Що таке тепловий насос: принцип роботи, переваги та недоліки

Сьогодні, зважаючи на швидке зростання комунальних платежів, все більше людей ставлять собі питання “що таке тепловий насос?”.

Тепловий насос – це пристрій, який виконує одразу кілька завдань: нагріває воду для систем ГВП, подає гарячий теплоносій на системи опалення та охолоджений – на пристрої кондиціонування.

Відмінною рисою теплонасоса є те, що він видобуває приховану теплову енергію з ґрунту, повітря або води.

На сьогоднішній день теплонасоси від компанії Olimpia Splendid є одними з найефективніших. Вони поєднують у собі високу якість і порівняно невисоку вартість.

У цій статті ми детальніше розповімо, що таке тепловий насос, його види та принцип функціонування.

Як працюють теплові насоси

ТН черпає тепло з різних природних джерел для обігріву приміщень і постачання їх гарячою водою.

Робота такої системи полягає в циркуляції холодоагенту, де він проходить кілька етапів:

1. Першим етапом теплоносій проникає у випарник, потім нагрівається, доходить до кипіння і перетворюється на газ.
2. Після, тепло повітря, водойми або ґрунту (виходячи з виду теплонасоса) переймається холодоагентом.
3. Далі, газ прямує до компресора, де відбувається його одночасне стиснення і підігрів.
4. Потім нагрітий газ прямує в конденсатор, звідки і передає своє тепло по контурах опалення/кондиціонування/ГВП.
5. Охолоджуючись, газ конденсується, обертається назад у рідину і повертається до початкової точки для повторного проходження всіх етапів.

Таким чином, теплонасос постачає теплом різні системи в будинку.

Особливості конструкції теплонасоса

Дізнавшись, що таке тепловий насос і який принцип його роботи, тепер поговоримо про його конструкцію.

Загалом, конструкція теплонасоса залежить від його типу:

• Повітря-вода може мати спліт-системну і моноблочну структуру. Наприклад, теплонасоси повітря-вода Sherpa S3/Sherpa Aquadue S3/Sherpa Cold від Olimpia Splendid – це спліт-системи, де внутрішній і зовнішній блоки з’єднано спільною магістраллю з холодоагентом, що циркулює від блоку до блоку. У лінійці Sherpa (S1/S2) також є моноблочні теплові насоси.

• Повітря-повітря – це виключно спліт-система.
• Структура ґрунтових ТН включає в себе внутрішній блок і заглибні зонди, які черпають теплову енергію з ґрунту.
• ТН вода-вода складається з внутрішнього модуля і зовнішнього теплообмінника.

Також варто враховувати, що для реалізації системи опалення на базі теплового насоса необхідно облаштувати окрему котельню і передбачити в ній:

• Буферну ємність для акумуляції надлишків згенерованого тепла.
• Бак ГВП об’ємом від 200 до 500 літрів. На ринку представлені моделі теплових насосів повітря-вода з вбудованим баком ГВП (наприклад, Sherpa S3 Tower від Olimpia Splendid), однак такі пристрої мають великі габарити.

• Насосні групи для забезпечення циркуляції води в контурах опалення.
• Запірну арматуру, яка пов’язує всю систему в єдине ціле.

Виходячи з цього можна сказати, що система на базі теплового насоса не обмежується одним пристроєм, це багатокомпонентна система.

Класифікація теплових насосів

На ринку ТН представлені різні види пристроїв, кожен з яких відрізняється джерелом, звідки пристрій черпає тепло, а також своєю конструкцією. Нижче ми детальніше розглянемо кожен із них.

Геотермальний (ґрунт-вода)

Ґрунт – це джерело тепла, температура якого залишається незмінною цілий рік, особливо на глибині 70 метрів. Завдяки чому, коефіцієнти SCOP і SEER у ґрунтових ТН є найвищими і досягають 6. Ґрунтові ТН призначені для обслуговування великих житлових або комерційних приміщень (понад 300 м²).

Тепловий насос ґрунт-вода має низьку модуляцію потужності, за рахунок чого часто генерує більше тепла, ніж потрібно. Однак не варто вважати це проблемою, адже в таких системах теплового насоса застосовують спеціальні буферні ємності для зберігання надлишкового тепла, яке витрачатиметься пристроєм за потребою.

Головним недоліком таких теплових насосів є їхня вартість і монтаж. Тут потрібне буріння свердловин для встановлення геотермальних зондів або навіть перекопування ділянки для прокладання труб під землею, як у системі теплих підлог. Монтажні роботи ґрунтових ТН являють собою складний і витратний процес, а також вимагають спеціалізованого обладнання.

Гідротермальний (вода-вода)

Розглянемо докладніше, що таке тепловий насос вода-вода.

Гідротермальні теплові насоси використовують тепло підземних вод або великих водойм. Попри високі показники продуктивності COP та EER, які становлять 5-6 для ТН вода-вода, такі пристрої мають багато суттєвих недоліків. Головним мінусом є особливі вимоги до монтажу (зокрема: розташування поблизу великої водойми або наявність підземної річки/озера). Крім того:

Через низку таких недоліків застосування гідротермальних теплових насосів суворо регулюється в багатьох країнах Європи, з огляду на тенденції, такі правила незабаром буде введено і в Україні.

Аеротермальний (повітря-вода)

На сьогодні ТН повітря-вода є найкращим варіантом. Такі пристрої витягують тепло з вуличного повітря.

Сучасні аеротермальні теплові насоси, як-от від Olimpia Splendid, виконують одразу кілька функцій і здатні закрити всі потреби клієнта щодо:

• кондиціонування;
• опалення;
• гарячого водопостачання.

Тому теплові насоси Olimpia Splendid є вибором багатьох уже кілька десятків років.

Кожна модель від цього виробника має високі показники COP. Наприклад, СОР теплового насоса Olimpia Splendid Sherpa S3 Tower за зовнішньої температури в -7°C досягає коефіцієнта 3,15 під час подачі 35-градусного теплоносія.

До того ж, ТН повітря-вода від Olimpia Splendid мають різні функції роботи, зокрема автоматичну модуляцію потужності залежно від погодних умов за вікном або ж умов у приміщенні. Однак користувач завжди зможе задати бажані параметри роботи пристрою виходячи з особистих побажань.

Тепловий насос повітря-повітря

Тепловий насос повітря-повітря по суті є звичним нам кондиціонером, тому на системи ГВП він не працює.

Але що таке тепловий насос повітря-повітря і в чому його основна відмінність від стандартного кондиціонера? Різниця полягає в тому, що ТН повітря-повітря здатний працювати за надто низьких зовнішніх температур (до -25).

У період опалювального сезону теплові насоси повітря-повітря не зможуть повноцінно замінити систему опалення, особливо за вкрай низьких зовнішніх температур, адже в такому разі їхня ефективність буде недостатньою для ефективного обігріву приміщення.

COP таких теплових насосів не вирізняється високими показниками (3,5), а за низьких температур цей показник стрімко падає.

Однак, вартість таких пристроїв є найнижчою, а монтаж максимально простим.

Спіральний колектор

Спіральний колектор – це така собі альтернатива ТН вода-вода. Його випарник розташовується у водоймі й утримується на поверхні за допомогою поплавців.

Цей вид теплонасоса підходить у тому разі, якщо водойма розташована безпосередньо на вашій ділянці, водночас важливо, щоб вона була досить великою, інакше джерело просто замерзне за мінусових температур.

Спіральний колектор має високі коефіцієнти продуктивності COP і EER, а також здатний ефективно опалювати/кондиціонувати і забезпечувати гарячою водою великі приміщення.

Головний недолік таких пристроїв – дорогий і складний монтаж/сервіс.

Особливості джерел тепла

Під час вибору конкретного джерела енергії потрібно знати їхні особливості. Наприклад:

1. Повітря. При підборі повітряних ТН важливо враховувати кліматичні умови у вашій області, інакше через перепади температур ефективність пристрою буде низькою. Хоч такі ТН здатні функціонувати за низьких температур (від -15°C до -25°C), проте необхідно мати запасні теплоджерела на випадок екстремальних похолодань.
2. Ґрунт. Особливість ґрунтового ТН полягає лише в методах встановлення: вертикальному/горизонтальному, про які ми говорили раніше. Готувати ґрунт до встановлення такого насоса не потрібно.
3. Вода. Встановлення цього пристрою для роботи на великому промисловому об’єкті потребуватиме значних обсягів води, і спричинить високі витрати на обслуговування самої конструкції.

Вибір конкретного джерела тепла залежить від місцевих умов та індивідуальних вимог.

Якщо вам потрібна допомога у виборі теплового насоса, наші консультанти готові допомогти вам підібрати оптимальне рішення.

Кондиціювання за допомогою теплового насоса

Теплові насоси виконують не тільки функції опалення/постачання гарячої води, а й працюють на системи кондиціонування.

Існує два режими охолодження у ТН: активний і пасивний. Розглянемо відмінність.

Активне охолодження

Теплонасос при активному охолодженні функціонує так само, як і в режимі опалення, це було описано на початку статті. Єдина відмінність полягає в тому, що холодоагент не нагрівається, а охолоджується до +7°C.

Потім, охолоджений холодоагент прямує до фанкойлів, холодних підлог і стін.

Пасивне охолодження

Пасивне охолодження властиве здебільшого для ТН ґрунт-вода або вода-вода.

Охолодження теплоносія відбувається за рахунок ґрунту або ґрунтових вод. Оскільки компресор тут не задіюється, за циркуляцію холодоагенту відповідає циркуляційний насос, який проганяє його через пластинчастий теплообмінник.

Під час пасивного охолодження холодоагент спрямовується на теплообмінник, а не в сам тепловий насос, як у режимі “тепла”.

Розрахунки продуктивності теплового насоса для опалення

Під час розрахунку ефективності та продуктивності ТН необхідно враховувати:

1. Теплотехнічний розрахунок, де враховуються тепловтрати, чим вони менші, тим меншої потужності потрібен тепловий насос.
2. Клімат – температура і вологість у вашому регіоні безпосередньо впливають на ефективність пристрою.

3. Вид теплового насоса – кожен тип ТН має різну ефективність.

Такі розрахунки рекомендується довірити досвідченим фахівцям, інакше є ризик підібрати недостатньо ефективний або надмірно потужний пристрій.

Плюси та мінуси теплових насосів

Теплові насоси мають безліч переваг. Серед них:

• Економічність. Використання теплового насоса знижує витрати на електроенергію майже вдвічі.
• Функціональність. Теплові насоси виконують одразу три функції: опалюють, постачають гарячу воду в приміщення цілий рік і кондиціонують при спільній роботі з фанкойлами.

• Екологічність і довгий термін служби. ТН не викидають шкідливі речовини в атмосферу, а при правильній експлуатації пристрій не потребує ремонту багато років поспіль.

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

Недоліків у теплових насосів не так вже й багато. Наприклад, для підключення теплового насоса існують особливі вимоги до електричної мережі. Тут потрібна трифазна мережа з мінімальною кількістю перепадів. Однак основним недоліком ТН є їхня вартість, але варто зазначити, що такі пристрої в довгостроковій перспективі окупаються.

Коли варто використовувати тепловий насос в Україні

Наразі в Україні відсутні субсидії на електрику, хоча раніше надавали знижку в 50% на перші 3000 кВт-годин і нічний тариф із такою ж знижкою.

У багатьох країнах Європи відмовляються від газового опалення і переходять на теплові насоси, зважаючи на їхню екологічність та економічність. Тому сьогодні теплові насоси є оптимальним рішенням для опалення, кондиціонування та ГВП, а їхня популярність в Україні зростає з кожним роком.

• У чому завдання теплового насоса?

  Тепловий насос відбирає тепло у природних джерел (наприклад: ґрунту, різних водойм або вуличного повітря) для обігріву, охолодження та підготовки гарячої води в житлових і комерційних будівлях.

  Тепловий насос вважається найбільш економічним і функціональним способом створення комфортних кліматичних умов у різних приміщеннях.

• Який принцип роботи у теплового насоса?

  Теплоносій, який циркулює по трубках у ТН, відбирає теплову енергію з різних джерел, і потім проходить кілька етапів перетворення. Зрештою, нагрітий у середньому до 60°C холодоагент спрямовується контуром опалення на відповідні пристрої-розподільники, зазвичай це низькотемпературні системи, такі як внутрішньопідлогові конвектори/фанкойли/теплі підлоги.

• У скільки в середньому обійдеться теплонасос?

  Ціни на теплові насоси різняться з огляду на їхній вид і бренд. Наприклад, ТН повітря-вода від компанії Olimpia Splendid мають середню ринкову вартість, а якість таких пристроїв можна порівняти з преміум-сегментом.

• Яка ефективність у теплових насосів?

  Ефективність теплових насосів визначається як відношення виробленої ними теплової енергії до споживаної електроенергії.

  Ефективність теплового насоса зазвичай виражається через коефіцієнт COP, який залежить від різниці між зовнішньою і внутрішньою температурами.

  Значення COP може коливатися залежно від типу теплового насоса і варіювати в діапазоні від 1 до 6.

  Теплові насоси Olimpia Splendid тут також посідають лідируючі позиції з коефіцієнтом COP від 5 за плюсових температур і від 3 за мінусових.