Техническое описание и схема обвязки теплового насоса «воздух-вода»
Моноблок, 13 кВт, R32 — с буферной ёмкостью 200 л для дома 120 м²
1. Принципиальная гидравлическая схема обвязки
Система построена по двухконтурной схеме с разделением через змеевик буферной ёмкости:
- Первичный контур (гликоль) — замкнутый: тепловой насос → 3-ходовой клапан → змеевик буфера (режим отопления) или змеевик бойлера ГВС (режим ГВС) → циркуляционный насос Н1 → тепловой насос. Пропиленгликоль 30% защищает наружный тракт от замерзания.
- Вторичный контур (вода) — замкнутый: буферная ёмкость (вода в корпусе) → циркуляционный насос Н2 → коллектор тёплого пола → петли ТП → буфер (обратка).
Назначение змеевика буфера. Разделяет гликолевый контур ТН и водяной контур отопления. Исключает попадание антифриза в тёплый пол и позволяет использовать чистую воду в системе отопления.
Приоритет ГВС. 3-ходовой клапан переключает поток гликоля со змеевика буфера на змеевик бойлера. Отопление ставится «на паузу» — буфер отдаёт накопленное тепло, чего хватает на 30–60 минут нагрева бойлера.
2. Подбор диаметров трубопроводов
| Участок | Расход, м³/ч | ΔT, K | Скорость, м/с | Материал | Диаметр |
|---|---|---|---|---|---|
| ТН ↔ 3-ходовой клапан (подача) | 2,23 | 5 | 0,8 | PEX-a 32 мм или медь 28 мм | DN25/DN28 |
| ТН ↔ 3-ходовой клапан (обратка) | 2,23 | 5 | 0,8 | PEX-a 32 мм или медь 28 мм | DN25/DN28 |
| 3-ход. клапан → змеевик буфера | 2,23 | 5 | 0,8 | PEX-a 32 мм | DN25 |
| 3-ход. клапан → змеевик бойлера | 2,23 | 5 | 0,8 | PEX-a 32 мм | DN25 |
| Буфер → коллектор ТП (подача) | 0,98 | 7 | 0,6 | PPR PN20 32 мм | DN25 |
| Буфер ← коллектор ТП (обратка) | 0,98 | 7 | 0,6 | PPR PN20 32 мм | DN25 |
| Петли ТП (каждая) | 0,15–0,20 | 7 | 0,5 | PEX-a 16×2,0 мм | DN12 |
| ХВС → бойлер | — | — | — | PPR PN20 25 мм | DN20 |
| ГВС → потребители | — | — | — | PPR PN20 25 мм | DN20 |
Обоснование. Расход первичного контура: G = Q / (c · ΔT) = 13 / (4,2 · 5) = 0,619 кг/с ≈ 2,23 м³/ч. Скорость 0,6–0,8 м/с — оптимальна. Вторичный контур: G = 8 / (4,2 · 7) = 0,272 кг/с ≈ 0,98 м³/ч.
3. Циркуляционные насосы
| Обозначение | Контур | Модель (рекомендация) | Напор, м | Расход, м³/ч | Обоснование |
|---|---|---|---|---|---|
| Н1 | Первичный (гликоль) | Wilo Yonos PICO 25/6 / Grundfos ALPHA1 25-60 | 4–6 | 1,5–2,5 | Сопротивление змеевика + трассы ТН (~15 м при DN25) |
| Н2 | Вторичный (отопление) | Wilo Yonos PICO 25/4 | 2–4 | 0,5–1,2 | Сопротивление коллектора и петель ТП (~8 м при 16 мм PEX) |
Особенности подбора Н1. Гликоль на 15–20% более вязкий, чем вода — при расчёте напора берётся коэффициент запаса 1,2. Змеевик буфера 200 л даёт сопротивление ~1,5–2,0 м вод. ст. при расходе 2,2 м³/ч. Насос 25/6 (напор 6 м) перекрывает с запасом.
Управление. Н1 управляется контроллером ТН. Н2 — либо контроллером ТН, либо отдельным термостатом. Рекомендуется режим AUTO (плавная модуляция) для обоих насосов.
