Перехід на альтернативні джерела енергії – тренд останніх років. Велика екологічна шкода від видобування вугілля, газу та нафти веде до того, що їх стараються добувати менше. Ціна на такі енергоносії зростає, але потреба в газі та дровах все одно не зменшується. Через це ідея використовувати «дармові» потужності та стати енергонезалежним набуває все більшої популярності серед власників як комерційних, так і приватних будівель.

Використання теплових насосів – приклад ефективного перетворення енергії вітру, землі та води в джерело тепла для опалення. Для тих, хто хоче дізнатися більше, в статті ми розберемось з такими питаннями:

• які види теплових насосів бувають;
• в чому переваги моноблочного типу теплового насоса;
• як не допустити замерзання опалювальної системи при відключеннях світла.

Принцип роботи 

В повітрі, ґрунті та ґрунтових водах завжди є теплова енергія, оскільки (пам’ятаємо фізичне правило) енергія нікуди не зникає, а тільки переходить із одного стану в інший. Тепловий насос є тим пристроєм, що за допомогою перетворень здатний її відбирати та використовувати для ваших потреб. 

Теплові насоси принципом роботи схожі на кондиціонери та холодильники. Тепло, отримане із навколишнього середовища, в них проходить 3 стадії циклу:

1. Збір енергії.
2. Підвищення температури компресором.
3. Використання, наприклад для води в системі опалення або підігріву води в басейні.

Як працюють теплові насоси в цьому циклі

Перша стадія

Зовнішній блок насоса за допомогою системи трубопроводів, по яких циркулює легко кипляча незамерзаюча рідина, отримує певну кількість теплової енергії із повітря, води чи ґрунту. Це відбувається через температурну різницю – температура холодоагенту в системі завжди нижча за ту, яка надходить ззовні (холодагент може замерзнути тільки за -55℃). Тому холодоагент закипає (від температури як з плюсовим, так і з мінусовим значенням), перетворюючись на газ. В газоподібному стані він потрапляє на 2 стадію.

Друга стадія

Тут компресор стискає пари холодоагенту, що призводить до підвищення їхньої температури. Тепер ці випари стають достатньо гарячими, аби передати їх в систему опалення будинку. Саме для роботи компресора теплові насоси використовують електроенергію.

Третя стадія

Нагріта вода потрапляє в систему опалення будинку. В тепловому контурі будинку отримане тепло можна використовувати для підтримання комфортної температури теплої підлоги та радіаторів, а також нагрівання води для душу (ГВП).

При повторному потраплянні холодоагенту на 2 стадію, його температуру та тиск знижують. Тепер він знову готовий пройти цикл – система замкнута, тому не дає жодних викидів в атмосферу.

Види теплових насосів 

По тому звідки береться енергія, теплові насоси для опалення будинку поділяються на 3 типи:

• ґрунт-вода (забирає енергію с землі);
• повітря-вода (забирає енергію з повітря);
• вода-вода (забирає енергію води зі свердловини або джерела).

Перше слово в типі позначає звідки береться тепло, а друге – куди воно передається. Кожен із цих варіантів має як свої недоліки, так і переваги.

Наприклад, насос повітря-вода Raymer RAY-15MN здатний забезпечити потребу у 15 кВт, чого може вистачити на близько 150 кв.м. опалювальної площі. Він легкий у монтажі та обслуговуванні, проте його здатність видавати тепло, як і у всіх насосів такого типу, залежить від погодних умов. Чим нижча температура повітря, тим йому важче працювати на повну потужність.

Для ґрунтових теплових насосів зазвичай необхідно бурити землю, прокладати багато труб по всій території земельної ділянки. Цей монтаж потребує спеціалістів та значних вкладень. Водяні теплові насоси потребують легкого доступу до ґрунтових вод, що не завжди можливо на ділянці. Наприклад, геотермальний тепловий насос Raymer RAY-15WW може стабільно видавати 15 кВт тепла за будь-яких погодних умов, але потребує монтажу у дві свердловини.

