Varmepumpe “luft-til-luft”: funktionsprincip, konstruktion, valg og beregninger

Vil du indrette konvektoropvarmning i hjemmet, hvor der til opvarmning af varmebæreren anvendes en luft-til-luft varmepumpe, som sikrer betydelige besparelser på opvarmningsudgifterne? Enig i, at få fuldgyldig opvarmning sammen med varmt vand næsten gratis - det er en meget fristende mulighed.

Men du ved ikke, hvordan man konstruerer et sådant system for på en alternativ måde at opvarme rum og få varmt vand til husholdningsbrug?

Vi hjælper dig med at forstå dette spørgsmål - artiklen belyser pumpens funktionsprincip og opbygning. Energi til et sådant system skal kun bruges til kompressorens drift, mens hovedmængden af varme hentes simpelthen fra atmosfæren udenfor, som vi endnu ikke betaler for.

Der gennemgås også fordelene ved at implementere det i systemet og væsentlige ulemper. Særlig opmærksomhed gives til valg og beregning af pumpen.

Og til dem der kan lide at gøre alt selv, foreslår vi at konstruere en lignende pumpe på egen hånd ved hjælp af let tilgængelige materialer. Som hjælp giver vi fotomaterialer og videoanbefalinger om opbygning og funktion af en luftvarmepumpe.

Karakteristik af luft-til-luft varmepumpe

Enhver varmepumpe hører til udstyr inden for alternativ energi. Den opsamler termisk energi fra luftmasserne udenfor, fra det omgivende rum indendørs, for at opvarme beboelses- og ikke-beboelsesobjekter med den.

Der anvendes ikke nogen forbrændingstyper af brændstof.

Udvendigt ligner en luft-til-luft varmepumpe (VP) et inverter klimaanlæg, et split-system med en udendørs og en indendørs enhed.

Men efter funktionsprincip minder den mere om et køleskab, bare omvendt. Men i modsætning til begge disse er denne varmepumpe i stand til både at køle og opvarme luftmasserne i huset.

Varmepumpen tager lavpotentiel termisk energi fra atmosfæren udenfor og opvarmer dermed rumluften til behagelige temperaturer

Funktionsprincip og indre opbygning

Grundlaget for en luft-til-luft varmepumpe er et simpelt fysisk fænomen inden for termodynamik – væske afkøler overfladen, når den fordamper, den spredes fra. For eksempel viser damp over en kop varm te den samme effekt.

På dette princip fungerer også et almindeligt køleskab. Inde i det er der rør, hvorigennem kølemidlet cirkulerer under højt tryk. Det opsamler varme fra fryserummets indre rum, mens det selv opvarmes en smule.

Derefter afgives den opsamlede varme til rummets luft via en varmeveksler (risten bag på køleskabet).

Om vinteren opvarmer luft-til-luft varmepumpen rumluften, og om sommeren kan den køle den.

Men for at kølemidlet efterfølgende kan afkøles til driftstemperatur, komprimeres det i kompressoren. Desuden skifter freon inden i systemet kompressor-kondensator-fordamper konstant fra gasform til væske og tilbage under arbejdscyklussen.

Luftvarmepumpen fungerer helt analogt. Den tager dog varme fra udendørs i stedet for fra et lukket fryseskab. Selv når det er frost udenfor, er der stadig en del termisk energi i atmosfæren.

For at producere varme har varmepumpen kun brug for den energi, der bruges til at drive kompressoren. Diagrammet viser detaljeret varmeoverførselsprocessen.

En luft-til-luft varmepumpe består af følgende elementer:

• kompressor;
• fordamper med tvungen luftblæser;
• ekspansionsventil;
• kobberrør til overførsel af freon mellem udendørs og indendørs;
• kondensator med ventilator til tilførsel af opvarmet luft til rummet.

De første tre elementer udgør udendørsenheden, og det sidste tilhører den indre del af varmepumpen. De varmeisolerede kobberrør er beregnet til kontinuerlig transport af kølemiddel mellem disse moduler i split-systemet.

Freonens bevægelse i varmepumpen sker i et lukket kredsløb, hvorved den konstant komprimeres og udvides.

