Теплові насоси – що треба знати? II-частина

С. Михненко

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

Продовження. Початок читай за посиланням.

Додаткові джерела тепла

Оскільки повітряні теплові насоси мають обмеження щодо зовнішньої робочої температури (від -15°C до -25°C) та зменшену теплову потужність при дуже низьких температурах, важливо розглянути можливість встановлення додаткового джерела опалення для таких критичних випадків. Додаткове опалення також може знадобитися, коли тепловий насос розморожується. Існують різні варіанти:

Все електричне: у цій конфігурації тепловий насос доповнюються електронагрівальними резистивними елементами, розташованими в повітряному каналі або у вигляді електричних плінтусів. Ці резистивні елементи менш ефективні, ніж тепловий насос, але їх здатність підтримувати опалення не залежить від зовнішньої температури.
Гібридна система: У гібридній системі тепловий насос із джерелом повітря використовує додаткову систему, таку як піч або котел.

Цей варіант можна використовувати в нових установках, а також це є хорошим варіантом, коли до наявної системи опалення додається тепловий насос, наприклад, коли тепловий насос встановлено як заміну центральному кондиціонеру.

Теплові насоси із однією швидкістю та зі змінюваною швидкістю

Особливе значення щодо ефективності та покращення сезонних характеристик відіграє роль нових конструкцій компресорів. Як правило, агрегати, що працюють на мінімально встановлених SEER та HSPF, мають одношвидкісні двигуни теплових насосів. Зараз доступні теплові насоси із змінюваною швидкістю потоку повітря, які розроблені для того, щоб змінювати потужність системи, аби точніше відповідати потребам опалення/охолодження будинку в кожен певний момент. Це допомагає підтримувати максимальну ефективність у будь-який час, включаючи погодні періоди з більш м’якими умовами, коли система має менший запит на тепло чи охолодження.

Відео. Тепловий насос застосування

Зовсім недавно на ринку з’явилися повітряні теплові насоси, які краще адаптовані саме для роботи в холодному кліматі. Ці системи, які часто називають тепловими насосами холодного клімату, вони дуже популярні в країнах Північної Європи та Канади, вони поєднують компресори різної потужності з вдосконаленими конструкціями теплообмінників та регуляторами, щоб максимізувати теплову потужність при більш низьких температурах повітря, зберігаючи при цьому високу ефективність в більш м'яких умовах. Ці типи систем зазвичай мають вищі значення SEER та HSPF, при цьому деякі системи досягають SEER до 42, а HSPF наближаються до 13. Такі системи актуальні й для нашої країни, що характеризується раптовими різкими зниженнями температури взимку аж до -15°C чи навіть -25°C, які можуть тривати 1-2 тижні поспіль.

Міркування щодо розмірів та потужності

Для належного розміру системи теплового насоса важливо розуміти потреби опалення та охолодження конкретного будинку. Для проведення необхідних розрахунків рекомендується залучити фахівця з опалення та охолодження, які володіють спеціальними методиками та програмним забезпеченням для коректних розрахунків.

Розмір конкретної системи теплових насосів слід виконувати відповідно до локального клімату з урахуванням орієнтації будинку по сторонах світу та рози вітрів. На вибір також вплине потреба в режимі опалення та охолодження будівель однією установкою та фактор максимальної економії теплової енергії.

Якщо тепловий насос невеликий за нагрівальною потужністю, то врешті додаткову систему опалення використовуватимуть частіше. Хоча малогабаритна система все ще буде в певні періоди працювати ефективно, можна не отримати очікуваної економії електроенергії через велике використання додаткової системи опалення.

Так само, якщо тепловий насос має надмірні розміри (потужність), бажана економія енергії може не бути реалізована через неефективну роботу в більш м’яких умовах. Хоча додаткова система опалення працює рідше за відносно теплих умов навколишнього середовища, потужний тепловий насос вироблятиме занадто багато тепла, а сам агрегат включається та вимикається частіше, він не працює в сталому (а значить – в найефективнішому режимі), що призводить до дискомфорту, передчасного зносу теплового насоса та марного витрачання електроенергії в режимі очікування.

Тому для того, щоб досягти оптимальної економії електроенергії, важливо добре розуміти потребу у тепловому навантаженні та якими будуть характеристики теплового насоса у типовому режимі.

Інші критерії вибору теплового насоса

Крім потужності, слід враховувати ще кілька факторів вибору:

HSPF чи SEER: обирайте пристрій з максимально високим HSPF. Для агрегатів із подібними показниками HSPF чи SEER, перевірте їх рівнозначні показники за типово низької температури - 8,3°C. Прилад з вищим значенням буде найефективнішим у більшості регіонів України.
Розморожування: обирайте агрегат із функцією управління розморожуванням за запитом. Це зводить до мінімуму непотрібні цикли розморожування, що зменшує споживання електроенергії та додаткової теплової енергії.
Показники шуму: звук вимірюється в одиницях, що називаються децибелами (dB). Чим нижче значення, тим менша звукова потужність зовнішнього блоку. Чим вище рівень децибел, тим гучніший шум. Більшість теплових насосів мають звуковий рейтинг 76 dB або дещо нижче. Показник шумності на рівні 60 dB чи менше є значно привабливішим.

Міркування теплового насоса щодо інсталяції

Повітряні теплові насоси потрібно встановлювати кваліфікованому підряднику. Щоб забезпечити ефективну та надійну роботу зверніться до місцевого спеціаліста з питань опалення/охолодження, щоб визначити потужність, встановити та надалі обслуговувати придбане обладнання. Якщо потрібно впровадити тепловий насос для заміни або доповнення пічного опалення, варто пам’ятати, що теплові насоси, як правило, потребують більших потоків повітря, ніж печі. Залежно від розміру нового теплового насоса, можливо, будуть потрібні деякі зміни у повітропроводі, щоб уникнути додаткового шуму та використання енергії вентилятора. Фаховий та досвідчений підрядник зможе дати корисні вказівки щодо кожного конкретного випадку.

