Типи теплових насосів

Порівняльна техніко-економічна характеристика трьох типів теплових насосів повітря-вода

Нижче наведено детальний техніко-економічний аналіз трьох типів теплових насосів повітря-вода: моноблок, система (SPLIT і FULL SPLITПравильний вибір типу теплового насоса має велике значення для ефективності системи в цілому (COP, споживання тощо) Для кожного варіанту окремо аналізуються наступні фактори:

• Переваги та недоліки будівництва;

• Особливості компресора з фіксованою та змінною швидкістю обертання (інверторного);

• Вплив технології впорскування пари (EVI);

• Теплові втрати та рекомендації щодо теплоізоляції.

🔹 1. Моноблок (зовнішнє встановлення, вся гідравліка зовні)

⚙️ Будівництво:

Усі компоненти — компресор, циркуляційний насос, гідравлічний контур (вода або антифриз), електроніка керування — розташовані в одному зовнішньому блоці. Тепло передається безпосередньо від зовнішнього блоку до системи опалення.

✅ Переваги:

• Простий монтаж, особливо в невеликих будівлях без технічного приміщення.

• Компактний дизайн та мінімальна кількість з'єднань.

• Не потрібні холодоагентні трубопроводи — гідравлічний контур підключається безпосередньо.

❌ Недоліки:

• Зовні обов'язкове використання антифризу, інакше існує ризик замерзання.

• Якщо небажано додавати антифриз у систему опалення, потрібен проміжний теплообмінник або змійовик.

• Компресор і вся електроніка знаходяться в холоді — критично низькому рівні за температур нижче –10 °C.

• Потрібні електричні підігрівачі картера та піддона — вони споживають енергію навіть у режимі очікування.

• Втрати тепла: паразитне тепло, що генерується компресором та іншими компонентами, втрачається в атмосферу.

🔸 Паразитарна спека:

• Фіксований компресор: ≈ 15–18% споживаної енергії розсіюється у вигляді тепла.

• Інверторний компресор: від 12 до 15%.
  → У випадку моноблока ця енергія повністю втрачається.

⚙️ Інвертор / фіксована швидкість:

• Фіксований компресор: дешевше, але:

  • робота з частими запусками/зупинками;

  • коротший термін служби;

  • потрібен буферний бак.

• Інвертор:

  • м'який пуск, високий COP при часткових навантаженнях;

  • вища вартість та складність (можливі дефекти);

  • включає: перетворювач частоти, фільтри електромагнітних перешкод, датчики.

💡 Висновок:

Ці типи теплових насосів є підходящим рішенням для простих застосувань, літніх басейнів, економічних систем, у районах з м'якою зимою. Захист від замерзання є важливим. Низька ефективність у холодну пору року. Важливо, які типи теплових насосів вибираються конкретно для того чи іншого об'єкта, якщо вибір робиться на моноблочному PDC.

🔸 2. СПЛІТ-система (зовнішній блок + холодильний контур + внутрішній теплообмінник)

⚙️ Будівництво:

• Компресор, вентилятори та конденсатор розташовані зовні.

• Пластинчастий теплообмінник (конденсатор) встановлений всередині будівлі.

• Між ними прокладається холодильна лінія (до 10–20 м).

✅ Переваги:

• Вся гідравліка знаходиться всередині — немає ризику замерзання та потреби в антифризі.

• Вища енергоефективність порівняно з моноблочним обладнанням завдяки внутрішньому теплообміну.

• Немає потреби в буферних баках або проміжних змійовиках.

❌ Недоліки:

• Ізоляція холодильного контуру є критично важливою: фреон після компресора досягає 70–90 °C — можливі втрати та перегрів стінок.

• Більш складне складання маршруту: суворі вимоги щодо довжини, нахилу та зварювання.

• Як і у випадку з моноблочним двигуном — потрібен підігрів картера та дренажу.

• Ризик витоку фреону, необхідність його повторного заправлення.

⚙️ Інвертор / фіксована швидкість:

• Ті ж переваги та недоліки, що й у моноблока.

• Довжина шляху впливає на правильну роботу інвертора (резонанси, коливання тиску).

• Складніший діагноз.

💡 Висновок:

Типи теплових насосів SPLIT ідеально підходять для будинків з технічним приміщенням та можливістю встановлення холодильного контуру. Вони вимагають ретельного монтажу та відповідної теплоізоляції.