Arbejdsalgoritmen for en luft-til-luft varmepumpe ser således ud:

1. Udendørsluften trækkes ind i udendørsenheden af ventilatoren og presses gennem ribberne på den ydre fordamper. Freon, der cirkulerer i varmeveksleren, opsamler den termiske energi, der er til stede, og overgår derved til gasform.
2. Derefter kommer gassen ind i kondensatoren, hvor den komprimeres. Og så pumpes den gennem kobberrørene til indendørsenheden.
3. I kondensatoren, der er placeret i huset, omdannes gassen tilbage til væske, hvorved varmen overføres til indendørsluften.
4. Derefter slipper man overtrykket via ekspansionsventilen, og den flydende freon sendes tilbage til den primære fordamper.

Temperaturen på freon, der kommer ind i udendørsenheden, er altid lavere end omgivelsestemperaturen. Derfor opsamler den altid varme fra atmosfæren.

Men kølevæskens 'afkølingsniveau' i systemet er konstant, mens udetemperaturen konstant svinger. Derfor mister varmepumpen sin effektivitet ved kraftig frost.

Kølevæskens cyklus i en luft-til-luft varmepumpe: 1. Den komprimeres af kompressoren, 2. kondenseres i varmeveksleren, hvorved den afgiver varme, 3. går som væske ind i den ydre varmeveksler, 4. fordamper der og opsamler termisk energi fra omgivelserne ved fordampning, 5. vender tilbage til kondensatoren.

For at øge varmepumpens effekt gøres kondensator- og fordamperoverfladerne så store som muligt. Og for at sikre uafbrudt drift om vinteren er den ydre varmeveksler udstyret med et eget afrimningssystem.

Fordele og ulemper ved luftvarmepumpe

Ethvert teknisk komplekst system har sine fordele og ulemper. Reklamebrochurer er én ting, men i virkeligheden risikerer ejere af varmepumper at støde på bestemte problemer.

Luft-til-luft varme-/køleenheder er fordelagtige af flere årsager.

Blandt de vigtigste fordele er:

• Alsidighed. Systemerne gør det muligt at opvarme og afkøle rum afhængigt af rummets funktion, behov og årstid.
• Miljøvenlighed. De gør det muligt helt at undgå afbrænding af naturgas, kul, brænde osv., som forurener miljøet med forbrændingsprodukter.
• Nem installation. Det er ikke svært at samle systemet af fabriksfremstillede komponenter. Man kan selv bygge en varmepumpe af tilgængelige materialer.
• Brandsikkerhed. Varmeproduktionen er ikke forbundet med brug af brændstof. Selv driftsforstyrrelser i anlægget kan ikke medføre brand.
• Økonomi. De tiltrækker med en høj varmeoverførselskoefficient ved minimalt forbrug (for hver forbrugt 1 kW elektricitet leverer de 4–5 kW varme). Derudover tjener de sig hurtigt ind.
• Prisoverkommelighed. Prisen på fabriksfremstillede systemer gør det muligt for næsten alle at købe en varmepumpe. En selvbygget installation vil være næsten gratis.
• Brugervenlighed. Den mest teknisk komplekse enhed i systemet – kompressoren, som er nem at vedligeholde. Med den typiske belastning for varmepumper går kompressorer sjældent i stykker før den af producenten lovede levetid.

Til opvarmning af et enkelt rum er det nok at installere et split-system ved at hænge en udendørsenhed på facaden og en konvektor på indervæggen. For at opvarme flere rum skal der etableres kanaler til distribution af den opvarmede luft.

For hver kilowatt forbrugt elektricitet producerer varmepumpen op til fem kilowatt varmeenergi

Hele styringen af luft-til-luft varmepumpen varetages af den indbyggede automatik. Der skal ikke lægges særlig vægt på drift og indstilling af dette system. Det er kun nødvendigt regelmæssigt at rengøre luftfiltrene og undertiden udskifte dem.

Blandt de negative sider ved varmepumper kan nævnes:

• selvom det er ubetydeligt, så alligevel en støjbaggrund;
• direkte afhængighed af systemets effektivitet af udetemperaturen;
• øget elforbrug ved afkøling udendørs;
• konstant støv i luften på grund af kontinuerlig drift af ventilatoren og luftkonvektion i rummet;
• afhængighed af strømforsyning (til uafbrudt drift kræves en generator).

Ved udetemperaturer ned til -10°C fungerer alt perfekt, den varme, der hentes udefra, er tilstrækkelig til at skabe komfortable forhold i huset. Men ved yderligere afkøling falder pumpens effektivitet kraftigt.

