Тепло від кондиціонера - Журнал АКВА-ТЕРМ - опалення, водопостачання, водопідготовка
С. Трехів
За кондиціонером на побутовому рівні міцно закріпилася репутація пристрою, що працює переважно на охолодження повітря в приміщенні. Функція обігріву розглядається у своїй як додаткова. Однак спліт-система, що працює в режимі теплового насоса (ТН), може нагрівати не тільки повітря в приміщенні, а й воду. При кондиціонуванні повітря хладон (фреон) нагрівається до 55–60 °С. Зазвичай це тепло просто розсіюється у зовнішньому середовищі. Але останнім часом на ринку з'явилися прилади, в яких передбачається використання енергії для гарячого водопостачання або опалення.
Реверсивний кондиціонер Для того щоб кондиціонер став працювати на обігрів, в принципі, достатньо змінити напрямок термодинамічного циклу. Моделі, у яких поряд з основною функцією передбачена і можливість нагрівання повітря в приміщенні, – не рідкість. Вони коштують дорожче, але у міжсезоння (восени та навесні) можуть замінити обігрівач. Такий кондиціонер нагріває повітря в приміщенні теплом, що забирається ззовні: має місце той же процес, що і при охолодженні, але зовнішній і внутрішній блоки кондиціонера міняються місцями. Відповідно, як і в режимі охолодження, потужність, що споживається апаратом, може бути в три і більше разів менше потужності обігріву.
Зазвичай при температурі зовнішнього повітря нижче -5 ° С включати кондиціонер не рекомендується: змінюються фізичні характеристики фреону та компресорної олії. «Холодний» компресор може вийти з ладу при старті, але і при вдалому запуску його знос буде вищим від допустимого. Крім цього, при негативних температурах замерзає зливний отвір дренажного шланга, і весь конденсат починає текти до приміщення. Тому для запобігання поломці деякі моделікондиціонери автоматично вимикаються, якщо температура на вулиці опустилася нижче певної позначки.
Але розроблено кондиціонери, адаптовані до зимових умов. Так, мінімальна температура середовища роботи на обігрів інверторних кондиціонерів FTXG-E/RXG-E (рис. 1) виробництва компанії Daikin (Бельгія) становить –15 °С, а неінверторних – –10 °С. (Потужність охолодження та нагрівання інверторного кондиціонера можна змінювати за рахунок частотного регулювання роботи приводу компресора. Це дозволяє знизити споживання електроенергії в середньому на 30% і точніше підтримувати задану температуру.)
Спліт-системи японських компаній Toshiba розраховані на обігрів за температури навколишнього середовища до –15 °С, Sharp – до –8 °С, Panasonic – до –5 °С. Інверторні моделі корейських фірм LG ефективні до -15 ° С, неінверторні - до -10 ° С, Samsung (моделі Monte) - до -15 ° С (але при використанні фреону R-22 тільки до -5 ° С).
Існують і моделі, які розраховані на роботу за нижчої температури і при цьому можуть використовуватися як досить дорогі системи опалення. Наприклад, кондиціонери серії FTXR-E/RXR-E фірми Daikin працюють за зовнішньої температури до –20 °С, японські Hitachi Premium XH, Cut Out та Air Exchanger – до –20 °С. А сплітсистеми Zubadan (рис. 2) компанії Mitsubishi (Японія) – навіть до –25 °С. Компанія позиціонує це устаткування ТН, цілеспрямовано пропонуючи його для обігріву об'єктів (рис. 3).
Використання практично будь-якого кондиціонера протягом всього року можливе завдяки додатковому адаптаційному пристрою, що вбудовується в нього - всесезонному блоку, який здійснює підігрів дренажу, картера компресора і керує роботою вентилятора зовнішнього блоку. В цьому випадку можливаексплуатація спліт-системи за температур зовнішнього повітря до –15…–25 °С. Однак і адаптований кондиціонер при зниженні температури зменшується ККД. Так, при –18 °С він стає меншим приблизно втричі, порівняно з номінальним. Тому обігріватися кондиціонером має сенс восени та навесні, коли опалення ще не включили або вже вимкнули, а на вулиці холодно.
При температурі зовнішнього повітря нижче +5 °С зовнішній блок кондиціонера може покритися шаром інею або льоду, що призводить до погіршення теплообміну або навіть поломки вентилятора. Запобігти цьому може така функція, як автоматичне розморожування. Система керування стежить за умовами роботи кондиціонера і у разі ризику зледеніння періодично запускає його на 5–10 хв у режимі охолодження без включення вентилятора внутрішнього блоку, при цьому теплообмінник зовнішнього блоку нагрівається та відтає.
Рекуперація тепла Кондиціонери з рекуперацією тепла комплектуються ємністю, в якій акумулюється вода, що нагрівається хладоном у теплообміннику. Такі спліт-системи, переважно канального або зонального типів, називаються «кондиціонери з функцією ГВП». В даний час на ринку представлені переважно моделі, що відносяться за потужністю до верхньої межі побутового сегмента (при роботі на охолодження – 10 кВт), напівпромислових та промислових систем. Але сама ідея утилізації надлишкового тепла, що відводиться, настільки приваблива, що кондиціонери з функцією нагрівання води вже з'являються і на ринку менш потужної техніки.
