Теплові насоси – що треба знати? Частина IIІ

С. Михненко

Наведені тут дані допоможуть інсталяторам, дистриб’юторам та продавцям простою мовою пояснювати необізнаним покупцям та потенційним замовникам дію та особливості систем з тепловими насосами

Продовження. Початок читайте у попередніх статтях: «Теплові насоси – що треба знати?» та «Теплові насоси – що треба знати? Частина II».

Ґрунтові теплові насоси

Теплові насоси, що використовують тепло від ґрунту або підземної води в якості джерела теплової енергії (в режимі опалення), а також для видалення (перезподілу) енергії в режимі охолодження, відносяться до ґрунтових ТН. Системи такого типу містять два ключових компоненти:

Ґрунтовий теплообмінник: Це теплообмінник, який використовується для додавання або видалення теплової енергії із землі або з під землі. Можливі різні конфігурації теплообмінника, які пояснюються далі в цьому розділі.

Тепловий насос: замість повітря, ґрунтові теплові насоси використовують заглиблений в ґрунт теплообмінник як джерело (при нагріванні) або виток (при охолодженні).
В самій будівлі можливі як повітряна, так і водяна системи (внутрішній блок / блоки).

Робочі температури всередині будівлі дуже важливі саме для водяних застосувань. Теплові насоси працюють ефективніше для нагрівання при значно нижчих температурах (нижче 45-50°C), що робить їх кращим варіантом для низькотемпературних систем – «теплих підлог» або систем фанкойлів. Слід бути обережним, розглядаючи можливість їх використання з високотемпературними радіаторами, які потребують температури води вище 60°C, оскільки ці температури зазвичай перевищують верхні межі у більшості побутових теплових насосів. Але наразі на ринку вже є пропозиції так званих «високотемпературних теплових насосів», робоча температура яких досягає 75-80°C.

Залежно від того, як взаємодіють тепловий насос й ґрунтовий теплообмінник, можливі дві різні класифікації системи:

Вторинна петля: у ґрунтовому теплообміннику використовується рідина (ґрунтова вода або антифриз). Теплова енергія, що передається від землі до рідини, подається до теплового насоса через теплообмінник.
Пряме розширення (DX): холодоагент використовується як розчин у ґрунтовому теплообміннику. Теплова енергія, що витягується холодоагентом з під землі, використовується безпосередньо тепловим насосом – додатковий теплообмінник не потрібен.

У цих системах ґрунтовий теплообмінник є частиною самого теплового насоса, виконуючи роль випарника в режимі опалення та конденсатора в режимі охолодження.

Ґрунтові теплові насоси можуть задовольнити різні потреби комфорту у домі, включаючи:

Тільки опалення: Тепловий насос використовується тільки для опалення. Це може включати як опалення приміщень, так і виробництво гарячої води.
Опалення з «активним охолодженням»: Тепловий насос використовується як для опалення, так і для охолодження.
Опалення з «пасивним охолодженням»: Тепловий насос використовується для опалення, а його обхідний канал – для охолодження. При охолодженні рідина з будівлі охолоджується безпосередньо в ґрунтовому теплообміннику. Такі системи можуть бути організовані так, аби влітку, коли ТН головно працює на охолодження, мати гарячу воду від цього ж ТН.

Нагрівання та «активне охолодження» описані в наступному розділі.

Основні переваги від більшої ефективності систем ґрунтових теплових насосів особливо відчутні там, де температура повітря може опускатися нижче - 30°C. В таких умовах ґрунтові системи можуть працювати ефективніше, оскільки вони користуються більш високою та стабільною температурою від підземних шарів ґрунту. Типова температура води, що надходить на ґрунтовий тепловий насос, зазвичай перевищує 0°C, що дає COP близько 3 для більшості систем протягом найхолодніших зимових місяців.

