Тепловые насосы работают от бесплатных и возобновляемых источников питания. Ноу-хау извлекает скрытое тепло из воды, грунта и даже воздуха. Такой вид горячего водоснабжения и отопления помещений относительно новый. И поэтому инженерная система требует тщательного выбора и принятия взвешенных решений.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Ученые ищут альтернативные источники энергии. Причин для этого несколько. Основные из них: ограниченность ресурсов земли, экономия средств и экологичность систем.

Тепловой насос является одним из примеров использования энергии из окружающей среды. Она поступает из грунта, воздуха или воды. Поэтому устройства делятся на следующие типы: «рассол - вода», «воздух - вода» и «вода - вода». Также тепло может поступать напрямую в воздух через вентиляцию.

Идея тепловых насосов родилась в 1982 в Великобритании. Спустя три года Петер Риттер фон Риттингер доработал ее и реализовал первую в мире подобную систему. Он и является официальным изобретателем теплового насоса.

Дальше пошел Роберт Вебер, который начал извлекать энергию из почвы. А натолкнуло его на это случайность. Прикоснувшись к горячей трубе, он осознал, что тепло произвольно выходит наружу. И его можно использовать вторично.

Путем экспериментов, он начал прогонять воду по спиральной трубе, одновременно нагревая воздух и воду. Так был разработан принцип действия теплового насоса.

Сегодня с его помощью обогревают такие объекты:

• частные дома,
• детские аквапарки,
• учебные заведения,
• офисные центры,
• бассейны,
• торговые комплексы.

Для теплового насоса прокладывается трубопровод под поверхностью почвы. Термоноситель проходит по его конструкции и нагревается на несколько градусов. В испарителе собранное тепло передается насосу. При этом закипает хладоген при высоком давлении и температуре в -50 °С. В компрессоре образуются пары. Низкопотенциальная энергия под давлением превращается в высокопотенциальную. Далее в конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и термоносителем. Нагретая вода поступает в систему водоснабжения, а остывший хладоген продолжает циркулировать в конструкции.

Тепловые насосы обладают такими характеристиками:

• стоимость,
• отапливаемая площадь помещения,
• мощность,
• размеры, занимаемые оборудованием,
• источник энергии,
• расход электроэнергии,
• срок эксплуатации.

Устанавливается система, как при строительстве нового дома, так и при утеплении старого.

Преимущества и недостатки системы

Тепловой насос для отопления отличается рядом преимуществ по сравнению с газовыми, твердотопливными котлами:

• пожарная безопасность,
• бесплатная скрытая энергия из окружающей среды,
• упрощенные требования к вентиляции помещения,
• возможность кондиционирования в жаркую пору,
• автономность,
• легкость в управлении,
• без дымохода,
• относительная компактность оборудования,
• бесшумность,
• не взрывоопасно,
• отсутствует топливный запах,
• эксплуатация 16 - 20 лет до капитального ремонта.

С другой стороны у системы есть свои недостатки:

• нагрев воды до максимального значения в 50 - 60 °С,
• большой размер госпошлины на ввоз оборудования,
• длительная окупаемость системы в 5 - 10 лет,
• необходимость разового крупного вклада средств,
• сложность монтажа подземных локаций,
• мало практического использования на территории страны,
• снижение эффективности насоса при большем нагреве воды.

Типы устройств

Компрессионные насосы функционируют от электрической сети, а абсорбционные еще от топлива.

В зависимости от типа источника энергии, нагревающие устройства делятся на геотермальные тепловые насосы, воздушные аналоги и системы на вторичном сырье.

Геотермальные системы используют тепло подземных/наземных вод или грунта. Они бывают закрытого или открытого вида.

Закрытые системы подразделяются на:

• горизонтальные насосы с собирающим устройством, расположенным ниже уровня промерзания почвы,
• вертикальные с погружением коллектора в скважины на глубину 100 - 200 м,
• водные насосы с поглощающими кольцами в водоемах.

Открытые насосы возвращают воду обратно после прохождения нею трубопровода. На практике такое возможно при большом ее резерве и при получении разрешения со стороны экологической инстанции.

Воздушные тепловые насосы извлекают скрытое тепло из воздушных масс при температуре до -20°С.

Тепло трубопроводов, то есть вторичное тепло, целесообразно использовать на крупных промышленных предприятиях.

Насосы могут генерировать 100% тепла в помещения, либо служить дополнительным источником отопления. Такая эксплуатация называется моновалентной и бивалентной соответственно.

Ряд современный кондиционеров выполняют функцию отопления «воздух - воздух». Но диапазон их температур ограничен. Если тепловой насос обеспечивает круглогодичное тепло, то автономный аналог не работает при отрицательной температуре.

Расчет и подбор тепловых насосов для дома

При установке насосной системы отопления лучше отдать предпочтение полам с подогревом, чем радиаторам. Потому что, чем меньше разница температуры между источником тепла и ее необходимым уровнем, тем эффективнее обогрев.

Важно понять, позволяет ли участок проведение работ по укладке коллектора. Для горизонтальной сети необходима большая территория. При этом над ней нельзя возводить сооружения, поскольку почва не будет получать необходимую солнечную энергию.

Если в доме есть хорошая вентиляционная система, то в нее можно интегрировать систему отопления по воздуху.

Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от режима его использования. Вспомним, что бывает моновалентное и бивалентное использование оборудования. В нашей стране холодное время года занимает небольшую часть времени, а именно 35 - 40 суток с температурой ниже -10°С. Поэтому целесообразней в этот период подключать традиционный обогрев. А в остальное - бивалетные тепловые насосы для дома для снижения цены системы. Это сэкономит средства на земельных работах по установки сложной сети отопления. При этом оптимальным распределение мощности будет соотношение 60:40. Где большая нагрузка идет на технологию ноу-хау.

При периодическом отключении электроэнергии стоит увеличить силу насоса на корригирующий коэффициент. Который равняется 0,3 за каждый час без электричества в расчете на сутки.

Понятно, чем выше температура источника энергии, тем эффективнее будет работать система альтернативного обогрева. Для нее есть несколько вариантов источников питания.

В теплых регионах производительными будут тепловые насосы «воздух - воздух» и «воздух - вода». В регионах средних широт такое оборудование целесообразно использовать, как бивалентное вместе с обычным источником отопления и водонагрева.

Тепловой насос «вода - вода» лучше проектировать с забором воды из скважин, чем из открытых водоемов. Поскольку последние зимой промерзают до дна.

Но не всегда вблизи дома находятся подземные воды или водоем. Универсальным вариантом является система, которая извлекает тепло из грунта. Поскольку он находится повсюду. При этом на глубине 2,5 - 3 м его температура составляет в среднем за год +10 °С. Которая существенно не меняется в холодную пору.

Горизонтальные коллекторы для сбора тепла дешевле. Но имеют ряд недостатков по сравнению с вертикальными аналогами:

• температура на глубине больше, чем под верхним слоем грунта,
• на поверхности могут расти лишь малые зеленые насаждения.

На участке с вертикальными теплообменниками можно высаживать деревья и возводить сооружения.

Насосную установку можно собрать самостоятельно, но лучше обратиться к специалистам. Потому что ее конструкция сложная и дорогостоящая. А качественные инструкции по последовательному сбору отсутствуют.

При продуманной системе управления возможно поддержание разной температуры в разных помещениях дома.

Тепловые насосы имеют положительные отзывы за границей. К сожалению, на территории нашей страны альтернативный источник питания остается дорогим удовольствием без широкого практического применения. Поэтому целесообразней отдать предпочтение международным производителям насосов. Их технологии проверены на деле.

При установке тепловых насосов необходимо позаботиться о дополнительном утеплении помещения. Комплекс работ охватывает замену стеклопакетов, покрытие стен теплоизоляционным материалом.

Стоимость тепловых насосов

Капиталовложения в систему отопления зависят от ее типа, производителя оборудования, объемом буровых работ и тарифов на электричество.

Цена на геотермальные тепловые насосы при установке зонда составит:

• устройство - 7500 у.е.,
• монтаж системы - 7500 у.е.,
• эксплуатационные расходы - 500 у.е. в год.

Системы с горизонтальным коллектором:

• насос - 7500 у.е.,
• установка - 3700 у.е.,
• ежемесячные расходы - 560 у.е.

Тепловой насос «вода - вода»:

• оборудование - 7500 у.е.,
• монтажные работы - 5000 у.е.,
• стоимость электроэнергии - 450 у.е.

Воздушная система отопления является самым недорогим аналогом. Так как не требуются земляные работы. Тем не менее, эксплуатационные затраты выше:

• насос - 10000 у.е.,
• установка - 620 у.е.,
• обслуживание - 750 у.е.

Купить тепловой насос значит приобрести:

• само оборудование,
• буферную емкость,
• бойлер для нагрева воды.
• систему коммуникаций между всеми элементами,
• пульт управления и контроля.

А земельные работы подразумевают под собой такие этапы:

• очистка территории от растительности и твердых элементов, как камни,
• бурение необходимого количества скважин или траншей,
• укладка и обустройство коллекторов,
• сооружение проверочных колодцев,
• подключение трубопровода к системе отопления, водоснабжения или вентиляции,
• рекультивация территории,
• настойка системы.

Производители тепловых насосов

Самодельный тепловой насос - это здорово, но не надежно. Поэтому лучше обратить внимание на именитых производителей. Которые тестируют свои технологии, а их специалисты вовремя придут на помощь при монтаже, ремонте и обслуживании оборудования.

NIBE Industrier известная международная компания по производству отопительных систем. Ее разработки используют альтернативные и экологические источники питания. Продукция NIBE сертифицирована в Европе и Америке. А значит, соответствует параметрам надежности и эффективности.

Viessmann имеет 100 - летнюю историю разработки холодильных, отопительных и климатических систем. Теплонаносная техника изготавливается и модернизируется на протяжении уже 30 лет. С самого момента зарождения принципа использования экологического тепла. Насосы реализуются в 70-ти странах мира при производстве в 10-ти из них.

Отопительную технику реализует международная немецкая компания Vaillant. Но оборудование на возобновляемой энергии является лишь одним из направлений ее деятельности. Экспорт производителя охватывает 60 стран.

Украинская компания ООО «ФЛАЙ-ТЕК» предлагает системы, собранных из зарубежных комплектующих. Стоимость ее тепловых насосов на 30% ниже международных аналогов.

На украинском рынке 10 лет функционирует фирма «Синтэк». Она производит отопительное оборудование под торговой маркой SintSolar. В 2000 году была награждена за разработки эффективных технологий.

Краснодарская компания «Атмосистемы» в 2005 году запустила выпуск тепловых насосов. После - стала дистрибьютором международного производителя Heliotherm. Последний является единственным изготовителем теплонасосов, который был выдвинут на Государственную премию в Австралии в области технологии сохранения окружающей среды и энергии.

