Содержание
С. Шовкопляс
Экономичное отопление – вполне решаемый вопрос. Сейчас на рынке имеется достаточно широкое предложение эффективных технических решений. А можно ли инженерную инфраструктуру, сделанную для отопления в холодный период, задействовать и для охлаждения дома в жаркое время года? Этот вопрос решается с помощью комбинированных систем отопления / охлаждения с тепловыми насосами
Приобретая товар, услугу, изделие, потребитель рассчитывает на его основные потребительские качества (например, от системы отопления и ГВС – на выработку и подачу достаточного количества тепла), но, тем не менее, учитывает и его дополнительные свойства – value added, дополнительные функции, добавленную потребительную стоимость. Можно ли отопительную систему использовать в качестве климатической машины, работающей круглый год – и летом, и зимой? Можно ли ожидать от системы теплоснабжения еще и функции охлаждения? Насколько это реализуемо и выгодно? Об этом пойдет речь на примере решения, предлагаемого фирмой Buderus.
Комбинированная система отопления/охлаждения
Использование в качестве основного теплогенератора реверсивного теплового насоса (источника низкопотенциального тепла) совместно с системой отопления «теплый пол» или фэнкойлами (системы распределения низкопотенциального тепла) позволяет превратить отопительную систему в комбинированную нагревательно-охладительную климатическую машину для целого дома, максимально использующей возобновляемые источники природной энергии круглый год.
Немецкой компанией Buderus для обеспечения частного дома горячей водой и отоплением / охлаждением помещений разработана типовая схема такой комбинированной системы (см. рисунок), которая состоит из:
- основного источника тепло / холодоснабжения – теплового насоса «воздух-вода» LogathermWPL AR B с внутренним блоком со встроенным 3-ходовым клапаном и внешним блоком мощностью 17 кВт (поз. К.18);
- дополнительного источника тепла – настенного конденсационного котла Logamax plus GB172i мощностью 35 кВт (поз. К.1), буферного бака-накопителя Logalux P200 / 5W (поз. К.10) и гелиосистемы из 3-х плоских гелиоколлекторов SKN 4.0 (поз. К.5), а также бивалентного бака нагрева ГВС для теплового насоса (с увеличенной площадью теплообменника верхнего змеевика) Logalux SMH 400 (поз. К.7).
Этим проектом Buderus предусмотрено специальное решение для гидравлического соединения комбинированной схемы тепло- и холодоснабжения помещения.
Рис. Типовая схема комбинированной системы отопления / охлаждения от компании Buderus с использованием бивалентного теплового насоса "воздух-вода"
Таблица 1. Спецификация к схеме комбинированной системы отопления / охлаждения от компании Buderus
Основным (ведущим) источником энергии в этой схеме служит тепловой насос Logatherm WPL AR B «воздух-вода», который в зависимости от погодных условий работает в реверсивном режиме для тепло- или холодоснабжения дома. В данной модели буква «B» означает «бивалентный», то есть тепловой насос Logatherm WPL AR B предназначен для комбинированной системы теплоснабжения в сочетании с дополнительным источником тепла, таким как газовый котел. Дополнительным теплогенератором может также быть и твердотопливный котел с автоматической подачей топлива, а также электрический котел. Любой дополнительный источник предназначен для покрытия «пиковых» нагрузок в режиме работы теплового насоса на отопление. При этом обязательно нужно учесть, что максимальная мощность дополнительного (ведомого) котла не должна превышать 35 кВт. Тепловые насосы Logatherm WPL AR разработаны как для охлаждения с помощью конвекторов с вентиляторами (фэнкойлов), так и для пассивного охлаждения через системы отопления пола, стен или потолка.
Теплоноситель от теплового насоса поступает в буферный бак Logalux P200 / 5W (поз. К.8), который имеет специальную высокоэффективную теплоизоляцию и предназначен для хранения как теплой, так и холодной воды.
Буферный бак Logalux P200 / 5W обладает специальной высокоэффективной теплоизоляцией с высокой устойчивостью к диффузии водяного пара, позволяющей в жаркое время года накапливать в нем холодную воду с температурой +10 о . Эта теплоизоляция одновременно препятствует образованию конденсата на поверхности бака.
Особенности работы теплового насоса предполагают наличие минимального константного объема теплоносителя системы отопления. Этот неизменяемый минимально-необходимый объем можно обеспечить, применив также буферную емкость Buderus Logalux P50W объемом от 50 л.
Из буферного бака Logalux P200 / 5W тепло- или хладоноситель поступает в контуры тепло / холодоснабжения. Нагрев горячей воды происходит в бивалентном баке ГВС Logalux SMH 400 (поз. К.7) от теплового насоса по приоритету.
Если в момент запроса на нагрев горячей воды теплоноситель имеет температуру ниже необходимой для приготовления горячей воды, то сначала переключается трехходовой «разгонный» клапан (поз. К.20), и теплоноситель движется по «малому кругу», что позволяет мгновенно повысить его температуру до необходимого уровня для нагрева горячей воды. Этим же исключается возможность попадания хладоносителя в бак ГВС при работе теплового насоса в режиме охлаждения.
Трехходовой клапан для ГВС (поз. К.19) переключается только после достижения необходимого значения температуры теплоносителя для нагрева горячей воды. Для возврата в режим охлаждения после окончания процесса приготовления горячей воды теплоноситель также замыкается в «малом круге» с помощью переключающего «разгонного» клапана (поз. К.20). При снижении температуры наружного воздуха ниже заданного значения и / или при снижении мощности теплового насоса включается газовый конденсационный котел (поз. К.1). Нагретый теплоноситель от газового конденсационного котла проходит через встроенный трехходовой смесительный клапан теплового насоса. Таким образом, на выходе из теплового насоса достигается необходимая температура воды для системы отопления.
