Dizalica topline “zrak-zrak”: princip djelovanja, uređaj, odabir i proračuni

Želite li urediti konvektorsko grijanje u kući, gdje se za zagrijavanje nosača topline koristi dizalica topline „zrak-zrak”, koja osigurava značajne uštede troškova grijanja? Složite se da je dobiti potpuno grijanje zajedno s toplom vodom gotovo besplatno — vrlo primamljiv pothvat.

Ali ne znate kako izgraditi takav sustav kako biste na alternativni način grijali prostorije i dobivali toplu vodu za kućne potrebe?

Pomoći ćemo vam razumjeti ovo pitanje — u članku je objašnjen princip rada i uređaj dizalice topline. Energiju će takav sustav morati trošiti samo na rad kompresora, a glavna količina topline uzimat će se jednostavno s ulice iz atmosfere, za što od nas još ne traže novac.

Također su razmotrene prednosti njegove implementacije u sustav i značajni nedostaci. Posebna pozornost posvećena je odabiru i proračunu dizalice.

A ljubiteljima svega što se radi vlastitim rukama predlažemo da sami izgrade sličnu dizalicu, koristeći pri ruci materijale. U pomoć dajemo fotomaterijale i video preporuke o uređaju i funkcioniranju toplinske zračne dizalice.

Karakteristika dizalice topline zrak-zrak

Svaka dizalica topline pripada opremi iz područja alternativne energetike. Ona uzima toplinsku energiju zračnih masa na ulici, iz okolnog prostora u prostoriji, kako bi njome grijala stambene i nestambene objekte.

Pri tome se ne koriste nikakva goriva koja izgaraju.

Izvana dizalica topline (DT) zrak-zrak sliči na inverterski klima uređaj, split-sustav od vanjske i unutarnje jedinice.

A po principu rada više nalikuje hladnjaku, samo djeluje „obrnuto”. No za razliku od njih obaju, ova dizalica topline sposobna je i hladiti i grijati zračne mase u kući.

Dizalica topline uzima niskopotencijalnu toplinsku energiju iz atmosfere s ulice i njome grije sobni zrak do ugodnih temperatura

Princip rada i unutarnji uređaj

U osnovi rada toplinske pumpe zrak-zrak leži jednostavan fizički fenomen termodinamike – tekućina pri isparavanju hladi površinu s koje se raspršuje. Na primjer, para iznad šalice vrućeg čaja pokazuje isti učinak.

Na tom principu radi i obični hladnjak. Unutar njega smještene su cijevi kroz koje cirkulira rashladno sredstvo pod visokim tlakom. Ono preuzima toplinu iz unutrašnjosti zamrzivača te se pritom lagano zagrijava.

Zatim se prikupljena toplina predaje zraku u prostoriji putem izmjenjivača topline (rešetke sa stražnje strane hladnjaka).

Zimi toplinska pumpa zrak-zrak grije sobni zrak, a ljeti ga može hladiti

A kako bi se rashladno sredstvo nakon toga ohladilo na radne temperature, ono se sabija u kompresoru. Štoviše, tijekom radnog ciklusa freon unutar sustava kompresor-kondenzator-isparivač neprestano prelazi iz plinovitog u tekuće stanje i obrnuto.

Zračna toplinska pumpa funkcionira potpuno analogno. Samo što toplinu uzima izvana, a ne iz zatvorenog zamrzivača. Čak i ako je vani mraz, u atmosferi još uvijek ima dosta toplinske energije.

Za proizvodnju topline toplinska pumpa treba samo energiju koja se troši na rad kompresora. Na shemi je detaljno prikazan proces prijenosa topline.

Toplinska pumpa zrak-zrak sastoji se od sljedećih elemenata:

• kompresora;
• isparivača s ventilatorom prisilnog puhanja;
• ekspanzijskog ventila;
• bakrenih cijevi za prijenos freona između vanjskog prostora i kuće;
• kondenzatora s ventilatorom za dovod zagrijanog zraka u prostoriju.

Prva tri elementa čine vanjsku jedinicu, a posljednji pripada unutarnjem dijelu toplinske pumpe. Toplinski izolirane bakrene cijevi namijenjene su kontinuiranom prijenosu rashladnog sredstva između ovih modula split sustava.

Kretanje freona u toplinskoj pumpi odvija se u zatvorenom krugu, uslijed čega se on neprestano sabija i širi.