Уход за тепловыми насосами

Техническое обслуживание подразумевает ежегодный профессиональный осмотр всех элементов системы.

Включать насос необходимо спустя несколько часов после установки, чтобы система предварительно прогрелась.

Промывка системы отопления, аварийный ремонт и техобслуживание обычно гарантируется производителем. Поэтому сохраняйте документы, подтверждающие покупку и установку оборудования.

Иногда целесообразно воспользоваться услугой дистанционного контроля качеством работы тепловых насосов. Это позволит быстро среагировать на отклонения в работе системы. Ее предоставляет продавец систем.

Альтернативные источники энергии, способные заменить традиционный газ, твердое топливо, уже давно используются в государствах ЕС и Америки. В этих странах широкое применение получили так называемые «тепловые насосы», извлекающие энергию из земли, воздуха и воды. У каждой модели есть свои отличительные особенности, влияющие на рабочие параметры.

Тепловой насос воздух-вода, пользуется популярностью, благодаря простому подключению и эксплуатации, а также высокой экономичности и надежности.

Как работает тепловой насос системы воздух-вода

Устройство ТН воздух-вода мало чем отличается от обычного кондиционера или холодильника, только при условии работы обратного процесса или цикла Карно. Этот же принцип используется в климатической технике нового поколения. Кондиционеры, работающие на охлаждение, способны протапливать помещение, до тех пор, пока температура не понизится до -5°С.

Технические характеристики теплонасосов воздух-вода существенно улучшены, по сравнению с обычной климатической техникой. Обогрев помещения возможен до тех пор, пока температура не опустится до -15°С -25°С, а в некоторых моделях и до -32°С, включительно.

Если не вдаваться в технические подробности, принцип работы теплового насоса воздух-вода заключается в следующем:

• Низкотемпературные тепловые насосы воздух – вода состоят из контура, по которому циркулирует фреон, испарителя, конденсатора и компрессора.
• В испарителе создаются условия для преобразования фреона в газообразное состояние. При этом, поглощается тепло из окружающей среды.
• Газ направляется в компрессор, где создается высокое давление, при котором фреон разогревается до температуры 120-125°С и впрыскивается в конденсатор.
• Газ в конденсаторе преобразовывается в жидкость, которая отдает тепло.

Данный принцип действия используется во всех тепловых насосах, разница заключается только в различных источниках, для получения тепловой энергии: земля, вода, воздух и т.д.

Производительность теплонасосов напрямую связана с температурой окружающей среды. Эта особенность гарантирует возможность применения ТН воздух-вода в средней и южной полосе России.

Тепловой энергии, получаемой в процессе разогрева фреона, хватит, чтобы нагреть теплоноситель до 65°С. Этой температуры более чем достаточно, для удовлетворения потребностей в горячем водоснабжении и отопления дома, радиаторной системой и теплыми полами.

Данный принцип работы использует низко потенциальную тепловую энергию, что ограничивает эксплуатацию устройства, внешними факторами. Оптимальная температура для теплонасоса воздух-вода, не ниже -10°С (в некоторых моделях 15-20°С). Когда значение падает ниже нормы, работоспособность оборудования резко снижается. Чтобы справиться с данной проблемой, был разработан принцип работы теплового насоса воздух-вода совместно с другими источниками тепла. Как это происходит на практике?

• При падении температуры окружающей среды, насос начинает работать с постоянно увеличивающейся нагрузкой.
• Когда показатели доходят до критичных отметок, включается резервный источник тепла: котел, работающий от электричества, жидкого и твердого топлива или газа, обеспечивающий повышение КПД.
• Как только, температуры окружающей среды достаточно для полной производительности, котел отключается.

Контроль над включением-отключением отопительного оборудования осуществляется вручную или при помощи автоматики. Опыт эксплуатации показывает, что оптимально будет выполнить подключение в качестве резерва электрокотла.

Ограничение по температуре наружного воздуха делает нецелесообразным и даже невозможным установку воздушного теплонасоса для северных широт.

Как подобрать тепловой отопительный насос воздух-вода

Правильно выбрав тепловой насос для отопления дома воздух-вода, можно раз и навсегда решить вопрос обогрева жилых и промышленных помещений. Подбор подходящей тепловой станции выполняют следующим образом:

• Тип корпуса – производители предлагают две базовых конструкции. Низкотемпературный моноблочный тепловой насос типа воздух-вода примечателен тем, что в помещении не устанавливается никакого оборудования, все необходимые узлы расположены на улице (либо в отдельном изолированном помещении). В дом входит только подающий и обратный трубопровод отопления.
  Сплит – системы, больше предназначены для бытового использования. Внешний блок устанавливается на улице и подключается к емкости накопителю. Разогретый фреон разогревает конденсатор, который методом косвенного нагрева передает тепло жидкости, используемой в качестве теплоносителя.
• Функциональные возможности – некоторые модели предназначены для подключения только к системе водяного обогрева здания. Применение других теплонасосов воздух-вода, подходит для отопления и горячего водоснабжения.
• Зависимость производительности от температуры окружающей среды – бытовые модели обычно ограничены температурой от +45°С до -15°С, можно приобрести оборудование, способное вырабатывать тепловую энергию даже при -25-32°С. Эффективность системы отопления дома с ТН воздух – вода, напрямую зависит от этого параметра.

