Смотрите статью в формате PDF 
Тепловой насос, который недавно «вошел» в нашу страну, становится все более популярным отопительным устройством, используемым для отопления зданий и приготовления горячей технической воды. С ростом популярности этих устройств к ним предъявляются все новые и новые требования. Это относится к отоплению больших зданий, которые не могут (по техническим причинам) обогреть одно, даже самое большое, устройство такого типа. Решением для таких нужд является каскад тепловых насосов.
Текущие каскады достигают мощности более половины мегаватта и могут обогревать здания площадью несколько тысяч квадратных метров. Строительство систем отопления на основе каскадов тепловых насосов требует новых конструктивных, внедряющих и эксплуатационных решений.
Самые большие одиночные тепловые насосы достигают мощности в несколько десятков киловатт. Ограничением конструкции более крупных насосов является так называемая Масштабный эффект, который вместе с увеличением габаритов устройства ставит проблемы конструкции, конструкции и особенно технологических насосов.
Сам компрессор создает большую рабочую проблему, которая потребляет приблизительно 1/4 электроэнергии по сравнению с теплотворной способностью теплового насоса (с КПД около 4). В этом случае насос мощностью 80 кВт потребляет около 20 кВт электроэнергии. Частый ввод в эксплуатацию устройства такой мощности, несмотря на используемые ограничители пускового тока, может вызвать нежелательные помехи для других, например электронных, электрических приемников.
Большие насосы также характеризуются громкой работой и в этом отношении должны соответствовать определенным нормативным условиям. Таким образом, наряду с размерами тепловых насосов, эксплуатационные проблемы также увеличиваются. Лучшим решением является использование каскадов, построенных с насосами меньшей мощности. Такие решения имеют много других преимуществ.
На польском рынке есть несколько компаний, которые предлагают тепловые насосы для каскадных работ. Количество насосов в каскаде зависит от возможностей используемых устройств управления. Каскады могут быть построены с насосами того же типа, в том числе: рассол-вода, вода-вода и воздух-вода. В таких решениях каскадный насос подключен к одному, соответственно, большому нижнему источнику. Правило состоит в том, чтобы построить каскад из одного типа насоса и одинаковой мощности. На практике, однако, существуют каскады, которые включают в себя насосы различных типов, которые используют разные более низкие источники тепла. Насосы для каскадной работы должны быть адаптированы с точки зрения их совместного управления.
Гораздо более сложной проблемой является выбор нижнего источника и решение гидравлической системы верхнего источника, то есть центральное отопление и подготовка горячей воды. Эти задачи выходят за рамки стандартных принципов проектирования систем отопления на основе тепловых насосов. Пока нет должным образом разработанных и распространенных образцов проектных материалов. Дизайнер таких установок обречен на собственное изобретение и опыт. Он также может рассчитывать, часто с положительным результатом, на техническую помощь от производителя или дистрибьютора тепловых насосов.
Источники для каскада Основа каскада теплового насоса основана на нижнем источнике. Требуется быть достаточно эффективным и надежным в эксплуатации. Применяются стандартные правила выбора более низких источников, но из-за большей потребности в тепле часто одновременно используются несколько различных источников, например, земля, вода и воздух, которые индивидуально подключаются к отдельным насосам в каскаде.
Самый легкий и самый эффективный источник тепла - наружный воздух или больше вентиляции. В настоящее время сконструированные насосы достигают удовлетворительной энергоэффективности даже при температуре воздуха -20 ° С. Этот тип нижнего источника не требует каких-либо земляных работ. Однако следует ожидать более высоких затрат на покупку этих насосов по сравнению с насосами, предназначенными для других источников с меньшим количеством тепла.
Воздушно-водяные насосы доступны на рынке в нескольких вариантах: как цельные внутренние или внешние насосы, так и в виде двухкомпонентных насосов, которые состоят из наружного блока (нижний источник) и внутреннего блока (тепловой насос). Определенным ограничением использования тепловых насосов с воздушным источником может быть шум, создаваемый вентилятором в нижнем источнике как внутреннего, так и внешнего насоса.
Каскадное управление Каскадное управление насосом осуществляется в соответствии со строго определенными правилами. Первый тепловой насос в каскаде работает в режиме ведущего в качестве главного и управляет оставшимися насосами, установленными в режиме «ведомый». Датчики температуры, управляющие работой системы, подключены к главному тепловому насосу. Связь между всеми устройствами в каскаде насосов обычно осуществляется через цифровую шину. Основным элементом управления каскадом тепловых насосов является регулятор. Количество возможных тепловых насосов в каскаде зависит от его возможностей управления. В настоящее время на рынке доступны регуляторы, подобранные производителями для собственных тепловых насосов, которые позволяют управлять каскадом до девяти насосов.
Когда запускается главный тепловой насос, в его системе управления активируется таймер, который отсчитывает время до включения второго теплового насоса, если не достигнуты соответствующие параметры нагрева, например, когда ожидаемое повышение температуры в буфере не достигается в течение определенного времени. Это время имеет определенное значение и заранее устанавливается производителем насоса. Это может быть отрегулировано обслуживающим персоналом. По тому же принципу происходит включение дополнительных тепловых насосов.
На рисунке показана примерная упрощенная схема домашней гидравлической системы с каскадом из двух тепловых насосов. Насосы доставляют тепло в контуры отопления пола. Чтобы обеспечить необходимое количество тепла и непрерывность его подачи в контуры и оптимизировать работу самих тепловых насосов, установка была оснащена буфером для нагрева воды, который в то же время служит в качестве накопителя тепла.
Каскадная система тепловых насосов имеет те же эксплуатационные преимущества, что и каскад котлов. Каскад насосов создает многоступенчатый источник тепла и может гибко использоваться в зависимости от потребностей отопления. В случае выхода из строя или отключения на определенный период времени, например, при обслуживании одного из насосов, другие могут работать. Такое решение обеспечивает непрерывность работы системы в течение всего отопительного сезона.
Доктор Инь. Ян Седлачек
Рис. Схема гидросистемы с каскадом из двух тепловых насосов.
