Воздушные тепловые насосы - Сборник статей

Рис. 5. Распределение функций воздушного теплового насоса во Франкфурте-на-Майне

По сведениям Mitsubishi Electric, охлаждение во Франкфурте-на-Майне требуется, как правило, всего лишь на протяжении 5 % (442 часа) года (общей продолжительностью 8760 часов), а отопление – на протяжении 77 %. Причем для 68 % года (5964 часа) для отопления достаточно одного только воздушного теплового насоса, а еще на протяжении 9 % (793 часа) потребуется также и дополнительный источник тепла. В течение 1500 часов (17 % года) допустим нейтральный режим.

Мы видим, что даже в регионе с заведомо более мягким климатом, чем в большинстве из тех, что могли бы представлять для нас практический интерес, потребность в отоплении превосходит потребность в кондиционировании на порядок. Учитывая всевозможные доводы рациональности использования тепловых насосов, среди которых на первом месте стоит их беспрецедентная экономичность, можно оценить, насколько велик потенциал рынка, который предстоит теперь осваивать отрасли.

Гибридные системы отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования – тепловые насосы типа «воздух-вода» – логически завершают концепцию экономичного теплоснабжения, которая в условиях российского климата с успехом может реализовываться посредством современных инверторных тепловых насосов «воздух-воздух» на хладагенте R410A, представленных на российском рынке уже достаточно широкой гаммой.

Теплоснабжение воздушными тепловыми насосами в условиях холодного климата

В технической документации на бытовые сплит-системы, пришедшие первыми на российский рынок, указывалось, что в качестве теплового насоса их можно использовать при температуре наружного воздуха не ниже –9 °C. Когда стало ясно, что это не только температурный минимум города Токио, но и рубеж, за которым для оборудования начинаются всевозможные технические проблемы, оптимизм в отношении использования сплит-систем для отопления поугас.

Между тем, хотя сплит-систем, работающих только на обогрев, и не существует, системы, которые на это способны хотя бы наряду с охлаждением, в Скандинавии, где сегодня они с успехом используются для теплоснабжения, называют не иначе как «тепловые насосы» – по той функции, которая является здесь наиболее полезной.

Современная сплит-система объединяет в себе столько уникальных потребительских опций, что возможность использовать ее для отопления открывает потребителям доступ к принципиально новому уровню комфорта.

Из графика на рис. 6 видно, что объемы продаж воздушных тепловых насосов в Норвегии до 2000 г. были сопоставимы с объемами продаж тепловых насосов прочих типов. Однако в начале 2000-х годов абсолютный показатель продаж воздушных тепловых насосов увеличился более чем в 16 раз. Это стало следствием появления сплит-систем с нижним пределом эксплуатации на обогрев до –20 и даже –25 °C, которые стали использовать в качестве основного источника тепла.

Рис. 6. Динамика норвежского рынка тепловых насосов

Столь значительный успех норвежской климатической отрасли стал прямым следствием появления сплит-систем с нижним пределом эксплуатации на обогрев до –25 °C, которые норвежцы мгновенно приспособились использовать в качестве основного источника тепла.

Современная сплит-система объединяет в себе столько уникальных потребительских опций, что возможность использовать ее для отопления открывает потребителям доступ к принципиально новому уровню комфорта. Система теплоснабжения в виде наружного блока объединена в сплит-системе с системой отопления в виде внутренних блоков – многофункциональных, интеллектуальных и высокоэффективных отопительных приборов. По простоте монтажа такие сплит-системы сравнимы только с бытовыми электрообогревателями.

Интеллектуальные способности в сочетании с максимальной сфокусированностью на качестве жизни потребителя сплит-систем, выводят их за рамки конкуренции со всеми остальными ранее известными способами отопления. Вряд ли еще можно привести пример столь же полезного и совершенного бытового прибора, каким стал сегодня внутренний блок сплит-системы, позволивший пересмотреть представление о действительно комфортном отоплении.