Hvis huset er bygget i et område med koldt klima og hård frost om vinteren, kan man ikke undvære en ekstra kedel eller pejs.

I varmt klima klarer en luftvarmepumpe uden problemer opvarmningen af et privat hus, men ved streng frost vil en ekstra varmekilde ikke skade.

Til etablering af luftopvarmning er sådanne systemer ideelle. Minimum af elforbrug, installationsindsats og vedligeholdelsesproblemer. Men de kan ikke opvarme vand. Til det skal man installere en ekstra varmtvandsbeholder eller tilslutte til centrale net.

Luft-til-luft varmepumper er den optimale måde at opvarme bygninger bygget af træ eller SIP (Structural Insulated Panels). Sådanne konstruktioner har lavt varmetab, så en luftvarmepumpes kapacitet er mere end tilstrækkelig til opvarmning.

Om sommeren kan luft-til-luft varmepumpen bruges til at opvarme vand i poolen

Grundlæggende forskelle fra et klimaanlæg

Udvendigt ligner en luft-til-luft varmepumpe et almindeligt klimaanlæg. Men den har sine egne karakteristiske konstruktionsmæssige og tekniske egenskaber.

Den første enhed bruges som hovedvarmekilde og fungerer året rundt. Den anden er mere beregnet til at køle luften i sommerheden.

Varmepumpens primære funktion er opvarmning. Mange modeller kan dog også køle rumluften. Men i denne driftstilstand er de væsentligt ringere end klimaanlæg i energieffektivitet. Det er snarere en sidste udvej at bruge dem sådan.

Med hensyn til udseende ligner et klimaanlæg og en luftvarmepumpe hinanden, men de har helt forskellige formål og driftskarakteristika

På den anden side kan mange inverter klimaanlæg også opvarme luften i rum. Men de bruger meget mere strøm end varmepumper. Hver enhed har sit eget formål.

Brugen af en luft-til-luft varmepumpe er først og fremmest et skift til vedvarende energikilder.

Disse systemer er økonomisk fordelagtige, på trods af de store indledende investeringer. Besparelserne på varmeregningen dækker alle startomkostninger.

Valg og beregning af varmepumpe

En luft-til-luft varmepumpe er kun effektiv, hvis den er korrekt valgt. Man skal på forhånd beregne dens effekt baseret på husets kvadratmeter. Og først derefter se på priserne fra forskellige producenter.

Ved beregningerne bruges effektivitetskoefficienten COP (forholdet mellem varmepumpens effekt og den forbrugte energi).

Under 'drivhusforhold' når den ofte 4–5 point, og de mest moderne modeller op til 7–8. Men når udetemperaturen falder til -15–20°C, falder dette tal drastisk til kun to.

Varmepumpen yder optimal opvarmning ved udetemperaturer på -10…+10 grader Celsius, da den tager op til ¾ af varmeenergien fra udeluften.

Ved beregning af luftopvarmning skal man tage hensyn til:

• varmeisolering og solindfald i rummene;
• rummets areal;
• antal beboere i huset;
• de generelle klimatiske forhold på stedet, hvor huset ligger.

For de fleste huse kræves der omkring 0,7 kW varmepumpeeffekt per ti kvadratmeter. Men alt dette er ret betinget. Hvis lofterne er højere end 2,7 m, eller vægge og vinduer er dårligt isolerede, vil der være behov for mere varme.

Der er mange producenter af luft-til-luft varmepumper både i Asien og i Europa.

Gode anmeldelser har systemer fra Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Carrier, Aertec, Panasonic og Toshiba. Næsten alle deres modeller er tilpasset lokale driftsforhold og har klaret sig godt.

Selv ved spændingsudsving går de ikke i stykker, men fortsætter med at fungere korrekt efter strømmen er tændt.

Prisen på almindelige luftvarmepumper varierer fra 6.000 til 30.000 kr. Her afhænger meget ikke kun af enhedens effekt, men også af yderligere funktioner og produktionsland.

Enkelte modeller inkluderer:

• luftrensnings- og desinfektionsfiltre;
• backup varmelegemer;
• elektriske generatorer;
• GSM-moduler til systemstyring;
• ionisatorer og ozonatorer.

