Cтоит ли покупать тепловой насос?
Тепловой насос – это энергоэффективное устройство для отопления, охлаждения и нагрева воды, которое использует тепло из окружающей среды (воздуха, воды или земли) и преобразует его для использования в вашем доме или офисе.
Основные преимущества тепловых насосов:
- Экономия энергии: используют до 75% энергии из возобновляемых источников.
- Универсальность: работают как на отопление, так и на охлаждение.
- Экологичность: минимальные выбросы углекислого газа.
- Комфорт: стабильная температура круглый год.
Но все это красиво на словах, но в реальности есть особенности. Чтобы сделать правильный выбор и решить что необходимо для реального объекта, надо чуть разбираться в этом.
Продавцы, спекулянты продадут и исчезнут из жизни навсегда, а разобраться почему эта железяка не оправдала намерения и сказки продавца — остается пользователю… Попытаемся без сложных формул термодинамики, элементарной физики и математики разобраться в суть вопроса.
В данной статье мы рассмотрим тип теплового насоса ВОЗДУХ-ВОДА,
Итак… чуть терпения! Это очень важно!
Реальность тепловых насосов: что нужно знать о COP
Практически каждый слышал восторженные отзывы о тепловых насосах: как они «гениальны», как обеспечивают экономию и какой у них «впечатляющий COP«. Особенно часто такие разговоры можно услышать где угодно, даже на остановках.
Но давайте будем честными: всё это — маркетинг. Это не всегда отражает реальность. Давайте разберёмся, что такое COP (коэффициент эффективности) и почему он не так прост, как кажется.
На бумаге это звучит отлично. В лабораториях, где инженеры работают в идеальных условиях (например, при +7℃ на улице и +35℃ в системе отопления), тепловой насос действительно может показать такие значения. Некоторые модели даже достигают COP 7 или выше.
Но реальная жизнь — это не лаборатория.
COP: Что это на самом деле?
COP, или коэффициент эффективности, показывает, сколько тепла тепловой насос вырабатывает в сравнении с потребляемой электроэнергией. Например, COP = 5 означает, что на каждый 1 кВт электроэнергии вы получаете 5 кВт тепла.
Почему реальный COP отличается?
1. Ощущаемая температура
Температура воздуха, указанная в прогнозе погоды, далеко не всегда совпадает с нашими ощущениями. Например:
- При +8℃ с высокой влажностью и ветром человек будет ощущать холод.
- При тех же +8℃ в сухую и безветренную погоду может быть комфортно.
Эти условия напрямую влияют на эффективность теплового насоса. Влажность особенно важна при низких температурах (от +5℃ до -5℃). Влажный воздух значительно увеличивает нагрузку на систему, снижая её производительность.
2. Условия тестирования
Стандартные тесты тепловых насосов проводят при:
- +7℃ наружного воздуха
- +35℃ температуры воды в системе отопления
В таких условиях COP выглядит великолепно, например, 4,65. Но в реальной жизни:
- Температура может быть +2℃, влажность — 98%, а ветер усиливает теплоотдачу.
- В таких условиях COP может упасть значительно ниже заявленных значений.
Почему для тестов выбирают именно +7℃ и +35℃? Потому что это удобные, предсказуемые условия, которые обеспечивают красивые цифры в маркетинговых материалах. Но они не отражают эксплуатацию в суровых климатических условиях.
Пример из практики
Допустим, тепловой насос мощностью 10 кВт устанавливают:
- Один — на севере Германии.
- Другой — на юге Италии.
Какой будет COP у этих двух систем?
Ответ прост: он будет разным. На севере Германии влажность выше, и температура чаще опускается ниже 0℃. В таких условиях реальный COP будет ниже, чем в Италии, где воздух суше и зима теплее.
Как оценивать тепловой насос правильно?
- Учитывайте реальный климат. Сравните условия тестирования с климатическими особенностями вашего региона.
- Обратите внимание на влажность. Особенно если вы живёте в зоне с частыми дождями или повышенной влажностью зимой.
- Не доверяйте только COP. Смотрите на сезонный коэффициент эффективности (SCOP), который учитывает изменения температуры в течение года. Хотя это тоже — не совсем так. Один год будет отличный СОР, а в следующем году (более теплый, но более влажный) будет очень плохим.
Тепловые насосы — это действительно эффективное решение для отопления, но только если подойти к выбору осознанно. Знайте, что заявленный COP — это лишь часть истории, а реальная производительность зависит от множества факторов, включая климат и условия эксплуатации.
