Баки до теплового насосу: які бувають і навіщо потрібні

Людина, яка вперше розуміється на темі використання альтернативних джерел тепла, задається безліччю питань починаючи від «Який тепловий насос вибрати?» та «Що і як встановлювати?» до «Чи не змінити мені тип опалення і в батьківському будинку?». Теми, що цікавлять клієнтів, будуть так чи інакше порушені в цій статті. Але почати варто, все-таки, з самого основного питання.

Що таке тепловий насос?

Тепловий насос – це пристрій, який відбирає енергію у низькокалорійного джерела тепла. Таким джерелом може бути:

• зовнішнє повітря;
• геотермальні джерела;
• вода з природних водойм;
• ґрунт та ґрунтові води;
• викиди повітряної вентиляції.

На перший погляд це неможливо – отримання дармової енергії буквально з повітря наводить на думку про чудо, що відбулося. У пам'яті спливає другий закон термодинаміки про неможливість передачі тепла від холодного тіла до теплішого.

Але ніякого дива немає – теплові насоси споживають механічну енергію, що підводиться до них, на вході і видають теплову енергію на виході.

Як працює тепловий насос?

Теоретичною основою роботи таких пристроїв є зворотний цикл Карно. Він можливий під час коректної роботи кожного циклу перетворення тепла.

Отримана від джерела енергія передається системою за допомогою холодоагенту (рідини, яка закипає при негативних температурах). Це можливо через роботу повітряного компресора, який створює зони розширення та стиснення робочої рідини.

При отриманні енергії ззовні хладагент закипає і перетворюється на пару. Перебуваючи у газоподібному стані, він стискується у компресорі. На виході з компресора газоподібний холодоагент має підвищений тиск та температуру. У конденсаторі пара знову перетворюється на рідку форму, віддаючи тепло в систему опалення.

У результаті холодоагент стає вдвічі холоднішим, але його тиск залишається низьким. Щоб підвищити його до робочого рівня, рідина проходить розширювач (ТРВ). Тепер нормалізовані параметри дозволяють холодоагенту потрапити у випарник і знову проходити цикл заново. Таким чином, замкнутий цикл не дає жодних вихлопів – паливо не згоряє, а використовується повторно і багаторазово.

Який тепловий насос кращий?

Універсальних рішень немає, але будь-яка із систем із використанням ТН виходить вигідніше у довгостроковій перспективі.

Важливо! Експлуатаційний період такого пристрою досягає 50 років, що порівняно з 20-ти річним експлуатаційним періодом котельного обладнання значно знижує його вартість у перерахунку на 1 рік.

Більш детальні підрахунки наведено на графіку.

До переваг ТН можна віднести:

• простоту конструкції та експлуатації;
• економічну вигоду;
• надійність матеріалів;
• безпека під час використання.

Системи з урахуванням ТН є екологічно чистими. Тут немає місця застосуванню відкритого вогню та викидам від горіння палива. По електробезпеці, вібраціям і шуму вони не відрізняються від багатьох інших побутових приладів.

Електрична начинка таких пристроїв дозволяє підключити їх до Wi-Fi і керувати температурними режимами в приміщенні з телефону. Це дозволяє коригувати температуру за півгодини або годину до повернення додому, а також налаштовувати різні режими в залежності від часу доби.

У кожного з видів теплових насосів є свої переваги та обмеження. Наприклад, для ґрунтового потрібно встановлювати десятки метрів труби під землею. Це потребує і площі, і додаткових витрат на монтаж. Пристрої вода-вода вимагають буріння землі та близькості ґрунтових вод до поверхні. Але в той же час обидва ці типи здатні видавати стабільнішу потужність, оскільки не залежать від температури навколишнього середовища, як насоси повітря-вода . Тим не менш, вони є найбільш популярними, адже не вимагають ніяких особливих умов монтажу і коштують дешевше.

Які елементи потрібні для системи ТН "повітря-вода"?

