Тепловые насосы все чаще используются в качестве альтернативного способа отопления загородных домов. При этом, многие не знают, что с помощью теплонасосов можно также эффективно кондиционировать (охлаждать) дом летом. Такая многозадачность — преимущество установок, которое делает их еще рентабельнее и удобнее.
Основные виды
Существует два вида охлаждения помещений с помощью теплонасосов:
- пассивное;
- активное.
Пассивное кондиционирование
Под пассивным кондиционированием понимают охлаждение с помощью теплонасосов без дополнительного оборудования. Для этого варианта надо минимум электроэнергии, но его производительность будет несколько меньше, чем у аналога. Для пассивного кондиционирования подходят теплонасосы почти всех систем, в том числе:
- «грунт-вода» (с горизонтальным и вертикальным расположением теплообменника);
- «вода-вода».
Схема воплощения пассивного кондиционирования на базе теплонасосов
Теплонасосы с функцией пассивного охлаждения имеют классическую конструкцию и также задействуют три рабочих контура:
- внешний теплообменный контур;
- контур теплонасоса;
- систему домашнего отопления.
- трехходовой клапан;
- насосы;
- теплообменник.
Принцип работы системы пассивного охлаждения с помощью теплонасоса
Работа теплонасосов на кондиционирование происходит по следующему принципу:
- теплоноситель во внешнем теплообменнике (грунтовом коллекторе, геотермальном зонде или водоразмещенном коллекторе) охлаждается до температуры 6-8 градусов;
- охлажденный в первом контуре теплоноситель направляется к дополнительному теплообменнику в обход компрессора;
- дополнительный теплообменник охлаждает контур домашней системы отопления.
Хладопроизводительность при пассивном кондиционировании
Мощность теплонасоса на охлаждение при пассивном принципе работы зависит от нескольких факторов:
- температуры в доме;
- количества источника тепла;
- времени активности (при длительном использовании грунт поглощает много тепла и эффективность охлаждения постепенно уменьшается).
Активное кондиционирование
Под активным кондиционированием понимается работа теплового насоса в реверсном режиме. То есть задействуются все агрегаты установки, но работают они в обратном цикле. Для этого типа охлаждения подойдут теплонасосы всех систем.
Схема воплощения активного кондиционирования на базе теплонасосов
Для использования функции активного охлаждения в контуры теплонасоса дополнительно интегрируются:
- четырехходовой клапан;
- дополнительная запорно-регулирующая трубопроводная арматура.
Хладопроизводительность при пассивном кондиционировании
При использовании системы активного кондиционирования КПД (EER — параметр оценки эффективности систем кондиционирования) теплонасосов будет несколько меньше, чем при работе на обогрев. Например, теплонасосы «вода-вода» позволяют получить до 5 кВт тепла при расходе 1 кВт электроэнергии. А при работе на охлаждение на 1 кВт электроэнергии приходится до 4 кВт холода.
Снижение производительности вызвано побочным избытком тепла, выделяемого компрессором. Даже несмотря на это, мощность, стабильность и экономичность такого способа кондиционирования дает возможность использовать его в качестве основного. К тому же, ее можно использовать круглый год.
Распределение холода
Возможность эффективного использования тепловых насосов для кондиционирования надо обеспечивать еще во время проектирования — надо создать систему распределения холода. Такие системы бывают:
Системы активного распределения холода
Для активного, то есть принудительного распределения холода чаще используют фанкойлы — технику, оборудованную бесшумными вентиляторами для обеспечения равномерности температуры в помещениях. Эти установки имеют систему отведения конденсата. Фанкойлы бывают:
- напольными;
- канальными (монтируются в вентиляционные системы;
- настенными;
- потолочными.
Системы пассивного распределения холода
Пассивно распространять холод по дому помогают настенные и потолочные системы распределения. Но, чтобы они были эффективными, под них надо выделить достаточно большую площадь — производительность с 1 квадратного метра не больше 75 Вт. Минус пассивного распределения холода — риск появления конденсата, который можно снизить только использованием контрольной автоматики.