Енергозбереження

Ґрунтові системи значно скоротять експлуатаційні витрати на опалення та охолодження. Економія витрат на теплову енергію у порівнянні з електричними печами становить близько 65%. В середньому добре продумана ґрунтова система дасть економію, що приблизно на 10-20% більше, ніж це було б забезпечено у холодному кліматі найкращим у своєму класі повітряним тепловим насосом з потужністю, яка покриває більшість навантажень на опалення будівлі. Це пояснюється тим, що взимку температура підземних горизонтів вища, ніж температура повітря. В результаті ґрунтовий тепловий насос може забезпечити більше тепла протягом зими, ніж тепловий насос з джерелом надходження тепла від повітря.

Фактична економія енергії буде варіюватися залежно від місцевого клімату, ефективності наявної системи опалення, витрат на паливо та електроенергію, потужності встановленого теплового насоса, конфігурації свердловини та сезонного балансу енергії, а також ефективності теплового насосу (SEER).

Бувають особливі випадки, коли ефективність ґрунтових теплових насосів є надвисокою. Наприклад, для опалення/охолодження музею сучасного мистецтва «Музей Брандхорста» в Мюнхені (Німеччина), використано систему, яка використовує як джерело енергії підземне тепло ґрунтових вод під містом в мюнхенському районі Максфорштадт, яке на глибині 15-20 м має сталу температуру +16/+18°C протягом року. Вся масштабна та простора будівля з корисною площею 3200 м² опалюється/охолоджується виключно системою ТН типу «ґрунт-вода» з «відкритим контуром» (див. нижче по тексту), а всередині є як водяні, так і повітряні внутрішні блоки. Така висока нижня «робоча точка», що лише на 3-4 °C відрізняється від максимально комфортної температури, дозволяє досягти виняткової ефективності та енергозбереження.

Фото: Музей Брандхорста в Мюнхені

Як працює ґрунтова система?

Теплові насоси ґрунтового типу складаються з двох основних частин: ґрунтового теплообмінника та власне теплового насоса. На відміну від повітряних теплових насосів, де один теплообмінник розташований зовні, в ґрунтових системах тепловий насосний агрегат розташовано, за правило, всередині будинку.
Конструкції наземного теплообмінника можна класифікувати як:
Закрита петля: системи із замкнутою петлею відбирають тепло з-під землі за допомогою суцільної петлі трубопроводів, закопаних під землею. Розчин антифризу (або холодоагент у випадку ґрунтової системи типу DX), охолоджений системою охолодження теплового насоса до декількох градусів холодніше від оточуючого його ґрунту, циркулює по трубопроводах та поглинає тепло із підземного джерела.

Загальні схеми трубопроводів у системах із замкнутим контуром включають горизонтальні, вертикальні, діагональні та наземні системи для ставків / озер.

Відкритий контур: «відкриті» системи використовують переваги тепла, що зберігається у підземній водоймі. Вода забирається через свердловину безпосередньо до теплообмінника, де з неї витягується тепло. Потім вода скидається або до надземного водоймища, такого як струмок, річка чи ставок, або назад до того ж підземного водоймища через окрему свердловину.

Вибір зовнішньої системи трубопроводів залежить від клімату, ґрунтових умов, наявної землі, місцевих витрат (монтаж на території), а також правил місцевих громад. Наприклад, деякі громади забороняють системи типу DX, коли відпрацьований теплоносій скидається у водоносний горизонт, який є джерелом питної води.

Опалювальний цикл ґрунтових теплових насосів

Під час опалювального циклу (рис. 1) ґрунтові води, суміш антифризу або холодоагент (який циркулює через систему підземних трубопроводів та всотує тепло з ґрунту) направляється до теплового насосного агрегату всередині будинку (див. рис. 3). У системах з ґрунтовою водою або з розчином, який не замерзає, вона проходить через первинний теплообмінник, навкруги якого циркулює холодоагент. У системах DX холодоагент надходить безпосередньо в компресор без проміжного теплообмінника.

Тепло передається холодоагенту, який закипає, перетворюючись на пари низької температури. У відкритій системі підземні води потім відкачуються назад та скидаються у ставок чи колодязь, або ж потрапляють у підземний водяний горизонт через свердловину. У системі із замкнутим контуром суміш антифризу або холодоагент для повторного нагрівання відкачується назад у систему підземних трубопроводів.

Рис. 1. Опалювальний цикл ґрунтових ТН

Зворотний клапан направляє пари холодоагенту до компресора. Потім пара стискається, що зменшує її об’єм та викликає її нагрівання.

Нарешті, зворотний клапан направляє гарячий газ до змійовика конденсатора, де він віддає своє тепло повітрю та / або гідросистемі для опалення будинку. Віддавши тепло, холодоагент проходить через розширювальний пристрій, де його температура та тиск знижуються ще до того, як він повернеться до першого теплообмінника, або у ґрунт в системі типу DX. Після цього цикл повторюється.

Цикл охолодження

Цикл «активного охолодження» в принципі є зворотним циклом опалення. Напрямок руху холодоагенту змінюється за допомогою зворотного клапана. Холодоагент забирає тепло з повітря в приміщенні та передає його безпосередньо (в системах DX), або в ґрунтову воду, або у розчин антифризу. Потім тепло викачується назовні, у водойму, або повертається у свердловину (у відкритій системі), або в підземний трубопровід (у замкнутій системі). Частина цього надлишку тепла може бути використана для попереднього підігріву гарячої води.

На відміну від повітряних теплових насосів, ґрунтові системи зазвичай не потребують циклу розморожування. Температури під землею набагато стабільніші за температуру повітря, а сам агрегат теплового насоса розташований всередині опалюваного службового приміщення. Якщо ґрунтовий теплообмінник має достатню площу теплового контакту і розгалуженість, то проблем з замерзанням оточуючого ґрунту також не виникає.

Частини системи

Системи теплових насосів наземних джерел мають три основні компоненти: сам тепловий насосний агрегат, рідке теплообмінне середовище (відкрита система або замкнутий контур) та розподільча система (на повітряній або водяній основі), яка розподіляє теплову енергію від теплового насосу до будівлі.

Ґрунтові теплові насоси сконструйовані по-різному. Для повітряних систем (ґрунт–повітря) автономні агрегати об’єднують повітродувку (вентилятор), компресор, теплообмінник та змійовик конденсатору в єдиній шафі. Спліт-системи дозволяють додавати змійовик до печі з примусовим повітрям, а також використовувати наявні вентиляційні повітродувки та печі.

Для водяних систем теплообмінники джерела й стоку, а також компресор знаходяться в одній шафі.

Нотатки щодо енергоефективності

Як й у випадку з повітряними тепловими насосами, існують системи ґрунтових теплових насосів із різною ефективністю. Нижче наведено середні діапазони COP та EER для пристроїв, наявних на ринку.

Ґрунтові водяні або системи з відкритим контуром.

Опалення:

Мінімальний COP для опалення: 3.6.
Діапазон COP для опалення в доступних на ринку виробах: 3,8 до 5,0.

Охолодження:

Мінімальний EER: 16.2.
Діапазон, EER у наявних на ринку виробах: від 19,1 до 27,5.

Системи із замкнутим циклом.

Опалення:

Мінімальний COP для опалення: 3.1.
Діапазон, COP для опалення в наявних на ринку виробах: 3,2 ÷ 4,2.

Охолодження:

Мінімальний EER: 13.4.
Діапазон, EER у доступних на ринку продуктах: 14,6 до 20,4.

Із розвитком компресорів, двигунів та регулювальних приладів було різко покращено ефективність систем ґрунтових теплових насосів. Наразі вони досягають значно вищого рівня енергоефективності у порівнянні з повітряними ТН.

У системах «нижнього» сегменту ринка зазвичай використовуються двоступеневі компресори, відносно стандартні розміри теплообмінників повітря-холодоагент та великогабаритні теплообмінники з розширеною поверхнею. Агрегати в діапазоні високої ефективності, як правило, використовують компресори з декількома ступенями налаштування швидкості або із плавно змінюваною швидкістю, вентилятори для приміщень зі змінюваною швидкістю або обидва типи.

