kompresor-kondenzátor-výparník neustále se mění z plynného na kapalné a zpět.

Vzduchové tepelné čerpadlo funguje úplně stejně. Teplo odebírá pouze z ulice a ne z uzavřeného mrazáku. I když je venku mráz, v atmosféře je stále hodně tepelné energie.

K výrobě tepla potřebuje tepelné čerpadlo pouze energii vynaloženou na provoz kompresoru. Diagram ukazuje podrobně proces přenosu tepla

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch se skládá z následujících prvků:

• kompresor;
• výparník s ventilátorem s nuceným oběhem vzduchu;
• expanzní ventil;
• měděné trubky pro čerpání freonu mezi ulicí a domem;
• kondenzátor s ventilátorem přivádějícím ohřátý vzduch do místnosti.

První tři prvky tvoří vnější jednotku a poslední patří k vnitřní části tepelného čerpadla. Tepelně izolované měděné trubky jsou určeny pro nepřetržitý pohyb chladicí kapaliny mezi těmito moduly děleného systému.

Pohyb freonu v tepelném čerpadle probíhá v začarovaném kruhu, v důsledku čehož se neustále smršťuje a roztahuje

Provozní algoritmus tepelného čerpadla vzduch-vzduch je následující:

1. Venkovní vzduch je nasáván do venkovní jednotky ventilátorem a hnán přes žebra externího výparníku. Freon cirkulující výměníkem tepla absorbuje tepelnou energii, která je v něm k dispozici, přičemž přechází do plynného stavu.
2. Plyn pak vstupuje do kondenzátoru, kde je stlačen. A pak je čerpán měděnými trubkami do vnitřní jednotky.
3. V kondenzátoru umístěném v domě se plyn mění zpět na kapalinu a přenáší teplo do vnitřního vzduchu.
4. Poté se přetlak uvolní přes expanzní ventil a kapalný freon je opět odeslán do primárního výparníku.

Teplota freonu vstupujícího do vnější jednotky je vždy nižší než teplota okolí. Proto vždy odebírá teplo z atmosféry.

Úroveň „chlazení“ chladicí kapaliny v systému je však konstantní a venkovní teplota neustále kolísá.Z tohoto důvodu při silných mrazech ztrácí TN účinnost.

Cyklus pohybu chladiva tepelného čerpadla vzduch-vzduch: 1. je stlačováno kompresorem, 2. kondenzuje ve výměníku tepla a odevzdává teplo, 3. vstupuje do vnějšího výměníku tepla ve formě kapaliny, 4. tam se vypařuje, přičemž při vypařování zachycuje tepelnou energii vnějšího prostředí, 5. se opět vrací do kondenzátoru

Pro zvýšení výkonu tepelného čerpadla jsou plochy kondenzátoru a výparníku vyrobeny co největší. A pro nepřetržitý provoz v zimě je externí výměník tepla vybaven vlastním odmrazovacím systémem.

Výhody a nevýhody vzduchového tepelného čerpadla

Každý technicky složitý systém má své výhody a nevýhody. Reklamní brožury jsou jedna věc, ale ve skutečnosti majitelé tepelných čerpadel riskují, že se setkají s určitými problémy.

Topné/chladicí jednotky vzduch-vzduch jsou výhodné z mnoha důvodů.

Mezi hlavní výhody patří:

• Všestrannost. Systémy umožňují vytápět a chladit místnosti v závislosti na účelu místnosti, potřebách a klimatickém období.
• Šetrnost k životnímu prostředí. Umožňují zcela zastavit spalování zemního plynu, uhlí, palivového dřeva atd., které znečišťují přírodní prostředí zplodinami hoření.
• Snadná instalace. Sestavení systému z továrně vyrobených komponent není složité. Tepelné čerpadlo si můžete postavit sami pomocí dostupných materiálů.
• Požární bezpečnost. Proces výroby tepla nezahrnuje použití paliva. Ani přerušení provozu zařízení nepovede k požáru.
• Hospodárný. Jsou atraktivní vysokým součinitelem prostupu tepla při minimálních nákladech (na 1 kW spotřebované elektřiny vyrobí 4–5 kW tepla). Navíc se rychle zaplatí.
• Dostupnost. Náklady na továrně vyrobené systémy umožňují téměř každému pořídit si tepelné čerpadlo. Vlastní instalace bude prakticky zdarma.
• Snadnost použití. Technicky nejsložitějším zařízením v systému je kompresor, s jehož údržbou je obtížné se vyrovnat. Při typické zátěži tepelných čerpadel kompresory jen zřídka selžou dříve, než výrobce slibuje.

Pro organizaci vytápění v jedné místnosti to stačí nainstalovat split systém, zavěšení vnějšího modulu na fasádu a konvektoru na vnitřní stěnu. Chcete-li vytopit několik místností, budete muset nainstalovat kanály pro rozvod vytápěného vzduchu.