Отличие теплового насоса от кондиционера
Большинство современных кондиционеров способны работать на обогрев. Это прямо указывается в их характеристиках. Вырабатываемое тепло обозначается в виде мощности Вт/ч. Среди распространенных показателей значения от 0,7 до 2,5 кВт/ч. При этом 1 кВт достаточно для обогрева 10 квадратных метров площади помещения.
Учитывая такие возможности и характеристики, некоторые интересуются, в чем заключается отличие теплового насоса от кондиционера. Рассмотрим существующие преимущества тепловых насосов по сравнению с кондиционерами по характеристикам, конструкции, возможностям использования.
Как работают кондиционеры и тепловые насосы
Сперва коротко рассмотрим принцип работы тепловых насосов и кондиционеров. Это поможет вникнуть в детали. Сразу отметим, что моноблочные кондиционеры не идут ни в какое сравнение с тепловыми насосами, поскольку требуют размещения строго на окне, что закрывает частично обзор, портит внешний вид фасада, создает дополнительный шум внутри помещения. Если же сравнивать сплит-системы с раздельными наружным и внутренним блоками, то кондиционеры внешне схожи с тепловыми насосами.
Принцип работы кондиционера летом заключается в сжатии хладагента при помощи компрессора:
- Фреон переходит из жидкого состояния в газообразное, благодаря чему нагревается.
- Нагретый фреон поступает в конденсатор, расположенный на улице.
- Под действием вентилятора накопленное тепло отдается во внешнюю среду. Фреон остывает, превращаясь в жидкость.
- Температура хладагента становится около 15-20 градусов. Проходя через терморегулирующий вентиль, повышается давление, а температура становится еще ниже.
- Охлажденный фреон поступает во внутренний испаритель. Радиатор обдувается вентилятором, выгоняя холод в помещение.
- При этом хладагент нагревается, забирая тепло из комнаты и отводя его во внешний блок. Цикл повторяется.
При контакте горячего воздуха в помещении с охлажденным испарителем образуется конденсат. Жидкость собирается в лоток под радиатором и выводится наружу через трубку. Для работы на обогрев кондиционер запускает циркуляцию хладагента в обратном порядке. Тепло забирается с улицы и отдается в помещение. У теплового насоса все аналогично.
Отличия по рабочим характеристикам
Если принцип работы кондиционера и теплового насоса на обогрев одинаковый, рассмотрим, в чем же заключается отличие оборудования. Для наглядности сравнения под тепловым насосом будем подразумевать модель от CLINS.
Когда в характеристиках кондиционера указывается, что он может выделить, например, 1,5 кВт/ч, чего достаточно для обогрева помещения площадью 15 м², имеется в виду температура воздуха на улице +7 градусов. Следовательно, когда на улице 0 °С или -5 °С, то производительность кондиционера снижается. При легких осенних заморозках из внутреннего блока сплит-системы будет дуть воздух комнатной температуры +19…+20 градусов. Этого хватит, чтобы не замерзнуть, но и согреться не получится.
Когда на улице станет -15…-20 °С, эффективность кондиционера на обогрев приблизится к нулю. Более того, работа аппарата в таких экстремальных условиях приведет к сокращению его ресурса. Хотя существуют кондиционеры, в характеристиках которых заявлена работа на обогрев при -15°С, на практике это может оказаться просто маркетинговым ходом, ведь основная задача сплит-системы – охлаждение помещения в летнее время. Итак, кондиционер с характеристиками -7…+42 °С не может заменить полноценную систему отопления.
Тепловой насос CLINS работает от -30 до +52 °С. При этом он реально обогревает помещение, а не просто выдувает воздух комнатной температуры. Как видно из названия, тепловые насосы специально сконструированы в первую очередь для отопления, поэтому указанные характеристики соответствуют фактическим. Как бонус, летом тепловой насос, как и кондиционер, можно запускать в обратном направлении движения хладагента для охлаждения помещения.
