Как обогреваться воздухом с температурой -30℃ и ниже?

   В настоящее время человечество стремительными темпами начинает переходить от традиционных источников энергии к альтернативным. Это связано не только с целью уменьшения причинения вреда окружающей среде, но также и с развитием технологий, которые открывают перед нами массу возможностей. Так, например, технологические прорывы позволяют использовать ветер, силу приливов и отливов, солнечный свет и ещё очень большое количество вещей для получения электроэнергии.Но на одной добыче электроэнергии развитие технологий не остановилось – мы научились добывать холод из тепла и наоборот.

   В 2021 году никого не удивить бытовым кондиционером, который становиться лучшим другом в жару +30℃, а также серьёзным конкурентом обогревателей в межсезонье, когда отключают отопление. В наше время все кондиционеры могут быть использованы как на холод, осушение, так и на обогрев. И если для создания прохлады в квартире у кондиционера почти нет равных, то насколько он эффективнее на обогрев, чем обычный обогреватель?  Ответ: от 3 до 5 раз при температуре (всё зависит от производителя и модели оборудования)  кондиционер выгоднее использовать, чем любые электроприборы – тепловые вентиляторы, электрокотлы и т.д. Это связано с тем, что все электроприборы преобразуют электрическую энергию в тепловую (т.е. 1 кВт электроэнергии  = 1 кВт тепловой энергии). Однако в сплит-системах электроэнергия используется в основном для переноса тепла путём изменения давления фреона в контуре. На этот процесс затрачивается значительно меньше электроэнергии.

  Эффективность кондиционера указывается в паспорте оборудования, однако все эти значения были измерены строго при определённых параметрах, а именно: влажности среды и её температуре. Следовательно, при отклонении этих параметров уменьшается и эффективность кондиционера. И если в промежутке от +7℃ до -8℃ эффективность кондиционера в режиме обогрева может колебаться от 75-85% от начального значения, то дальше идёт резкий спад его эффективности, который к -25℃ можно прировнять к эффективности масляного обогревателя, а то и к 0%. В таких случаях нам помогут тепловые насосы, которые могут добывать тепло из воздуха температурой -30℃ и ниже.  

 Что такое тепловой насос? По принципу работы он похож на кондиционер, но с некоторыми техническими доработками. Рассмотрим подробнее:

1. Увеличенный теплообменник наружного блока. Для более эффективного процесса теплопередачи увеличивается количество рядов в теплообменнике. Больше рядов – больше общая площадь теплообменника – эффективнее происходит теплообмен при минимальных затратах на работу вентилятора. Обычно увеличение на 1-2 ряда вполне достаточно, чтобы забрать необходимое количество тепла из воздуха температурой -30℃.
2. Увеличивается производительность вентилятора. Чтобы полностью отдать холод от увеличенного по площади теплообменника, требуется подать большее количество воздуха, т.е. зависимость прямо пропорциональная.
3. Установка компрессора с двухступенчатым сжатием. Такой компрессор позволяет изменить температуру в промежуточном давлении, что увеличивает его общий КПД.
4. Усиленный подогрев картера компрессора. Так, если кондиционер рассчитан для работы до -15℃, то и вязкость масла в нём рассчитана в зависимости от этой температуры. Если включить его при более низких температурах, то слишком большая вязкость масла приведёт к поломке компрессора и кондиционер полностью выйдет из строя. Однако в тепловом насосе подогрев картера рассчитан на минимальные температуры для наших регионов, что позволяет использовать его даже при -30℃ спустя долгое время простоя.
5. Установка подогрева поддона наружного блока. В ходе работы кондиционера (теплового насоса) на наружном блоке начинает скапливаться влага, которая приводит к обледенению. И если с теплообменника эту влагу можно удалить путём подачи тёплого фреона, то с поддона – только путём установки дополнительных обогревателей. Что будет если не удалять влагу с поддона? Количество льда будет постепенно увеличиваться, и со временем выведет из строя вентилятор.
6. Более эффективный алгоритм разморозки оборудования. Если обычный кондиционер делает это через равные промежутки времени, то тепловой насос, путём считывания расхода воздуха до и после теплообменника, понимает на какой стадии обмерзания находиться наружный блок. И только после полного обмерзания (а не через 20 минут работы) он выйдет в режим оттайки. Что из этого следует? В обычном режиме обогрева тепловой насос будет находиться в несколько раз меньше, чем обычный кондиционер. А учитывая, что для осуществления оттайки тепловой насос (и кондиционер) включатся на подобие режима «охлаждение», то будет потрачено меньше энергии на оттайку блока.
7. Точная регулировка подачи фреона в теплообменник наружного блока. Поскольку тепловой насос имеет более широкий температурный диапазон работы, то и его эффективность работы может уменьшаться или увеличиваться в зависимости от погодных условий. Для того, чтобы он был постоянно эффективен (как при 0℃, так и при +20℃ или -15℃) используется контроль подачи фреона. Обычные кондиционеры обделены такой функцией, поэтому эффективность их работы очень сильно зависит от погодных условий.

  Итак, подводя итоги, кому и зачем нужны тепловые насосы? В первую очередь людям, которые не имеют возможность (или не хотят) использовать традиционные способы отопления. Во-вторых – работа кондиционера очень ограничена погодными условиями для нашего климата, что создаёт немало неудобств в его использовании, и все они решаются в тепловом насосе. В-третьих – его энергоэффективность в несколько раз выше, чем у обычных электронагревающих приборов, что положительно влияет на затраты для обогрева.

Если в совокупности сложить эти, и ещё ряд других преимуществ, то тепловой насос можно отнести к одному из наиболее перспективных и эффективных альтернативных источников получения тепловой энергии.