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
- 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.
- Стиснення. Компресор (у Therma V — R1 Compressor, герметичний спіральний, scroll) підвищує тиск пари, внаслідок чого температура газу значно зростає.
- Конденсація. Гарячий газ проходить через пластинчастий теплообмінник холодоагент/вода, віддає тепло воді контура опалення і конденсується в рідину.
- 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.