Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

victorborisov — 16.03.2015 Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

Пора подводить итоги по энергопотреблению построенного мною энергоэффективного загородного дома. С осени прошлого года в доме была установлена и настроена система дистанционного мониторинга температуры и энергопотребления. Ниже я представляю вашему вниманию протокол наблюдений за период с декабря по февраль.

Напомню некоторые детали проекта. За 2 года я самостоятельно, без привлечения наемной рабочей силы построил энергоэффективный загородный дом общей площадью 72 квадратных метра. При строительстве использовались современные технические решения: монолитная фундаментная плита с композитной арматурой, газобетонные стены толщиной 40 см без дополнительного утепления, плоская кровля по сборно-монолитному перекрытию. Концепция всего строительства — квартира на природе. Задача была успешно решена за 2 года.

В качестве источника тепла был выбран полупромышленный кондиционер Mitsubishi Heavy, который представляет собой воздушный тепловой насос класса «воздух - воздух». Номинальное энергопотребление 2 кВт•ч, коэффициент трансформации энергии от 2 (при -20 °C) до 4 (при +7 °C). Общий бюджет на отопительную систему с коммуникациями, включая систему вентиляции — около 150 тысяч рублей.

Выбор системы отопления был обусловлен несколькими факторами. В первую очередь в концепцию «квартира на природе» не вписываются источники отопления на дровах, т.к. они не могут работать в автоматическом режиме и требуют постоянного контроля (хотя бы раз в сутки), а также добавляют грязь и необходимость создания склада для хранения, не говоря уж об отдельной котельной. То же самое касается привозного топлива (газ, дизель) - эти решения потребуют дорогостоящей инфраструктуры при минимальной рентабельности. Магистральный газ в районе застройки отсутствует, поэтому даже не рассматривается.

Остаётся отопление электричеством. Но прямая конвертация электрической энергии в тепловую не выгодна из-за слишком высоких тарифов на электроэнергию, обусловленных расположением загородного дома в садовом товариществе в Московской области, плюс имеющиеся лимиты мощностей (5 кВт, 1 фаза). Стоимость 1 кВт•ч в нашем случае составляет 5 рублей. Сократить энергопотребление можно одним единственным способом — использованием теплового насоса. Система класса «воздух - воздух» это по сути обычный кондиционер, который работает на «реверсе»: он охлаждает улицу и нагревает дом. Эффективный рабочий диапазон температур (с подогревом поддона): до -25 °С.

2. Внешний блок теплового насоса устроен очень просто. Справа за теплозащитным кожухом находится инверторный компрессор имеющий подогрев картера (для возможности безопасного пуска при отрицательных температурах). Рядом с ним находится сложная система фреонопроводов, включая четырехходовой клапан (переключает кондиционер между режимами «обогрев» и «охлаждение»). Сверху расположена вся электроника. Слева расположен теплообменник, который в режиме работы на нагрев выполняет роль испарителя — в нем жидкий фреон испаряется и «забирает» тепло из уличного воздуха. Воздухообмен автоматически регуляется с помощью осевого вентилятора.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

3. Сложная система фреонопроводов испарителя. В рабочем режиме испаритель интенсивно обмерзает вследствие сильного понижения температуры. Электроника кондиционера отслеживает производительность системы и периодически включает режим разморозки — переключает четырехходовой клапан в режим «охлаждение». Частота циклов разморозки зависит от влажности и температуры на улице. При отрицательных температурах разморозка происходит примерно 1 раз в час и длится около 5-7 минут. Для безопасной эксплуатации при температурах ниже -15 °C в поддоне установлен подогрев гибким кабелем, т.к. вода с оттаившего испарителя может успеть замерзнуть на поддоне. Обращаю внимание, что внизу на земле под кондиционером образуются ледяные сталагмиты в очень солидных объемах (за эту зиму получилась глыба льда 1х1,5 метра высотой 50 см).
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

4. Внутренняя часть системы состоит из блока с высокопроизводительным центробежным вентилятором и теплообменником, к которому подведена фреоновая магистраль от внешнего блока. Теплообменник в режиме обогрева является конденсатором: газообразный фреон отдает свое тепло и конденсируется в жидкое состояние. Система воздуховодов одновременно решает вопросы вентиляции всего дома. Сверху вы видите 3 главных раздающих воздуховода по всем комнатам. Ниже к полу уходит всасывающий воздуховод, решетка которого опущена к полу в холле. Это полностью решает вопросы перемешивания теплого и холодного воздуха в доме таким образом, что разница температур между полом и потолком не превышает 1-1,5 градусов.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

5. Воздуховоды в помещениях проведены либо в гипсокартонных коробах (как на фото), либо через соседние помещения. Таким образом во всех жилых помещениях сохранилась высота потолков равная 3 метрам. Теплый воздух поступает из решетки в левом верхнем углу кадра и благодаря постоянному воздухобмену разномерно прогревает весь дом. Пол теплый, даже там, где плитка.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

Обо всех технических нюансах лучше смотреть соответствующие статьи, ссылки на которые есть в конце материала.

