В последнее время отопительные системы и ГВС, которые подразумевают использование тепловых насосов, завоевывают все большую любовь потребителей на территории Украины. Эти уникальные устройства отвечают за утилизацию низкопотенциального тепла, которое берется из окружающей среды. Тепловые насосы представляют собой экономически обоснованную и экологически чистую альтернативу стандартным жидко- и твердотопливным, газовым, а также электрическим котлам. К примеру, в Германии на сегодняшний день в теплоснабжении эксплуатируется более 0,4 млн этих устройств, а во Франции, даже, несмотря на кризис 2009 года, когда упал уровень продаж, тепловых насосов было реализовано более 90 тысяч.

Тепловые насосы. Функции и принцип работы

Основным предназначением теплового насоса является сбор тепла, рассеянного в окружающей среде, и его передача в помещение. Следует заметить, что для него считаются действительными все законы передачи и ге­нерации энергии, которая имеется у каждого материального объекта, характеризующегося температурой выше абсолют­ного нуля. Чтобы понять принцип функционирования этого оборудования, хватит и элементарных знаний из школьного курса физики. Работа теплового насоса основана на цикле Карно. Специальное вещество, отличающееся низкой температурой ки­пения, испаряется в теплооб­меннике, отбирает у окружающей среды энергию, а в дальнейшем, уже нагретое и сжатое компрессором, передает тепло в конденсаторе (другой тепло­обменник). Во время этого процессе специалисты выделяют одну важную характеристику - коэффициент превращения энергии (СОР), представляющий собой отношение теплопроизводительности к числу электроэнергии, затрачиваемой на выполнение термодинамического цикла. Этот параметр может иметь разные значе­ния, зависящие исключительно от показателей системы потребления и источника низкопотен­циального тепла (темпе­ратуры). В большинстве случаев правило, он составляет от 3 до 5.

Одной из важнейших характеристик функционирования теплового насоса, эксплуатирующегося в системе водяного теплоснаб­жения, считается температура подачи, находящаяся в пределах 55-70 градусов (а в отдельных моделях до 85 градусов). Стоит обратить внимание на то, что чем больше температура подачи теплового насоса и меньше температура источника, тем большее количество энергии понадобится на накопление и передачу тепла.

Разновидности тепловых насосов

В зависимости от того, отку­да берется тепло и куда отдается, тепловые насосы классифицируются на такие виды:

- «воздух-воздух»;

- «воздух-вода»;

- «грунт-воздух»;

- «вода-вода»;

- «грунт-вода»;

- «вода-воздух».

Хладагент, проходя через испаритель, получает энергию окружаю­щего пространства. Если это воздух, то нет необходимости в оборудовании пер­вичного контура, нужно только обеспечить требуемый теплосьем (производительность вентиля­тора, площадь, мощность компрессора). На сегодняшний день монтаж воздушного теплового насоса возможен как внутри, так и снаружи помещения, с применением воздуховодов или вентиляционных каналов. Следует заметить, что высокий интерес именно к этому типу вызван значительным распространением пластиковых герметичных окон.

Воздушные тепловые насосы реализуются в соответствии с одной из следующих схем: «моно» или «сплит». В моноблоке каждая составляющая находится в одном корпусе. В процессе расположения внутри помещения они связаны с окружающей средой посредством воздуховода. Их мощность, в большинстве случаев, составляет не более 16 кВт. В наше время моноблоки подразумевают несколько вариантов монтажа: наружный и внутренний. Что касается «сплит», то в этом случае в состав установки входит два блока, которые объединяются за счет трубопровода. В наружном находятся испаритель и вентилятор, а внутренний, монтируемый в помещении, состоит из конденсатора, автоматики управления и гидравлических элементов. В зависимости от желания потребителей, компрессор может размещаться как во внутреннем, так и в наружном модуле.

Наружный блок различных сплит-установок, которые предназначаются для эксплуатации в условиях низкой температуры воздуха, может оборудоваться системой инжекции хладагента, отвечающей за обеспечение теплоснабжения при низкой температуре окружающего воздуха.

Зачастую, конфигурация воздушного теплового насоса подразумевает передачу тепла воздуху в доме. Однако имеются и системы «воздух-вода», успешно использующиеся в процессе модернизации уже действующих высокотемпературных отопительных систем. К примеру, некоторые модели теплового насоса сконструированы таким образом, что температура подачи равна примерно 65 градусам, а коэффициент преобразования составляет 3,5. В них устанавливается радиальный трехступенчатый вентилятор, характеризующийся низким уровнем шума, используется каскадное соединение установок с заданным повышением тепловой мощности.

Стоит заметить, что воздушные тепловые насосы отличаются бивалентным моноэнергическим (применяется единственный энергоноситель) режимом функционирования. Кроме того, производители дополнительно комплектуют их электронагревателями. Что касается двухкомпрессорных моделей, то они отвечают за одновременное функционирование ГВС и отопительных контуров.

Тепловые насосы «вода-вода» и «грунт-вода» забирают тепло из поземных вод или грунта. Подобные установки способны справиться с основной проблемой воздушных установок — снижением производительности, наблюдающейся при относительно низкой температуре воздуха, в те моменты, когда максимально важна бесперебойная работа отопительной системы.

Неудивительно, что объем производства тепловых насосов «грунт-вода», используемых в отопительных системах вместо жидкотопливных и газовых котлов, составляет в европейских странах приблизительно 125 тысяч. В соответствии с ожиданиями специалистов Национального Энергетического Комитета их соотношение в отоплении к 2020 году может составить более 70 %.

Эти системы чаще всего предназначены для работы в моновалентном режиме – тепловой насос способен полностью обеспечить теплопотребление загородного дома. На сегодняшний день производители стараются предусмотреть разнообразные варианты увеличения надежности и эффективности теплоснабжения. К примеру, в корпусе некоторых моделей типов «вода-вода» и «грунт-вода» соединяются циркуляционные насосы внутреннего и внешнего отопительного контуров и ГВС, а также переключающий трехходовой клапан. Наибольшая производительность достигается за счет RCD-системы, подразумевающей оптимальное распределение нагрузок, с расширительным электронным клапаном. Чтобы покрыть тепловые пиковые нагрузки они оборудуются электронагревательными проточными вставками со ступенями мощности 3 / 6 / 9 кВт. Дополнительно есть возможность применения теплового насоса в двухступенчатом варианте, когда руководство ведомым модулем производится за счет ведущего. Это предоставляет возможность повысить мощность с 59 до 118 кВт.