Дополнительно, к параметрам при выборе, обращают внимание на мощность оборудования, компанию производителя, выпускающую теплонасос и себестоимость установки, включая проведение монтажных работ.

Как сделать расчет необходимой мощности ТН воздух-вода

Существует два понятия, предварительный (в первом приближении) и проектный расчёт мощности. Первый можно выполнить самостоятельно, второй делает специализированное учреждение. В первом приближении, на каждый квадратный метр рассчитывают 70 Вт мощности ТН. Дальнейшие расчеты выполняют следующим образом:

1. Подсчитывают общую отапливаемую площадь.
2. Умножают полученную сумму на 0,7.
3. Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.

Для отопления дома в 100 м², нужен тепловой насос мощности 7 кВт, 200 м² - 14 кВт и т.д.

Чтобы обеспечить максимальную экономичность отопления дома с помощью теплового насоса системы воздух-вода, потребуется грамотная проектная документация и квалифицированное выполнение монтажных работ.

Производители тепловых насосов отопления воздух-вода

Буквально 10 лет назад, на рынке предлагались всего несколько моделей тепловых насосов. Сегодня выбор стал намного больше. Ведущие немецкие производители, российские, японские и китайские компании, выпускают оборудование, с той или иной долей теплоэффективности.

Судя по отзывам покупателей, наиболее востребованными являются насосы следующих компаний:

• – более 30 лет занимается выпуском тепловых насосов. С тех пор, продукция компании существенно изменилась. Были учтены пожелания потребителей, внедрены новые технологии. В ТН Viessmann используется инновационная автоматика, полностью регулирующая весь процесс работы, оптимизирующая процесс обогрева, в согласии с погодными условиями.
• – модели отличаются высокой производительностью. Предназначены для бытового и промышленного применения. Полностью соответствуют особенностям отечественной эксплуатации. В серии Buderus предлагаются насосы для обогрева площади до 500 м² и выше.
• Stiebel Eltron – еще одна немецкая компания, пользующаяся неизменным спросом у отечественного потребителя. В качестве достоинств можно выделить большой ассортимент предлагаемого оборудования, функциональность устройств и возможность подбора по индивидуальным запросам. Модели Stiebel Eltron имеют высокий уровень СОР и отличаются экономичностью.
• Heliotherm – австрийские теплонасосы, имеющие один из лучших показателей СОР среди всего термального оборудования. Имеют официальное представительство в РФ, что во многом облегчает монтаж, обслуживание систем и выполнение гарантийных обязательств. Теплонасосами Heliotherm оснащены более 15 000 различных объектов.

Стоимость установки ТН воздух-вода

Последние модели тепловых насосов обойдутся в 160-1200 тыс. руб. Цена варьируется, в зависимости от производителя. На стоимость сильно влияет «раскрученность» бренда. Китайские модели, имеют меньшую цену, но и уступают по надежности и показателям СОР.

Монтаж теплонасосов воздух-вода обычно входит в стоимость. Большинство производителей, дополнительно, бесплатно делают проект и предоставляют другие услуги по обслуживанию. Рассчитать полную стоимость, включая покупку ТН и его установку можно с помощью он-лайн калькуляторов.

Теплонасосы воздух-вода устанавливаются в любом месте придомовой территории. Существуют общие правила относительно монтажа:

• Расстояние до жилого дома от 2 до 20 м.
• Минимальное расстояние до котельной, с которой агрегат соединяется несколькими трубами и электрическими кабелями.
• В котельной располагают накопительную емкость, устанавливают циркуляционное оборудование.
• Создается незначительный уровень шума при работе. Тем не менее, если планируется установить моноблок для внутреннего монтажа, для него стоит выделить отдельное звукоизолированное помещение.
• Наружный блок выглядит как корпус кондиционера. Внизу расположены ножки для установки, а также настенные крепления.

В системе большинства моделей предусмотрена функция предотвращение замерзания. Поэтому, наружный блок не нуждается в утеплении.

Одно из наиболее распространенных решений, относительно эксплуатации теплового насоса, это использование системы для нагрева бассейнов. С помощью оборудования, осуществляется подогрев воды в летний период, а также отопление помещения зимой.

На сколько выгоден тепловой насос системы воздух-вода

Выгода использования тепловых насосов отопления воздух-вода, стала особенно очевидной, после появления СОР. Под этим термином скрывается коэффициент, сравнивающий необходимые затраты на электроэнергию, при отоплении тепловым насосом типа воздух-вода. На практике это означает следующее:

• Для работы ТН требуется электричество. Напряжение нужно компрессору, нагоняющему давление в систему. СОР указывает, какое количество тепла было получено, благодаря потреблению электроэнергии в сутки.
• Если СОР равен 3, значит, насос вырабатывает 3 кВт тепловой энергии на каждый кВт затраченного электричества.

Все, казалось бы, просто, если бы, не одно, но! Существует температурная зависимость насоса воздух-вода. При снижении температуры, теплоотдача существенно падает. Эффективность работы зимой снижается. Именно по этой причине, отзывы реальных владельцев о тепловых насосах системы воздух-вода с средней полосы России вразрез отличаются от тех же комментариев жителей северных широт.

Все недостатки эксплуатации теплонасосов воздух-вода, в основном сводятся именно к зависимости от внешних температурных факторов. Но это можно учесть при выборе модели, обращая внимание на параметр, указывающий нижний предел температуры для сохранения ТН работоспособности.

