Передовые климатические технологии: ваш друг тепловой насос General

 

В России, в целом, мало знают о таком приборе, как тепловой насос. Между тем, с его помощью можно обогреть дом зимой и охладить летом. Поможет тепловой насос и в деле организации горячего водоснабжения. По сути, тепловой насос, в зависимости от модели и конфигурации системы, это три прибора в одном! ZOOM.CNews решил выяснить подробности о тепловых насосах и предложить их вашему вниманию. Итак, знакомимся с тепловыми насосами.

Тепловой насос — отличный вариант для круглогодичного использования, например, в загородном доме. Зимой он согреет жилище, летом — охладит. Не останутся владельцы теплового насоса и без горячей воды. Важнейшие подробности о работе этих приборов, рассказ о представленных в России японских тепловых насосах General (один из ведущих мировых производителей климатического оборудования) — всё это в нашем материале, за помощь в подготовке которого ZOOM.CNews благодарит группу компаний «АЯК» («Ассоциация Японские Кондиционеры»).

Тепловой насос — это...

Это универсальный прибор, сочетающий в себе отопительный котел, источник горячего водоснабжения и кондиционер. Основное его отличие от всех остальных источников тепла заключается в исключительной возможности использовать возобновляемую низкотемпературную энергию окружающей среды на нужды отопления и нагрева воды. Название «тепловой насос» возникло из-за того, что прибор позволяет как бы «перекачивать» тепло из низкотемпературного источника в высокотемпературный. Отметим, что производя тепло, тепловой насос получает из источников в окружающей среде до 80% энергии. Получается, что энергии из «из розетки» нужно лишь около 20% — чтобы работал компрессор. Всё остальное — бесплатно. Далее мы расскажем и о других преимуществах теплового насоса. Но стоит понимать, что энергоэффективность — одно из неоспоримых.

Схема простого компрессионного теплового насоса: 1 - конденсатор, 2 - дроссель, 3 - испаритель, 4 - компрессор
История...

Всё в позапрошлом веке придумал Уильям Томсон, лорд Кельвин — великий британский физик. Придумал, основываясь на принципе Карно (для производства работы в тепловой машине необходима разность температур, необходимы два источника теплоты с различными температурами), и назвал «умножителем тепла». Предложенная им в 1852 году система показывала, как холодильную машину эффективно использовать для отопления. Учёный заявлял о том, что ограниченность энергоресурсов не позволит непрерывно сжигать топливо в отопительных печах. А вот «умножитель тепла» экономичен. Томсон в своём тепловом насосе использовал в качестве рабочего тепла воздух. Последний засасывался в цилиндр, где расширялся. Ввиду этого происходило его (воздуха) охлаждение. Далее воздух поступал в теплообменник, где нагревался воздухом наружным. После сжатия до атмосферного давления воздух из цилиндра поступал в обогреваемое помещение нагретым до температуры выше окружающей. Уильям Томсон заявил, что предложенная им система способна давать тепло при использовании только 3% энергии, затрачиваемой на отопление.

Уильям Томсон, лорд Кельвин. 1824-1907 гг. Среди многих его открытий и изобретений и "умножитель тепла" - тепловой насос

Как это часто бывает, разработка лорда Кельвина, не смотря на доказанную эффективность, долго лежала на полке. Нет, конечно некоторые опыты по использованию, испытания, проводились, но довольно бессистемно. Только в 20-30-х годах ХХ века в Англии была создана первая демонстрационная установка для отопления и горячего водоснабжения здания с использованием тепла окружающего воздуха. Затем несколько демонстрационных установок создали в США. В континентальной Европе первый крупный тепловой насос был запущен в Цюрихе, перед началом Второй мировой войны (1938-39 годы). Конструкция насоса предусматривала компрессор, использование хладагента, а также речной воды в качестве первоначального источника тепла. Насосом этим, мощностью 175 кВт, отапливали городскую ратушу (мэрию) водой, температура которой достигала 60° С. Была предусмотрена система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. Летом установка работала на охлаждение. С 1939 по 1945 годы, не смотря на войну в Европе, было создано ещё 9 подобных установок, чтобы сократить потребление угля. Часть этих насосов успешно проработали более 30 лет.

