Особливості систем опалення що працюють з тепловим насосом

Опалення тепловим насосом. Особливості водогрійних систем

У наші дні, з ростом цін на енергоносії, багато людей хочуть перевести свої будинки на водяне опалення тепловим насосом. Багато людей запитують, чи можна тепловий насос врізати в існуючу систему опалення. У даній статті спробуємо дати відповідь на це питання.

Давайте розглянемо найпоширенішу систему опалення – водяну.

У примітивному уявленні, будь-яка водяна система опалення складається з чотирьох елементів:
• джерело тепла
• теплоносій
• магістралі
• опалювальний прилад.

Джерелом тепла може бути газовий, дизельний, дров’яний, вугільний, пелетний котел, або будь-який інший водяний нагрівач.

Теплоносій

Теплоносій – підготовлена ​​вода, яка циркулює по магістралях (трубах), і віддає тепло опалювальним приладам. В якості опалювальних приладів можуть бути радіатори, конвектори, регістри, фанкойли, теплі підлоги і тд.

Безпосередньо опалювальний прилад нагріває приміщення. Принцип водяної системи опалення робить її універсальною. Зазвичай замінивши джерело тепла, наприклад помінявши, газовий котел на електрокотел, немає потреби змінювати теплоносій, магістралі та опалювальні прилади. Однак у кожної системи є свої нюанси, про які далі піде мова.

Щоб внести більше ясності давайте звернемося до деяких моментів проектування систем опалення.

Для того щоб правильно спроектувати систему опалення, проектувальник рахує тепловтрати будівлі. В результаті цього розрахунку для кожного приміщення, виходить цифра – кількість тепла, яке необхідно підвести до опалювальних приладів, в даному приміщенні (за годину), для підтримки комфортної температури в даному приміщенні (наприклад +22 градуси), при розрахунковій температурі на вулиці (приклад для Києва -22). Припустимо тепловтрати приміщення склали 1,4 кВт (Потужність 1400 Вт). Значить опалювальний прилад / прилади, повинні видавати 1,4 кВт тепла + певний відсоток запасу (загалом, близько 1600 Вт).
Потужність радіатора (кількість тепла, яку він може видати), залежить від його розмірів і температурного графіку.

Температурний графік – температури теплоносія на прямому та зворотньому трубопроводах.

Звернемося до таблиці по підбору сталевих радіаторів KERMI.

Припустимо нас цікавить радіатор висотою 600 мм (вище не дозволяє висота підвіконня). Знаходимо в таблиці стовпець з радіаторами висотою 600 мм і шукаємо який з цих радіаторів може видавати 1600 Вт тепла. Знаходимо радіатор висотою 600 мм, і шириною 500 мм. Такий радіатор може видати 1607 Вт, при температурному графіку 90/70. 90/70 означає, що температура в подаючому трубопроводі системи опалення становить 90 градусів, у зворотньому 70 градусів. 90 градусів – надто висока температура, хоча б через те що можна отримати опік торкаючись до такої труби, тому реальний температурний графік в нашій системі буде 70/55. Звертаючись до таблиці отримуємо цифру в 1014 Вт, що не задовольняє наші вимоги. Тобто один і той же радіатор, при роботі з більш низьким температурним графіком – видає на 40% менше тепла. Продовжуючи пошуки, знаходимо радіатор шириною 800 мм, який при температурному графіку 70/55 видає один тисяча шістсот двадцять три Вт, що нас цілком влаштовує.

потужність радіатора KERMI

 

Зрозуміло можна підібрати радіатор і на більш низький температурний графік, наприклад 50/40. Існують спеціальні таблиці і формули які дозволяють це зробити. При цьому, такий радіатор, для того щоб видати всі ті ж 1600 Вт при температурному графіку 50/40, повинен мати більшу площу теплообміну (більше розмір). Замість ширини 800 мм, його ширина при 50/40 повинна бути 1200 мм, а значить і вартість його буде вищою. Проектуючи класичні системи опалення з джерелом тепла у вигляді звичайного газового (НЕ конденсаційного) котла, не має сенсу переплачувати за дорогі радіатори великих розмірів, тому як правило підбирають радіатори на температурний графік 70/50.

Температура теплоносія в тепловому насосі не вище 70 градусів

Тепловий насос, зазвичай не може нагріти теплоносій до температури вище 65-70 градусів. Таке обмеження закладено в принципі роботи теплового насоса і циклу Карно. Але навіть в режимі нагріву теплоносія, до температури 65 градусів, тепловий насос споживає більше енергії ніж в режимі нагріву теплоносія до температури 45 градусів, десь на 20%. Тому, щоб уникнути перевитрати електроенергії, системи опалення на базі теплових насосів, проектуються низькотемпературними. Це означає, що температурний графік системи опалення, бажано, не повинен перевищувати 45/35. Такий режим обігріву максимально енергоефективний.

Тепер давайте, наш радіатор Kermi, 33-го типу, висотою 600 мм, шириною 800 мм, який видає 1 623 Вт при температурному графіку 70/55, перерахуємо на режим використання з температурним графіком 45/35.

Для цього нам знадобиться формула.

