Инверторные насосы для отопления, ГВС и кондиционирования

25.01.2024

Чтобы снизить расходы на отопление и подогрев воды для ГВС, а также устранить негативный экологический след, разработали тепловые насосы. Они задействуют тепло воздуха, почвы или воды, передавая его к водонагревателям или радиаторам отопления. Впоследствии такие модели были усовершенствованы инверторной технологией. Рассмотрим, в чем заключается отличие инверторного теплового насоса от обычного, как он устроен и работает, какие дает преимущества.

Устройство и принцип действия теплового насоса

Чтобы разобраться в отличиях, сперва рассмотрим, как устроен и работает обычный тепловой насос для системы отопления и приготовления горячей воды. Климатическое оборудование состоит из четырех ключевых элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и расширительного клапана. Они соединены единым контуром.

Испаритель — это теплообменник, состоящий из змеевика с пластинами. Он располагается на улице. Устанавливается в блоке с вентилятором. Предназначен для отдачи холода и поглощения внешнего тепла. Компрессор — это сам насос, который при помощи возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре нагнетает давление. Рабочим веществом служит хладагент (фреон, аммиак). Если контур герметичный, то отсутствуют потери рабочей жидкости, поэтому она рассчитана на весь срок эксплуатации оборудования.

Конденсатор тоже имеет форму змеевика и предназначен для отдачи тепла внутри помещения. Тепло может передаваться в воздух или воду, что мы рассмотрим немного ниже по тексту. Расширительный клапан устанавливается на стыке внутреннего и внешнего контура. Предназначен для сброса лишнего давления.

Принцип работы теплового насоса следующий:

1. Вилка компрессора подключается в сеть с напряжением 220V, что приводит к запуску поршневой системы.
2. Благодаря движению поршня фреон сжимается, его давление повышается, жидкость переходит в газообразное состояние.
3. Температура фреона поднимается до 60-70 градусов.
4. Нагретый газ поступает в конденсатор, расположенный внутри помещения.
5. Из-за разницы температуры происходит теплопередача ― тепло отдается воздуху или воде для отопления и подогрева ГВС.
6. Остывший фреон поступает в расширительный клапан, где его давление сбрасывается (нормализуется).
7. Хладагент заполняет испаритель, размещенный на улице.
8. Будучи охлажденным, хладагент начинает поглощать наружное тепло (даже если на улице температура составляет +7…+10 градусов).
9. Хладагент переходит из газообразного состояния в жидкость.
10. Цикл повторяется.

При этом электрическая энергия тратится только на работу компрессора (насоса), который перекачивает по контуру хладагент. Энергия не тратится на нагрев — это побочное действие от движения фреона, из-за разности температур которого происходит поглощение наружного тепла и его передача внутрь помещения.

Отличие инверторного теплового насоса от обычного

Понимая принцип действия теплового насоса, рассмотрим отличие инверторных моделей. В обычных тепловых насосах задействован электрический двигатель, работающий на переменном напряжении с частотой 50 Гц. Когда он включается, на запуск расходуется в 10 раз больше тока, чем при последующей работе. Нагнав нужное давление, электродвигатель останавливается. Фреон продолжает циркулировать по кругу по инерции, но постепенно давление в системе падает, что приводит к снижению производительности. Тепло хуже поглощается извне и меньше передается внутрь помещения. Тогда компрессору приходится снова запускаться, расходуя при этом повышенную мощность.

У инверторных тепловых насосов сам принцип передачи тепла идентичен. Отличие заключается в устройстве электрической части компрессора. В инверторном блоке поступающее переменное напряжение (электроны постоянно меняют направление движения) с частотой 50 Гц выравнивается, становясь постоянным (электроны всегда движутся от плюса к минусу). После этого повышается частота тока в десятки или сотни раз. Затем постоянный ток снова преобразуется в переменный. Задействуются дополнительные фильтры для очищения от помех. На выходе получается переменное напряжение с высокой частотой без искажения синусоиды.

