Как рассчитывается эффективность теплового насоса?

Принцип работы

Уже давно известно, что тепло передаётся самостоятельно от более горячего предмета к тому, что холоднее. Это было закреплено в одной из формулировок 2 закона термодинамики. Для того чтобы передать тепло в обратном направлении, требуется использовать теплоноситель и провести с ним определённые действия. Для этих целей и служит тепловой насос. Для его работы требуется энергия. Количество затрачиваемой энергии тем больше, чем больше разница температур между средами, которые участвуют в этом процессе.

Конструкция самого простого теплового насоса включает в себя 2 теплообменника. Один из них называется испаритель, а второй ─ конденсатор. В испарителе поддерживается температура ниже той среды, у которой отбирается тепло. В роли такой среды может быть вода, грунт, воздух и т. п. В результате тепло переходит к хладагенту, имеющему более низкую температуру. Конденсатор имеет температуру выше температуры той среды, которой должно быть передано тепло. Этой средой, а точнее телом, является система отопления. Эта разница температур между испарителем и конденсатором обеспечивается благодаря хладагенту, который циркулирует между ними. Он может изменять своё фазовое состояния, переходить из жидкого состояния в газообразное в зависимости от уровня давления.

Принцип действия теплового насоса В роли хладагентов используются легкокипящие химические вещества, которые при определённом давлении в компрессоре переходят из жидкого в газообразное состояние и, наоборот. Компрессор в составе теплового насоса является основным потребителем электрической энергии. Если немного углубиться в теорию, то можно сказать следующее. Движение молекул в каком-либо веществе прекращается только при абсолютном нуле. Но если температура отлична от этого значения, то молекулы двигаются и у этой среды можно забрать тепло (кинетическая энергия) и переместить её в другое тело или среду.

Большинство используемых сегодня теплонасосов являются парокомпрессионными. Есть также такие разновидности, как

• Абсорбционные;
• Термоэлектрические;
• Электрохимические.

Работу тепловых насосов, как правило, характеризуют по величине коэффициента трансформации энергии (Ктр), который определяется по формуле: Ктр = Твых / (Твых — Твх), где

Твых – температура на выходе насоса;

Твх – температура на входе насоса.

То есть, Ктр – это соотношение тепла, которое идёт в систему теплоснабжения, к энергии, которая тратится на обеспечение функционирования теплового насоса. В реальности коэффициент Ктр отличается от того, что рассчитывается по этой формуле. Разница равна величине коэффициента h, который учитывает энергетические потери и степень термодинамического совершенства. Энергия также расходуется на обеспечение работы запорной арматуры, насосов, управляющих схем и т. п.

На степень термодинамического совершенства влияют много параметров. Среди них можно выделить мощность компрессора, качество исполнения самого теплового насоса. Кроме того, влияние оказывают необратимые энергетические потери. Это энергетические потери на преодоление силы трения, потерь тепла в трубопроводах и соединениях, в механических и электрических двигателях. Стоит также отметить неидеальность процессов, происходящих в конденсаторе и испарителе. Хладагент в таких системах также имеет неидеальных теплофизические характеристики.

Реальный КПД теплового насоса

Теоретически максимально возможное COP в определенной рабочей точке соответствует обратной эффективности η в соответствии с идеальным циклом Карно. Его нельзя превзойти.

Подробнее о работе теплового насоса — принцип действия теплового насоса.

Из-за неидеальности и потерь теплового насоса реальный коэффициент полезного действия всегда ниже максимально возможного. Соотношение реального и идеального коэффициента производительности называется оценкой качества или КПД теплового насоса. На практике достигаются значения от 40 до 60 %.

Для получения более высокой эффективности теплового преобразования применяют различные методы. К этим методами можно отнести:

• Использование электронных дросселей протока. Замена механического дросселя на электронный — позволяет более точно поддерживать необходимое давление, а так же позволяет при одних и тех же режимах получать на 5-15% больше тепловой мощности с лучшей эффективностью.
• Применение компрессоров с дополнительным впрыском пара. Использование таких компрессоров сопровождается встраиванием в контур дополнительного теплообменника, в котором, поток фреона от конденсатора разделяется, и его часть подается напрямую в компрессор. При этом происходит увеличение на 10 – 30 % выработки тепловой мощности и эффективности теплового преобразования. Кроме повышения эффективности применение компрессоров такого типа позволяет расширить диапазон температур, при которых возможна работа теплового насоса. В частности, для тепловых насосов воздух/вода допустимая температура воздуха опускается до -20 оС, при этом водяной контур можно нагревать до 55-60 оС с пиками до 65 оС.