Научившись качать из недр земли газ и сжигать его, человечество получило две серьезные проблемы. Глобальное потепление и отравление среды обитания – слишком высокая цена комфорта. К тому же сырьевое топливо – ресурс ограниченный, запасы которого быстро истощаются. Эти факторы вызвали активный интерес к тепловым насосам – установкам, добывающим чистую энергию из земли, воды и воздуха. Без прожорливых котельных и вредных выбросов они обеспечивают жилище теплом и горячей водой.

На Западе тепловой насос для отопления дома стал таким же привычным, как кондиционер или стиральная машина. У нас этот агрегат пока еще не знаком большинству владельцев частных усадеб и дач. Познакомиться с принципом его работы, существующими разновидностями, достоинствами и недостатками вам поможет эта статья.

Как работает тепловой насос?

Самый простой пример, доступно поясняющий принцип действия тепловых насосов, – бытовой холодильник. Все мы знаем, что в его морозильной камере происходит охлаждение продуктов за счет циркуляции хладагента. Забирая внутреннее тепло, холодильник выбрасывает его наружу. Поэтому в морозильном отделении царит холод, а задняя решетка у аппарата всегда горячая.

Принцип работы теплового насоса зеркально противоположный. Забирая тепло из окружающей среды, он переносит его в дом. Образно говоря, «морозильная камера» у этого устройства находится на улице, а горячая решетка – в доме.

В зависимости от вида источника внешнего тепла и среды, собирающей энергию, тепловые насосы делятся на четыре типа:

1. Грунт-вода.
2. Вода-вода.
3. Воздух-вода.
4. Воздух-воздух.

Установки первого типа добывают тепло из земли с помощью трубчатых коллекторов или зондов. Во внешнем контуре такого насоса циркулирует незамерзающая жидкость, переносящая тепло в испарительный бак. Здесь происходит передача тепловой энергии фреону, который движется в замкнутом контуре между компрессором и дроссельным клапаном. Нагретый хладагент поступает в бак-конденсатор, где отдает полученное тепло воде, направляемой в систему отопления. Цикл теплообмена повторяется до тех пор, пока установка подключена к электросети.

Схема работы теплового насоса

Принцип работы водяного теплонасоса ничем не отличается от грунтового. Разница заключается лишь в том, что энергию ему дает вода, а не грунт.

Воздушный тепловой насос не нуждается в крупногабаритном внешнем коллекторе для сбора тепла. Он просто прокачивает через себя уличный воздух, извлекая из него драгоценные калории. Вторичный теплообмен в этом случае происходит через воду (теплые полы) или через воздух (воздушная система обогрева).

Оценивая экономическую сторону вопроса, следует отметить, что наибольших финансовых вложений требует установка «грунт-вода». Для монтажа ее теплоприемных зондов приходится бурить глубокие скважины или же вынимать грунт на большой площади для укладки коллектрора.

Грунтовый тепловой насос не может работать без внешней системы труб или глубоких скважин с теплоприемными зондами

На втором месте стоит водяной тепловой насос, сдаваемый заказчику под ключ. Для его работы не требуется копка земли и бурение скважин. Достаточно погрузить в водоем достаточное количество гибких труб, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Дешевле всего обходятся агрегаты «воздух-воздух» и «воздух-вода», поскольку они не нуждаются в установке внешних приемников тепловой энергии.

Особенностью монтажа большинства теплонасосных систем является их подключение не к радиаторам отопления, а к теплому полу. Это объясняется тем, что максимальный нагрев воды у них производится до температуры +45С, оптимальной для теплого пола, но недостаточной для нормальной работы радиатора.

Выгодной для владельца особенностью работы данной установки является возможность реверсного режима — перевод в жаркий период года на охлаждение помещений. В этом случае избыточное тепло поглощается трубопроводом теплого пола и отводится насосом в грунт, воду или воздух.

Упрощенная структурная схема грунтовой теплонасосной установки выглядит так:

Кроме теплового насоса, грунтового контура и теплого пола здесь мы видим два циркуляционных насоса, запорные вентили горячей воды и отопления, а также бак, аккумулирующий горячую воду для бытового использования.

Характеристики тепловых насосов

Главный показатель, по которому оценивают эффективность работы теплового насоса — коэффициент преобразования тепла, сокращенно именуемый КПТ (в английской аббревиатуре СОР). К привычному для нас КПД — коэффициенту полезного действия он отношения не имеет. КПТ (СОР) показывает, сколько киловатт энергии перекачивает насос на один киловатт полученной им электроэнергии. В зависимости от условий работы КПТ теплонасоса может составлять от 3 до 5, что без лишних дискуссий подтверждает экономическую выгоду его использования.

Наиболее стабильные показатели эффективности демонстрируют грунтовые и водяные установки, поскольку температура воды и грунта не опускается ниже нуля градусов. Агрегаты, собирающие тепло из воздуха зависят от его температуры. При минусовых отметках термометра их производительность снижается в среднем на 40-50%.

Второй рабочий параметр – мощность в киловаттах. Его подбирают, исходя из величины теплопотерь здания.

Расчет отопления дома с тепловым насосом

Для нормальной работы теплоперекачивающей установки необходима качественная теплоизоляция здания. Поэтому перед покупкой теплового насоса необходимо утеплить стены, пол и потолки, после чего выполнить расчет тепловых потерь (Q).

Упрощенная формула подсчета количества тепла (Вт), уходящего из дома через ограждающие конструкции (стены, окна, пол, потолок) выглядит так:

Q = S х (разница температур воздуха в помещении и на улице)/ Rт.