Инверторная технология позволяет плавно регулировать скорость вращения ротора электродвигателя теплового насоса. Ему не нужно регулярно включаться или отключаться ― он может работать быстрее или медленнее. Это приводит к:

• сокращению потребления электроэнергии (нет затратных запусков);
• снижению уровня шума при старте и работе на пониженных оборотах;
• поддержанию точной заданной температуры без отклонений (поскольку мотор работает постоянно, а не включается и выключается);
• увеличению ресурса трущихся узлов (подшипники электродвигателя и поршневая система меньше изнашиваются ввиду снижения частоты вращения).

Как видно, хотя стоимость инверторных тепловых насосов отопления выше, они более комфортные и помогут сэкономить при дальнейшей эксплуатации.

Виды инверторных тепловых насосов

Собственный контур инверторного теплового насоса остается неизменным ― хладагент всегда движется по кругу между испарителем и конденсатором. А вот наружный контур, контактирующий с испарителем, и внутренний контур в помещении могут быть разными. Это определяет сложность установки, эффективность, возможности использования.

Инверторные насосы грунт-вода

Подразумевают передачу тепла из почвы в дом, в водяную систему отопления. Наружный контур для поглощения тепловой энергии грунта может быть расположен горизонтально или вертикально. При горизонтальной схеме трубы укладывают змейкой, зигзагом или спиралью. Глубина залегания составляет 1,5-2 м. Возможна горизонтальная укладка ярусами, например, когда дворовая площадь ограничена. Тогда расстояние между ярусами по высоте должно составлять не менее 1 м.

При вертикальной укладке бурятся геотермальные скважины глубиной до 200 м. Скважина может быть одна или несколько. В последнем случае для объединения почвенного теплообменника используется верхняя гребенка. После установки труб скважины тампонируют для защиты теплообменника и улучшения показателей теплопроводности.

Тепло из почвы передается в помещение к водяной системе. Это могут быть радиаторы с водой или антифризом, а также водяной бойлер. Часто инверторные тепловые насосы с грунтовыми испарителями задействуют вместе с водяными теплыми полами.

Инверторные насосы вода-вода

Инверторные насосы, работающие по схеме «вода-вода», поглощают тепловую энергию из открытых или закрытых источников воды. В первом случае этого могут быть ставки, озера, водохранилища. Змеевики укладываются на глубине 3 м на опоры. Коллектор может быть в форме спирали, змейки. От водоема до дома прокладываются трубы в траншеях на глубине минимум 1,2 м, чтобы исключить промерзание. Во втором случае теплообменник размещается в закрытых слоях грунтовых вод, для чего бурятся скважины. Здесь требуется установка обсадных труб, чтобы скважины не заилились и сохранялся постоянный приток. Но это увеличивает стоимость монтажа. В помещении конденсатор устанавливается в емкость, где происходит теплообмен с водяной системой отопления.

Инверторные насосы воздух-воздух

Работа инверторной тепловой установки по схеме «воздух-воздух» похожа на сплит-систему, запущенную в обратном направлении. Тепло поглощается испарителем из уличного воздуха и поступает на конденсатор в помещении. За конденсатором установлен вентилятор, выдувающий тепло в комнату. По конструкции оборудование может быть в форме моноблока, размещаемого в окне, или сплит-системы с двумя блоками (наружным и внутренним). Эта схема подходит только для отопления, поскольку нагревать воду для ГВС не получится.

Инверторные насосы воздух-вода

Имеют аналогичный принцип поглощения уличного тепла, но внутренний змеевик совмещен с водяным контуром отопления. Тепло передается на радиаторы. Возможен подогрев воды в отдельном контуре для душа и кухни. Внешний блок размещается на стене или устанавливается на бетонное основание рядом с домом. У высотных зданий возможен монтаж на крыше, чтобы не портить фасад дополнительным оборудованием. Длина теплотрассы от наружного блока ко внутреннему зависит от конкретной модели.

Насколько эффективны инверторные тепловые насосы

Если сравнивать финансовые расходы на отопление и приготовление горячей воды от классических источников энергии, то экономия использования инверторных тепловых насосов составляет:

• до 300-500% по сравнению с электрокотлами и электрическими водонагревателями;
• до 70-80% по сравнению с газовыми котлами и колонками;
• до 50-60% по сравнению с твердотопливными котлами, работающими на дровах, угле, пеллетах.

Однако последний тип топлива сильно загрязняет экологию. Еще, кроме пеллетных систем, для поддержания работоспособности котла требуются дополнительные усилия и контроль, что отнимает время.