При достаточном уровне поступления солнечной энергии происходит дополнительный нагрев горячей воды в бивалентном баке ГВС Logalux SMH 400 EW теплом от гелиосистемы, состоящей из 3-х солнечных коллекторов Logasol SKN 4.0. В летний период солнечная установка может практически на 100% обеспечить дом горячей водой, при этом тепловой насос будет включаться очень редко (только в дождливые и пасмурные дни), что также позволит значительно сократить затраты на приготовление горячей воды летом.
Тепловой насос Logatherm WPL AR B разделен с конденсационным котлом (дополнительным источником тепла) с помощью гидравлической стрелки (поз. К.2). Он переводится в режим охлаждения в соответствии с программой «режима охлаждения», которую пользователь может самостоятельно запрограммировать, учитывая индивидуальные пожелания, а именно, в какой период времени летом тепловой насос должен обеспечивать дом холодом.
Как работает автоматика
Работа данной комбинированной схемы отопления / охлаждения организована на базе цифровой системы управления Buderus EMS Plus. Главный ее элемент – базовый модуль теплового насоса НС100А. Система регулирования обеспечивает погодозависимое управление системы отопления. Датчик температуры наружного воздуха подключается к плате базового модуля управления теплового насоса. Контуры отопления работают в двух режимах – отопления и холодоснабжения (охлаждения).
Для обеспечения работы газового котла в модулированном режиме применяется модуль МС 400. МС 400 соединяется с газовым конденсационным котлом Logamax plus GB172i по шине EMS Plus. Соединение модуля МС 400 с платой управления теплового насоса осуществляется через вход / выход 0-10 В. Таким образом, при снижении температуры наружного воздуха или для повышения тепловой мощности тепловой насос через сигнал 0-10 В выдает запрос на тепло к модулю МС 400, а по шине EMS Plus модуль МС 400 «передает информацию» котлу о том, сколько дополнительной энергии необходимо в данный момент.
В данной схеме гелиосистема нагревает воду только для ГВС. Управление гелиосистемой осуществляется функциональным модулем управления EMS Plus для гелиосистем – MS 100, который также подключается к главному регулятору теплового насоса НС 100А по шине EMS plus.
Гелиомодуль MS 100 обеспечивает управление частотным насосом гелиоконтура. В зависимости от интенсивности солнечного облучения и динамики роста температуры рабочей жидкости в гелиосистеме, которая измеряется датчиком гелиоколлектора, изменяется частота вращения насоса, тем самым обеспечивается оптимальная циркуляция жидкости в солнечном контуре и достигается наиболее эффективный режим работы гелиоустановки. Количество вырабатываемого тепла гелиосистемой может определяться в соответствии с алгоритмом предусмотренной в регуляторе программы (путем косвенных вычислений) или с помощью дополнительного теплового счетчика.
«Теплый пол» и фэнкойлы
Реализация системы отбора тепла в виде контура «теплого пола» и фэнкойлов позволяет использовать систему отопления в обратимом режиме – для охлаждения летом. Использование воды в качестве хладоносителя намного эффективнее, чем использование воздуха.
«Теплый пол» (в данном случае, летом – «холодный пол») к тому же охлаждает не только воздух в помещении, но и перегретые конструкции здания, которые затем служат неким аккумуятором холода, сглаживающим нестационарные температурные режимы. Данное решение – фэнкойлы и теплообменник на полу – из-за их «низкопотенциальной» особенности намного комфортнее, чем холодные струи от кондиционеров. Схема (см. рисунок) предусматривает подключение до 4-х независимых контуров.
Режим охлаждения для второго, третьего, четвертого контуров может быть задан при условии, что первый контур предусмотрен для режима охлаждения. Регулятор RC 100H имеет встроенный датчик комнатной температуры и датчик относительной влажности воздуха. Измеряя реальную температуру в помещении, RC 100H обеспечивает комфортные условия в доме как зимой, так и летом. Датчик относительной влажности контролирует, чтобы на стенах и на полу не образовывалась влага при работе теплового насоса в режиме охлаждения.
Однако следует помнить об особенностях работы всей системы для охлаждения. Принципиально возможны два различных режима работы:
- режим охлаждения выше температуры точки росы, например охлаждение с помощью системы отопления пола;
- режим охлаждения ниже температуры точки росы, например охлаждение с помощью фэнкойлов.
В режиме охлаждения температура поверхности системы отопления пола не должна опускаться ниже 20 °C. Чтобы обеспечить соблюдение критериев комфортности и избежать образования конденсированной влаги, необходимо учитывать граничные (предельные) значения температуры на поверхности пола.
Для контроля выпадения влаги (можно настроить нижний предел температуры вплоть до +5 °C) нужно устанавливать датчики температуры точки росы (до 5 штук) в критических местах, в которых может образовываться конденсат или, например, в подающий трубопровод системы отопления пола. Тогда можно предотвратить образование конденсата на полу даже при кратковременных колебаниях погодных условий. Датчики подают сигнал на отключение подачи теплоносителя (или теплового насоса) при образовании конденсата во избежание увлажнения конструкций здания и дискомфорта для обитателей.
Минимальная температура в подающем трубопроводе для охлаждения с помощью системы отопления пола и минимальная температура поверхности пола зависят от конкретных условий
микроклимата в помещении (температура воздуха и его относительная влажность). Следует учитывать эти факторы при проектировании. В частности, не рекомендовано применять охлаждение пола во влажных теплых помещениях, например в ванных комнатах и кухнях. Нужно предусмотреть отключение напольных контуров в них, когда тепловой насос работает в реверсивном режиме – на охлаждение.
Кроме того, для буферного бака-накопителя необходимо применять теплоизоляцию с высокой устойчивостью к диффузии водяного пара (что реализовано в модели Logalux P200/5W и других тепловых аккумуляторах этой серии с различным рабочим объемом).
При эксплуатации ниже температуры точки росы необходимо также полностью обеспечить теплоизоляцией с высокой устойчивостью к диффузии водяного пара все трубопроводы подключения. Выпадающий конденсат, например, в фэнкойлах, необходимо отводить в соответствии с действующими нормами.
