Як вибрати тепловий насос?

            Вам набридло платити величезні рахунки за опалення і гаряче водопостачання, це підштовхнуло до пошуку альтернативи в цьому непростому питанні ... У результаті складних пошуків і розглядів, а також аналізів «чуток» з різних джерел інформації, Вашу увагу привернуло словосполучення «тепловий насос» . Перш, ніж зануритися в світ теплових насосів, трохи інформації про сутність цього агрегату, який за розповідями може істотно зберегти бюджет на опалення, гаряче водопостачання, і, так само, на охолодження / кондиціонування житла в літній час.

Принципи термодинаміки говорять нам, що тепло може передаватися спонтанно тільки від теплого тіла до холодного. Протилежний процес може бути проведений тільки за допомогою зовнішньої енергії. Наступний малюнок являє собою просто гідравлічну аналогію, де можна побачити, як вода природним чином випливає з верхнього резервуара в нижній, при цьому можливо генерування механічної енергії, наприклад, через турбіну.

Аналогічним чином в термодинаміці передача тепла від джерела на високому тепловому рівні до більш низького теплового рівня призводить до виробництва механічної енергії. 

Навпаки, для перенесення маси води з нижчестоячого резервуару в верхній резервуар потрібно насос, який використовує механічну енергію. Наступний малюнок показує цей процес. 

Експлуатація теплового насосу заснована на законах термодинаміки. Тепловий насос переносить тепло з більш низького рівня температури на більш високий за допомогою зовнішньої механічної енергії, яку споживає компресор, щоб отримати необхідні температурні умови. Пристрій працює термодинамічним циклом, використовуючи теплоносій (холодоагент), який тече всередині замкнутого трубопроводу.

Тепловий насос складається з двох теплообмінників, які передають теплову енергію між собою через трубопроводи, наповнені теплоносієм (холодоагентом). Як ми вже згадували, компресор перекачує холодоагент з одного теплообмінника в інший. 

Для того щоб отримати ефект від теплового насоса, один теплообмінник розміщують на вулиці де він поглинає низькотемпературне тепло, інший теплообмінник розміщують в приміщенні, з якого можливо отримати високотемпературне тепло. 

Для забезпечення термодинамічних процесів, крім компресора в тепловому насосі присутній ще один важливий компонент - термо-розширювальний вентиль (ТРВ), який забезпечує правильну масову витрату холодоагенту в напрямку зовнішнього теплообмінника (випарника) в умовах постійної температури оточуючого середовища.

Керуючи роботою пристрою ззовні, тепловий насос може поглинати кількість тепла Q з низькотемпературного джерела (зовнішнє середовище - повітря, вода, грунт), потім завдяки випаровуванню холодоагенту, отримати таку ж кількість тепла Q (в приміщенні) на більш високому тепловому рівні, через конденсацію того ж холодоагенту.

 Теплові насоси можна розділити за способом відбору із зовнішнього середовища і передачі тепла в систему опалення будівлі:

	Повітряні теплові насоси «повітря-повітря» - проводять відбір тепла з повітря зовнішнього середовища за допомогою повітряного теплообмінника (випарника). Безпосереднє нагрівання або охолодження повітря через повітряний теплообмінник. Іншими словами це звичайний кондиціонер з режимом «холод-тепло».
	Повітряні теплові насоси «повітря-вода» - проводять відбір тепла з повітря зовнішнього середовища за допомогою повітряного теплообмінника (випарника). Передача тепла для нагріву приміщень в систему рідинного опалення відбувається через водяний теплообмінник.
	Геотермальні теплові насоси «вода-вода» - проводять відбір тепла з водойм, ґрунту через спеціальні рідинні теплообмінники, які розташовані всередині джерела тепла, часто їх називають геотермальний зонд. Передача тепла для нагріву / охолодження приміщень в систему рідинного опалення відбувається через водяний теплообмінник.
	Полівалентні (або гібридні) теплові насоси - дозволяють проводити відбір тепла від двох джерел тепла або від зовнішнього повітря або геотермальних зондів розташованих в ґрунті або водоймі. Такі насоси називають «вода + повітря-вода». Передача тепла для нагріву / охолодження приміщень в систему рідинного опалення відбувається через водяний теплообмінник.

