Что такое тепловой насос: принцип работы, преимущества и недостатки

Автор записи
Опубликовано 04 июл 2022
17 мин чтения
4 комментария
8014
5 / 5
Содержание
  1. Что такое тепловой насос и принцип его работы
  2. Классическая конструкция теплонасоса
  3. Типы тепловых насосов
    1. Тепловой насос воздух-воздух
    2. Тепловой насос воздух-вода
    3. Тепловой насос грунт-вода (геотермальный)
    4. Что такое тепловой насос вода-вода
    5. Спиральный коллектор
  4. Требования к источникам энергии
  5. Кондиционирование тепловым насосом
    1. Что такое тепловой насос с активным охлаждением
    2. Пассивное охлаждение
  6. Как рассчитывается эффективность теплового насоса для отопления
  7. Плюсы и минусы теплонасосов
  8. Когда использовать тепловой насос в Украине
  9. FAQ
    1. Зачем использовать тепловой насос?
    2. Как работает тепловой насос на отопление?
    3. Сколько стоит тепловой насос в среднем?
    4. Какая эффективность тепловых насосов?

Что такое тепловой насос и принцип его работы

Что такое тепловой насос? Это оборудование, которое позволяет эффективно преобразовывать электрическую энергию в тепловую или холодильную. Главная особенность теплового насоса в том, что он способен вырабатывать высоко потенциальную энергию взамен минимально затраченных ресурсов.

При этом он может выполнять три функции:

Подробнее о том, какие существуют типы тепловых насосов и как они работает, рассмотрим ниже.

Классическая конструкция теплонасоса

Конструкция теплового насоса состоит из двух блоков – наружного и внутреннего. В геотермальном теплонасосе или насосе вода-вода функцию наружного блока выполняют грунт и вода, соответственно.     

Тепловые насосы работают по циклу Карно: 

  1. Внешний блок → компрессор
    Тепловые насосы используют энергию наружного источника. В геотермальных тепловых насосах – это энергия земли, которая поступает из вертикальных или горизонтальных скважин, в теплонасосах типа вода-вода используется энергия воды, а для воздушных тепловых насосов – внешний уличный воздух. Компрессор сжимает теплоноситель (фреон), вырабатывая тепло и передавая его в конденсатор.  
  2. Компрессор → конденсатор
    Через теплообменник конденсатора выработанное тепло поступает в контур отопления. 
  3. Конденсатор → внутренний блок
    После передачи тепла фреон возвращается в теплообменник внешнего воздушного блока или в землю в геотермальном насосе или в воду теплонасоса вода-вода. Затем цикл повторяется. 

Благодаря такому принципу теплообмена, коэффициент выработанной энергии (СОР) намного выше, чем затраченной. Экономия при этом очевидная – средний коэффициент преобразования энергии воздушного теплового 3,5, а для геотермального – 5.


Типы тепловых насосов

Что такое тепловой насос разобрали. Рассмотрим их типы, которые отличаются источником энергии. 

Тепловой насос воздух-воздух

Любой кондиционер, по сути, и есть тепловым насосом воздух-воздух. В чём разница? Обычный кондиционер справляется с теплообменом, если внешняя температура воздуха до – 15°C. А тепловой насос воздух-воздух работает при низких температурах, до – 25°C. 

В этих теплонасосах нужно учитывать:

  1. Шумовые характеристики
    В отличие от радиаторов, где происходит естественная конвекция, тут работает двигатель, который механически пропускает воздух. Поэтому шум будет ощутим. 
  2. Нулевая инерция сохранения тепла
    Нет вспомогательных элементов, удерживающих тепло. Если система останавливается, помещение моментально охлаждается.
  3. Холодные конструкции здания
    Зона окон считается самой холодной. Если нет дополнительного обдуваемого элемента вдоль стеклопакета, температура тут всегда будет ниже.
  4. Климат региона
    В Украине этот тип теплонасоса не пользуется популярностью, в сравнении с более тёплыми странами Европы – Испания, Италия, Португалия. Там нет морозов, поэтому такую систему используют как удобное и быстрое решение.
Тип насосаПреимущества:Недостатки: 
Тепловой насос воздух-воздух✓ работает при температуре – 25°C, 
✓ не требует проектирования системы отопления,
✓ простая установка,
✓ низкая стоимость.
✓ не работает на ГВС, только на обогрев и охлаждение воздуха,
✓ слышен шум от работы двигателя,
✓ не аккумулирует теплый воздух. 
Тип насоса
  • Тепловой насос воздух-воздух
    Тепловой насос воздух-воздух
Преимущества:
  • Тепловой насос воздух-воздух
    ✓ работает при температуре – 25°C, 
    ✓ не требует проектирования системы отопления,
    ✓ простая установка,
    ✓ низкая стоимость.
Недостатки: 
  • Тепловой насос воздух-воздух
    ✓ не работает на ГВС, только на обогрев и охлаждение воздуха,
    ✓ слышен шум от работы двигателя,
    ✓ не аккумулирует теплый воздух. 
Товары из статьи
Нет в наличии
Настенный кондиционер Cooper&Hunter CH-S09FTXN-NG c WI-FI, 14052
Акция
Нет в наличии
Оставить отзыв
Инверторный кондиционер Mitsubishi Electric MSZ-LN25VGW-E1/MUZ-LN25VG-E1, 14529
Акция
В наличии
Оставить отзыв
Настенный кондиционер Fischer FI/FO-09SIN, FI-00009
Акция
В наличии
Оставить отзыв
Настенный кондиционер Mitsubishi Electric Premium Inverter MSZ-LN25VG2W/MUZ-LN25VGHZ2, 14530
Акция
Загрузить еще

Тепловой насос воздух-вода

Внешний блок теплонасоса воздух-вода в разрезе

Распространён в Европе, где дома строят компактные и высокотехнологичные. Такой тепловой насос использует тепло внешнего воздуха, нагревает его сжатием фреона в компрессоре и передаёт его воде через конденсатор. Может охлаждать и нагревать воздух, а также подогревать воду.

При устройстве теплового насоса воздух-вода нужно обеспечить низкотемпературную систему отопления, которая предполагает максимальную площадь покрытия водяным теплым полом и наличие вспомогательных элементов – внутрипольных конвекторов, фанкойлов, радиаторов.

Для высокой эффективности такой системы важно учесть такие факторы:

  1. Качественный конструктив здания
    Эффективность зависит от того, насколько энергоэффективным является сам дом. Утеплённые стены, кровля, фундамент, энергосберегающие стеклопакеты – всё это обеспечивает минимальные потери тепла.
  2. Система вентиляции
    Как в квартире, так и в доме обязательно должна быть установлена система вентиляции с рекуперацией тепла. 
  3. Низкотемпературный режим
    Тепловой насос работает на более низких температурах, чем, например, газовый котел.
  4. Использование фанкойлов для режима холода
    В зимний период фанкойлы используются в качестве вспомогательных элементов, в летний – как основное решение для режима охлаждения 
Тип насосаПреимущества:Недостатки:
Тепловой насос воздух-вода✓ обеспечивает охлаждение и обогрев воздуха, а также нагрев воды,
✓ энергоэффективность – СОР 3,5,
✓ доступная цена.
✓ нужно использовать с резервным источником тепла, если площадь помещения больше 190 м2
Тип насоса
  • Тепловой насос воздух-вода
    Тепловой насос воздух-вода
Преимущества:
  • Тепловой насос воздух-вода
    ✓ обеспечивает охлаждение и обогрев воздуха, а также нагрев воды,
    ✓ энергоэффективность – СОР 3,5,
    ✓ доступная цена.
Недостатки:
  • Тепловой насос воздух-вода
    ✓ нужно использовать с резервным источником тепла, если площадь помещения больше 190 м2
Товары из статьи
В наличии
Оставить отзыв
В наличии
Оставить отзыв
В наличии
Оставить отзыв
В наличии
Оставить отзыв
Загрузить еще

Тепловой насос грунт-вода (геотермальный)

Источник энергии для геотермального теплового насоса – тепло земли. Температура грунта независимо от поры года +14-15°C на глубине 70 м, поэтому и СОР тут равен 5 (СОР воздушного насоса – 3,5). Это самодостаточное и высокоэффективное оборудование, которое способствует стабильному и постоянному теплообмену. Зимой дом отапливается, забирая холод в землю, а летом аккумулированный холод используется для охлаждения.