Найпоширеніший різновид теплових насосів – це саме повітряно-водний тип. 

Ці пристрої різняться за будовою:

• Спліт-система, що складається із внутрішнього й зовнішнього блоків. Між блоками циркулює фреон. Ця система більш надійна (адже фреон не може замерзнути), але вона зазвичай і дорожча.
• Моноблочний тип – весь пристрій складається із зовнішнього блоку який одразу підключається до існуючої системи опалення. Моноблочна система дешевша, але через те, що вода з системи опалення виходить на вулицю (у сам блок), моноблочна система потребує захисту.

Найкращими тепловими насосами будуть ті, які максимально ефективно перетворюють тепло зовні у тепло всередині при конкретних параметрах приміщення. Теплові насоси для квартири переважно двокомпонентні, а в приватних будинках доцільніше та дешевше використовувати моноблоки.

Переваги теплових насосів моноблочного типу

До основних переваг слід віднести такі характеристики моноблоків:

• Компактність. Один пристрій, на відміну від спліт-системи, займає менше місця. Наприклад, RAY-23MN менше 1.5 метра заввишки та 1.2 м завдовжки. І таке компактне місце він займає надворі, а не всередині будинку.
• Низький рівень шуму. Конденсатор і компресор знаходяться зовні приміщення, тому звук їх роботи майже нечутний всередині.
• Універсальність. Вони можуть бути інверсними, тобто взимку забезпечувати опалення будинку, а влітку – його охолодження.
• Висока ефективність. Їх оптимізована конструкція дозволяє забезпечувати високий коефіцієнт перетворення (COP).
• Естетичний вигляд. Моноблочні теплові насоси можуть бути схованими або інтегрованими в дизайн будівлі.

Правила монтажу моноблока або як захистити моноблок від розмерзання

При встановленні  теплових насосів моноблочного типу варто враховувати вимоги чинного законодавства, зокрема умови, прописані для теплових насосів в ДБН. В тому числі:

• Обране місце повинно відповідати будівельним нормам. Зокрема, там має бути достатньо повітря для відбирання тепла. Варто уникати місць з перешкодами або обмеженнями повітряного потоку.
• Температурний діапазон зовнішнього повітря повинен відповідати вимогам технічної документації виробника пристрою.
• Важливо уникати пошкодження системи та забезпечити доступність для обслуговування.

Варто зауважити, що необхідність монтажу моноблочних варіантів надворі породжує певні ризики. Під час відключення електроенергії взимку вони можуть замерзнути, адже в них знаходиться вода з системи опалення. Теплові насоси необхідно заздалегідь захистити від такої ситуації. 

Захист пристрою

Роботи з удосконалення можна провести ще на етапі установки. Це наперед зекономить вам час та гроші, адже розмерзання теплообмінника – це не гарантійний випадок у будь-якого виробника. Якщо в систему компресора потрапила вода, то такий тепловий насос ремонту вже не підлягає.

Методи запобігання замерзанню моноблока включають такі дії:

• Заливання спиртового розчину. Цей метод запобігає розривам теплообмінників при вимкненні живлення. Краще не використовувати пропіленгліколь, бо розчини на його основі можуть ставати густими на морозі та заважати роботі теплового насоса,  навіть доводити до помилки обладнання. Варто надавати перевагу етиловому спирту, що унеможливлює замерзання (до речі, підійде навіть самогонка). А ще спирт має високу текучість, що полегшує прокачування циркуляційними помпами. 
• Встановлення проміжного теплообмінника. Його використання стає вигідним варіантом при великих об’ємах теплоносія в системі. Цей елемент допомагає підтримувати оптимальну температуру в побутових теплових насосах та запобігає їх замерзанню. Сенс теплообмінника в тому, що вода не виходить на вулицю, а циркулює по внутрішньому колу. На вулицю буде виходити спиртовий розчин іншого, маленького кола опалення.

Установка одного або кількох із зазначених варіантів надійно захистить систему від негативних впливів замерзання, а також безперервно забезпечить будинок теплом та гарячим водопостачанням на весь опалювальний сезон.