Застосування повітряного теплового насоса для опалення будинку

Сьогодні теплову енергію для опалення житла реально отримати з навколишнього середовища – повітря, землі, води. Ще 40 років тому подібне було можливо тільки в теорії. 20 років по тому з’явилися перші об’єкти з тепловими насосами, але застосування їх для систем опалення коштувало неймовірно дорого. Зате тепер десятки компаній-виробників пропонують рішення з облаштування систем опалення індивідуальних будинків на базі теплового насоса.

Прийнято вважати, що в країнах з холодним кліматом, до яких належить Україна, доцільніше встановлювати геотермальні теплові насоси, що використовують грунт як джерело низькопотенційної теплоти. Однак у наших сусідів-скандинавів, для яких характерний помірно-холодний клімат, все більшої популярності набувають повітряні теплові насоси (ВТН), що використовують теплоту зовнішнього повітря. Системи опалення на базі таких пристроїв не вимагають значних початкових витрат на відміну від теплових насосів з грунтовими теплообмінниками, оскільки не потребують підземному контурі, облаштування якого вимагає ще й інженерно-геологічних вишукувань, і узгодження їх результатів з офіційними інстанціями. Що стосується енергетичної ефективності систем з тепловими насосами, то найкращий показник (СОР – coefficient of performance) мають теплові насоси типу «вода-вода», але в цьому випадку потрібно доступ до річки, озера або потужним водоносних шарів. І навіть якщо джерело води знаходиться поруч з вашим заміським будинком, не варто забувати, що всі водні ресурси в нашій країні належать державі, і вам доведеться погоджувати використання цих природних ресурсів, що в деяких випадках не завжди можливо. Для ВТН характерна невисока вартість монтажу, а також вони оптимально підходять для реалізації низькотемпературних систем опалення, до яких відноситься система «тепла підлога», а також можуть в теплий період року охолоджувати житло.

Єдине питання, що вимагає прояснення, – наскільки пристосоване таке обладнання до кліматичних умов нашої країни.

Деяким тепловий насос здасться занадто дорогим задоволенням. Але якщо розглядати теоретичну сторону питання і порівнювати вартість кіловата теплової енергії між генераторами в принципі, то в боротьбі за економію переможе газовий котел. Однак, якщо врахувати всі нюанси процесу оформлення проектної документації на систему опалення на базі котла, що працює на магістральному газі, отримання дозволів та погодження робіт по підводу газової труби на суміжних територіях, а також задовольнити вимоги до приміщення котельні: організації димоходу, вентиляції і т. п., то пристрій системи опалення на базі газового котла виявиться аж ніяк не дешевим варіантом. Особливо, якщо на шляху прокладки відгалуження від магістрального трубопроводу до вашого будови знаходиться автомобільна або, що ще гірше, залізниця. Обігрівати будинок електричними приладами, наприклад електричним водогрійним котлом або конвекторами, також досить накладно з точки зору експлуатації. При цьому постійне зростання тарифів на електроенергію змушує шукати більш економічні рішення.

Використання теплогенератора на рідкому паливі теж має свої негативні сторони. Крім місця, необхідного для розміщення самого котла, потрібно місце для ємності з паливом. При цьому запах солярки буде постійно витати в повітрі. А облаштування недешеве димоходу, стійкого до дизельного конденсату, постійний контроль котла з дорогим ТО (нагар на топці треба чистити, а пальник налаштовувати), та й сама вартість дизельного палива в результаті забезпечить цим варіантом сумнівну ефективність і економію коштів.

ЯК ЦЕ ПРАЦЮЄ?

Кожен, хто користується кондиціонером в автомобілі, в офісі або квартирі, в міжсезоння може включити його «на тепло». Вручну або автоматично. Але звідки ж береться теплота?

Тепловий насос використовує низькопотенційну теплову енергію з навколишнього середовища, а також електричну енергію для роботи компресора, нагріваючи при цьому робоче тіло (холодоагент), який, в свою чергу, нагріває воду в системі опалення і ГВС. В цілому робота теплового насоса схожа на роботу домашнього холодильника, тільки навпаки. Цей процес називається парокомпрессионной циклом холодильної машини, який містить наступні фізичні процеси.

На початку першої фази циклу робоче тіло (холодоагент) холодильної машини, в даному випадку теплового насоса, знаходиться в рідкому стані при низькому тиску. Температура його при цьому нижче температури джерела теплоти – зовнішнього повітря.

