Два теплові насоси й наявний котел: як побудувати каскад без зайвого обладнання

У будівлі вже працює котел. Власник хоче зменшити витрати й додати теплові насоси. Одразу прибирати котел не обов’язково: він може залишитися джерелом пікового тепла або резервом.

Але встановити два зовнішні блоки поруч — ще не означає створити каскад. Потрібні спільна логіка, погоджена гідравліка та зрозумілий розподіл навантажень. Такі рішення передбачені й у заводських схемах: NIBE описує керування кількома підпорядкованими насосами, а Caleffi — поєднання теплових насосів із котельним обладнанням. (NIBE — системні рішення S1155: каскади та гаряча вода) (Caleffi — гібридна система з тепловими насосами й котлом)

Рахуємо потужність у потрібному режимі

Для умовного офісу потрібні 30 кВт у розрахунковий мороз. Обрано два агрегати з номіналом по 16 кВт, але для фактичної зовнішньої температури й температури подачі в нашому прикладі прийнято по 14 кВт.

Разом:

Q₍ТН₎=14+14=28 кВт

Бракує 2 кВт. Їх може забезпечити котел, якщо така спільна робота передбачена схемою. Це нормальна усвідомлена концепція, а не обов’язково помилка підбору.

Проте при відмові одного насоса залишаться 14 кВт — приблизно 47% потрібної потужності. Два агрегати не означають повний резерв автоматично. Для нього потрібно перевірити весь доступний склад джерел і можливість їхньої роботи після відмови.

Догрів і аварійний резерв — різні ролі

Котел, якому достатньо додати 2 кВт у найхолодніші години, може бути зовсім інакше потрібний під час ремонту двох теплових насосів.

Тому в технічному завданні я б визначав окремо: яке тепло повинно залишатися при відмові одного агрегата, чи потрібно підтримувати повний комфорт при аварії та як довго допускається обмежений режим.

Додатково перевіряємо спільні точки відмови: живлення, циркуляцію, контролер і магістраль. Це перевірка конкретного проєкту, а не властивість назви «каскад».

Коли вигідніше підключити котел

Є теплова причина — насоси не покривають навантаження. Є економічна — змінна вартість тепла від котла стає нижчою.

Для розрахунку без допоміжних споживачів:

c₍ТН₎=p_e/COP; c₍котла₎=p_f/\eta

Умовно приймемо електрику по 0,24 €/кВт·год, паливо по 0,08 €/кВт·год енергії палива та ККД котла 0,92. Це навчальні ціни, не чинні тарифи.

Точка рівності:

COP₍межа₎=(0,24×0,92) / (0,08)=2,76

За COP 3,2 тепло від насоса коштує 0,075 €/кВт·год, а від котла — приблизно 0,087. За COP 2,2 тепло насоса коштує вже близько 0,109 €/кВт·год.

У реальному порівнянні додаємо допоміжні витрати та використовуємо однакову межу обліку. Економічна точка перемикання не обов’язково збігається з температурою нестачі потужності.

Гідравліка має дозволяти обрану логіку

Потрібно забезпечити необхідну витрату через активні агрегати й не допустити, щоб котел змушував тепловий насос працювати за неприйнятної температури повернення. Заводські гібридні схеми передбачають для цього погоджені контури та керування. (Caleffi — гібридна система з тепловими насосами й котлом)

У міжсезоння ми б окремо перевірили мінімальну продуктивність: чи доцільно працювати одному насосу, двом на частковому навантаженні або змінювати послідовність. Відповідь дають характеристики конкретних машин.

Хороший каскад — це не максимальна кількість джерел. Це зрозуміла відповідь, яке джерело працює, чому саме воно і що залишиться доступним при відмові.