Баки к тепловому насосу: какие бывают и зачем нужны

          Человек, который впервые разбирается с темой использования альтернативных источников тепла, задается множеством вопросов начиная от «Какой тепловой насос выбрать?» и «Что и как устанавливать?» до «Не поменять ли мне тип отопления и в родительском доме?». Интересующие клиентов темы будут так или иначе затронуты в этой статье. Но начать стоит, все-таки с самого основополагательного вопроса. 

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — являет собой устройство, которое отбирает энергию у низкокалорийного источника тепла. Таким источником может выступать:

• наружный воздух;
• геотермальные источники;
• вода из естественных водоемов;
• грунт и грунтовые воды;
• выбросы воздушной вентиляции.

На первый взгляд это невозможно – получении дармовой энергии буквально из воздуха наводит на мысль о свершившемся чуде. В памяти всплывает второй закон термодинамики о невозможности передачи тепла от холодного тела к более теплому.

Но никакого волшебства нет – тепловые насосы потребляют подводимую к ним механическую энергию на входе и выдают тепловую энергию на выходе.

Как работает тепловой насос?

Теоретической основой работы подобных устройств является обратный цикл Карно. Он возможен при корректной работе каждого цикла преобразования тепла.

Полученная от источника энергия передается по системе с помощью хладагента (жидкости, которая закипает при отрицательных температурах). Это возможно из-за работы воздушного компрессора, который создает зоны расширения и сжатия рабочей жидкости.

При получении энергии извне хладоагент закипает и превращается в пар. Находясь в газообразном состоянии, он сжимается в компрессоре. На выходе из компрессора газообразный хладагент имеет повышенное давление и температуру. В конденсаторе пар вновь переходит в жидкую форму, отдавая тепло в систему отопления.

В итоге хладагент становится вдвое холоднее, но его давление остается низким. Чтобы повысить его до рабочего уровня, жидкость проходит расширитель (ТРВ). Теперь нормализованные параметры позволяют хладагенту попасть в испаритель и опять проходить цикл заново. Таким образом, замкнутый цикл не дает никаких выхлопов – «топливо» не сгорает, а используется повторно и многократно. 

Какой тепловой насос лучше? 

Универсальных решений нет, но любая из систем с использованием ТН выходит выгоднее в долгосрочной перспективе.

Важно! Эксплуатационный период такого устройства достигает 50 лет, что в сравнении с 20-ти летним эксплуатационным периодом котельного оборудования значительно снижает его стоимость в пересчете на 1 год.

Более детальные подсчеты приведены на графике.

К преимуществам ТН можно отнести:

• простоту конструкции и эксплуатации;
• экономическую выгоду;
• надежность материалов;
• безопасность при использовании.

Системы на основе ТН являются экологически чистыми. Здесь нет места применению открытого огня и выбросам от горения топлива. По электробезопасности, вибрациям и шуму они не отличаются от множества других бытовых приборов.

Электрическая начинка таких устройств позволяет подключить их к приложению по Wi-Fi и управлять температурными режимами в помещении с телефона. Это дает возможность корректировать температуру за полчаса или час до возвращения домой, а также настраивать различные режимы в зависимости от времени суток. 

У каждого из видов тепловых насосов есть свои преимущества и ограничения. Например, для грунтового нужно устанавливать десятки метров трубы под землей. Это требует и площади, и дополнительных трат на монтаж. Устройства вода-вода требуют бурения земли и близости грунтовых вод к поверхности. Но в то же время оба эти типа способны выдавать более стабильную мощность, поскольку не зависят от температуры окружающей среды, как насосы воздух-вода. Тем не менее они являются наиболее популярными, ведь не требуют никаких особых условий монтажа и стоят дешевле.

Какие элементы нужны для системы ТН «воздух-вода»?

Для корректной работы всей системы отопления, помимо самого основного аппарата, требуются:

• сантехническая развязка;
• насосная группа;
• бак ГВС косвенного нагрева;
• буфер-накопитель.

Нужный бак №1

Буферный бак является дополнительным компонентом, который может быть подключен параллельно, комбинировано или последовательно. Он может быть размещен после конденсатора ТН и выполнять роль аккумулирующего резервуара теплоносителя. То есть он позволяет запасти тепловую энергию хладагента на случай, если генерация нового тепла остановится или будет нестабильной из-за неблагоприятных температурных условий воздуха.

Важно! Подключение буферной емкости значительно уменьшает число пусков теплового насоса, что продлевает его срок эксплуатации и экономит электрическую энергию. В связи с этими обстоятельствами, производители оборудования выдвигают требование о наличии буферного резервуара, как обязательное.

Буферная емкость (или аккумулятор) выполняет несколько важных функций:

1. Стабилизация температуры. Буферная емкость помогает уравновесить неравномерные поступления тепла из-за неоднородности поступаемой энергии от воздуха. Это обеспечивает более стабильную температуру в системе отопления или горячего водоснабжения.
2. Увеличение эффективности. Буферная емкость может сгладить колебания нагрузки, позволяя тепловому насосу работать в более стабильных условиях. Это уменьшает частоту включения/выключения устройства и повышает эффективность его работы.
3. Улучшение комфорта. За счет стабилизации температуры и более равномерного распределения тепла буферная емкость способствует созданию более комфортных условий в помещении.
4. Защита ТН. Буферная емкость предотвращает частые включения и выключения, что может уменьшить износ оборудования. 

Как рассчитать литраж буфера?

Мнения по поводу подбора объема емкости разделяются – цифры начинаются от 10 литров на кВт мощности и уходят до 60 литров на кВт. Справедливости ради, можно сразу заметить, что и в том и другом случае насос будет работать. Но некорректный расчет сильно снизит положительные качества каждой конкретной системы отопления. Поэтому к вычислению нужно подходить с умом.

