Värmepump “luft-luft”: funktionsprincip, konstruktion, val och beräkningar

Vill du installera konvektorvärme i ditt hus, där en luft-luftvärmepump används för att värma upp värmebäraren, vilket ger betydande besparingar på uppvärmningskostnaderna? Håll med om att få fullvärdig uppvärmning tillsammans med varmvatten nästan gratis är en mycket lockande möjlighet.

Men du vet inte hur man bygger ett sådant system för att på ett alternativt sätt värma upp rum och få varmvatten för hushållsbehov?

Vi hjälper dig att förstå denna fråga – i artikeln beskrivs pumpens funktionsprincip och konstruktion. Energi kommer endast att gå åt till kompressorns drift, medan den största mängden värme helt enkelt hämtas utifrån från atmosfären, vilket för närvarande är gratis.

Även fördelarna med att integrera den i systemet och betydande nackdelar behandlas. Särskild uppmärksamhet ägnas åt val och beräkning av pumpen.

Och för dig som gillar att göra allt själv föreslår vi att bygga en liknande pump på egen hand med hjälp av enkla material. Som hjälp tillhandahåller vi bildmaterial och videorekommendationer om konstruktion och funktion hos en luftvärmepump.

Egenskaper för luft-luftvärmepump

Varje värmepump är utrustning inom alternativ energi. Den tar tillvara värmeenergi från utomhusluften eller från omgivande utrymmen inomhus för att värma upp bostäder och lokaler.

Inga förbränningsbara bränslen används.

Utvändigt liknar en luft-luftvärmepump (VP) en inverterluftkonditionering, en split-system med en utomhus- och en inomhusenhet.

Men funktionsmässigt påminner den mer om ett kylskåp, men fungerar "omvänt". Till skillnad från båda dessa kan denna värmepump både kyla och värma luften i huset.

Värmepumpen tar lågvärdig värmeenergi från utomhusatmosfären och värmer inomhusluften till behaglig temperatur

Funktionsprincip och inre konstruktion

Grundprincipen för en luft-luft-värmepump bygger på en enkel termodynamisk företeelse – en vätska kyler ytan som den avdunstar från. Exempelvis syns samma effekt med ånga över en kopp varmt te.

Samma princip används i ett vanligt kylskåp. Inuti finns rör där köldmediet cirkulerar under högt tryck. Det tar upp värme från frysfackets insida och värms då upp något.

Sedan avges den insamlade värmen till rumsluften via värmeväxlaren (gallret på kylskåpets baksida).

På vintern värmer luft-luft-värmepumpen rumsluften, och på sommaren kan den kyla den.

För att köldmediet sedan ska kylas ner till arbetstemperatur komprimeras det i kompressorn. Under arbetscykeln växlar köldmediet (freonet) i systemet kompressor-kondensor-förångare ständigt mellan gasform och vätska och tillbaka.

En luftvärmepump fungerar på exakt samma sätt. Skillnaden är att den tar värme utifrån, inte från ett slutet frysskåp. Även om det är kallt ute finns det fortfarande gott om termisk energi i atmosfären.

För att producera värme behöver värmepumpen bara den energi som går åt till kompressorns drift. Diagrammet visar i detalj hur värmeöverföringen går till.

En luft-luft-värmepump består av följande komponenter:

• kompressor;
• förångare med fläkt för påtvingad luftcirkulation;
• expansionsventil;
• kopparrör för transport av köldmedium mellan utomhus och inomhus;
• kondensor med fläkt som tillför uppvärmd luft till rummet.

De första tre komponenterna utgör utomhusenheten, medan den sista tillhör värmepumpens inomhusdel. De värmeisolerade kopparrören är avsedda för kontinuerlig transport av köldmedium mellan dessa split-system-moduler.

Köldmediet (freonet) rör sig i en sluten krets i värmepumpen, vilket gör att det ständigt komprimeras och expanderas.

