Режимы работы и мощность теплового насоса

Режим работы теплового насоса

Существует два основных режима работы теплонасосной системы отопления:

  • Моновалентный
  • Бивалентный

Моновалентный режим работы теплового насоса

В моновалентном режиме тепловой насос способен

полностью обеспечивать всю тепловую нагрузку в здании. При этом мощность теплового насоса должна быть не менее чем пиковая мощность системы теплоснабжения. Так же необходимо что бы максимальная температура подачи теплового насоса была выше, чем максимальная расчетная температура в системе отопления и горячего водоснабжения.

Температурный график моновалентного режима теплового насоса

Данный режим работы наиболее подходит для тепловых насосов со стабильной температурой низкопотенциального источника тепла (грунт, грунтовые воды, промышленная утилизация тепла и т.д.) в сочетании с низкотемпературной системой отопления (теплые полы, фанкойлы и т.д.). Несмотря на то, что тепловой насос в моновалентном режиме полностью решает вопрос теплоснабжения в здании, существенным недостатком этого режима является высокие начальные капиталовложения на оборудование.

Бивалентный режим работы теплового насоса

Для повышения рентабельности теплового насоса следует выбирать бивалентный режим работы. Бивалентный режим подразумевает работу теплового насоса в сочетании с другим нагревательным прибором: газовым, электрическим, твердотопливным котлом и др. Выбор данного режима может быть обусловлен так же необходимостью подачи более высокой температуры в систему отопления при низких наружных температурах воздуха.

Пиковая мощность системы отопления рассчитывается исходя из наиболее холодной пятидневки в отопительный сезон. На практике такие низкие температуры встречаются не часто и не долго. На протяжении большей части сезона отопительная система работает на уровне менее 50% от максимальной мощности.

Температура в отопительный сезон

В таблице показано среднее количество часов с различными температурными диапазонами за отопительный период для г. Киева. Средняя температура за отопительный сезон +1,1 ºС. Количество часов с температурой меньше -10 ºС составляет не более 7%. Следовательно, подобрав пиковую мощность теплового насоса, например на температуру -10 ºС, возможно сократить первоначальные расходы на тепловой насос, дополнительное оборудование и монтажные работы на 30-40% при этом обеспечить до 93% нужд на теплоснабжение.

Мощность теплового насоса

В данном примере температура -10 ºС называться температурой (точкой) бивалентости. При температурах ниже точки бивалентности тепловой насос может отключаться или работать в паре с дополнительным источником тепла, но при этом не покрывать всю потребность в тепле. В связи с этим, существует три вида бивалентного режима работы теплового насоса:

  • Бивалентный альтернативный
  • Бивалентный вспомогательный
  • Бивалентный комбинированный

Тепловой насос в альтернативном режиме обеспечивает полную тепловую нагрузка здания пока не достигнет точки бивалентности. После этого он отключается, а всю нагрузку берет на себя вспомогательный теплогенератор, который обеспечивает необходимый температурный график.

Бивалентный альтернативный режим работы теплового насоса

Дополнительный источник тепла рассчитывается на максимальную тепловую нагрузку. Чаще всего такой режим встречается, когда в качестве вспомогательного нагревателя выступает твердотопливный котел или камин с водяной рубашкой. При вспомогательном режиме работы тепловой насос так же полностью обеспечивает тепловую нагрузку до точки бивалентности, однако при достижении точки он не выключается, а работает в паре с дополнительным теплогененратором.

Бивалентный вспомогательный режим работы теплового насоса

Функция вспомогательного теплогенератора заключается в обеспечения соответствующего температурного режима после температуры бивалентности. В таком случае мощность дополнительного источника нагрева может выбираться исходя из недостающей мощности пиковой нагрузки. Чаще всего это может быть небольшой электронагреватель.

Комбинированный режим совмещает в себе характеристики предыдущих режимов работы теплового насоса. При достижении точки бивалентности тепловой насос не отключается, а работает параллельно со вспомогательным теплогенератором до минимальной возможной температуры воздуха.

Бивалентный комбинированный режим работы теплового насоса

Такой режим, как правило, соответствует работе теплового насоса воздух-вода. При низких отрицательных температурах производительность теплового насоса значительно падает, а целесообразность его работы резко снижается или вовсе компрессор не способен выдавать тепло. В таком случае в графике добавляется точка отключения теплового насоса. Мощность вспомогательного теплогенератора должна быть, как в альтернативном режиме, рассчитана на пиковую тепловую нагрузку.

Оптимальная мощность теплового насоса

Оптимальным считается подбор мощности теплового насоса равной 60-70% от номинальной мощности теплоснабжения здания. При этом тепловой насос, как основной источник теплоснабжения, работая в бивалентном режиме может обеспечивать до 90-95% необходимого тепла. На практике наиболее распространёнными являются вспомогательный и комбинированный бивалентный режим работы теплового насоса. Точка бивалентности может быть разной в зависимости от типа отопительной системы и типа теплового насоса.