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.

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:

• Viessmann – 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.
• Buderus – 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.

Режимы работы

Автоматический – ТН самостоятельно контролирует и поддерживает температуру в помещении на заданном уровне. Устройство автоматически регулирует температуру теплоносителя исходя из температуры окружающей среды (погодозависимый режим). Также тепловая машина может самостоятельно управлять радиаторами и теплыми полами.

Энергосберегающий – уменьшение температуры нагрева и расхода электроэнергии при отсутствии людей в помещении. Для реализации такого режима тепловой насос оснащается специальными датчиками.

Бивалентный – работа ТН в паре с другим источником тепловой энергии, например, котлом. Тепловая машина работает до определенного значения температуры (точки бивалентности), после которого включается другой теплогенератор. Если же температура воздуха повысится, то данный источник тепла выключится. По сравнению с моновалентным режимом (использование одного ТН) такой режим эффективнее, но дороже.

Важно: бивалентный режим позволяет приобрести устройство с меньшей тепловой мощностью. Специалисты рекомендуют выбирать технику, покрывающую 80% потребности в тепловой энергии на отопление и ГВС

Остальные 20% обеспечит дополнительный источник энергии.

Термическая дезинфекция – уничтожение микроорганизмов путем повышения температуры воды до 70°С.

Защита от замерзания – размораживает внешний блок ТН. Дает возможность использовать тепловую машину в условиях низкой температуры окружающей среды. Чаще всего такая опция встречается в моделях «воздух-вода».

Реальные значения КПД

В большинстве своем производители и дилеры тепловых насосов завышают показатели. КПД теплового насоса для отопления дома может отличаться в полтора раза (хотя такая разница и редкость). При выборе стоит учитывать, насколько проверенный перед вами производитель и тщательно изучать документацию.

Хоть принцип работы тепловых насосов примерно один и тот же, внутренне строение у них разное. Теплонасос может быть двухконтурным или одноконтурным, с разными типами компрессоров, использовать разный теплоноситель и т.д.

Мощность теплового насоса обычно определяет количество тепла, которое он может выдавать за определенный промежуток времени. Но у самых мощных моделей часто КПД выше, чем у аналогов. Разница не слишком велика, но иногда она важна.

Например, мощный воздушный тепловой насос сможет давать тепло с КПД 200% при -20 градусов, а аналогичный по строению, но менее мощный, при такой температуре даст только КПД 150%.

КПД теплового насоса воздух-воздух и воздух-вода

КПД этого типа тепловых насосов сильно зависит от того, какова температура воздуха снаружи. К тому же, есть модели рассчитанные на работу при экстремально низких температурах. Например, низкотемпературный воздушный теплонасос, рассчитанный на отопление бассейна, дает КПД 230% при температуре -15 градусов Цельсия. Самые дешевые варианты будут иметь такой же КПД только при +5 — +10 градусов тепла.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух не очень отличается от устройства типа воздух-вода. Поэтому приведенные ниже значения можно использовать для обоих типов. КПД теплового насоса воздух-воздух среднего класса можно увидеть по этому графику:

На графике видна зависимость КПД теплового насоса воздух-вода в зависимости от температуры наружного воздуха и температуры нагрева воды

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается.

Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача. Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства — тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Тепловой насос отапливает только одно помещение, и для циркуляции тепла нужно держать межкомнатные двери открытыми

Относительно дешевой установку системы воздух-воздух делает то обстоятельство, что нужно установить только два устройства – внешний модуль снаружи и внутренний в помещении. Все остальные отопительные системы требуют намного более сложных и дорогих строительных работ. Поэтому воздушный тепловой насос отапливает только одно место дома или квартиры, и теплый воздух попадает в другие помещения через открытые двери. Однако бывают альтернативные решения – можно установить один внешний модуль снаружи и связать его с 2 или 3 внутренними модулями в разных помещениях или на разных уровнях. Тем не менее, не рекомендуется устанавливать внутренний модуль теплового насоса в спальне.

