Особенности систем отопление работающих с тепловым насосом

Отопление тепловым насосом. Особенности водогрейных систем

В наши дни, с ростом цен на энергоносители, многие люди хотят перевести свои дома на водяное отопление тепловым насосом. Часто спрашивают, можно ли тепловой насос врезать в существующую систему отопления. В данной статье попробуем дать ответ на этот вопрос.

Давайте рассмотрим самую распространенную систему отопления — водяную.

В примитивном представлении, любая водяная система отопления состоит из четырех элементов:

• источник тепла
• теплоноситель
• магистрали
• отопительный прибор.

Источником тепла может выступать газовый, дизельный, дровяной, угольный, пеллетный котел, или любой другой водяной нагреватель.

Теплоноситель

Теплоноситель — подготовленная вода, которая циркулирует по магистралям (трубам), и отдает тепло отопительным приборам . В качестве отопительного прибора могут выступать радиаторы, конвекторы, регистры, фанкойлы, теплые полы и тд.

Непосредственно отопительный прибор нагревает помещение. Принцип водяной системы отопления делает ее универсальной. Обычно заменив источник тепла, например, поменяв газовый котел на электрокотел, нет нужды менять теплоноситель, магистрали и отопительные приборы. Однако у каждой системы есть свои нюансы, о которых далее пойдет речь.

Чтобы внести больше ясности, давайте обратимся к некоторым моментам проектирования систем отопления.

Для того чтобы правильно спроектировать систему отопления, проектировщик считает теплопотери здания. В результате этого расчета для каждого помещения, получается цифра — количество тепла, которое необходимо подвести к отопительным приборам, в данном помещении (в час), для поддержания комфортной температуры в данном помещении (например 22 Град), при расчетной температуре на улице (пример для Киева -22). Предположим, теплопотери помещения составили 1,4 кВт (1400 Вт). Значит отопительный прибор/приборы, должны выдавать 1,4 кВт тепла + процент запаса (около 1600 Вт).

Мощность радиатора (количество тепла, которое он может выдать), зависит от его размеров и температурного графика. Температурный график — температура теплоносителя на подающей и обратной линии.

Обратимся к таблице по подбору стальных радиаторов KERMI.

Предположим, нас интересует радиатор высотой 600 мм (выше не позволяет высота подоконника). Находим в таблице столбец с радиаторами высотой 600 мм и ищем какой из этих радиаторов может выдавать 1600 Вт тепла. Находим радиатор высотой 600 мм, и шириной 500 мм. Такой радиатор может выдать 1607 Вт, при температурной графике 90/70. 90/70 значит, что температура в подающей магистрали системы отопления составляет 90 градусов, в обратной 70 градусов. 90 градусов — слишком высокая температура, хотя бы из-за того, что можно получить ожог, прикасаясь к такой трубе, поэтому реальный температурный график в нашей системе будет 70/55. Обращаясь к таблице, получаем цифру в 1014 Вт, что не удовлетворяет наши требования. То есть, один и тот же радиатор, при работе с более низким температурным графиком — выдает на 40% меньше тепла. Продолжая поиски, находим радиатор шириной 800 мм, который при температурном графике 70/55 выдает 1623 Вт, что нас вполне устраивает.

Разумеется, можно подобрать радиатор и на более низкий температурный график, например 50/40. Существуют специальные таблицы и формулы, которые позволяют это сделать. При этом, такой радиатор, для того чтобы выдать все те же 1600 Вт при температурном графике 50/40, должен иметь больше площадь теплообмена (больше размер). Вместо ширины 800 мм, его ширина при 50/40 должна быть 1200 мм, а значит и стоимость его будет выше. Проектируя классические системы отопления с источником тепла в виде обычного газового (не конденсационного) котла, не имеет смысла переплачивать за радиаторы за дорогие радиаторы больших размеров, поэтому, как правило, подбирают радиаторы на температурный график 70/50.

Температура теплоносителя в тепловом насосе до не выше 70 градусов

Тепловой насос обычно не может нагреть теплоноситель до температуры выше 65-70 градусов. Такое ограничение заложено в принципе работы теплового насоса и цикла Карно. Но даже в режиме нагрева теплоносителя, до температуры 65 градусов, тепловой насос потребляет больше энергии, чем в режиме нагрева теплоносителя до температуры 45 градусов, где-то на 20%. Поэтому, во избежание перерасхода электроэнергии, системы отопления на базе тепловых насосов, проектируются низкотемпературными. Это значит, что температурный график системы отопление жлеательно не должен превышать 45/35. Такой режим обогрева максимально энергоэффективен.

Теперь давайте, наш радиатор Kermi, тип 33, высотой 600 мм, шириной 800 мм, который выдает 1623 Вт при температурном графике 70/55, пересчитаем на режим использования с температурным графиком 45/35.

