Siltumsūknis “gaiss-gaiss”: darbības princips, uzbūve, izvēle un aprēķini

Vai vēlaties iekārtot mājā konvektora apkuri, kur dzesēšanas šķidruma uzsildīšanai tiek izmantots gaisa-gaisa siltumsūknis, kas nodrošina ievērojamu ietaupījumu apkures izmaksās? Piekrītiet, ka iegūt pilnvērtīgu apkuri kopā ar karsto ūdeni praktiski bez maksas ir visai vilinošs pasākums.

Bet jūs nezināt, kā izveidot šādu sistēmu, lai alternatīvā veidā apsildītu telpas un iegūtu karsto ūdeni sadzīves vajadzībām?

Mēs palīdzēsim izprast šo jautājumu — rakstā ir izklāstīts sūkņa darbības princips un uzbūve. Enerģija šādai sistēmai būs jātērē tikai kompresora darbībai, bet galvenais siltuma apjoms tiks iegūts vienkārši no āra atmosfēras, par ko pagaidām no mums naudu neprasa.

Tāpat ir apskatītas priekšrocības tā ieviešanai sistēmā un būtiskie trūkumi. Atsevišķa uzmanība pievērsta sūkņa izvēlei un aprēķiniem.

Un tiem, kas patīk visu darīt pašrocīgi, mēs piedāvājam izveidot šādu sūkni pašiem, izmantojot pa rokai esošos materiālus. Palīgā sniedzam fotomateriālus un video ieteikumus par gaisa siltumsūkņa uzbūvi un darbību.

Gaisa-gaisa siltumsūkņa raksturojums

Jebkurš siltumsūknis pieder pie alternatīvās enerģētikas iekārtām. Tas paņem siltumenerģiju no āra gaisa masām, no apkārtējās telpas iekštelpā, lai ar to apsildītu dzīvojamās un nedzīvojamās ēkas.

Tādējādi netiek izmantoti nekādi sadegšanas kurināmā veidi.

Ārēji gaisa-gaisa siltumsūknis (SS) līdzinās invertora gaisa kondicionierim, sadalītai sistēmai no ārējā un iekšējā bloka.

Bet pēc darbības principa tas vairāk atgādina ledusskapi, tikai darbojas “pretēji”. Taču atšķirībā no abiem šiem, šis siltumsūknis spēj gan atdzesēt, gan sasildīt gaisa masas mājā.

Siltumsūknis paņem zema potenciāla siltumenerģiju no atmosfēras ārā un ar to uzsilda telpas gaisu līdz komfortablai temperatūrai

Darbības princips un iekšējā uzbūve

Gaisa-gaisa SS darbības pamatā ir vienkārša termodinamikas fizikāla parādība – šķidrums iztvaicējot atdzesē virsmu, no kuras tas izkliedējas. Piemēram, tvaiks virs krūzes ar karstu tēju parāda to pašu efektu.

Uz šo principu darbojas arī parasts ledusskapis. Tā iekšpusē atrodas caurules, pa kurām cirkulē aukstumaģents zem augsta spiediena. Tas paņem siltumu no saldētavas iekšējās telpas, vienlaikus nedaudz uzsilstot.

Pēc tam savāktais siltums tiek nodots telpas gaisam caur siltummaini (režģi ledusskapja aizmugurē).

Ziemā gaisa-gaisa siltumsūknis silda telpas gaisu, bet vasarā var to dzesēt

Un lai pēc tam aukstumaģents atdziestu līdz darba temperatūrām, tas tiek saspiests kompresorā. Turklāt darba cikla laikā freons sistēmas kompresora-kondensatora-iztvaicētāja iekšienē pastāvīgi pāriet no gāzveida stāvokļa šķidrumā un atpakaļ.

Gaisa siltumsūknis darbojas pilnīgi analogi. Tikai siltumu tas ņem no ielas, nevis no slēgta saldētāja. Pat ja ārā ir sals, atmosfērā tik un tā ir daudz siltumenerģijas.

Siltuma ražošanai siltumsūknim ir nepieciešama tikai enerģija, kas tiek patērēta kompresora darbībai. Diagrammā detalizēti attēlots siltuma pārneses process.