...и современность

Далее в Европе, США и Японии развитию подобных технологий, усовершенствованию тепловых насосов, их внедрению в жизнь, уже ничего не мешало. Ныне тепловые насосы также широко используются в Китае, что логично, принимая во внимание растущую экономику этой страны (сейчас КНР — вторая экономика мира). Однако изначально, на первом этапе внедрения их в массовое производство, тепловые насосы применялись, в основном, в кондиционерах воздуха — для охлаждения. Постепенно пришло понимание того, что тепловой насос — эффективный и экономичный способ не только кондиционирования помещения, но и его обогрева (в том числе при помощи тёплых полов), организации горячего водоснабжения, осушения ванной комнаты, реализации некоторых других функций. Первичное тепло современные тепловые насосы способны брать не только из речки. Источником первичного тепла для теплового насоса может быть: 

  • почва (температура почвы не подвержена резким колебаниям, на глубину около 1 м укладывается специальный коллектор);
  • скважина (одна глубокая или несколько неглубоких, главное — общая расчётная глубина);
  • водоём (принцип тот же, что и в случае с почвой — на дно водоёма укладывается коллектор); 
  • воздух (внешний блок для получения тепла из окружающего воздуха).


В итоге можно вести речь о следующих рабочих конфигурациях, доступных в современных тепловых насосах: почва-воздух, почва-вода, вода-воздух, вода-вода, воздух-воздух, воздух-вода. То есть, пользователь может иметь в своём жилище либо воздушное отопление, либо отопление водяное. Во втором случае тепловой насос ещё и обеспечивает горячее водоснабжение. И всё это при минимальных энергозатратах на работу самого насоса.

Элемент конструкции горизонтального теплонасоса источником тепла для которого может быть почва, подземные воды, водоём. Такие теплонасосы называют также геотермальными

В наши дни системы отопления на базе тепловых насосов приходят на смену газовым и жидкотопливным бойлерам и вытесняют ископаемое топливо. К счастью, в том числе и в России, хотя и не в таких пока объёмах, как в развитых странах Европы и Азии. Это, кстати, помимо экономии не возобновляемых природных ресурсов, ведёт к уменьшению поступления в атмосферу углекислого газа — ниже общий уровень глобального потепления. 

Правительства стран Евросоюза, Японии и Китая поощряют применение тепловых насосов. В Швеции, Испании, Великобритании и Китае существует программа субсидий за установку этого оборудования. Во Франции действует налоговый кредит за энергосбережение и использование возобновляемых источников энергии. В Германии Общенациональные Нормы Потребления Энергии предъявляют строгие требования к энергоэффективности зданий, что фактически стимулирует использование низкоэнергетических систем отопления (солнечных тепловых батарей и тепловых насосов). Евросоюз также издал Директиву по Энергетическим Показателям Зданий с целью улучшения показателей энергоэффективности зданий и, как результат, геотермальные тепловые насосы составляют около 25% всего европейского рынка устройств предназначенных для обогрева помещений. В Японии, по данным автoритетного японского издания JRAIA, быстро растут продажи водонагревателей на базе теплового насоса, использующих природный хладагент CO2 (ECO CUTE). К 2010 году таких систем было реализовано не менее 5 миллионов. Отметим, что в первых рядах по использованию тепловых насосов и страны Скандинавии, чьи климатические условия во многом схожи с российскими. Реверсивные тепловые насосы, в основном типа воздух-воздух, применяемые для отопления помещений, являются доминирующими в Норвегии (90%) и Финляндии (81%). В общем, тепловые насосы — это во многих странах давно уже не будущее, но настоящее климатических технологий.