Отличия по внутреннему устройству
Между собой сплит-системы и тепловые насосы отличаются по внутреннему устройству, несмотря на схожий принцип работы. Основными конструкционными отличиями последних, обеспечивающими повышенную эффективность отопления в зимнее время года, являются:
- Увеличенная площадь наружного радиатора. От размеров наружного радиатора зависит способность поглощать тепло из внешнего воздуха. У тепловых насосов может быть 2-3 ряда капиллярных трубок, или вообще два наружных радиатора. Поэтому он гораздо эффективнее работает как на обогрев, так и на охлаждение.
- Двухступенчатое сжатие хладагента. Сжимание фреона в два этапа позволяет ускорить циркуляцию и повысить КПД всей системы.
- Улучшенная работа вентиляторов. В тепловых насосах обычно используются более мощные вентиляторы или их может быть несколько, что ускоряет отдачу холода наружу.
- Точное дозирование подачи хладагента. Количество поступающего фреона определяется электронным вентилем. Он меняет настройки исходя из температуры внешнего воздуха, поэтому более эффективен, чем базовые единые параметры, установленные на заводе.
- Наличие подогрева картера. При помощи небольшого электрического ТЭНа масло в компрессоре, расположенном на улице, постоянно подогревается. Это позволяет сохранить его текучесть при сильных морозах, и защитить компрессор от преждевременного износа.
- Наличие подогрева поддона. Электроподогрев наружного поддона сохраняет конденсат в жидком виде, давая ему выйти. Это предотвращает образование наледи, сокращающей площадь отдачи холода на наружном испарителе. Еще это защищает лопасти вентилятора от повреждения о лед.
- Продуманный алгоритм размораживания. Разморозка наружного блока – периодическая процедура, необходимая для удаления льда, покрывающего испаритель зимой. В тепловых насосах CLINS она запускается при образовании наледи. Если мороз усиливается, наледь будет образовываться быстрее, поэтому разморозка станет включаться чаще. В сплит-системах она просто запускается с равными интервалами по времени, поэтому не защищает оборудование от повреждения.
Отличия по способу забора тепла
Отличие тепловых насосов от сплит-систем заключается и в способах поглощения внешнего тепла. Если кондиционер может делать это только из воздуха, то оборудование CLINS и других марок дополнительно может поглощать тепло из:
- Грунта. В почве укладываются трубы зигзагом или спиралью на глубине 1,5-2 м. Допускается горизонтальная укладка ярусами. При вертикальной установке бурятся геотермальные скважины, а сверху трубы объединяются гребенкой.
- Открытых водоемов. В озерах или водохранилищах размещают трубы по горизонтали на опорах. Глубина залегания составляет 3 м. От дома до водоема прокладывается теплотрасса в траншее с глубиной ниже 1,2 м.
- Закрытой воды. Рядом с домом бурятся скважины, устанавливаются обсадные трубы, чтобы не допустить опадения стенок, заиливания.
Такие тепловые насосы еще более эффективны, чем кондиционеры, поскольку на глубине в воде или почве температура более постоянна, по сравнению с воздухом. Это обеспечивает более стабильную работу отопления.
Отличия по возможности передачи тепла
Если кондиционеры могут передавать тепло только в воздух, то тепловые насосы применяются гораздо шире. Кроме обогрева комнаты посредством выдувания теплого воздуха, их можно подключить к водяным радиаторам системы отопления. Все будет функционировать, как с обычным котлом. Второй вариант использования теплового насоса – подключение к нему накопительного бойлера. Тогда он сможет выполнять роль ГВС для приготовления воды, чтобы пользователи смогли принимать душ, мыть посуду и т. д.
Отличия по показателям SCOP / SEER
Эффективность сплит-систем и тепловых насосов разная, и это можно увидеть по конкретным показателям. Например, SCOP. Это сезонный коэффициент производительности, когда оборудование работает на обогрев. Означает соотношение между выработанной энергией (теплом) и полной нагрузкой (потребляемой мощностью). Чем выше цифра, тем лучше.
У обычных кондиционеров SCOP достигает 2,93, а у теплового насоса CLINS эта характеристика составляет 4,1.
SEER означает эффективность оборудования в режиме охлаждения. У сплит-систем показатель возможен от 2,6 до 4,6. У теплового насоса CLINS он 6,5, что опять подчеркивает превосходство последнего.