Что такое тепловой насос: принцип работы, преимущества и недостатки

Сегодня, ввиду быстро растущих коммунальных платежей, все больше людей задаются вопросом “что такое тепловой насос?”.

Тепловой насос — это устройство, которое выполняет сразу несколько задач: нагревает воду для систем ГВС, подает горячий теплоноситель на системы отопления и охлажденный – на устройств кондиционирования.

Отличительной чертой теплонасоса является то, что он добывает скрытую тепловую энергию из грунта, воздуха или воды. 

На сегодняшний день теплонасосы от компании Olimpia Splendid являются одними из самых эффективных. Они сочетают в себе высокое качество и сравнительно невысокую стоимость.

В этой статье мы детальнее расскажем, что такое тепловой насос, его виды и принцип функционирования.

Как работают тепловые насосы

ТН черпает тепло из различных природных источников для обогрева помещений и снабжения их горячей водой. 

Работа такой системы заключается в циркуляции хладагента, где он проходит несколько этапов:

1. Первым этапом теплоноситель проникает в испаритель, затем нагревается, доходит до кипения и преобразуется в газ.
2. После, тепло воздуха, водоема или грунта (исходя их вида теплонасоса) перенимается хладагентом.
3. Далее, газ направляется к компрессору, где происходит его одновременное сжатие и подогрев.
4. Затем, нагретый газ направляется в конденсатор, откуда и передает свое тепло по контурам отопления/кондиционирования/ГВС.
5. Охлаждаясь, газ конденсируется, обращается обратно в жидкость и возвращается к начальной точке для повторного прохождения всех этапов.

Таким образом, теплонасос снабжает теплом различные системы в доме.

Особенности конструкции теплонасоса

Узнав, что такое тепловой насос и каков принцип его работы, теперь поговорим о его конструкции. 

В целом, конструкция теплонасоса зависит от его типа:

• Воздух-вода может иметь сплит-системную и моноблочную структуру. Например, теплонасосы воздух-вода Sherpa S3/Sherpa Aquadue S3/Sherpa Cold от Olimpia Splendid – это сплит-системы, где внутренний и внешний блоки соединены общей магистралью с циркулирующим от блока к блоку хладагентом. В линейке Sherpa (S1/S2) также есть моноблочные тепловые насосы.

• Воздух-воздух — это исключительно сплит-система.
• Структура грунтовых ТН включает в себя внутренний блок и погружные зонды, которые черпают тепловую энергию из почвы.
• ТН вода-вода состоит из внутреннего модуля и наружного теплообменника. 

Также, стоит учитывать, что для реализации системы отопления на базе теплового насоса необходимо обустроить отдельную котельную и предусмотреть в ней:

• Буферную емкость для аккумуляции излишков сгенерированного тепла.
• Бак ГВС объемом от 200 до 500 литров. На рынке представлены модели тепловых насосов воздух-вода со встроенным баком ГВС (например, Sherpa S3 Tower от Olimpia Splendid), однако такие устройства имеют большие габариты.

• Насосные группы для обеспечения циркуляции воды в контурах отопления.
• Запорную арматуру, которая связывает всю систему в единое целое.

Исходя из этого можно сказать, что система на базе теплового насоса не ограничивается одним устройством, это многокомпонентная система. 

Классификация тепловых насосов

На рынке ТН представлены различные виды устройств, каждый из которых разнится источником, откуда устройство черпает тепло, а также своей конструкцией. Ниже мы детальнее рассмотрим каждый из них.

Геотермальный (грунт-вода)

Грунт — это источник тепла, температура которого остается неизменной круглый год, особенно на глубине 70 метров. Благодаря чему, коэффициенты SCOP и SEER у грунтовых ТН являются самыми высокими и достигают 6. Грунтовые ТН предназначены для обслуживания больших жилых или коммерческих помещений (свыше 300 м²). 

Тепловой насос грунт-вода имеет низкую модуляцию мощности, за счет чего часто генерирует больше тепла, чем нужно. Однако не стоит считать это проблемой, ведь в таких системах теплового насоса применяются специальные буферные емкости для хранения избыточного тепла, которое будет расходоваться устройством по надобности.

Главным недостатком таких тепловых насосов является их стоимость и монтаж. Здесь требуется бурение скважин для установки геотермальных зондов или даже перекопка участка для прокладки труб под землей, как в системе теплых полов. Монтажные работы грунтовых ТН представляют собой сложный и затратный процесс, а также требуют специализированного оборудования.