Для этого нам понадобится формула.

T = (t под + t обр )/2 — t пом

T — температурный напор — разница средней температуры теплоносителя и температуры отапливаемого помещения.

t под — температура подающей магистрали;

t обр — температура обратной магистрали;

t пом — температура помещения.

T 1 = (70+55)/2-22=40,5 C. — температурный напор при температурной графике 70/50;

T 2 = (45+35)/2-22=18 C. — температурный напор при температурной графике 45/35;

Теперь пересчитаем, сколько тепла выдаст наш радиатор при температурном графике 45/35.

Q = 1623(18/40,5) 1,3 = 568 Вт .

Видно, что при данном режиме работы, радиатор сможет выдавать только третью часть от требуемой мощности, что нас не устраивает.

Отопление тепловым насосом совместно с радиаторами предусматривает большой размер радиаторов

Продолжив расчет при актуальном для нас температурном графике 45/35, получаем радиатор высотой 600 мм и длиной 2300 мм. Радиатор меньшей ширины не способен при данном температурном графике выдавать требуемых 1600 Вт.

А теперь давайте представим себе размеры таких радиаторов.

В данном случае эффективное отопление скорее всего не будет гармонично вписываться в интерьер современного дома.

Поэтому, в случае отопления тепловым насосом нужно искать другие варианты отопительных приборов. Из предыдущих примеров и расчетов видно, что при уменьшении температуры теплоносителя, во избежание уменьшение теплоотдачи, необходимо увеличивать площадь теплообмена (размер отопительных приборов).

Отопление тепловым насосом в режиме отопления поверхностями

Идеальным вариантом в данном случае может быть отопление поверхностями . К данному виду отопления можно отнести теплые полы и теплые стены. Поскольку использование теплого пола не влияет на дизайн помещения, его можно использовать во всем помещении, что приведет к максимально большой поверхности теплообмена. А это, в свою очередь, приведет к максимальному уменьшению температуры в системе отопления.

Предположим, наше помещение имеет площадь 20 м кв. Используем специализированную программу REHAU для расчета системы “теплый пол”. В исходных данных был задан температурный график 45/35, труба диаметром 17 мм, с шагом укладки 10 см.. В результате имеет значение теплоотдачи от теплого пола 98 Вт с метра квадратного. В перерасчете на все помещение получим значение 1960 Вт (с 20 квадратных метров теплого пола). Итого у нас получается запас тепла 1960 — 1400 = 560 Вт.

В результате получаем систему, которая не портит вид помещения и позволяет тепловому насосу работать в максимально эффективном режиме, с максимальным СОР.

Разные температуры на улице

Расчетные параметры температурного графика 45/35, актуальны только для расчетной температуры на улице (для Киева -22). Такая температура бывает не каждый день. При температурах на улице — 10, теплопотери нашего помещения уменьшаются с 1400 Вт до 1018 Вт. (используем формулу перерасчета теплопотерь для другой температуры на улице Q 2 = (t пом — t улицы 2 ) (t пом — t улицы 1 ) Q1; ). Значит, при температуре на улице -10, нет нужды использовать температурный график 45/35. Будет достаточно подавать в систему отопления около 36 градусов, для того чтобы получить в помещении температуру воздуха +22. Уменьшение температуры теплоносителя приводит к еще большему увеличению СОР.

Давайте посмотрим реальный пример использования теплого пола и теплового насоса на объекте, расположенном под Киевом. Данные взяты с международного сервиса NIBE Uplink, который способен записывать все интересующие параметры системы в течении года. На данном графике выведены три параметра: температура наружного воздуха (тем. на. воз), расчетная температура подачи, комнатная температура.

Видно, что температура в 2017 опускалась ниже -10 несколько раз, при этом такие холода имели непродолжительный характер. При этом температура теплоносителя в теплом полу не превышала 45 градусов, в то время как в межсезонье (при незначительных холодах) она была на уровне около 35 градусов. Температура в помещении оставалась стабильной, на уровне 22-24 градуса, за исключением тех ситуаций, когда владелец дома отсутствовал и специально понижал температуру в доме.

Большинство современных тепловых насосов работают по погодозависимой автоматике. Такой режим предусматривает автоматическую корректировку температуры теплоносителя, в зависимости от температуры на улице.

Это значит:

1. Отопление тепловым насосом обеспечит комфортную температуру на протяжении всего отопительного периода.
2. Максимальное понижение температуры теплоносителя, что приводит к максимальному повышению СОР. А значит мы получаем эффективное отопление тепловым насосом.

