Pompă de căldură “aer-aer”: principiu de funcționare, structură, selectare și calcule

Doriți să amenajați în casă o încălzire prin convector, în care pentru încălzirea agentului termic se utilizează o pompă de căldură «aer-aer», care asigură o economie semnificativă a costurilor de încălzire? Recunoașteți că a obține o încălzire completă împreună cu apă caldă aproape gratuit este o propunere foarte tentantă.

Dar nu știți cum să construiți un astfel de sistem, pentru a încălzi încăperile într-un mod alternativ și a obține apă caldă pentru nevoi casnice?

Vă vom ajuta să înțelegeți această problemă — în articol sunt prezentate principiul de funcționare și construcția pompei. Un astfel de sistem va trebui să consume energie doar pentru funcționarea compresorului, iar volumul principal de căldură va fi preluat pur și simplu de afară din atmosferă, pentru care, deocamdată, nu ni se cer bani.

De asemenea, sunt analizate avantajele integrării sale în sistem și dezavantajele semnificative. O atenție deosebită este acordată selecției și calculului pompei.

Iar pentru pasionații care doresc să facă totul cu propriile mâini, vă propunem să construiți o astfel de pompă pe cont propriu, folosind materiale la îndemână. Ca ajutor, oferim materiale foto și recomandări video privind construcția și funcționarea pompei de căldură cu aer.

Caracteristica pompei de căldură aer-aer

Orice pompă de căldură face parte din echipamentele din sfera energeticii alternative. Aceasta preia energia termică a maselor de aer de afară, din spațiul înconjurător din încăpere, pentru a încălzi cu ea obiecte rezidențiale și nerezidențiale.

În acest sens, nu se utilizează niciun fel de combustibili care se ard.

Exterior, pompa de căldură (PC) aer-aer seamănă cu un aparat de aer condiționat inverter, un sistem split format dintr-un modul exterior și unul interior.

Iar după principiul de funcționare, seamănă mai degrabă cu un frigider, doar că funcționează „invers”. Dar, spre deosebire de ambele, această pompă de căldură este capabilă atât să răcească, cât și să încălzească masele de aer din casă.

Pompa de căldură preia energia termică de joasă temperatură din atmosfera de afară și încălzește cu ea aerul din încăpere până la temperaturi confortabile

Principiul de funcționare și construcția interioară

La baza funcționării PC aer-aer se află un simplu fenomen fizic din termodinamică – lichidul, la evaporare, răcește suprafața de pe care se evaporă. De exemplu, aburul deasupra unei căni cu ceai fierbinte demonstrează același efect.

Pe acest principiu funcționează și un frigider obișnuit. În interiorul acestuia se află tuburi prin care circulă agentul frigorific sub presiune înaltă. Acesta preia căldura din spațiul interior al camerei de congelare, încălzindu-se ușor în acest proces.

Apoi căldura colectată este cedată aerului din cameră prin intermediul schimbătorului de căldură (grila din spatele frigiderului).

Iarna, pompa de căldură aer-aer încălzește aerul din cameră, iar vara îl poate răci.

Iar pentru ca agentul frigorific să se răcească la temperaturile de lucru, acesta este comprimat în compresor. Mai mult, pe parcursul ciclului de funcționare, freonul din interiorul sistemului compresor-condensator-evaporator trece constant din starea gazoasă în lichidă și invers.

Pompa de căldură aer-aer funcționează absolut similar. Doar că ea preia căldura din exterior, nu dintr-un congelator închis. Chiar dacă afară este ger, în atmosferă există totuși o cantitate considerabilă de energie termică.

Pentru producerea căldurii, pompa de căldură are nevoie doar de energia consumată pentru funcționarea compresorului. În schemă este ilustrat în detaliu procesul de transfer al căldurii.

Pompa de căldură aer-aer este alcătuită din următoarele elemente:

• compresor;
• evaporator cu ventilator de aer forțat;
• supapă de expansiune;
• tuburi de cupru pentru pomparea freonului între exterior și casă;
• condensator cu ventilator de alimentare cu aer încălzit în încăpere.

Primele trei elemente alcătuiesc unitatea exterioară, iar ultimul aparține părții interioare a pompei de căldură. Tuburile de cupru termoizolate sunt destinate deplasării continue a agentului termic între aceste module ale sistemului split.

Mișcarea freonului în pompa de căldură are loc într-un circuit închis, ca urmare a faptului că acesta este comprimat și expandat constant.