1. Рідкий холодоагент проходить через теплообмінник-випарник, в якому за рахунок теплоти, що підводиться до нього від зовнішнього повітря, відбувається його фазове перетворення в перегрітий пар. Іншими словами, він випаровується як і вода в киплячому чайнику.

2. Потім цей перегрітий пар холодоагенту потрапляє в компресор, де внаслідок роботи його механічних частин, що приводяться в рух електрикою, відбувається збільшення тиску і температури. В результаті з компресора виходить газоподібний гарячий газ високого тиску.

3. Гарячий газоподібний холодоагент проходить через пластинчастий теплообмінник «фреон-вода». Там теплота від газу переходить до теплоносія (води), яка циркулює в первинному контурі, нагріваючи водяний бак, що знаходиться всередині приміщення. За рахунок теплоти, відданої газом теплоносія, відбувається зниження температури гарячого газу і його фазове перетворення назад в рідину.

4. Потім ця рідина, яка ще має високий тиск, потрапляє в розширене пристрій, де тиск холодоагенту знижується. Рідкий холодоагент при низькому тиску під впливом теплоти зовнішнього повітря починає википати, і далі процес повторюється.

Виходить, що в залежності від сезону теплообмінники, або, як їх ще називають, випарник і конденсатор, міняються місцями. Звичайно, відбувається це не фізично. Для напрямку потоку теплоносія використовують керований автоматикою четирёхходовой клапан. Повітряний тепловий насос – це холодильна машина, що працює в режимі «на тепло».

ЩО ПРОПОНУЮТЬ?

Використання таких властивостей речовин, як поглинання і виділення теплоти при випаровуванні і конденсації робочого тіла холодильної машини, застосовується вже понад 100 років. І з кожним роком ефективність роботи теплового насоса, який визначається коефіцієнтом перетворення енергії (сoefficient of performance, COP), який є відношенням отриманої теплової енергії до витраченої електричної, стає все вище. Значення COP змінюються в залежності від режиму роботи обладнання. Повітряний тепловий насос на 1 кВт витраченої електричної енергії може видати до 5 кВт теплової. Зрозуміло, при зростанні населення і дефіциті енергоносіїв ймовірність отримання дешевої теплової енергії цікава як споживачам, так і виробникам, що пропонують своє обладнання на світовому і російському ринках.

Кожен виробник кліматичної техніки пропонує свій повітряний тепловий насос. Як правило, це невеликі за продуктивністю пристрої, здатні обігрівати або охолоджувати приміщення площею від 30 до 200 м2. По суті нагадують знайомий всім кондиціонер: один силовий агрегат на вулиці і деяке число внутрішніх блоків, кількість і тип яких (канальний, касетний, настінний) можна вибрати залежно від архітектури і призначення приміщення. Управління роботою такої системи здійснюється індивідуально з кожного внутрішнього блоку так само, як і традиційної спліт-системою.

Європейські компанії, що спеціалізуються на випуску промислової і побутової опалювальної техніки, виробляють і повітряні теплові насоси, орієнтовані в першу чергу на ринок Європи. У номенклатурі вироблених ними виробів є можливості комбінації теплових насосів з іншими джерелами теплоти (котлами на копалин джерелах енергії, сонячними колекторами і т. П.).

Російське виробництво засноване на використанні елементів теплових насосів різних світових виробників і є одним з напрямків діяльності російських інженерно-торговельних компаній, що займаються холодильної тематикою. Повітряні теплові насоси у нас виробляються невеликими партіями і під конкретну задачу. Окремою темою «російського ринку» можна виділити саморобні повітряні теплові насоси. Спритність рук і потужний багаж знань, закладений багато років тому, дозволяють розрахувати, зібрати і використовувати талановитими людьми дійсно цікаві установки. Але хитрість полягає в тому, що вони нагадують інструкцію «як намалювати сову»: малюєте овал і ще овал. Хоп! Сова готова! Дешево і сердито.

ЩО З ЧИМ?

Розповідаючи про повітряних теплових насосах, не можна не уточнити, що це не готове закінчене рішення, а набір рішень-модулів, що збираються в залежності від поставленого завдання. Розглянемо кілька найбільш популярних.