Предлагается к рассмотрению официальный отчет независимых экспертов о СОР. Это поможет понять что это такое СОР и как сделать правильный выбор. Также даны все необходимые ссылки для перепроверки данных. Как видно из таблицы, картина не такая уж и красивая для систем воздух-вода (тем более воздух-вода), для систем СПЛИТ и МОНОБЛОК. Эффективности, по сути, нет!
Эксплуатационные характеристики теплового насоса в режиме охлаждения характеризуются либо коэффициентом энергоэффективности (EER), либо сезонным коэффициентом энергоэффективности (SEER), оба из которых измеряются в БТЕ/(ч·Вт) (обратите внимание, что 1 БТЕ/(ч·Вт) = 0,293 Вт/Вт), и большие значения указывают на лучшую производительность.
Изменение COP в зависимости от выходной температуры
Тип и источник насоса Типичное использование 35 °С 45 °С 55 °С 65 °С 75 °С 85 °С
(например, стяжка пола с подогревом) (например, стяжка пола с подогревом) (например, подогреваемый деревянный пол) (например, радиатор или ГВС) (например, радиатор и ГВС) (например, радиатор и ГВС)
Высокоэффективный воздушный тепловой насос (ASHP), температура воздуха −20 °C[56] 2.2 2 ‐ ‐ ‐ ‐
Двухступенчатый ASHP, температура воздуха −20 °C[57] Низкая температура источника 2.4 2.2 1.9 ‐ ‐ ‐
Высокоэффективный ASHP, воздух при 0 °C[56] Низкая температура на выходе 3.8 2.8 2.2 2 ‐ ‐
Прототип транскритического CO2 (R744) тепловой насос с трехсторонним газовым охладителем, источник при 0 °C[58] Высокая выходная температура 3.3 ‐ ‐ 4.2 ‐ 3
Геотермальный тепловой насос (ГТН), вода при 0 °C[56] 5 3.7 2.9 2.4 ‐ ‐
GSHP, измельченный при 10 °C[56] Низкая температура на выходе 7.2 5 3.7 2.9 2.4 ‐
Теоретический предел цикла Карно, источник −20 °C 5.6 4.9 4.4 4 3.7 3.4
Теоретический предел цикла Карно, источник 0 °C 8.8 7.1 6 5.2 4.6 4.2
Теоретический предел цикла Лоренцена (CO2 насоса), возврат жидкости 25 °C, источник 0 °C[58] 10.1 8.8 7.9 7.1 6.5 6.1
Теоретический предел цикла Карно, источник 10 °C 12.3 9.1 7.3 6.1 5.4 4.8
ВЫВОД: Не верьте в чудеса! Тепловой насос это хорошее изделие, реально делающее свое дело, но не панацея от всего. Не поддавайтесь рекламному и маркетинговому обману!
Какие типы тепловых насосов существует
«Тепловой насос» это субъективное понятие не имеющее под собой конкретной терминологии, конкретной технологии или изделие. Тепловым наосом можно назвать все что нас окружает. К примеру — Вселенная, чайник греющий воду на кухне, наше тело, погода, кондиционер. Отсюда — если Вам всунули кондиционер и сказали, что это «тепловой насос», по сути — продавец не наврал. Другое дело — оправдает ли этот «тепловой насос» наши ожидания!
МОНОБЛОК
Изделие в конфигурации МОНОБЛОК предназначен больше всего для нагрева (или охлаждения, если имеет функцию реверса режимов работы) бассейнов, помещений для которых система теплоснабжения не является жизненно важным. Или для умеренных регионов, где температуры не снижаются до нулевых отметок.
Чтобы понять как работает тепловой насос очень важно знать как устроен, особенно, как функционирует КОМПРЕССОР для теплового насоса и особенности теплообменников.
МОНОБЛОК — это конструкция, в которой все компоненты теплового насоса объединены в одном модуле, расположенном на улице. Это означает, что компрессор, теплообменники (конденсатор и испаритель), хладагент и теплоноситель (например, антифриз) находятся под прямым воздействием окружающей среды, включая дождь, мороз и ветер.
Такая конструкция требует повышенного внимания к защите системы от неблагоприятных условий и дополнительных мер для поддержания её работоспособности в холодное время года.
Для обеспечения правильной и долговечной работы теплового насоса крайне важно, чтобы масло в системе циркулировало эффективно, обеспечивая постоянную смазку и охлаждение компрессора. Однако при понижении температуры внешней среды вязкость масла увеличивается, что может привести к затруднениям в работе и даже заклиниванию компрессора.