  • При горизонтальной установке теплонасоса коллектор размещается вдоль поверхности земли, на глубине около 2 м, где почва не промерзает. Чем больше площадь покрытия, тем больше мощность насоса.
  • При вертикальной установке коллектор помещается в скважины 70-80 м глубиной. Тут мощность увеличивается за счёт количества теплообменых зондов. 
Тип насосаПреимущества:Недостатки:
Грунт-вода✓ обеспечивает охлаждение и обогрев воздуха, а также нагрев воды,
✓ высокие и стабильные показатели СОР 
✓ высокая стоимость
✓ необходима большая площадь участка. 
Тип насоса
  • Грунт-вода
    Грунт-вода
Преимущества:
  • Грунт-вода
    ✓ обеспечивает охлаждение и обогрев воздуха, а также нагрев воды,
    ✓ высокие и стабильные показатели СОР 
Недостатки:
  • Грунт-вода
    ✓ высокая стоимость
    ✓ необходима большая площадь участка. 

В бытовом использовании разница между насосом воздух-вода и геотермальным в двух факторах: показатель СОР и площадь применения, поскольку воздушный насос используют до 250 м2, а геотермальный – 250 м2 и выше. Но в любом типе насоса всегда учитывается фактор погодозависимости, когда теплонасос оптимизируется под определённые климатические условия конкретной местности. 

Что такое тепловой насос вода-вода

Используется в промышленном секторе, поскольку нужен доступ к большим водоёмам. Эти теплонасосы преобразовывают энергию за счёт перекачивания воды (реки, озера), где температура на дне водоёма стабильная круглогодично.  Устройство теплового насоса укладывается на дно водоёма и чем его длина больше, тем мощнее насос. Как пример, такой насос может работать в системе с гидроэлектростанциями. Когда  ГЭС сбрасывает выработанное тепло в воду, его можно использовать, разводя по близлежащим городам.

Тип насосаПреимущества:Недостатки:
Тепловой насос вода-вода✓ обеспечивает охлаждение и обогрев воздуха, а также нагрев воды,
✓ высокий СОР целый год.
✓ затратная установка,
✓ сложность в обслуживании.
Тип насоса
  • Тепловой насос вода-вода
    Тепловой насос вода-вода
Преимущества:
  • Тепловой насос вода-вода
    ✓ обеспечивает охлаждение и обогрев воздуха, а также нагрев воды,
    ✓ высокий СОР целый год.
Недостатки:
  • Тепловой насос вода-вода
    ✓ затратная установка,
    ✓ сложность в обслуживании.

Спиральный коллектор

Также получает энергию от воды, подходит тем, у кого есть собственный водоём. Теплообменник погружается в воду и удерживается на специальных поплавках. Важно, чтобы коллектор не заиливался, а площади водоёма было достаточно, чтоб он не замерзал зимой.

Тип насосаПреимущества: Недостатки:
Спиральный коллектор✓ обеспечивает обогрев и охлаждения воздуха, а также нагрев воды,
✓ высокий показатель СОР.
✓ сложность монтажа и обслуживания.
Тип насоса
  • Спиральный коллектор
    Спиральный коллектор
Преимущества: 
  • Спиральный коллектор
    ✓ обеспечивает обогрев и охлаждения воздуха, а также нагрев воды,
    ✓ высокий показатель СОР.
Недостатки:
  • Спиральный коллектор
    ✓ сложность монтажа и обслуживания.

Требования к источникам энергии

У каждого альтернативного источника энергии есть свои особенности. 

  • Воздух. Учитывается климат региона, поскольку энергия воздуха уязвима к перепадам температуры. Воздушный насос работает при –20-25°C, но есть потребность в резервных источниках тепла.
  • Грунт. При вертикальном устройстве в земле бурятся скважины для прокладки труб, а при горизонтальном – их укладывают вдоль поверхности земли. Специальная подготовка грунта не нужна.
  • Вода. Для частного сектора нужен выход к водоёму через трубопровод, а для промышленного – доступ к большим объемам воды и много ресурсов для его обслуживания.

Кондиционирование тепловым насосом

Воздушные тепловые насосы всегда работают в активном режиме, тогда как геотермальные теплонасосы могут охлаждать воздух в пассивном режиме.  

Что такое тепловой насос с активным охлаждением

Под активным охлаждением любого теплового насоса подразумевается его фактическая работа – когда запускается компрессор и потребляет электричество для охлаждения жидкости внутри системы до температуры + 7°C. Затем, в зависимости от типа насоса, охлаждённый хладоноситель подаётся в помещения через фанкойлы или полы, стены. 