Дополнительный насос Н3 — не требуется. Циркуляцию через змеевик бойлера ГВС обеспечивает Н1 (3-ходовой клапан перенаправляет поток).
4. Группа безопасности
Первичный контур (гликоль, до 3 бар)
| Элемент | Модель / параметр | Место установки |
|---|---|---|
| Расширительный бак РБ1 | 12 л, предзаряд 1,0 бар, мембранный | На обратке ТН, перед насосом Н1 |
| Предохранительный клапан | 3 бар, DN15 | На подаче ТН, в группе безопасности |
| Автоматический воздухоотводчик | Поплавковый, латунь | В верхней точке первичного контура |
| Манометр | 0–4 бар | В группе безопасности ТН |
Объём РБ1. Объём гликоля в контуре: змеевик буфера ~3 л + змеевик бойлера ~2 л + трасса 20 м × 0,5 л/м = 10 л + внутренний объём ТН ~3 л = ~18 л. Бак 12 л даёт 4-кратный запас.
Вторичный контур (вода, до 2,5 бар)
| Элемент | Параметр | Место |
|---|---|---|
| Расширительный бак РБ2 | 18–24 л, предзаряд 1,0 бар | На обратке перед буфером |
| Предохранительный клапан | 3 бар, DN15 | На верхней трубе буфера |
| Автоматический воздухоотводчик | Поплавковый | На верхней точке буфера + на каждом коллекторе ТП |
| Манометр | 0–4 бар | В группе безопасности буфера |
Объём РБ2. Объём воды: буфер 200 л + петли ТП ~50 л + магистрали ~20 л = ~270 л. Бак 18 л даёт 2,5-кратный запас.
Бойлер ГВС
| Элемент | Параметр | Место |
|---|---|---|
| Предохранительный клапан | 7 бар (для ГВС) | На входе ХВС в бойлер |
| Обратный клапан | — | На подаче ХВС перед бойлером |
| Расширительный бак ГВС | 5–8 л | На трубопроводе ХВС перед бойлером |
5. 3-ходовой клапан переключения отопление/ГВС
| Тип | 3-ходовой переключающий (дивертерный), не смесительный |
| Диаметр | DN25 (1") |
| Привод | Электрический, 230 В, 3-точечное управление |
| Рекомендуемые модели | ESBE VTC 32, Honeywell VC6013, Afriso AZV 643 |
| Kvs | Не менее 6,0 м³/ч (при перепаде 1 м) |
| Время переключения | 8–12 секунд |
| Управление | Контроллер ТН (реле ГВС) — приоритет ГВС |
Важно. Клапан должен быть именно переключающим (2 рабочих порта из 3), а не смесительным. В режиме ГВС 100% потока идёт через бойлер, в режиме отопления — 100% через буфер.
6. Подключение буферной ёмкости
| Параметр | Подключение | Обоснование |
|---|---|---|
| Змеевик — вход гликоля | Верхний штуцер змеевика | Горячий гликоль входит сверху — естественная стратификация |
| Змеевик — выход гликоля | Нижний штуцер змеевика | Охлаждённый гликоль выходит снизу |
| Подача отопления (вода) | Верхний штуцер корпуса | Забор самой горячей воды из верхней зоны |
| Обратка отопления (вода) | Нижний штуцер корпуса | Возврат остывшей воды в нижнюю зону |
Датчики и термометры:
- T4 — погружной датчик, верхняя треть буфера (управление отоплением)
- T6 — погружной датчик, нижняя треть буфера (антициклирование)
- Термометр капиллярный на подаче и обратке (визуальный контроль)
7. Фильтры и водоподготовка
Первичный контур (гликоль)
| Элемент | Назначение | Место |
|---|---|---|
| Грязевик Y-тип, DN25, сетка 0,5 мм | Защита насоса и змеевика от окалины | На обратке перед насосом Н1 |
| Фильтр-грязевик с магнитной вставкой | Улавливание металлической пыли | Встроен в Y-грязевик |
Вторичный контур (вода)
| Элемент | Назначение | Место |
|---|---|---|
| Грязевик Y-тип, DN25 | Защита насоса Н2 и коллектора ТП | На обратке перед буфером |
| Полифосфатный дозирующий фильтр | Связывание солей Ca²⁺ и Mg²⁺ | На подпитке вторичного контура |
Бойлер ГВС критично для Калининграда
| Элемент | Назначение | Место |
|---|---|---|
| Магнитный умягчитель или полифосфатный фильтр | Защита змеевика бойлера от накипи | На входе ХВС в бойлер |
| Картридж механической очистки 5 мкм | Защита от песка и ржавчины | Перед умягчителем |
| Сливной кран | Слив и промывка бойлера | Нижний штуцер бойлера |
Калининградская вода — жёсткая (6–9 мг-экв/л по Ca+Mg). Накипь на змеевике бойлера снижает теплоотдачу на 30–40% за 2–3 года. Полифосфатный фильтр — минимальная защита. Для премиум-решения — ионообменный умягчитель с солью.