Режим эксплуатации ниже точки росы, вообще говоря, технически возможен, но нежелателен для комбинированной системы отопления / охлаждения частного дома из соображений комфортности, его следует избегать.
Вопросы эффективности
В таблице 2 приведены характеристики теплового насоса «воздух-вода» Logatherm WPL AR B производства фирмы Buderus, показанного на схеме (рис. 1), однако эта серия имеет намного более широкий модельный ряд. По таблице 2 можно оценить мощность и эффективность тепло- и холодопроизводительности. Она достаточно высока.
Таблица 2. Тепловой насос WPL 17 AR, мощностные характеристики согласно EN 14511
*) отношение холодопроизводительности к количеству потребленной энергии называется холодильным коэффициентом, или EER
Следует отметить, что в качестве основного теплоагрегата для отопления / охлаждения можно использовать рассольно-водяные и водно-водяные тепловые насосы. Они могут быть энергоэффективнее, иметь более высокий COP и EER и лучшие показатели затратности. Однако применение именно воздушно-водяногонасоса значительно экономит общие затраты на реализацию проекта. В этом случае нет никаких особых требований к размерам земельного участка, не требуется финансовых вложений в проектирование и получение разного рода разрешений на рытье канав, бурение и тампонаж скважин и прочее, что в случае рассольно-водяных и водно-водяных тепловых насосов может быть сопоставимо по затратам с ценой самого теплового насоса. В некоторых случаях (особенно в районах старой застройки или из-за геологических особенностей местности) обустройство скважин и геотермальных полей вообще может оказаться невозможным.
Тем не менее, место размещения наружного блока (ODU W, поз. К.18, см. рис. 1) воздушно-водяного теплового насоса должно соответствовать требованиям, указанным в документации производителя по проектированию. Это в основном касается направленности выхода вентилятора и расстояния от стены, граничащей с жилой комнатой, а также обустройства основания для наружного блока и теплоизоляции связующих трубопроводов.
Обычно систему отопления выбирают и рассчитывают «по теплу». В таком случае – возможность использовать комбинированную системудля охлаждения – это опция, дополнительная функция. Поэтому нужно обязательно проверить, будет ли достаточно холодопроизводительности теплового насоса для покрытия потребности по охлаждению помещений дома в жаркое время года.
Однако, подобно тому, как для покрытия пиковых тепловых нагрузок в данной схеме (см. рисунок) имеется конденсационный настенный газовый котел Logamax plus GB172i), точно так же и для обеспечения всех потребностей для охлаждения в жаркое время года потребуется дополнительная техника (например, широко распространенные сплит-системы).
Вообще говоря, общая экономическая эффективность реализации каждого проекта очень сильно зависит от правильности и точности проектирования системы с учетом всех локальных особенностей, а также от факторов, которые не видны на схеме. Например: длина трубопроводов и количество теплоизолированных участков, стоимость прокладки всех инженерных коммуникаций системы, расположение компонентов системы в конкретном доме и прочее.
Корректное практическое сравнение экономической эффективности применения комбинированной системы для отопления / охлаждения и раздельных систем требует очень большого количества идентичных параметров – одинаковость строения, одинаковые отапливаемые и охлаждаемые помещения, одинаковые системы распределения тепла, система вентиляции, та же ориентация по сторонам света, размеры окон и тип стеклопакетов, даже просто расположение окружающих деревьев и местность в целом.
Тем не менее, согласно техническим характеристикам теплового насоса Buderus и на основании экспериментальных данных, полученных при анализе работы уже реализованных систем тепло- холодоснабжения в соответствии с данной схемой, снижение затрат на охлаждение дома может быть достигнуто в три и более раз.
Что ни говорите, а глобальное потепление дает о себе знать. В Финляндии автору статьи не так давно показали вполне современный, хорошо теплоизолированный дом, построенный всего десяток лет назад. И сообщили, что из всех затрат на энергию для этого дома примерно 15% расходуется на отопление и ГВС, еще пять – на все прочие инженерные системы, включая освещение, а 80% тратится… на охлаждение помещений летом обычными электрическими кондиционерами. В Финляндии. В стране Деда Мороза и белых ночей.
Согласитесь, что возможность снизить летний счет за дорожающую электроэнергию минимум втрое, причем за счет использования энергии солнца, воздуха и воды, к тому же путем эффективного круглогодичного использования… системы отопления и подготовки горячей воды, – весьма заманчиво, разумно и практично.
Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!
С. Шовкопляс
Экономичное отопление – вполне решаемый вопрос. Сейчас на рынке имеется достаточно широкое предложение эффективных технических решений. А можно ли инженерную инфраструктуру, сделанную для отопления в холодный период, задействовать и для охлаждения дома в жаркое время года? Этот вопрос решается с помощью комбинированных систем отопления / охлаждения с тепловыми насосами
Приобретая товар, услугу, изделие, потребитель рассчитывает на его основные потребительские качества (например, от системы отопления и ГВС – на выработку и подачу достаточного количества тепла), но, тем не менее, учитывает и его дополнительные свойства – value added, дополнительные функции, добавленную потребительную стоимость. Можно ли отопительную систему использовать в качестве климатической машины, работающей круглый год – и летом, и зимой? Можно ли ожидать от системы теплоснабжения еще и функции охлаждения? Насколько это реализуемо и выгодно? Об этом пойдет речь на примере решения, предлагаемого фирмой Buderus.
Комбинированная система отопления/охлаждения
Использование в качестве основного теплогенератора реверсивного теплового насоса (источника низкопотенциального тепла) совместно с системой отопления «теплый пол» или фэнкойлами (системы распределения низкопотенциального тепла) позволяет превратить отопительную систему в комбинированную нагревательно-охладительную климатическую машину для целого дома, максимально использующей возобновляемые источники природной энергии круглый год.