Зауваження щодо розмірів (встановленої потужності)

Важливо, щоб ґрунтовий теплообмінник добре відповідав потужності теплового насоса. Системи, які не є збалансованими та не можуть вчасно поглинати енергію, яка витягується з свердловини, будуть постійно погіршувати свої характеристики, аж допоки тепловий насос більше не зможе виділяти тепло.

Як й у випадку з повітряними тепловими насосними системами, загалом не варто обирати ґрунтову систему, щоб перекрити все тепло, яке буває необхідним для будинку. Для економічної ефективності систему слід загалом розраховувати так, щоб вона покривала більшість річних потреб домогосподарства в тепловій енергії. Час від часу пікове навантаження на опалення під час суворих погодних умов може бути задоволене за допомогою додаткової системи опалення.

Зараз ґрунтові системи доступні з вентиляторами та компресорами зі змінюваною швидкістю. Такий тип системи може задовольнити всі навантаження охолодження та більшість теплових навантажень для опалення на низькій швидкості, при цьому висока швидкість потрібна лише для дуже високих нагрівальних навантажень.

Для нашого клімату є системи з різноманітною потужністю. Зазвичай агрегати для житла мають номінальну потужність (охолодження з замкненим контуром) від 1,8 кВт до 21,1 кВт, а також включають опції приготування гарячої води (ГВП).

Зауваження щодо конструкції теплового насоса

На відміну від теплових насосів повітряного типу, ґрунтові теплові насоси для збору та розсіювання тепла під землею потребують облаштування ґрунтового теплообмінника.

Системи з відкритим контуром

Відкрита система як джерело тепла використовує ґрунтові води зі звичайної свердловини. Ґрунтові води перекачуються в теплообмінник, де відділяється теплова енергія, яка згодом використовується як джерело тепла для теплового насоса. Потім ґрунтові води, що виходять з теплообмінника, знову подаються у водоносний горизонт (див. рис. 2).

Рис. 2. Скидання та водозабір в системі з відкритим контуром

Інший спосіб скидання використаної води – через другу свердловину, яка повертає воду під землю. Свердловина для водозабору повинна мати достатню потужність для використання всієї води, що проходить через тепловий насос, та повинна бути зроблена кваліфікованим бурильником свердловини.

Якщо є додаткова діюча свердловина, підрядник-інсталятор теплового насоса повинен впевнитись, що вона придатна для використання в якості свердловини для ТН. Незалежно від типу, система повинна бути спроєктована таким чином, щоб запобігти будь-якій шкоді навколишньому середовищу. Тепловий насос просто видаляє або додає тепло до води; забруднювачі не додаються. Єдиний вплив на воду, що повертається в навколишнє середовище – це незначне підвищення або зниження температури. Важливо проконсультуватися з місцевими органами влади щодо існування будь-яких правил щодо систем з відкритим контуром у вашому регіоні.
Розмір (потужність) теплового насоса та специфікації виробника визначатимуть кількість води, необхідну для відкритої системи. Потреба у воді для конкретної моделі теплового насоса зазвичай зазначається в літрах на секунду (л / с) та наведена у специфікаціях для цього агрегату. Тепловий насос потужністю 10 кВт при роботі буде використовувати приблизно від 0,45 до 0,75 л / с.

Конкретна комбінація насоса та водозабору з колодязя повинна бути такою, щоб забезпечити воду для теплового насосу на додачу до потреб у побутовій воді. Можливо, буде потрібно встановити збільшений резервуар води під тиском або змінити водопровід, щоб подавати достатню кількість води до теплового насоса.
Погана якість води може спричинити серйозні проблеми у відкритих системах. Не варто прямо використовувати воду з джерела, ставка, річки чи озера для системи теплового насоса. Частинки забруднень, органічні та мінеральні, а також інші речовини можуть протягом короткого періоду часу засмітити систему теплового насоса та призвести до її непрацездатності. Перед установкою теплового насоса також необхідно перевірити воду на кислотність, твердість та вміст заліза. Підрядник або виробник обладнання може порадити, який саме рівень якості води є прийнятним, а також за яких обставин можуть знадобитися спеціальні матеріали для теплообмінника чи системи попереднього очищення води.