Компанія Ruud (США) розроблена серії кондиціонерів і чилерів SSQ. Дане обладнання здатне одночасно зі створенням комфортної атмосфери у приміщенні забезпечити ГВП. Для більш економічної роботи блок має можливість ступінчастого регулювання. При цьомукондиціонери з продуктивністю по холоду 10,2–81,0 та теплу 11,2–87,0 кВт можуть реалізовувати такі схеми роботи: «Охолодження», «Нагрів», «Тільки ГВП», «Охолодження та ГВП», «Нагрів та ГВП». Ряд моделей комплектується вбудованим двоконтурним газовим котлом, що здійснює теплопостачання за температури зовнішнього повітря нижче –10 °С, тобто. тоді, коли використання ТН стає економічно нерентабельним.
Кондиціонери з рекуперацією тепла SHRM (Super Heat Recovery Multi) фірми Toshiba можуть розглядатися як рівень розвитку зональних VRF-систем. Якщо у звичайному двотрубному кондиціонері всі внутрішні блоки працюють одночасно тільки на охолодження або на обігрів, і його енергоефективність залежить лише від закладених конструкторами характеристик, то при використанні тритрубних систем з'являються додаткові резерви для економії енергії.
Робота класичної системи кондиціювання в режимі охолодження передбачає перенесення тепла від повітря в приміщенні до більш нагрітого середовища, наприклад, повітря на вулиці, при виконанні роботи (витрата енергії на стиск холодоагенту компресором).
У тритрубній системі кожен внутрішній блок може працювати у своєму режимі. Причому саме тоді, коли одні внутрішні блоки охолоджують, а інші обігрівають, і проявляється основна перевага таких систем - рекуперація тепла: забирається з охолоджуваних приміщень, воно не скидається в атмосферу, а переноситься туди, де потрібно обігрів. Для цього процесу до системи кондиціонування додаються пристрої FS (Flow selector – розподільники потоків). Вони є компактними модулями з електронними клапанами, які задають режим роботи теплообмінника внутрішнього блоку.
До блоку FS підводяться три труби системи з рекуперацією тепла,а виходять із нього вже дві труби, що підключаються до внутрішніх блоків. Для кожного з них потрібний окремий розподільник потоків.
Залежно від кількості внутрішніх блоків, що працюють на охолодження або обігрів, система вибирає пріоритетний режим функціонування зовнішнього блоку та розподіл потоків хладону.
Тритрубні системи кондиціювання можуть працювати як в режимі тільки охолодження, так і 100% обігріву, але в цьому випадку їхня енергоефективність буде дещо меншою, ніж у стандартних, - за рахунок складнішої мережі та додаткових елементів. Проте такі «100-відсоткові» режими загалом займають трохи більше 1/5 загального часу роботи кондиціонера. Решту часу споживач може економити до 50 % електроенергії за рахунок рекуперації тепла. FS-розподільник важить 5 кг і не вимагає відведення дренажу. Від внутрішнього блоку може монтуватися з відривом до 15 м.
В даний час компанія Toshiba випускає вже другу вдосконалену серію систем з рекуперацією тепла. Вона побудована за модульним принципом і може складатися із трьох зовнішніх блоків сумарною продуктивністю до 84 кВт при числі внутрішніх блоків – до 48. Усі зовнішні блоки комплектуються двома ідентичними, незалежними інверторними компресорами двороторного типу.
Компанія «Афрос» (Україна) також пропонує ряд моделей спліт-систем канального типу з функцією ГВП, зібраних на базі японських компресорів, потужністю 5,1–8,5 та 5,6–17,5 кВт з охолодження та нагрівання відповідно. Вони реалізують режими лише обігріву, охолодження повітря, нагрівання води, а також її нагрівання та охолодження/обігріву приміщення.
За словами розробників, використання ТН для нагрівання води робить систему вчетверо економічнішою за електричний водонагрівач, апри одночасному охолодженні повітря – у шість разів. Новинка оснащена інверторним компресором, який змінює продуктивність при частковому навантаженні, тобто. коли включені в повному обсязі внутрішні блоки.
Виробник пропонує чотири модифікації зовнішніх блоків потужністю 10-16 кВт. Внутрішні блоки можуть бути настінними, напольно-стельовими, касетними та канальними. Їхня холодопродуктивність – від 2,2 до 14,0 кВт.
Система Home-GMV ефективно функціонує за температури на вулиці від –15 до +48 °С. При нижчих температурах для нагрівання води використовується вбудований у водяний бак електронагрівач. Місткість бойлерів – від 250 до 400 л.
Компанія Mitsubishi також розпочинає виробництво нового приладу для нагрівання води PWFYP100E-BU. Він має теплопродуктивність 12,5 кВт, споживаючи лише 2,48 кВт електроенергії, і може бути використаний лише у складі систем з утилізацією тепла. У цьому температура зовнішнього повітря змінюється у діапазоні від –20 до 32 °З. Витрата води – 0,60–2,15 м3/год. Використовуючи енергію теплового насоса та рекуперативне тепло від системи кондиціонування повітря City Multi R2, новинка може нагрівати воду до 70 °С.
Статтю надруковано в журналі «Аква-Терм» #6(58) 2010