Немецкой компанией Buderus для обеспечения частного дома горячей водой и отоплением / охлаждением помещений разработана типовая схема такой комбинированной системы (см. рисунок), которая состоит из:
- основного источника тепло / холодоснабжения – теплового насоса «воздух-вода» LogathermWPL AR B с внутренним блоком со встроенным 3-ходовым клапаном и внешним блоком мощностью 17 кВт (поз. К.18);
- дополнительного источника тепла – настенного конденсационного котла Logamax plus GB172i мощностью 35 кВт (поз. К.1), буферного бака-накопителя Logalux P200 / 5W (поз. К.10) и гелиосистемы из 3-х плоских гелиоколлекторов SKN 4.0 (поз. К.5), а также бивалентного бака нагрева ГВС для теплового насоса (с увеличенной площадью теплообменника верхнего змеевика) Logalux SMH 400 (поз. К.7).
Этим проектом Buderus предусмотрено специальное решение для гидравлического соединения комбинированной схемы тепло- и холодоснабжения помещения.
Рис. Типовая схема комбинированной системы отопления / охлаждения от компании Buderus с использованием бивалентного теплового насоса "воздух-вода"
Таблица 1. Спецификация к схеме комбинированной системы отопления / охлаждения от компании Buderus
Основным (ведущим) источником энергии в этой схеме служит тепловой насос Logatherm WPL AR B «воздух-вода», который в зависимости от погодных условий работает в реверсивном режиме для тепло- или холодоснабжения дома. В данной модели буква «B» означает «бивалентный», то есть тепловой насос Logatherm WPL AR B предназначен для комбинированной системы теплоснабжения в сочетании с дополнительным источником тепла, таким как газовый котел. Дополнительным теплогенератором может также быть и твердотопливный котел с автоматической подачей топлива, а также электрический котел. Любой дополнительный источник предназначен для покрытия «пиковых» нагрузок в режиме работы теплового насоса на отопление. При этом обязательно нужно учесть, что максимальная мощность дополнительного (ведомого) котла не должна превышать 35 кВт. Тепловые насосы Logatherm WPL AR разработаны как для охлаждения с помощью конвекторов с вентиляторами (фэнкойлов), так и для пассивного охлаждения через системы отопления пола, стен или потолка.
Теплоноситель от теплового насоса поступает в буферный бак Logalux P200 / 5W (поз. К.8), который имеет специальную высокоэффективную теплоизоляцию и предназначен для хранения как теплой, так и холодной воды.
Буферный бак Logalux P200 / 5W обладает специальной высокоэффективной теплоизоляцией с высокой устойчивостью к диффузии водяного пара, позволяющей в жаркое время года накапливать в нем холодную воду с температурой +10 о . Эта теплоизоляция одновременно препятствует образованию конденсата на поверхности бака.
Особенности работы теплового насоса предполагают наличие минимального константного объема теплоносителя системы отопления. Этот неизменяемый минимально-необходимый объем можно обеспечить, применив также буферную емкость Buderus Logalux P50W объемом от 50 л.
Из буферного бака Logalux P200 / 5W тепло- или хладоноситель поступает в контуры тепло / холодоснабжения. Нагрев горячей воды происходит в бивалентном баке ГВС Logalux SMH 400 (поз. К.7) от теплового насоса по приоритету.
Если в момент запроса на нагрев горячей воды теплоноситель имеет температуру ниже необходимой для приготовления горячей воды, то сначала переключается трехходовой «разгонный» клапан (поз. К.20), и теплоноситель движется по «малому кругу», что позволяет мгновенно повысить его температуру до необходимого уровня для нагрева горячей воды. Этим же исключается возможность попадания хладоносителя в бак ГВС при работе теплового насоса в режиме охлаждения.
Трехходовой клапан для ГВС (поз. К.19) переключается только после достижения необходимого значения температуры теплоносителя для нагрева горячей воды. Для возврата в режим охлаждения после окончания процесса приготовления горячей воды теплоноситель также замыкается в «малом круге» с помощью переключающего «разгонного» клапана (поз. К.20). При снижении температуры наружного воздуха ниже заданного значения и / или при снижении мощности теплового насоса включается газовый конденсационный котел (поз. К.1). Нагретый теплоноситель от газового конденсационного котла проходит через встроенный трехходовой смесительный клапан теплового насоса. Таким образом, на выходе из теплового насоса достигается необходимая температура воды для системы отопления.
При достаточном уровне поступления солнечной энергии происходит дополнительный нагрев горячей воды в бивалентном баке ГВС Logalux SMH 400 EW теплом от гелиосистемы, состоящей из 3-х солнечных коллекторов Logasol SKN 4.0. В летний период солнечная установка может практически на 100% обеспечить дом горячей водой, при этом тепловой насос будет включаться очень редко (только в дождливые и пасмурные дни), что также позволит значительно сократить затраты на приготовление горячей воды летом.
Тепловой насос Logatherm WPL AR B разделен с конденсационным котлом (дополнительным источником тепла) с помощью гидравлической стрелки (поз. К.2). Он переводится в режим охлаждения в соответствии с программой «режима охлаждения», которую пользователь может самостоятельно запрограммировать, учитывая индивидуальные пожелания, а именно, в какой период времени летом тепловой насос должен обеспечивать дом холодом.
Как работает автоматика
Работа данной комбинированной схемы отопления / охлаждения организована на базе цифровой системы управления Buderus EMS Plus. Главный ее элемент – базовый модуль теплового насоса НС100А. Система регулирования обеспечивает погодозависимое управление системы отопления. Датчик температуры наружного воздуха подключается к плате базового модуля управления теплового насоса. Контуры отопления работают в двух режимах – отопления и холодоснабжения (охлаждения).
Для обеспечения работы газового котла в модулированном режиме применяется модуль МС 400. МС 400 соединяется с газовым конденсационным котлом Logamax plus GB172i по шине EMS Plus. Соединение модуля МС 400 с платой управления теплового насоса осуществляется через вход / выход 0-10 В. Таким образом, при снижении температуры наружного воздуха или для повышения тепловой мощности тепловой насос через сигнал 0-10 В выдает запрос на тепло к модулю МС 400, а по шине EMS Plus модуль МС 400 «передает информацию» котлу о том, сколько дополнительной энергии необходимо в данный момент.
