Luft-Luft-Wärmepumpe: Funktionsprinzip, Design, Auswahl und Berechnungen

Möchten Sie in Ihrem Zuhause eine Konvektorheizung installieren, bei der eine Luft-Luft-Wärmepumpe zur Erwärmung des Kühlmittels eingesetzt wird und so erhebliche Heizkosteneinsparungen ermöglicht? Stimmen Sie zu, dass es ein sehr verlockendes Unterfangen ist, in einem Unternehmen eine vollwertige Heizung mit praktisch kostenlosem Warmwasser zu erhalten.

Sie wissen aber nicht, wie Sie ein solches System aufbauen können, um Räume auf alternative Weise zu heizen und Warmwasser für den häuslichen Bedarf zu gewinnen?

Wir helfen Ihnen bei der Lösung dieses Problems – der Artikel behandelt das Funktionsprinzip und den Aufbau der Pumpe. Ein solches System muss nur Energie für den Betrieb des Kompressors aufwenden und die Hauptwärmemenge wird einfach von der Straße aus der Atmosphäre entnommen, wofür wir noch kein Geld zahlen müssen.

Dabei werden auch die Vorteile der Implementierung in das System und wesentliche Nachteile berücksichtigt. Besonderes Augenmerk wird auf die Auswahl und Berechnung der Pumpe gelegt.

Und für diejenigen, die gerne alles mit eigenen Händen machen, empfehlen wir, eine solche Pumpe aus verfügbaren Materialien selbst zu bauen. Zur Unterstützung stellen wir Fotomaterial und Videoempfehlungen zum Aufbau und Betrieb einer Luftwärmepumpe zur Verfügung.

Eigenschaften der Luft-Luft-Wärmepumpe

Zu den Geräten aus diesem Bereich gehört jede Wärmepumpe alternative Energie. Es entnimmt die Wärmeenergie der Luftmassen auf der Straße, aus dem umgebenden Raum in Innenräumen, um damit Wohn- und Nichtwohnobjekte zu beheizen.

Es werden keine brennbaren Brennstoffe verwendet.

Externe Wärmepumpe (TN) Luft-Luft ähnelt einer Inverter-Klimaanlage, Split-System aus dem externen und internen Block.

Und vom Funktionsprinzip her ähnelt es eher einem Kühlschrank, nur verhält es sich „umgekehrt“. Aber im Gegensatz zu beiden ist diese Wärmepumpe in der Lage, die Luftmassen im Haus sowohl zu kühlen als auch zu erwärmen.

Die Wärmepumpe entzieht der Außenatmosphäre minderwertige Wärmeenergie und erwärmt damit die Raumluft auf angenehme Temperaturen

Funktionsprinzip und interne Struktur

Der Betrieb eines Luft-Luft-HP basiert auf einem einfachen physikalischen Phänomen der Thermodynamik: Wenn eine Flüssigkeit verdampft, kühlt sie die Oberfläche, von der sie verteilt wird. Den gleichen Effekt zeigt beispielsweise Dampf über einer Tasse heißen Tees.

Ein normaler Kühlschrank funktioniert nach diesem Prinzip. Im Inneren befinden sich Rohre, durch die unter hohem Druck Kältemittel zirkuliert. Es nimmt Wärme aus dem Inneren des Gefrierschranks auf und wird dadurch etwas wärmer.

Anschließend wird die gesammelte Wärme über einen Wärmetauscher (das Gitter an der Rückseite des Kühlschranks) an die Raumluft abgegeben.

Im Winter erwärmt die Luft-Luft-Wärmepumpe die Raumluft, im Sommer kann sie diese abkühlen

Und damit das Kältemittel auf Betriebstemperatur abkühlen kann, wird es in einem Kompressor komprimiert. Darüber hinaus entsteht während des Betriebszyklus Freon im System Kompressor-Kondensator-Verdampfer wechselt ständig von gasförmig zu flüssig und zurück.

Eine Luftwärmepumpe funktioniert genauso. Nur nimmt es Wärme von der Straße auf und nicht von einem geschlossenen Gefrierschrank. Auch wenn es draußen frostig ist, ist in der Atmosphäre noch viel Wärmeenergie vorhanden.