Таблица, показывающая динамику продаж теплонасосов различных типов в Норвегии, в середине "нулевых" годов XXI века. Данные NOVAP (Норвежской ассоциации тепловых насосов)


Российские перспективы

Хотелось бы верить, в то что со временем к этим странам присоединится и Россия, не смотря на то, что так богата ископаемым топливом. Разумеется, существуют некоторые ограничения в использовании тепловых насосов. Они, в основном, связаны с температурой окружающего воздуха. При очень низких температурах, которые обычно фиксируются на самом севере нашей страны, в приполярных, заполярных районах, эффективность теплового насоса, ввиду конструктивных особенностей и принципа действия, например, для отопления помещений, не очевидна. Но всё же большая часть населения России проживает в районах с не столь суровым климатом, где тепловые насосы вполне могут эксплуатироваться и уже эксплуатируются, хоть и в заметно меньших объёмах, чем, к примеру, в странах северной Европы. Возможность эксплуатации и эффективность низкотемпературных воздушных тепловых насосов в условиях Подмосковья, например, обоснована теоретически и подтверждена на практике. Работоспособны и целесообразны тепловые насосы и в других регионах.

Приведённые в таблице данные свидетельствуют о том, что тепловые насосы (ТН) вполне работоспособны в различных регионах нашей страны

Без сомнения, потенциал отечественного рынка тепловых насосов очень велик. Интересно, что в 2008 году, по данным Финской Ассоциации тепловых насосов (Suomen Lämpöpumppuyhdistys SULPU), общий оборот отрасли за два года (данные на 2007 и 2008 годы) увеличился на 30% и составил € 268 миллионов. Уровень продаж тепловых насосов всех типов, к примеру в 2008 году, достиг в Финляндии 60 тыс. штук (больше всего продано насосов типа воздух-воздух, на € 75 миллионов). И это, к слову, в стране с населением около 5 миллионов человек. Прибавьте сюда ещё Норвегию со Швецией, где также отмечен бурный рост интереса к тепловым насосам, другие страны... Перспективы распространения тепловых насосов на территории нашей страны поистине грандиозны.

Именно тепловые насосы различных конфигураций — один из вариантов обретения независимости от гнёта (звучит пафосно, но это именно так) нерадивых отечественных коммунальщиков, от их ненавязчивого сервиса и постоянно растущих цен на этот сервис. Вечные аварии на тепловых сетях посреди зимы, плохое качество предоставляемых услуг — всё это явно останется в прошлом, если начать эксплуатировать тепловой насос. К тому же, и это нам кажется весьма важным, используя тепловой насос, можно реально участвовать в деле экономии природных ресурсов, улучшения экологической обстановки в России, которая ныне, увы, оставляет желать лучшего.

Тепловой насос, помимо прочего, позволяет пользователю забыть о нерадивых отечественных коммунальщиках, обезопасить себя от частых в нашей стране "коммунальных" проблем. Эксплуатант теплового насоса - действительно сам себе хозяин

Тепловые насосы General WaterStage

General — известный во всём мире японский климатический бренд. В одной из недавних публикаций о системах кондиционирования мы рассказывали опредложениях General для кондиционирования и обогрева коттеджей, загородных домов. Здесь расскажем факты о новой линейке тепловых насосов типа воздух-вода General WaterStage, представленных в России с 2011 года. Прежде всего отметим, что инверторные тепловые насосы General WaterStage помогут решить проблемы теплоснабжения и горячего водоснабжения широкого спектра объектов различного назначения: гостиниц, ресторанов и офисов, но наилучшим образом, на наш взгляд, подходят для загородных коттеджей. С помощью одной системы WaterStage вы можете получить отопление помещений, горячее водоснабжение и кондиционирование воздуха.

