Воздушные тепловые насосы Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.

Как известно, принцип работы любой сплитсистемы кондиционирования заключается в переносе теплоты за счет испарения и конденсации хладагента из помещения в окружающую среду (режим охлаждения) или из окружающей среды в помещение (режим обогрева). При этом теплообмен происходит непосредственно между хладагентом и обрабатываемым воздухом, никаких промежуточных теплоносителей не задействовано.

В какой-то мере обычную сплит-систему можно назвать воздушным тепловым насосом, поскольку при ее работе происходит «перекачивание» тепловой энергии между кондиционируемым помещением и окружающей средой. Однако, под воздушными тепловыми насосами все же обычно понимаются системы, получившие распространение в последнее время, и в которых передача теплоты происходит между окружающей средой и промежуточным теплоносителем (вода).

То есть, в процессе работы такие сплит-системы либо нагревают, либо охлаждают воду во внутреннем блоке специальной конструкции. Подготовленная вода затем может быть использована для охлаждения или нагрева воздуха в кондиционируемом помещении (посредством циркуляции холодной или горячей воды через вентиляторные доводчики — фанкойлы, систему «холодных потолков», теплых полов, конвекторов и т.п.).

Кроме того, система может подготавливать горячую воду для санитарно-гигиенических нужд. Подобные воздушные тепловые насосы (далее — ВТН) получили широкое распространение в Европе (они используются там главным образом в качестве систем отопления и горячего водоснабжения) благодаря своей универсальности, относительной простоте и дешевизне монтажа и высокой энергоэффективности.

Последнее играет большую роль, поскольку цены на энергоносители и электроэнергию в европейских странах достаточно высоки, а ВТН на один киловатт затрачиваемой электроэнергии позволяют получать до четырех киловатт тепла. Основная область применения ВТН — небольшие жилые здания типа коттеджей, что легко объяснимо, ведь крупные объекты в нашей стране чаще всего имеют централизованное теплоснабжение, а иногда и собственные котельные.

Подключение же индивидуального дома к централизованной системе, например, газоснабжения для питания газового котла — дорогостоящая и сложная процедура, затраты в этом случае не сравнимы с затратами на покупку и установку ВТН. Однако, распространение таких систем в России сдерживает ряд факторов, главный из которых — ограниченный диапазон температур наружного воздуха.

Наибольшую эффективность в качестве системы отопления ВТН показывают при температурах, близких к 0 °C, при понижении температуры их эффективность падает, поскольку требуется затрачивать все большее количество работы на перенос теплоты из окружающей среды. Кроме того, при существенно отрицательных температурах учащаются циклы оттайки наружного блока, а в режиме оттайки система тепла не производит, поэтому для поддержания температуры воды на необходимом уровне ей просто может не хватить производительности.

При работе в режиме охлаждения ВТН менее эффективны, чем традиционные сплитсистемы, в силу наличия дополнительных потерь на передачу тепла от хладагента к теплоносителю, которые в традиционных сплитсистемах отсутствуют. Поэтому ВТН наиболее применимы, в первую очередь, в странах с морским типом климата — c мягкой зимой и нежарким летом — это почти все страны Европы, а в России таким климатом обладают южные регионы (Ростовская область, Краснодарский край и т.д.).

Из-за этого многие производители не спешат поставлять такое оборудование в Россию. Однако, японская компания Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., провела дополнительные испытания, обобщила опыт эксплуатации ВТН в различных странах Северной Европы, сделала некоторые доработки и с нынешнего года начнет поставлять усовершенствованные тепловые насосы на российский рынок.

Системы ВТН производства MHI будут поставляться под торговой маркой HM-Hydrolution. Модельный ряд состоит из трех инверторных наружных блоков (FDCW71, 100, 140VNX) номинальной теплопроизводительностью 8,9 и 16,5 кВт, соответственно, двух внутренних блоков (HMA100V, HMS140V) и трех типов баков-аккумуляторов (НТ30, MT300 и MT500), вместимостью 30, 300 и 500 л, соответственно.

Наружные блоки FDCW71 и FDCW100 комбинируются с внутренними HMA100V, при этом внутренние блоки уже имеют встроенный бак-аккумулятор объемом 270 л. Наружный блок FDCW140 комбинируется с внутренним HMS140V, который не имеет встроенного бака-аккумулятора и может быть дополнен одним из трех типов баков в зависимости от потребности в горячей воде для санитарных нужд (очевидно, что бак НТ30 следует использовать в случае, если система ВТН не будет использоваться в качестве источника горячей воды).

Таким образом, получается, что модельный ряд ВТН производства Mitsubishi Heavy Industries, Ltd., состоит из пяти моделей, при этом систему можно достаточно гибко конфигурировать в зависимости от конкретных потребностей заказчика. Общий вид внутреннего и наружного блока показан на фото 1 и 2, а принципиальная схема системы приведена на рис. 1, Технически наружные блоки системы практически ничем не отличаются от наружных блоков обычных полупромышленных инверторных сплит-систем, однако имеют больше режимов работы и ряд дополнительных термодатчиков.