Gaisa-gaisa siltumsūknis sastāv no šādiem elementiem:

• kompresora;
• iztvaicētāja ar piespiedu ventilācijas ventilatoru;
• izplešanās vārsta;
• vara cauruļu freona pārsūknēšanai starp ielu un māju;
• kondensatora ar siltā gaisa padeves ventilatoru telpā.

Pirmie trīs elementi veido ārējo bloku, bet pēdējais pieder siltumsūkņa iekšējai daļai. Siltumizolētās vara caurules ir paredzētas siltumnesēja nepārtrauktai pārvietošanai starp šiem spļitsistēmas moduļiem.

Freona kustība siltumsūknī notiek pa slēgtu loku, kā rezultātā tas pastāvīgi tiek saspiests un izplešas.

Gaisa-gaisa siltumsūkņa darbības algoritms izskatās šādi:

1. Ielas gaiss tiek ievilkts ar ventilatoru ārējā blokā un izvadīts caur ārējā iztvaicētāja ribām. Caur siltummaini cirkulējošais freons uzņem tajā esošo siltumenerģiju, vienlaikus pārejot gāzveida stāvoklī.
2. Pēc tam gāze nonāk kondensatorā, kur tiek saspiesta. Un tad tā tiek pārsūknēta pa vara caurulēm uz iekšējo bloku.
3. Mājā izvietotajā kondensatorā gāze atkal pāriet šķidrumā, nododot siltumu iekštelpas gaisam.
4. Tad liekais spiediens tiek izvadīts caur izplešanās vārstu, un šķidrais freons atkal tiek nosūtīts uz primāro iztvaicētāju.

Freona temperatūras vērtība, kas nonāk ārējā blokā, vienmēr ir zemāka par apkārtējās vides temperatūru. Tāpēc tas vienmēr paņem siltumu no atmosfēras.

Tomēr siltumnesēja “dzesēšanas” līmenis sistēmā ir nemainīgs, bet āra temperatūra pastāvīgi svārstās. Šī iemesla dēļ spēcīgā salnā siltumsūknis zaudē savu efektivitāti.

Gaisa-gaisa siltumsūkņa siltumnesēja kustības cikls: 1. tas tiek saspiests ar kompresoru, 2. kondensējas siltummainī, vienlaikus atdodot siltumu, 3. šķidrā veidā nonāk ārējā siltummainī, 4. tur iztvaiko, iztvaikošanas procesā uztverot ārējās vides siltumenerģiju, 5. atgriežas kondensatorā.

Lai palielinātu siltumsūkņa jaudu, kondensatora un iztvaicētāja virsmas tiek veidotas pēc iespējas lielākas. Savukārt, lai nodrošinātu nepārtrauktu darbību ziemas periodā, ārējais siltummainis tiek aprīkots ar savu atkausēšanas sistēmu.

Gaisa siltumsūkņa plusi un mīnusi

Katrai tehniski sarežģītai sistēmai ir savas priekšrocības un trūkumi. Reklāmas bukleti ir viens, bet patiesībā siltumsūkņu īpašnieki riskē saskarties ar noteiktām problēmām.

Gaisa-gaisa tipa apkures/dzesēšanas iekārtas ir izdevīgas vairāku iemeslu dēļ.

Pie galvenajiem plusiem pieskaita:

• Daudzpusība. Sistēmas ļauj apsildīt un atdzesēt telpas atkarībā no telpas mērķa, vajadzībām un klimata sezonas.
• Videi draudzīgums. Tie ļauj pilnībā atteikties no dabasgāzes, ogļu, malkas u.tml. dedzināšanas, kas piesārņo dabisko vidi ar sadegšanas produktiem.
• Uzstādīšanas vienkāršība. Sistēmas salikšana no rūpnīcā ražotiem komponentiem nav grūta. Ir iespējams paša spēkiem izveidot siltumsūkni no pa rokai esošiem līdzekļiem.
• Ugunsdrošība. Siltuma iegūšanas process nav saistīts ar degvielas izmantošanu. Pat darbības traucējumi iekārtā nevar izraisīt aizdegšanos.
• Ekonomiskums. Tie piesaista ar augstu siltuma pārneses koeficientu pie minimālām izmaksām (par patērēto 1 kWh elektroenerģijas tie izdod 4–5 kWh siltuma). Turklāt tie ātri atmaksājas.
• Pieejamība cenas ziņā. Rūpnīcā ražotu sistēmu izmaksas ļauj iegādāties siltumsūkni praktiski ikvienam, kas vēlas. Pašrocīgi izgatavota iekārta būs praktiski bez maksas.
• Ekspluatācijas ērtums. Tehniski sarežģītākā ierīce sistēmā – kompresors, ar kura apkalpošanu ir grūti netikt galā. Ar siltumsūkņiem raksturīgo slodzi kompresori reti sabojājas pirms ražotāja solītā termiņa.