Algoritmul de funcționare a pompei de căldură aer-aer este următorul:

1. Aerul exterior este aspirat de ventilator în unitatea exterioară și trecut prin aripioarele evaporatorului extern. Freonul care circulă prin schimbătorul de căldură absoarbe energia termică existentă în acesta, trecând în stare gazoasă.
2. Apoi gazul ajunge în condensator, unde este comprimat. Și apoi este pompat prin tuburile de cupru în unitatea interioară.
3. În condensatorul situat în casă, gazul trece înapoi în stare lichidă, transferând căldura aerului din interiorul încăperii.
4. Apoi, presiunea în exces este eliberată prin intermediul supapei de expansiune, iar freonul lichid este trimis din nou în evaporatorul primar.

Valoarea temperaturii freonului care intră în unitatea exterioară este întotdeauna mai mică decât temperatura mediului ambiant. Prin urmare, el preia întotdeauna căldură din atmosferă.

Dar nivelul de „răcire” al agentului termic din sistem este constant, iar temperatura exterioară fluctuează constant. Din acest motiv, la înghețuri puternice, pompa de căldură își pierde eficiența.

Ciclul de mișcare al agentului termic al pompei de căldură aer-aer: 1. este comprimat de compresor, 2. se condensează în schimbătorul de căldură, cedând căldură, 3. sub formă de lichid intră în schimbătorul de căldură exterior, 4. acolo se evaporă, capturând în timpul evaporării energia termică a mediului exterior, 5. se întoarce din nou în condensator.

Pentru a mări puterea pompei de căldură, suprafețele condensatorului și evaporatorului sunt făcute cât mai mari. Iar pentru funcționarea neîntreruptă în perioada de iarnă, schimbătorul de căldură exterior este dotat cu propriul sistem de dezghețare.

Avantaje și dezavantaje ale pompei de căldură cu aer

Fiecare sistem tehnic complex are propriile sale avantaje și dezavantaje. Prospectele publicitare sunt una, dar în realitate proprietarii pompelor de căldură riscă să se confrunte cu anumite probleme.

Instalațiile de încălzire/răcire de tip «aer-aer» sunt avantajoase, din mai multe motive.

Printre principalele avantaje se numără:

• Versatilitate. Sistemele permit încălzirea și răcirea încăperilor în funcție de destinația camerei, de necesități și de sezonul climatic.
• Ecologicitate. Oferă posibilitatea de a renunța complet la arderea gazelor naturale, cărbunelui, lemnelor etc., care poluează mediul natural cu produse de ardere.
• Simplitate de montare. Asamblarea sistemului din componente de producție fabricate nu va fi dificilă. Se poate construi manual o pompă de căldură din materiale la îndemână.
• Siguranță la incendiu. Procesul de obținere a căldurii nu implică utilizarea de combustibil. Chiar și defecțiunile în funcționarea instalației nu pot provoca incendii.
• Eficiență economică. Atrag prin coeficientul ridicat de transfer termic la costuri minime (pentru 1 kW consumat de energie electrică, ele produc 4–5 kW de căldură). În plus, se amortizează rapid.
• Accesibilitate ca preț. Costul sistemelor fabricate în fabrică permite aproape oricui să achiziționeze o pompă de căldură. O instalație realizată manual va fi practic gratuită.
• Ușurință în exploatare. Cel mai complex dispozitiv din sistem – compresorul, cu a cărui întreținere este greu să nu te descurci. Cu sarcina caracteristică pompelor de căldură, compresoarele se defectează rareori înainte de termenul promis de producător.

Pentru organizarea încălzirii într-o singură cameră, este suficient să instalați un sistem split, montând pe fațadă modulul exterior, iar pe peretele interior – convectorul. Pentru a încălzi mai multe încăperi, va trebui să amenajați canale de distribuție a aerului încălzit.

Pentru fiecare kilowatt de electricitate consumat, pompa de căldură furnizează până la cinci kilowați de energie termică

Toată gestionarea pompei de căldură aer-aer este realizată de automatizarea încorporată. Nu va trebui să acordați o atenție deosebită funcționării și setării acestui sistem. Va trebui doar să curățați regulat filtrele de aer și să le schimbați ocazional.

Printre aspectele negative ale pompelor de căldură putem menționa:

• un fond sonor, chiar dacă nesemnificativ, dar totuși prezent;
• dependența directă a eficienței sistemului de temperatura exterioară;
• creșterea consumului de electricitate la răcirea vremii;
• praful care plutește constant în aer din cauza funcționării continue a ventilatorului și a convecției aerului în cameră;
• dependența de alimentarea cu electricitate (pentru funcționarea neîntreruptă va fi necesar un generator).

La temperaturi exterioare de până la -10°C totul funcționează perfect, căldura preluată din exterior este suficientă pentru a crea condiții confortabile în casă. Dar la o răcire suplimentară, eficiența pompei scade brusc.