Praksis viser, at ved frostgrader under -15 °C bliver det køligt i rum, der kun opvarmes af en luftvarmepumpe. Og uden en ekstra varmeovn er der bestemt ingen komfort i rummene.

Men i sydlige regioner, hvor sådanne frostvejr er sjældne, er en varmepumpe ganske effektiv og er pengene værd takket være energibesparelser.

Gør-det-selv af et gammelt køleskab

Det er ret svært at samle en luft-til-luft varmepumpe af separate kompressorer og kondensatorer uden specialiserede ingeniørkundskaber. Men til et lille rum eller et drivhus kan man bruge et gammelt køleskab.

Den enkleste luftvarmepumpe kan fremstilles af et køleskab ved at trække en luftkanal fra gaden ind i det og montere en ventilator på den bagerste rist på varmeveksleren.

For at gøre dette skal der laves to huller i køleskabets frontdør. Gennem det første kommer udeluften ind i fryseren, og gennem det andet nederste udløb føres den tilbage til gaden.

Under sin passage gennem det indre kammer vil den afgive en del af den varme, den indeholder til freon.

Man kan også blot indbygge kølemaskinen i væggen med den åbne dør udad og varmeveksleren bagud ind i rummet. Men man skal være opmærksom på, at effekten af en sådan varmeovn vil være lille, og at den bruger en del elektricitet.

Luften i rummet opvarmes af varmeveksleren bag på køleskabet. En sådan varmepumpe kan dog kun fungere ved udendørstemperaturer på mindst plus fem grader Celsius.

Dette husholdningsapparat er kun beregnet til brug indendørs.

I et stort sommerhus skal luftvarmesystemet suppleres med luftkanaler, der fordeler varm luft jævnt til alle rum.

Installation af en luft-til-luft varmepumpe er yderst enkel. Det er nødvendigt at installere udendørs- og indendørsenhederne og derefter forbinde dem med et kredsløb med varmebærer.

Den første del af systemet installeres udendørs: direkte på facaden, taget eller ved siden af bygningen. Den anden del i huset kan placeres på loftet eller væggen.

Det anbefales at montere udendørsenheden et par meter fra indgangen til sommerhuset og væk fra vinduer, og man bør ikke glemme støjen fra ventilatoren.

Og indendørsenheden installeres, så strømmen af varm luft fra den spredes jævnt i hele rummet.

Hvis det er planlagt at opvarme et hus med flere rum på forskellige etager med en luft-til-luft varmepumpe, så bliver man nødt til at indrette et system af ventilationskanaler med tvungen tilførsel.

I dette tilfælde er det bedre at bestille et projekt hos en kompetent ingeniør, ellers kan varmepumpens effekt være utilstrækkelig til alle rum.

Elmåleren og beskyttelsesanordningen skal kunne modstå de spidsbelastninger, som varmepumpen skaber. Ved pludselig kulde udenfor begynder kompressoren at forbruge flere gange mere elektricitet end normalt.

Det er bedst at lægge en separat forsyningsledning fra fordelingstavlen til en sådan luftvarmer.

Der skal lægges særlig vægt på installationen af freonrør. Selv den mindste spån indeni kan beskadige kompressorudstyret.

Her kan man ikke undvære færdigheder i lodning af kobber. Påfyldning af kølemiddel bør generelt overlades til en professionel for at undgå problemer med lækager senere.

Trin-for-trin vejledning til fremstilling af en varmepumpe fra et køleskab er beskrevet i denne artikel.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Funktionsprincip for luft-til-luft varmesplitsystem:

Luftvarmepumpe i varmesystemet til et to-etagers hus:

Inverter klimaanlæg eller luftvarmepumpe – hvad er bedst?

Varmepumper, der arbejder efter princippet luft-til-luft, er meget effektive enheder. De er nemme at vedligeholde, bekvemme at betjene og økonomiske.

Der er i øjeblikket et stort udvalg af sådanne systemer på markedet, og til ethvert hus kan man vælge en varmeenhed. Man skal blot beregne dens effekt korrekt, så vil den fungere effektivt i mange år.

Og hvad synes du om effektiviteten og hensigtsmæssigheden af at bruge luft-til-luft varmepumper? Del din mening, efterlad anmeldelser om brug af enhederne og stil spørgsmål. Kommentarformularen findes nedenfor.