Для коректної роботи всієї системи опалення, крім найголовнішого апарату, потрібні:

• сантехнічна розв'язка;
• насосна група;
• бак ГВП непрямого нагріву ;
• буфер-накопичувач.

Потрібний бак №1

Буферний бак є додатковим компонентом, який може бути підключений паралельно, комбіновано чи послідовно. Він може бути розміщений після конденсатора ТН і виконувати роль акумулюючого резервуару теплоносія. Тобто він дозволяє запасти теплову енергію холодоагенту на випадок, якщо генерація нового тепла зупиниться або буде нестабільною через несприятливі температурні умови повітря.

Важливо! Підключення буферної ємності значно зменшує кількість пусків теплового насоса, що продовжує його термін експлуатації та заощаджує електричну енергію. У зв'язку з цими обставинами виробники обладнання висувають вимогу про наявність буферного резервуара як обов'язкове.

Буферна ємність (або акумулятор) виконує кілька важливих функцій:

1. Стабілізація температури . Буферна ємність допомагає врівноважити нерівномірні надходження тепла через неоднорідність енергії, що надходить від повітря. Це забезпечує стабільнішу температуру в системі опалення або гарячого водопостачання.
2. Збільшення ефективності . Буферна ємність може згладити коливання навантаження, що дозволяє тепловому насосу працювати в більш стабільних умовах. Це зменшує частоту увімкнення/вимкнення пристрою та підвищує ефективність його роботи.
3. Поліпшення комфорту . За рахунок стабілізації температури та більш рівномірного розподілу тепла буферна ємність сприяє створенню більш комфортних умов у приміщенні.
4. Захист ТН . Буферна ємність запобігає частим включенням і вимкненням, що може зменшити знос обладнання.

Як розрахувати літраж буфера?

Думки щодо підбору обсягу ємності поділяються – цифри починаються від 10 літрів на кВт потужності та йдуть до 60 літрів на кВт. Заради справедливості, можна відразу помітити, що і в тому й іншому випадку насос працюватиме. Але некоректний розрахунок значно знизить позитивні якості кожної конкретної системи опалення. Тому до обчислення потрібно підходити з розумом.

Загальна схема розрахунку може включати:

1. Визначення споживання. Важливо дізнатись кількість теплових потреб приміщення, у тому числі необхідне тепло для опалення та гарячого водопостачання. Також варто звернути увагу на фактори, що впливають на теплові втрати (ізоляція, погодні умови).
2. Вибір температурного режиму. Необхідно визначити температурний діапазон, який потрібно підтримувати.
3. Розрахунок обсягу буферної ємності за допомогою формули:

Q = ηm ⋅ c ⋅ Δ T , де

(Q) – теплова енергія (у джоулях);

(m) – маса теплоносія (в кг);

(c) – питома теплоємність теплоносія (Дж/(кг·°C));

(Δ T) – зміна температури (°C);

(eta) – ККД системи. Перетворіть теплову енергію до об'єму, знаючи густину теплоносія.

Конкретні параметри можуть змінюватись в залежності від моделі теплового насоса, конструкції системи опалення та інших факторів. Можливо, також варто проконсультуватися з професіоналами Реймер , щоб отримати більш точні рекомендації для конкретного випадку. Наш досвід установок та експлуатації доводить, що найбільш ефективно схема працює з розрахунку 40 літрів буфера на кВт потужності ТН.

При можливій можливості відключення електроенергії слід враховувати наступне: дуже велика буферна ємність негативно впливатиме на роботу теплового насоса . Тому рекомендуємо дотримуватись мінімально зазначених обсягів у таблицях.

Для моноблочних типів рекомендується:

ОПТИМАЛЬНЕ СПІВВІДНОШЕННЯ ПОТУЖНОСТІ ТЕПЛОВОГО НАСОСУ ТА ЛІТРАЖУ БУФЕРНОГО БАКА

Для спліт-систем:

Підбором пристрою можна зайнятися самостійно, але краще звернутися до експертів Реймер .

