Тепловые насосы воздух-вода

Что такое тепловой насос?

Задумываясь об обогреве собственного жилья, вы можете найти обильное количество разного оборудования и технологий, но нужно учитывать, что ваша цель – максимальная эффективность и экономность отопления. Этим требованиям в полной мере отвечает только тепловой насос.

Принцип работы

     Главным преимуществом теплового насоса является то, что для обогрева дома он не нуждается в топливе, а использует неисчерпаемую возобновляемую энергию окружающей среды. Принцип действия чем-то похож на работу холодильника, только наоборот: низкотемпературное тепло извлекается из окружающей среды, аккумулируется и переносится в обогреваемое помещение. 

     Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды и передает его на теплообменник испарителя. Начиная с этого момента хладагент с низкой точкой кипения, циркулирующий в замкнутом контуре, проходит через четыре стадии фазового превращения:

• нагрев и испарение хладагента;
• сжатие компрессором и повышение давления и температуры хладагента;
• сжижение или конденсация с передачей тепла в систему отопления;
• расширение при прохождении через расширительный клапан и возврат хладагента в исходное состояние по давлению и температуре.

Таким образом, тепловой насос многократно аккумулирует низкотемпературное тепло воды, грунта или воздуха и переносит, отдает его в процессе конденсации в систему обогрева здания. Работая в реверсном режиме, тепловой насос успешно кондиционирует помещения, после чего не требуется установка сплит-систем.

Какие бывают тепловые насосы?

В зависимости от источника низкотемпературного тепла, различают следующие типы теплонасосных систем.

• Грунтовые тепловые насосы работают, используя тепловую энергию грунта. В качестве грунтового теплообменника могут выступать контуры горизонтальных трубных коллекторов или глубинных зондов. Это выгода в чистом виде, если есть участок земли и если объект находится отдаленно от населенного пункта, когда каждый кВт электричества стоит вам значительных денег. Стоимость земляных видов работ высокая, эффективность зависит от качества грунта.
• Водяные тепловые насосы собирают тепло из водоёмов и подземных грунтовых вод. Для работы нужно либо бурить скважины, либо опустить теплообменник в соседний водоём. Принцип работы водяного теплонасоса и его устройство требуют воды определенного качества и регулярного ухода за оборудованием, что тянет дополнительные расходы.
• Воздушные теплонасосы извлекают тепло из окружающего воздуха. Оборудование самое простое по устройству и универсальное для установки в новостройках и для модернизируемых систем, с самой быстрой окупаемостью. Является лучшим решением для регионов с умеренным климатом. Современный воздушный тепловой насос способен обогревать частные строения даже при температурах снаружи до минус 20-25 градусов. По стоимости оборудования тепловые насосы воздух-вода или воздух-воздух – лидеры продаж.

Современные ТН имеют возможность плавной регулировки мощности компрессора, такие инверторные тепловые насосы больше экономят текущие затраты и могут работать намного дольше.

Преимущества оборудования:

• Тепловые насосы действуют как три устройства в одном: отопительный котел, бойлер и сплит-системы кондиционирования.
• У теплонасосов лучшие показатели энергоэффективности и максимальная комфортность круглый год, особенно при устройстве низкотемпературных систем теплых полов и фанкойлов.
• Инверторные технологии для управления компрессорами и оборудованием служат для наибольшей экономии.
• Принцип погодозависимого и программируемого управления используется для экономных режимов, блоки теплонасоса работают с низким уровнем шума.
• Установка и запуск тепловых насосов воздух-вода простая.
• Окупаемость капиталовложений быстрая.

Почему именно тепловой насос?

• Это выгодно. Представлен широкий выбор моделей по тепло/холодопроизводительности.  Несмотря на достаточно высокую цену, тепловой насос окупается достаточно быстро благодаря наибольшей экономии текущих затрат. Газ постоянно дорожает, а эксплуатация электрокотла при долгосрочном использовании обходится дороже всех остальных технологий.

• Это эффективно. Высокая эффективность теплового насоса объясняется тем, что он не производит тепло, а переносит его, в отличие от всех остальных технологий. Он с большим отрывом выигрывает по энергоэффективности, поскольку при потреблении 1 кВт электричества тепловой насос поставляет около 2-5 кВт тепла, что ставит его значительно выше рангом любого газового или электрического котла. При схеме с низкотемпературными фанкойлами и теплыми полами системы максимально энергоэффективны.

• Это безопасно. Тепловой насос абсолютно безопасен в использовании, так как при его работе не требуются большие напряжения, не выделяется никаких газов и вредных компонентов.

• Это экологично. С каждым днём проблема загрязнения окружающей среды становится актуальнее, и стоит обратить внимание на вредные выбросы от оборудования перед тем, как мы собираемся его купить. Устанавливая систему с тепловым насосом, вы заботитесь о природе, поскольку данная технология полностью экологична и не загрязняет окружающую среду.

До какой температуры работает тепловой насос?