Dacă vila este construită într-o zonă cu climă rece și înghețuri puternice iarna, nu se poate face fără un cazan sau șemineu suplimentar.

În climatele calde, pompa de căldură aeriană face față fără probleme sarcinilor de încălzire a unei case private, dar la înghețuri puternice, o sursă suplimentară de căldură nu strică.

Pentru amenajarea încălzirii pe aer astfel de sisteme sunt ideale. Minim de cheltuieli cu electricitatea, efort de instalare și probleme de întreținere. Dar cu ele nu se poate încălzi apa. Pentru aceasta va trebui să instalați suplimentar un boiler sau să vă conectați la rețelele centralizate.

Pompele de căldură aer-aer reprezintă modalitatea optimă de încălzire a clădirilor construite din lemn sau SIP. Astfel de construcții au pierderi termice scăzute, iar puterile pompei de căldură aeriene sunt suficiente din plin pentru încălzirea lor.

În perioada de vară, pompa de căldură aer-aer poate fi utilizată pentru încălzirea apei din piscină

Diferențe fundamentale față de aerul condiționat

Exterior, pompa de căldură aer-aer este asemănătoare cu un aparat de aer condiționat de uz casnic. Dar are propriile caracteristici constructive distinctive și parametri tehnici.

Primul dispozitiv este utilizat ca sursă principală de încălzire, funcționând pe tot parcursul anului. Al doilea este destinat mai mult răcirii aerului în căldura verii.

Funcția principală a pompei de căldură este încălzirea. Cu toate acestea, multe modele pot și răci aerul din încăpere. Dar în acest mod de funcționare, ele sunt semnificativ inferioare aerului condiționat în ceea ce privește eficiența energetică. Aceasta este mai degrabă o situație limită de utilizare.

Din punct de vedere al aspectului, aerul condiționat și pompa de căldură aeriană sunt similare, dar au scopuri și caracteristici de funcționare complet diferite

Pe de altă parte, multe aparate de aer condiționat inverter pot și încălzi aerul din încăperi. Dar consumă mult mai multă energie electrică decât pompele de căldură. Fiecare dispozitiv are propriul scop.

Utilizarea pompei de căldură «aer-aer» este în primul rând o trecere la surse de energie regenerabilă.

Aceste sisteme sunt avantajoase din punct de vedere economic, în ciuda investițiilor inițiale mari. Reducerea plăților pentru încălzire compensează toate cheltuielile inițiale.

Selectarea și calculul pompei de căldură

Pompa de căldură aer-aer va fi eficientă numai dacă este aleasă corect. Este necesar să se calculeze în prealabil puterea sa în funcție de suprafața casei. Apoi să se vadă prețurile diferiților producători.

La calculare se utilizează coeficientul de eficiență energetică COP (raportul dintre puterea pompei de căldură și energia consumată).

În „condiții de seră”, acesta atinge adesea 4–5 puncte, iar cele mai moderne modele până la 7–8. Cu toate acestea, atunci când temperatura exterioară scade la -15–20°C, acest indicator scade brusc până la doar doi.

Productivitatea optimă de încălzire a pompei de căldură se obține la temperaturi exterioare de -10…+10 grade Celsius, astfel încât până la ¾ din energia termică este preluată din exterior

La calcularea încălzirii aeriene este necesar să se țină cont de:

• izolația termică și insolația încăperilor;
• suprafața camerelor;
• numărul de persoane care locuiesc în vilă;
• condițiile climatice generale ale zonei în care se află casa.

Pentru majoritatea caselor, la fiecare zece metri pătrați este necesară aproximativ 0,7 kW putere a pompei de căldură. Dar toate astea sunt destul de aproximative. Dacă tavanele sunt mai înalte de 2,7 m sau pereții și ferestrele sunt prost izolate, atunci va fi necesară mai multă căldură.

Producătorii de pompe de căldură aer-aer sunt numeroși atât în Asia, cât și în Europa.

Sistemele de la Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic și Toshiba au recenzii bune. Aproape toate modelele lor sunt adaptate condițiilor de exploatare locale și s-au dovedit a fi destul de bune.

Chiar și în cazul fluctuațiilor de tensiune, ele nu se strică, continuând să funcționeze corect după reluarea alimentării cu energie electrică.

Prețul pompelor de căldură aer-aer comune variază între 4.500 și 22.500 de lei. Aici, multe depind nu doar de puterea unității, ci și de funcționalitățile suplimentare și de țara de fabricație.

Anumite modele sunt completate cu:

• filtre de purificare și dezinfectare a aerului;
• încălzitoare de rezervă;
• generatoare electrice;
• module GSM pentru gestionarea sistemului;
• ionizatoare și ozonizatoare.