Гидротермальный (вода-вода)

Рассмотрим подробнее, что такое тепловой насос вода-вода. 

Гидротермальные тепловые насосы используют тепло подземных вод или крупных водоемов. Несмотря на высокие показатели производительности COP и EER, которые составляют 5-6 для ТН вода-вода, такие устройства имеют много существенных недостатков. Главным минусом являются особые требования к монтажу (в частности: расположение вблизи крупного водоема или наличие подземной реки/озера). Кроме того:

Из-за ряда таких недостатков применение гидротермальных тепловых насосов строго регулируется во многих странах Европы, исходя из тенденций, такие правила скоро будут введены и в Украине.

Аэротермальный (воздух-вода)

На сегодня ТН воздух-вода являются лучшим вариантом. Такие устройства извлекают тепло из уличного воздуха.

Современные аэротермальные тепловые насосы, например от Olimpia Splendid, выполняют сразу несколько функций и способны закрыть все потребности клиента по:

• кондиционированию;
• отоплению;
• горячему водоснабжению. 

Поэтому тепловые насосы Olimpia Splendid являются выбором многих уже несколько десятков лет. 

Каждая модель от данного производителя имеет высокие показатели COP. Например, СОР теплового насоса Olimpia Splendid Sherpa S3 Tower при наружной температуре в -7°C достигает коэффициента 3,15 при подаче 35-градусного теплоносителя. 

К тому же, ТН воздух-вода от Olimpia Splendid имеют различные функции работы, в том числе автоматическую модуляцию мощности в зависимости от погодных условий за окном или же условий в помещении. Однако пользователь всегда сможет задать желаемые параметры работы устройства исходя из личных пожеланий. 

Тепловой насос воздух-воздух

Тепловой насос воздух-воздух по сути является привычным нам кондиционером, поэтому на системы ГВС он не работает.

Но что такое тепловой насос воздух-воздух и в чем его основное отличие от стандартного кондиционера? Разница состоит в том, что ТН воздух-воздух способен работать при слишком низких наружных температурах (до -25).

В период отопительного сезона тепловые насосы воздух-воздух не смогут полноценно заменить систему отопления, особенно при крайне низких наружных температурах, ведь в таком случае их эффективность будет недостаточной для эффективного обогрева помещения. 

COP таких тепловых насосов не отличается высокими показателями (3,5), а при низких температурах данный показатель стремительно падает. 

Однако, стоимость таких устройств является наиболее низкой, а монтаж максимально простым.

Спиральный коллектор

Спиральный коллектор — это некая альтернатива ТН вода-вода. Его испаритель располагается в водоеме и удерживается на поверхности при помощи поплавков. 

Данный вид теплонасоса подходит в том случае, если водоем находится непосредственно на вашем участке, при этом важно, чтобы он был достаточно большим, иначе источник попросту замерзнет при минусовых температурах.

Спиральный коллектор обладает высокими коэффициентами производительности COP и EER, а также способен эффективно отапливать/кондиционировать и обеспечивать горячей водой большие помещения. 

Главный недостаток таких устройств — дорогостоящий и сложный монтаж/сервис.

Особенности источников тепла

При выборе конкретного источника энергии нужно знать их особенности. Например:

• Воздух. При подборе воздушных ТН важно учитывать климатические условия в вашей области, иначе из-за перепадов температур эффективность устройства будет низкой. Хоть такие ТН способны функционировать при низких температурах (от -15°C до -25°C), однако необходимо иметь запасные теплоисточники на случай экстремальных похолоданий.
• Грунт. Особенность грунтового ТН заключается лишь в методах установки: вертикальной/горизонтальной, о которых мы говорили ранее. Подготавливать грунт к установке такого насоса не нужно.
• Вода. Установка данного устройства для работы на большом промышленном объекте потребует значительных объемов воды, и повлечет высокие затраты на обслуживание самой конструкции.

Выбор конкретного источника тепла зависит от местных условий и индивидуальных требований.

Если вам нужна помощь в выборе теплового насоса, наши консультанты готовы помочь вам подобрать оптимальное решение.

Кондиционирование с помощью теплового насоса

Тепловые насосы выполняют не только функции отопления/снабжения горячей водой, но и работают на системы кондиционирования. 

Существует два режима охлаждения у ТН: активное и пассивное. Рассмотрим различие.