T = (tпод + tзво) / 2 – tпр
T – температурний напір – різниця середньої температури теплоносія і температури опалювального приміщення.
tпод- температура подачі;
tзво- температура зворотної магістралі;
tпр- температура приміщення.

T1 = (70 + 55) / 2-22 = 40,5 C. – температурний напір при температурній графіку 70/50;
T2 = (45 + 35) / 2-22 = 18 C. – температурний напір при температурній графіку 45/35;

Тепер перерахуємо, скільки тепла видасть наш радіатор при температурному графіку 45/35.
Q = 1623 (18 / 40,5) 1,3 = 568 Вт

 

Видно, що при даному режимі роботи, радіатор зможе видавати тільки третю частину від необхідної потужності, що нас не влаштовує.

Опалення тепловим насосом спільно з радіаторами передбачає великий розмір радіаторів

Продовживши розрахунок при актуальному для нас температурному графіку 45/35, отримуємо радіатор висотою 600 мм і довжиною 2300 мм. Радіатор меншою ширини не здатний, при даному температурному графіку, видавати бажаних 1600 Вт.

А тепер давайте уявимо собі розміри таких радіаторів.

опалення тепловим насосом

В даному випадку ефективне опалення швидше за все не буде гармонійно вписуватися в інтер’єр сучасного будинку.
Тому, в разі опалення тепловим насосом потрібно шукати інші варіанти опалювальних приладів. З попередніх прикладів і розрахунків, видно що при зменшенні температури теплоносія, щоб уникнути зменшення тепловіддачі, необхідно збільшувати площу теплообміну (розмір опалювальних приладів).

Опалення тепловим насосом в режимі опалення поверхнями

Ідеальним варіантом у даному випадку може бути опалення поверхнями. До даного виду опалення можна віднести теплі підлоги і теплі стіни. Оскільки використання теплої підлоги не впливає на дизайн приміщення, її можна використовувати у всьому приміщенні, що призведе до максимально великої поверхні теплообміну. А це, в свою чергу, призведе до максимального зменшення температури в системі опалення.

Припустимо наше приміщення має площу 20 м кв. Використовуємо спеціалізовану програму REHAU для розрахунку системи “тепла підлога”. У вихідних даних було поставлено температурний графік 45/35, труба діаметром 17 мм, з кроком укладання 10 см . В результаті маємо значення тепловіддачі від теплої підлоги 98 Вт з метра квадратного. У перерахунку на все приміщення отримаємо значення 1960 Вт (з 20 квадратних метрів теплої підлоги). Разом у нас виходить запас тепла 1960 – 1400 = 560 Вт.

розрахунок тепловтрат

В результаті отримуємо систему яка не псує вигляд приміщення і дозволяє тепловому насосу працювати в максимально ефективному режимі, з максимальним СОР.

Різні температури на вулиці

Розрахункові параметри температурного графіка 45/35, актуальні тільки для розрахункової температури на вулиці (для Києва -22). Така температура буває не щодня. При температурах на вулиці – 10, тепловтрати нашого приміщення зменшуються з 1400 Вт до 1018 Вт. (Використовуємо формулу перерахунку тепловтрат для іншої температури на вулиці Q2 = (tпр – tвул 2) (tпр – t вул 1) Q1. Значить при температурі на вулиці -10 немає потреби використовувати температурний графік 45/35. Буде досить подавати в систему опалення близько 36 градусів, для того щоб отримати в приміщенні температуру повітря +22. Зменшення температури теплоносія призводить до ще більшого збільшення СОР.

Давайте подивимося реальний приклад використання теплої підлоги і теплового насоса на об’єкті розташованому під Києвом. Дані взяті з міжнародного сервісу NIBE Uplink, який здатний записувати всі параметри, що цікавлять,  на протязі року. На даному графіку виведені три параметри: температура зовнішнього повітря (тем. на. воз), розрахункова температура подачі, кімнатна температура.
Видно що температура в 2017 опускалася нижче -10 кілька разів, при цьому такі холоди мали нетривалий характер. При цьому температура теплоносія в теплій підлозі не перевищувала 45 градусів, в той час як в міжсезоння (при незначних холодах) вона була на рівні близько 35 градусів. Температура в приміщенні залишалася стабільною, на рівні 22-24 градуси, за винятком тих ситуацій коли власник будинку був відсутній і спеціально знижував температуру в будинку.

журнал зміни температур

Більшість сучасних теплових насосів працюють по погодозалежної автоматиці. Такий режим передбачає автоматичне коригування температури теплоносія, в залежності від температури на вулиці.

 

Це означає:

  1. Опалення тепловим насосом забезпечить комфортну температуру протягом усього опалювального періоду.
  2. Максимальне зниження температури теплоносія що призводить до максимального підвищення СОР. А значить ми отримуємо ефективне опалення тепловим насосом.