За функціональними можливостями теплові насоси поділяються:

	Простий тепловий насос, який працює тільки на нагрів повітря в приміщенні або теплоносія в системі опалення. Як правило такі ТН використовуються дуже рідко.
	Реверсивний тепловий насос - дозволяє працювати по черзі на нагрів або на охолодження теплоносія для фанкойлів, теплих підлог, з функцією забезпечення гарячого водопостачання для санітарних потреб (гріє воду в бойлері).
	Тепловий насос, який дозволяє працювати одночасно на нагрівання санітарної води (ГВП) і охолодження теплоносія для кондиціонування приміщень, отримав назву тепловий насос з рекуператором тепла і як правило він має найвищий СОР.

Крім опалення приміщення, тепловим насосом вигідно нагрівати воду для санітарних потреб (нагрів водяного бойлера), для цих цілей в тепловій встановлюється спеціальне обладнання, що дозволяє тепловому насосу гріти воду або виконувати підігрів приміщень по черзі з пріоритетом гарячого водопостачання. Нові розробки теплових насосів дозволяють одночасно виконувати нагрів системи опалення і гарячої води або нагрівання санітарної води і охолодження приміщень. Як згадувалося вище такі ТН називають - тепловий насос з повною рекуперацією тепла.

Звертаємо Вашу увагу, що всі теплові насоси розраховані на роботу з низькотемпературною системою опалення, тому вони нагрівають теплоносій для системи опалення не вище 35°-45°  С, це перш за все пов'язано з тим, що всі хочуть мати високий СОР теплового насоса (менше платити за опалення і гарячу воду). Але фізика теплового насосу така, що чим вище температура теплоносія тим нижче СОР.

Ох вже цей магічний коефіцієнт СОР, про нього говорять практично всі виробники і продавці теплових насосів, особливо у останніх цей коефіцієнт сягає захмарних висот. Що тільки не придумують щоб зробити СОР 7 і, навіть, є спроби довести до 10. Але закони природи не піддаються на провокації і в реальних умовах, цей коефіцієнт знаходиться в діапазоні від 2,5 до 4,5 і, як правило, він залежить від температури джерела тепла і температури теплоносія в системі опалення і гарячого водопостачання. Закономірність полягає в тому, що чим вище температура зовнішнього джерела тепла і нижче температура теплоносія в системі опалення у Вас буде найвищий СОР, а якщо температура джерела негативна -2 ... .., -15° С, а температура теплоносія 45 і вище, то СОР буде складати нижче 2. Експлуатувати тепловий насос при низьких значеннях СОР невиправдано тому, що  йде підвищений знос частин теплового насоса, а іноді виникають ситуації, коли тепловий насос може вийти з ладу.

На сьогоднішній день вдалося досягти СОР 6 і більше, тепловими насосами, які обладнані повним рекуператором тепла, тобто ТН працює на охолодження приміщень, а тепло яке забирається з приміщень використовується на нагрівання системи гарячого водопостачання (води в бойлері) - нічого не скажеш- подвійна вигода, а загальний СОР = СОР (гаряча вода) Системи + СОР (охолодження приміщення). Все просто і зрозуміло, тому, якщо Вам пропонують тепловий насос з дуже високим СОР, вимагайте технічного пояснення (Документацію). Як уже згадувалося, СОР теплового насоса залежить від температури джерела тепла і температури теплоносія в системі опалення і на цю залежність не може вплинути ні виробник, ні монтажна організація, яка монтує тепловий насос. СОР теплового насоса визначає його конструкція і сучасні технології виробництва частин і блоків. Іншими словами, якщо виробник не заощаджує на комплектуючих, а використовує вузли і частини відомих світових брендів, а також застосовує новітні технології , то такий тепловий насос стійко працює у всіх режимах роботи і СОР буде реальний.