Встановлення відкритої системи часто підпорядковується місцевим правилам про зонування або ліцензійним вимогам. Зверніться до місцевих органів влади, щоб визначити, чи застосовуються обмеження у вашому регіоні.

Системи із замкнутим контуром

Система з замкнутим контуром витягує тепло з самої землі, використовуючи закільцьовану петлю із закопаної пластикової труби. У випадку систем типу DX використовуються мідні трубки. Труба з'єднується з тепловим насосом у приміщенні для утворення герметичної підземної петлі, через яку циркулює розчин антифризу або холодоагент (див рис. 3). У той час як відкрита система зливає воду зі свердловини, система із замкнутим контуром під тиском рециркулює розчин антифризу в трубі.

Рис. 3. Системи ґрунтових ТН із замкненим контуром

Труба розміщується в одному з трьох типів теплообмінних пристроїв:

Вертикальний: вертикальне розташування з замкненою петлею є вибором для більшості заміських будинків, де не багато місця, вільного від інших об’єктів чи насаджень. Трубопроводи вставляються в свердловини діаметром 150 мм на глибину від 45 до 150 м, залежно від ґрунтових умов та розмірів системи. П-подібні петлі труби вставляються в отвори (рис. 5 зліва). Верхні краї труб мають бути заглиблені нижче рівня промерзання. Системи DX можуть мати отвори меншого діаметру, що може знизити витрати на буріння свердловин.

Діагональний (кутовий): діагональна (кутова) замкнута петля схожа на вертикальну замкнену петлю; проте свердловини розташовані під кутом. Цей тип розташування використовується там, де простір дуже обмежений, а доступ до будинку можливий лише з однієї точки входу.

Горизонтальне: розташування петлі в горизонтальній площині частіше зустрічається в сільській місцевості, де вільної площі більше. Труба, за правило, розміщується в траншеях глибиною від 1,0 до 1,8 м, залежно від кількості труб у траншеї. Як правило, на тонну потужності теплового насоса потрібно 120-180 м труби. Наприклад, для добре утепленого будинку площею 185 м2 зазвичай знадобиться система потужністю ~10,5 кВт, яка потребує від 360 до 540 м труби.

Найпоширеніша конструкція горизонтального теплообмінника – це дві труби, розміщені збоку в одній траншеї. Інші горизонтальні петлі використовують чотири або шість труб у кожній траншеї, якщо площа землі обмежена. Інший дизайн, який іноді використовується там, де площа обмежена – це «спіраль», яка описує її форму.
Незалежно від обраного розташування, всі трубопроводи для систем з розчином проти замерзання (антифризом) повинні бути принаймні з поліетилену серії 100 або полібутилену з термічно сплавленими з'єднаннями (на відміну від штуцерних фітингів, обтискання або клеєних з'єднань), щоб забезпечити герметичність з'єднань протягом усього терміну служби трубопроводів. При правильному монтажі ці труби прослужать від 25 до 75 років. На них не впливають хімічні речовини, що містяться в ґрунті, вони мають хороші теплопровідні властивості. Розчин антифризу з екологічних міркувань повинен бути дозволений для даної локації. У системах DX використовуються мідні трубки для холодильного обладнання.

Ні вертикальні, ні горизонтальні петлі не чинять негативного впливу на ландшафт, якщо вертикальні свердловини та траншеї належним чином засипані й утрамбовані (укладені щільно).

Для горизонтальних контурів використовуються траншеї шириною від 150 до 600 мм. Це залишає голі ділянки, які можна відновити насінням трави чи дерном, або культурними насадженнями, піклування за якими не вимагає суттєвого заглиблення в ґрунт. Вертикальні петлі вимагають небагато місця й зменшують пошкодження газону.