🔹 3. ПОВНИЙ РОЗДІЛ (всі компоненти всередині, зовні лише випарник повітря-фреон)

⚙️ Будівництво:

Усі основні компоненти — компресор, клапани, електроніка, теплообмінник — розташовані всередині. Зовні залишається лише випарник з вентиляторами. Фреон транспортується назовні по холодоагенту.

✅ Переваги:

• Компоненти захищені від холоду — компресор, електроніка та клапани працюють за оптимальної температури.

• Паразитне тепло, що генерується (компресором, інвертором тощо), залишається всередині та сприяє нагріванню.

🔸 Паразитарна спека:

• Інвертор: ≈ 12–15% залишається всередині.

• Фіксований компресор: до 20–27% (залежно від конфігурації).

• Підігрів картера не потрібен — достатньо тепла навколишнього середовища.

• Немає потреби в антифризі.

• Мінімальний ризик поломок взимку — картер не потребує попереднього прогріву або потребує його в мінімальних кількостях.

❌ Недоліки:

• Більш складна система керування, особливо для довгих маршрутів.

• Його розмір має бути правильно підібраний з урахуванням перепадів температур (ризик втрати ефективності).

• Вища вартість.

⚙️ Інвертор / фіксована швидкість:

• Інвертор дуже ефективний: зовнішній блок працює оптимально, низький пусковий струм.

• Менше циклів — підвищена довговічність.

💡 Висновок:

Типи теплових насосів FULL SPLIT Вони є найефективнішою технологією «повітря-вода» та можуть бути рекомендовані для енергоефективних будівель, де важливі стабільність, економічність та запобігання ризику замерзання. Це найкращий варіант, якщо внутрішній блок можна встановити в опалювальному приміщенні.

🔸 Додатково: впорскування пари (EVI)

Компресор EVI:

• Забезпечує двоступеневе стиснення — підвищена ефективність за низьких температур (–15…–25 °C).

• Корисний у холодних регіонах.

• Дорожчий та складніший (упорскування, додатковий теплообмінник, клапани).

• Збільшує коефіцієнт перетворення (COP) на 10–30% у режимі опалення в мороз.

❌ Недоліки:

• Потребує спеціалізованого обслуговування.

• Складніший діагноз.

• Непридатний у м'якому кліматі.

📊 Висновки та рекомендації

📊 Техніко-економічний аналіз – тепловий насос потужністю 10 кВт

Мета звіту: оцінка продуктивності теплового насоса потужністю 10 кВт за різних зовнішніх умов та температур подачі.

Аналізовані параметри:

• ККД (коефіцієнт корисної дії);

• Споживана електроенергія;

• Теплові втрати (споживання на власні потреби, втрати тощо).

Методології: Коефіцієнт перетворення (COP) змінюється залежно від температури зовнішнього повітря та температури подачі. Теплове навантаження постійне: 10 кВт.

Проаналізовані температури зовнішнього повітря: +5, 0, –15, –25 °C
Температура вежі: +35, +45, +55 °C

Проаналізовані системи:

• Геотермальний тепловий насос (стабільний COP)

• Стандартний повітряно-водяний

• Повітряно-водяний інвертор

• Повітря-вода з EVI (впорскування пари)

Результати:

📌 Пояснення графіків:

1. Коефіцієнт продуктивності (ККД)
   FULL SPLIT має найвищу константу COP завдяки розміщенню компонентів всередині.
   SPLIT має середню ефективність.
   Моноблок — найслабший, через втрати та розташування на відкритому повітрі.

2. Споживання енергії (кВт)
   Чим нижчий COP, тим вище споживання.
   При –25 °C та подачі +55 °C:

   • Моноблок: ~5,9 кВт для теплової потужності 10 кВт

   • Full Split : ~4 кВт

3. Паразитні втрати тепла (кВт)

   • Моноблок: до 1 кВт

   • СПЛІТ: ~0,6–0,8 кВт

   • Full Split : лише 0,1–0,2 кВт

Висновки:

• Геотермальні насоси (типи теплових насосів «ґрунт-вода», «вода-вода») пропонують найкращі COP постійний, незалежно від температури зовнішнього повітря.

• Коефіцієнт перетворення енергії (COP) різко падає для систем повітря-вода (моноблочні теплові насоси) за низьких температур.

• Інверторні та EVI компресори підвищують ефективність за негативних температур.

• Тур при температурі нижче або дорівнює +35 °C значно ефективніший, ніж при +55 °C.

📎 Додаток:

Детальні таблиці розрахунків, графіки та файл Excel надаються окремо.