Окремо звертаємо Вашу увагу на електричні тени вмонтовані в тепловий насос. Ви купуєте тепловий насос, щоб не платити великі рахунки за електроенергію тобто економити енергоресурси, і, коли Вам пропонують тепловий насос з електричними тенами, виникає питання: куплений агрегат може не впоратися з опаленням і потрібно забути про економію? Так навіщо такий тепловий насос? Правильно, всі передові виробники теплових насосів не встановлюють в ньому ніяких електричних нагрівачів, а гарантують, що ТН впорається з тепловим навантаженням (опалення та підігрів сантехнічної води) без електричних нагрівачів.

Якщо Ви вирішили встановити тепловий насос, то найчастіше питання це що вибрати:
- тепловий насос вода-вода;
- тепловий насос повітря-вода;
- Гібридний тепловий насос, що працює від двох джерел вода / повітря-вода;

Особливості застосування теплових насосів:

Тепловий насос вода-вода використовує в якості джерела тепла водойму або, найчастіше, геотермальні зонди, які розміщені в ґрунті. Вся ця конструкція отримала назву -геотермальне поле. Ґрунт має позитивну температуру, що сприяє отриманню високого СОР, незалежно від температури повітря зовнішнього навколишнього середовища, тобто зимові морози не впливають на роботу геотермального теплового насоса. Але, на жаль, за це доводиться платити ціну за монтаж геотермального поля - свердління свердловин і закладку в них геотермальних зондів. Крім усього, на присадибній ділянці потрібно виділити місце, де будуть пробурені свердловини для геотермального поля теплового насоса. В свою чергу, у геотермальних насосів є ще один плюс, а саме, для літнього кондиціонування приміщень можна використовувати холодну воду геотермального поля і не включати компресорне охолодження, що суттєво знизить енерговитрати на кондиціонування будівлі. Ця можливість реалізована у вигляді опції -Вільного охолодження.

Тепловий насос повітря-вода передбачає використання в якості зовнішнього джерела тепле повітря навколишнього середовища. Для цих цілей ззовні будівлі встановлюється спеціальний повітряний теплообмінник - випарник, який являє собою ребристу батарею з мідної труби на якій закріплені алюмінієві ребра, що змонтована в металевому корпусі з повітряними вентиляторами. Цей блок можна легко розташувати на зовнішній стороні будівлі або винести на відстань до 20 метрів. Витрати на монтаж зовнішнього теплообмінника істотно нижче ніж монтаж геотермального поля. Але за більш просту установку теплового насоса доводиться розраховуватися більш низьким СОР і обмеженням по температурному діапазону роботи. Економічно і технічно доцільно використовувати тепловий насос повітря-вода до -15°С. Про це обмеження для теплових насосів вказують більшість виробників. Деякі виробники заявляють роботу теплового насоса до -25° С, але забувають вказати, що після -15° С, компресор перестає працювати і нагрів виконується за допомогою вбудованих електричних тенів.

Людині, яка не фахівець в області теплотехніки, але якій потрібно вибрати тепловий насос не завжди просто зробити правильний вибір. Після того як Ви визначилися з типом і необхідними функціональними можливостями теплового насоса, слід зупинитися на марці і конкретному виробнику теплового насоса. Для цього варто переглянути масу технічної літератури, послухати чарівні казки з «різних джерел» і зробити правильний вибір. На що звернути увагу, перше- на конструкцію, друге - ким і з чого він зроблений. 

 Особливості вибору конструкції теплового насоса:

По розташуванню блоків теплового насоса - в більшості випадків віддається перевага, коли всі основні вузли і блоки теплового насоса розташовані всередині приміщення, це позитивно відбивається на роботі теплового насоса в цілому, Відпадає необхідність використовувати нагрівальні елементи для захисту електронних компонентів, що неминуче призводить до зменшення споживання електроенергії . Тепловий насос знаходиться в комфортних умовах і не піддається зовнішнім атмосферним впливам. Зручніше проводити обслуговування та поточний ремонт, від чого щасливий сервісний персонал.