Важливо, щоби горизонтальні та вертикальні петлі були встановлені кваліфікованим підрядником. Пластикові трубопроводи повинні бути термічно сплавлені, а також забезпечувати хороший контакт ґрунту з трубою, щоб забезпечити хорошу теплопередачу. Останнє особливо важливо для вертикальних теплообмінних систем. Неправильна установка може призвести до погіршення роботи та зменшення продуктивності теплового насоса.

Деякі зауваження стосовно інсталяції теплових насосів

Як у в системах повітряних теплових насосів, щоб забезпечити їх ефективну, надійну та довготривалу роботу, ґрунтові теплові насоси повинні бути спроєктовані, встановлені та надалі повинні обслуговуватися лише кваліфікованими підрядниками. Також переконайтеся, що всі інструкції виробника, вимоги регламентів, місцевих правил та обмежень ретельно виконуються.

Загальна вартість встановлених ґрунтових систем змінюється залежно від умов на місці розташування. Витрати на монтаж залежать від типу ґрунтового теплового колектора та технічних характеристик обладнання. Додаткові витрати на таку систему можна подекуди компенсувати шляхом економії енергії протягом лише 5 років. Період окупності залежить від різних факторів, таких як стан ґрунту, навантаження на опалення та охолодження, складність реконструкції системи ОВК, місцевих тарифів на комунальні послуги, типу й ціни палива, що заміщується використанням ТН. Деякі виробники чи дистриб’ютори також надають привабливі умови розрахунку на виплату терміном до декількох років.

Зауваження щодо експлуатації теплових насосів

При експлуатації теплового насоса слід звернути увагу на кілька важливих моментів:

Оптимізуйте задані значення теплового насоса та додаткової системи. Якщо у вас є додаткова електрична система (наприклад, калорифери чи резистивні нагрівальні елементи в повітряному каналі, чи ТЕНи в водяній системі), обов’язково використовуйте для додаткової системи нижчу задану температуру. Це допоможе максимально збільшити кількість тепла від ТН для опалення, зменшивши споживання електроенергії. Рекомендується встановити температуру нагрівання від теплового насоса на 2 ÷ 3°C нижче бажаної температури. Зверніться до свого підрядника з питань встановлення оптимального значення для вашої системи.
Мінімізуйте зниження температури. Теплові насоси мають теплову інерційність та повільнішу реакцію, ніж печі чи котли, тому вони із затримкою реагують на провали у температурі. Використовуйте менші налаштування бажаної температури на 2°C або «розумний» термостат, який вмикає систему заздалегідь в очікуванні відновлення температури після її зниження. Зверніться до свого підрядника та проконсультуйтесь цього приводу.

Про технічне обслуговування

Кваліфікований підрядник має виконувати щорічне технічне обслуговування, щоб гарантувати, що система з ТН буде ефективною та надійною.
Якщо у вас застосовується повітряна система розподілу тепла для опалювання (ґрунт–повітря), ви також можете підтримувати більшу ефективність експлуатації, замінюючи чи очищуючи повітряні фільтри кожні 3 місяці. Треба переконатися, що вентиляційні отвори та регістри не перекриті меблями, килимовими покриттями чи іншими предметами, які перешкоджають вільному плину потоку повітря.

Експлуатаційні витрати

З огляду на економію палива експлуатаційні витрати ґрунтової системи зазвичай є значно нижчими, ніж у інших систем опалення. Кваліфіковані монтажники теплових насосів мають надати вам інформацію про те, скільки електроенергії споживатиме певна ґрунтова система.

Відносна економія буде залежати від того, що саме зараз використовується як головне джерело тепла – електроенергія, нафта чи природний газ, або ж тверде паливо, а також від відносних витрат на різні джерела енергії у даному регіоні. Запускаючи тепловий насос, споживач буде витрачати менше газу або мазуту, але більше електроенергії.

Якщо електроенергія є дуже дорогою, то експлуатаційні витрати в цілому можуть бути навіть подекуди вищими за систему без ТН, але висновки щодо витрат потребують коректних розрахунків.