Arbetsgången för en luft-luft-värmepump ser ut så här:

1. Utomhusluft sugs in av fläkten i utomhusenheten och passerar genom den yttre förångarens flänsar. Köldmediet som cirkulerar i värmeväxlaren tar upp den termiska energin och övergår därmed till gasform.
2. Därefter går gasen in i kondensorn där den komprimeras. Sedan pumpas den via kopparrör till inomhusenheten.
3. I kondensorn som finns inomhus övergår gasen tillbaka till vätska och avger värme till rumsluften.
4. Därefter avlastas övertrycket via expansionsventilen, och den flytande freonen skickas åter till den primära förångaren.

Temperaturen på freonen som kommer in i utomhusenheten är alltid lägre än omgivningstemperaturen. Därför tar den alltid värme från atmosfären.

Men kylmedlets 'kylningsnivå' i systemet är konstant, medan utomhustemperaturen ständigt varierar. Av denna anledning förlorar värmepumpen sin effektivitet vid kraftig kyla.

Cykeln för kylmedlets rörelse i en luft-luftvärmepump: 1. Det komprimeras av kompressorn, 2. kondenseras i värmeväxlaren och avger värme, 3. går i flytande form till den yttre värmeväxlaren, 4. förångas där och tar vid förångningen upp termisk energi från utomhusmiljön, 5. återvänder till kondensorn.

För att öka värmepumpens effekt görs kondensorns och förångarens ytor så stora som möjligt. Och för att säkerställa oavbruten drift under vintern är den yttre värmeväxlaren utrustad med ett eget avfrostningssystem.

För- och nackdelar med luftvärmepump

Varje tekniskt komplex system har sina fördelar och nackdelar. Reklambroschyrer är en sak, men i verkligheten riskerar ägare av värmepumpar att stöta på vissa problem.

Luft-luft-värme/kylanläggningar är fördelaktiga av flera skäl.

Bland de främsta fördelarna finns:

• Mångsidighet. Systemen gör det möjligt att värma och kyla rum beroende på rummets funktion, behov och klimatsäsong.
• Miljövänlighet. De gör det möjligt att helt avstå från förbränning av naturgas, kol, ved etc., som förorenar miljön med förbränningsprodukter.
• Enkel installation. Att montera systemet från fabrikstillverkade komponenter är inte svårt. Man kan själv bygga en värmepump av tillgängliga material.
• Brandsäkerhet. Processen för att få värme är inte kopplad till användning av bränsle. Även störningar i anläggningens drift kan inte orsaka bränder.
• Ekonomi. De lockar med hög värmeavgivningskoefficient vid minimala kostnader (för 1 kWh förbrukad el ger de 4–5 kWh värme). Dessutom betalar de av sig snabbt.
• Prisvärt. Kostnaden för fabrikstillverkade system gör det möjligt för nästan alla att köpa en värmepump. En egenhändigt tillverkad anläggning blir i princip gratis.
• Användarvänlighet. Den tekniskt mest komplicerade apparaten i systemet – kompressorn, är den som man klarar av att underhålla. Med den belastning som är typisk för värmepumpar går kompressorer sällan sönder före den utlovade livslängden från tillverkaren.

För att ordna uppvärmning i ett rum räcker det att installera ett split-system, genom att hänga en utomhusmodul på fasaden och en konvektor på innerväggen. För att värma flera rum måste man anordna kanaler för distribution av varmluft.

För varje kilowattimme förbrukad el producerar värmepumpen upp till fem kilowattimmar värmeenergi.

All styrning av luft-luftvärmepumpen sköts av inbyggd automatik. Du behöver inte ägna särskild uppmärksamhet åt drift och inställning av systemet. Du behöver bara regelbundet rengöra luftfiltren och ibland byta dem.

Bland nackdelarna med värmepumpar kan nämnas:

• en om än obetydlig, men ändå bullrig bakgrund;
• direkt beroende av systemets effektivitet av utomhustemperaturen;
• ökad elförbrukning när det blir kallare ute;
• damm som ständigt svävar i luften på grund av fläktens kontinuerliga drift och luftkonvektion i rummet;
• beroende av elförsörjning (för oavbruten drift krävs en generator).

Vid utomhustemperaturer ner till -10°C fungerar allt utmärkt, värmen som tas utifrån räcker gott för att skapa bekväma förhållanden i hemmet. Men vid ytterligare kylning sjunker pumpens effektivitet kraftigt.