Теплый пол

Теплый пол, как правило, монтируется под плитку. Поскольку плитка обладает хорошими теплопроводными свойствами, это позволяет максимально эффективно и равномерно распределять тепло по полу. Частый вопрос от владельцев домов: а что делать с паркетом или деревянным полом? Действительно дерево хуже проводит тепло, к тому же есть ограничения по максимальной температуре, которую может выдержать деревянное покрытие. Теплоотдача от такого пола может уменьшиться на 40%. Некоторые виды полов, непредназначенных для использования с теплыми полами, при нагревании могут менять свою форму. Но это не самая большая проблема, в сравнении с тем, что выделяемый в процессе нагревания клей, приносит вред здоровью.

Все это не делает применение теплого пола и деревянного покрытия невозможным, однако усложняет задачу в целом, и очень часто не дает возможности покрыть все теплопотери помещения, в котором установлен деревянный пол. Другими словами, такое применение чаще всего встречается не для того, чтобы нагреть помещение, а для того, чтобы повысить температуру пола для более комфортного пребывания человека. Подразумевается, что в таком помещении должен быть установлен обычный радиатор или конвектор.

Обозначения на напольных покрытиях

Если Вы хотите положить под паркет, систему теплый пол, необходимо искать паркет с маркировкой “пригодно для теплого пола”.

Но что если мы хотим максимально эффективную систему отопления, которая не предусматривает использование радиаторов из-за их больших размеров. В данном случае, можно использовать теплый пол под паркет, который хоть и не сможет самостоятельно отапливать помещение, но все же внесет как минимум 60 % от необходимой мощности на отопление. Это автоматически значит, что дополнительный радиатор, уже нет нужды подбирать на всю мощность (в нашем случае на 1600 Вт), а лишь на 640 Вт. Таким образом, получим радиатор KERMI высотой 600 мм и шириной 1000 мм. 1 м не такая уж большая длина в сравнении с 2,3 метра. Получим энергоэффективное отопление тепловым насосом с небольшим радиатором, и комфортным теплым полом.

Если же в качестве напольного покрытия Вы выбрали дерево, непригодное для применения с теплыми полами, есть возможность использовать стены в качестве обогреваемой поверхности. Такая система очень похожа на систему теплый пол, за исключением некоторых моментов.

Во-первых, под трубу не подкладывают утеплитель, так как подразумевается, что стена уже утеплена снаружи. Во-вторых, используют другой вид крепления трубы к стене.

Толщина штукатурки над трубой должна быть не более 30 мм, в то время как толщина стяжки над теплым полом должна быть не менее 30 мм.

Трубы

В качестве труб применяют либо трубы из сшитого полиэтилена меньшего диаметра, либо трубы армированные алюминием, для удобства монтажа.

С одного квадратного метра стены можно снять примерно такое же количество тепла, как и с одного квадратного метра пола. Комбинация системы теплая стена и теплового насоса дает возможность не только комфортно отапливать помещение, но и комфортно охлаждать его, что предоставляет системе тепло/холодная стена, огромное преимущество. Подробнее читайте в разделе пассивное охлаждение.

Таким образом мы пришли к тому, что применение теплых стен и теплых полов с температурным графиком 45/35, делает отопление дома более экономичным по сравнению с отоплением системы тепловой насос + радиаторы с температурным графиком 65/55. Но это не все преимущества отопления поверхностями.

Разница между радиаторами и полами.

1. Еще большая экономичность.

Применение теплых полов позволяет экономить не только за счет повышения СОР теплового насоса.

За счет повышенной лучистой составляющей системы напольного отопления, тепловой комфорт в режиме отопления ощущается при более низких температурах в помещении. Другими словами это означает, что, отапливая помещение теплыми полами, которые поддерживают температуру в помещении +20, человек ощущает такой же комфорт, который можно ощутить в помещении отапливаемом радиаторами до температуры -22 градуса. Поддерживая температуру воздуха в помещении на уровне 20 градусов, вместо 22, позволяет дополнительно сэкономить около 10% затрат на отопление в год.

За счет большего удельного веса лучистой составляющей, конвекция в системах “теплые полы” менее выражена, чем в системах радиаторного/конвекторного отопления, что приводит к уменьшению перемещения воздушных масс. А это, в свою очередь, приводит к уменьшению количества вредной для легких пыли, которая циркулирует в воздухе в классических системах отопления. Осушение воздуха осуществляется меньше, чем путем радиаторного отопления.

Медиками были выведены некоторые зависимости, связанные с распределением температур в помещении. Доказано, что идеальное распределение температур в помещении предусматривает, что более холодный воздух должен быть на уровне головы человека, в то время, когда ноги всегда должны быть в «тепле».

Вывод

Отопление тепловым насосом имеет ряд нюансов, которые следует учитывать при проектировании. Самый лучший вариант системы — отопление тепловым насосом совместно с теплыми полами/стенами.