В системах, где компрессор находится под воздействием окружающей среды, необходимо использовать электронагреватель поддона картера компрессора. Это устройство предотвращает загустение масла и гарантирует его нормальную циркуляцию. Однако наличие электронагревателя связано с дополнительными затратами на электроэнергию и может вызывать задержки в запуске теплового насоса, особенно в тот момент, когда его работа наиболее необходима для обогрева.
Теплообменники.
Так как МОНОБЛОКИ не рассчитаны на работу в регионах с низкой температурой, требование к теплообменнику минимальны, так как первоначальное предназначение МОНОБЛОКА является нагревание воды в бассейнах, где теплообменники не обязательно должны работать при низких температурах внешней среды.
По сути, понятия БОЛЬШОЙ ТЕПЛООБМЕННИК не существует, так как самый лучший теплообменник это ГРОМАДНЫЙ теплообменник. Что, по сути, в системах тип МОНОБЛОК не применимо.
Чтобы система работала эффективно при любых температурах наружной среды теплообменник необходим очень большой. По этому внешнему критерию, можно понять обманывает продавец насчет «обещаю работу до -25 °C» или нет.
Если теплообменник воздух-фреон (испаритель) сделать меньше, система будет работать, но не при низких температурах, так как есть такое понятие ПЕРЕГРЕВ, который не сможет быть обеспечен при низких температурах, если теплообменник маленький. Чтобы система работала до -25 °C» теплообменник должен быть огромным (иногда, в разы больше чем для кондиционера).
Теплообменник фреон-вода (конденсатор) имеет важное значения для эффективности системы. К примеру, можно установить теплообменник фреон-вода меньше в три или более раз по площади и он будет работать (чем грешат некоторые). Секрет — в потоке теплоносителя и необходимой дельте температур (чтобы поддерживать уровень конденсации) в нормальных пределах. Так вот, с уменьшением площади теплообменника, необходимо увеличить поток (дебет) теплоносителя через него. Это приводит к увеличению мощности циркуляционного насоса, а, соответственно — к увеличению затрат. Можно сказать, что такой насос потребляет не много. Это не так! Время работы циркуляционного насоса намного больше самого компрессора.
И реальность! Все это «добро» находится на улице. Представим, что температура внешней среды -10°C. Начинается работа системы. Сперва, включается электронагреватель компрессора. Нужно довести эту температуру от +12 до +20 10°C. Потом начинает работать компрессор Сперва компрессор должен сам нагреться, потом идет нагревание хладагента. Уже после этого — нагревание теплоносителя циркулирующего через теплообменник. Сколько затрат на это нужно, ни один продавец не скажет. И… в это замечательное время пришла и неприятная новость: разморозка, которая «заберет» большую часть «накаченного» тепла в предыдущем процессе. И так по циклу. Красиво?
Выше 46 параллели применение устройств типа МОНОБЛОК для нагрева помещений для которых отопление является жизненно важным — не рекомендуется!
На рынке отопительного оборудования часто встречаются устройства, которые на самом деле являются переделанными кондиционерами. Да, кондиционер — это тоже тепловой насос, но с другим функционалом и предназначением. Однако технологии, идеально подходящие для кондиционеров, не всегда оптимальны для тепловых насосов в климатических условиях нашего региона.
Тепловой насос или кондиционер?
Любой кондиционер можно «превратить» в тепловой насос. Например:
- Вы покупаете кондиционер за 600 евро (нужен только внешний блок).
- Вместо внутреннего блока (испарителя) устанавливается пластинчатый теплообменник «фреон-вода».
- Вентилятор заменяется на циркуляционный насос.
После таких изменений это устройство можно продать за 3000 евро — и поверьте, покупателей найдётся немало.
Будет ли это работать? Да, но только когда на улице тепло.
Поэтому, выбирая тепловой насос, убедитесь, что вы не покупаете систему с низким ресурсом, например, на 48 000 BTU, которая больше подходит для кондиционирования, а не отопления.
В чём разница между кондиционером и тепловым насосом?
1. Конструкция и теплообменник
- У теплового насоса теплообменник значительно больше по размеру, чем у кондиционера той же мощности.
- Если устройство заявлено как работающее при температуре до -25℃, его теплообменник будет ещё крупнее.
Если на устройстве не указаны низкотемпературные параметры, то это, скорее всего, адаптированный кондиционер, а не полноценный тепловой насос.
2. Энергоэффективность
- Кондиционеры и некоторые переделанные устройства могут «справляться» с обогревом, но при отрицательных температурах их эффективность резко снижается.
- Часть энергии расходуется на поддержание работоспособности системы в холоде, особенно если компрессор находится снаружи.
Когда СПЛИТ — хороший выбор?