Algoritam rada toplinske pumpe zrak-zrak izgleda ovako:

1. Vanjski zrak usisava ventilator u vanjsku jedinicu i propušta se kroz rebra vanjskog isparivača. Freon koji cirkulira kroz izmjenjivač topline upija toplinsku energiju koja se nalazi u izmjenjivaču, prelazeći pritom u plinovito stanje.
2. Zatim plin ulazi u kondenzator, gdje se sabija. Potom se pumpa kroz bakrene cijevi u unutarnju jedinicu.
3. U kondenzatoru smještenom u kući plin prelazi natrag u tekućinu, predajući toplinu unutarnjem zraku prostorije.
4. Zatim se višak tlaka ispušta putem ekspanzijskog ventila, a tekući freon ponovno odlazi u primarni isparivač.

Vrijednost temperature freona koji ulazi u vanjsku jedinicu uvijek je niža od temperature okoline. Stoga on uvijek preuzima toplinu iz atmosfere.

Ali razina 'hlađenja' toplinskog medija u sustavu je konstantna, a vanjska temperatura stalno varira. Zbog toga pri jakim mrazevima toplinska crpka gubi svoju učinkovitost.

Ciklus kretanja toplinskog medija toplinske crpke zrak-zrak: 1. komprimira ga kompresor, 2. kondenzira se u izmjenjivaču topline, pritom predajući toplinu, 3. u obliku tekućine ulazi u vanjski izmjenjivač topline, 4. tamo isparava, pri isparavanju zahvativši toplinsku energiju vanjskog okoliša, 5. ponovno se vraća u kondenzator.

Da bi se povećala snaga toplinske crpke, površine kondenzatora i isparivača izrađuju se maksimalno velikima. A za nesmetani rad u zimskom razdoblju, vanjski izmjenjivač topline opremljen je vlastitim sustavom za odmrzavanje.

Prednosti i nedostaci zračne dizalice topline

Svaki tehnički složen sustav ima svoje prednosti i nedostatke. Reklamni prospekti su jedno, a u stvarnosti vlasnici toplinskih crpki riskiraju suočiti se s određenim problemima.

Instalacije za grijanje/hlađenje tipa 'zrak-zrak' su isplative, iz niza razloga.

Među glavne prednosti ubrajaju se:

• Svestranost. Sustavi omogućuju grijanje i hlađenje prostorija ovisno o namjeni prostorije, potrebama i klimatskoj sezoni.
• Ekološka prihvatljivost. Omogućuju potpuno odbacivanje izgaranja prirodnog plina, ugljena, drva i sl., koji zagađuju prirodni okoliš produktima izgaranja.
• Jednostavnost montaže. Sastaviti sustav od tvornički proizvedenih dijelova ne predstavlja poteškoću. Moguće je vlastoručno izgraditi toplinsku crpku od priručnih sredstava.
• Sigurnost od požara. Proces dobivanja topline nije povezan s uporabom goriva. Čak i poremećaji u radu instalacije ne mogu uzrokovati požare.
• Ekonomičnost. Privlače visokim koeficijentom prijenosa topline uz minimalne troškove (na 1 kW potrošene električne energije daju 4–5 kW topline). Osim toga, brzo se isplate.
• Pristupačna cijena. Cijena tvornički izrađenih sustava omogućuje gotovo svima kupnju toplinske pumpe. Samostalno izrađen uređaj bit će gotovo besplatan.
• Jednostavnost korištenja. Najtehnički složeniji uređaj u sustavu je kompresor, s čijim održavanjem nije teško izaći na kraj. Uz opterećenje karakteristično za toplinske pumpe, kompresori rijetko otkazuju prije roka koji je obećao proizvođač.

Za organiziranje grijanja u jednoj prostoriji dovoljno je ugraditi split sustav, objesiti vanjsku jedinicu na fasadu, a na unutarnji zid – konvektor. Za grijanje više prostorija potrebno je urediti kanale za distribuciju zagrijanog zraka.

Na svaki kilovat potrošene električne energije toplinska pumpa daje do pet kilovata toplinske energije

Cjelokupno upravljanje toplinskom pumpom zrak-zrak obavlja ugrađena automatika. Nećete morati posvećivati posebnu pozornost radu i podešavanju ovog sustava. Trebat ćete samo redovito čistiti filtere zraka i povremeno ih mijenjati.

Među negativnim stranama toplinskih pumpi možemo spomenuti:

• iako neznatnu, ipak buku;
• izravnu ovisnost učinkovitosti sustava o vanjskoj temperaturi;
• porast potrošnje električne energije pri zahlađenju vani;
• stalnu prašinu u zraku zbog neprekidnog rada ventilatora i konvekcije zraka u prostoriji;
• ovisnost o opskrbi električnom energijom (za neprekidan rad bit će potreban generator).

Pri temperaturama vani do -10 °C sve radi izvrsno, topline izvučene izvana sasvim je dovoljno za stvaranje ugodnih uvjeta u kući. No pri daljnjem zahlađenju učinkovitost pumpe naglo pada.