Также стоит отметить, что во всасывающий воздуховод подключена магистраль забора уличного воздуха с электрическим канальным подогревателем, а в санузле установлен вентилятор на вытяжке. Это обеспечивает постоянный приток свежего воздуха в дом в объеме от 60 кубических метров в час. Про вентиляцию и ее роль в жилых домах я расскажу в отдельной статье.

6. Для мониторинга температуры и энергопотребления я использую беспроводные датчики WirelessTags — они также могут выполнять охранные функции.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

7. Данные по энергопотреблению снимаются со счетчика технического учета АВВ С11 с помощью легкой доработки датчика открытия двери. В итоге мы имеем полный поминутый протокол энергопотребления в доме. Стоит отметить, что в данный момент, кроме потребления кондиционера, мы фиксируем суммарное энергопотребление всех электрических устройств в доме. В том числе скважинный насос, водонагреватель, холодильник, электрическая плита, канальный подогреватель, освещение и т.д.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

8. Система WirelessTags позволяет скачать весь протокол измерений в формате CSV и самостоятельно построить таблицы и графики в Excel. Решить эту задачу мне помог Алексей

svintuss. Итак, какие данные мы визуализировали. Всего у меня установлено более 10 датчиков в различных местах и я отобрал наиболее интересные. Температура и влажность на улице (установлен на восточной стене дома), температура в колодце (установлен на улице земли НАД утепляющей плитой), температура и влажность в доме (датчик в холле, радом с всасывающим каналом) и общее энергопотребление по дням. Внизу приведены усредненные значения по температурам (в названиях последних строк небольшая опечатка - Grand Total это максимумы и минимумы за весь период, а Grand по месяцам это СРЕДНИЕ минимумы и максимумы). Здесь показаны данные с 5 декабря (обусловлено тем фактом, что именно с этого момента я наладил мониторинг электроэнергии) по 28 февраля.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

Какие выводы можно сделать? Минимальная температура за эту зиму -21,4 °C, максимальная +11 °C. При этом средняя температура за зимний период была не ниже -5 °C. Сильное понижение температуры происходит ночью, но днем все равно достаточно тепло. Это идеальные климатические условия для эксплуатации теплового насоса класса «воздух - воздух». Также обратите внимание на температуру в колодце — это даст понимание реальной глубины промерзания земли (на следующий год закопаю для наблюдений один из датчиков в землю).

Что касается энергопотребления. Мы видим, что суммарное потребление за 3 месяца не превышает 3000 кВт•ч. А месячный расход энергии составляет примерно 950 кВт•ч. В этот период в доме поддерживалась положительная температура не менее +16 °C. Сразу хочу обратить внимание, что в эти цифры входит потребление энергии канальным подогревателем на приточной вентиляции, на который уходит примерно 30% энергии. Ставить рекуператор на столь малых объемах не рентабельно, т.к. его срок окупаемости будет более 10 лет. Но подогревать приточный воздух нужно обязательно. Также как и нельзя перекрывать приточную вентиляцию.

Однако, если вычесть расходы на приточную вентиляцию, то можно сделать выводы, что ежемесячное потребление теплового насоса на компенсацию теплопотерь здания в самые холодные зимние месяцы составляет менее 600 кВт•ч или же 700 ватт в час.

9. Ниже детальные графики по температуре и энергопотреблению. Воздушный тепловой насос в среднем обеспечивает 2,5-кратную экономию электроэнергии. А учитывая наши высокие тарифы — уже окупил половину своей стоимости за два отопительных сезона.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома

Какие выводы можно сделать? Воздушное отопление с помощью теплового насоса выгодно! А учитывая, что система является частью приточной вентиляции — это вдвойне выгодно, т.к. в любом доме обязательно должна быть вентиляция.

Что касается комфорта эксплуатации. Во-первых, хочу разочаровать всех, кто больше всего кричал о невыносимом шуме. Увы, внутри дома тихо и комфортно даже на третьей скорости вентилятора (примерно 900 кубометров в час). Центробежные вентиляторы практически бесшумны, а скорости потока воздуха минимальны. Для сравнения можно уверенно сказать, что шум внутри дома на третьей скорости немного тише, чем шум от среднестатической кухонной вытяжки на минимальной скорости! То есть грубо говоря воздушное отопление практически бесшумно.

Единственное, что слышно — компрессор на внешнем блоке слышно в режиме максимальной производительности в помещении находящемся непосредственно рядом с внешним блоком.

10. На этот год запланированы глобальные работы по озеленению прилегающей территории, завершение отделочных работ на летней кухне и наконец-то — покраска дома (сейчас он только зашпаклеван). Кроме этого есть планы на создание типового проекта загородного дома со строительством под ключ на основе моего дома по цене 2,5-3 млн. рублей.
Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома