Кондиционирование тепловым насосом

Основные виды

Существует два вида охлаждения помещений с помощью теплонасосов:

• пассивное;
• активное.

Они отличаются по принципу работы, параметрам энергопотребления и даже эффективности. 

Пассивное кондиционирование

Под пассивным кондиционированием понимают охлаждение с помощью теплонасосов без дополнительного оборудования.  Для этого варианта надо минимум электроэнергии, но его производительность будет несколько меньше, чем у аналога.  Для пассивного кондиционирования подходят теплонасосы почти всех систем, в том числе:

• «грунт-вода» (с горизонтальным и вертикальным расположением теплообменника);
• «вода-вода». 

Исключение - воздушные теплонасосы. Все потому, что летом температура воздуха на улице (основного источника низкотемпературной энергии), выше, чем в доме. 

Схема воплощения пассивного кондиционирования на базе теплонасосов

Теплонасосы с функцией пассивного охлаждения имеют классическую конструкцию и также задействуют три рабочих контура:

• внешний теплообменный контур;
• контур теплонасоса;
• систему домашнего отопления. 

При этом, в контур теплонасоса добавляются дополнительные элементы:

• трехходовой клапан;
• насосы;
• теплообменник.

Благодаря такой интеграции, энергию земли и воды (с температурой до 8-10 градусов) можно эффективно использовать для охлаждения дома.

Принцип работы системы пассивного охлаждения с помощью теплонасоса

Работа теплонасосов на кондиционирование происходит по следующему принципу:

• теплоноситель во внешнем теплообменнике (грунтовом коллекторе, геотермальном зонде или водоразмещенном коллекторе) охлаждается до температуры 6-8 градусов;
• охлажденный в первом контуре теплоноситель направляется к дополнительному теплообменнику в обход компрессора;
• дополнительный теплообменник охлаждает контур домашней системы отопления.

То есть, тепловой насос поглощает тепло из комнат и отводит его за их пределы. Фактически функция пассивного охлаждения превращает теплонасос в холодильник.  При этом принципе работы компрессор не используется, а электричество нужно только для функционирования насосов. 

Хладопроизводительность при пассивном кондиционировании 

Мощность теплонасоса на охлаждение при пассивном принципе работы зависит от нескольких факторов:

• температуры в доме;
• количества источника тепла;
• времени активности (при длительном использовании грунт поглощает много тепла и эффективность охлаждения постепенно уменьшается).

Из-за этого, самыми стабильными в плане хладопроизводительности считаются тепловые насосы, получающие энергию от грунтовых вод.  Пассивное кондиционирование с помощью теплонасосов позволяет отвести из дома до 20 кВт тепла, заменяя его прохладой, затратив при этом всего 1 кВт электроэнергии. То есть тепловые насосы могут быть в 20 раз продуктивнее кондиционеров.  Из-за слабой стабильности системы пассивного охлаждения чаще используются в виде вспомогательного способа охлаждения. 

Активное кондиционирование

Под активным кондиционированием понимается работа теплового насоса в реверсном режиме. То есть задействуются все агрегаты установки, но работают они в обратном цикле. Для этого типа охлаждения подойдут теплонасосы всех систем.

Схема воплощения активного кондиционирования на базе теплонасосов 

Для использования функции активного охлаждения в контуры теплонасоса дополнительно интегрируются:

• четырехходовой клапан;
• дополнительная запорно-регулирующая трубопроводная арматура.

Благодаря этому, хладагент двигается в обратном направлении. То есть, испаритель начинает выполнять задачи конденсатора, а конденсатор - испарителя.

Хладопроизводительность при пассивном кондиционировании

При использовании системы активного кондиционирования КПД (EER - параметр оценки эффективности систем кондиционирования) теплонасосов будет несколько меньше, чем при работе на обогрев. Например, теплонасосы «вода-вода» позволяют получить до 5 кВт тепла при расходе 1 кВт электроэнергии. А при работе на охлаждение на 1 кВт электроэнергии приходится до 4 кВт холода. Снижение производительности вызвано побочным избытком тепла, выделяемого компрессором.  Даже несмотря на это, мощность, стабильность и экономичность такого способа кондиционирования дает возможность использовать его в качестве основного. К тому же, ее можно использовать круглый год. 

Распределение холода

Возможность эффективного использования тепловых насосов для кондиционирования надо обеспечивать еще во время проектирования - надо создать систему распределения холода. Такие системы бывают:

• активные;
• пассивные.

Системы активного распределения холода

Для активного, то есть принудительного распределения холода чаще используют фанкойлы - технику, оборудованную бесшумными вентиляторами для обеспечения равномерности температуры в помещениях. Эти установки имеют систему отведения конденсата.  Фанкойлы бывают:

• напольными;
• канальными (монтируются в вентиляционные системы;
• настенными;
• потолочными.

Примечательно, что фанкойлы могут использоваться и для повышения равномерности отопления. 

Системы пассивного распределения холода

Пассивно распространять холод по дому помогают настенные и потолочные системы распределения. Но, чтобы они были эффективными, под них надо выделить достаточно большую площадь - производительность с 1 квадратного метра не больше 75 Вт.    Минус пассивного распределения холода - риск появления конденсата, который можно снизить только использованием контрольной автоматики. 

Заключение

Использование тепловых насосов - это отличный способ кондиционирования дома в жаркую погоду. Как при работе на обогрев, теплонасосы способны обеспечить качественное, стабильное и экономичное охлаждение с помощью альтернативных источников энергии. Благодаря этому, тепловые насосы можно рассматривать в качестве реальной замены кондиционерам и другим климатическим установкам.