Ныне в линейке General WaterStage доступны три серии систем: экономичная Comfort, высокоэффективная High Power и серия Compact, являющаяся наиболее простой в монтаже (состоит из моноблока и контрольной панели). В каждой серии доступны конфигурации отличающиеся друг от друга, в основном, производительностью. Например, в серии High Power есть четыре конфигурации, производительностью в режиме обогрева от 11 до 16 кВт, ориентированные на обслуживание помещений различной площади. Значение 16 кВт — максимальное. Наименьшее значение — 5 кВт (такова максимальная мощность теплового насоса General WaterStage WSHA050D из серии Comfort). Не смотря на некоторые отличия, все три серии тепловых насосов схожи в главном: они высоко эффективновны в процессе работы, весьма экономичны (энрегоэффективны), имеют широкие функциональные возможности, монтаж их не сложен, стоимость относительно не высока (в корреляции с функционалом).

 

Линейка тепловых насосов General WaterStage состоит из трёх серий приборов. Внутри серий  возможны конфигурации разной максимальной мощности (производительности) в режиме обогрева.  Друг от друга серии отличаются форм-фактором (например, тепловентиляторы General WaterStage Compact - моноблоки) и минимальной температурой эксплуатации

Нижняя граница гарантированного диапазона температуры наружного воздуха при сохранении эффективности системы достигает -20 °С, при этом температура горячей воды на выходе может поддерживаться на уровне 60 °С, что вполне достаточно для обогрева при помощи теплых полов или современных радиаторов. Система General WaterStage может быть совмещена с бойлером, который будет включаться при недостаточной мощности системы. Такое может произойти при очень низких уличных температурах (ниже -20 °С), или при отключении электричества.

 

Модуль управления работой тепловых насосов General WaterStage. Есть большой LCD-дисплей, удобный поворотный программатор для выбора функций в меню и установок таймера, кнопки выбора режимов нагрева и активации различных дополнительных функций

Заметьте, возможности тепловых насосов General WaterStage не ограничиваются только обогревом помещения и горячим водоснабжением. Система может использоваться для подогрева воды в бассейне, а летом её логично использовать для охлаждения помещений. Высокую эффективность этих систем подтверждае опыт эксплуатации в странах Скандинавии, Северной Европы и самой Японии. Также, перед презентацией на рынках различных стран, система была протестирована экспертами производителя. Приятно, что теперь новые технологии эффективного обогрева доступны и в России.

 

Тепловой насос General WaterStage обогреет дом, снабдит горячей водой, позволит эксплуатировать "тёплые полы", поможет нагреть воду в бассейне, летом поспособствует прохладе в доме


Сплит-система General Nordic

По сути, к тепловым насосам (типа воздух-воздух) можно отнести и бытовую инверторную сплит-систему General Nordic. Линейка Nordic, также доступная в РФ с 2011 года, состоит из двух конфигураций (ASHA09LEC и ASHA12LEC), которые отличаются показателями мощности (производительности) в режиме охлаждения и обогрева. Производительность ASHA09LEC — 2,5 (0,5~3,2) и 3,2 (0,5~4,5) кВт соответственно. Сплит-система ASHA12LEC мощнее: 3,4 (0,9~3,9) кВт и 4,0 (0,9~5,6) кВт. В остальном функционал и рабочие характеристики сплит-систем General Nordic схожи.

Рост эффективности обогрева при различных температурах наружного воздуха у сплит-систем General Nordic (ASHA09LEC и ASHA12LEC), по сравнению с предыдущими поколениями подобных сплит-систем

Главное достоинство сплит-систем General Nordic — возможность работы на обогрев зимой при уличной температуре до -25°С. Данность эта позволяет большинству пользователей в России эксплуатировать General Nordic на протяжении всего отопительного сезона. Такой впечатляющей морозоустойчивостью эти сплит-системы могут похвастаться благодаря предусмотренному конструкцией встроенному нагревателю дренажного поддона наружного блока, увеличенному теплообменнику и улучшенному более мощному компрессору.