ППППППППППППППППППППП

Серце теплового насоса - компресор, повинен бути роторний або скрол. Звертаємо Вашу увагу на привід компресорів, тобто електродвигун, який приводить в рух компресор. Двигун може бути асинхронний, або електронно-комутований (ЕК мотори), іноді їх називають Безщіточний мотор постійного струму, в зарубіжній літературі BrushLes Direct Current (BLDC). Компресор з таким мотором отримав назву - «BLDC компресор». Для управління роботою BLDC компресора необхідний інвертор, який завжди присутній в BLDC компресорах. Компресор з асинхронним двигуном можна підключати безпосередньо в мережу, їх називають "ON / OFF" або "СТАРТ / СТОП" компресори. Компресор з асинхронним двигуном, включений через інвертор, отримав назву - «інверторний компресор».

Порівняльна таблиця функціональних можливостей компресорів

	Електронно-комутовані двигуни (вони ж BLDC) мають більшу ефективність у порівнянні з асинхронними двигунами, тобто більш енергоефективні. Даний висновок підтверджується графіками залежності коефіцієнта енергоефективності від навантаження для різних типів компресорів. Таким чином, BLDC-компресори забезпечують найвищу ефективність у найбільш часто використовуваному діапазоні навантажень
	ВАЖЛИВО:У теплових насосів на BLDC компресорах, при часткових навантаженнях (модуляція потужності) СОР значно зростає. Якщо враховувати ситуацію, що тепловий насос протягом року, працює приблизно 70% часу на часткових навантаженнях. Перевага BLDC компресорів незаперечна.
	Елемент від якого залежить робота компресора, а отже його ефективність і надійність, це термо-розширювальний вентиль (ТРВ). Багато виробників застосовують Електронні ТРВ, які управляються мікропроцесорним контролером і дозволяють більш точно і швидше керувати всіма режимами роботи компресора, оскільки він здатний обробляти перехідні процеси за більш короткий час і працювати з дуже маленьким ΔP. Використання цього клапана дозволяє зменшити кількість енергії, споживаної компресором, коли навколишні умови дозволяють зменшити різницю між тиском конденсації і випаровування до значень нижче 5 Бар. Для управління ЕТРВ використовують спеціальні патентовані програмні продукти. В результаті електронний термо-розширювальні вентиль економніше на 20-30% ніж його механічний аналог. ВАЖЛИВО: Якщо Ви вибрали тепловий насос з інверторним компресором в ньому повинен бути електронний термо-розширювальний вентиль (ЕТРВ), інакше всі переваги інверторного теплового насоса будуть загублені, а головне СОР високим бути не може при часткових навантаженнях.
	Всі теплообмінники бажано повинні бути з нержавіючої сталі.
	Циркуляційні насоси з мокрим ротором і електронно-комутованими двигунами (ЕК), що не вимагають технічного обслуговування, з високою ефективністю (клас A +) і з електронним управлінням, яке дозволяє управляти продуктивністю циркуляційного насоса.
	Теплові насоси, оснащені ЕС-двигунами, як основна перевага яких, це відсутність прослизання магнітного поля в ЕС-двигунах, що має місце в AC-двигунах незалежно від способу управління ними, це виключає втрати енергії, властиві даному несприятливому явищу. Отже, зведемо воєдино основні аргументи на користь ЕС: високий ККД; висока точність регулювання обертів двигуна; адаптивність відповідно до зміни внутрішніх кліматичних параметрів; малі пускові струми; режим роботи з низьким рівнем шуму і мінімальною вібрацією; тривалий термін служби, не потребує обслуговування В цілому енергоспоживання і, відповідно, термін окупності теплових насосів з ЄС-двигунами скорочуються вдвічі.

Якщо Ви прочитали цей текст до кінця, але все таки залишилося багато не зрозумілого, скористайтеся наступною порадою:   

Вибір теплового насоса необхідно проводити по вазі - гарного теплового насоса повинно бути багато.