Общая схема расчета может включать: 

1. Определение потребления. Важно узнать количество тепловых потребностей помещения, в том числе требуемое тепло для отопления и горячего водоснабжения. Также стоит обратить внимание на факторы, влияющие на тепловые потери (изоляция, климатические условия).
2. Выбор температурного режима. Необходимо определить температурный диапазон, который вы хотите поддерживать.
3. Расчет объема буферной емкости при помощи формулы:

Q = ηm ⋅ c ⋅ ΔT , где

(Q) – тепловая энергия (в джоулях);

(m) – масса теплоносителя (в кг);

(c) – удельная теплоемкость теплоносителя (в Дж/(кг·°C));

(Δ T) – изменение температуры (в °C);

(eta) – КПД системы. Преобразуйте тепловую энергию к объему, зная плотность теплоносителя.

Конкретные параметры могут варироваться в зависимости от модели теплового насоса, конструкции системы отопления и других факторов. Возможно, также стоит проконсультироваться с профессионалами Реймер, чтобы получить более точные рекомендации для вашего конкретного случая. Наш опыт установок и эксплуатации доказывает, что наиболее эффективно схема работает из расчета 40 литров буфера на кВт мощности ТН. 

При вероятной возможности отключений электроэнергии следует учитывать следующее: сильно большая буферная емкость будет негативно влиять на работу теплового насоса. Поэтому рекомендуем придерживаться минимально указанных объемов в таблицах. 

Для моноблочных типов рекомендуется:

ОПТИМАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА И ЛИТРАЖА БУФЕРНОГО БАКА

Для сплит-систем:

Подбором устройства можно заняться самостоятельно, но лучше обратиться к экспертам Реймер.

Нужный бак №2

Другой требуемой емкостью является бак ГВС. Косвенный резервуар горячей воды – это емкость без обогревательного элемента, которая служит для нагрева воды. Для повышения температуры воды внутри расширительный бак системы ГВС использует энергию, передаваемую из насоса. 

Важно! Баки косвенного нагрева для газовых котлов не подходят к системе с ТН. Для гарантии корректной работы тепловых насосов нужны очень расширенные и переразмеренные теплообменники с площадью от 2.5 м.кв. и выше.

Основные компоненты бака ГВС косвенного нагрева обычно включают:

1. Теплообменник, который обеспечивает эффективный теплообмен между тепловым носителем и водой.
2. Изоляция, которая минимизирует потери тепла и поддерживает высокую температуру воды внутри емкости.
3. Термостат и датчики, которые используются для контроля параметров жидкости. Они обеспечивают надлежащую температуру горячей воды в соответствии с потребностями пользователя.

Вот некоторые причины, почему стоит ставить расширительный бак для ГВС:

• Повышение эффективности – полученное тепло не пропадает, а накапливается в воде.
• Экономия энергии – емкость не нуждается в дополнительных обогревательных элементах, поэтому не потребляет электричество.
• Долгий срок службы – изоляция и отсутствие прямого контакта с обогревательным элементом делают резервуар менее уязвимым к неполадкам.

Как выбрать бак ГВС?

Игра под названием «Как рассчитать бак для ГВС?» может закончиться правилом «чем больше, тем лучше», но все же при подборе важно соблюсти оптимальность объема и мощности. Стоит учесть и количество потребителей, и температурные требования. 

Можно воспользоваться следующей подсказкой:

1. Оцените потребность в горячей воде – сколько человек и как планирует ее использовать. Обратите внимание на количество расходуемой воды на каждый из способов использования (душ, приготовление пищи, стирка и т.д.).
2. Рассчитайте объем, применяя при этом коэффициенты безопасности и резервирования, чтобы учесть возможные пики потребления.
3. Определите желаемую температуру горячей воды. Это может зависеть от ваших предпочтений и стандартов для возможностей конкретного ТН.
4. Выберите бак с учетом расчетов, требований, нормативов и стандартов.

Для тепловых насосов Raymer есть определенные рекомендуемые схемы подбора.

Моноблочный тип:

Сплит-система:

Из чего сделаны баки для тепловых насосов?

Стоит обратить внимание, что большинство буферных емкостей и резервуаров ГВС сделаны из нержавеющей стали. Это обусловлено преимуществами изделий из нее:

1. Стойкость к коррозии. Нержавейка плохо окисляется и не реагирует на агрессивные среды. Это особенно важно в системах теплового насоса, где присутствуют различные теплоносители, вода и химические добавки.
2. Долговечность. Материалы из нержавеющей стали обычно обладают высокой прочностью, в том числе стойкостью к механическим и температурным воздействиям. Это делает их долговечными и, следовательно, экономически выгодными.
3. Гигиеничность. Нержавеющая сталь легко чистится и обеспечивает гигиеничные условия хранения теплоносителя. Это важно для поддержания высокого качества воды и предотвращения развития бактерий или других микроорганизмов.
4. Высокая теплопроводность. Нержавейка хорошо проводит тепло, эффективно передавая его в цикле ТН. 
5. Минимальная потеря тепла. Буферные емкости из нержавеющей стали часто имеют хорошую теплоизоляцию, что помогает минимизировать потери тепла и поддерживать стабильную температуру внутри резервуара.
6. Экологичность. Нержавеющая сталь является экологически чистым материалом, который можно перерабатывать.

Для качественного подбора обоих типов баков для теплового насоса стоит воспользоваться помощью опытных инженеров по отоплению и водоснабжению. Специалисты Реймер смогут учесть особенности вашей системы и помочь выбрать оптимальное решение.

Правильная установка всех устройств поможет быть вашему дому энергонезависимым!