Повітря, ґрунт чи вода: звідки тепловому насосу вигідніше брати тепло

Ґрунтовий тепловий насос часто описують як ефективніший, а повітряний — як простіший. Але замовник обирає не лише холодильну машину. Він обирає джерело тепла разом із його створенням, насосами та обслуговуванням.

Сприятлива температура джерела корисна лише тоді, коли це джерело доступне в потрібному обсязі й за прийнятних витрат.

Повітря: без свердловин, але зі змінними умовами

Повітряне джерело не потребує ґрунтового колектора. Натомість його температура змінюється разом із погодою, а обмерзання й відтавання потрібно враховувати в роботі зовнішнього блока. Продуктивність та ефективність перевіряються для відповідних температур повітря й води. (Panasonic — Aquarea T-CAP M Series: технічні характеристики) (Energies — польове дослідження алгоритмів відтавання теплового насоса)

На етапі концепції ми б перевірили місце встановлення, можливість сервісу та розрахунковий зимовий режим. Не слід купувати менше обладнання лише тому, що найвигідніша паспортна точка виглядає достатньою.

Ґрунт: стабільніше джерело, але не нескінченний запас

Ґрунтові системи використовують підземний контур як джерело тепла взимку та, за відповідної схеми, як приймач тепла влітку. Температура ґрунту стабільніша за температуру зовнішнього повітря, але колектор має бути підібраний для навантаження об’єкта. (US DOE — ґрунтові теплові насоси)

Довжину свердловин або площу горизонтального контуру не варто визначати лише за потужністю агрегату. Важливі властивості ґрунту та тривалість відбору тепла. DOE окремо наголошує на теплопровідності, температурній стабільності джерела й точності підбору колектора. (US DOE FEMP — вибір джерела для ґрунтових і водяних теплових насосів)

Ми б також перевірили річний баланс: чи є літній відвід тепла, які навантаження працюють постійно і як змінюватиметься джерело за тривалої експлуатації.

Вода: потрібна не просто свердловина

Для відкритої водяної системи значення мають температура, стійкий дебіт і хімічний склад води. Це прямо входить до вихідних даних для підбору водяного джерела. (US DOE FEMP — вибір джерела для ґрунтових і водяних теплових насосів)

Наявність побутової свердловини не підтверджує, що вона підходить для безперервного відбору під тепловий насос. Окремо потрібно вирішити, куди повертати воду та як організувати допустиме використання джерела.

Розрахуємо умовний режим. Насос віддає 20 кВт тепла, а компресор споживає 5 кВт. У спрощеному стаціонарному балансі без інших теплових потоків від джерела потрібно:

Q₍дж₎=20-5=15 кВт

Якщо дозволене охолодження джерельної води становить 3 К, необхідна витрата приблизно:

V̇=(15) / (1,163×3)≈4,3 м³/год

Коефіцієнт 1,163 тут застосовано для води за звичайних умов. Це вже відчутний постійний потік, а не короткий побутовий водорозбір.

Допоміжні насоси теж споживають

Якщо в цьому прикладі подавання води потребує окремих 0,8 кВт, співвідношення на розширеній межі зменшиться:

COP₍агрегата₎=20/5=4;

COP₍з урахуванням подачі води₎=20/(5+0,8)≈3,45

Це не аргумент проти водяного джерела. Це аргумент за чесний баланс. Потрібно врахувати всі допоміжні витрати та не порівнювати паспорт одного агрегата з повним споживанням іншої системи.

На першому етапі ми б зіставили кілька концепцій за однакової потреби будівлі: інвестиції, сезонну енергію, обслуговування та обмеження ділянки.

Кращим буде не джерело з найтеплішою цифрою. Кращим буде джерело, яке на цьому об’єкті дає надійний і економічно обґрунтований результат.