Активное охлаждение

Теплонасос при активном охлаждении функционирует так же, как и в режиме отопления, это было описано в начале статьи. Единственное отличие состоит в том, что хладагент не нагревается, а охлаждается до +7°C. Затем, охлажденный хладагент направляется к фанкойлам, холодным полам и стенам.

Пассивное охлаждение

Пассивное охлаждение свойственно по большей части для ТН грунт-вода или вода-вода. 

Охлаждение теплоносителя происходит за счет грунта или грунтовых вод. Так как компрессор здесь не задействуется, за циркуляцию хладагента отвечает циркуляционный насос, который прогоняет его через пластинчатый теплообменник. 

При пассивном охлаждении хладагент направляется на теплообменник, а не в сам тепловой насос, как в режиме «тепла».

Расчеты производительности теплового насоса для отопления

При расчете эффективности и производительности ТН необходимо учитывать:

1. Теплотехнический расчет, где учитываются теплопотери, чем они меньше, тем меньшей мощности нужен тепловой насос.
2. Климат — температура и влажность в вашем регионе напрямую влияют на эффективность устройства.
3. Вид теплового насоса — каждый тип ТН имеют разную эффективность.

Такие расчеты рекомендуется доверить опытным специалистам, иначе есть риск подобрать недостаточно эффективное или чрезмерно мощное устройство.

Плюсы и минусы тепловых насосов

Тепловые насосы имеют множество преимуществ. Среди них:

• Экономичность. Использование теплового насоса снижает расходы на электроэнергию почти вдвое. 
• Функциональность. Тепловые насосы выполняют сразу три функции: отапливают, поставляют горячую воду в помещение круглый год и кондиционируют при совместной работе с фанкойлами.

• Экологичность и долгий срок службы. ТН не выбрасывают вредные вещества в атмосферу, а при правильной эксплуатации устройство не нуждается в ремонте много лет подряд. 

ТН не викидають шкідливі речовини в атмосферу, а при правильній експлуатації пристрій не потребує ремонту багато років поспіль.

Недостатков у тепловых насосов не так уж и много. Например, для подключения теплового насоса существуют особые требования к электрической сети. Здесь требуется трехфазная сеть с минимальным количеством перепадов. Однако основным недостатком ТН является их стоимость, но стоит отметить, что такие устройства в долгосрочной перспективе окупаются.

Когда стоит использовать тепловой насос в Украине

В настоящее время в Украине отсутствуют субсидии на электричество, хотя ранее предоставлялась скидка в 50% на первые 3000 кВт-часов и ночной тариф с такой же скидкой.

Во многих странах Европы отказываются от газового отопления и переходят на тепловые насосы, ввиду их экологичности и экономичности. Поэтому сегодня тепловые насосы представляют собой оптимальное решение для отопления, кондиционирования и ГВС, а их популярность в Украине растет с каждым годом.

• В чем задача теплового насоса?

  Тепловой насос отбирает тепло у природных источников (например: почвы, различных водоемов или уличного воздуха) для обогрева, охлаждения и подготовки горячей воды в жилых и коммерческих зданиях. 

  Тепловой насос считается наиболее экономичным и функциональным способом создания комфортных климатических условий в различных помещениях.

• Какой принцип работы у теплового насоса?

  Теплоноситель, который циркулирует по трубкам в ТН, отбирает тепловую энергию из различных источником, и затем проходит несколько этапов преобразования. В конечном итоге, нагретый в среднем до 60°C хладагент направляется по контуру отопления на соответствующие устройства-распределители, обычно это низкотемпературные системы, такие как внутрипольные конвекторы/фанкойлы/теплые полы.

• Во сколько в среднем обойдется теплонасос?

  Цены на тепловые насосы разнятся исходя из их вида и бренда. К примеру, ТН воздух-вода от компании Olimpia Splendid имеют среднюю рыночную стоимость, а качество таких устройств сравнимо с премиум-сегментом.

• Какая эффективность у тепловых насосов?

  Эффективность тепловых насосов определяется как отношение производимой ими тепловой энергии к потребляемой электроэнергии.

  Эффективность теплового насоса обычно выражается через коэффициент COP, который зависит от разницы между внешней и внутренней температурами.

  Значение COP может колебаться в зависимости от типа теплового насоса и варьировать в диапазоне от 1 до 6.

  Тепловые насосы Olimpia Splendid здесь также занимают лидирующие позиции с коэффициентом COP от 5 при плюсовых температурах и от 3 при минусовых.