S –площадь ограждающей конструкции в м2;

Rт – тепловое сопротивление материала ограждающей конструкции (берут из таблиц СНиП по строительной теплотехнике).

Поочередно подсчитав теплопотери стен, окон, пола и потолка их суммируют и получают количество киловатт, теряемых домом за 1 час в самый холодный период года. Мощность теплонасоса должна быть не меньше суммарной величины теплопотерь. Если кроме отопления установка будет греть воду для бытовых нужд, то ее мощность увеличивают на 20%.

Выбирая теплонасос «воздух-воздух» или «воздух-вода» следует ориентироваться на тепловую мощность, которую он развивает в области низких температур, поскольку она значительно ниже мощности при работе в теплый период года.

В качестве примера приведем параметры воздушно-водяной установки NIBE FIGHER F2300-14. Работая в температурном диапазоне от +7 до + 45С, она выдает около 18 кВт, а при температуре воздуха -15С всего 10,7 кВт.

Известные бренды и ориентировочные цены

Рынок теплонасосного оборудования в России сформирован. Лидирующие позиции здесь занимают зарубежные компании, такие как: Nibe (Швеция), Mitsubishi Electric (Япония), Danfoss (Дания), Vaillant (Германия), Viessmann (Германия), Mammoth (США) и другие. Не уступает по соотношению «цена-качество» именитым брендам продукция российского производства (торговые марки Henk и SunDue).

Ориентировочная цена (на 2016 год) импортного теплового насоса «грунт-вода» мощностью 10 кВт, рассчитанного на обогрев дома площадью 100 м2 (без монтажа) составляет 500 000 рублей. За работы по бурению скважин, монтажу труб и пусконаладку придется доплатить в среднем от 80 000 руб не включая дополнительные материалы.

Отечественная техника дешевле. Цена аналогичного по параметрам российского теплонасоса около 360 000 рублей. Его покупка с монтажом под ключ будет стоить около 430 000 рублей. Ориентировочная цена 10 киловаттного теплонасоса «воздух-вода» от 270 000 руб. Средняя стоимость данного агрегата с установкой под ключ составляет 320 000 рублей.

Устройство теплового насоса воздух-вода, виды, эффективность, выбор

В Европе и США уже давно нашли применение альтернативным источникам энергии. В ряде случаев они хорошо заменяют газ, а также твердотопливные материалы. В частности, получили широкое распространение «тепловые насосы», которые извлекают энергию из воды, воздуха и земли. Все эти установки имеют свою специфику и особенности, которые влияют на эффективность их работы. Специалисты отмечают, что тепловой насос воздух-вода отличается простым монтажом и эксплуатацией. Кроме того, он имеет длительный срок службы и высокую надёжность. Многие люди выбирают тепловые насосы воздух-вода для использования в загородном доме или на даче. В этом материале речь пойдёт о принципе работы, эксплуатации, монтаже, а также о выборе теплового насоса «воздух-вода».

Тепловой насос представляет собой разновидность оборудования для отопления помещения, которое берёт рассеянное тепло из окружающего воздуха и концентрирует его в тепловую энергию. Эта энергия идёт на нагрев воды, которая далее используется для обогрева помещения. Принцип работы теплового насоса типа воздух-вода подобен работе кондиционера, но используется обратный цикл Карно. В современном климатическом оборудовании используется подобный принцип. Кондиционеры, предназначенные для охлаждения помещения, могут работать на нагрев до тех пор, пока температура ОС не опустится ниже минус пяти по Цельсию.

От климатического оборудования теплонасосы воздух-вода отличаются улучшенными параметрами. Они могут работать на обогрев помещения, пока температура воздуха за бортом не снизится до 15─25 градусов мороза.

В состав установки входит контур, где идёт циркуляция фреона, а также компрессор, испаритель и конденсатор. В испарителе фреон переводится в газообразное состояние с поглощением тепла из ОС. В компрессоре под высоким давлением газ разогревается 120─125 градусов и попадает в конденсатор. Там он превращается в жидкость, тепло которой используется для нагрева воды в контуре отопления.

Этот принцип работы практически одинаков для всех типов тепловых насосов. Различия только в том, какая среда используется для извлечения тепла. Это может быть вода, земля, воздух и прочие источники. Температура на улице оказывает существенное влияние на производительность теплонасосов. Поэтому использование тепловых насосов воздух-вода возможно на юге России и в средней полосе. На севере, где долгое время держатся морозы, их использование проблематично.

Теплоноситель, в роли которого выступает вода, с помощью фреона нагревается примерно до 55─65 градусов. Температуры вполне достаточно для того, чтобы организовать горячее водоснабжение, систему отопления, тёплый пол. Принцип действия основан на использовании низкопотенциальной тепловой энергии. Именно это ограничивает использование теплового насоса факторов окружающей среды. Оптимальный режим работы находится до минус 10 градусов Цельсия. Если температура «за бортом» снижается, то эффективность установки воздух-вода сильно снижается.

Для устранения этой проблемы специалисты разработали схему функционирования системы воздух-вода вместе с прочими источниками тепла. Здесь схема работы следующая. Когда температура на улице понижается, то насос начинает работать с нарастающей нагрузкой. При росте нагрузки до определённого предельного значения, к работе подключается дополнительный источник тепла. Это может быть электрический или газовый котёл. Когда температура за окном возрастает и тепловой насос справляется с нагрузкой, котёл автоматически отключается. Как говорят специалисты, в роли резервного лучше использовать электрический котёл.

