Теплоснабжение воздушными тепловыми насосами в условиях холодного климата
В технической документации на бытовые сплит-системы, пришедшие первыми на российский рынок, указывалось, что в качестве теплового насоса их можно использовать при температуре наружного воздуха не ниже –9 °C. Когда стало ясно, что это не только температурный минимум города Токио, но и рубеж, за которым для оборудования начинаются всевозможные технические проблемы, оптимизм в отношении использования сплит-систем для отопления поугас.
Между тем, хотя сплит-систем, работающих только на обогрев, и не существует, системы, которые на это способны хотя бы наряду с охлаждением, в Скандинавии, где сегодня они с успехом используются для теплоснабжения, называют не иначе как «тепловые насосы» – по той функции, которая является здесь наиболее полезной.
Современная сплит-система объединяет в себе столько уникальных потребительских опций, что возможность использовать ее для отопления открывает потребителям доступ к принципиально новому уровню комфорта.
Из графика на рис. 6 видно, что объемы продаж воздушных тепловых насосов в Норвегии до 2000 г. были сопоставимы с объемами продаж тепловых насосов прочих типов. Однако в начале 2000-х годов абсолютный показатель продаж воздушных тепловых насосов увеличился более чем в 16 раз. Это стало следствием появления сплит-систем с нижним пределом эксплуатации на обогрев до –20 и даже –25 °C, которые стали использовать в качестве основного источника тепла.
Рис. 6. Динамика норвежского рынка тепловых насосов
Столь значительный успех норвежской климатической отрасли стал прямым следствием появления сплит-систем с нижним пределом эксплуатации на обогрев до –25 °C, которые норвежцы мгновенно приспособились использовать в качестве основного источника тепла.
Современная сплит-система объединяет в себе столько уникальных потребительских опций, что возможность использовать ее для отопления открывает потребителям доступ к принципиально новому уровню комфорта. Система теплоснабжения в виде наружного блока объединена в сплит-системе с системой отопления в виде внутренних блоков – многофункциональных, интеллектуальных и высокоэффективных отопительных приборов. По простоте монтажа такие сплит-системы сравнимы только с бытовыми электрообогревателями.
Интеллектуальные способности в сочетании с максимальной сфокусированностью на качестве жизни потребителя сплит-систем, выводят их за рамки конкуренции со всеми остальными ранее известными способами отопления. Вряд ли еще можно привести пример столь же полезного и совершенного бытового прибора, каким стал сегодня внутренний блок сплит-системы, позволивший пересмотреть представление о действительно комфортном отоплении.
Часто одного внутреннего блока, благодаря его повышенным отопительным способностям (рис. 7), оказывается достаточно для отопления сразу нескольких помещений загородного дома, а в мульти– и VRV/VRF-вариантах при минимальном количестве наружных блоков разнообразие внутренних позволяет организовывать теплоснабжение сколь угодно крупных и сложных объектов (рис. 8). А подчас одним внутренним блоком можно отапливать два этажа (рис. 9).
Рис. 7. Возможности внутреннего блока в качестве отопительного прибора
Рис. 8. Варианты отопления внутренними блоками сплит-систем
Рис. 9. Отопление внутренним блоком одного и двух этажей
Уже к середине 2000-х годов темпы роста популярности низкотемпературных систем привели к появлению так называемых гибридных сплит-систем, способных наряду с отоплением обеспечивать потребителей еще и горячей водой. Это не только позволило сформулировать полноценное комплексное предложение по экономичному теплоснабжению загородного жилья посредством тепловых насосов, но и как нельзя лучше приспосабливало такие системы к условиям холодного климата.
Напольное отопление первого этажа за счет теплоемкости стяжки, элементов стен и фундамента (рис. 10 а), а иногда и бассейна, увеличивает суммарную теплоемкость объекта, что делает его более теплоустойчивым к понижениям наружных температур. А так как на втором этаже деревянного дома бетонную стяжку для напольного отопления организовать весьма проблематично, отопление второго этажа посредством традиционной сплит-системы смотрится более органично (рис. 10 б).
Рис. 10. Принцип организации отопления посредством сплит-систем
Таким образом, налицо не только полный набор современных технических средств для наиболее привлекательного из когда-либо существовавших вариантов теплоснабжения, но уже и целая концепция их рационального применения.