Вартість установки повітряного теплового насоса залежить від типу системи, запитів замовника на проєктування та наявного опалювального обладнання, а також повітропроводів у даному домі. У деяких випадках для підтримки облаштування нового теплового насоса можуть знадобитися додаткові зміни до повітропроводів або електричного приладдя чи домашньої мережі.

Зауваження щодо експлуатації теплового насоса

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

Оптимізуйте задані значення теплового насоса та додаткової системи нагрівання. Якщо у вас є додаткова електрична система (наприклад, нагрівальні плінтуси чи конвектори, або електронагрівачі в повітряному каналі), обов’язково використовуйте нижчу задану температуру для додаткової системи. Це допоможе максимально збільшити кількість тепла, яке тепловий насос забезпечує у вашому домі, зменшуючи споживання електроенергії та витрати на комунальні послуги. Рекомендується встановити температуру на 2°C до 3°C нижче заданої температури нагріву теплового насоса. Зверніться до свого підрядника з питань встановлення оптимального значення для вашої системи.
Налаштуйте ефективне розморожування. Ви можете зменшити споживання енергії, якщо налаштуєте систему на вимкнення внутрішнього вентилятора під час циклів розморожування. Це може зробити ваш інсталятор. Однак важливо зазначити, що з таким налаштуванням розморожування може зайняти трохи більше часу.
Мінімізуйте зниження температури. Теплові насоси мають повільнішу реакцію, ніж печі, тому вони реагують на значні зміни температури із запізненням. Повинні бути використані помірні налаштування не вище 2°C або слід використовувати «розумний» термостат, який в очікуванні відновлення після значного спаду вмикає/вимикає систему на ранній стадії, заздалегідь. Проконсультуйтеся з підрядником щодо питань зі зниження оптимальної температури для вашої системи.
Оптимізуйте напрямок потоку. Якщо у вас є настінний внутрішній блок, подумайте про те, як скорегувати напрямок повітряного потоку для максимального комфорту. Більшість виробників рекомендують спрямовувати повітряні потоки під час нагрівання вниз, а в напрямку людей – під час охолодження.
Оптимізуйте параметри вентилятора. Також не забудьте налаштувати параметри вентилятора для максимального комфорту. Щоб максимізувати подачу тепла від теплового насоса, рекомендується встановити високу швидкість вентилятора або «Авто». Для охолодження, навпаки, рекомендується «низька» швидкість вентилятора, це також ще й покращує ефект осушення.

Міркування щодо технічного обслуговування

Правильне обслуговування має вирішальне значення для забезпечення ефективної, надійної роботи та тривалого терміну служби. Сервісна угода з кваліфікованим підрядником, який щорічно проводить технічне обслуговування вашого пристрою, щоб переконатися у належному робочому стані, буде аж ніяк не зайвою.

Крім щорічного технічного обслуговування є кілька простих речей, які варто зробити, щоб забезпечити надійну та ефективну роботу ТН. Треба обов’язково міняти чи очищати повітряний фільтр кожні 3 місяці, оскільки засмічені фільтри зменшать потік повітря та зменшать ефективність всієї системи. Треба перевіряти, чи не заблоковані меблями або килимовим покриттям вентиляційні отвори та повітрозабірники у вашому домі, оскільки недостатній повітряний потік в обидва боки може скоротити термін служби обладнання та зменшити ефективність роботи системи.

Нотатки про експлуатаційні витрати

Економія енергії від встановлення теплового насоса може допомогти зменшити щомісячні рахунки за електроенергію. Зменшення рахунків за електроенергію значною мірою залежить від ціни на електроенергію у порівнянні з іншими видами палива, такими як природний газ або мазут, а також, коли якийсь тип опалення приймається за додатковий, тоді система саме такого типу замінюється.

Відео. Тепловий насос; схеми підключення

Теплові насоси в цілому коштують дорожче у порівнянні з іншими системами, наприклад, печами, котлами чи електричними конвекторами. У деяких регіонах та випадках ця додаткова вартість може бути компенсована у порівняно короткий період внаслідок економії сплати за комунальні послуги. Однак в інших регіонах різні тарифи на комунальні послуги можуть подовжити цей період. Щоб отримати справедливу оцінку економії від теплових насосів у конкретній місцевості регіоні та потенційної економії, яку можна досягти, варто проконсультуватись зі своїм підрядником або консультантом з питань енергетики.

Тривалість експлуатації теплового насоса та гарантії

Повітряні теплові насоси мають термін служби від 15 до 20 років. Компресор є найважливішим компонентом системи.

На більшість теплових насосів поширюється лише річна гарантія на запчастини та сервісне обслуговування, а також додаткова гарантія від п’яти до десяти років на компресор (лише на запчастини). Однак гарантії різняться між виробниками, тому варто перевірити дрібний шрифт у гарантійній та сервісній угоді.

Ґрунтові теплові насоси

Теплові насоси, що використовують тепло від ґрунту або підземної води в якості джерела теплової енергії (в режимі опалення), а також як стік для відтоку 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 з землі або 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 при нагріванні при значно нижчих температурах (нижче 45-50°C), що робить їх кращим варіантом для променевих 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.

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. 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 приміщень 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).

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.

Далі буде.

Джерело: Сайт Уряду Канади

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