Найпростіший варіант – система «повітря-повітря». Зовнішній блок + розгалужувач + внутрішні блоки, один або кілька, за кількістю приміщень. Холодоагент – фреон R410a. Індивідуальне управління температурою по приміщеннях. Режими роботи – опалення (повітряне) / охолодження / зниження вологості повітря.

Популярне рішення для індивідуального будинку. Зовнішній блок + гідравлічний модуль з теплообмінником «фреон / вода» + радіаторна система опалення + контур теплої підлоги, зібраний на гідравлічних групах швидкого монтажу. Теплоносій в первинному контурі – вода (система опалення). Управління температурою в приміщеннях – єдине, через автоматику в гідравлічному модулі. Режими роботи – опалення / пасивне охолодження.

Європейське рішення для невеликих будинків. Зовнішній блок + гідравлічний модуль + бойлер ГВП об’ємом 100-150 літрів + контур теплої підлоги. Циркуляційні насоси СО і контуру ГВП вбудовані в гідромодуль. Теплоносій в первинному контурі – вода (система опалення і ГВП). Управління температурою в приміщеннях – єдине, через автоматику в гідравлічному модулі. Режим роботи – опалення / пасивне охолодження.

При необхідності охолодження можна зробити активним і додати інші генератори теплоти. Приклад принципової схеми з ВТН і газовим котлом, підключеним через буферну ємність, + ГВП + радіатори + тепла підлога. Теплоносій в первинному контурі – вода (система опалення і ГВП). Управління температурою в контурах – єдине, за умови генераторів від одного виробника. Якщо виробники різні, то управління можливо реалізувати за допомогою програмованого контролера.

ОДИН АБО В КОМПАНІЇ?

При створенні сучасної системи опалення рекомендується передбачити кілька джерел тепла. В Європі це закон, який говорить, що навіть якщо у обивателя є газ, йому необхідно встановлювати кілька генераторів тепла, які отримують енергію з різних джерел. Ось тут-то варто повернутися до різниці в конструкції повітряних теплових насосів типу «повітря-повітря» і «повітря-вода». Перші, за рідкісним винятком, являють собою один зовнішній блок, в якому розташований компресор, випарник / конденсатор і автоматика, плюс один або кілька внутрішніх блоків. Між внутрішніми і зовнішнім блоком в такій системі циркулює фреон. Дана система є найпростішою з точки зору монтажу і може використовуватися в якості окремої системи і для обігріву, і для охолодження будинку.

У системи «повітря-вода», крім зовнішнього блоку, є гідравлічний модуль, в якому розташовані автоматика, теплообмінник фреон / вода, а також циркуляційні насоси контурів СО і ГВП. Гідромодуль допускається підключати до радіаторної системи опалення, системи опалення теплою підлогою або до буферної ємності, куди можуть скидати теплоту і інші теплові генератори. В цьому випадку для узгодженої роботи все генератори теплоти, насоси, сервоприводи триходові вентилів зазвичай підключаються до автоматики одного виробника. Очевидно, що система складніше, але при цьому – набагато функціональніша.

СИСТЕМА ОПАЛЕННЯ

Часто зустрічається інформація, що ВТН працює тільки з низькотемпературної системою опалення, під якою мається на увазі тепла підлога. Але це не зовсім так. ВТН може працювати і з радіаторами, головне – правильно підібрати їх по тепловіддачі.

ГВП

Максимальна температура в накопичувальному водонагрівачі, живити тільки від ВТН, може досягати 60 ° C. Обсяг стандартного водонагрівача становить 100-150 літрів (може і більше, все залежить від витрати води на об’єкті). Опціонально, для отримання більшої кількості змішаної води, можна нагріти воду і до більш високої температури, для чого використовується вбудований ТЕН або теплота від іншого теплогенератора, наприклад сонячного колектора. Виробники пропонують готові комплекти, коли гідроблок встановлений зверху на ємнісний водонагрівач об’ємом 100-150 літрів і оснащений, крім циркуляційного насоса системи опалення, циркуляційним насосом, підключеним до трубчастого теплообмінника бойлера.

охолодження

Що стосується систем «повітря-повітря», то в цьому випадку процес зрозумілий – автоматика перемикає клапан, і з внутрішнього блоку йде не теплий, а холодний повітряний потік. А ось з системами «повітря-вода» можуть побут варіанти.

