Воздушные тепловые насосы

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.

Современными сплит-системами можно в любом из крупнейших российских городов решить задачу теплоснабжения не менее, чем на 90 %.

В табл. 2. приведены климатические данные российских городов, численность населения которых превышает 1 млн человек. Суммарно население этих городов в полтора раза превосходит население Скандинавии. Климатические условия где-то более суровые, где-то более мягкие, но ни в одном из этих городов средняя температура января не опускается ниже –20 °C. В колонке 3 приведена продолжительность отопительных периодов при условии возникновения потребности в отоплении, начиная с температуры ниже 16 °C. В колонках 4 и 6 – продолжительность наиболее холодных периодов с температурой < ?20 °C и ? ?25 °C (по отношению к общей продолжительности отопительного периода).

Таблица 2. Климатические данные российских городов, численность населения которых превышает 1 млн человек

* Без учета погодных аномалий

Из таблицы видно, что для городов европейской части России продолжительность периодов с температурой ниже –20 °C составляет менее 10 % отопительного периода. В сибирских же городах менее 10 % времени отопительного периода температура опускается ниже –25 °C.

Таким образом, очевидно, что современными сплит-системами можно в любом из крупнейших российских городов решить задачу теплоснабжения не менее чем на 90 %. При этом качественное теплоснабжение гарантировано без каких-либо обязанностей со стороны потребителя. А там, где отопительный период длиннее, использование тепловых насосов принесет и большие материальные выгоды.

Взглянув в таблицу, можно получить необходимое представление о том, в течение какого времени при теплоснабжении сплит-системой предстоит использовать резервный источник тепла. И только на основании оценки вклада этого источника и затрат на его организацию и обслуживание можно принять обоснованное решение как в отношении самой перспективы теплоснабжения воздушным тепловым насосом, так и в отношении того, каким при этом хотелось бы видеть резервный источник тепла.

Проектирование теплоснабжения воздушными тепловыми насосами в условиях холодного климата

Сегодня тема тепловых насосов становится всё более популярной не только в профессиональной среде, но и в обществе в целом. Степень общественного интереса свидетельствует о том, что очертания надвигающихся энергетических проблем становятся осязаемыми уже на индивидуально-личностном уровне. Однако отсутствие практики квалифицированного анализа и опыта осознанного применения далеко не всегда позволяет опробовать интересующую новацию даже при возникновении необходимой готовности к эксперименту. Между тем суть предмета, как это часто бывает, лежит гораздо ближе, чем принято полагать.

Например, сплит-система, способная работать на обогрев, в такой же степени является полноценным тепловым насосом, в какой ее принято воспринимать в качестве кондиционера или холодильной машины. У нас же предпочитают использовать туманный термин «реверсивная» или на худой конец – «с функцией теплового насоса» (лишь частично признавая за агрегатом его «природное» свойство). Заметим, что сам по себе термин «реверсивная» мало что определяет, поскольку обязательно требует дополнительных пояснений. А «с функцией теплового насоса» говорят не тогда, когда хотят охарактеризовать объект через эту самую, присущую ему функцию, а когда подобной идентификации хотят избежать.

Сплит-система, способная работать на обогрев, в такой же степени является полноценным тепловым насосом, в какой ее принято воспринимать в качестве кондиционера или холодильной машины.

Поскольку продавцы сплит-систем рекомендуют использовать свойства теплового насоса разве что в период межсезонья, данные о работоспособности на обогрев вплоть до –20…–25 °C придают этой рекомендации оттенок непоследовательности. А явно неподдельный интерес к многообещающим преимуществам тепловых насосов на фоне безразличия к возможностям, реально имеющимся в нашем распоряжении, и вовсе создает ощущение какой-то двойственности.

Вот и оказывается, что основным объективным препятствием к тому, чтобы оборудование, созданное как будто специально под наши климатические условия, использовать непосредственно по прямому назначению, является дефицит достоверной информации. А между тем, современная сплит-система – это не только наиболее приспособленный для практического использования тепловой насос, но и самый продвинутый его вариант по совершенству потребительских качеств.

Современные сплит-системы великолепно подходят для теплоснабжения в условиях холодного климата.

Журнал Шведского общества потребителей R?d&R?n регулярно публикует результаты тестирования сплит-систем наиболее популярных в Скандинавии производителей, используемых для теплоснабжения. С данными за 2006 г. можно ознакомиться в табл. 3.

Таблица 3. Результаты тестирования сплит-систем наиболее популярных в Скандинавии производителей

Здесь надо заметить, что все выбранные для испытаний модели тестированы для работы на обогрев до температуры не менее –20 °C; работают на хладагенте R410A; оборудованы инверторами и имеют тепловую производительность, подходящую для теплоснабжения односемейных домов. Перспектива подобного применения не вызывает вопросов, поскольку, например, при –18 °С в воздухе остается еще около 85 % тепла, которое присутствует в нем при +21 °С. Из таблицы мы видим, что у большинства сплит-систем даже при температуре наружного воздуха –15 °C коэффициент трансформации не менее 2. Последнее обстоятельство свидетельствует о том, что современные сплит-системы великолепно подходят для теплоснабжения в условиях холодного климата – и даже при такой низкой температуре они не менее чем в 2 раза экономичнее электрических систем отопления. По данным таблицы можно легко выяснить ожидаемый среднесезонный COP, присущий той или иной модели в том или ином климатическом регионе. Для качественного анализа этой перспективы приведены средние по выбранной группе оборудования показатели COP.

Поскольку COP зависит от температуры наружного воздуха, в течение отопительного периода он меняется в диапазоне от 2 до 5 (рис. 12). Естественно, на объектах сезонного проживания (на даче), преимущественно в период теплого полугодия, справедливо рассчитывать на экономию, близкую к 5.

Рис. 12. Зависимость COP сплит-систем от температуры наружного воздуха

Для тех, кто интересуется темой предметно, важно осознавать, что даже при температуре менее нижних пределов эксплуатации, документально обозначенных производителями низкотемпературных сплит-систем, данный способ получения тепла все равно будет более продуктивным, чем путем непосредственного преобразования электроэнергии.

В качестве номинального COP теплового насоса обычно подразумевают значение этого показателя при 7 °C, поэтому значения COP при более низких температурах можно выразить в процентах от номинального. Среднесезонным значением COP будет коэффициент энергоэффективности сплит-системы при средней за отопительный период температуре наружного воздуха. Эта температура и соответствующие среднесезонные значения COP сплит-систем для 11 российских городов-миллионников приведены в табл. 4.