8. Датчики температуры
| Обозначение | Тип | Место | Назначение |
|---|---|---|---|
| T1 | Наружный, NTC 10k | Северный фасад, под козырьком, 2/3 высоты стены | Погодная компенсация |
| T2 | Погружной, NTC 10k | Труба подачи ТН, гильза ⅛" | Контроль температуры подачи гликоля |
| T3 | Погружной, NTC 10k | Труба обратки ТН, гильза ⅛" | Контроль ΔT, защита от перегрева |
| T4 | Погружной, NTC 10k | Буфер, верхняя треть | Управление отоплением |
| T5 | Погружной, NTC 10k | Бойлер ГВС, нижняя треть змеевика | Управление приоритетом ГВС |
| T6 | Погружной, NTC 10k | Буфер, нижняя треть | Антициклирование компрессора |
Размещение T1. Датчик устанавливается на северной стороне дома, в тени, на высоте 2/3 от уровня земли (≈3–4 м для двухэтажного дома), под козырьком от осадков и прямых солнечных лучей. Нельзя ставить возле окон, вытяжек, труб — искажают показания.
9. Алгоритм работы системы
Режим отопления
T1 (наружный) → погодная кривая → целевая Tбуфера (Tц)
Если T4 < Tц − Δ (гистерезис 1–2 K):
→ Компрессор ТН включается
→ 3-ходовой клапан → положение «буфер»
→ Н1 включён, Н2 включён
→ Компрессор модулирует мощность до достижения T4 = Tц
Если T4 ≥ Tц + Δ:
→ Компрессор останавливается
→ Н1 выключается через 60 с (охлаждение)
→ Н2 продолжает (буфер отдаёт тепло)
→ Минимальное время остановки: 10 мин (антициклирование)
Режим ГВС (приоритет)
Если T5 < T_гвс_мин (уставка 45 °C):
→ 3-ходовой клапан → положение «бойлер»
→ Компрессор повышает целевую T подачи до 50–55 °C
→ Н1 работает через змеевик бойлера
→ Н2 продолжает (буфер отдаёт накопленное тепло)
→ Отопление «на паузе» — буфер 200 л держит 30–60 мин
Если T5 ≥ T_гвс_макс (уставка 50 °C):
→ 3-ходовой клапан → положение «буфер»
→ Возврат в режим отопления
→ Минимальное время в режиме ГВС: 5 мин
→ Минимальный интервал между запросами ГВС: 15 мин
Антициклирование
| Параметр | Значение | Обоснование |
|---|---|---|
| Мин. время работы компрессора | 10 мин | Защита от частых пусков (износ) |
| Мин. время остановки компрессора | 10 мин | Выравнивание давления в холодильном контуре |
| Гистерезис T4 | 1,5–2,0 K | Предотвращает частые такты |
| T6 (нижний буфер) ≤ T4 − 8 K | Блокировка пуска | Буфер «разряжен» — нет смысла гнать малую мощность |
Защита от замерзания
| Защита | Условие | Действие |
|---|---|---|
| Антифриз в первичном контуре | Пропиленгликоль 30% (до −15 °C) | Постоянная защита |
| Циркуляция при отключении ТН | Tнар < 0 °C и ТН выключен | Н1 работает 1 мин каждые 30 мин |
| Нагрев ТЭН | T2 (подача) < 5 °C | ТЭН 3 кВт включается, Н1 работает |
| Слив при длительном отключении | Электричество отсутствует >24 ч | Ручной слив гликоля в расширительный бак |
10. ТЭН-догрев в буфере
Обязательно для Калининграда — как резерв и догрев при экстремальных морозах.