Часто одного внутреннего блока, благодаря его повышенным отопительным способностям (рис. 7), оказывается достаточно для отопления сразу нескольких помещений загородного дома, а в мульти– и VRV/VRF-вариантах при минимальном количестве наружных блоков разнообразие внутренних позволяет организовывать теплоснабжение сколь угодно крупных и сложных объектов (рис. 8). А подчас одним внутренним блоком можно отапливать два этажа (рис. 9).

Рис. 7. Возможности внутреннего блока в качестве отопительного прибора

Рис. 8. Варианты отопления внутренними блоками сплит-систем

Рис. 9. Отопление внутренним блоком одного и двух этажей

Уже к середине 2000-х годов темпы роста популярности низкотемпературных систем привели к появлению так называемых гибридных сплит-систем, способных наряду с отоплением обеспечивать потребителей еще и горячей водой. Это не только позволило сформулировать полноценное комплексное предложение по экономичному теплоснабжению загородного жилья посредством тепловых насосов, но и как нельзя лучше приспосабливало такие системы к условиям холодного климата.

Напольное отопление первого этажа за счет теплоемкости стяжки, элементов стен и фундамента (рис. 10 а), а иногда и бассейна, увеличивает суммарную теплоемкость объекта, что делает его более теплоустойчивым к понижениям наружных температур. А так как на втором этаже деревянного дома бетонную стяжку для напольного отопления организовать весьма проблематично, отопление второго этажа посредством традиционной сплит-системы смотрится более органично (рис. 10 б).

Рис. 10. Принцип организации отопления посредством сплит-систем

Таким образом, налицо не только полный набор современных технических средств для наиболее привлекательного из когда-либо существовавших вариантов теплоснабжения, но уже и целая концепция их рационального применения.

Но при анализе столь заманчивой во всех отношениях перспективы возникает весьма важный вопрос: как быть, если температура опускается ниже –20…–25 °C?

По опыту норвежских испытаний Zubadan (Mitsubishi Electric) можно сказать, что кратковременные падения наружной температуры для достаточно теплоемких объектов с системой напольного отопления могут и просто пройти незамеченными. Радикальное же решение не несет в себе ничего необычного и вытекает из той очевидной истины, что в условиях холодного климата речь о действительно надежном теплоснабжении можно вести только тогда, когда наряду с любым, сколь угодно надежным, источником тепла предусмотрен еще и резервный. В противном же случае перспектива поставить объект под угрозу чрезвычайной ситуации – вопрос времени.

О том, насколько суров норвежский климат, можно судить по табл. 1., в которой приведены температурные минимумы.

Таблица 1. Минимальные значения температуры воздуха

Хотя мы видим, что температуры ниже –40 °C бывают здесь и не каждую зиму, но понимаем, что вряд ли кому-то из жителей этой страны может всерьез прийти в голову мысль о возможности отопления одной только сплит-системой.

Считается, что для России теплоснабжение посредством сплит-системы нереально в принципе либо сопряжено с затратами, по крайней мере непропорциональными ожидаемой выгоде. В то же время рекомендацию в отношении использования резервного источника тепла вряд ли кто-нибудь возьмется оспаривать всерьез. Многим понятно, что роль этого жизненно важного элемента с успехом может выполнять, скажем, обычная печь. Между тем, скажем, любителям сауны вообще не стоит беспокоиться о каком-либо дополнительном источнике тепла, поскольку протапливаемая раз в неделю печь для сауны – это одновременно и резервный источник тепла, и надежный доводчик при отоплении сплит-системой (рис. 11).

Рис. 11. Печь для сауны в центре дома – очевидный резервный источник тепла

Если же у вас в доме имеется камин, то топить его (при использовании в качестве резервного источника тепла) даже в самом суровом из рассматриваемых ниже случаев придется не больше, чем ту же печь для сауны.

Чтобы получить предметное представление о том, насколько привлекательна может быть перспектива теплоснабжения сплит-системой, необходимо понимать, что из себя должен представлять резервный источник тепла и какие затраты необходимы для его организации и обслуживания. Поэтому требуется выяснить и оценить ожидаемый от этого источника вклад в теплоснабжение. Очевидно, что участие резервного источника тепла в теплоснабжении воздушным тепловым насосом зависит от климатических условий места непосредственного расположения объекта.