Тепла підлога

Тепла підлога як правило монтується під плитку. Оскільки плитка має гарні теплопровідні властивості, це дозволяє максимально ефективно і рівномірно розподіляти тепло по підлозі. Часте питання, від власників будинків: а що робити з паркетом або дерев’яною підлогою? Дійсно дерево гірше проводить тепло, до того ж є обмеження по максимальній температурі, яку може витримати дерев’яне покриття. Тепловіддача від такої підлоги може зменшиться на 40%. Деякі види підлогових покриттів, непризначених для використання з теплими підлогами, при нагріванні можуть деформуватися. Але це не найбільша проблема, в порівнянні з тим, що клей, котрий виділяється в процесі нагрівання, приносить шкоду здоров’ю.

Все це не робить застосування теплої підлоги і дерев’яного покриття неможливим, однак ускладнює завдання в цілому, і дуже часто не дає можливості покрити всі тепловтрати приміщення, в якому встановлена дерев’яна підлога. Іншими словами, таке застосування найчастіше зустрічається не для того щоб нагріти приміщення, а для того щоб підвищити температуру підлоги для більш комфортного перебування людини. Мається на увазі що в такому приміщенні, додатково повинен бути встановлений звичайний радіатор або конвектор.

Позначки на підлогових покриттях

Якщо Ви хочете покласти під паркет, систему “тепла підлога”, необхідно шукати паркет з маркуванням “придатне для теплої підлоги”.

придатне для теплих підлог

А що як ми хочемо максимально ефективну систему опалення яка не передбачає використання радіаторів через їх великі розміри? В даному випадку, можна використовувати теплу підлогу під паркет, який хоч і не зможе самостійно опалювати приміщення, але все ж внесе як мінімум 60% від необхідної потужності на опалення. Це автоматично означає що додатковий радіатор, вже немає потреби підбирати на всю потужність (в нашому випадку на 1600 Вт), а лише на 640 Вт. Таким чином отримаємо радіатор KERMI висотою 600 мм і шириною 1000 мм. 1 м не така вже й велика довжина в порівнянні з 2,3 метра. Отримаємо енергоефективне опалення тепловим насосом з невеликим радіатором, і комфортною теплою підлогою.

Якщо ж дерево, яке Ви обрали в якості підлогового покриття, непридатне для застосування з теплими підлогами, є можливість використовувати стіни, в якості опалювальної поверхні. Така система дуже схожа на систему тепла підлога, за винятком деяких моментів.
По-перше під трубу не кладуть утеплювач, так як мається на увазі що стіна вже утеплена зовні. По-друге використовують інший вид кріплення труби до стіни.

Товщина штукатурки над трубою повинна бути не більше 30 мм, в той час як товщина стяжки над теплою підлогою повинна бути не менше 30 мм.

теплі стіни

 

Труби

В якості труб застосовують або труби із зшитого поліетилену меншого діаметру, або труби армовані алюмінієм, для зручності монтажу.
З одного квадратного метра стіни, можна зняти приблизно таку ж кількість тепла, як і з одного квадратного метра підлоги. Комбінація системи “тепла стіна” і теплового насосу дає можливість не тільки комфортно опалювати приміщення, але і комфортно охолоджувати його, що надає системі тепло/холодна стіна, величезну перевагу. Детальніше читайте в розділі про пасивне охолодження.

 

Таким чином ми прийшли до того, що застосування теплих стін і теплих підлог з температурним графіком 45/35, робить опалення будинку більш економічним у порівнянні з опаленням системи тепловий насос + радіатори з температурним графіком 65/55. Але це не всі переваги опалення поверхнями.

Різниця між радіаторами і підлогами.

1. Ще більша економічність.
Застосування теплих підлог дозволяє економити не тільки за рахунок підвищення СОР теплового насосу.
За рахунок підвищеної променевої складової системи підлогового опалення, тепловий комфорт в режимі опалення відчувається при більш низьких температурах в приміщенні. Іншими словами це означає що опалюючи приміщення теплою підлогою які підтримують температуру в приміщенні +20, людина відчуває такий же комфорт, який можна відчути в приміщенні опаленого радіаторами до температури +22 градуса. Підтримка температури повітря в приміщенні на рівні 20 градусів, замість 22, дозволяє додатково заощадити близько 10% витрат на опалення, в рік.

2. Не викликає алергії.
За рахунок більшої питомої ваги променевої складової, конвекція в системах “тепла підлога” менш виражена, ніж в системах радіаторного / конвекторного опалення, що призводить до зменшення переміщення повітряних мас. А це в свою чергу призводить до зменшення кількості шкідливого ​для легень пилу, який циркулює в повітрі в класичних системах опалення. Осушення повітря здійснюється менше ніж шляхом радіаторного опалення

 

конвективний потік повітря в приміщенні

 

3. Комфорт
Медиками були виведені деякі залежності, пов’язані з розподілом температур в приміщенні. Доведено що ідеальний розподіл температур в приміщенні передбачає, що більш холодне повітря повинен бути на рівні голови людини, в той час коли ноги завжди повинні бути в “теплі”.

 

графік розподілу температур

Висновок

Опалення тепловим насосом має ряд нюансів які слід враховувати при проектуванні. Найкращий варіант системи – опалення тепловим насосом спільно з теплими підлогами/стінами.

Замовити дзвінок
+
Чекаю дзвінка!