В данной схеме гелиосистема нагревает воду только для ГВС. Управление гелиосистемой осуществляется функциональным модулем управления EMS Plus для гелиосистем – MS 100, который также подключается к главному регулятору теплового насоса НС 100А по шине EMS plus.
Гелиомодуль MS 100 обеспечивает управление частотным насосом гелиоконтура. В зависимости от интенсивности солнечного облучения и динамики роста температуры рабочей жидкости в гелиосистеме, которая измеряется датчиком гелиоколлектора, изменяется частота вращения насоса, тем самым обеспечивается оптимальная циркуляция жидкости в солнечном контуре и достигается наиболее эффективный режим работы гелиоустановки. Количество вырабатываемого тепла гелиосистемой может определяться в соответствии с алгоритмом предусмотренной в регуляторе программы (путем косвенных вычислений) или с помощью дополнительного теплового счетчика.
«Теплый пол» и фэнкойлы
Реализация системы отбора тепла в виде контура «теплого пола» и фэнкойлов позволяет использовать систему отопления в обратимом режиме – для охлаждения летом. Использование воды в качестве хладоносителя намного эффективнее, чем использование воздуха.
«Теплый пол» (в данном случае, летом – «холодный пол») к тому же охлаждает не только воздух в помещении, но и перегретые конструкции здания, которые затем служат неким аккумуятором холода, сглаживающим нестационарные температурные режимы. Данное решение – фэнкойлы и теплообменник на полу – из-за их «низкопотенциальной» особенности намного комфортнее, чем холодные струи от кондиционеров. Схема (см. рисунок) предусматривает подключение до 4-х независимых контуров.
Режим охлаждения для второго, третьего, четвертого контуров может быть задан при условии, что первый контур предусмотрен для режима охлаждения. Регулятор RC 100H имеет встроенный датчик комнатной температуры и датчик относительной влажности воздуха. Измеряя реальную температуру в помещении, RC 100H обеспечивает комфортные условия в доме как зимой, так и летом. Датчик относительной влажности контролирует, чтобы на стенах и на полу не образовывалась влага при работе теплового насоса в режиме охлаждения.
Однако следует помнить об особенностях работы всей системы для охлаждения. Принципиально возможны два различных режима работы:
- режим охлаждения выше температуры точки росы, например охлаждение с помощью системы отопления пола;
- режим охлаждения ниже температуры точки росы, например охлаждение с помощью фэнкойлов.
В режиме охлаждения температура поверхности системы отопления пола не должна опускаться ниже 20 °C. Чтобы обеспечить соблюдение критериев комфортности и избежать образования конденсированной влаги, необходимо учитывать граничные (предельные) значения температуры на поверхности пола.
Для контроля выпадения влаги (можно настроить нижний предел температуры вплоть до +5 °C) нужно устанавливать датчики температуры точки росы (до 5 штук) в критических местах, в которых может образовываться конденсат или, например, в подающий трубопровод системы отопления пола. Тогда можно предотвратить образование конденсата на полу даже при кратковременных колебаниях погодных условий. Датчики подают сигнал на отключение подачи теплоносителя (или теплового насоса) при образовании конденсата во избежание увлажнения конструкций здания и дискомфорта для обитателей.
Минимальная температура в подающем трубопроводе для охлаждения с помощью системы отопления пола и минимальная температура поверхности пола зависят от конкретных условий
микроклимата в помещении (температура воздуха и его относительная влажность). Следует учитывать эти факторы при проектировании. В частности, не рекомендовано применять охлаждение пола во влажных теплых помещениях, например в ванных комнатах и кухнях. Нужно предусмотреть отключение напольных контуров в них, когда тепловой насос работает в реверсивном режиме – на охлаждение.
Кроме того, для буферного бака-накопителя необходимо применять теплоизоляцию с высокой устойчивостью к диффузии водяного пара (что реализовано в модели Logalux P200/5W и других тепловых аккумуляторах этой серии с различным рабочим объемом).
При эксплуатации ниже температуры точки росы необходимо также полностью обеспечить теплоизоляцией с высокой устойчивостью к диффузии водяного пара все трубопроводы подключения. Выпадающий конденсат, например, в фэнкойлах, необходимо отводить в соответствии с действующими нормами.
Режим эксплуатации ниже точки росы, вообще говоря, технически возможен, но нежелателен для комбинированной системы отопления / охлаждения частного дома из соображений комфортности, его следует избегать.
Вопросы эффективности
В таблице 2 приведены характеристики теплового насоса «воздух-вода» Logatherm WPL AR B производства фирмы Buderus, показанного на схеме (рис. 1), однако эта серия имеет намного более широкий модельный ряд. По таблице 2 можно оценить мощность и эффективность тепло- и холодопроизводительности. Она достаточно высока.
Таблица 2. Тепловой насос WPL 17 AR, мощностные характеристики согласно EN 14511
*) отношение холодопроизводительности к количеству потребленной энергии называется холодильным коэффициентом, или EER
Следует отметить, что в качестве основного теплоагрегата для отопления / охлаждения можно использовать рассольно-водяные и водно-водяные тепловые насосы. Они могут быть энергоэффективнее, иметь более высокий COP и EER и лучшие показатели затратности. Однако применение именно воздушно-водяногонасоса значительно экономит общие затраты на реализацию проекта. В этом случае нет никаких особых требований к размерам земельного участка, не требуется финансовых вложений в проектирование и получение разного рода разрешений на рытье канав, бурение и тампонаж скважин и прочее, что в случае рассольно-водяных и водно-водяных тепловых насосов может быть сопоставимо по затратам с ценой самого теплового насоса. В некоторых случаях (особенно в районах старой застройки или из-за геологических особенностей местности) обустройство скважин и геотермальных полей вообще может оказаться невозможным.