Om huset är byggt i ett område med kallt klimat och sträng vinterfrost, så går det inte utan en extra panna eller öppen spis.

I varmt klimat klarar en luftvärmepump utan problem uppvärmningen av ett privat hus, men vid sträng kyla är en extra värmekälla bra att ha.

För anläggning av luftvärme är sådana system idealiska. Minimal elförbrukning, ansträngning för installation och underhållsproblem. Men de kan inte värma vatten. För det måste du installera en extra varmvattenberedare eller ansluta till centraliserade nät.

Luft-luftvärmepumpar är det optimala sättet att värma byggnader byggda av trä eller SIP. Sådana byggnader har låga värmeförluster, luftvärmepumpens effekt räcker mer än väl för att värma dem.

På sommaren kan luft-luftvärmepumpen användas för att värma vattnet i poolen

Grundläggande skillnader från luftkonditionering

Utvändigt liknar luft-luftvärmepumpen en hushållsluftkonditionering. Men den har sina egna utmärkande konstruktionsegenskaper och tekniska specifikationer.

Den första enheten används som den primära värmekällan, som fungerar året runt. Den andra är mer avsedd för att kyla luften under sommarens hetta.

Värmepumpens huvudsakliga funktion är uppvärmning. Men många modeller kan också kyla inomhusluften. I det här driftläget är de dock betydligt sämre än luftkonditionering när det gäller energieffektivitet. Det är snarare en sista utväg att använda dem så.

Till utseendet liknar luftkonditionering och luftvärmepump varandra, men de har helt olika syften och prestandaegenskaper.

Å andra sidan kan många inverterluftkonditioneringsapparater också värma luften inomhus. Men de förbrukar betydligt mer el än värmepumpar. Varje enhet har sitt eget syfte.

Att använda en luft-luftvärmepump är först och främst en övergång till förnybara energikällor.

Dessa system är ekonomiskt fördelaktiga, trots de stora initiala investeringarna. Minskningen av uppvärmningskostnaderna betalar tillbaka alla initiala utgifter.

Val och beräkningar av värmepump

En luft-luftvärmepump är effektiv endast om den väljs på rätt sätt. Man måste i förväg beräkna dess effekt beroende på husets kvadratmeter. Och först därefter titta på priser från olika tillverkare.

Vid beräkningarna används energieffektivitetskoefficienten COP (förhållandet mellan värmepumpens effekt och den energi som används).

Under 'växthusförhållanden' når den ofta 4–5 punkter, och de mest moderna modellerna upp till 7–8. Men när utomhustemperaturen sjunker till -15–20°C sjunker detta värde kraftigt till bara 2.

Värmepumpen ger optimal uppvärmningsprestanda vid utomhustemperaturer på -10…+10 grader Celsius, eftersom den tar upp till ¾ av värmenergin från utomhusluften.

Vid beräkning av luftvärme måste man ta hänsyn till:

• värmeisolering och solinstrålning i rummen;
• ytan på rummen;
• antalet boende i villan;
• de allmänna klimatförhållandena på platsen där huset står.

För de flesta hus behövs cirka 0,7 kW värmepumpseffekt per tio kvadratmeter. Men allt är ganska ungefärligt. Om takhöjden överstiger 2,7 m eller väggar och fönster är dåligt isolerade, kommer mer värme att behövas.

Det finns många tillverkare av luft-till-luft värmepumpar både i Asien och Europa.

System från Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic och Toshiba har fått goda recensioner. Nästan alla deras modeller är anpassade till inhemska driftsförhållanden och har visat sig fungera väl.

Även vid spänningsvariationer går de inte sönder, utan fortsätter att fungera korrekt efter att strömmen återvänt.

Priset på luftvärmepumpar i standardutförande varierar från 9 000 till 45 000 kr. Här beror mycket inte bara på enhetens effekt utan också på extra funktioner och tillverkningsland.

Vissa modeller kompletteras med:

• luftrenings- och desinfektionsfilter;
• reservvärmare;
• elgeneratorer;
• GSM-moduler för systemstyrning;
• joniserings- och ozonapparater.

