Обладая личным опытом установки запуска и эксплуатации теплового насоса, попробую кратко описать его функционал, особенности монтажа и эксплуатации.
Начнем с самого первого этапа - а почему вообще тепловой насос ? Этот вопрос решался после двух лет отопления офисного здания дизельным топливом. И вроде бы в целом 6-7 тонн диз.топлива (на сезон) и не очень много, но с другой стороны, учитывая его стоимость - эффективным и экономичным такое решение ну никак не поворачивается язык его назвать. Конечно использование магистрального газа самый экономически целесообразный шаг в сторону сокращения фин.затрат на отопление, но если оценить первоначальные затраты на его подключение, тогда картина становится совершенно иной. В нашем случае подключение магистрального газа оценочно обходится в 800-900 тыс.р. не считая стоимость газ.оборудования.
Рассуждая математически, это означает что те самые 800-900 тыс.р. это деньги выброшенные на ветер, поскольку текущая стоимость магистрального голубого огонька наверняка будет расти и существенно, и в конечном итоге вплотную приблизится к иным энергоносителям. Законы рынка....
Но возвращаясь к теме - на фоне размышлений все же было принято решение обеспечить отопление офисного здания площадью 300 кв.м. с использованием тепловых насосов. Поэтому в начале лета были установлены два тепловых насоса воздух-воздух, которые в летний период обеспечили кондиционирование, а в период межсезонья и отопление здания.
Первоначально в здании была обустроена система водяного радиаторного отопления, поэтому к зимнему сезону смонтировали и запустили тепловой насос воздух-вода Viessmann Vitocal 100 (12 кВт).
Следует остановится на выборе типа теплового насоса и его принципе работы. Но об этом я подготовлю отдельный материал.
Всего лишь остановлюсь - выбор в данном случае сделан исходя из минимальных трудозатрат при установке прибора. Для моделей воздух-вода не требуется каких-либо скважин, грунтовых зондов. Не происходит деградация почвы, не требуется иных связанных с земляными работами и подземными коммуникациями работ и согласований. Мы всего лишь используем тепло окружающего воздуха, при этом еще и отодвигаем глобальное потепление атмосферы - сплошные плюсы !
Сделаем второе отступление, причем достаточно важное. Как подобрать мощность ? Модельный мощностной ряд достаточно велик - начиная от 6 кВт и дальше. При выборе следует первично оценить свои возможности - какова максимальная мощность прибора, которую Вы можете подключить в своей электросети ? Это трех или однофазная сеть ? Это граничные условия, которые надо понимать на момент выбора. Вторым шагом оцениваем теплопотери нашего здания. Это самый непростой вопрос из всех. Для теплотехников-теоретиков конечно есть формулы. Для Вас, владельца дома есть и более ценный практический опыт - например Вы свой дом отапливали прошлой зимой электричеством ? Тогда все очень просто - берем расход электроэнергии за самый холодный зимний месяц прошлого года, затем этот месячный расход делим на количество дней и на 24 часа. Получаем среднечасовой расход на отопление в самый холодный зимний месяц.
Представляем Вам уникальную возможность не только просмотреть фотографии и прочесть информацию, но и самостоятельно убедится в работоспособности тепловых насосов воздух-воздух и воздух вода.
Монтаж произведен в нашем офисе, оборудование обеспечивает отопление офисного здания и доступно для «пощупать, посмотреть, проверить, потрогать».
В рамках монтажа также установлены независимые приборы учета мгновенной потребляемой мощности, общий эл.счетчик затрат эл.энергии на отопление здания общей площадью 300 м² Наиболее интерес в данной ситуации тепловой насос воздух-вода от известного немецкого производителя Viessmann. Мы являемся единственным инженерным центром в РФ, который не только продает и устанавливает подобные приборы, но также и является эксплуатирующей организацией, владельцем здания, отопление которого осуществляет тепловой насос Viessmann Vitocall 100. Мы обладаем практическим опытом наблюдений и эксплуатации, практическими ньюансами монтажа для обеспечения Вашего комфорта. А наши наблюдения и расчеты по расходам электричества для отопления являются не теоретическими выкладками, а практически измеренными величинами.
