Проще всего сравнить с холодильником. Он забирает тепло из камеры и выбрасывает его через решётку на задней стенке, поэтому она тёплая. Тепловой насос воздух-вода делает то же самое, только «камера» у него — улица, а «решётка» — теплообменник, через который течёт вода отопления. Тепло движется из холодного места в тёплое не само по себе, а потому, что компрессор тратит на это энергию.
Откуда тепло, когда на улице мороз
Для человека мороз — это холод. Для физики воздух обладает тепловой энергией при любой температуре выше абсолютного нуля, а это около −273 °C. Вопрос только в том, как её забрать. Для этого в насосе циркулирует хладагент: вещество, которое кипит при очень низкой температуре. Пока хладагент холоднее уличного воздуха, тепло переходит из воздуха в него, даже когда за окном минус.
Цикл в четырёх узлах
Хладагент ходит по замкнутому кругу и на каждом обороте проходит четыре узла.
Испаритель
Это теплообменник в наружном блоке, через который вентилятор прогоняет уличный воздух. Хладагент заходит туда очень холодным и с низким давлением, забирает тепло из воздуха и закипает, превращаясь в пар. Воздух, который выходит из блока, заметно холоднее того, что зашёл.
Компрессор
Компрессор сжимает этот пар. При сжатии газ нагревается, как нагревается насос, когда качаешь шину. На выходе из компрессора хладагент уже горячий и под высоким давлением. Современные компрессоры инверторные: они меняют скорость под потребность дома, а не включаются на полную, чтобы потом выключиться.
Конденсатор
Горячий пар идёт в теплообменник, где отдаёт тепло воде системы отопления или бойлера. Отдав тепло, он конденсируется обратно в жидкость. В сплит-системе конденсатор стоит во внутреннем блоке в доме, в системе гидросплит он в наружном блоке, и в дом идёт уже нагретая вода.
Расширительный клапан
Жидкий хладагент под высоким давлением проходит через узкий клапан, давление резко падает, и вместе с ним падает температура. Хладагент снова становится холоднее уличного воздуха и возвращается в испаритель. Круг замкнулся.
Что стоит в доме
Внутренний блок, его ещё называют гидромодулем, — это не только место, где тепло переходит в воду. Обычно в нём собраны циркуляционный насос, который гонит воду через систему, датчики расхода и температуры, предохранительная арматура и контроллер, управляющий всем циклом. Часто там же стоит резервный электронагреватель. Гидромодуль вешают в котельной или техническом помещении, рядом с бойлером горячей воды.
Что такое COP и почему он «плавает»
COP — это отношение тепла, которое насос отдал в воду, к электричеству, которое он потребил в этот момент. Если COP больше единицы, насос даёт больше тепла, чем берёт из розетки: разницу он взял из воздуха. SCOP — то же самое, усреднённое за отопительный сезон по определённому климатическому профилю.
Это не нарушает закон сохранения энергии. Насос не создаёт тепло из электричества, как ТЭН, а переносит уже имеющееся тепло воздуха. Электричество оплачивает именно перенос, и всё оно тоже в итоге превращается в тепло в воде. Поэтому у обычного электрокотла соотношение всегда ровно единица, а у теплового насоса в рабочем режиме — больше.
От чего зависит COP, объяснить легко. Компрессору нужно «поднять» тепло от температуры уличного воздуха до температуры воды в системе. Чем больше эта разница, тем больше работы и тем ниже COP. То есть COP падает в двух случаях: когда на улице холодает и когда система просит воду погорячее.
Из-за этого любое значение COP имеет смысл только вместе с условиями испытания. Запись A7/W35 означает воздух +7 °C и воду 35 °C на выходе, а A-7/W55 — воздух −7 °C и воду 55 °C. Второе значение для любого насоса будет ниже первого. На нашем сайте мы пока не приводим COP для моделей LG, потому что у нас нет проверенных цифр с указанными условиями. Если увидите COP без условий, считайте, что это самый благоприятный режим.
Отсюда и практический вывод для подбора: с низкотемпературной системой, тёплым полом или большими радиаторами, насосу работать гораздо легче, чем со старыми радиаторами под горячую воду. Как это учитывают при выборе модели, рассказано в статье о расчёте мощности теплового насоса.
Оттаивание
Испаритель холоднее уличного воздуха. Когда на улице около нуля и сыро, влага из воздуха оседает на его рёбрах и замерзает. Слой льда мешает воздуху проходить, и производительность падает. Поэтому автоматика периодически включает оттаивание: цикл на несколько минут разворачивается, и горячий хладагент идёт в наружный теплообменник, чтобы растопить лёд. Тепло для этого насос одалживает у воды системы отопления.
В это время вентилятор останавливается, из блока может идти пар, а снизу стекает вода. Это нормально. Ненормально, когда эта вода замерзает под блоком в бугор льда, поэтому отвод конденсата продумывают ещё при монтаже теплового насоса. Оттаивание — одна из причин, почему в мороз реальная отдача тепла ниже номинала, и одна из причин, почему системе нужен достаточный объём воды.
Геотермальные тепловые насосы: тот же цикл
Насосы грунт-вода работают по тому же циклу: испаритель, компрессор, конденсатор, клапан. Разница в источнике тепла. Вместо вентилятора и воздушного теплообменника у них есть контур труб в земле, горизонтальный под участком или вертикальный в скважинах. По нему течёт незамерзающая жидкость, которая забирает тепло грунта и отдаёт его хладагенту.
Главное преимущество в том, что грунт на глубине зимой теплее и стабильнее воздуха. «Подъём» температуры для компрессора меньше, так что в мороз эффективность держится лучше, а оттаивание не нужно. Цена этого преимущества — земляные работы или бурение, нужен участок и более сложный проект. Для большинства частных домов это отдельный проект с куда большим объёмом работ.
Наш каталог охватывает только системы воздух-вода LG THERMA V, геотермальные системы мы не подбираем.
Чего тепловой насос не умеет
- Он не греет без электричества. При частых отключениях нужно резервное питание или второй источник тепла.
- В мороз он выдаёт меньше тепла, чем указано на табличке, поэтому подбор идёт по таблицам производительности.
- Горячая вода для старых радиаторов снижает его эффективность. В нашем каталоге R410A Split греет воду до 57 °C, R32 Split и R32 Hydrosplit — до 65 °C, но делать это постоянно невыгодно.
- Он чувствителен к гидравлике: без достаточного объёма и расхода воды он чаще включается и выключается.
Что дальше
Если принцип понятен и вы выбираете систему для дома, посмотрите каталог тепловых насосов воздух-вода. Там собраны все серии LG THERMA V с кодами блоков, температурой воды и фазностью.