Zur Wärmeerzeugung benötigt eine Wärmepumpe lediglich die Energie, die für den Betrieb des Kompressors aufgewendet wird. Das Diagramm zeigt detailliert den Wärmeübertragungsprozess

Eine Luft-Luft-Wärmepumpe besteht aus folgenden Elementen:

• Kompressor;
• Verdampfer mit Umluftgebläse;
• Expansionsventil;
• Kupferrohre zum Pumpen von Freon zwischen der Straße und dem Haus;
• Kondensator mit Ventilator, der dem Raum erwärmte Luft zuführt.

Die ersten drei Elemente bilden die Außeneinheit und das letzte gehört zum Innenteil der Wärmepumpe. Wärmeisolierte Kupferrohre sind für die kontinuierliche Bewegung des Kühlmittels zwischen diesen geteilten Systemmodulen ausgelegt.

Die Bewegung von Freon in einer Wärmepumpe erfolgt in einem Teufelskreis, wodurch es sich ständig zusammenzieht und ausdehnt

Der Betriebsalgorithmus einer Luft-Luft-Wärmepumpe ist wie folgt:

1. Außenluft wird von einem Ventilator in das Außengerät gesaugt und durch die Lamellen des externen Verdampfers gedrückt. Das durch den Wärmetauscher zirkulierende Freon nimmt die darin vorhandene Wärmeenergie auf und geht dabei in einen gasförmigen Zustand über.
2. Anschließend gelangt das Gas in den Kondensator, wo es komprimiert wird. Anschließend wird es durch Kupferrohre zum Innengerät gepumpt.
3. In einem im Haus befindlichen Kondensator wird das Gas wieder verflüssigt und gibt Wärme an die Raumluft ab.
4. Anschließend wird der Überdruck über das Expansionsventil abgelassen und das flüssige Freon erneut zum Primärverdampfer geleitet.

Die Temperatur des Freons, das in die Außeneinheit gelangt, ist immer niedriger als die Umgebungstemperatur. Daher entzieht es der Atmosphäre immer Wärme.

Der Grad der „Abkühlung“ des Kühlmittels im System ist jedoch konstant und die Außentemperatur schwankt ständig.Aus diesem Grund verliert TN bei starkem Frost seine Wirksamkeit.

Der Bewegungszyklus des Kühlmittels einer Luft-Luft-Wärmepumpe: 1. es wird von einem Kompressor komprimiert, 2. es kondensiert im Wärmetauscher und gibt dabei Wärme ab, 3. es gelangt in Form in den externen Wärmetauscher einer Flüssigkeit, 4. sie verdampft dort und nimmt beim Verdampfen die Wärmeenergie der äußeren Umgebung auf, 5 . kehrt wieder zum Kondensator zurück

Um die Leistung der Wärmepumpe zu steigern, werden die Flächen von Kondensator und Verdampfer möglichst groß ausgelegt. Und für einen unterbrechungsfreien Betrieb im Winter ist der externe Wärmetauscher mit einem eigenen Abtausystem ausgestattet.

Vor- und Nachteile einer Luftwärmepumpe

Jedes technisch komplexe System hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Werbeprospekte sind das eine, doch in Wirklichkeit laufen Besitzer von Wärmepumpen Gefahr, auf bestimmte Probleme zu stoßen.

Luft-Luft-Heiz-/Kühlgeräte sind aus mehreren Gründen vorteilhaft.

Zu den Hauptvorteilen gehören:

• Vielseitigkeit. Die Systeme ermöglichen das Heizen und Kühlen von Räumen je nach Raumzweck, Bedarf und klimatischer Jahreszeit.
• Umweltfreundlichkeit. Sie ermöglichen den vollständigen Verzicht auf die Verbrennung von Erdgas, Kohle, Brennholz usw., die die natürliche Umwelt mit Verbrennungsprodukten belasten.
• Einfach zu installieren. Der Zusammenbau eines Systems aus werkseitig hergestellten Komponenten ist nicht schwierig. Sie können aus verfügbaren Materialien eine Wärmepumpe selbst bauen.
• Brandschutz. Bei der Wärmeerzeugung kommt kein Brennstoff zum Einsatz. Selbst Störungen im Anlagenbetrieb führen nicht zu Bränden.
• Wirtschaftlich. Sie bestechen durch ihren hohen Wärmeübergangskoeffizienten bei minimalen Kosten (pro 1 kW verbrauchtem Strom erzeugen sie 4–5 kW Wärme). Zudem amortisieren sie sich schnell.
• Bezahlbarkeit. Die Kosten für werkseitig hergestellte Systeme ermöglichen es fast jedem, eine Wärmepumpe zu kaufen. Eine selbst erstellte Installation ist praktisch kostenlos.
• Benutzerfreundlichkeit. Das technisch komplexeste Gerät im System ist der Kompressor, dessen Wartung schwierig zu bewältigen ist. Bei der typischen Belastung von Wärmepumpen fallen Kompressoren selten vor der vom Hersteller versprochenen Zeit aus.

Es reicht aus, die Heizung in einem Raum zu organisieren Installieren Sie ein Split-System, Aufhängen eines Außenmoduls an der Fassade und eines Konvektors an der Innenwand. Um mehrere Räume zu beheizen, müssen Sie Warmluftverteilungskanäle installieren.

Für jedes verbrauchte Kilowatt Strom erzeugt die Wärmepumpe bis zu fünf Kilowatt thermische Energie

Die gesamte Steuerung der Luft-Luft-Wärmepumpe erfolgt über eine integrierte Automatisierung. Sie müssen der Bedienung und Konfiguration dieses Systems keine besondere Aufmerksamkeit widmen. Sie müssen die Luftfilter lediglich regelmäßig reinigen und gelegentlich wechseln.

Zu den negativen Aspekten von Wärmepumpen gehören:

• wenn auch unbedeutend, aber immer noch Hintergrundgeräusch;
• direkte Abhängigkeit der Systemeffizienz von der Außentemperatur;
• erhöhter Stromverbrauch, wenn es draußen kalt wird;
• durch den kontinuierlichen Betrieb des Ventilators und die Luftkonvektion im Raum hängt ständig Staub in der Luft;
• Abhängigkeit von der Stromversorgung (für einen unterbrechungsfreien Betrieb ist ein Generator erforderlich).

Bei Außentemperaturen bis -10°C funktioniert alles einwandfrei, die von der Straße aufgenommene Wärme reicht völlig aus, um im Haus behagliche Verhältnisse zu schaffen. Bei weiterer Abkühlung nimmt jedoch die Effizienz der Schneidpumpe ab.

Wenn das Ferienhaus in einem Gebiet mit kaltem Klima und starkem Frost im Winter gebaut wird, können Sie auf einen zusätzlichen Heizkessel oder Kamin nicht verzichten.

In warmen Klimazonen meistert eine Luftwärmepumpe problemlos die Heizaufgaben eines Privathauses, bei starkem Frost kann eine zusätzliche Wärmequelle jedoch nicht schaden

Für Anordnung der Luftheizung Solche Systeme sind ideal. Minimaler Energieverbrauch, Installationsaufwand und Wartungsprobleme. Aber sie können kein Wasser erhitzen. Dazu müssen Sie zusätzlich einen Heizkessel installieren oder eine Verbindung zu zentralen Netzwerken herstellen.

Luft-Luft-Wärmepumpen sind die optimale Möglichkeit, Gebäude aus Holz oder SIP zu heizen. Solche Gebäude haben geringe Wärmeverluste und die Luftwärmepumpenkapazität für ihre Beheizung ist reichlich vorhanden.

Im Sommer kann eine Luft-Luft-Wärmepumpe zur Erwärmung des Poolwassers eingesetzt werden

Grundlegende Unterschiede zur Klimaanlage

Äußerlich ähnelt eine Luft-Luft-Wärmepumpe einer Haushaltsklimaanlage. Aber es hat seine eigenen charakteristischen Designmerkmale und technischen Eigenschaften.

Das erste Gerät dient als Hauptheizquelle und ist das ganze Jahr über in Betrieb. Und der zweite ist eher dazu gedacht, die Luft in der Sommerhitze zu kühlen.

Die Hauptfunktion einer Wärmepumpe ist das Heizen. Viele Modelle sind jedoch auch in der Lage, die Raumluft zu kühlen. Doch in dieser Betriebsart sind sie der Klimaanlage in puncto Energieeffizienz deutlich unterlegen. Dies ist eher ein Extremfall ihres Einsatzes.

Im Aussehen ähneln sich Klimaanlage und Lufterhitzer, haben jedoch völlig unterschiedliche Zwecke und Leistungsmerkmale

Andererseits viele Inverter-Klimaanlagen kann die Raumluft erwärmen. Allerdings verbrauchen sie deutlich mehr Strom als Wärmepumpen. Jedes Gerät hat seinen eigenen Zweck.

Der Einsatz von Luft-Luft-HP ist in erster Linie ein Übergang zu erneuerbaren Energiequellen.

Diese Systeme sind trotz der hohen Anfangsinvestitionen kostengünstig. Durch die Senkung der Heizkosten werden alle Anschaffungskosten gedeckt.

Auswahl und Berechnungen einer Wärmepumpe

Eine Luft-Luft-Wärmepumpe ist nur dann effektiv, wenn sie richtig ausgewählt wird. Abhängig von der Quadratmeterzahl des Hauses muss die Leistung im Voraus berechnet werden. Und erst dann schauen Sie sich die Preise verschiedener Hersteller an.

Die Berechnungen basieren auf dem Energieeffizienzkoeffizienten COP (dem Verhältnis der PS-Leistung zur aufgewendeten Energie).

Unter „Gewächshausbedingungen“ erreicht er oft 4–5 Punkte, die modernsten Modelle erreichen 7–8. Wenn die Außentemperatur jedoch auf -15–20 °C sinkt, sinkt dieser Wert stark auf nur noch zwei.

Die Wärmepumpe erbringt bei Außentemperaturen von -10...+10 Grad Celsius eine optimale Heizleistung und bezieht somit bis zu ¾ der Wärmeenergie von der Straße

Bei Berechnung der Luftheizung Zu berücksichtigen sind:

• Wärmedämmung und Isolierung von Räumlichkeiten;
• Fläche der Räume;
• Anzahl der in der Hütte lebenden Personen;
• allgemeine klimatische Bedingungen in der Gegend, in der sich das Haus befindet.

Bei den meisten Häusern werden pro zehn Quadratmeter etwa 0,7 kW Wärmepumpenleistung benötigt. Aber hier ist alles ziemlich willkürlich. Wenn die Decken höher als 2,7 m sind oder die Wände und Fenster schlecht isoliert sind, wird mehr Wärme benötigt.

Sowohl in Asien als auch in Europa gibt es viele Hersteller von Luft-Luft-Wärmepumpen.

Die Systeme haben gute Bewertungen von Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Träger, Aertec, Panasonic Und Toshiba. Fast alle ihrer Modelle sind an die häuslichen Betriebsbedingungen angepasst und haben sich bestens bewährt.

Selbst bei Spannungsspitzen gehen sie nicht kaputt und funktionieren nach dem Einschalten des Stroms weiterhin einwandfrei.

Der Preis für laufende Luftwärmepumpen variiert zwischen 90 und 450.000 Rubel. Dabei kommt es nicht nur auf die Leistung des Gerätes an, sondern auch auf die Zusatzfunktionalität und das Herstellungsland.

Ausgewählte Modelle ergänzen:

• Filter zur Luftreinigung und -desinfektion;
• Reserveheizungen;
• elektrische Generatoren;
• GSM-Module zur Systemverwaltung;
• Ionisatoren und Ozonisatoren.

Die Praxis zeigt, dass bei Frösten unter -15 °C nur durch eine Wärme-Luft-Pumpe beheizte Räume kühl werden. Und ohne zusätzliche Heizung riechen die Räume ehrlich gesagt nicht angenehm.

In den südlichen Regionen, in denen solche Fröste selten sind, ist HP jedoch recht effektiv und rechtfertigt den Geldaufwand für die Einsparung von Energieressourcen mehr als.

Selbstgemacht aus einem alten Kühlschrank

Ohne spezielle Ingenieurkenntnisse ist es ziemlich schwierig, eine Luft-Luft-Wärmepumpe aus einzelnen Kompressoren und Kondensatoren zusammenzustellen. Aber für einen kleinen Raum oder ein Gewächshaus können Sie einen alten Kühlschrank verwenden.