Тепловой насос воздух-вода представляет из себя комбинацию из двух блоков — наружного, который мало отличается от общепринятого понимания «наружный блок кондиционера» и выглядит данный блок вот таким образом (для модели тепловой мощностью 12 кВт)
Следует обратить внимание на особенности монтажа наружного блока — начиная от использования виброопор, наличие демпфирующей петли трасс фреонопроводов, а также высотой установки блока от земли. Особенности монтажа наружного блока обусловлены работой наружного блока в морозы. При работе из-за содержащейся в наружном блоке влаги на наружном теплообменнике периодически происходит образование ледяной корки. Внутренняя автоматика блока в этой ситуации кратковременно производит переключение блока в обратный режим, при котором кратковременно используя обратный цикл, теплоту внутри помещения производится нагрев наружного теплообменника, ледяная корка тает, освобождая соты теплообменника. В этом режиме под блок в достаточно большом количестве поступает конденсат, который стекает на поверхность под блоком. Понимание данного процесса также обуславдивает как высоту от земли до блока (желательно 50-70 см), а также необходимость спец.мероприятий для утилизации данной влаги в зимнем режиме — это и использование кабельного подогрева лотка, и размещение ливнеприемника под наружным блоком теплового насоса. Эти мероприятия желательно предусмотреть в рамках общестроительных, подготовительных работ.
Внутренний блок представляет из себя небольшое и симпатичное устройство, по своим габаритам примерно соответствующее настенному котлу. Дизайн прост, но при этом по-немецки локаничен, что подразумевает возможность размещения в любом помещении:
На данном фото внутренний блок теплового насоса — левый блок с дисплеем. При выборе места монтажа внутреннего блока все-же следует руководствоваться не столько дизайнерскими идеями, но и техническими особенностями. Внутренний и наружный блоки соединены между собой медными трассами фреонопроводов. Учитывая что медные трубки все-же требуют соблюдения определенных правил прокладки, а также в какой-то мере являются проводниками вибраций от работы компрессора наружного блока следует досконально продумать каким образом пройдет соединительная трасса между блоками. Основополагающими являются два момента — желательно, чтобы длина фреонопровода между блоками не превысила 10 м (наружный блок поставляется заправленным фреоном и дополнительной заправки в этом случае не потребуется), а также перепад высот между размещением блоков не превысил 5 м (в случае превышения будет необходимо при монтаже соединительных трасс между блоками предусматривать специальные маслоподъемные петли на фреонопроводах). Тем не менее это желательные, но не обязательные рекомендации, которые позволят сэкономить время и деньги при монтаже трасс фреонопроводов и соединении блоков. Между внутренним и наружным блоком также прокладывается соединительный LON-кабель, который желательно приобрести в оригинальном исполнении. Как правило используется 15 м исполнение, но возможно и меньше.
Во внутреннем блоке смонтированы: трехходовой вентиль переключающий режим работы прибора - отопление или ГВС (при подключении косвенного водонагревателя), насос контура теплоносителя, клапан избыточного давления водяного контура, расширительный бак системы водяного контура, модули контроллера и автоматики управления. Из внутренних устройств теплового насоса - теплообменник фреон-вода, соединительные трубопроводы. Изначально подключение водяного контура - средняя труба - общая обратка (отопление и нагрев косвенного водонагревателя), правая - подача отопление, левая - подача на нагрев косвенного водонагревателя. Слева - подключение фреонопроводов и ввод электропроводки.
Из особенностей размещения внутреннего блока и фреонопроводов соединительных между наружным и внутренним блоками — как уже чуть выше отмечено, компрессор наружного блока при работе является источником низкочастотной вибрации. Применение антивибрационной петли фреонопроводов при монтаже наружного блока, антивибрационных опор наружного блока существенно снижает передачу вибраций внутрь здания. Но для полного комфорта следует подразумевать, что вибрация также передается по медным фреонопроводам и в небольшой мере при работе теплового насоса также может вызвать дискомфорт. Именно поэтому не рекомендуем размещать внутренний блок теплового насоса в жилых комнатах, в зонах которые могут вызвать дискомфорт. Вибрации почти незаметны (из наиболее сочетаемых — наподобии гула работы холодильника), но при крепеже и прокладке фреонопроводов, в местах пересечения со стенами и перекрытиями следует также предусматривать антивибрационные мероприятия для исключения контакта фреонопроводов и строительных конструкции в жестком исполнении. При этом следует особенно выделить, что в отличии от геотермальных тепловых насосов, у моделей воздух-вода компрессор размещен в наружном блоке, что уже снижает уровень шума внутри здания.