СПЛИТ-системы, специально разработанные для отопления, применимы в наших регионах. Но они будут эффективны только при одном условии:
Тепловой насос не является единственным источником тепла в доме.
Основные проблемы СПЛИТ-систем в холодном климате:
- Компрессор и теплообменник, находящиеся на улице, работают в сложных условиях.
- Часто приходится расходовать энергию на «самообслуживание» системы, особенно в морозы.
Итог
Если вы выбираете тепловой насос, тщательно проверяйте его параметры и предназначение.
- Для основных систем отопления подбирайте устройства с большой площадью теплообменника и возможностью работы при низких температурах (до -25℃).
- Если тепловой насос — это вспомогательный источник тепла, СПЛИТ может стать хорошим вариантом.
Не позволяйте маркетингу сбить вас с толку. Покупка «адаптированного кондиционера» может привести к большим расходам без ожидаемого результата.
Выбор температуры в -25℃ не означает, что «в нашем регионе нет таких температур». Будут! Обязательно! И еще — указатель на возможность низкотемпературной работы устройства это его прямой указатель эффективности.
Тепловой насос FULL SPLIT
Тепловой насос FULL SPLIT состоит из двух модулей:
- Внутренний модуль в котором содержатся все компоненты, включая компрессор, пластинчатый теплообменник фреон-вода (конденсатор), электроника и пр.
- Внешний модуль, который состоит из теплообменника воздух-фреон (испаритель) и вентилятора (вентиляторов).
- Так как система не ограничена размерами форм-фактора, это позволяет размещать теплообменники больше по площади, применять технологию впрыска пара без ограничений.
- Паразитная (избыточная) тепловая энергия генерируемая фреонопроводом, компрессором (а это порядка 12-20% от общей мощности генерации, остается внутри помещения, превращая эту энергию из паразитной в полезную. Температура нагрева самого компрессора зачастую в пределах +70ºС … +85ºС, иногда до 100ºС и более (в зависимости от применяемого хладагента).
- Удобство эксплуатации, обслуживания системы вне зависимости от погоды.
Что значит -25°C для теплового насоса?
Пример: как температура влияет на работу теплового насоса
Вариант 1: Стандартные условия (+7°C / +35°C)
- Производительность теплового насоса: 12.91 кВт тепловой энергии.
- Потребление дома: 60 Вт/м² при температуре +7°C и комфортной влажности.
- Стабильная работа: Тепловая мощность насоса покрывает потребности дома.
- СОР равен 4.49
Вариант 2: При температуре среды (0°C)
- Повышенная влажность: Для нашего региона это типично при таких температурах.
- Потребление дома: Начинает превышать 60 Вт/м².
- Снижение производительности: Тепловой насос теряет эффективность (11.93 кВт) , а энергия уходит на поддержание работы системы (СОР = 3.86) .
Вариант 3: При температуре среды (-12°C)
- Потребление дома: Превышает намного 60 Вт/м².
- Снижение производительности: Тепловой насос теряет эффективность еще больше (8.89 кВт) , а энергия уходит на поддержание работы системы (СОР = 3.02) .
Рассмотренные режимы работы даны для теплового насоса воздух вода, FULL SPLIT (все важные компоненты внутри помещения) на примере рабочих графиков снятые в реальных условиях, инверторный вариант с функцией впрыска пара (EVI ON).
Сейчас представьте режимы теплового насоса СПЛИТ без впрыска и (уже даже не думая) в ситуации с применением теплового насоса МОНОБЛОК.
Температура -25°C в контексте работы теплового насоса часто используется как маркетинговый ход. На практике далеко не всегда можно гарантировать, что устройство будет эффективно работать в таких условиях. Особенно важно учитывать этот параметр, если тепловой насос — единственный источник тепла в вашем доме.
Технические особенности работы при низких температурах
Для обеспечения надежной работы системы при температурах -15°C и ниже необходимо учитывать ряд факторов:
Увеличенная площадь теплообменников
Чем ниже температура, при которой заявлена работа системы, тем больше должен быть теплообменник. Это компенсирует снижение эффективности теплообмена.Функция впрыска пара (EVI)
Эта технология позволяет системе эффективно работать при низких температурах, снижая нагрузку на компрессор и улучшая производительность.Дополнительные энергозатраты
При низких температурах система тратит больше энергии на собственное поддержание (например, обогрев компрессора), что увеличивает эксплуатационные расходы.Расположение компонентов
Оптимально, чтобы все элементы системы, включая компрессор и пластинчатый теплообменник, находились внутри помещения. Это уменьшает потери тепла и повышает эффективность работы.Тип устройства
- Моноблоки не подходят для работы при экстремально низких температурах, так как все их компоненты находятся на улице.