Die einfachste Luftwärmepumpe kann aus einem Kühlschrank hergestellt werden, indem man von der Straße aus einen Luftkanal hineinführt und den Ventilator am hinteren Gitter des Wärmetauschers aufhängt

Dazu müssen Sie zwei Löcher in die Vordertür des Kühlschranks bohren. Durch den ersten gelangt Straßenluft in den Gefrierschrank und durch den zweiten unteren wird sie wieder an die Straße abgegeben.

Gleichzeitig gibt es beim Durchgang durch die Innenkammer einen Teil der darin vorhandenen Wärme an Freon ab.

Sie können die Kältemaschine auch einfach mit geöffneter Tür nach außen in die Wand einbauen und den Wärmetauscher nach hinten in den Raum hinein. Es sollte jedoch berücksichtigt werden, dass die Leistung einer solchen Heizung gering ist und viel Strom verbraucht.

Die Raumluft wird durch einen Wärmetauscher an der Rückseite des Kühlschranks erwärmt. Allerdings kann eine solche Wärmepumpe nur bei Außentemperaturen von nicht weniger als plus fünf Grad Celsius betrieben werden.

Diese Haushaltsgeräte sind nur für den Innenbereich bestimmt.

In einem großen Ferienhaus muss das Luftheizsystem durch Luftkanäle ergänzt werden, die die warme Luft gleichmäßig in allen Räumen verteilen

Die Installation einer Luft-Luft-Wärmepumpe ist äußerst einfach. Es ist notwendig, die externen und internen Blöcke zu installieren und sie dann über einen Kühlmittelkreislauf miteinander zu verbinden.

Der erste Teil des Systems wird im Außenbereich installiert: direkt an der Fassade, auf dem Dach oder neben dem Gebäude. Der zweite im Haus kann an der Decke oder Wand angebracht werden.

Es wird empfohlen, das Außengerät einige Meter vom Eingang des Ferienhauses und entfernt von den Fenstern zu installieren; vergessen Sie nicht den Lärm, der vom Ventilator erzeugt wird.

Und der interne ist so installiert, dass sich der warme Luftstrom gleichmäßig im Raum verteilt.

Wenn Sie planen, ein Haus mit mehreren Räumen auf verschiedenen Etagen mit einer Luft-Luft-Wärmepumpe zu heizen, müssen Sie ein System von Zwangsbelüftungskanälen installieren.

In diesem Fall ist es besser, das Projekt bei einem kompetenten Ingenieur zu bestellen, da sonst die Leistung der Heizung möglicherweise nicht für alle Räumlichkeiten ausreicht.

Der Stromzähler und die Schutzeinrichtung müssen den durch die Wärmepumpe erzeugten Spitzenlasten standhalten. Wenn es draußen plötzlich kalt wird, beginnt der Kompressor, ein Vielfaches mehr Strom zu verbrauchen als gewöhnlich.

Für einen solchen Lufterhitzer verlegen Sie am besten eine separate Zuleitung vom Verteilerfeld.

Besonderes Augenmerk sollte auf die Installation von Freonrohren gelegt werden. Selbst kleinste Späne im Inneren können die Kompressorausrüstung beschädigen.

Auf Kupferlötkenntnisse kann man hier nicht verzichten. Generell sollte das Nachfüllen von Kältemittel einem Fachmann überlassen werden, um spätere Probleme mit Kältemittellecks zu vermeiden.

Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Herstellung einer Wärmepumpe aus einem Kühlschrank finden Sie in Dieser Artikel.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Funktionsprinzip des Luft-Luft-Thermo-Split-Systems:

Luftwärmepumpe im Heizsystem eines zweistöckigen Hauses:

Inverter-Klimaanlage oder Luftwärmepumpe – was ist besser?

Luft-Luft-Wärmepumpen sind hocheffiziente Geräte. Sie sind wartungsfreundlich, komfortabel in der Anwendung und wirtschaftlich.

Mittlerweile gibt es eine große Auswahl an ähnlichen Systemen; Sie können für jedes Haus eine Heizungsanlage auswählen. Sie müssen nur die Leistung richtig berechnen, dann wird es viele Jahre lang effektiv funktionieren.

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