Внутренние блоки включают в себя теплообменник «фреон–вода», а также все необходимые для работы клапаны с приводами и автоматикой. Система работает на фреоне R410a и может вырабатывать холодную воду с температурой 7–23 °C, горячую воду для санитарно-гигиенических потребностей с температурой 43–65 °C, а также непрерывно нагревать воду для применения в целях отопления помещения. Для передачи тепла от воды к воздуху могут использоваться радиаторы, системы «теплый пол», а также вентиляторные доводчики (фанкойлы).

Холодная вода может использоваться для охлаждения воздуха в помещении в теплый период года посредством вентиляторных доводчиков или системы «холодных потолков». Система производства MHI в целом может работать в трех режимах:

• режим охлаждения — работа по прямому холодильному циклу, теплообменник «фреон–вода» внутреннего блока работает как испаритель, при этом вода, циркулирующая по контуру, охлаждается в нем, а затем может быть направлена в вентиляторные доводчики и т.п., причем циркуляционный насос работает непрерывно;
• режим обогрева — работа по обратному холодильному циклу, теплообменник «фреон– вода» внутреннего блока работает как конденсатор, при этом вода, циркулирующая по контуру, нагревается в нем, а затем может быть направлена в вентиляторные доводчики, радиаторы, теплые полы и т.п., причем циркуляционный насос работает непрерывно;
• режим накопления горячей воды — работа по обратному циклу, теплообменник «фреон–вода» внутреннего блока работает как конденсатор, при этом вода, циркулирующая по контуру, нагревается в нем, а затем направляется в бак-аккумулятор, причем циркуляционный насос работает при необходимости.

Алгоритм работы системы задается пользователем на панели управления, которая расположена на внутреннем блоке. Доступны следующие алгоритмы:

1. AUTO — система сама выбирает режим работы в зависимости от температуры наружного воздуха. Выбор осуществляется из режимов обогрева или накопления горячей воды. Приоритетным является режим накопления горячей воды, который включается принудительно при падении температуры воды в баке-аккумуляторе ниже установленной (температура задается на панели управления и составляет по умолчанию +43 °C). В остальное время система работает в режиме обогрева, если это необходимо. Интенсивность нагрева циркулирующей воды вычисляется автоматически исходя из температуры наружного воздуха, а также, показаний термодатчика и настройки термостата MH-RG10 (дополнительного аксессуара, используемого по необходимости). Интенсивность нагрева воды меняется за счет изменения частоты компрессора и вентилятора наружного блока, частоты вращения циркуляционного насоса, открытия и закрытия байпасных клапанов. Если производительности наружного блока недостаточно для нагрева воды до необходимой температуры, автоматически задействуется электронагреватель, встроенный в бакаккумулятор.
2. AUTO C — система сама выбирает режим работы в зависимости от температуры наружного воздуха. Выбор осуществляется из режимов охлаждения, обогрева или накопления горячей воды. Приоритетным является режим накопления горячей воды, который включается принудительно при падении температуры воды в баке-аккумуляторе ниже установленной (температура задается на панели управления и составляет по умолчанию +43 °C) вне зависимости от того, какой режим был включен ранее. В остальное время система работает в режиме обогрева или охлаждения. Выбор режима осуществляется автоматически исходя из температуры наружного воздуха, а также показаний термодатчика и настройки выносного термостата MH-RG10 (дополнительный аксессуар). Интенсивность охлаждения меняется за счет частоты вращения циркуляционного насоса и трехходовых клапанов вентиляторных доводчиков (если есть). Интенсивность нагрева воды меняется за счет изменения частоты компрессора и вентилятора наружного блока, частоты вращения циркуляционного насоса, открытия и закрытия байпасных клапанов. Если производительности наружного блока недостаточно для нагрева воды до необходимой температуры, автоматически задействуется электронагреватель, встроенный в бак-аккумулятор.
3. HEATING — система постоянно работает в режиме обогрева независимо от температуры наружного воздуха, при необходимости переключаясь в режим накопления горячей воды. При необходимости задействуется электронагреватель бака-аккумулятора.
4. COOLING — система постоянно работает в режиме охлаждения независимо от температуры наружного воздуха. Для подготовки горячей воды используется только электронагреватель бака-аккумулятора (нагрев воды по умолчанию запрещен).
5. HOT WATER — система работает только в режиме накопления горячей воды, а циркуляция ее по внешнему контуру отсутствует.
6. ADD. HEAT ONLY — система работает только в режиме накопления горячей воды, нагрев воды осуществляется только за счет внешних источников (электронагреватель, змеевик и т.п.). По умолчанию режим запрещен.

Многообразие режимов работы позволяет выбрать наиболее подходящий для различных условий эксплуатации. Например, работая в режиме AUTO C, в летний период система может обеспечивать кондиционирование при помощи вентиляторных доводчиков, параллельно подготавливая горячую воду для санитарно-гигиенических нужд. При этом следует понимать, что активное использование потребителем горячей воды будет идти в ущерб кондиционированию (одновременно охлаждать и нагревать воду система не может).

Зимой и в межсезонье система может обеспечивать горячее водоснабжение и, при необходимости, отопление, которое может быть реализовано посредством установки теплых полов, конвекторов, вентиляторных доводчиков и т.п. Поставки систем HM уже начались, системы доступны для заказа у официальных дилеров MHI.