Пассивное охлаждение

Пассивное охлаждение может реализовывать геотермальный тепловой насос. Это происходит за счёт холода, который зимой поступает под дом в землю. Весной холодная вода поднимается наверх, и напрямую через фанкойлы охлаждает помещения. Когда температура земли начнёт увеличиваться и достигнет выше +10°C, тогда наступит активное охлаждение с помощью компрессора.

Как рассчитывается эффективность теплового насоса для отопления

При расчёте эффективности нужно учесть несколько факторов. 

  1. Мощность теплового насоса
    Мощность воздушного и геотермального насоса подбирается согласно теплотехническому расчёту здания на зимний период и холодильному расчёту на летний. Важно, чтобы мощности было достаточно для генерации энергии и восполния возможных теплопотерь.
  2. Местный климат
    На эффективность воздушного теплового насоса температура внешней среды влияет  напрямую. От этого зависит выбор температурных показателей, при которых тепловой насос перейдёт на резервный источник энергии. На работу геотермального теплонасоса температура не влияет, поскольку земля имеет стабильную температуру и всегда вырабатывает нужное количество энергии.
  3. Площадь помещений
    Воздушный тепловой насос может эффективно работать в помещении до 190 м2 и при условии качественного конструктива здания, то есть минимальных теплопотерь. Но если площадь больше – нужны вспомогательные элементы. Геотермальный тепловой насос будет без проблем работать как на охлаждение и обогрев воздуха, так и на ГВС при больших площадях  – от 190 м2

Также рассчитывают два главных коэффициента: 

  • Коэффициент термического сопротивления всех конструкций (R) в зимнее время,
  • G-фактора в летний период, когда учитывается пропускная способность стеклопакета.

Согласно ДБН, по Киеву и Киевской области отопление нужно рассчитывать на температуру до – 22°C.  Воздушный тепловой насос может работать самостоятельно при температуре до – 7-10°C, но важно учесть квадратуру и качество утепления здания. Если температура ниже, используют вспомогательные устройства.  Геотермальные тепловые насосы могут самодостаточно работать под заданную температуру и не требуют дополнительных источников энергии. 

Закажите подбор теплового насоса

Плюсы и минусы теплонасосов

У тепловых насосов нет существенных недостатков. Эффективность использования зависит от типа насоса, который подбирается для конкретного помещения. 

Главные преимущества тепловых насосов:

  1. Эффективность 
    СОР теплового насоса может достигать показателя 1:6. 
  2. Практичность
    Тепловой насос может работать в течении всего года для обогрева, охлаждения и ГВС.
  3. Экологичность и долговечность 
    Теплонасос не вредит атмосфере отработанными выбросами и не требует ремонта много лет.
  4. Безопасность 
    Теплые насосы работают без открытого огня, а в случае поломки или его остановки, срабатывает защитная автоматика.
  5. Эргономичность 
    Внутренние блоки компактные, а самая большая его часть – внешний блок, остаётся вне помещения.

Особенности эксплуатации тепловых насосов воздух-воздух и воздух-вода:

  • Низкотемпературный режим 
    Режим отопления будет работать при температуре до – 25°C, но требует вспомогательного оборудования. Самостоятельная работа возможна при температуре до – 7°C и площади помещения до 190 м2. 
  • Основные функции – обогрев и охлаждение воздуха
    ГВС возможно при установке теплового насоса типа воздух-вода, у теплового насоса воздух-воздух такой возможности нет. 
  • Непостоянный СОР
    Эффективность воздушного теплообмена зависит от внешней температуры воздуха. Значение СОР снижается при низких температурах.

Особенности эксплуатации тепловых насосов грунт-вода:

  • Самостоятельное оборудование
    Геотермальный насос работает при низких температурах и не требует вспомогательных элементов для работы на обогрев, охлаждение и ГВС. 
  • Для больших помещений
    Подходит для помещений квадратурой 190-250  м2  
  • Сложный монтаж
    Установка геотермального насоса дорогая и сложная, но его эффективность высокая и стабильная.

Особенности эксплуатации тепловых насосов вода-вода:

  • Промышленный сектор
    Подходит для работы в промышленном секторе, поскольку требует больших объемов воды для выработки энергии и много ресурсов для обслуживания.

Когда использовать тепловой насос в Украине

Последние два года Украина догоняет Европу в технологичном плане. Европейцы уже десятки лет работают над тем, чтобы отказаться от дорогого газа и перейти на новое высокоэффективное оборудование. Кроме того, европейцы получают 40 % дотаций при отказе от конвекционного котла в пользу теплового насоса. 