Термін експлуатації та гарантії на теплові насоси

Очікувана протяжність «життєвого циклу» ґрунтових теплових насосів становить приблизно 20-25 років. Це вище, ніж у повітряних теплових насосів, оскільки компресор має менші термічні та механічні навантаження та захищений від навколишнього середовища. Тривалість життя самої петлі в ґрунті може становити до 75 років.

На більшість ґрунтових теплових насосних агрегатів поширюється річна гарантія на запчастини та роботи по інсталяції, але деякі виробники пропонують розширені гарантійні програми. Однак терміни та умови гарантії відрізняться серед виробників, тому обов’язково перевірте умови вашої гарантії на обладнання, роботи по інсталяції та сервісні послуги.

Супутнє обладнання

Модернізація електричної мережі

Зазвичай при встановленні теплового насоса не потрібно модернізувати електротехнічні обладнання та будинкові мережі. Однак за період служби ТН загальне електричне навантаження будинку може змінитися, тоді може виникнути необхідність її оновлення.

Типово для встановлення повітряного електричного теплового насоса або ґрунтового теплового насоса потрібен електричний вхід на 200 А. При переході від системи опалення на природному газі або мазуті може знадобитися оновити електрощит.

Додаткові системи опалення

Системи повітряних теплових насосів мають мінімальну зовнішню робочу температуру та при певних дуже низьких зовнішніх температурах можуть втратити здатність нагріватися. Особливо це стосується будівель, які мають недостатній вітровий захист або їх оболонка не є достатньо герметичною, і вже нагріте повітря витікає назовні і втрачається. Через це більшість повітряних установок потребують додаткового джерела опалення для підтримки температури у приміщенні в найхолодніші дні. Додаткове опалення також може знадобитися, коли тепловий насос розморожується.

Відео. Досвід експлуатації повітряного теплового насоса

Більшість повітряних систем вимикаються при одній з трьох температур, які може визначити ваш підрядник:

Точка теплового балансу: температура, нижче якої тепловий насос не має достатньої потужності, щоб самостійно задовольнити потреби в опаленні будівлі.
Точка економічного балансу: температура, нижче якої співвідношення вартості електроенергії до ціни додаткового палива (наприклад, природного газу) означає, що використання додаткової системи є більш економічно вигідним.
Температура відключення: мінімальна робоча температура теплового насоса, за якої він не може функціонувати та вимикається.

Більшість додаткових систем можна розділити на дві категорії:

Гібридні системи: в такій системі повітряний тепловий насос використовує додаткову теплову установку, таку як піч або котел чи додатковий електронагрівач. Цей варіант можна використовувати в нових установках, а також це є хорошим варіантом, коли до існуючої системи додається тепловий насос, наприклад, коли тепловий насос встановлено на заміну центральному кондиціонеру. Такі типи систем підтримують перемикання між тепловим насосом та додатковими операціями відповідно до точки теплового або економічного балансу. Ці системи зазвичай не можуть працювати одночасно з тепловим насосом – працює або тепловий насос, або працює газова/нафтова піч.
Цілковито електричні системи: у цій конфігурації робота теплового насоса доповнюються електронагрівальними резистивними елементами, розташованими в повітряному каналі, або конвекторами. Такі системи можуть працювати одночасно з тепловим насосом, і тому їх можна використовувати для регулювання температури балансу або відключення.

Датчик зовнішньої температури вимикає тепловий насос, коли температура опускається нижче встановленої межі. Нижче цієї температури працює тільки додаткова система опалення. Зазвичай датчик вимикається при температурі, що відповідає точці економічного балансу, або при зовнішній температурі, нижче якої обігрів здійснюється за допомогою додаткової системи опалення замість теплового насоса.

Ґрунтові системи теплових насосів, як правило, продовжують працювати незалежно від зовнішньої температури не підпадають під обмеження в роботі у порівнянні з повітряними ТН. Додаткова система опалення, якщо така потрібна, забезпечує тільки теплом, яке перевищує номінальну потужність ґрунтової установки.