Из желательных, но не обязательных элементов (:) — если Вам интересны реальные расходы электроэнергии потраченной на отопление потребуется установить эл.щиток с отдельным счетчиком, а также, если есть желание наблюдать за мгновенными показателями потребления — доп.индикатор потребялемой мощности, напряжения в сети. Конечно это доп.затраты, но в большей степени позволяет контролировать работу установки, устанавливать температурные режимы, ну и конечно что немаловажно — реально оценивать как затраты так и экономию, полученную в результате установки теплового насоса.
Из особенностей электрических подключений — наружный и внутренний блоки подключаются к эл.сети отдельно. Между блоками прокладывается кабель связи-управления LON, по которому и происходит «общение-управление» между двумя блоками. Основная панель управления всей установкой смонтирована во внутреннем блоке. Это и есть сердце отопительной установки. Встроенный в тепловой насос контроллер Vitotronic 200 WO1C пожалуй самый многофункциональный из всей линейки отопительных контроллеров компании Viessmann. Следует отметить что он позволяет управлять практически всеми иными отопительными устройствами, устройствами вентиляции, нагрева ГВС, нагревом буферных емкостей (это в случае если Вы готовы еще больше снизить свои расходы на отопление — в режиме ночного тарифа тепловым насосом производится нагрев теплоносителя в буферной емкости и фактически стоимость 1 кВт накопленной тепловой энергии снижается до 30 копеек!! !! Что дешевле вдвое нежели использование магистрального газа!! !!!!!!!!!
Из простых функций доступных уже в части водяной части отопления - базово контроллер позволяет подключать один прямой и один смесительный контур отопления с отдельными настройками температуры, соответственно комнатные термостаты, обеспечивать теплом контура нагрева вентиляции и бассейна, нагрев ГВС в косвенном водонагревателе (это уже встроенные возможности не требующие доп.расширений). Также контроллер обеспечивает погодозависимое регулирование температур в системе отопления. Из особенностей подбора и приобретения - требуется дополнительно докупить температурные погружные или накладные датчики (NTC 10K). Датчик уличной температуры поставляется в комплекте. Возможности дистанционного управления открываются при дополнительном приобретении и установки контроллеров LAN или GSM Vitocom Viessmann. Тогда пользователь получает очень комфортный доступ к параметрам, настройкам и контролирует работу установки с помощью модильных приложений Viessmann. Также отметим что контроллер позволяет подсоединять различные внешние устройства и оборудован разъемами шин MOD-BUS, что позволяет интегрировать его в системы типа "умный дом".
Описать все возможности встроенного контроллера в тепловой насос в двух-трех строчках достаточно сложно, но на фоне его функционала пожалуй Viessmann стоит выпускать его в качестве отдельного отопительного контроллера, и он будет пользоваться спросом !
Возвращаясь к возможностям встроенного контроллера — многофункциональность подразумевает в том числе управление внешним доп.электро котлом, или иным других котлом (допустим дизельным или пеллетным), что потребуется в неких экстремальных погодных условиях. Сделаем на фоне этого небольшое отступление, которое является определяющим при выборе прибора и подборе его мощности.
Особенности подбора мощности и модели теплового насоса -
Пожалуй это и есть основополагающий вопрос определяющий и экономическую целесообразность использования для отопления тепловых насосов типа воздух-воздух или воздух-вода.
