Что такое универсальный (гибридный) тепловой насос

Принцип работы универсального теплового насоса

Работа теплового насоса основывается на цикле Карно — процессе, состоящем из 2 адиабатных и 2 изотермических реакций, которые позволяют преобразовать низкопотенциальное тепло в источник полезной энергии. В устройство теплового насоса входят:

• Внешний теплообменник — коллектор, состоящий из магистралей и буферного бака, по которым проходит теплоноситель, собирающий низкопотенциальное тепло из окружающей среды. В устройство внешнего теплообменника также входит испаритель, который отвечает за передачу тепла от теплоносителя из коллектора к фреону из компрессорного контура.  
• Компрессор — устройство, создающее разрежение в системе, из-за чего фреон закипает и переходит в газообразное состояние.
• Конденсатор тепла — буферный бак, который передает полезное тепло от разогретого фреона на теплоноситель внутреннего контура. Полученная тепловая энергия расходуется на обогрев здания и ГВС.
• Дроссель — расширительный клапан, предназначенный для снижения давления в компрессорном контуре. Это приводит к конденсации фреона, что снижает температуру хладагента. Охлажденный фреон далее поступает в испаритель, где аккумулирует тепло от внешнего контура.

Для перемещения теплоносителя во внешнем теплообменнике и системе отопления устанавливаются циркуляционные насосы. Система работает полностью в автоматическом режиме — электроника регулирует работу компрессора и циркуляционных насосов в зависимости от текущей нагрузки.

Варианты установки: из чего можно извлечь тепло?

Особенностью гибридного ТН считается наличие нескольких источников для забора тепла. В роли основного источника тепла для гибридных ТН используется альтернативная энергия: геотермальная энергия, тепло воды из водоема или скважины, атмосферный воздух. Чаще всего внешний теплообменник состоит из 2 независимых контуров, в которых в качестве теплоносителя выступает вода или антифриз, либо воздух. Водяной контур забирает низкопотенциальное тепло водоема или грунта, воздушный — тепло атмосферы, которое дополнительно может нагреваться за счет геотермальной энергии. В бивалентных системах также может устанавливаться второй теплогенератор, который работает от вспомогательного источника энергии. В качестве дополнительного источника тепла обычно используются:

• Электрический тэн — простой способ увеличить эффективность теплового насоса. Однако использование тэна увеличивает объем потребляемой электроэнергии, что снижает экономичность теплового насоса — такой вариант не подходит для длительного использования.  
• Паразитное тепло — в качестве дополнительного источника энергии может использоваться тепло силового оборудования или вода из технологических линий на конвейерном производстве.
• Твердотопливный котел — коллектор ТН подключается к печи или камину, которые затапливаются при наступлении заморозков для повышения КПД системы.

Первые 2 варианта подключаются автоматически при увеличении теплопотерь здания. Электроника определяет температуру воздуха в помещении или воды в системе отопления — при снижении до заданной отметки подключается вспомогательный источник энергии, предотвращающий увеличение расхода электроэнергии для компенсации теплопотерь. Для повышения КПД системы с твердотопливным котлом требуется контролировать процесс топки — подобный вариант более трудозатратный.

Преимущества и недостатка универсального ТН (грунт–воздух–вода)

Проект альтернативного отопления на основе универсального теплового насоса сложный в реализации, однако позволяет покрыть все теплопотери здания даже при проблемном климате. Среди положительных сторон гибридного ТН отмечаются:

• Автономность — гибридные установки полностью независимы от внешних факторов и способны работать в режиме постоянной нагрузки круглый год.
• Универсальность — к гибридному ТН может подключаться сразу и теплый пол, и фанкойлы, что позволяет использовать преимущества каждой из систем отопления.
• Многофункциональность — гибридный тепловой насос способен постоянно работать на отопление и горячее водоснабжение, либо при необходимости использоваться как высокоэффективный кондиционер.

Среди негативных сторон универсальной системы выделяются:

• Высокая цена оборудования — наличие нескольких теплообменников увеличивает цену оборудования. Универсальный тепловой насос, как правило, стоит на 30–50% больше классических устройств.
• Сложность монтажа — система грунт–воздух–вода предполагает большой объем земельных и инженерных работ, что увеличивает стоимость проекта.
• Специфические условия обслуживания — сложность системы также влияет на особенности ТО теплового насоса. Для универсальных систем регламент технического обслуживания сокращается до 2 раз в год и сопровождается полной проверкой каждого теплообменника.

Сложность конструкции и установки системы увеличивает период окупаемости проекта альтернативного отопления. Для эффективной работы гибридного теплового насоса необходимо правильно рассчитать теплопотери здания и объем тепла, который можно получить с каждого источника возобновляемой энергии. Для разработки проекта рекомендуется обратиться к специалистам в профильную организацию.

Что в итоге?

Монтаж универсального ТН — хороший способ получить независимый от внешних факторов источник тепловой энергии. Универсальный тепловой насос подойдет для помещений с большими теплопотерями, а также домов, расположенных в северных регионах. Установка гибрида также целесообразна при наличии промышленного оборудования, которое при работе выделяется паразитное тепло.
Кроме того, гибридные котлы позволяют решить вопрос с резким увеличением нагрузки на ТН — когда подключается мощный потребитель, потребляющий большую часть вырабатываемого тепла. Чаще всего подобная ситуация возникает в системах с блоком ГВС: подключение вспомогательного источника тепла позволяет компенсировать энергозатраты, которыми ТН стремится восстановить температуру воды в бойлере.