Тепловий насос повітря-вода: принцип роботи простою мовою

Тепловий насос повітря-вода: принцип роботи простою мовою

Принцип роботи теплового насоса повітря–вода: як функціонує LG Therma V

Тепловий насос повітря–вода переносить теплову енергію з зовнішнього повітря у водяний контур системи опалення. Нижче — послідовний опис циклу на прикладі технічних рішень LG Therma V за офіційним каталогом (серії R32 Split, R410A Split, R32 Hydrosplit).

Холодильний цикл як основа

В основі роботи лежить оборотний холодильний цикл: холодоагент послідовно змінює агрегатний стан — випаровується (поглинає тепло) у зовнішньому теплообміннику і конденсується (віддає тепло) у пластинчастому теплообміннику, пов’язаному з водяним контуром. Між ними розташовані компресор і терморегулюючий (розширювальний) елемент.

Чотири фази циклу

  1. Випаровування. Рідкий холодоагент під низьким тиском і температурою нижчою за температуру зовнішнього повітря проходить через повітряний теплообмінник (у Therma V — Black Fin), поглинає тепло з повітря і перетворюється на пару.
  2. Стиснення. Компресор (у Therma V — R1 Compressor, герметичний спіральний, scroll) підвищує тиск пари, внаслідок чого температура газу значно зростає.
  3. Конденсація. Гарячий газ проходить через пластинчастий теплообмінник холодоагент/вода, віддає тепло воді контура опалення і конденсується в рідину.
  4. Розширення. Рідина пропускається через електронний терморегулюючий вентиль, тиск і температура різко падають — цикл повертається до випаровування.

У режимі охолодження напрям потоку холодоагенту змінюється чотирихідним клапаном: зовнішній теплообмінник стає конденсатором, а внутрішній — випарником, і система забирає тепло з води.

Особливості компресора Therma V

За каталогом LG, компресор R1 має такі конструктивні особливості:

  • наскрізна конструкція і підтримка обох кінців валу для довговічності;
  • відцентрове повернення масла та масляна сепарація для зменшення витрат масла;
  • розширений робочий діапазон (до 135 Гц);
  • стиснення знизу і спрощена конструкція — знижений рівень шуму і вібрації, менша вага;
  • покращений нахил спіралі для підвищення ефективності.

Окремо каталог виділяє технологію впорскування пари холодоагенту (miттєве впорскування газу) — вона розширює робочий діапазон при низьких зовнішніх температурах.

Архітектура моделей Therma V

Серія Розташування пластинчастого теплообмінника Що з’єднує зовнішній і внутрішній блок
R32 Split / R410A Split Внутрішній блок Труби з холодоагентом
R32 Hydrosplit Зовнішній блок Водопровідні труби

У Split-виконанні гідравлічні компоненти — пластинчастий теплообмінник, водяний насос (GRUNDFOS), розширювальний бак 8 л, запобіжний клапан (3 бар), датчики потоку і тиску — розташовані у внутрішньому блоці. У Hydrosplit (Hydro box HN1600MC NK1) теплообмінник холодоагент/вода перенесено в зовнішній блок, що унеможливлює витік холодоагенту в приміщенні.

Холодоагенти і їхня роль

  • R32 (Split 9 кВт, Hydrosplit): GWP 675, попередня заправка 1 500 г для 9 кВт / 2 100 г для Hydrosplit 12–16 кВт.
  • R410A (Split 12/14/16 кВт): GWP 2 088, заправка 2 500 г.

Нижчий GWP у R32 — один з чинників переведення нових серій саме на цей холодоагент.

Водяний контур: що всередині внутрішнього блоку

За каталогом, у внутрішньому блоці Split та у Hydro box інтегровано:

  • пластинчастий теплообмінник холодоагент/вода (Split) або вхід/вихід води до зовнішнього блоку (Hydrosplit);
  • водяний насос GRUNDFOS (у Hydrosplit — модель UPML 20-105 CHBL);
  • розширювальний бак 8 л;
  • запобіжний клапан з верхньою межею 3 бар;
  • фільтр;
  • вентиляційний клапан;
  • датчик потоку SIKA (діапазон 5–80 л/хв, тригерна точка 7 л/хв для 9 кВт і 15 л/хв для 12–16 кВт);
  • датчик тиску води SENSATA (0–20 бар);
  • пульт RS3 Standard III на передній панелі;
  • вбудований датчик температури повітря.

Режими керування потоком

Каталог описує чотири режими керування водяним насосом:

  • Потужність насосу — фіксована задана потужність (10–100%).
  • Фіксована швидкість потоку — для R32 Split 8–26 LPM, для R410A Split 17–46 LPM.
  • Фіксована ΔT — підтримка заданої різниці температур 5–13°C.
  • Оптимальна швидкість потоку (за замовчуванням) — ΔT адаптивно змінюється відповідно до цільової температури.

Це дає змогу регулювати гідравліку системи під тип опалювальних приладів (тепла підлога / радіатори / фанкойли).

Сезонний авторежим і блокування енергетичного стану

У Therma V реалізовано автоматичну зміну цільової температури відповідно до зовнішньої (погодозалежне керування), а також інтеграцію з системами зберігання енергії ESS через Modbus або сигнал Smart Grid 230 В. Для станів ES1–ES8 визначені різні умови: від вимушеного відключення під піковим навантаженням (ES1) до супер-енергозберігання зі зниженням цільової температури обігріву на 5°C (ES8).

Межі циклу: робочий діапазон

Для всіх серій Therma V у каталозі заявлено:

  • Зовнішня температура для обігріву — від –25°C до +35°C.
  • Зовнішня температура для охолодження — від +5°C до +48°C.
  • Температура води на виході в обігріві — 15–65°C (R32) або 15–57°C (R410A).

Поза цими межами цикл зупиняється. Нижче температури розморожування ефективний COP знижується, оскільки частина енергії витрачається на періодичне оплавлювання інею на повітряному теплообміннику.

Підсумок

Принцип роботи Therma V — класичний компресорний цикл, де тепло переноситься з повітря у воду. Технічні рішення LG (компресор R1, Black Fin-теплообмінник, впорскування газу, розширене керування насосом) спрямовані на стабільну роботу в діапазоні –25…+35°C з номінальним COP 4,26–5,04 при температурі води 35°C.