Режими роботи та номінальна потужність теплового насоса

Вибір режиму роботи та номінальної потужності теплового насоса залежить як від джерела низькопотенційної енергії, так і від типу опалювальної системи в будівлі. Важливо на початковому етапі визначити всі фактори для підбору найбільш відповідного режиму роботи та потужності теплового насоса.

Режим роботи теплового насосу

Існує два основних режими роботи теплонасосної системи опалення:

• Моновалентний режим роботи теплового насоса
• Бівалентный режим роботи теплового насоса

Моновалентний режим роботи теплового насосу

У моновалентному режимі тепловий насос здатний повністю забезпечувати все теплове навантаження будівлі. При цьому потужність теплового насоса повинна бути не меншою ніж пікова потужність системи теплопостачання. Так само необхідно щоб максимальна температура подачі теплового насоса була вищою, ніж максимальна розрахункова температура в системі опалення та гарячого водопостачання.

Температурний графік моновалентного режиму теплового насосу

Цей режим роботи найбільше підходить для теплових насосів зі стабільною температурою низькопотенційного джерела тепла (грунт, ґрунтові води, промислова утилізація тепла тощо) у поєднанні з низькотемпературною системою опалення (теплі підлоги, фанкойли тощо).

Незважаючи на те, що тепловий насос у моновалентному режимі повністю вирішує питання теплопостачання у будівлі, суттєвим недоліком цього режиму є високі початкові капіталовкладення на обладнання.

Бівалентний режим роботи теплового насосу

Для підвищення рентабельності теплового насоса слід вибирати бівалентний режим роботи. Бівалентний режим передбачає роботу теплового насоса у поєднанні з іншим нагрівальним приладом: газовим, електричним, твердопаливним котлом та ін. Вибір даного режиму може бути обумовлений також необхідністю подачі вищої температури в систему опалення при низьких зовнішніх температурах повітря.

Пікова потужність системи опалення розраховується виходячи з найхолоднішої п’ятиденки в опалювальний сезон. На практиці такі низькі температури зустрічаються не часто і не довго. Упродовж більшої частини сезону опалювальна система працює на рівні менше 50% від максимальної потужності.

Середня температура за опалювальний сезон у м. Київ становить +1,1 ºС. Кількість годин із температурою менше -10 ºС становить трохи більше 7%. Отже, підібравши пікову потужність теплового насоса, наприклад на температуру -10 ºС, можна скоротити початкові витрати на тепловий насос, додаткове обладнання та монтажні роботи на 30-40% при цьому забезпечити до 93% потреб на теплопостачання.

Потужність теплового насоса в порівнянні з часткою покриття опалювального навантаження за сезон опалення

У цьому прикладі температура -10 ºС називатися температурою (точкою) бівалентності. При температурах нижче точки бівалентності тепловий насос може відключатися або працювати в парі з додатковим джерелом тепла, але при цьому не покривати потреби в теплі. У зв’язку з цим існує три види бівалентного режиму роботи теплового насоса:

• Бівалентний альтернативний
• Бівалентний допоміжний
• Бівалентний комбінований

Тепловий насос в альтернативному режимі забезпечує повне теплове навантаження будівлі доки не досягне точки бівалентності. Після цього він відключається, а все навантаження бере на себе допоміжний теплогенератор, який забезпечує потрібний температурний графік.

Бівалентний альтернативний режим роботи теплового насосу

Додаткове джерело тепла розраховується на максимальне теплове навантаження. Найчастіше такий режим зустрічається, коли допоміжний нагрівач це твердопаливний котел або камін з водяною сорочкою.

При допоміжному режимі роботи тепловий насос також повністю забезпечує теплове навантаження до точки бівалентності, однак при досягненні точки він не вимикається, а працює в парі з додатковим теплогененратором.

Бівалентний допоміжний режим роботи теплового насосу

Функція допоміжного теплогенератора полягає у забезпеченні відповідного температурного режиму після температури бівалентності. У такому разі потужність додаткового джерела нагріву може вибиратися виходячи з недостатньої потужності пікового навантаження. А потужність теплового насоса підбирається для точки бівалентності. Найчастіше це може бути невеликий електронагрівач.

Комбінований режим поєднує характеристики попередніх режимів роботи теплового насоса. При досягненні точки бівалентності тепловий насос не відключається, а працює паралельно з допоміжним теплогенератором до мінімальної можливої температури повітря.

Бівалентний комбінований режим роботи теплового насосу

Такий режим зазвичай відповідає роботі теплового насоса повітря-вода. При низьких негативних температурах продуктивність теплового насоса значно падає, а доцільність його роботи різко знижується або компресор зовсім не здатний видавати тепло. У такому випадку у графіку додається точка відключення теплового насоса. Потужність допоміжного теплогенератора повинна бути, як в альтернативному режимі, розрахована на пікове теплове навантаження.

Номінальна потужність теплового насосу

Оптимальним вважається підбір потужності теплового насоса, що дорівнює 60-70% від номінальної потужності теплопостачання будівлі. При цьому тепловий насос як основне джерело теплопостачання, працюючи в бівалентному режимі, може забезпечувати до 90-95% необхідного тепла. Насправді найбільш поширеними є допоміжний і комбінований бівалентний режим роботи теплового насоса. Точка бівалентності може бути різною залежно від типу опалювальної системи та типу теплового насоса.