Тем не менее, место размещения наружного блока (ODU W, поз. К.18, см. рис. 1) воздушно-водяного теплового насоса должно соответствовать требованиям, указанным в документации производителя по проектированию. Это в основном касается направленности выхода вентилятора и расстояния от стены, граничащей с жилой комнатой, а также обустройства основания для наружного блока и теплоизоляции связующих трубопроводов.
Обычно систему отопления выбирают и рассчитывают «по теплу». В таком случае – возможность использовать комбинированную системудля охлаждения – это опция, дополнительная функция. Поэтому нужно обязательно проверить, будет ли достаточно холодопроизводительности теплового насоса для покрытия потребности по охлаждению помещений дома в жаркое время года.
Однако, подобно тому, как для покрытия пиковых тепловых нагрузок в данной схеме (см. рисунок) имеется конденсационный настенный газовый котел Logamax plus GB172i), точно так же и для обеспечения всех потребностей для охлаждения в жаркое время года потребуется дополнительная техника (например, широко распространенные сплит-системы).
Вообще говоря, общая экономическая эффективность реализации каждого проекта очень сильно зависит от правильности и точности проектирования системы с учетом всех локальных особенностей, а также от факторов, которые не видны на схеме. Например: длина трубопроводов и количество теплоизолированных участков, стоимость прокладки всех инженерных коммуникаций системы, расположение компонентов системы в конкретном доме и прочее.
Корректное практическое сравнение экономической эффективности применения комбинированной системы для отопления / охлаждения и раздельных систем требует очень большого количества идентичных параметров – одинаковость строения, одинаковые отапливаемые и охлаждаемые помещения, одинаковые системы распределения тепла, система вентиляции, та же ориентация по сторонам света, размеры окон и тип стеклопакетов, даже просто расположение окружающих деревьев и местность в целом.
Тем не менее, согласно техническим характеристикам теплового насоса Buderus и на основании экспериментальных данных, полученных при анализе работы уже реализованных систем тепло- холодоснабжения в соответствии с данной схемой, снижение затрат на охлаждение дома может быть достигнуто в три и более раз.
Что ни говорите, а глобальное потепление дает о себе знать. В Финляндии автору статьи не так давно показали вполне современный, хорошо теплоизолированный дом, построенный всего десяток лет назад. И сообщили, что из всех затрат на энергию для этого дома примерно 15% расходуется на отопление и ГВС, еще пять – на все прочие инженерные системы, включая освещение, а 80% тратится… на охлаждение помещений летом обычными электрическими кондиционерами. В Финляндии. В стране Деда Мороза и белых ночей.
Согласитесь, что возможность снизить летний счет за дорожающую электроэнергию минимум втрое, причем за счет использования энергии солнца, воздуха и воды, к тому же путем эффективного круглогодичного использования… системы отопления и подготовки горячей воды, – весьма заманчиво, разумно и практично.
Больше важных статей и новостей в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь!
Системы охлаждения и отопления: устройство, проверка и основные неполадки
Система охлаждения двигателя, наряду с системами питания и смазки, является одной из важнейших в двигателях внутреннего сгорания, поэтому знать ее устройство и уметь выполнять основные проверки и мелкий ремонт должен каждый автолюбитель.
Несмотря на кажущуюся простоту и безопасность системы охлаждения, первое, что нужно соблюдать при любых работах с нею, – это осторожность. Радиатор, который установлен перед двигателем, служит для охлаждения последнего путем отбирания тепла у охлаждающей жидкости, проходящей через него. Охлаждающая жидкость, циркулирующая в системе, отбирает теплоту у горячих частей двигателя, переносит ее к радиатору и охлаждается там воздухом, обдувающим его при движении автомобиля. Когда вы выключаете горячий двигатель, охлаждающая жидкость по-прежнему отбирает у него тепло. Но последнее не переносится в радиатор, потому что жидкость больше не циркулирует в системе (насос не работает). В результате температура жидкости быстро увеличивается. Именно поэтому никогда не открывайте пробку радиатора при горячем двигателе! "Ну и что она мне сделает, – скажете вы, – она ведь внутри радиатора." Но все дело в том, что жидкость в нем не только очень горячая, но и находится под давлением. И если вы откроете пробку, струя жидкости хлынет из-под нее, и вы получите ожоги. И знайте, что будут они раз в десять больнее, чем ожоги от пламени! В пробке радиатора современных автомобилей есть предохранительный клапан (по сути их два), снижающий давление до допустимых пределов (иначе отдельные части системы могло бы запросто разорвать), но все же остаточное давление присутствует в ней почти всегда. Для проверки давления в системе охлаждения иногда используют тестер, представляющий собой насос с манометром. С помощью него, правда, удобнее находить утечки, чем измерять давление, – подобные приборы имеют низкую точность и, кроме того, протекают. Повышенное давление в системе нужно для того, чтобы повысить точку кипения жидкости: чем выше давление, тем при большей температуре закипит жидкость. В разных двигателях это давление различно. Когда вода закипает, в ней образуются пузырьки воздуха, которые вызывают дальнейшее повышение давления, излишек которого должен быть удален. Это и выполняет клапан в пробке радиатора. Клапан обычно тарирован на определенное давление, которое выштамповано на пробке. Если по каким-либо причинам клапан не удерживает давление на заданном уровне, температура кипения жидкости понижается до обычной (т.