Как работает электрический нагреватель в тепловом насосе? Какие функции он выполняет? При какой температуре включается? Сколько электроэнергии он использует? Можно ли отключить нагреватель в тепловом насосе? Стоит ли опасаться электронагревателей в теплонасосных установках?

Содержание

  1. Зачем в тепловом насосе нагреватель?
  2. Можно ли отключить нагреватель в тепловом насосе?
  3. Как работает электрический нагреватель в тепловом насосе?
  4. Какая мощность обогревателя?
  5. Другие функции нагревателя в тепловом насосе
  6. Нагреватель бака для горячей воды
  7. Другие нагреватели в тепловых насосах

Большинство нынешних и будущих пользователей тепловых насосов ассоциируют нагреватель в основном с функцией пикового источника, поддерживающего тепловой насос в периоды, когда температура наружного воздуха падает до очень низких значений.

Многие клиенты опасаются его эксплуатации и связанных с этим высоких счетов за электроэнергию, но при правильном подборе теплового насоса эти опасения окажутся совершенно беспочвенными. Некоторые также считают, что проблема электрического нагревателя касается только тепловых насосов типа «воздух-вода», которые рискуют работать при низких температурах. Между тем, электрические нагреватели также используются в геотермальных тепловых насосах, хотя они обычно выбираются таким образом, что им не нужен нагреватель в качестве пикового источника. Однако нагреватель в тепловом насосе может выполнять совсем другие функции.

Зачем в тепловом насосе нагреватель?

Можно ли выбрать тепловой насос типа «воздух-вода», чтобы ему не приходилось работать с электрическим нагревателем в качестве пикового источника? Можно, но на практике не используется. Чтобы объяснить это, вам нужно понять концепции теплового насоса и двухрежимного режима работы.

Мощность теплового насоса зависит от температуры нижнего источника, т.е. наружного воздуха для теплового насоса воздух-вода и грунта - для теплового насоса земля-вода. Нижний источник тепла для геотермальных насосов имеет достаточно стабильные параметры в течение всего года, но в случае с воздушными тепловыми насосами его температура сильно меняется в течение года. Чем ниже температура воздуха, тем ниже теплопроизводительность теплового насоса.

Когда мы сравниваем это с потребностью здания в тепле, оказывается, что здесь характеристики обратные. С понижением температуры снаружи увеличивается потребность здания в тепле. С повышением температуры потребность в тепле снижается, а в межсезонье, после отключения системы отопления здания, остается только потребность в тепле для подготовки технической воды.

Пересечение этих характеристик (достигаемая мощность теплового насоса и необходимая для здания тепловая мощность) называется точкой бивалентности.Выше двухрежимной точки мощность теплового насоса больше тепловой потребности здания, именно в этой точке значения мощности теплового насоса и тепловой потребности здания равны, а ниже двухрежимной точки мощность теплового насоса ниже, чем требуется зданию. Именно этот недостаток мощности компенсирует электронагреватель.

Этот режим работы теплового насоса, при котором тепловой насос ниже точки двойного режима обеспечивает часть необходимой тепловой мощности, а оставшаяся часть дополняется нагревателем, называется параллельным моноэнергетическим режимом.

Нагреватель, поддерживающий работу теплового насоса для обогрева помещений, обычно встроен в устройство. Он может быть установлен во внешнем блоке – в случае моноблочного теплового насоса, или во внутреннем блоке – в случае сплит-тепловых насосов или моноблоков с внутренними гидравлическими модулями. Этот нагреватель также может быть установлен в буферной емкости.

Можно ли отключить нагреватель в тепловом насосе?

Не лучше ли выбрать тепловой насос большей мощности и отказаться от эксплуатации нагревателя? Теоретически можно. Тогда мы имеем дело с моновалентным режимом работы, при котором тепловому насосу не требуется пиковый источник, а его мощность выше потребности здания даже при самых низких температурах наружного воздуха.

Однако на практике это не рекомендуется для тепловых насосов воздух-вода. Почему? Потому что количество дней с экстремально низкими температурами невелико. Выбранная таким образом мощность теплового насоса может оказаться слишком большой, что приведет к меньшей модуляции мощности на низком уровне и более высокой минимальной мощности теплового насоса, используемой в переходные периоды. При этом дней с температурой 5,10ºC в году намного больше, чем дней с температурой -20ºC.

Как следствие, выбор более мощного теплового насоса приведет к более высоким капитальным затратам, но может не принести выгоды от более низких эксплуатационных расходов.Слишком высокий уровень мощности в периоды более мягкой зимы может привести к слишком частому включению теплового насоса. Эту ситуацию можно облегчить, установив в установку буферный бак большой емкости.

Моновалентный режим используется в качестве стандарта для тепловых насосов типа «земля-вода», мощность которых более стабильна в течение отопительного сезона (температура грунта изменяется значительно меньше, чем температура воздуха).

Как работает электрический нагреватель в тепловом насосе?