В любом случае, установка насоса воздух-вода нецелесообразна в северных широтах, где длительное время стоят сильные морозы.

Расчёт мощности

Перед тем как купить тепловой насос или изготовить его самостоятельно, следует провести примерный расчёт мощности. Ведь если мощность будет недостаточна для площади вашего дома, то обогрев будет проводиться не в полной мере. Если выбрать излишне мощный насос, то – это приведёт к ненужным затратам.

Специалисты, которые занимаются производством и установкой тепловых насосов воздух-вода для вычисления мощности используют специальное программное обеспечение. Они позволяют рассчитать различные элементы такой системы вплоть до площади змеевика. Те, кто делает тепловой насос своими руками, применяют специальные калькуляторы. Они имеются на сайтах по строительной тематике и отоплению. В таки калькуляторах используются вводные данные о площади дома, регионе, высоте потолков, а также состоянии теплоизоляции в доме.

В результате подсчётов выводится расчётная мощность теплового насоса типа воздух-вода или другой разновидности. Если здание хорошо утеплено и имеет небольшую площадь, мощность теплового насоса нужна будет меньше. Так, что теплоизоляцию специалисты рекомендуют делать до того, как покупать тепловой насос.

Ниже можно посмотреть таблицу примерной зависимости мощности теплового насоса в зависимости от площади обогреваемого помещения.

Выбор: цены и производители

Проблему отопления жилых и производственных помещений можно решить правильным выбором теплового насоса воздух-вода. Что же нужно учесть и не ошибиться при выборе. Первое, над чем следует подумать после расчёта мощности, это конструкция корпуса. Производители предлагают два варианта.

Есть низкотемпературные моноблочные тепловые насосы. При этом в помещении не ставится никакой дополнительной установки. Все элементы теплового насоса располагаются снаружи здания или в подсобном помещении, а в дом или производственное помещение проходит только трубопровод с теплоносителем.

Второй вариант исполнения – это всем известные сплит-системы. Чаще всего такой вариант применяется в бытовых помещениях. Внешний блок стоит на улице, а к нему идёт магистраль от накопителя. Фреон греет конденсатор и жидкости, которая циркулирует в контуре отопления, передаётся тепло.

По функциональности и назначению выпускаемые модели тепловых насосов также можно поделить на 2 группы. Одни установки воздух-вода предназначены только для отопления, а другие могут помимо обогрева обеспечивать горячее водоснабжение. По температуре окружающего воздуха установки воздух-вода, как правило, работают в интервале от плюс 45 до минус 15 С. Отдельные модели могут работать на обогрев температуре на улице минус 25─32 С. От температуры окружающей среды напрямую зависит эффективность тепловых насосов воздух-вода.

За последние 10─15 лет на рынке появилось много моделей различных тепловых насосов. Выпуском этой продукции занимаются производители из Германии, Японии, Китая, России и других стран. Их продукция имеет близкую конструкцию, но часто отличается по эффективности.

Можно назвать следующие известные компании на этом рынке:

• Stiebel Eltron (Германия). Модели имеют высокий спрос на российском рынке. Среди плюсов стоит отметить большой широкий ассортимент моделей, развитую функциональность, возможность индивидуального изготовления. В целом тепловые насосы Stiebel Eltron отличаются экономичностью и высоким коэффициентом СОР;
• Фирма выпускает установки воздух-вода высокой производительности. Они находят применение для обогрева бытовых и промышленных объектов. Все модели адаптированы для использования в российских условиях. Большинство предлагаемых тепловых насосов Buderus рассчитаны на обогрев помещений площадью более 500 квадратных метров;
• Компания уже несколько десятков лет выпускает тепловые насосы. Модельный ряд постоянно меняется, учитываются пожелания владельцев тепловых установок, постоянно осваиваются новые технологии. Viessmann часто используют в своей продукции инновационную автоматику. С её помощью, установка воздух-вода обеспечивает полностью автоматический обогрев помещения в зависимости от погодных условий;
• Heliotherm (Австрия). Фирма выпускает модели тепловых насосов с лучшими показателями СОР. В России компания имеет своё представительство. Благодаря этому обеспечиваются гарантийные обязательства, установка и поддержка оборудования.

Стоимость современных тепловых насосов лежит в интервале от 160 тысяч до 1,2 миллиона рублей. Стоимость может меняться в зависимости от того, какой производитель. Китайцы выпускают модели, которые стоят дешевле, но у них ниже СОР и срок службы. Часто используется практика, когда монтаж тепловых насосов воздух-вода включается в цену оборудования. Многие компании предлагают бесплатно расчёт проекта. Есть также примеры, когда предлагаются услуги по дальнейшему обслуживанию установок.

Основными элементами геотермальных систем отопления являются тепловые насосы, главные составляющие которых – испаритель, конденсатор, компрессор, терморегулятор и хладагент, циркулирующий по замкнутой системе.

Правильное объединение представленных элементов в единую систему, дает возможность выделять из окружающей среды (грунт, воздух или вода) низкопотенциальное тепло, с последующим превращением его в высокопотенциальное, необходимое для работы систем отопления и обеспечения горячей водой.

Принцип работы любого теплового насоса имеет близкое сходство с работающим холодильником с той лишь разницей, что в холодильнике происходит отбор тепла с последующим его вытеснением на радиатор, тогда как тепловой насос отбирает тепло из окружающей среды и передает его отопительной системе.