Lai organizētu apkuri vienā telpā, pietiek uzstādīt split-sistēmu, piekarot uz fasādes ārējo moduli, bet uz iekšējās sienas – konvektoru. Lai apsildītu vairākas telpas, būs jāierīko kanāli sakarsētā gaisa sadalei.

Uz katru patērētās elektroenerģijas kilovatu siltumsūknis izdod līdz pieciem kilovatiem siltumenerģijas

Visa siltumsūkņa gaiss-gaiss vadība tiek veikta ar iebūvēto automatizāciju. Īpaša uzmanība šīs sistēmas darbībai un regulēšanai nebūs jāpievērš. Būs jātīra tikai regulāri gaisa filtri un reizēm tie jāmaina.

Starp siltumsūkņu negatīvajām pusēm var minēt:

• kaut arī nenozīmīgs, tomēr fona troksnis;
• tiešu sistēmas efektivitātes atkarību no ārējās temperatūras;
• elektroenerģijas patēriņa pieaugumu, kad ārā kļūst vēsāks;
• pastāvīgi gaisā esošus putekļus ventilatora nepārtrauktas darbības un gaisa konvekcijas telpā dēļ;
• atkarību no elektroapgādes (nepārtrauktai darbībai būs nepieciešams ģenerators).

Pie temperatūrām ārā līdz -10°C viss darbojas lieliski, no āra paņemtais siltums pilnībā pietiek, lai radītu mājā komfortablus apstākļus. Bet, temperatūrai pazeminoties vēl vairāk, sūkņa efektivitāte strauji samazinās.

Ja kotedža ir uzbūvēta vietā ar aukstu klimatu un stiprām salnām ziemā, tad bez papildu katla vai kamīna neiztikt.

Siltā klimatā gaisa siltumsūknis bez problēmām tiek galā ar uzdevumiem privātmājas apkurei, bet pie stiprām salnām papildu siltuma avots nenāks par ļaunu

Gaisa apsildes iekārtošanai šādas sistēmas ir ideāli piemērotas. Minimāli elektroenerģijas izdevumi, montāžas pūles un apkalpošanas problēmas. Bet ar tām nevar uzsildīt ūdeni. Tam būs papildus jāuzstāda boileris vai jāpieslēdzas centralizētajiem tīkliem.

Siltumsūkņi gaiss-gaiss ir optimāls veids, kā apsildīt ēkas, kas celtas no koka vai SIP. Šādām būvēm ir zemi siltuma zudumi, gaisa siltumsūkņa jaudas to apkurei pietiek ar uzviju.

Vasaras periodā gaisa-gaisa siltumsūkni var izmantot ūdens sildīšanai baseinā

Būtiskās atšķirības no gaisa kondicioniera

Ārēji gaisa-gaisa siltumsūknis ir līdzīgs mājsaimniecības kondicionierim. Tomēr tam ir savas īpatnējās konstrukcijas īpašības un tehniskie parametri.

Pirmā iekārta tiek izmantota kā galvenais apkures avots, kas darbojas visu gadu. Savukārt otrā ir vairāk paredzēta gaisa dzesēšanai vasaras karstumā.

Siltumsūkņa galvenā funkcija ir apkure. Tomēr daudzi modeļi spēj arī dzesēt iekštelpu gaisu. Bet šajā darba režīmā tie būtiski atpaliek no kondicioniera energoefektivitātes ziņā. Tā ir drīzāk ārkārtas situācija to izmantošanai.