| Параметр | Значение | Обоснование |
|---|---|---|
| Мощность | 6 кВт (3+3 кВт, две ступени) | Пиковые теплопотери 8 кВт; ТН при −18 °C даёт ~5 кВт; недостача 3 кВт |
| Тип | Электрический ТЭН в термогильзе буфера | Погружной, нержавеющая сталь |
| Напряжение | 220 В | I = 27,3 А — допустимо для ввода 40 А |
| Ступени | Ст.1: 3 кВт при Tнар ≤ −15 °C; Ст.2: +3 кВт при Tнар ≤ −18 °C | Постепенный догрев |
| Время работы за сезон | 50–100 часов | Только холодная пятидневка + экстремальные ситуации |
11. Требования к монтажу
Трассы трубопроводов
| Параметр | Требование | Обоснование |
|---|---|---|
| Длина трассы ТН ↔ буфер | Не более 15 м | Каждые 10 м PEX 32 мм добавляют 0,3 м сопротивления |
| Диаметр трассы | PEX-a 32 мм (подача и обратка) | Минимизация падения давления |
| Изоляция | Вспененный каучук K-Flex 19 мм | Снижение потерь тепла на трассе |
| Уклон | 0,3–0,5% в сторону слива | Обеспечение слива гликоля |
| Защита от УФ | Алюминиевая фольга или короб | УФ разрушает PEX за 2–3 года |
Монтаж наружного блока
| Подставка | Оцинкованная, анкеры М12 к основанию |
| Расстояние от стены | Минимум 300 мм — для циркуляции воздуха |
| Зазор сверху | Минимум 500 мм — для обслуживания |
| Виброизоляторы | Резиновые виброопоры между блоком и подставкой |
| Дренаж оттайки | Подводится к канализации или дренажному лотку |
12. Пуско-наладка
Этап 1. Опрессовка и заполнение
- Опрессовка первичного контура — давление 4,5 бар (1,5 × рабочее 3 бар), выдержка 30 мин, падение не более 0,1 бар.
- Опрессовка вторичного контура — давление 4,5 бар, выдержка 30 мин.
- Заполнение первичного контура — пропиленгликоль 30% через промывочный фильтр.
- Заполнение вторичного контура — вода через подпиточный клапан, удаление воздуха из петель ТП.
Этап 2. Проверка оборудования
| Проверка | Метод | Критерий |
|---|---|---|
| Направление вращения Н1, Н2 | Визуально по стрелке | Совпадает с направлением потока |
| Свободное вращение компрессора | Тестовый запуск с контроллера | Нет ошибки «compressor stall» |
| 3-ходовой клапан | Ручное переключение | Время переключения 8–12 с |
| ТЭН | Подача питания на 1 ступень | I = 13,6 А при 220 В (3 кВт) |
| Датчики T1–T6 | Сравнение с эталонным термометром | Отклонение не более ±0,5 °C |
Этап 3. Балансировка контуров
- Расходомеры на коллекторе ТП — расход 1,5–2,0 л/мин на каждую петлю (16 мм PEX, 80–100 м).
- ΔT вторичного контура — 5–7 K. Если меньше — увеличить скорость Н2.
- ΔT первичного контура — 4–6 K. Если меньше — увеличить скорость Н1.