Practica arată că, la înghețuri sub -15 °C, în încăperile încălzite doar cu o pompă de căldură aer-aer, devine răcoare. Și fără un încălzitor suplimentar, confortul din camere nu este deloc asigurat.

Cu toate acestea, în regiunile sudice, unde astfel de înghețuri sunt rare, pompa de căldură este destul de eficientă și își justifică pe deplin banii cheltuiți datorită economiilor de energie.

Dispozitiv de casă dintr-un frigider vechi

Asamblarea unei pompe de căldură aer-aer din compresoare și condensatoare individuale, fără cunoștințe de inginerie specializate, este destul de dificilă. Dar pentru o cameră mică sau o seră, puteți folosi un frigider vechi.

Cea mai simplă pompă de căldură aer-aer poate fi realizată dintr-un frigider, trăgând o conductă de aer din exterior și montând un ventilator pe grila din spate a schimbătorului de căldură.

Pentru aceasta, în ușa din față a frigiderului trebuie făcute două găuri. Prin prima, aerul exterior va intra în congelator, iar prin a doua (inferioară) va fi evacuat înapoi afară.

În timpul trecerii prin camera interioară, acesta va ceda o parte din căldura pe care o conține către freon.

De asemenea, puteți încorpora pur și simplu mașina frigorifică în perete, cu ușa deschisă spre exterior, iar schimbătorul de căldură din spate în încăpere. Dar trebuie să țineți cont că puterea unui astfel de încălzitor va fi mică, iar consumul de energie electrică este considerabil.

Aerul din încăpere este încălzit de schimbătorul de căldură din spatele frigiderului. Cu toate acestea, o astfel de pompă de căldură poate funcționa doar la temperaturi exterioare de cel puțin plus cinci grade Celsius.

Acest aparat electrocasnic este destinat utilizării exclusiv în interior.

În cazul unei case mari, sistemul de încălzire cu aer va trebui completat cu conducte de aer care distribuie aerul cald uniform în toate încăperile.

Instalarea pompei de căldură aer-aer este extrem de simplă. Este necesar să instalați unitățile exterioară și interioară, apoi să le conectați între ele printr-un circuit cu agent termic.

Prima parte a sistemului se instalează afară: direct pe fațadă, pe acoperiș sau lângă clădire. A doua parte, în casă, poate fi amplasată pe tavan sau pe perete.

Blocul exterior se recomandă a fi montat la câțiva metri de intrarea în casă și mai departe de ferestre, fără a uita de zgomotul produs de ventilator.

Cel interior se instalează astfel încât fluxul de aer cald să se răspândească uniform în toată încăperea.

Dacă intenționați să încălziți o casă cu mai multe camere la etaje diferite cu o pompă de căldură aer-aer, va trebui să amenajați un sistem de canale de ventilație cu refulare forțată.

În acest caz, este mai bine să comandați un proiect de la un inginer competent, altfel puterea pompei de căldură poate să nu fie suficientă pentru toate încăperile.

Contorul electric și dispozitivul de protecție trebuie să suporte sarcinile de vârf create de pompa de căldură. La o răcire bruscă afară, compresorul începe să consume de câteva ori mai multă electricitate decât de obicei.

Cel mai bine este să trasați o linie de alimentare separată de la tabloul de distribuție pentru un astfel de încălzitor de aer.

O atenție deosebită trebuie acordată montării țevilor pentru freon. Chiar și cea mai mică așchie în interior poate deteriora echipamentul compresorului.

Aici nu se poate fără abilități de lipire a cuprului. Umplerea cu agent frigorific ar trebui să fie încredințată unui profesionist pentru a evita ulterior probleme cu scurgeri.

Instrucțiunile pas cu pas pentru fabricarea unei pompe de căldură dintr-un frigider sunt descrise în acest articol.

Concluzii și material video util pe această temă

Principiul de funcționare al sistemului split termic «aer-aer»:

Pompa de căldură cu aer în sistemul de încălzire al unei case cu două etaje:

Aer condiționat inverter sau pompă de căldură cu aer – ce este mai bun?

Pompele de căldură care funcționează pe principiul «aer-aer» sunt dispozitive foarte eficiente. Sunt ușor de întreținut, comode în exploatare și economice.

În prezent, există o gamă largă de astfel de sisteme disponibile, pentru orice casă se poate alege o instalație de încălzire. Trebuie doar să calculați corect puterea acesteia, apoi va funcționa eficient timp de mulți ani.

Ce părere aveți despre eficiența și oportunitatea utilizării pompelor de căldură “aer-aer”? Împărtășiți-vă opinia, lăsați recenzii despre utilizarea agregatelor și adresați întrebări. Formularul pentru comentarii se află mai jos.