Pēc izskata kondicionieris un gaisa siltumsūknis ir līdzīgi, bet tiem ir pilnīgi atšķirīgs mērķis un ekspluatācijas īpašības

No otras puses, arī daudzi invertora kondicionieri var sildīt gaisu telpās. Bet tie patērē ievērojami vairāk elektroenerģijas nekā siltumsūkņi. Katrai iekārtai ir savs mērķis.

Gaisa-gaisa siltumsūkņa izmantošana – tas pirmām kārtām ir pāreja uz atjaunojamiem enerģijas avotiem.

Šīs sistēmas ir ekonomiski izdevīgas, neraugoties uz lieliem sākotnējiem ieguldījumiem. Apkures maksājumu samazinājums atmaksā visus sākotnējos izdevumus.

Gaisa siltumsūkņa izvēle un aprēķini

Gaisa-gaisa siltumsūknis būs efektīvs tikai tad, ja tas tiks pareizi izvēlēts. Ir nepieciešams iepriekš aprēķināt tā jaudu atkarībā no mājas kvadrātmetriem. Un tikai pēc tam skatīties, kādas ir cenas dažādiem ražotājiem.

Aprēķinos tiek izmantots energoefektivitātes koeficients COP (siltumsūkņa jaudas attiecība pret patērēto enerģiju).

'Siltumnīcas apstākļos' tas bieži sasniedz 4–5 punktus, bet visjaunākie modeļi līdz 7–8. Tomēr, temperatūrai ārā nokrītot līdz -15–20°C, šis rādītājs strauji pazeminās tikai līdz divniekam.

Optimālu sildīšanas produktivitāti siltumsūknis nodrošina pie āra temperatūrām -10…+10 grādi pēc Celsija, jo tas līdz ¾ siltumenerģijas iegūst no āra.

Aprēķinot gaisa apkuri, ir jāņem vērā:

• telpu siltumizolācija un insolācija;
• istabu platība;
• mājā dzīvojošo skaits;
• vispārējie klimatiskie apstākļi apvidū, kur atrodas māja.

Lielākajai daļai māju uz katriem desmit kvadrātmetriem ir nepieciešama aptuveni 0,7 kW siltumsūkņa jauda. Bet viss šeit ir pietiekami nosacīti. Ja griesti ir augstāki par 2,7 m vai sienas un logi ir slikti siltināti, tad siltuma būs nepieciešams vairāk.

Gaisa-gaisa siltumsūkņu ražotāju ir daudz gan Āzijā, gan Eiropā.

Labas atsauksmes ir sistēmām no Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic un Toshiba. Gandrīz visi to modeļi ir pielāgoti vietējiem ekspluatācijas apstākļiem un ir sevi labi pierādījuši.

Pat sprieguma svārstību laikā tie nelūzt, turpinot pēc elektroenerģijas ieslēgšanas darboties bez traucējumiem.

Cena par populārajiem gaisa siltumsūkņiem svārstās no 900 līdz 4500 €. Šeit daudz kas atkarīgs ne tikai no iekārtas jaudas, bet arī no papildu funkcionalitātes un ražošanas valsts.

Atsevišķus modeļus papildina:

• gaisa attīrīšanas un dezinfekcijas filtriem;
• rezerves sildītājiem;
• elektroģeneratoriem;
• GSM moduļiem sistēmas vadībai;
• jonizatoriem un ozonatoriem.

Prakse rāda, ka salā zem -15 °C telpās, kuras tiek apsildītas tikai ar gaisa siltumsūkni, kļūst vēss. Un bez papildu sildītāja komforts istabās diemžēl nav jūtams.

Tomēr dienvidu reģionos, kur šādi sals ir reti, siltumsūknis ir pilnīgi efektīvs un ar procentiem atmaksā iztērēto naudu, pateicoties enerģijas resursu taupīšanai.

Pašdarinājums no veca ledusskapja

No atsevišķiem kompresoriem un kondensatoriem pašu rokām samontēt gaisa-gaisa siltumsūkni bez specializētām inženiertehniskām zināšanām ir diezgan sarežģīti. Bet nelielai telpai vai siltumnīcai var izmantot vecu ledusskapi.

Vispirms vienkāršu gaisa siltumsūkni var izgatavot no ledusskapja, ieliekot tajā no ielas gaisa vadu un piekabinot ventilatoru pie siltummaiņa aizmugures režģa.