е. если в систему залита вода, то она закипит, как и положено, при примерно +100 градусах Цельсия). Поэтому нужно периодически проверять работоспособность клапанов пробки радиатора. Работа системы охлаждения основана на циркуляции охлаждающей жидкости, и агрегатом, обеспечивающим ее, является насос (у нас его почему-то упорно называют помпой; видимо, от английского перевода этого слова: "pump"). Он засасывает жидкость и нагнетает ее в водяную рубашку двигателя. Жидкость перемещается снизу вверх и через шланг поступает в радиатор, где охлаждается и, снова поднимаясь вверх, охлаждает двигатель. В некоторых двигателях система охлаждения работает несколько иначе. В системе охлаждения имеется устройство, ограничивающее циркуляцию жидкости до достижения двигателем рабочей температуры. Это устройство называется термостатом. Он устанавливается обычно на пути жидкости к радиатору и закрывает или открывает этот путь в зависимости от ее температуры. Внутри термостата имеется термоэлемент, который при нагревании расширяется и открывает клапан, перекрывающий поток жидкости. Термостат также поддерживает определенное остаточное давление в насосе, что предотвращает подсос воздуха извне (такое явление вы можете наблюдать, например, при резком трогании с места моторной лодки: за гребным винтом образуется воздушная впадина). Воздух в системе охлаждения вреден, поскольку плохо проводит тепло, к тому же он может вызвать локальный перегрев прокладки головки цилиндров, в области которой как раз наиболее вероятно возникновение этого явления. Поскольку элементы системы охлаждения постоянно испытывают переменные тепловые нагрузки, нужно своевременно заменять шланги и ремень привода вентилятора, не дожидаясь, пока они потрескаются или порвутся. Тем более, что своевременно проверить эти элементы не составляет никакого труда. Система охлаждения не терпит наплевательского отношения к себе, поэтому куда дешевле своевременно проверить ее, чем потом иметь гораздо большие неприятности. Чаще всего результатом такого пренебрежения является вышедший из строя вследствие перегрева двигатель. Из-за перегрева коробится и растрескивается металл, повреждаются резиновые элементы, прокладки и многие другие детали. Мы несколько раз упоминали "охлаждающую жидкость". Но что это такое? Вода? Да, наши автолюбители чаще всего, не мудрствуя лукаво, просто заливают воду. Бесплатно и просто! Но если в систему охлаждения залита только вода, элементы системы подвергаются коррозии. Поэтому в воду необходимо добавлять антикоррозийную присадку. Обычно в качестве нее используют этиленгликоль, который не только эффективно защищает от коррозии, но и понижает точку замерзания воды (что особенно ценно зимой) и повышает точку ее кипения. На емкости с этиленгликолем обычно указываются пропорции смеси для достижения ее определенной морозоустойчивости. В систему можно заливать и чистый препарат (без воды), но это обойдется вам недешево. Этиленгликоль также иногда называют антифризом (дословный перевод – "антизамерзающий") и низкозамерзающей охлаждающей жидкостью (НОЖ). Он имеет зеленый цвет. В нашей стране большее распространение получил тосол (жидкость голубого цвета), который дешевле. В любом случае заливайте в систему охлаждения только чистую (желательно дистиллированную) воду. Не совсем чистая или "жесткая" вода не только снижает действие антифриза, но и приводит к образованию отложений в элементах системы и, как следствие, к ухудшению эффективности их работы и даже выходу из строя.
| Емкость системы охлаждения |
Количество антифриза, необходимое для достижения морозоустойчивости до |
||
| -9 град. C | -12 град. C | -18 град. C. | |
| 3 л | 600 мл | 750 мл | 1000 мл. |
| 4 л | 800 мл | 1000 мл | 1333 мл. |
| 5 л | 1000 мл | 1250 мл | 1666 мл. |
| 6 л | 1200 мл | 1500 мл | 2000 мл. |
| 7 л | 1400 мл | 1750 мл | 2333 мл. |
| 8 л | 1600 мл | 2000 мл | 2666 мл. |
| 9 л | 1800 мл | 2250 мл | 3000 мл. |
| 10 л | 2000 мл | 2500 мл | 3333 мл. |
| 11 л | 2200 мл | 2750 мл | 3666 мл. |
| 13 л | 2600 мл | 3250 мл | 4333 мл. |
| 17 л | 3400 мл | 4250 мл | 5666 мл. |
| 19 л | 3800 мл. | 4750 мл | 6333 мл |
| 21 л | 4200 мл | 5250 мл | 7000 мл. |
Но, кроме радиатора и термостата, в системе охлаждения имеются и другие элементы. В частности, во многих автомобилях есть перепускной шланг, идущий от входной части насоса к задней части головки блока цилиндров. Данный шланг позволяет жидкости циркулировать при закрытом термостате и уменьшает образование воздушных пробок. Жидкость от этого шланга также омывает радиатор отопителя ("печку"), и нагретый от горячей жидкости воздух используется для обогрева салона. В разных двигателях данный шланг может быть установлен в различных местах, а жидкость, попадающая по нему в радиатор отопителя, может не только проходить через него, но и "запираться" в нем. Последнее нужно для того, чтобы при необходимости получать тепло прямо от жидкости, нагретой в головке цилиндров, не дожидаясь прогрева всего двигателя. От перепускного шланга отходят еще несколько шлангов, идущих к угольному фильтру или корпусу дроссельной заслонки. Они нужны для нагрева этих узлов, что предотвращает каплеобразование топлива, когда оно находится в холодном состоянии (как и капли воды на ветровом стекле, на стенках холодного карбюратора образуются капли топлива). На некоторых карбюраторах также имеется перепускной канал для охлаждающей жидкости для обеспечения нормальной работы автоматического пускового устройства. Но, несмотря на возможное обилие шлангов в системе охлаждения вашего двигателя, не пугайтесь. Определить работоспособность системы в действительности несложно. Для этого запустите двигатель и приложите руку к входному (верхнему) и выходному (нижнему) шлангам радиатора или отопителя салона. При исправной системе они должны постепенно нагреваться. В автомобилях, работающих на сжиженном газе, можно увидеть шланги, идущие к газовому регулятору. Они служат для предотвращения его замерзания при проходе газа через регулятор. На некоторых машинах отопитель имеет кран, регулирующий поток охлаждающей жидкости. Если в вашей машине он есть, также проверьте его работу – регулирует ли он поток жидкости во всем диапазоне (кран может заклинивать). Такой кран устанавливается на входном патрубке отопителя. На многих современных автомобилях вы можете увидеть "бутылку", расположенную на пути к радиатору. Это перепускная емкость, работающая совместно с клапанами пробки радиатора. В нее сливается избыток жидкости из пробки при возникновении избыточного давления в системе. Когда охлаждающая жидкость нагревается, ее избыток