Найпростіше порівняння — холодильник. Він забирає тепло з камери й викидає його через решітку на задній стінці, тому вона тепла. Тепловий насос повітря-вода робить те саме, лише «камера» в нього — вулиця, а «решітка» — теплообмінник, через який тече вода опалення. Тепло рухається з холодного місця в тепле не саме собою, а тому, що компресор витрачає на це енергію.
Звідки тепло, коли надворі мороз
Для людини мороз — це холод. Для фізики повітря має теплову енергію за будь-якої температури вище абсолютного нуля, а це близько −273 °C. Питання лише в тому, як її забрати. Для цього в насосі циркулює холодоагент: речовина, що кипить за дуже низької температури. Поки холодоагент холодніший за вуличне повітря, тепло переходить із повітря в нього, навіть коли за вікном мінус.
Цикл у чотирьох вузлах
Холодоагент ходить по замкненому колу і на кожному оберті проходить чотири вузли.
Випарник
Це теплообмінник у зовнішньому блоці, крізь який вентилятор проганяє вуличне повітря. Холодоагент заходить туди дуже холодним і з низьким тиском, забирає тепло з повітря й закипає, перетворюючись на пару. Повітря, що виходить з блока, помітно холодніше за те, що зайшло.
Компресор
Компресор стискає цю пару. Під час стискання газ нагрівається, як нагрівається насос, коли качаєш шину. На виході з компресора холодоагент уже гарячий і під високим тиском. Сучасні компресори інверторні: вони змінюють швидкість під потребу будинку, замість того щоб увімкнутися на повну і вимкнутися.
Конденсатор
Гаряча пара йде в теплообмінник, де віддає тепло воді системи опалення або бойлера. Віддавши тепло, вона конденсується назад у рідину. У спліт-системі конденсатор стоїть у внутрішньому блоці в будинку, у гідроспліт-системі він у зовнішньому блоці, і в будинок іде вже нагріта вода.
Розширювальний клапан
Рідкий холодоагент під високим тиском проходить крізь вузький клапан, тиск різко падає, і разом із ним падає температура. Холодоагент знову стає холоднішим за вуличне повітря і повертається у випарник. Коло замкнулося.
Що стоїть у будинку
Внутрішній блок, його ще називають гідромодулем, — це не лише місце, де тепло переходить у воду. Зазвичай у ньому зібрані циркуляційний насос, що жене воду через систему, датчики витрати й температури, запобіжна арматура та контролер, який керує всім циклом. Часто там же стоїть резервний електронагрівач. Гідромодуль вішають у котельні або технічному приміщенні, поруч із бойлером гарячої води.
Що таке COP і чому він «плаває»
COP — це відношення тепла, яке насос віддав у воду, до електрики, яку він спожив у цей момент. Якщо COP більше одиниці, насос дає більше тепла, ніж забирає з розетки: різницю він узяв із повітря. SCOP — те саме, усереднене за опалювальний сезон за певним кліматичним профілем.
Це не порушує закону збереження енергії. Насос не створює тепло з електрики, як ТЕН, а переносить уже наявне тепло повітря. Електрика оплачує саме перенесення, і вся вона теж зрештою перетворюється на тепло у воді. Тому звичайний електрокотел завжди має співвідношення рівно одиниця, а тепловий насос у робочому режимі — більше.
Від чого залежить COP, пояснити легко. Компресору треба «підняти» тепло від температури вуличного повітря до температури води в системі. Що більша ця різниця, то більше роботи й то нижчий COP. Тобто COP падає в двох випадках: коли надворі холоднішає і коли система просить гарячішу воду.
Через це будь-яке значення COP має сенс лише з умовами випробування. Запис A7/W35 означає повітря +7 °C і воду 35 °C на виході, а A-7/W55 — повітря −7 °C і воду 55 °C. Друге значення для будь-якого насоса буде нижчим за перше. На нашому сайті ми поки не наводимо COP для моделей LG, бо не маємо перевірених цифр із зазначеними умовами. Коли побачите COP без умов, вважайте, що це найсприятливіший режим.
Звідси й практичний висновок для підбору: низькотемпературна система, тепла підлога чи великі радіатори, дає насосу значно легше життя, ніж старі радіатори під гарячу воду. Як це враховують при виборі моделі, розказано у статті про розрахунок потужності теплового насоса.
Розморожування
Випарник холодніший за вуличне повітря. Коли на вулиці близько нуля і волого, волога з повітря осідає на його ребрах і замерзає. Шар льоду заважає повітрю проходити, і продуктивність падає. Тому автоматика періодично вмикає розморожування: цикл на кілька хвилин розвертається, і гарячий холодоагент іде в зовнішній теплообмінник, щоб розтопити лід. Тепло для цього насос позичає з води системи опалення.
У цей час вентилятор зупиняється, з блока може йти пара, а знизу стікає вода. Це нормально. Ненормально, коли ця вода замерзає під блоком у горб льоду, тому відвід конденсату продумують ще під час монтажу теплового насоса. Розморожування — одна з причин, чому в мороз реальна віддача тепла нижча за номінал, і одна з причин, чому системі потрібен достатній об'єм води.
Геотермальні теплові насоси: той самий цикл
Насоси ґрунт-вода працюють за тим самим циклом: випарник, компресор, конденсатор, клапан. Різниця в джерелі тепла. Замість вентилятора й повітряного теплообмінника в них є контур труб у землі, горизонтальний під ділянкою або вертикальний у свердловинах. По ньому тече незамерзаюча рідина, яка забирає тепло ґрунту й віддає його холодоагенту.
Головна перевага в тому, що ґрунт на глибині взимку тепліший і стабільніший за повітря. «Підйом» температури для компресора менший, тож у мороз ефективність тримається краще, а розморожування не потрібне. Ціна цієї переваги — земляні роботи або буріння, потрібна ділянка й складніший проєкт. Для більшості приватних будинків це окремий, значно важчий за обсягом робіт проєкт.
Наш каталог охоплює лише системи повітря-вода LG THERMA V, геотермальні системи ми не підбираємо.
Чого тепловий насос не вміє
- Він не гріє без електрики. Під часті відключення потрібне резервне живлення або друге джерело тепла.
- У мороз він видає менше тепла, ніж на табличці, тому підбір іде за таблицями продуктивності.
- Гаряча вода для старих радіаторів знижує його ефективність. У нашому каталозі R410A Split гріє воду до 57 °C, R32 Split і R32 Hydrosplit — до 65 °C, але робити це постійно невигідно.
- Він чутливий до гідравліки: без достатнього об'єму й витрати води він частіше вмикається й вимикається.
Що далі
Якщо принцип зрозумілий і ви вибираєте систему для будинку, перегляньте каталог теплових насосів повітря-вода. Там зібрані всі серії LG THERMA V з кодами блоків, температурою води й фазністю.