Происходит это следующим образом:

1. Осуществляется подача хладагента в испаритель, здесь испарение достигается путем резкого уменьшения давления
2. При испарении к хладагенту переходит тепло стенок испарителя, поступающее из окружающей среды, затем хладагент, превращаясь в газ, поступает в компрессор
3. Хладагент, находящийся в газообразном состоянии, после поступления в компрессор подвергается воздействию высокого давления. В результате этого обеспечивается нагрев хладагента до 120-125°С и дальнейшее перемещение в конденсатор, где происходит передача тепла теплоносителю. После «отдачи» тепла хладагент вновь переходит в жидкое состояние, и цикл повторяется до достижения заданной температуры
4. Работа теплового насоса контролируется терморегулятором, размыкающим и замыкающим цепь, отвечающую за пуск или остановку компрессора

Принцип работы геотермального отопления

Суть работы геотермального отопления сводится к тому, что происходит отбор низкопотенциального тепла из окружающей среды, его превращение в высокопотенциальное тепло с последующей подачей в дом.

Для обеспечения работы теплового насоса требуется электроэнергия, правда, ее затраты в 3-4 раза ниже, чем получаемая тепловая энергия. КПД теплового насоса является максимальным и превосходит любые котлы отопления. Очевидна и эффективность его использования, проявляющаяся в значительной экономии денежных средств.

Правда, нужно учесть, что стоимость устройства геотермальной системы отопления является весьма высокой, а окупаемость наступает не ранее, чем через 15-20 лет эксплуатации.

Тепловые насосы можно классифицировать по нескольким типам, основными из которых является вид источника, который «отдает» низкопотенциальное тепло. По такому критерию тепловые насосы можно разделить на:

• Грунтовые;
• Воздушные;
• Водяные;
• Комбинированные.

Наиболее эффективными и стабильными считаются тепловые насосы, контур которых расположен в грунте. Однако это значительно удорожает проведение работ, выполнение которых невозможно без использования спецтехники.

Воздух-воздух

Суть работы тепловых насосов, работающих от воздушного источника, сходна с работой геотермальных насосов. Отличие состоит только лишь в том, что в качестве источника тепла выступает не грунт, а воздух. Подобные насосы можно подразделить на два типа систем – воздух-вода и воздух-воздух.

Тип системы определяется средой, используемой для распространения тепла в здании – вода либо воздух. Основным достоинством «воздушных» тепловых насосов, в сравнении с геотермальными, является куда меньшая их стоимость.

Это обусловлено отсутствием необходимости проведения сложных монтажных работ по установке подземного контура.
Тепловой насос, который работает по системе воздух-воздух, предназначается только для нагрева воздуха внутри помещения. Тепло извлекается из воздуха, который находится снаружи посредством испарительного блока, установленного на стене здания.

Далее тепло переправляется в конденсатор, который помещается уже внутри помещения. Здесь тепло передается внутреннему воздуху, который после подогрева возвращается обратно в помещение. В случае необходимости отопления больших площадей используются различные системы распределения воздушных потоков.

Тепловые насосы типа воздух-воздух предназначены только для отопления. К достоинствам можно отнести высокую производительность и уровень теплоотдачи.

Основным недостатком является значительные колебания в производительности, зависящие от температуры наружных воздушных масс. В этом отношении геотермальные тепловые насосы являются гораздо более стабильными, так как температура грунта в месте укладки контура является практически неизменной.

Несмотря на нестабильную производительность, тепловые насосы системы воздух-воздух являются весьма популярными благодаря своим экологическим и эксплуатационным показателям.

Вода-вода

Конструкция тепловых насосов, работающих по принципу вода-вода, имеет близкое сходство с геотермальными насосами. Разница состоит лишь в том, что в качестве источника выступает не грунт, а вода (естественные и искусственные водоемы, грунтовые и сбросные воды).

Высокая среднегодовая эффективность объясняется высокой температурой теплоносителя в зимнее время. При устройстве теплообменника в виде спирали можно значительно снизить площадь установки. Как и любое отопительное оборудования тепловым насосам вода-вода присущи свои достоинства и недостатки.

Отрицательные стороны:

• Высокая стоимость теплового насоса;
• Невозможность эффективного использования при значительном удалении от источника тепла;
• Конкретные требования к возможностям подающего источника.

Перечисленные недостатки полностью перекрываются следующими достоинствами:

• Минимальная площадь для установки контура;
• Нет необходимости использовать спецоборудование;
• Высокий уровень КПД;
• Возможность организации не только отопления, но и горячего водоснабжения и пассивного охлаждения;
• Бесперебойная работа;
• Длительный срок эксплуатации;
• Простота техобслуживания;
• Минимальный расход электричества в пересчете на производительность.

Воздух-вода

По принципу работы тепловой насос воздух-вода сходен с эксплуатацией бытового кондиционера с той лишь разницей, что в результате их работы охлаждается не воздух, а теплоноситель (чаще всего это вода).

Тепловые насосы воздух-вода, в отличие от насосов системы воздух-воздух, способны организовать не только отопление, а также и горячее водоснабжение.

Единственный их недостаток состоит в том, что высокая производительность возможна только тогда, когда температура не опускается ниже -15°С. Поэтому стабильная работа тепловых насосов воздух-воздух, воздух-вода и высокая их производительность достижима только в соответствующих климатических условиях.