Активне охолодження. Як пристрої для відбору тепла застосовуються вентиляторні доводчики (фанкойли) – пристрої, схожі на внутрішні блоки кондиціонера, тільки замість фреону по всторенному теплообміннику циркулює вода. При цьому, якщо система має накопичувальний водонагрівач, то теплота, що відбирається з приміщення, скидається в нього, а не на вулицю.

Пасивне охолодження. Як пристрої для відбору теплоти використовуються стандартні радіатори і поверхня теплої підлоги. Температура налаштовується таким чином, щоб вона була максимально близька до температури в приміщенні. Відбір теплоти з повітря приміщення і його охолодження, хоч і невелике, але буде.

Коли нижче 0 ° C

Так як в компресорі знаходиться масло, то основною проблемою, з якою раніше стикалися виробники, був запуск обладнання через мороз. Але з кожним роком вдосконалюється конструкція і росте ефективність компресорів. Зараз, із застосуванням двохроторннім і спіральних компресорів, що мають електропривод постійного струму, проблеми пуску вирішені. З’явилася можливість плавно запустити систему навіть при негативних температурах зовнішнього повітря, не піддаючи перевантажень привід і механізм компресора.

Але треба розуміти, що чим нижче температура на вулиці, тим важче відібрати теплоту від зовнішнього повітря. І багато що тут залежить від властивостей холодоагенту. У рекламі деяких моделей повітряних теплових насосів заявляється, що пристрій може працювати при температурі до -25 ° C з коефіцієнтом ефективності 1,6-1,7. Але це в рекламі. А в житті, для того щоб пережити низькі температури, виробники в гідравлічному модулі встановлюють нагрівальний елемент, керований системою автоматики. Правда, на відміну від котла, де нагрівальний елемент працює постійно, в ВТН додатковий електричний нагрів включається тільки при негативних температурах (моноенергетичного режим роботи).

УПРАВЛІННЯ

погодозалежне

Для ефективного витрачання електроенергії виробники за замовчуванням включають можливість управляти тепловим генератором з поправкою на погоду. Користувач задає температуру в приміщенні, далі автоматика сама, відбудовуючи по датчикам, контролює температуру теплоносія в системі опалення. Це не тільки економія електроенергії, але і підвищений комфорт, оскільки температура в приміщенні схильна мінімальним коливанням і не залежить від коливань температури зовнішнього повітря.

Програмування графіка роботи

При мінливому проживанні в будинку ця функція просто необхідна. Причому реалізована вона зазвичай із захистом – в разі збою електроживлення пам’ять контролера збереже ваш настройки. Установка програм не складніше, ніж в смартфоні. Контролер зазвичай має функцію самонавчання і здатний коригувати час початку роботи системи на нагрівання / охолодження в тому випадку, якщо система не встигла досягти заданої температури до часу, зазначеному користувачем. Запрограмувати графік включення / відключення системи необхідно фактично один раз, але ця нескладна функція дозволяє знизити витрати на опалення приблизно на 10 відсотків.

Дистанційне керування через Інтернет

Зараз все управляється через Інтернет – сигналізація, освітлення, водопідготовка, і такі просунуті «зелені» пристрою, як ВТН, не можуть не мати можливостей для дистанційного доступу. Є варіант управління через GSM-модуль, коли в нього вставляється sim-карта і тепловий насос спілкується зі споживачем за допомогою sms. Але більш просунутий варіант управління – через Інтернет, звичайно, якщо він є на об’єкті. Модуль, оснащений Wi-Fi-приймачем / передавачем, підключається до теплового насосу або встановлюється в нього (у кожного виробника свої варіанти). І далі користувач з комп’ютера, планшета або смартфона через домашній роутер зв’язується з порталом виробника. Завантаживши потрібну програму, він може керувати своєю системою опалення. У разі аварій, помилок, відключення живлення автоматика відправляє відповідний сигнал. У деяких виробників користування порталом платне. Але у всіх русифікований інтерфейс.

КАСКАД

Добре, якщо для опалення житла досить продуктивності одного теплового насоса. Але вдома бувають різні, і теплова потужність їм потрібна різна. Виробники пропонують можливість установки і управління декількома повітряними тепловими насосами в каскаді. Конструктивно це кілька зовнішніх блоків, що підключаються поступово (в залежності від збільшення тепловтрат будівлі) і підключених до єдиної системи опалення.

