Тепловий насос став новим етапом розвитку теплового та холодильного обладнання. Саме цей тип обладнання — найпопулярніший у Європі. Провідні торгові марки настільки сильно включені у закриття потреб клієнтів, що спостерігаються затримки з постачанням обладнання.
У статті ми розповімо, як правильно вибрати тепловий насос.
Особливості клімату та місцевості
Теплові насоси (ТН) — це обладнання, яке може відбирати низькопотенційне тепло або холод із зовнішнього середовища.
ТН змінюють фізичний стан холодоагенту (фреону) усередині контуру. Вони впливають на нього за допомогою випарника, компресора, конденсатора та розширювального клапана, передаючи певну температуру для транспортування її в систему. Так, з 1 кВт витраченої енергії виходить від 3-5 і більше кВт теплової або холодильної енергії. Продуктивність насосів вимірюється СОР (коефіцієнт перетворення електричної енергії в теплову) і ЕRR (коефіцієнт перетворення в холодильну). Також часто використовують показник SСОР (середньозонний коефіцієнт перетворення електричної енергії на теплову).
Зовнішнім середовищем для ТН можуть бути:
- повітря;
- грунт;
- вода.
Вибір теплового насоса «повітря-повітря» та «повітря-вода» часто обумовлений тим, що це найпоширеніші та найдоступніші типи обладнання. Але саме до цих ТН висуваються суворі вимоги щодо клімату. Температура повітря нестабільна, і кількість енергії, що відбирається, також змінюється.
На сьогодні більшість «повітряників» працюють до зовнішньої температури -20°C, рідкісні моделі — до -25°C і -30°C (для ґрунтових та водяних насосів обмежень немає, оскільки температура ґрунту та води досить стабільна протягом року і не падає нижче 0°C). При виборі таких теплових насосів слід звертати увагу на клімат і проводити детальні розрахунки. Важливо перекрити витрати по тепло- та холодовтратах і, можливо, передбачити додаткові джерела тепла.
Також енергію можна забирати з ґрунту або води, і ці види теплових насосів теж дуже залежать від особливостей місцевості.
Грунт — стабільне джерело енергії, її можна відбирати протягом усього року для охолодження та обігріву тепловим насосом. Але розрахунок тут ще важливіший, тому що якщо джерела енергії недостатньо, то тепловий насос може банально виморозити свердловину.
Також є серйозне обмеження — якість ґрунту на ділянці, де передбачається бурити свердловини. Іноді землі є скельні породи, і витрати на буріння зростуть.
«Вода-вода» — найпродуктивніші, а також ефективні ТН, але потрібне велике джерело води. В ідеалі це річка, де теплішу воду можна забирати вище за течією і скидати холодну нижче за течією.
Для отримання великої кількості тепла потрібно передбачити великий проток через насос.
Вибір джерела тепла для теплового насосу
Перш ніж говорити, як вибрати тепловий насос, розповімо про принцип його роботи. Він однаковий для всіх видів.
Кожен ТН має зовнішній блок із випарником. У повітряних теплових насосів це теплообмінник з вентилятором, який розміщений зовні, у геотермальних і водяних — теплообмінник, розміщений у внутрішньому блоці, який має прямий контакт із зовнішнім контуром фреону.
У випарнику фреон (холодоагент) відбирає низькопотенційну енергію у води, повітря чи землі. Після чого в компресорі відбувається підвищення тиску, внаслідок чого зростає його температура. Цю температуру фреон через конденсатор передає у систему опалення. А вже в кінці циклу він потрапляє на розширювальний клапан, різко втрачає тиск і, як наслідок, температуру, що дозволяє йому знову відбирати низькопотенційну енергію із зовнішнього контуру.
Цикл повторюється і постійно перебуває під контролем автоматики ТН, якість та логіка якої безпосередньо залежить від моделі та виробника.
Повітряні теплові насоси
Тепловий насос «повітря-повітря» — це кондиціонер, який передає енергію з повітря на фреоновий контур. Далі через внутрішній блок він нагріває або охолоджує повітря у приміщенні.
Такі ТН можуть бути рішенням для комерційного використання, де потрібно швидко нагріти чи охолодити простір. Повітря, що подається, створює не надто комфортні умови. Як правило, тепловий насос «повітря-вода» для опалення житла розглядають у рази частіше. Також для житлових будинків купують насоси «грунт-вода» та «вода-вода».