- СПЛИТ-системы с функцией EVI могут работать до -15°C и даже -25°C, но их производительность снижается с уменьшением температуры.
- FULL SPLIT-системы лучше всего справляются с низкими температурами. Все основные компоненты размещены в тепле, что позволяет использовать выделяемое устройством тепло для отопления дома.
Вывод
Если вы выбираете тепловой насос для регионов с низкими зимними температурами, учитывайте:
- Возможности системы работать при -15°C или -25°C.
- Наличие технологий, таких как EVI.
- Размещение компонентов системы в помещении.
Для домов, где тепловой насос — единственный источник тепла, FULL SPLIT-системы будут наиболее надёжным выбором. Они минимизируют потери тепла и обеспечивают стабильную работу даже в сложных климатических условиях.
Что такое технология Впрыска пара — Enhanced Vapor Injection (EVI)?
Enhanced Vapor Injection (EVI) – это метод повышения разницы температуры/давления насыщения между испарителем и конденсатором, достигаемый использованием экономайзера и дополнительного расширительного клапана. Это позволяет повысить температуру выходящей горячей жидкости в режиме нагрева (воздуха или воды).
Принцип работы EVI:
- Снижение температуры насыщения в испарителе (наружном блоке в режиме нагрева) позволяет устройству забирать больше тепла из окружающего воздуха при низких климатических условиях.
- Перегрев хладагента перед впрыском в компрессор увеличивает давление и температуру на выходе компрессора, что способствует повышению температуры жидкости, выходящей из конденсатора.
Тепловые насосы ALTAL с технологией EVI
Серия ALTAL AWHP EVI оснащена инверторными компрессорами с постоянным током или компрессорами фиксированной скорости с технологией EVI.
Использование технологии EVI и инверторных компрессоров позволяет тепловым насосам эффективно работать при низких температурах окружающей среды, обеспечивая надежное отопление, охлаждение и горячее водоснабжение.
Схема и график показывающие принцип влияния впрыска пара на работу системы теплового насоса воздух-вода.
Принцип работы технологии Enhanced Vapor Injection (EVI)
В представленной схеме жидкость из конденсатора 8 (А на графике) разделяется на две части:
Меньшая часть жидкости (i):
- Проходит через дополнительный расширительный клапан 4.
- Направляется в теплообменник (экономайзер) 6 пластинчатого типа (HX), работающий по принципу противотока (перегрев В на экономайзере).
Основной поток жидкости (m):
- Охлаждается в экономайзере 6 (точка А на графике) за счет испарения и перегрева впрыскиваемого потока массы в экономайзере.
- Экономайзер 6 функционирует как подохладитель для основного потока массы (m) и как испаритель для впрыскиваемой массы.
Перегретый пар затем впрыскивается в промежуточный порт EVI впрыска пара в спиральный компрессор.
Эффективность технологии EVI
Дополнительное подохлаждение:
- Увеличивает производительность испарителя 3, снижая температуру жидкости с TLI до TLO, что уменьшает ее энтальпию.
- Увеличивает теплопроизводительность за счет дополнительного конденсированного потока массы EVI (i).
Улучшенная эффективность цикла:
- Цикл с компрессором с впрыском пара более эффективен по сравнению с традиционным одноступенчатым компрессором, обеспечивающим ту же мощность.
- Дополнительная мощность достигается при меньших затратах энергии, так как впрыскиваемая масса сжимается от промежуточного давления, а не от низкого давления на входе.
Преимущества тепловых насосов с EVI
Дополнительный эффект подохлаждения в конфигурации EVI позволяет тепловому насосу забирать тепло из наружного воздуха при более низких температурах. Только эта технология может обеспечить бесперебойную работу системы отопления в холодный период времени.
- Диапазон рабочих температур:
- Тепловые насосы с DC-инверторным компрессором или с компрессором с фиксированной скоростью без EVI работают в диапазоне от —10 °C .. 20°C до +45°C (температура наружного воздуха).
- Тепловые насосы с DC-инверторным компрессором или с компрессором с фиксированной скоростью и техногией EVI работают в расширенном диапазоне: от -25°C до +45°C для хладагентов R32, R410 и от -30°C до +45°C для R290, R513, R1234ze .
- функция впрыска пара включается программно при температурах наружной среди от +7°C. и ниже .
Таким образом, технология EVI делает тепловые насосы более эффективными в суровых климатических условиях, обеспечивая стабильное отопление при низких температурах окружающей среды.