Украинцы долгое время пользовались дешевым газом из россии, как основным источником тепла. На данный момент дотационной системы нет, хотя до 2020 года на дом выделялось 3000 киловатт-часов со скидкой 50 % и ещё 50 % скидки на ночной тариф. Возможно такая система снова появиться в будущем. 

Поэтому тепловые насосы важно и нужно использовать в Украине всегда. В 2014 году произошёл толчок, способствующий переходу на альтернативные источники энергии. В отношении энергоресурсов Украина самодостаточная страна, которая сейчас пребывает в фазе отказа от зависимости от природных ископаемых и перехода на более эффективные способы получения энергии – электрокотлы или тепловые насосы.

FAQ

Зачем использовать тепловой насос?

Что такое тепловой насос? Это современное решение для преобразования энергии, которое покрывает базовые потребности потребления – охлаждение, обогрев и ГВС. 
Благодаря такому теплообмену расходуется минимальное количество энергии, а эффективность приумножается в несколько раз. Это позволяет значительно экономить финансово, а также даёт ряд дополнительных преимуществ: комфорт в быту, безопасность и экологичность использования, универсальность для любых типов построек, климата и конкретных энергозадач.

Как работает тепловой насос на отопление?

В статье мы рассказали о том, что это такое. Тепловой насос - это устройство, которое преобразовывает электричество в тепловую энергию. Тепловые насосы отличаются источниками энергии. Общий принцип работы у них одинаковый, но у каждого есть свои функциональные особенности. 

  • Например, воздушный тепловой насос использует энергию воздуха и производит теплообмен между наружным воздухом и внутренним, но при низких температурах требует вспомогательных источников энергии. Теплонасос типа воздух-вода может также обеспечивать ГВС. 
  • Если конструкция системы теплового насоса типа грунт-вода, источником тепла является земля, которая имеет стабильную температуру в течение года. Это самостоятельное оборудование, работа которого не зависит от внешних температур. Он вырабатывает тепло и обеспечивает ГВС без дополнительного оборудования для больших помещений.
  • Теплонасос вода-вода для выработки энергии использует большие объемы воды и применяется в промышленном секторе.

Сколько стоит тепловой насос в среднем?

Цена отопления тепловым насосом зависит, прежде всего, от типа выбранного оборудования. Средняя стоимость воздушного и геотермального теплового насоса от 6000 до 10000 € для домов до 300 м2. Но для геотермального насоса нужно просчитывать дополнительные расходы – земляные работы, зонды, фанкойлы. Такой просчёт инженеры компании Альтер Эйр делают индивидуально. 

Какая эффективность тепловых насосов?

Эффективность определяется тем количеством тепловой энергии, которая генерируется из электрической. Коэффициент преобразования энергии (СОР) зависит от разницы температур между внешней средой и внутренней. В зависимости от типа теплового насоса, СОР может быть от 1 до 6, что значительно снижает затраты и повышает уровень комфорта. 

Хотите стать нашим партнером?

Оставьте свои контакты и наш сотрудник свяжется с Вами в ближайшее время


Отзывы и вопросы
Оставить отзыв
  • 5 / 5

    Михаил Петрович

    Спасибо за информацию. Долго сомневались, но вы нас "добили", особенно понравился видео - обзор. Все четко и по существу. Ничего лишнего, все по теме.

  • 5 / 5

    Ольга

    Статья соответствует названию - все описано четко и доступным языком. Понятно будет даже для новичков в этой области.

  • 5 / 5

    Серега

    Недавно я приобрел тепловой насос в компании Alterair, и должен сказать, что весь процесс прошел гладко и без проблем. Сотрудники компании смогли ответить на все мои вопросы и проблемы, учитывая это подобрали тепловой насос воздух-вода Sherpa S2 E 10, Италия. С установкой проблем не возникло, мастера прибыли вовремя и работали профессионально, по ходу они рассказали, как работает нанос и какие его меры предосторожности. Но как я понял, у меня все просто, потому что везде теплый пол и низкотемпературная система. Как только тепловой насос был установлен, я сразу же заметил разницу насколько быстро и эффективно, он справляется со своей задачей. Само оборудование легкое в использовании и имеет простое управление, по крайней мере у меня с этим сложностей не возникло.

  • Команда Alter Air

    Дуже дякуємо за відгук! Ми раді, що вам сподобався наш сервіс, та сподіваємося, що ви і надалі будете задоволені своєю покупкою!

Похожие статьи
Другие рубрики