Сплит-системы General Nordic могут эффективно работать в режиме обогрева  при температуре наружного воздуха до -25 градусов. Эта возможность достигнута благодаря усовершенствованиям в конструкции наружного блока 

Явный плюс сплит-систем General Nordic — качественная современная система фильтрации воздуха. Наличествуют ионный деодорирующий фильтр, с длительным ресурсом работы. Он эффективно устраняет запахи в помещении с помощью ионов,вырабатываемых тонкодисперсными частицами керамики. Есть также яблочно-катехиновый фильтр. Благодаря содержащемуся в нём полифенолу (получаемому из яблочного экстракта), этот фильтр эффективно притягивает пыль, даже самые мелкие её частицы, а также невидимые человеку споры плесени, вредные микроорганизмы — их рост и распространение тем самым блокируется.

Уровень шума при работе внутренних блоков сплит-системы General Nordic — один из самых низких в своём сегменте. В тихом — ночном — режиме он не превышает 21 дБ (таков примерно уровень шума при шёпоте, который слышен с расстояния 1 м) . В более интенсивных режимах шум, конечно, больше. Максимум — 43 дБ (обычный спокойный разговор двух взрослых людей с расстояния 1 м, шум в читальном зале билиотеки). Напомним, шум до 50 дБ считается не причиняющим неудобств человеку.

 

Внутренний и наружный блоки сплит-системы General Nordic

Другие полезные опции и функции сплит-системы General Nordic. Отметим наличие у обеих конфигураций сплит-системы режима осушения теплообменника. Во избежание образования плесени и роста бактерий внутренний блок можно высушить с помощью кнопки COIL DRY на пульте дистанционного управления (инфракрасный, входит в комплект поставки). Работа в режиме осушения теплообменника продолжается в течение 30 минут после нажатия кнопки COIL DRY и останавливается автоматически. Доступно раздельное управление разными внутренними блоками кондиционеров (до четырёх блоков) без смешивания сигналов. Может осуществляться внешнее управление. При эксплуатации сплит-системы в режиме ECONOMY настройка термостата автоматически изменяется в соответствии с температурой наружного воздуха для обеспечения наиболее экономного функционирования, а также ограничивается максимальная производительность кондиционера до 70% от его номинальной производительности. При включении режима ECONOMY во время охлаждения улучшаются показатели влагопоглощения. Данная функция особенно полезна в том случае, когда необходимо снизить уровень влажности в помещении без ощутимого понижения температуры.

Удобный и понятный инфракрасный пульт дистанционного управления работой сплит-систем General Nordic. Опционально пользователю доступен также проводной пульт управления (крепится на стене)

Прибавьте ко всему перечисленному выше ещё многофункциональный таймер, позволяющий пользователю избрать оптимальный временной режим работы сплит-системы. Жалюзи автоматически качаются в вертикальной плоскости — для равномерного распределения потока воздуха по помещению. Есть автоматический перезапуск в случае отключения электричества — когда электричество снова есть кондиционер продолжает работу в выбранном пользователем режиме. Наличествует и важное умение — работа в автоматическом режиме. При активации этого режима сплит-система General Nordic автоматически поддерживает нужную температуру путем переключения режимов нагрева и охлаждения, отталкиваясь от показателей электронного термометра. Режим 10°C HEAT полезен, например, для нежилых помещений — сплит-система будет поддерживать температуру на уровне 10 градусов выше нуля, чтобы не допускать промерзания помещения, связанных с чрезмерным охлаждением сбоев в работе иных систем.   

Во всех подробностях

Разумеется, в этом материале мы упомянули лишь наиболее важные рабочие характеристики японских тепловых насосов General WaterStage и сплит-систем General Nordic, способных работать в режиме обогрева даже при наружной температуре -25°С. Более подробно о широком функционале этих климатических систем, разнообразии конфигураций, нюансах, которые следует учесть при их монтаже и эксплуатации, о ценовой политике, вам могут рассказать специалисты группы компаний «АЯК» («Ассоциация Японские Кондиционеры»), работающей на российском рынке бытового и профессионального климатического оборудования с 1996 года и являющейся официальным дистрибьютором в РФ многих известных мировых производителей климатической техники, в том числе японской компании Fujitsu General LTD, выпускающей климатическую технику марки General.