       Тепловые насосы действуют, извлекая тепло из слоя грунта, окружающего воздуха и низкотемпературное тепло природных водных источников. Они могут также использовать тепло, отводимое в ходе тех. процессов или удаляемое с воздухом вентиляции. Поскольку среди всех типов больше устанавливаются воздушные тепловые насосы, речь пойдет именно о них. Их применение возможно при условиях температур наружного воздуха до -20 … -25 °C.

Как подобрать тепловой насос:

• Посчитать теплопроизводительность  теплового насоса для отопления и нагрева воды для покрытия теплопотерь здания с учетом расчетной зимней температуры для вашего города.
• Скорректировать расчет по температуре, выше которой происходит 80-90 % всех нагрузок на отопление. Эффективность теплового насоса в таком случае выше, а цена оборудования меньше.
• Посчитать мощность теплового насоса по холоду с учетом теплопоступлений здания (если необходимо).
• Выбрать из технических данных от производителя ближайшее большее значение расчетной мощности по теплу/холоду теплового насоса.
• При проектировании системы отопления согласно строительных норм учитываются теплопотери, которые показывают, какое количество тепла нужно подать за 1 час, чтобы поддерживать необходимую температуру воздуха в помещениях.

Для упрощения для разных типов здания потери тепла можно принять:

• Для квартиры — 50 Вт на 1 м²
• Для хорошо утепленного дома – 60 Вт на 1 м². (Хорошо утепленный – стена из пеноблока толщиной около 300 мм плюс 100 мм утеплителя, крыша имеет 300 мм утеплителя, окна имеют хотя бы двухкамерные стеклопакеты)
• Для средне утепленного дома – 80 Вт на 1 м². (Средне утепленный – стена из пеноблока толщиной около 300 мм с утеплителем 50 мм, крыша имеет 250 мм утеплителя, окна имеют хотя бы двухкамерные стеклопакеты.)
• Для плохо утепленного дома – 100 Вт на 1 м². (Плохо утепленный – стена из пеноблока толщиной около 300 мм, крыша имеет 200 мм утеплителя, окна однокамерные).

Примечание: конечно очень много зависит от размера окон, поэтому более точный расчет все-таки предпочтительней.

     Стандартно, умножив значение удельных теплопотерь на площадь здания, мы узнаем, какое количество тепла нужно подавать каждый час в жилые помещения, чтобы для условий Киева, когда на улице температура наружного воздуха -22 °C, мы получили бы 20 °C в среднем по дому.

Например, для хорошо утепленного коттеджа 200 м² суммарные теплопотери при расчетной наружной температуре в -22 °C составят:

Для дома 200 м² и хорошо утепленного дома теплопотеря при -22 °C будет: 200 * 60 = 1 200 Вт или 12 кВт.

Вычисляем необходимую мощность при температуре наружного воздуха -7 °C:

12*(20-(-7))/(20-(-22)) = 12*(20+7)/(20+22) = 12*27/42 = 7.71 кВт

Определяем параметры теплоносителя. Обычно их можно принять:

• для старых систем отопления – радиаторы и конвектора 80-60 °C, теплый пол – 45-35 °C
• для систем современных систем отопления радиаторы и конвектора 60-40 °С теплый пол – 45-35 °C
• для систем отопления под тепловой насос от радиаторов рациональнее отказаться. Лучше применять фанкойлы с параметрами – 35/30 Со, теплый пол – 45-35 °C.

Для тепловых насосов с автоматикой погодного регулирования температуру теплоносителя при -7 °C можно принять:

• для 80-60 °C при -7 °C принимаем подачу 62 °C
• для 60-40 °C при -7 °С принимаем подачу 50 °C
• для 45-35 °C при -7 °C принимаем подачу 35 °C

Примем, что у нас тепловой насос с фанкойлами и теплым полом, то есть нам нужен тепловой насос, который даст нам при температуре наружного воздуха -7 °C и температуре подачи 35 °C мощность по теплу 7.71 кВт.
Если нам нужна работа и на кондиционирование, то мы считаем теплопоступления, по ним подбираем тепловой насос и дальше выбираем агрегат, который может покрыть нагрузку как по теплу при -7 °C /35 Со , так и по холоду при 35 °C/7 °C.
Мы принимаем удельные теплопоступления в диапазоне 60-100 Вт на 1 м²:

• Для квартир, где мало остекления можно принять 60 Вт на 1 м².
• Для коттеджей рекомендуем принимать 80 Вт на 1 м².
• Если же есть желание подстраховаться в выборе фанкойлов, то их можно принять по 100 Вт на 1 м².

Например, нужно охлаждение в спальне, кабинете и кухне, в доме 200 м² –  это всего 100 мкв и потребность в холоде составляет:

100*80 = 8 кВт

Если тепловой насос Mycond, который мы подобрали на точку бивалентности -7 °C сможет выдать необходимое количество холода, он нам подходит, если нет – выбираем следующий по теплу/холоду в модельном и прайсовом ряду тепловых насосов, которые предлагает производитель.