При подборе теплового насоса для конкретного здания/конкретной установки могут использоваться различные режимы работы теплового насоса, но необходимо помнить, что каждое решение имеет свою специфику. Большинство монтажников/проектировщиков выбирают тепловые насосы типа «воздух-вода» для работы в параллельном моноэнергетическом режиме, предполагая точку бивалентности от -8ºC до -13ºC, в зависимости от ожиданий инвестора и климатической зоны.

Стоит помнить, что алгоритм управления тепловым насосом не запустит дополнительный нагреватель сразу, как только датчик наружной температуры зафиксирует температуру, равную точке бивалентности, предполагаемой при выборе теплового насоса. Здесь важно аккумулирование тепла в здании и инерционность системы отопления, что может позволить «пережить», например, несколько ночных часов при сильном морозе без включения обогревателя, несмотря на относительно невысокую температуру наружного воздуха. .

Температура наружного воздуха обычно является лишь одним из условий включения дополнительного обогревателя. Равным образом часто должны выполняться и другие условия, например, минимальное время работы компрессора в целях обогрева или достигаемая разница температур по отношению к заданной температуре для теплового насоса. Например, это могут быть следующие настройки:

  • температура наружного воздуха ниже -10ºC;
  • работа теплового насоса с компрессором не менее 3 часов;
  • отклонение от заданной температуры больше 5ºC (например, тепловой насос должен снабжать подогрев пола водой с температурой 35ºC, но способен нагреть воду в системе только до 29ºC; отличие от заданного значения не менее 6º ).

Это всего лишь один пример возможных настроек управления нагревателем. Производители тепловых насосов используют разные алгоритмы включения нагревателя, но обычно внешняя температура не является единственным параметром. Важно правильно настроить параметры установщиком во время установки устройства с учетом конкретного здания и ожиданий пользователя.

Какая мощность обогревателя?

Тепловые насосы обычно используют нагреватели мощностью от 3 до 9 кВт. Они могут быть одноступенчатыми – меньшей мощности, например, 3 кВт, или многоступенчатыми, например, трехступенчатый нагреватель мощностью 9 кВт, который в зависимости от потребности включает один, два или три ступени - 3, 6 или 9 кВт соответственно.Так какой же должна быть мощность обогревателя? Это зависит от выбора теплового насоса. В показанном примере мощность догревателя должна быть не менее 4 кВт. Это получается из разницы между максимальной потребностью в тепле (10 кВт) и максимальной мощностью теплового насоса при самых низких предполагаемых температурах (6 кВт).

Что происходит, когда мощность вспомогательного нагревателя недостаточна или настройки эффективно ограничивают его активацию? Такая ситуация может привести к снижению теплового комфорта в здании при низких наружных температурах.

Другие функции нагревателя в тепловом насосе

  1. Первый пуск установки теплового насоса. При первом пуске установки в новостройках при прогреве стяжек температура воды в контурах теплого пола, заполненных теплофикационной водой, может быть, например, 10ºС, а зимой в совершенно холодном, неотапливаемом здании , эта температура может быть еще ниже.В таких условиях перед началом работы компрессора в тепловом насосе нагреватель должен предварительно нагреть воду в системе до минимальной температуры, необходимой для работы теплового насоса. Поэтому нагреватель также используется в геотермальных тепловых насосах. Минимальная температура запуска компрессора зависит от конкретной модели устройства, но обычно находится в пределах 12-20ºC.
  2. Размораживание в случае слишком низкой температуры в накопительном баке/системе. Тепловой насос воздух-вода при работе при температуре воздуха приблизительно 0ºC и ниже должен время от времени размораживать испаритель. Размораживание необходимо потому, что воздух, нагнетаемый через испаритель теплового насоса, в результате охлаждения конденсирует влагу, которая оседает на испарителе и замерзает на его поверхности при минусовой температуре. Лед/иней снижает работоспособность испарителя и снижает эффективность отвода тепла от воздуха, поэтому его необходимо удалять. Тепловой насос делает это, запуская программу разморозки.В большинстве тепловых насосов, доступных на рынке, размораживание осуществляется с помощью четырехходового клапана, который обеспечивает рециркуляцию хладагента. Стандартно в режиме обогрева тепловой насос «охлаждает» наружный воздух на «холодном» испарителе и нагревает буферную/отопительную систему. В режиме разморозки происходит обратное – тепловой насос забирает тепло из буферной/отопительной системы и нагревает испаритель теплового насоса с инеем на нем. Таким образом, испаритель на короткое время становится конденсатором в холодильном контуре теплового насоса. В режиме оттаивания блок теплового насоса работает так, как если бы он использовался для охлаждения здания. Может показаться странным, что тепловой насос зимой охлаждает накопительный бак, когда он должен его нагревать. Однако режим разморозки очень короткий - около 2-3 минут - и по истечении этого времени агрегат снова готов к обогреву, например, еще на два часа. Количество тепла, отбираемого от буфера/установки, невелико, но имеет большое значение для работы тепловых насосов типа «воздух-вода», поскольку позволяет им работать в зимних условиях.В резервуаре-накопителе/установке должно быть достаточно тепла, чтобы процесс оттаивания прошел успешно. Минимальная температура теплоносителя в буфере/системе, необходимая для режима оттаивания, определяется производителем теплового насоса. Это может быть, например, 20ºC. В этом случае нагреватель защитит процедуру разморозки и запустится, если температура в буфере/установке слишком низкая для ее правильного выполнения. Обычно это происходит при включении отопления или после длительного простоя.
  3. Режим защиты от замерзания. Эта проблема касается моноблочных тепловых насосов типа «воздух-вода», которые требуют защиты от замерзания при заполнении водой. Одним из способов защиты является использование соответствующего алгоритма, задачей которого является «следить», чтобы температура внешних элементов теплового насоса, в которых может находиться вода, не опускалась ниже значения, угрожающего замерзанием. При приближении такого момента автоматически включается циркуляционный насос, компрессор или нагреватель – в зависимости от условий и ситуации.
  4. Аварийный источник. Тепловой насос, оснащенный электронагревателем, фактически имеет аварийный источник. В случае возникновения каких-либо технических проблем или необходимости вмешательства сервисной службы обогреватель способен обеспечить аварийный нагрев. Его мощности может не хватить для покрытия общей потребности при очень низких температурах наружного воздуха, но он сможет обеспечить хотя бы часть энергии, благодаря чему здание не будет лишено отопления. Отключение теплового насоса из-за технических проблем не является обычным явлением, но некоторые инвесторы хотят иметь второй источник тепла на случай чрезвычайной ситуации, даже если это может не произойти в течение срока службы теплового насоса. Если инвестор рассчитывает на это, можно использовать в буфере резервный электронагреватель большей мощности. Тогда он может быть полностью независимым источником тепла.