Ako je vikendica izgrađena u području s hladnom klimom i jakim mrazovima zimi, ne može se bez dodatnog kotla ili kamina.

U toploj klimi zračna toplinska pumpa bez problema obavlja zadatke grijanja privatne kuće, ali pri jakim mrazovima dodatni izvor topline neće škoditi

Za uređenje zračnog grijanja takvi su sustavi idealni. Minimum potrošnje električne energije, napora za ugradnju i problema s održavanjem. Ali njima se ne može zagrijavati voda. Za to ćete morati dodatno postaviti bojler ili se priključiti na centralizirane mreže.

Dizalice topline zrak-zrak optimalan su način grijanja zgrada izgrađenih od drveta ili SIP-a. Takve građevine imaju niske gubitke topline, pa je snaga zračne dizalice topline za njihovo grijanje više nego dovoljna.

Ljeti se dizalica topline zrak-zrak može koristiti za zagrijavanje vode u bazenu

Temeljne razlike od klima uređaja

Izvana je dizalica topline zrak-zrak slična kućnom klima-uređaju. No, ima svoje karakteristične konstrukcijske značajke i tehničke karakteristike.

Prvi se uređaj koristi kao glavni izvor grijanja koji radi tijekom cijele godine. Drugi je pak više namijenjen hlađenju zraka u ljetnim vrućinama.

Osnovna funkcija dizalice topline je grijanje. No mnogi modeli također mogu hladiti zrak u prostoriji. No u tom načinu rada znatno su inferiorni klima-uređaju u pogledu energetske učinkovitosti. To je prije krajnji slučaj njihove upotrebe.

Po vanjskom izgledu klima-uređaj i zračna dizalica topline su slični, ali imaju potpuno različitu namjenu i radne karakteristike

S druge strane, mnogi inverterski klima-uređaji također mogu grijati zrak u prostorijama. No pri tom troše mnogo više električne energije od dizalica topline. Svaki uređaj ima svoju namjenu.

Korištenje dizalice topline "zrak-zrak" prije svega je prijelaz na obnovljive izvore energije.

Ti su sustavi ekonomski isplativi, unatoč velikim početnim ulaganjima. Smanjenje računa za grijanje nadoknađuje sve početne troškove.

Odabir i proračuni dizalice topline

Dizalica topline zrak-zrak bit će učinkovita samo ako je pravilno odabrana. Potrebno je unaprijed izračunati njezinu snagu ovisno o kvadraturi kuće. A tek onda pogledati cijene različitih proizvođača.

U proračunima se koristi koeficijent energetske učinkovitosti COP (omjer snage dizalice topline i utrošene energije).

U "stakleničkim uvjetima" često doseže 4–5 bodova, a najsuvremeniji modeli do 7–8. No kada temperatura vani padne na -15–20 °C, ta vrijednost naglo pada na samo dva.

Optimalnu produktivnost grijanja dizalica topline postiže pri vanjskim temperaturama od -10…+10 stupnjeva Celzija, tada do ¾ toplinske energije uzima izvana.

Pri proračunu zračnog grijanja potrebno je uzeti u obzir:

• toplinsku izolaciju i insolaciju prostorija;
• površinu soba;
• broj osoba koje žive u vikendici;
• Opći klimatski uvjeti područja na kojem se nalazi kuća.

Za većinu kuća na svakih deset četvornih metara potrebno je otprilike 0,7 kW snage toplinske pumpe. No, sve je ovdje prilično uvjetno. Ako su stropovi viši od 2,7 m ili su zidovi i prozori loše izolirani, tada će trebati više topline.

Proizvođača toplinskih pumpi zrak-zrak ima mnogo i u Aziji i u Europi.

Dobre recenzije imaju sustavi tvrtki Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic i Toshiba. Gotovo svi njihovi modeli prilagođeni su domaćim uvjetima rada i dobro su se pokazali.

Čak i pri promjenama napona ne kvare se, nastavljajući nakon uključivanja struje raditi ispravno.

Cijena popularnih zračnih toplinskih pumpi varira u rasponu od 900 do 4.500 €. Ovdje mnogo ovisi ne samo o snazi uređaja, već i o dodatnim funkcijama i zemlji proizvodnje.

Pojedini modeli nadopunjuju se:

• filtrima za čišćenje i dezinfekciju zraka;
• rezervnim grijačima;
• električnim generatorima;
• GSM modulima za upravljanje sustavom;
• ionizatorima i ozonatorima.

Praksa pokazuje da pri mrazovima nižim od -15 °C u prostorijama grijanim samo toplinskom zračnom pumpom postaje hladno. A bez dodatnog grijača o ugodnosti u sobama nema ni govora.

