Кондиціювання тепловим насосом

Тепловий насос є універсальним приладом, який може обігрівати будинок взимку та охолоджувати його влітку. Це дозволяє вирішити задачу кондиціювання тепловим насосом приміщення. Ця універсальність є однією з переваг теплового насоса щодо інших пристроїв. Для цього процесу в тепловому насосі передбачені деякі конструктивні зміни.

Потужність кондиціювання – теплоприплив

Кондиціювання поряд із опаленням, так само потребує значних енергетичних витрат. Енергетичне навантаження формується шляхом розрахунку теплоприпливів, які надходять передусім від сонячного світла, та виділення тепла різними приладами та людьми у приміщенні.

Графік енергетичного навантаження для будинку 200 м2, розташованого в м. Київ із середнім утепленням

Тому при встановленні теплового насоса як основного джерела теплопостачання доцільно передбачити можливість експлуатації теплового насоса для кондиціювання.

Існує два основних види кондиціонування приміщення тепловим насосом різні за принципом дії, споживанням енергії та ефективності холодопостачання:

• пасивне кондиціювання;
• активне кондиціювання;

Пасивне (природне) кондиціювання тепловим насосом

Пасивне кондиціювання ще називають природним. Воно вимагає мінімальних витрат електроенергії, проте буде менш продуктивним. Даний тип кондиціонування можна використовувати тільки в теплових насосах розсольних, тобто. використовують ґрунт або воду як низькопотенційне джерело тепла. У повітряних теплових насосах джерелом низькопотенційної енергії є навколишнє повітря, температура якого вища за комфортну температуру в приміщенні в літній період.

Схема реалізації пасивного кондиціювання тепловим насосом «грунт-вода»

Для реалізації пасивного кондиціювання у контур теплового насоса встановлюється додаткове обладнання: триходовий клапан, пластинчастий теплообмінник та додаткові насоси. Це дозволяє використовувати низьку температуру ґрунту та ґрунтових вод (6-10˚С) для охолодження приміщення. Охолоджений у ґрунті теплоносій (розсіл) прямує безпосередньо на додатковий теплообмінник, оминаючи компресор теплового насоса. Потім охолоджений теплоносій надходить у систему розподілу енергії та поглинає надлишкове тепло з кімнат. При цьому компресор залишається незадіяним, а електроенергія витрачається лише на роботу насосів та інших електроприладів системи холодопостачання.

Потужність пасивного кондиціювання (холодопродуктивність) багато в чому залежить від розмірів джерела тепла, температури та часу експлуатації. І, як правило, може лише частково забезпечити потребу будинку в кондиціонуванні. Наприкінці літа, коли ґрунт уже поглинув значну кількість теплової енергії, холодопродуктивність падатиме. У зв’язку з цим найбільш стабільним джерелом холоду будуть грунтові води, оскільки їх температура практично постійна протягом року.

Додатковою перевагою пасивного кондиціонування тепловим насосом є швидка регенерація ґрунту і накопичення тепла в ґрунті перед опалювальним сезоном. Що, в свою чергу, покращить COP теплонасосної системи в опалювальний період.

Пасивне кондиціювання, як правило, не покриває повне навантаження по охолодженню будинку, проте є економічно вигідним. коефіцієнт перетворення COP досягає значення 15-20!

Активне кондиціювання тепловим насосом

Активне кондиціювання тепловим насосом є доступним для всіх типів теплових насосів. При активному охолодженні тепловий насос працює у зворотному циклі. Ще цей процес називають “Реверсним режимом”.

Для забезпечення активного кондиціонування контур теплового насоса вбудовують чотириходовий клапан і додатковий дросельний клапан. В даному випадку циркуляція робочої рідини відбувається у зворотному напрямку. Конденсатор стає випарником і навпаки.

Схема роботи теплового насоса на нагрівання

Схема роботи теплового насоса на кондиціювання

При роботі теплового насоса в режимі активного кондиціонування коефіцієнт використання енергії EER, який використовується для розрахунків кондиціонування (за аналогією зі СОР для теплової енергії), буде трохи нижчим, ніж при режимі роботи теплонасосної системи в опалювальному режимі. Це пов’язано з надлишком тепла що виділяє компресор при його роботі, яке в даному режимі є побічним. Для забезпечення максимального комфорту холодопродуктивність має бути основною при підборі теплового насоса у спекотніших регіонах.

Розподіл холоду

Під час проектування теплового насоса з можливістю роботи на кондиціювання необхідно передбачити систему розподілу холоду.

Як і при роботі теплового насоса на охолодження, існує два основних варіанти систем розподілу холоду в приміщенні:

• Активні системи.
• Пасивні системи.

До активних систем належать фанкойли. Ці прилади оснащені додатковим малошумним вентилятором, що допомагає рівномірно розподілити холод чи тепло в приміщенні, а також має відведення конденсату.

Фанкойли можуть бути як підлоговими, настінними, стельовими та канальними.

Розподіл потоків холодного та гарячого повітря фанкойлами

Фанкойл ефективно працює як для охолодження, так і для опалення, тому можуть працювати як основні пристрої розподілу енергії в будинку, так і як допоміжні для літнього сезону.

Пасивний розподіл холоду реалізується за рахунок встановлення так званих “холодних стель та стін”. Такі системи вимагають досить великої площі поверхні задля досягнення високої холодопродуктивності.

Потужність холодної стелі може досягати до 75 Вт з одного квадратного метра площі. Основним недоліком таких систем є ризик утворення конденсату, тому автоматика холодних стін/стелі має бути оснащена датчиком вологості для визначення точки роси. Зазвичай при нормальній вологості приміщення температура поверхні не повинна бути нижче 16 градусів, щоб на ній не конденсувалася волога.

Однак використовуючи більш теплий теплоносій системи теплих стін/стелі тим самим підвищують EER теплового насоса в активному режимі і досягається більша ефективність при пасивній системі відбору холоду з ґрунту.