Термостати

Звичайні термостати

Більшість одношвидкісних систем теплових насосів, що використовують повітропроводи, встановлюються з внутрішнім термостатом типу «двоступеневе опалення / одноступеневе охолодження». Перший етап передбачає нагрівання теплового насоса, якщо температура опускається нижче заданого рівня. Друга стадія вимагає тепла від додаткової системи опалення, якщо температура в приміщенні продовжує опускатися нижче бажаної температури. Повітряні теплові насоси без повітропроводів, як правило, встановлюються з одноступінчастим термостатом опалення / охолодження або в багатьох випадках із вбудованим термостатом, що налаштовується пультом дистанційного керування всього пристрою.

Найпоширенішим типом термостата є тип «встановити й забути». Інсталятор має встановити бажану температуру для споживача, якщо вона відрізняється від заводських налаштувань. Як тільки це буде зроблено, споживач може забути про терморегулятор, який автоматично переведе систему з режиму опалення в режим охолодження або навпаки.

У таких системах використовуються два типи зовнішніх термостатів.

Перший тип контролює роботу додаткової електричної резистивної системи опалення. Це такий самий тип термостата, який використовується в електричній духовці. Він вмикає різні ступені обігрівача, коли температура зовнішнього повітря поступово знижується. Це гарантує, що відповідна кількість додаткового тепла подається у відповідь на зовнішні умови, що максимально збільшує ефективність та економить гроші.
Другий тип просто вимикає тепловий насос джерела повітря, коли зовнішня температура падає нижче заданого рівня.

У системах теплових насосів наявні недоліки термостатів можуть не дати таких переваг, як у більш традиційних системах опалення. Залежно від величини зниження температури, тепловий насос може бути не в змозі подати все необхідне тепло, щоб в найкоротші терміни відновити температуру до потрібного рівня. Це може означати, що система додаткового опалення працює доти, поки тепловий насос «не наздожене». Це зменшує економію, яку можна було би очікувати від теплового насоса.

Програмовані термостати

Сьогодні доступні програмовані термостати від більшості виробників теплових насосів та їх представників. На відміну від звичайних термостатів, такі термостати забезпечують економію від зниження температури протягом періодів, коли мешканці відсутні в помешканні чи / або вночі. Характеристики та функційні можливості таких термостатів від різних виробників дуже відрізняються, проте зазвичай з такими регуляторами тепловий насос повертає будинок до бажаного рівня температури з мінімальним додатковим опаленням або навіть обходиться без нього. Хоча це може бути вартісною інвестицією. Функції, доступні з такими електронними термостатами, зазвичай включають наступне:

Програмоване керування, що дозволяє користувачу вибирати автоматичний режим для теплового насосу, або ж режим роботи тільки вентилятора, за часом доби та днем тижня.
Покращений контроль температури у порівнянні зі звичайними термостатами.

Немає потреби у зовнішніх термостатах, оскільки електронний термостат вимагає подачу додаткового тепла лише за потреби. Також не потрібно керувати зовнішніми термостатами на теплових насосах, які працюють в системі опалення як додаткові.

Економія від програмованих термостатів дуже залежить від типу та розміру встановленої системи теплового насоса. У системах зі змінюваною швидкістю такі пристрої можуть визначати системі працювати на меншій швидкості, зменшуючи компресора та сприяючи підвищенню ефективності системи.

Системи розподілу тепла

Системи теплових насосів порівняно з пічними системами, як правило, забезпечують більший об’єм повітряних потоків з меншою температурою. Тому дуже важливо вивчити припливний повітряний потік будинкової системи та порівняти його з потужністю повітряних потоків, що пропускаються діючими повітропроводами. Якщо повітропровід теплового насоса перевищує пропускну здатність наявного каналу, то можуть виникнути проблеми з шумом або збільшитися використання енергії вентилятором.

Нові системи теплових насосів варто проєктувати відповідно до усталеної практики та діючих регламентів. Якщо установка є модернізованою, тоді наявну систему повітропроводів слід ретельно перевірити, щоб переконатися, що вона відповідає технічним умовам та запиту споживача, які дозволять її використовувати разом із тепловим насосом.

Джерело: Сайт Уряду Канади

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!