Тепловые насосы с воздушным источником теплоты: аргументы ЗА и ПРОТИВ, и некоторые соображения для специалистов.

Тепловые насосы с воздушным источником теплоты часто считаются низкоэнергетической альтернативой традиционным бойлерным системам. Kevin Pennycook (на фото), главный инженер авторитетной Британской Ассоциации Маркетинговых Исследований и Информации в области Строительства BSRIA, приводит доводы в пользу и против данной технологии, а также ключевые моменты, на которые спецификаторам следует обращать особое внимание.

Тепловые насосы с воздушным источником сходны по своему функциональному принципу с геотермальными тепловыми насосами, с той лишь разницей, что вместо грунта, теплота извлекается из наружного воздуха. Тепловые насосы с воздушным источником подразделяются на системы типа воздух/воздух и воздух/вода, в зависимости от того, какая среда используется для распространения тепла в здании – воздух или вода.

Основным преимуществом тепловых насосов с воздушным источником перед геотермальными системами является значительно более низкая стоимость установки. Для геотермального теплового насоса необходима прокладка подземных теплообменных элементов, используемых для извлечения теплоты из почвы. Для сравнения, воздушные тепловые насосы пользуются непосредственно теплотой наружного воздуха и исключают, таким образом, потенциальные проблемы.

Типы систем

Тепловые насосы воздух/воздух предназначены для прямого нагрева воздуха внутри помещения. Теплота извлекается из окружающего воздуха посредством испарительного блока наружного размещения и направляется в помещение, где внутренний воздух нагревается при помощи конденсатора системы.

В случае необходимости отопления нескольких помещений или сравнительно большого внутреннего объема, используются различные системы подачи и распределения воздуха, а для нагрева отдельных областей, возможно применение нескольких внутренних блоков.

Тепловой насос типа воздух/воздух может работать как выделенное устройство, обеспечивая только отопление, в то время как системы сплит, мульти-сплит и с переменным расходом хладагента (VRF), предназначенные для комфортного охлаждения, также могут рассматриваться в качестве тепловых насосов, если они способны реверсировать холодильный цикл и переходить в режим нагрева.

Сплит-системы состоят из одного или нескольких внутренних блоков и наружного блока, извлекающего тепло из наружного воздуха при работе устройства в режиме нагрева. Внутренние и наружные блоки соединены посредством трубной разводки для циркуляции хладагента между ними. Системы VRF, по сути, являются более сложными сплит-системами – разница заключается в способности каждого блока обеспечивать охлаждение и обогрев на индивидуальном принципе.

Сплит-системы не способны одновременно охлаждать и нагревать, за исключением установки двух систем для каждой зоны. Системы VRF обеспечивают рекуперацию тепла – при этом, тепло, отводимое внутренними блоками в режиме охлаждения, направляется блокам, работающим на нагрев.

Преимущество теплового насоса типа воздух/воздух над системами типа воздух/вода заключается в более низкой температуре стока (температуре воздуха, проходимого через теплообменник конденсатора), что обеспечивает повышенное значение коэффициента производительности COP и более высокий уровень теплоотдачи. Значения коэффициента производительности COP увеличиваются при уменьшении разницы между температурой источника и стока.

Тепловой насос типа воздух/вода использует воду как теплопоглотительную среду. Нагретая вода предназначена для отопления помещений или подготовки бытовой горячей воды.

При известной тепловой нагрузке здания, построенный график отображает количество часов (в течение года) пребывания наружной температуры ниже определенного уровня, а также соответствующие тепловые потребности. Область под кривой указывает на требуемую энергию, а красная область – на производительность (в кВт) дополнительного нагревателя. Директива BS EN 15450 обуславливает генерацию – посредством дополнительных источников теплоты – не более 5% от общего количества энергии, вырабатываемой воздушным тепловым насосом.

Вопросы производительности

Потенциальный недостаток использования воздуха в качестве источника тепла - коэффициент производительности COP теплового насоса. В течение отопительного сезона, температура наружного воздуха зачастую ниже температуры грунта, на глубине извлечения теплоты геотермальным тепловым насосом, что и является причиной снижения коэффициента COP.

Некоторые производители воздушных тепловых насосов публикуют значения коэффициента COP равные 4 и более, однако, к данной информации следует относиться осторожно. Соответствующим тестовым стандартом для большинства блочных тепловых насосов является BSEN 14511. Для теплового насоса типа воздух/вода, стандарт предписывает – как тестовое условие – температуру наружного воздуха (температуру источника), равную 7oC. При температурах наружного воздуха ниже указанной, значение COP будет снижаться, как впрочем, и теплопроизводительность теплового насоса. В зависимости от приложения, данное снижение может стать существенным, как например холодным зимним утром, когда требуется предварительный нагрев помещения.

Другим фактором, влияющим на значение коэффициента COP теплового насоса, является температура стока - температура подогреваемого воздуха или циркулирующей воды внутри здания. Для теплового насоса типа воздух/вода, стандарт BSEN 14511 указывает температуру возврата и подачи воды 40oC и 45oC соответственно.

При более высоких температурах – в отличии от указанных выше – значения COP, а также теплопроизводительность системы, будут падать. Это означает, что тепловые насосы, будучи потенциально пригодными в качестве низкотемпературных систем обогрева, таких как подпольное отопление, обладают низкими значениями COP при их использовании с традиционными жидкостными системами отопления с температурами циркуляции 60oC и выше. Повышенные значения температуры воды на выходе приводят к пониженному коэффициенту COP теплового насоса, в то время как более низкая температура подачи воды требует большей поверхности радиатора.

Тестовые условия и, следовательно, значения COP, заявленные производителями, могут существенно отличаться от фактических расчетных и рабочих условий.

Воздушные тепловые насосы имеют достаточное количество экологических и эксплуатационных преимуществ. Для начала, здание получает больше теплоты, чем потребляемое тепловым насосом количество электроэнергии.

Воздушный тепловой насос со значением коэффициента производительности COP 3 обеспечивает 3 кВт тепловой энергии на 1 кВт потребления электроэнергии. Если тепловой насос заменяет электрическое отопление помещений или используется в качестве альтернативы таковому, применение теплового насоса обеспечивает значительные сбережения углеродных единиц.

Если тепловой насос используется вместо современного газоконденсатного бойлера, сбережение углеродных единиц может быть не таким ярко выраженным. Электроэнергия от Национальной Сети не является эффективной с углеродной точки зрения, учитывая низкую термоэффективность электростанции, а также потери при распределении энергии по сети.

Другие преимущества тепловых насосов с воздушным источником теплоты перед традиционными бойлерными системами включают отсутствие выхлопных или взрывоопасных газов внутри здания, а также необходимости установки вытяжных труб и вентиляционных установок, нулевой уровень загрязнения местности, хотя шум вентилятора наружного блока может стать причиной проблемы, а также продолжительный срок службы и низкая стоимость обслуживания.

Последние новости по тепловым насосам:

Тепловые насосы с воздушным источником теплоты выигрывают экологическое первенство
Результаты исследования Фраунхофер-Института: тепловые насосы более эффективны, чем традиционная отопительная техника
Быстрорастущий рынок тепловых насосов
Приборы нагрева воды