Потрібний бак №2

Інший необхідною ємністю є бак ГВП . Непрямий резервуар гарячої води – це ємність без обігрівача, яка служить для нагрівання води . Для підвищення температури води всередині розширювальний бак ГВС використовує енергію, що передається з насоса.

Важливо! Баки непрямого нагріву для газових котлів не підходять до системи ТН. Для гарантії коректної роботи теплових насосів потрібні розширені та перерозмірені теплообмінники з площею від 2.5 м.кв. та вище.

Основні компоненти бака ГВП непрямого нагріву зазвичай включають:

1. Теплообмінник , який забезпечує ефективний теплообмін між тепловим носієм та водою.
2. Ізоляція , яка мінімізує втрати тепла та підтримує високу температуру води всередині ємності.
3. Термостат та датчики , які використовуються для контролю параметрів рідини. Вони забезпечують належну температуру гарячої води відповідно до потреб користувача.

Ось деякі причини , чому варто ставити розширювальний бак для ГВП :

• Підвищення ефективності – отримане тепло не пропадає, а накопичується у воді.
• Економія енергії – ємність не потребує додаткових обігрівальних елементів, тому не споживає електрики.
• Довгий термін служби – ізоляція та відсутність прямого контакту з обігрівальним елементом роблять резервуар менш уразливим до неполадок.

Як вибрати бак ГВП?

Гра під назвою "Як розрахувати бак для ГВП?" може закінчитися правилом «чим більше, тим краще», але все ж таки при підборі важливо дотриматися оптимальності обсягу і потужності . Варто врахувати і кількість споживачів та температурні вимоги.

Можна скористатися наступною підказкою:

1. Оцініть потребу у гарячій воді – скільки людей та як планує її використовувати. Зверніть увагу на кількість води, що витрачається на кожен із способів використання (душ, приготування їжі, прання і т.д.).
2. Розрахуйте обсяг , застосовуючи при цьому коефіцієнти безпеки та резервування, щоб врахувати можливі піки споживання.
3. Визначте бажану температуру гарячої води. Це може залежати від ваших уподобань та стандартів для можливостей конкретного ТН.
4. Виберіть бак з урахуванням розрахунків, вимог, нормативів та стандартів.

Для теплових насосів Raymer є певні схеми підбору, що рекомендуються.

Моноблочний тип:

Спліт-система:

З чого виготовлені баки для теплових насосів?

Варто звернути увагу, що більшість буферних ємностей та резервуарів ГВП виготовлені з нержавіючої сталі . Це зумовлено перевагами виробів із неї:

1. Стійкість до корозії . Нержавіюча сталь погано окислюється і не реагує на агресивні середовища. Це особливо важливо в системах теплового насоса, де є різні теплоносії, вода і хімічні добавки.
2. Довговічність . Матеріали з нержавіючої сталі зазвичай мають високу міцність, у тому числі стійкість до механічних і температурних впливів. Це робить їх довговічними та, отже, економічно вигідними.
3. Гігієнічність . Нержавіюча сталь легко чиститься та забезпечує гігієнічні умови зберігання теплоносія. Це важливо для підтримки високої якості води та запобігання розвитку бактерій або інших мікроорганізмів.
4. Висока теплопровідність. Нержавіюча сталь добре проводить тепло, ефективно передаючи його в циклі ТН.
5. Мінімальна втрата тепла. Буферні ємності з нержавіючої сталі часто мають хорошу теплоізоляцію, що допомагає мінімізувати втрати тепла та підтримувати стабільну температуру всередині резервуару.
6. Екологічність . Нержавіюча сталь є екологічно чистим матеріалом, який можна переробляти.

Для якісного підбору обох типів баків для теплового насоса варто скористатися допомогою досвідчених інженерів з опалення та водопостачання . Фахівці Реймер зможуть врахувати особливості вашої системи та допомогти вибрати оптимальне рішення.

Правильне встановлення всіх пристроїв допоможе бути вашому будинку енергонезалежним!