Međutim, u južnim regijama, gdje su takvi mrazovi rijetki, toplinska pumpa je sasvim učinkovita i u potpunosti opravdava utrošeni novac zahvaljujući uštedi energije.

Samoizrada iz starog hladnjaka

Od zasebnih kompresora i kondenzatora sastaviti toplinsku pumpu zrak-zrak vlastitim rukama bez specijaliziranog inženjerskog znanja prilično je teško. No, za malu sobu ili staklenik može se upotrijebiti stari hladnjak.

Najjednostavniju zračnu toplinsku pumpu može se napraviti od hladnjaka, provlačenjem u njega zračnog kanala s vanjske strane i postavljanjem ventilatora na stražnju rešetku izmjenjivača topline.

Za to je potrebno na prednjim vratima hladnjaka napraviti dvije rupe. Kroz prvu će u zamrzivač ulaziti vanjski zrak, a kroz drugu, donju, izlaziti natrag van.

Pritom će tijekom prolaska kroz unutarnji odjeljak predati dio topline koju sadrži freonu.

Također se rashladni uređaj može jednostavno ugraditi u zid s otvorenim vratima prema van, a izmjenjivačem topline straga – prema unutra. No, pritom treba uzeti u obzir da će snaga takvog grijača biti mala, a električne energije troši dosta.

Zrak u prostoriji zagrijava se od izmjenjivača topline straga hladnjaka. Međutim, takva toplinska pumpa može raditi samo pri vanjskim temperaturama ne nižim od plus pet stupnjeva Celzija.

Ovaj kućanski uređaj namijenjen je za upotrebu isključivo u zatvorenim prostorima.

U velikoj vikendici sustav zračnog grijanja morat će se dopuniti zračnim kanalima koji ravnomjerno raspoređuju topli zrak po svim prostorijama.

Montaža toplinske pumpe zrak-zrak iznimno je jednostavna. Potrebno je instalirati vanjsku i unutarnju jedinicu, a zatim ih međusobno spojiti krugom s rashladnim sredstvom.

Prvi dio sustava postavlja se vani: izravno na fasadi, krovu ili pokraj zgrade. Drugi dio u kući može se smjestiti na strop ili zid.

Vanjsku jedinicu preporučuje se montirati nekoliko metara od ulaza u vikendicu i podalje od prozora, ne treba zaboraviti na buku koju stvara ventilator.

Unutarnja jedinica postavlja se tako da se protok toplog zraka iz nje ravnomjerno širi po cijeloj prostoriji.

Ako se toplinskom pumpom zrak-zrak planira grijati kuću s nekoliko soba na različitim katovima, tada će se morati urediti sustav ventilacijskih kanala s prisilnim potiskivanjem.

U tom je slučaju bolje naručiti projekt od kompetentnog inženjera, inače snaga toplinske pumpe možda neće biti dovoljna za sve prostorije.

Brojilo električne energije i zaštitni uređaj moraju izdržati vršna opterećenja koja stvara toplinska pumpa. Pri naglom zahlađenju vani kompresor počinje trošiti višestruko više električne energije nego inače.

Najbolje je za takav zračni grijač položiti zasebnu opskrbnu liniju od razvodne ploče.

Posebnu pažnju treba posvetiti montaži cijevi za freon. Čak i najmanja strugotina unutra može oštetiti kompresorsku opremu.

Ovdje se ne može bez vještina lemljenja bakra. Punjenje rashladnog sredstva uopće treba povjeriti profesionalcu kako bi se kasnije izbjegli problemi s njegovim curenjem.

Korak po korak upute za izradu toplinske pumpe iz hladnjaka opisane su u ovom članku.

Zaključci i koristan video na temu

Princip rada toplinskog split-sustava "zrak-zrak":

Zračna toplinska pumpa u sustavu grijanja dvokatnice:

Inverterski klima-uređaj ili zračna toplinska pumpa – što je bolje?

Toplinske pumpe koje rade na principu "zrak-zrak" vrlo su učinkoviti uređaji. Jednostavne su za održavanje, praktične za korištenje i ekonomične.

Trenutno je u prodaji ogroman asortiman takvih sustava, za svaki dom može se odabrati odgovarajući grijaći uređaj. Samo treba pravilno izračunati njegovu snagu, tada će učinkovito služiti dugi niz godina.

Što Vi mislite o učinkovitosti i svrsishodnosti korištenja toplinskih pumpi “zrak-zrak”? Podijelite svoje mišljenje, ostavite povratne informacije o korištenju agregata i postavljajte pitanja. Obrazac za komentare nalazi se ispod.