переливается в "бутылку", а когда охлаждается – сливается из нее в радиатор. Такая система не допускает проникновения воздуха в радиатор и систему охлаждения. Разрежение, необходимое для восстановления нормального давления в системе, получается благодаря вакуумному клапану в пробке радиатора. Если он по каким-либо причинам неисправен, избыточное разрежение может привести к "втягиванию" шлангов изнутри. Поэтому в таком случае незамедлительно замените его. Как и термостат, это недорогая вещь, но поможет вам сберечь куда большую сумму на ремонт двигателя. У разных радиаторов пробки имеют различную конструкцию. Поэтому при покупке убедитесь, что покупаемая пробка такая же, как и на вашем радиаторе, а также тарирована на те же величины давления (разрежения). На "открытых" пробках имеется только один уплотнитель в центре, а на "закрытых", работающих совместно с "бутылкой", кроме того имеется уплотнительное кольцо под центральной частью. Чтобы сделать из "открытой" пробки "закрытую", подсоедините шланг одним концом к перепускному клапану, а вторым – к "бутылке", затем установите "закрытую" пробку радиатора, тарированную на то же давление, что и оригинальная. Нажмите на шланг вверху "бутылки", чтобы жидкость перелилась в нее и выдавилась назад с нижней ее части. Вы будете удивлены тем, как много ее затекает в "бутылку" при горячем двигателе. Что делать, если вы довели систему охлаждения до кипения жидкости? Не сомневаемся, что вы всегда следили за системой, но на этот раз недосмотрели. Что теперь делать? Прежде всего оставьте охлаждающую жидкость остывать в течение примерно 15 минут. Затем осторожно снимите пробку радиатора: слегка поверните ее до возникновения шипения, выждите, пока оно исчезнет (т.е. спадет давление), после этого поверните ее далее, снова выпустите давление, затем полностью отверните и снимите пробку. Запустите двигатель и медленно заливайте воду в радиатор. Если при этом вырывается пар, подождите секунду, а затем продолжите. Если услышите бульканье, быстро отойдите назад, поскольку горячая вода может выплеснуться наружу. Иногда двигатель бывает разогрет настолько, что вода закипает при одном только соприкосновении с ним, и капли отлетают, как от раскаленного утюга. Продолжайте заливать воду, пока не наполните радиатор. После этого проверьте отсутствие утечек. Если утечка обнаружена, попытайтесь устранить ее, а если это невозможно, продолжите движение с установленной пробкой (хотя давление в системе больше не будет сохраняться) до ближайшей автомастерской или СТО. Если ехать нужно достаточно далеко или утечка велика, периодически останавливайтесь, проверяйте уровень жидкости и доливайте воду, поскольку насос быстро выкачает ее из системы. Если утечки нет, а двигатель все равно перегревается, то, возможно, затруднена циркуляция жидкости или плохо обдувается радиатор. Проверьте ремень привода вентилятора. Попробуйте снять термостат, а если у вас нет инструментов, медленно доедьте до ближайшей автомастерской, включив отопитель и вентилятор на полную мощность. Свежий воздух немного охладит отопитель, а заодно и жидкость в системе, т.к. по сути он является небольшим радиатором. Если двигатель перегрелся при стоянке (например, в "пробке"), посмотрите, может, сердцевина радиатора зажата между его ребрами. Проверьте также, работает ли вентилятор. В случае электрического вентилятора (а именно они в подавляющем большинстве устанавливаются на современных автомобилях) для его включения используется термовключатель (обычно он ввернут сбоку в радиатор). При замыкании контактов в его разъеме вентилятор должен включаться. Если это так, замените термовключатель. Если вентилятор не работает, проверьте соответствующие предохранитель и реле. На автомобилях с системой кондиционирования воздуха имеется дополнительный вентилятор, который работает одновременно с основным все время, пока она включена, охлаждая конденсатор системы. Если вентилятор не работает, включите кондиционер на минимальное охлаждение и проверьте работу вентилятора. Кондиционер включен в обход термовключателя, поэтому оба вентилятора будут вращаться. Радиатор подвергается наружной коррозии, и если не принять мер, он через некоторое время весь проржавеет. Его решетка перестает составлять единое целое, и радиатор теряет свои охлаждающие качества. Поэтому периодически также проверяйте переднюю часть радиатора на отсутствие следов коррозии. Если радиатор сильно проржавел, замените его немедля, если не хотите в скором времени ремонтировать или менять двигатель. Если радиатор разорвется в каком-нибудь месте, охлаждающая жидкость будет быстро выкачана из системы, но указатель ее температуры на панели приборов не покажет перегрева только потому, что жидкости в системе нет! Через некоторое время двигатель накалится до такой степени, что просто развалится на куски. Трубки для охлаждающей жидкости, идущие от верхнего резервуара радиатора к нижнему могут засориться, и тогда в этих местах радиатора останутся холодные области. Если это случилось у вас в дальней поездке, вы можете прочистить некоторые из них следующим способом. Данный метод подходит лишь для "классических" радиаторов, в которых есть доступ к верхней части трубок. Если у вас автомобиль с автоматической КПП, вы можете вынуть масломерный щуп из коробки (он имеет почти такую же толщину, как и трубки), а если нет, то найти подходящий металлический стержень, и, проталкивая его в засорившуюся трубку, попытаться выдавить накипь. Не применяйте силу, иначе можете сломать или пробить трубку! Правда, таким способом вы сможете очистить только те трубки, к которым есть доступ. Еще один совет, касающийся отопителя салона. Если отопитель не работает, проверьте отсутствие утечки свежего воздуха из блока отопителя, а также систему управления заслонками (управляющие тросы могут перекрутиться, особенно если заклинил кран управления температурой обогрева). Проверьте шланги отопителя при его работе на полной нагрузке (оба шланга должны быть горячими). Надеемся, что приведенная информация помогла вам лучше понять работу систем охлаждения и отопления и научила внимательнее относится к своему автомобилю.
Леонид Положевец,
"Автобизнес – Weekly"