Для определения эффективности отопительных систем разработан показатель СОР ― соотношение затраченной электрической энергии к полученной тепловой мощности. В зависимости от вида инверторного теплового насоса, СОР составляет:

• 4-5 ― для водных систем, поглощающих тепло из жидкости;
• 4-4,5 ― для грунтовых систем, получающих тепло из почвы;
• 2-3 ― для воздушных систем, забирающих температуру с наружного воздуха.

Почвенные и водные тепловые насосы с инверторами эффективнее воздушных, поскольку на глубине 2-3 м (внутри грунта или воды) температура более стабильна и не меняется так резко, как температура уличного воздуха. Чтобы системы с испарителями, рассчитанными на отбор тепла у воздуха, могли работать зимой (когда на улице мороз), они дополнительно оснащаются нагревательными элементами. Это снижает показатель СОР, но делает их всепогодными, а не только пригодными для подогрева контура отопления и ГВС в осенне-весенний период.

Дополнительные возможности

Летом инверторные тепловые насосы можно использовать в качестве кондиционеров для охлаждения помещения. В этом случае движение хладагента запускается в обратном направлении. Роли конденсатора и испарителя меняются. Тепло поглощается в комнате и отдается на улицу. Энергия затрачивается лишь на перекачивание фреона.

Возможно два способа реализации такой работы ― пассивный и активный. Пассивный требует установки трехходового клапана. Компрессор в работе не участвует, но задействуется циркуляционный насос. Теплообмен происходит непосредственно между наружным змеевиком и квартирным испарителем. Это экономичный вариант охлаждения. По мере изменения температуры на улице, меняется интенсивность кондиционирования в помещении.

Активный ― задействует 4-ходовый клапан и дополнительный дроссель. Электроэнергии затрачивается больше, зато кондиционирование остается стабильным независимо от изменения погоды на улице.

Особенности монтажа системы отопления с инверторным насосом

Хотя по энергосбережению инверторные тепловые насосы остаются лидерами, по выделению тепла они проигрывают другим видам отопления. Поэтому чаще всего такая схема обогрева применяется для организации теплого пола, а не отопления с радиаторами. Тогда достаточно 40 градусов, чтобы при любой температуре на улице в помещении было комфортно. Тепло эффективно распределяется благодаря большой площади теплого пола.

При выборе теплонасоса важно правильно рассчитать запас мощности, чтобы компенсировать климатические изменения на улице. Запас должен составлять до 30%. Для внутренней системы рекомендуется использовать пластиковые трубки диаметром 32 мм. Это может быть полипропилен или полиэтилен высокого давления, собираемый при помощи пайки (сварки). Тогда расчетный срок службы коммуникаций составит 50-70 лет. При размещении наружных змеевиков в открытых водоемах необходимо надежно зафиксировать трубы, для чего применяются оцинкованные или нержавеющие кронштейны. Перед погружением или закапыванием контура проводятся испытания на герметичность.

Если решено задействовать геотермальное поле или водоем, то его удаленность от дома не должна превышать 100 м (иначе будут большие теплопотери на трассе). Важно хорошо утеплить здание снаружи и внутри, сократив теплопотери, что повысит эффективность системы отопления и ГВС при помощи теплового насоса с инвертором.

Преимущества инверторных тепловых насосов

Среди основных преимуществ инверторных тепловых насосов для ГВС и теплого пола:

• Компактность. Наружный и внутренний блоки могут быть небольших размеров, что позволяет устанавливать их на ограниченном пространстве.
• Незаметность. Наружные геоконтуры скрыты под землей, поэтому не портят ландшафт.
• Экономичность. Требуется минимальное количество электроэнергии лишь для циркуляции хладагента.
• Экологичность. При работе теплового насоса отсутствуют вредные выбросы в атмосферу.
• Долгий срок службы. Одна установка способна проработать десятки лет без ремонта и обслуживания.
• Многозадачность. Зимой тепловые станции обогревают дом, приготавливают горячую воду. Летом могут выполнять роль кондиционера.

Если вам необходимо купить инверторный тепловой насос, обращайтесь в нашу компанию Geopumps. Мы поможем с выбором и установкой, взяв на себя подбор, доставку, монтаж и настройку системы.