ЯКИМ ПОВИНЕН БУТИ БУДИНОК ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ ВТН?

проектування. Установку повітряного теплового насоса правильніше почати з підготовки теплового розрахунку об’єкта і проекту системи опалення. Звичайно, це варто окремих грошей, але виправлення помилок, зроблених при монтажі системи без проекту, обійдеться значно дорожче. І тут дрібниць не буває. Зазвичай фірми, що надають послуги з проектування, пропонують заповнити опитувальний лист і надати план будинку, за яким і роблять розрахунок. Краще настояти на візит проектувальника і монтажника безпосередньо на об’єкт. Якщо об’єкт поки тільки на папері, то бажано обговорити можливість внесення змін в проект системи опалення по ходу будівництва.

Монтаж і сервісне обслуговування. При виборі будівельно-монтажної організації не варто особливо довіряти її барвистою рекламі. Почитайте відгуки, поїдьте на реалізовані об’єкти. Ось тут Інтернет вам на допомогу. Зверніть увагу, що у серйозній організації обов’язково повинна бути своя служба сервісу.

теплоізоляція. Будинок з повітряним тепловим насосом – це енергоефективний будинок. Тобто тепловтрати в ньому повинні прагнути до мінімуму. Якщо споживач не будував будинок сам з початку і до кінця і не знає, що і як у нього зроблено, то ще перед початком проектування необхідно провести експертизу будівлі, а інакше ідея енергоефективного рішення «розіб’ється» про невраховані втрати тепла через дах, підлогу і вікна.

вентиляція. Передбачаючи такий джерело теплоти для системи опалення, як тепловий насос, не можна не сказати про необхідність облаштування енергоефективної вентиляції. Багато хто вважає, що звичайний кондиціонер в режимі охолодження забезпечує ще й приплив свіжого повітря в приміщення. Але це не так. У стандартному проекті зазвичай передбачена природна або механічна вентиляція кухні і ванних кімнат, а користувач найчастіше для провітрювання відкриває вікна. Зрозуміло, що в цьому випадку ні про яке енергоефективний будинку не йдеться. Інша справа – установка примусової припливно-витяжної вентиляції з використанням рекуперації, коли входить свіже повітря обігрівається або охолоджується потоком повітря, що видаляється з приміщень. Застосування такої установки зменшить витрати на опалення на 7-8%, і при цьому в будинку завжди буде свіже повітря.

підключення до електромережі. Для підключення повітряного теплового насоса потрібна електрика. І чим більше у обладнання теплова потужність, тим більше електричної потужності потрібно виділити для роботи. Інформація про те, скільки вимагає та чи інша установка, наведена в інструкціях виробників обладнання. Але попередньо можна розрахувати і самому. Наприклад, для будинку 160 м2 з тепловими втратами 80 Вт / м2 необхідно генерувати 12,8 кВт теплоти. Теплова потужність відповідного насоса максимум 14 кВт. Споживана потужність складе четверту частину від теплової. Повітряні теплові насоси випускаються у варіанті як однофазного, так і трифазного підключення, тобто 220 і 380 В відповідно. Заземлення обов’язково.

Теплоносій в СО. Якщо повітряний тепловий насос працює за схемою «фреон / вода», то замість води, як і в іншому опалювальному обладнанні, можна застосовувати незамерзаючий теплоносій. Кожен виробник рекомендує свій. Однак необхідно дотримати наступні умови: антифриз повинен бути нетоксичним, оскільки застосовується для опалення житла, якісним і давати користувачеві можливість проведення періодичного контролю його властивостей.

Місце установки зовнішнього блоку. На відміну від побутових спліт-систем, в ВТН довжина трубопроводів від зовнішнього блоку до гидромодуля може досягати 75 метрів, тому вибір його розташування не так обмежений. Важливо не забувати, що шум працюючого блоку не повинен заважати не тільки власникам будинку, а й сусідам. І, незважаючи на те, що зовнішній блок стійкий до стихійних явищ, його не повинно засипати снігом, листям, хвоєю або заливати водою. І якщо все зробити «по уму» силами кваліфікованих фахівців, то повітряний тепловий насос стане досить економічним і безпечним рішенням для опалення вашого будинку, надійним і простим в обслуговуванні і експлуатації.

Ссылка на основную публикацию