Na každý spotřebovaný kilowatt elektřiny vyrobí tepelné čerpadlo až pět kilowattů tepelné energie

Veškeré ovládání tepelného čerpadla vzduch-vzduch se provádí pomocí vestavěné automatiky. Nebudete muset věnovat zvláštní pozornost provozu a konfiguraci tohoto systému. Vzduchové filtry budete muset pravidelně čistit a občas je měnit.

Mezi negativní aspekty tepelných čerpadel patří:

• sice nevýznamný, ale přesto hluk na pozadí;
• přímá závislost účinnosti systému na vnější teplotě;
• zvýšení spotřeby energie, když se venku ochladí;
• prach neustále visící ve vzduchu v důsledku nepřetržitého provozu ventilátoru a konvekce vzduchu v místnosti;
• závislost na napájení (pro nepřerušovaný provoz bude potřeba generátor).

Při venkovních teplotách do -10°C vše funguje perfektně, teplo odebrané z ulice stačí k vytvoření komfortních podmínek v domě. S dalším chlazením ale účinnost řezacího čerpadla klesá.

Pokud je chata postavena v oblasti s chladným klimatem a silnými mrazy v zimě, pak se bez přídavného kotle nebo krbu neobejdete.

V teplých klimatických podmínkách se vzduchové tepelné čerpadlo bez problémů vypořádá s vytápěním soukromého domu, ale při silných mrazech neuškodí další zdroj tepla.

Pro uspořádání ohřevu vzduchu Takové systémy jsou ideální. Minimální spotřeba energie, námaha při instalaci a problémy s údržbou. Neumějí ale ohřívat vodu. Chcete-li to provést, budete muset dodatečně nainstalovat kotel nebo se připojit k centralizovaným sítím.

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch jsou optimálním způsobem vytápění budov ze dřeva nebo SIP. Takové budovy mají nízké tepelné ztráty a kapacita vzduchového tepelného čerpadla pro jejich vytápění je dostatečná.

V létě lze pro ohřev bazénové vody využít tepelné čerpadlo vzduch-vzduch

Zásadní rozdíly od klimatizace

Zvenčí je tepelné čerpadlo vzduch-vzduch podobné domácí klimatizaci. Má však své vlastní charakteristické prvky designu a technické vlastnosti.

První zařízení je využíváno jako hlavní zdroj vytápění s celoročním provozem. A druhý je spíše určen pro chlazení vzduchu v letních vedrech.

Hlavní funkcí tepelného čerpadla je vytápění. Mnoho modelů je však také schopno chladit vnitřní vzduch. Ale v tomto provozním režimu jsou z hlediska energetické účinnosti výrazně horší než klimatizace. Jedná se spíše o extrémní případ jejich použití.

Vzhledově jsou klimatizace a ohřívač vzduchu podobné, ale mají zcela odlišné účely a výkonnostní charakteristiky

Na druhou stranu mnoho invertorové klimatizace může ohřívat vnitřní vzduch. Spotřebovávají ale mnohem více elektřiny než tepelná čerpadla. Každé zařízení má svůj vlastní účel.

Použití vzduch-vzduch HP je především přechodem na obnovitelné zdroje energie.

Tyto systémy jsou nákladově efektivní, a to i přes velké počáteční finanční investice. Snížení účtů za vytápění zaplatí všechny počáteční náklady.

Výběr a výpočty tepelného čerpadla

Tepelné čerpadlo vzduch-vzduch bude účinné pouze tehdy, pokud je správně zvoleno. Jeho výkon je nutné předem vypočítat v závislosti na rozloze domu. A teprve pak se podívejte na ceny různých výrobců.

Výpočty využívají koeficient energetické účinnosti COP (poměr výkonu TČ k vynaložené energii).

Ve „skleníkových podmínkách“ často dosahuje 4–5 bodů a nejmodernější modely dosahují 7–8. Když však venkovní teplota klesne na -15–20°C, toto číslo prudce klesne na pouhé dva.

Tepelné čerpadlo produkuje optimální topný výkon při venkovních teplotách -10...+10 stupňů Celsia, takže odebírá až ¾ tepelné energie z ulice

Na výpočet ohřevu vzduchu je třeba vzít v úvahu:

• tepelná izolace a izolace prostor;
• plocha místností;
• počet osob žijících v chatě;
• obecné klimatické podmínky oblasti, kde se dům nachází.

U většiny domů je potřeba asi 0,7 kW výkonu tepelného čerpadla na každých deset metrů čtverečních. Ale vše je zde zcela libovolné. Pokud jsou stropy vyšší než 2,7 m nebo jsou stěny a okna špatně izolované, bude potřeba více tepla.

V Asii i Evropě je mnoho výrobců tepelných čerpadel vzduch-vzduch.

Systémy mají dobré recenze od Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Dopravce, Aertec, Panasonic A Toshiba. Téměř všechny jejich modely jsou přizpůsobeny domácím provozním podmínkám a dobře se osvědčily.

Ani při napěťových rázech se nerozbijí a po zapnutí elektřiny dále správně fungují.