Лише небагато «повітряників» працюють до -25°C і -30°C. Також іноді виробники передбачають для внутрішніх блоків або моноблоків повітряних ТН захисні ТЕНи. Коли температура низька, і насосу не вистачає потужності, ТЕНи дотягують необхідну енергію.
Середній СОР, або вірніше SCOP повітряних ТН — 3,5-4. Але щоб такого показника досягти, необхідно встановити низькотемпературну систему (теплі підлоги та стіни, охолодження через фанкойли або холодні стелі).
Геотермальні теплові насоси
Існує кілька типів виконання геотермального насоса:
- горизонтальні;
- вертикальні;
- у водоймі.
Їх можна укладати під землею, як теплу підлогу або як енергетичні клітки — обмотані спіраллю труби, які опускають у земляні ями. Також можуть буритись зонди на глибину 30-100 метрів.
Температура ґрунту починаючи з 7-10 м стабільна, відповідно, СОР стабільний і тримається в районі 4-4,5.
Розглянемо проблеми цих насосів:
- Потрібна незабудована земля, без рослин з розгалуженим корінням. У ґрунт повинні безперешкодно потрапляти сонячне світло, сніг та дощ, щоб ТН міг відбирати енергію з будь-якого джерела.
- Установка геотермального ТН передбачає дорогі ґрунтові роботи. Первинні витрати на такий насос у 2-3 рази більші, ніж на «повітря-вода».
- Ґрунтові ТН рідше мають функцію активного охолодження, зазвичай є лише пасивне охолодження. Цей тип охолодження через конструкції дозволяє підтримувати різницю між зовнішньою та зовнішньою температурою 6-7°C. Геотермальні насоси з активним холодом зустрічаються рідше і вони дорожчі.
Теплові насоси типу вода-вода
На сьогодні це найефективніший тип теплового насосу. Вода — колосальне джерело енергії, що легко передається. СОР водяних ТН — від 4,5-5 і вище.
Водяні насоси потужністю 50-70 кВт можуть обслуговувати будинки площею понад 600-1000 кв.
Для порівняння — «повітря-вода» розраховуються на 50-250 м² для одного насоса, геотермальні 30-50 кВт — на 400-700 м².
Для насоса «вода-вода» ризики ще більші, ніж для ґрунтових.
- Необхідне велике джерело води. Річка чи велике озеро, у яких не можна вплинути на мікроклімат, фауну та флору.
- В Україні немає регламенту щодо теплових насосів, але він є у ЄС. При встановленні обладнання краще орієнтуватися на ці норми, щоб у разі їх введення ТН не опинився поза законом.
- Потрібно багато додаткового обладнання — насоси для перекачування, свердловини з трубами, занурювальний насос.
- Все це обладнання потребує обслуговування (частота залежить від інтенсивності використання).
Особливості житла
Як розрахувати та вибрати тепловий насос? Для початку необхідно враховувати особливості житла.
Рівень тепловтрат
Щоб отримати показники тепловтрат, зверніться до проєктувальників. Не рекомендуємо брати довільні дані або старі методи підрахунку, які не є актуальними для енергоефективних будинків (10 кВт на 100 м2). Зараз не проблема вкластися в 75 і навіть в 50 Вт із м2.
Першочерговим завданням при проєктуванні та будівництві будинку має бути конструктив. Інвестувавши в нього, ви зменшите витрати на опалення/охолодження і за фактом буде потрібна менша потужність ТН.
Система опалення
Будинок повинен бути розрахований на низькотемпературну систему опалення з теплою підлогою і бажано з фанкойлами. Разом з тим є насоси, які можуть працювати з радіаторами, і стати хорошим рішенням для реконструкції системи опалення будинку, розрахованої на високотемпературну систему. Наприклад, Stiebel Eltron можуть видавати 35-75°C.
Але все ж таки пам'ятайте, що ТН передбачає роботу з низькопотенційною енергією, що гарантує високу ефективність, довговічність, окупність і низькі витрати на експлуатацію.
Важливо передбачити роботу на гаряче водопостачання. Бойлер під ТН вибирається зі збільшеним перерізом внутрішнього теплообмінника, що дозволяє передавати енергію з меншою температурою, ніж після газового котла (не 80-90°C, а 60°C).