Но при анализе столь заманчивой во всех отношениях перспективы возникает весьма важный вопрос: как быть, если температура опускается ниже –20…–25 °C?
По опыту норвежских испытаний Zubadan (Mitsubishi Electric) можно сказать, что кратковременные падения наружной температуры для достаточно теплоемких объектов с системой напольного отопления могут и просто пройти незамеченными. Радикальное же решение не несет в себе ничего необычного и вытекает из той очевидной истины, что в условиях холодного климата речь о действительно надежном теплоснабжении можно вести только тогда, когда наряду с любым, сколь угодно надежным, источником тепла предусмотрен еще и резервный. В противном же случае перспектива поставить объект под угрозу чрезвычайной ситуации – вопрос времени.
О том, насколько суров норвежский климат, можно судить по табл. 1., в которой приведены температурные минимумы.
Таблица 1. Минимальные значения температуры воздуха
Хотя мы видим, что температуры ниже –40 °C бывают здесь и не каждую зиму, но понимаем, что вряд ли кому-то из жителей этой страны может всерьез прийти в голову мысль о возможности отопления одной только сплит-системой.
Считается, что для России теплоснабжение посредством сплит-системы нереально в принципе либо сопряжено с затратами, по крайней мере непропорциональными ожидаемой выгоде. В то же время рекомендацию в отношении использования резервного источника тепла вряд ли кто-нибудь возьмется оспаривать всерьез. Многим понятно, что роль этого жизненно важного элемента с успехом может выполнять, скажем, обычная печь. Между тем, скажем, любителям сауны вообще не стоит беспокоиться о каком-либо дополнительном источнике тепла, поскольку протапливаемая раз в неделю печь для сауны – это одновременно и резервный источник тепла, и надежный доводчик при отоплении сплит-системой (рис. 11).
Рис. 11. Печь для сауны в центре дома – очевидный резервный источник тепла
Если же у вас в доме имеется камин, то топить его (при использовании в качестве резервного источника тепла) даже в самом суровом из рассматриваемых ниже случаев придется не больше, чем ту же печь для сауны.
Чтобы получить предметное представление о том, насколько привлекательна может быть перспектива теплоснабжения сплит-системой, необходимо понимать, что из себя должен представлять резервный источник тепла и какие затраты необходимы для его организации и обслуживания. Поэтому требуется выяснить и оценить ожидаемый от этого источника вклад в теплоснабжение. Очевидно, что участие резервного источника тепла в теплоснабжении воздушным тепловым насосом зависит от климатических условий места непосредственного расположения объекта.
Современными сплит-системами можно в любом из крупнейших российских городов решить задачу теплоснабжения не менее, чем на 90 %.
В табл. 2. приведены климатические данные российских городов, численность населения которых превышает 1 млн человек. Суммарно население этих городов в полтора раза превосходит население Скандинавии. Климатические условия где-то более суровые, где-то более мягкие, но ни в одном из этих городов средняя температура января не опускается ниже –20 °C. В колонке 3 приведена продолжительность отопительных периодов при условии возникновения потребности в отоплении, начиная с температуры ниже 16 °C. В колонках 4 и 6 – продолжительность наиболее холодных периодов с температурой < −20 °C и ≤ −25 °C (по отношению к общей продолжительности отопительного периода).
Таблица 2. Климатические данные российских городов, численность населения которых превышает 1 млн человек
* Без учета погодных аномалий
Из таблицы видно, что для городов европейской части России продолжительность периодов с температурой ниже –20 °C составляет менее 10 % отопительного периода. В сибирских же городах менее 10 % времени отопительного периода температура опускается ниже –25 °C.
Таким образом, очевидно, что современными сплит-системами можно в любом из крупнейших российских городов решить задачу теплоснабжения не менее чем на 90 %. При этом качественное теплоснабжение гарантировано без каких-либо обязанностей со стороны потребителя. А там, где отопительный период длиннее, использование тепловых насосов принесет и большие материальные выгоды.
Взглянув в таблицу, можно получить необходимое представление о том, в течение какого времени при теплоснабжении сплит-системой предстоит использовать резервный источник тепла. И только на основании оценки вклада этого источника и затрат на его организацию и обслуживание можно принять обоснованное решение как в отношении самой перспективы теплоснабжения воздушным тепловым насосом, так и в отношении того, каким при этом хотелось бы видеть резервный источник тепла.