Подбор моделей начинаем осуществлять с выбора номинальной теплопроизводительности. Использование формул для расчета теплопотерь здания приветствуется на 200%, но еще лучше, если Вы обладаете опытом отопления Вашего дома прошлых сезонов, т.е. имеете практические показатели расхода топлива (которые возможно пересчитать в тепловую энергию). При этом следует полностью отдавать себе отчет, что модели тепловых насосов воздух-воздух или воздух-вода при понижении температуры воздуха на улице имеют обыкновение к снижению полезной тепловой мощности. Эти показатели производитель приводит в технической документации к тепловым насосам. Как и граничные показатели температуры воздуха на улице, при которой тепловой насос обеспечивает отопление. Как правило большинство приборов работает до -15 град.С, наиболее технически совершенные модели обеспечивают отопление до -22/-25/-30 град.С на улице. Поэтому при подборе делаются допущения. Допущение 1 — теплопотери берем не максимальные (-28/+22) а половинные (-15/+22). Как правило (это подтверждается многолетними наблюдениями) используем половину от максимальных теплопотерь. Следует пояснить — максимальные теплопотери в средней полосе РФ как правило наблюдаются из 6 месфцев отопительного сезона на протяжении 7-10 дней. В этот период настоятельно рекомендуется использовать в помощь к тепловому насосу доп.источник отопления — электрокотел, диз.котел, иное, или выбирать модель, которая оборудована встроенными ТЭН для обеспечения комфорта в режиме максимальных теплопотерь. Такое решение позволяет сэкономить при приобретении теплового насоса, а прямой электрический нагрев на фоне 6 месяцев отопительного сезона не приведет к существенным потерям денег, т.к. таких дней всего 7-10 в году.
Для энергоэффективных домов считается нормальным и следующие коэффициенты теплопотерь к площади (для высот помещений до 2,5 м, с площадью остекления не более 5-7% от площади ограждающих конструкций) — 40-50 Вт/м² (-28/+22). При данном коэффициенте для домика площадью 150 м² получаем теплопотери 6-7,5 кВт тепла. С учетом наличия некоего движения и потерь теплого воздуха (вытяжки, неплотности) берем 10-15% коэф.запаса и получаем требуемую мощность теплового насоса в 6,9-8,6 кВт. Сразу после данного шага, мы должны очень серьезно изучить технические данные того или иного теплового насоса. Обращаем внимание на графики зависимости полезной тепловой мощности и температуры наружного воздуха. Как уже ранее сказано — при снижении температуры воздуха на улице полезная тепловая мощность прибора также снижается (это особенности моделей воздух-воздух или воздух-вода). на примере Viessmann Vitocal 100 видим следующий график (как правило подобные материалы представлены в разделах проектирования и основное название - диаграммы мощности, которые даются в разделах наружного блока). На примере данной модели при температуре наружного воздуха -15 град.С получаем по диаграмме мощность 6,5 кВт. Что в целом позволяет использовать для данного здания конкретную модель. После подбора по диаграммам мощности модели проверяем свои электрические возможности его подключения к сети. Смотрим в паспорте прибора потребляемую максимальную мощность. Внимание - в случае выбора прибора со встроенными ТЭН следует проверить входит ли потребление ТЭН в эти данные, или они указаны отдельно и следует их прибавить. Также обращаем внимание - приборы бытовой серии (малых мощностей) также по моделям отличаются по подключениям - есть модели с трех-фазным подключением есть с однофазным (именно разные модели !!!!!!).
С точки зрения электроподключения - для моделей без встроенных ТЭН - основное потребление мощности - наружный блок !!!! Внутренний блок в этом случае потребляет менее 200 Вт. Для моделей со встроенным ТЭН - встроенные доп.электрические нагреватели смонтированы во внутреннем блоке, поэтому придется также подразумевать подключение соответствующей мощности и к внутреннему блоку. Если у Вас есть возможность подключения именно трехфазных моделей - это будет наиболее корректно с точки зрения равномерного распределения нагрузки по фазам, исключит перекос (перебор/недобор) по каждой фазе. Эл.подключения следует делать в строгом соответствии с нормами и правилами электроустановок - потребляемые токи достаточно большие, и любые даже малые отступления путь к пожару в доме.
Из области электроподключений - следует обратить внимание на желательность установки стабилизатора (а для трехфазных моделей также и установки отключающего устройства в случае пропадания или перекоса фаз) - эти особенности продиктованы текущией ситуацией с качеством электроснабжения....... А в случае возникновение поломок по этим причинам стоимость ремонта подчас будет сопоставима со стоимостью нового теплового насоса.
Ну и конечно не забываем, что в случае когда нам интересны наши затраты при эксплуатации теплового насоса ставим доп.щиток с эл.счетчиком и прибором индицирующим мгновенные показатели расхода электроэнергии. Что кстати также позволит в определенной степени понимать режимы работы и более тонко настраивать температурные режимы отопительной установки в целом.
Пожалуй теперь и перейдем к подключению водяного контура, тем более что при использовании тепловых насосов воздух-вода здесь есть особенности.