Функція активного охолодження ТН зменшує окупність, при цьому ви отримуєте повноцінну систему кондиціювання.
Опалення, охолодження та ГВП знаходяться в одній системі, обслуговуються однією службою, що забезпечує менше витрат та простоту використання.
Місце для монтажу теплового насосу
У теплового насоса «повітря-вода» два блоки – внутрішній та зовнішній. Внутрішній – це звичайний гідромодуль, від якого розводиться система опалення. Зовнішній – робоча машина з компресором. Такий блок може розміщуватись на стіні, біля будинку або віддалено від нього. Якщо його розмістити ближче до будівлі, це зменшить витрати на побудову фреонової траси.
Найбільш потужні насоси можуть мати важкий зовнішній блок, і за технічними характеристиками його не можна змонтувати на стіну. Для встановлення робиться додаткове вимощення біля будинку.
У ґрунтовому чи водяному вся робота відбувається у внутрішньому блоці. Зовнішня його частина – зонди та ревізійні свердловини, всі комунікації заховані у землю. При такому конструктиві насос займає більше місця, у нього в блоці шумний компресор, а отже потрібно передбачити звукоізольоване технічне приміщення.
Важливі параметри теплового насосу
Як розрахувати та вибрати тепловий насос правильно? Розглянемо важливі параметри.
Робоча напруга
Для будинку вибір теплових насосів для опалення часто залежить від робочої напруги в мережі.
Усі пристрої можна розділити на:
- однофазні;
- трифазні.
Зазвичай однофазні менш потужні моделі (до 10 кВт). Інші насоси — трифазні.
Температура теплоносія
Теплові межі за продуктивністю показують, до яких температур може працювати фреон та передавати їх до системи. Сучасні холодоагенти можна нагрівати до 65-75°C, але це дорожчі рішення. Стандартні показники температурної видачі — до 55°C, номінальної — 35°C на подачі, 30°C — на зворотці.
Потужність теплового насосу
Підбір теплового насоса за потужністю – найважливіший фактор, що визначається потребами будинку.
Не варто вибирати опалювальний прилад із великим запасом потужності. Обладнання має працювати довго та без тактування. Краще підібрати тепловий насос з невеликим недобором потужності (10%), що перекривається електрокотлом або вбудованим ТЕНом.
Використання теплонасоса для системи ГВП
Майже всі теплові насоси мають опцію підготовки гарячої води. Якщо систему опалення можна розраховувати під нижчі температури, температура гарячої води повинна бути визначена.
Сьогодні існують системи до 75°C, але частіше — 60°C (цього достатньо за наявності бойлера з правильним перерізом теплообмінника).
Виробник обладнання
При виборі відомі бренди у пріоритеті. ТН — технічно складне обладнання, і потрібно передбачати не лише проєктування та встановлення, а й обслуговування. Компанія, яка продає агрегат, повинна мати досвід, можливість консультацій із виробником та доступ до запчастин.
Як вибрати тепловий насос хорошого виробника? Звернутися до спеціалістів. Ми рекомендуємо спліти Olimpia Splendid (Італія) та моноблоки Stiebel Eltron (Німеччина).
Комплектація та функціонал теплового насоса
Радимо не «роздувати» комплектацію, а вибирати те, що дійсно потрібно, бажано, від одного виробника.
У комплектацію можуть входити бойлери, буфери, датчики зовнішньої температури для погодозалежної роботи, датчики ГВП, Wi-Fi модулі, мобільні додатки, насосні групи тощо.
Поширені питання
Який тепловий насос найкраще підійде для приватного будинку?
Вирішуючи, який тепловий насос вибрати для будинку, важливо враховувати площу житла. Для будинку до 200 м² — повітряний ТН, для опалення квартири невеликих площ — також «повітряник». Якщо будинок більше ніж 250-300 м², і є земля чи вода — можна робити розрахунок на ґрунтовий чи водяний ТН. Але частіше каскад із кількох «повітряників» вигідніший.
Як підібрати оптимальний тепловий насос для басейну?
Для критого басейну, який використовується цілий рік, краще купити тепловий насос для обігріву грунтовий або водяний. Якщо басейн зовнішній, і потрібно підігрівати воду, краще вибрати повітряний ТН. Температура у міжсезоння висока, і середньотемпературний СОР буде високим.
