Тепловой насос является универсальной машиной, которая может выдавать тепловую энергию, так же и потреблять избыток тепла. Это позволяет решить задачу охлаждения (кондиционирования) тепловым насосом здания. Это является одним из преимуществ теплового насоса относительно других устройств. Для осуществления данного процесса в тепловом насосе необходимо предусмотреть некоторые конструктивные изменения
Кондиционирование наряду с отоплением, так же требует значительных энергетических затрат. Энергетическая нагрузка зависит и от изоляции здания и от географического расположения дома.
Поэтому при установке теплового насоса как основного источника теплоснабжения можно так же предусмотреть возможность эксплуатации теплового насоса для кондиционирования.
Существует два основных вида кондиционирования помещения тепловым насосом различные по принципу действия, потреблению энергии и эффективности хладоснабжения:
- Пассивное кондиционирование;
- Активное кондиционирование;
Пассивное (естественное) кондиционирование требует минимальных затрат электроэнергии однако будет менее производительным. Данный тип кондиционирования можно использовать только в рассольных тепловых насосах, т.е. использующих грунт или воду в качестве низкопотенциального источника тепла, В воздушных тепловых насосах источником низкопотенциальной энергии является окружающий воздух, температура которого выше комфортной температуры в помещении в летний период.
Схема реализации пассивного кондиционирования тепловым насосом "грунт-вода"
Для реализации пассивного кондиционирования в контур теплового насоса устанавливается дополнительное оборудование: трехходовой клапан, пластинчатый теплообменник и дополнительные насосы. Это позволяет использовать низкую температуру грунта и грунтовых вод (6-10˚С) для охлаждения помещения. Охлажденный в грунте теплоноситель (рассол) направляется непосредственно на дополнительный теплообменник, минуя компрессор теплового насоса. Затем охлажденный теплоноситель поступает в систему распределения энергии и поглощает избыточное тепло из комнат. При этом компрессор остается незадействованным, а электроэнергия расходуется только на работу насосов и других электроприборов системы хладоснабжения. Мощность пассивного кондиционирования (хладопроизводительность) во многом зависит от размеров источника тепла, температуры и времени эксплуатации. И как правило, может только частично обеспечить потребность дома в кондиционировании. В конце лета, когда грунт уже поглотил значительное количество тепловой энергии, хладопроизводительность будет меньшей. В связи с этим, лучший показатель хладопроизводительности будет при использовании грунтовых вод, поскольку их температура практически постоянна в течение года. Дополнительным преимуществом пассивного кондиционирования является быстрая регенерация грунта и дополнительное накопление тепла в грунте перед отопительным сезоном. Что в свою очередь улучшит COP теплонасосной системы в отопительный период.
Пассивное кондиционирование не сможет покрыть полную нагрузку по охлаждению дома, однако является экономически выгодным т.к. коэффициент преобразования COP достигает значения 15-20.
Активное кондиционирование доступно для всех типов тепловых насосов. При активном охлаждении тепловой насос работает в обратном цикле или еще этот процесс называют «Реверсным режимом».
Для обеспечения активного кондиционирования в контур теплового насоса встраивают четырех-ходовой клапан и дополнительный дроссельный клапан. В данном случае циркуляция рабочей жидкости происходит в обратном направлении. Конденсатор становится испарителем и наоборот.
Схема работы теплового насоса на нагрев
Схема работы теплового насоса на кондиционирование
При работе теплового насоса в режиме активного кондиционирования коэффициент использования энергии EER применяемый для расчетов кондиционирования (по аналогии с СОР для тепловой энергии) будет немного ниже, чем при режиме работы теплонасосной системы в отопительном режиме. Это связано с избытком тепла от компрессора возникающее при его работе, которое в данном режиме является побочным. Для обеспечения максимального комфорта хладопроизводительность должна быть основным при подборе теплового насоса в более жарких регионах.
При проектировании теплонасосной системы с возможностью работы на кондиционирование необходимо предусмотреть систему распределения холода.
Многие отопительные приборы, такие как радиаторы или системы теплых полов не являются универсальными и не подходят для хладоснабжения. Основной проблемой при использовании таких приборов для кондиционирования является невозможность отвода конденсата, который в таком случае будет образовываться на радиаторах и полу. Так же «холодный пол» опасен для здоровья. Существует практика установки «холодных стен» и «холодных потолков», что более эффективно, поскольку холодный воздух будет распределяться сверху вниз равномерно по помещению. Однако для реализации этой системы необходимы значительные дополнительные затраты и мощные осушители. Однако это может вызвать чрезмерное осушение воздуха.
Наиболее оптимальным вариантом является использование фанкойлов для распределения холода.
Этот прибор оснащен дополнительным малошумным вентилятором, помогающим равномерно распределить холод или тепло в помещении, а так же имеет отвод конденсата.
Распределение потоков холодного и горячего воздуха фанкойлами
Фанкойл эффективно работает как для охлаждения, так и для отопления, поэтому могут работать как основные приборы распределения энергии в доме, так и как вспомогательные для летнего сезона.