Этап 4. Настройка контроллера ТН
| Параметр | Значение | Описание |
|---|---|---|
| Режим | Heating + DHW | Отопление + ГВС |
| Кривая погодной компенсации | Наклон 0,6–0,8 | T подачи от T наружного |
| T подачи макс. (отопление) | 45 °C | Защита ТП от перегрева |
| T подачи ГВС | 50–55 °C | Нагрев бойлера |
| T ГВС мин. (вкл.) | 45 °C | Уставка включения нагрева бойлера |
| T ГВС макс. (выкл.) | 50 °C | Уставка выключения |
| Гистерезис T4 | 1,5 K | Антициклирование |
| Мин. время работы компрессора | 10 мин | Защита от частых пусков |
| ТЭН ступень 1 | Tнар ≤ −15 °C | 3 кВт |
| ТЭН ступень 2 | Tнар ≤ −18 °C | +3 кВт |
| Защита от замерзания | T2 < 5 °C → ТЭН + Н1 | Аварийный нагрев |
Этап 5. Приёмочные испытания
| Тест | Метод | Критерий приёмки |
|---|---|---|
| Нагрев буфера от 20 до 40 °C | При Tнар 0 °C | Не более 40 минут |
| Нагрев бойлера от 10 до 50 °C | При Tнар 0 °C | Не более 60 минут |
| Переключение ГВС/отопление | Команда с контроллера | Клапан переключается за ≤12 с |
| Уровень шума ТН | Замер на 1 м | Не более 50 дБ(А) |
| ΔT петель ТП | Термометры на коллекторе | 5–7 K на каждой петле |
Сводная спецификация оборудования
| Наименование | Модель / тип | Кол-во | Примечание |
|---|---|---|---|
| Тепловой насос | Моноблок 13 кВт, инвертор, R32, 220 В | 1 | HP Amber EVI DC 13I или аналог |
| Буферная ёмкость | 200 л, со змеевиком, сталь | 1 | |
| Бойлер косвенного нагрева | 200 л, со змеевиком | 1 | |
| 3-ходовой клапан | DN25, переключающий, с приводом 230 В | 1 | ESBE VTC 32 / Afriso AZV |
| Насос циркуляционный Н1 | 25/6, модулируемый | 1 | Wilo Yonos PICO / Grundfos ALPHA |
| Насос циркуляционный Н2 | 25/4, модулируемый | 1 | Wilo Yonos PICO |
| Расширительный бак РБ1 | 12 л, 1,0 бар | 1 | Первичный контур |
| Расширительный бак РБ2 | 18–24 л, 1,0 бар | 1 | Вторичный контур |
| Расширительный бак ГВС | 8 л, 1,0 бар | 1 | Линия ХВС |
| ТЭН погружной | 6 кВт (3+3), 220 В, нерж. сталь | 1 | В буфер |
| Группа безопасности | 3 бар, воздухоотводчик, манометр | 2 | ТН + буфер |
| Грязевик Y-тип | DN25 | 2 | ТН + буфер |
| Полифосфатный фильтр | DN20, корпус + картридж | 2 | ГВС + подпитка |
| Датчики температуры NTC 10k | Погружные, в гильзе | 6 | T1–T6 |
| Термометры капиллярные | 0–80 °C | 4 | Подача/обратка ТН и ТП |
| Коллектор ТП | 3–4 контура, с расходомерами | 1 | |
| Труба PEX-a 32 мм | Подача/обратка ТН | 30 м | С изоляцией K-Flex 19 мм |
| Труба PEX-a 16 мм | Петли ТП | 400 м | |
| Пропиленгликоль 30% | 20 л | 1 канистра | Первичный контур |
Ключевые инженерные решения — краткое обоснование
- Змеевик буфера разделяет контуры — гликоль не попадает в ТП, вода не замерзает в наружной трассе.
- Пропиленгликоль 30% — нетоксичен (в отличие от этиленгликоля), защищает до −15 °C — достаточно для Калининграда.
- Буфер 200 л — 15 л/кВт (норматив 10–30 л/кВт). Хранит 4–5 кВт·ч тепла — на 30–60 минут паузы для ГВС.
- ТЭН 6 кВт в 2 ступени — закрывает пиковый дефицит (8 − 5 = 3 кВт) при −18 °C и работает как аварийный источник.
- Погодная компенсация по T1 — при мягкой зиме Калининграда ТН работает с T подачи 32–35 °C и COP 4,0–4,5 почти весь сезон.
- Приоритет ГВС через 3-ходовой клапан — простой, надёжный, без дополнительных насосов. Буфер компенсирует паузу.
- Полифосфатный фильтр на ГВС — минимальная защита от накипи в бойлере при жёсткой калининградской воде.