Erfarenheten visar att vid kyla under -15 °C blir det svalt i rum som bara värms med en luftvärmepump. Och utan extra värmare kan man inte tala om komfort i rummen.

Men i södra regioner, där sådan kyla är sällsynt, är värmepumpen fullt effektiv och mer än väl motiverar kostnaden genom energibesparingar.

Hemmagjord av ett gammalt kylskåp

Att med egna händer bygga en luft-till-luft värmepump av separata kompressorer och kondensorer utan specialiserade tekniska kunskaper är ganska svårt. Men för ett litet rum eller växthus kan man använda ett gammalt kylskåp.

Den enklaste luftvärmepumpen kan man tillverka av ett kylskåp genom att dra in en luftkanal från utsidan och montera en fläkt på kylarens bakre galler.

För detta måste man göra två hål i kylskåpets framdörr. Genom det första kommer utomhusluft in i frysen, och genom det andra, nedre, leds den tillbaka ut.

Under tiden den passerar genom den inre kammaren kommer den att avge en del av sin värme till freonet.

Man kan också helt enkelt bygga in kylmaskinen i väggen med dörren öppen utåt och värmeväxlaren bakåt in i rummet. Men man bör tänka på att effekten av en sådan värmare är liten, och den förbrukar mycket el.

Luften i rummet värms upp av värmeväxlaren på baksidan av kylskåpet. En sådan värmepump kan dock bara fungera vid utomhustemperaturer som inte är lägre än plus fem grader Celsius.

Denna hushållsapparat är endast avsedd för användning inomhus.

I en stor villa måste luftvärmesystemet kompletteras med luftkanaler som fördelar varmluften jämnt i alla rum.

Installation av en luft-luft-värmepump är mycket enkel. Man måste installera utomhus- och inomhusenheterna och sedan koppla ihop dem med en krets för värmeöverföringsvätska.

Den första delen av systemet installeras utomhus: direkt på fasaden, taket eller intill byggnaden. Den andra delen inomhus kan placeras i taket eller på väggen.

Utomhusenheten rekommenderas att monteras några meter från entrén till villan och längre bort från fönster, man bör inte glömma bullret från fläkten.

Och inomhusenheten installeras så att den varma luftströmmen från den sprider sig jämnt i hela rummet.

Om man planerar att värma ett hus med flera rum på olika våningar med en luft-luft-värmepump, måste man anordna ett ventilationskanalsystem med forcerad tillförsel.

I detta fall är det bäst att beställa en projektplan från en kompetent ingenjör, annars kanske värmepumpens effekt inte räcker till alla rum.

Elmätaren och skyddsutrustningen måste tåla de topplaster som skapas av värmepumpen. Vid plötslig köldknäpp börjar kompressorn förbruka många gånger mer el än normalt.

Det är bäst att dra en separat matningsledning från elcentralen för en sådan luftvärmare.

Särskild uppmärksamhet bör ägnas åt installationen av rör för köldmedium. Även den minsta spån inuti kan skada kompressorutrustningen.

Här kommer man inte undan utan kunskaper i att löda koppar. Påfyllningen av köldmedia bör man överlåta till en professionell för att undvika problem med läckage.

En steg-för-steg-instruktion för att bygga en värmepump från ett kylskåp beskrivs i denna artikel.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Funktionsprincip för ett luft-luft-värme split-system:

Luftvärmepump i värmesystemet för ett tvåvåningshus:

Inverter-konditionering eller luftvärmepump – vad är bättre?

Värmepumpar som arbetar enligt principen 'luft-luft' är mycket effektiva enheter. De är enkla att underhålla, bekväma i drift och ekonomiska.

Det finns ett stort sortiment av sådana system till salu nu, för varje hus kan man hitta en lämplig värmepump. Man behöver bara beräkna effekten noggrant, så kommer den att fungera effektivt under många år.

Vad tycker du om effektiviteten och lämpligheten av att använda luft-luft-värmepumpar “luft-luft”? Dela med dig av dina åsikter, lämna recensioner om användningen av enheterna och ställ frågor. Kommentarsformuläret finns nedan.