Немного об особенностях - как уже выше упоминалось, периодически на наружном теплообменнике происходит образование ледяной корки. Периодичность и скорость ее нарастания обусловлены параметрами окружающей среды - от температуры воздуха и влажности, от режима работы установки и ее производительности. Для ее устранения, встроенная в наружный блок автоматика периодически запускает цикл разморозки теплообменника - в этом режиме тепловой насос переключается из режима передачи тепла внутрь здания в режим разморозки при котором используется тепло внутренней системы отопления. Это кратковременный процесс и не несет в себе потерь тепла из помещения, но требует определенных дополнительных элементов в обвязке водяного контура теплового насоса, которые обычно не предусматриваются. Viessmann для своих моделей обязывает монтажную организацию использовать в паре с тепловым насосом буферную емкость (для каждой модели прописана минимальный объем данной емкости). В нашем случае это 46 л. буферная емкость настенного монтажа, которую на фото установки Вы можете наблюдать слева от теплового насоса. Особенности ее применения и схем обвязки приводятся в пособии для проектировщиков, но кратко - буферная емкость должна обеспечивать циркуляцию теплоносителя даже в режиме выключенных насосов-потребителей, поэтому монтируется с перепускным клапаном между подающей трубой отопления и обраткой теплового насоса, или, как в нашем случае, при наличии в схеме гидравлического разделителя в контуре гидравлического разделителя на обратной линии последовательно перед обратной линией внутреннего блока теплового насоса. Особенностей по самой системе отопления при использовании теплового насоса также много, но это уже тема отдельного описания.
Контуры фреонопровода
Монтаж контуров фреонопровода практически не отличаются от подобных работ по установке кондиционера. Диаметры трубопроводов указываются в паспорте прибора, в нашем случае это 10 и 16 мм (3/8 и 5/8"). Следует отметить и особенности - поскольку потери тепла паразитные нам не нужны, теплоизоляцию трубопроводов необходимо предусматривать в более усиленном варианте - желательно каучуковая теплоизоляция толщиной стенок от 10 мм и выше. Это справедливо в первую очередь для трубопроводов размещенных снаружи здания, а использование усиленной теплоизоляции внутри здания нам необходимо в первую очередь для снижения уровня проникновения к строительным конструкциям вибраций, передающихся от компрессора наружного блока по трубопроводам. Следует в обязательном порядке использовать антивибрационные крепления трубопроводов и при поворотах/прохождении стен и перекрытий специальные глушащие вибрации вставки для исключения жесткого контакта трубопроводов и конструкций. Это также борьба с шумом и вибрациями, а также борьба за целостность фреонопроводов - при постоянной вибрации возможно перетирание стенок, потеря герметичности. Следует также отметить, что первоначальная заправка наружного блока фреоном (в состоянии заводской поставки) не требует доп.заправки, в случае когда протяженность фреонопровода не превышает 10 пог.м. Также, следует подразумевать что перепад высот между размещением наружного и внутреннего блока менее 5 м. не требует дополнительных маслоудерживающих петель и элементов фреонопроводов. Что также справедливо и для кондиционеров, и еще раз в этих вопросах подчеркивает схожесть требований по размещению и монтажу. Как уже было сказано выше следует на момент выбора места размещения наружного блока уделить внимание к деталям - от уровня земли до низа наружного блока минимум необходимо 500-700мм, в зоне размещения наружного блока (под ним) будет стекать конденсат, который необходимо куда-либо утилизировать - во всяком случае предусмотреть варианты борьбы с наледью под наружным блоком, недопущению ее нарастания до уровня размещения теплообменника наружного блока, что приведет к его выходу из строя.
В целом по личному опыту монтажа и запуска - монтаж и запуск не вызвали каких-либо технических проблем. Погружение в инструкцию по монтажу и проектированию следует делать до момента выбора прибора и подбора места его монтажа. У производителей требования отличаются, порой существенно. В процессе тестовой эксплуатации не выявлено моментов, которые привнесли пессимизма, наоборот - наш опыт эксплуатации на сегодня уже показал существенное снижение текущих затрат на отопление здания, более чем в 3 раза. Напомним, что есть опыт эксплуатации этого здания с отоплением на дизельном котле. На сегодняшний момент каждый из Вас может приехать к нам в офис и воочию посмотреть параметры работы прибора, проверить энергоэффективность и экономичность решения.