Нагреватель бака для горячей воды

Второй нагреватель, установленный в системе теплового насоса, – это нагреватель бака горячей воды для бытового потребления. У него немного другая функция - он используется только для поддержания температуры технической воды.

  • Реализация режима защиты от легионелл. Это антибактериальный режим перегрева резервуара для воды для бытового потребления. В этом режиме вода в баке нагревается до высокой температуры, иногда достигающей 70ºC, чтобы удалить бактерии, которые потенциально могут в ней развиваться. Тепловой насос обычно не может выполнить эту задачу сам по себе, поскольку такая высокая температура бака находится за пределами его достижимого рабочего диапазона.
  • Быстрый нагрев водопроводной воды. Для выполнения этой функции используется нагреватель бака. Этот режим используется при повышенном спросе на горячую воду или при необходимости внезапно нагреть ее.
  • Ограниченная температура теплового насоса. Тепловой насос имеет определенную рабочую зону. Это также влияет на достижимую температуру водопроводной воды, косвенно нагреваемой змеевиком. Когда наружная температура очень низкая, рабочая зона теплового насоса может, например, нагревать воду для бытовых нужд до максимальной температуры 45ºC.Это слишком низкое значение для пользователя, который установил температуру воды в баке на 50ºC и рассчитывает, что сможет использовать воду при этой температуре. В такой ситуации может включиться нагреватель бака и нагреть воду для бытового потребления до необходимой температуры.
  • Аварийный источник нагрева технической воды. В случае необходимости сервисного вмешательства нагреватель в баке горячей воды бытового потребления остается доступным в качестве второго аварийного источника тепла. В установках с тепловыми насосами нагреватель бака горячей воды для бытового потребления не обязательно. Однако он позволяет получить несколько дополнительных функций, а стоимость его покупки невелика. Обычно мощность бакового нагревателя составляет 1,5-3 кВт.

Другие нагреватели в тепловых насосах

  • Нагреватель поддона. Используется для обеспечения надлежащего отвода конденсата, который в большом количестве вытекает из теплового насоса после разморозки испарителя. Если этот нагреватель отсутствует, дренажный поддон может обледенеть, и конденсат будет трудно сливать.Замерзающая вода может привести к повреждению. Некоторые производители тепловых насосов заменяют нагреватель поддона трубкой горячего хладагента. Защищает слив конденсата теплового насоса от обледенения, но не требует дополнительных энергозатрат.
  • Нагреватель сливной трубы. Если конденсат не выводится непосредственно под тепловым насосом, например, в гравийную подушку, а направляется куда-то дальше, необходимо использовать нагревательный элемент в трубе отвода конденсата теплового насоса. Отказ от этого нагревательного элемента может привести к замерзанию конденсата в указанной трубе, привести к ее закупорке и повреждению.

Читайте также:

  • Воздушный тепловой насос - факты и мифы о том, как он работает
  • Запрет фторсодержащих газов в ЕС! Как это повлияет на рынок тепловых насосов?
  • Софинансирование тепловых насосов. Как сократить расходы на покупку и установку теплового насоса?

Категория:

Реконструкция