Šim nolūkam ledusskapja priekšējās durvīs jāizveido divi caurumi. Caur pirmo saldētavā nonāks āra gaiss, bet caur otro apakšējo – tiks izvadīts atpakaļ ārā.

Šajā laikā, ejot cauri iekšējai kamerai, tas atdos daļu no tajā esošā siltuma freonam.

Tāpat var dzesēšanas iekārtu vienkārši iestrādāt sienā ar atvērtām durvīm uz ārpusi, bet siltummaini aizmugurē – uz telpu. Tomēr jāņem vērā, ka šāda sildītāja jauda būs neliela, un elektroenerģiju tas patērēs diezgan daudz.

Gaiss telpā uzsilst no siltummaiņa aiz ledusskapja. Tomēr šāds siltumsūknis spēj darboties tikai tad, ja ārējā temperatūra nav zemāka par plus pieciem grādiem pēc Celsija.

Šī sadzīves tehnika ir paredzēta lietošanai tikai telpās.

Lielā kotedžā gaisa apkures sistēma būs jāpapildina ar gaisa vadiem, kas vienmērīgi sadala silto gaisu pa visām telpām.

Gaisa-gaisa siltumsūkņa montāža ir ārkārtīgi vienkārša. Jāuzstāda ārējais un iekšējais bloks, un pēc tam tie jāsavieno savā starpā ar dzesēšanas šķidruma kontūru.

Pirmā sistēmas daļa tiek uzstādīta ārā: tieši uz fasādes, jumta vai blakus ēkai. Otro daļu mājā var novietot uz griestiem vai sienas.

Ārējo bloku ieteicams montēt dažu metru attālumā no kotedžas ieejas un tālāk no logiem, nedrīkst aizmirst par ventilatora radīto troksni.

Savukārt iekšējais tiek uzstādīts tā, lai siltā gaisa plūsma no tā vienmērīgi izplatītos pa visu telpu.

Ja ar gaisa-gaisa siltumsūkni plānots apsildīt māju ar vairākām istabām dažādos stāvos, tad būs jāierīko ventilācijas kanālu sistēma ar piespiedu gaisa padevi.

Šajā gadījumā labāk pasūtīt projektu pie kompetenta inženiera, pretējā gadījumā siltumsūkņa jaudas var nepietikt visām telpām.

Elektroskaitītājam un aizsargierīcei jāiztur siltumsūkņa radītās maksimālās slodzes. Pēkšņa aukstuma laikā ārā kompresors sāk patērēt vairākas reizes vairāk elektrības nekā parasti.

Vislabāk šādam gaisa sildītājam novilkt atsevišķu padeves līniju no sadales paneļa.

Īpaša uzmanība jāpievērš freona cauruļu montāžai. Pat vismazākā skaidiņa iekšpusē var sabojāt kompresora iekārtu.

Šeit neiztikt bez vara lodēšanas prasmēm. Dzesēšanas šķidruma uzpildīšanu vispār vajadzētu uzticēt profesionālim, lai vēlāk izvairītos no problēmām ar tā noplūdēm.

Soli pa solim instrukcija siltumsūkņa izgatavošanai no ledusskapja ir aprakstīta šajā rakstā.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Gaisa-gaisa siltuma split sistēmas «gaiss-gaiss» darbības princips:

Gaisa siltumsūknis divstāvu mājas apkures sistēmā:

Kondicionētājs-invertors vai gaisa siltumsūknis – kas ir labāks?

Siltumsūkņi, kas darbojas pēc principa «gaiss-gaiss», ir augsti efektīvas ierīces. Tie ir vienkārši apkopē, ērti ekspluatācijā un ekonomiski.

Pārdošanā pašlaik ir milzīgs šādu sistēmu sortiments, jebkurai mājai var izvēlēties apkures iekārtu. Tikai jāaprēķina tās jauda, tad tā efektīvi kalpos ilgus gadus.

Ko Jūs domājat par gaisa-gaisa siltumsūkņu izmantošanas efektivitāti un lietderību? Dalieties ar savu viedokli, atstājiet atsauksmes par iekārtu izmantošanu un uzdodiet jautājumus. Komentāru forma atrodas zemāk.