Cena běžících vzduchových tepelných čerpadel se pohybuje od 90 do 450 tisíc rublů. Zde hodně závisí nejen na výkonu jednotky, ale také na dodatečné funkčnosti a zemi výroby.

Vybrané modely doplňují:

• filtry pro čištění a dezinfekci vzduchu;
• záložní ohřívače;
• elektrické generátory;
• GSM moduly pro správu systému;
• ionizátory a ozonizátory.

Praxe ukazuje, že při mrazech pod -15 °C se místnosti vytápěné pouze tepelným čerpadlem ochladí. A bez přídavného topení pokoje upřímně nevoní pohodlně.

Nicméně v jižních oblastech, kde jsou takové mrazy vzácné, je HP docela efektivní a více než ospravedlňuje vynaložené peníze úsporou energetických zdrojů.

Domácí ze staré lednice

Sestavit tepelné čerpadlo vzduch-vzduch z jednotlivých kompresorů a kondenzátorů bez specializovaných inženýrských znalostí je poměrně obtížné. Ale pro malou místnost nebo skleník můžete použít starou lednici.

Nejjednodušší vzduchové tepelné čerpadlo lze vyrobit z chladničky tak, že se do ní z ulice protáhne vzduchové potrubí a ventilátor se zavěsí na zadní mřížku výměníku

Chcete-li to provést, musíte v předních dveřích chladničky vytvořit dva otvory. Přes první bude vzduch z ulice vstupovat do mrazáku a přes druhý spodní bude vypouštěn zpět na ulici.

Zároveň při průchodu vnitřní komorou předá část tepla v ní přítomného freonu.

Chladicí stroj můžete také jednoduše zabudovat do stěny s dveřmi otevřenými ven a výměníkem tepla vzadu do místnosti. Je však třeba vzít v úvahu, že výkon takového ohřívače bude malý a spotřebovává hodně elektřiny.

Vzduch v místnosti je ohříván výměníkem tepla v zadní části chladničky. Takové tepelné čerpadlo však může pracovat pouze při venkovních teplotách ne nižších než plus pět stupňů Celsia.

Tyto domácí spotřebiče jsou určeny pouze pro vnitřní použití.

Ve velké chatě bude muset být systém vytápění vzduchu doplněn vzduchovými kanály, které distribuují teplý vzduch rovnoměrně do všech místností

Instalace tepelného čerpadla vzduch-vzduch je extrémně jednoduchá. Je nutné nainstalovat vnější a vnitřní bloky a poté je vzájemně propojit okruhem s chladicí kapalinou.

První část systému je instalována venku: přímo na fasádě, střeše nebo vedle budovy. Druhý v domě lze umístit na strop nebo na stěnu.

Venkovní jednotku doporučujeme instalovat několik metrů od vchodu do chaty a dále od oken, nezapomeňte na hluk produkovaný ventilátorem.

A ten vnitřní je instalován tak, aby se proud teplého vzduchu z něj šířil rovnoměrně po celé místnosti.

Pokud plánujete vytápět dům s několika místnostmi v různých podlažích pomocí tepelného čerpadla vzduch-vzduch, budete muset nainstalovat systém nuceného větrání.

V tomto případě je lepší objednat projekt u kompetentního inženýra, jinak výkon ohřívače nemusí stačit pro všechny prostory.

Elektroměr a ochranné zařízení musí odolat špičkovému zatížení generovanému tepelným čerpadlem. Když venku náhle nastane zima, kompresor začne spotřebovávat elektřinu mnohonásobně více než obvykle.

Pro takový ohřívač vzduchu je nejlepší položit samostatné přívodní potrubí z rozvodného panelu.

Zvláštní pozornost by měla být věnována instalaci freonových trubek. I ty nejmenší třísky uvnitř mohou poškodit zařízení kompresoru.

Zde se neobejdete bez dovednosti pájení mědi. Obecně platí, že doplňování chladiva by mělo být svěřeno profesionálovi, aby se předešlo pozdějším problémům s únikem chladiva.

Pokyny krok za krokem pro výrobu tepelného čerpadla z chladničky jsou popsány v tento článek.

Závěry a užitečné video k tématu

Princip činnosti tepelného split systému vzduch-vzduch:

Vzduchové tepelné čerpadlo v topném systému dvoupodlažního domu:

Invertorová klimatizace nebo vzduchové tepelné čerpadlo – co je lepší?

Tepelná čerpadla vzduch-vzduch jsou vysoce účinná zařízení. Snadno se udržují, jsou pohodlné a ekonomické.

Nyní je v prodeji obrovská škála podobných systémů, můžete si vybrat instalaci vytápění pro jakýkoli dům. Stačí si správně spočítat jeho sílu, pak bude efektivně sloužit po mnoho let.

Co si myslíte o účinnosti a proveditelnosti použití tepelných čerpadel vzduch-vzduch? Podělte se o svůj názor, zanechte zpětnou vazbu na používání jednotek a ptejte se. Formulář komentáře se nachází níže.