Post Views:
3 581

Альтернативное топливо для насосов

Использовать углеродное топливо в виде дров, угля, газа для работы ТН вовсе не нужно. Источником энергии служит рассеянное в окружающем пространстве тепло планеты, внутри которой находится постоянно действующий ядерный реактор.

Твердая оболочка материковых плит плавает на поверхности жидкой раскаленной магмы. Иногда она прорывается наружу при вулканических извержениях. Вблизи вулканов встречаются геотермальные источники, где даже зимой можно купаться и загорать. Тепловой насос способен собирать энергию практически повсеместно.

Для работы с различными источниками рассеянного тепла существует несколько типов ТН:

1. «Воздух-воздух». Извлекает энергию из атмосферы и нагревает воздушные массы внутри помещения.
2. «Вода-воздух». Тепло собирается внешним контуром со дна водоема для последующего использования в вентиляционных системах.
3. «Грунт-вода» (геотермальные). Трубы для сбора тепла располагаются горизонтально под землей ниже уровня промерзания, чтобы даже в самый сильный мороз получать энергию для подогрева теплоносителя в отопительной системе здания.
4. «Вода-вода». Коллектор раскладывают по дну водоема на глубине от трех метров, собранное тепло нагревает воду, циркулирующую в теплых полах внутри дома.

Существует вариант с открытым внешним коллектором, когда можно обойтись двумя скважинами: одна — для забора грунтовых вод, а вторая — для слива обратно в водоносный слой. Такой вариант возможен только при хорошем качестве жидкости, потому что фильтры быстро засоряются, если в составе теплоносителя имеется слишком много солей жесткости или взвешенных микрочастиц. Перед монтажом надо обязательно сделать анализ воды.

Если пробуренная скважина быстро заиливается или вода содержит много солей жесткости, тогда стабильная работа ТН обеспечивается бурением большего количества отверстий в земле. В них опускают петли герметичного внешнего контура. Затем скважины закупоривают с помощью тампонажа из смеси глины и песка.

Основные характеристики

При выборе оборудования из всего многообразия характеристик обратите внимание на следующие характеристики. Основные характеристики тепловых насосов

Характеристики	Диапазон значений	Особенности
Тепловая мощность, кВт	До 8	Помещения площадью не более 80 – 100 м², при высоте потолка не более 3 м.
8-25	Для одноуровневых дачных домов с потолком 2.5м, площадью от 50 м²; коттеджей для ПМЖ, до 260 м².
Свыше 25	Целесообразно рассматривать для 2-3 уровневых жилых домов с потолками 2.7м; промышленных объектов – не более 150 м², при высоте потолка в 3 и более.
Потребляемая мощность основного оборудования (предельное потребление вспомогательных элементов) кВт/ч	От 2 (от 6)	Характеризует энергопотребление компрессора и циркуляционных насосов (тэна).
Схема работы	Воздух-воздух	Трансформированная тепловая энергия воздуха передаётся в помещение потоком прогретого воздуха через сплит-систему.
Воздух — вода	Энергия, снятая с пропущенного через прибор воздуха, передаётся теплоносителю жидкостной отопительной системы.
Рассол-вода	Передачу тепловой энергии от возобновляемого источника выполняет натриевый или кальциевый раствор.
Вода-вода	По магистрали открытого первичного контура грунтовые воды несут тепловую энергию прямо к теплообменнику.
Температура теплоносителя на выходе, °С	55-70	Показатель важен для расчёта потерь на длинном отопительном контуре и при организации дополнительной системы горячего теплоснабжения.
Сетевое напряжение, V	220, 380	Однофазные – потребляемая мощность не более 5.5 кВт, только для стабильной (малонагруженной) бытовой сети; самые дешёвые – только через стабилизатор. Если есть сеть 380 V, то трёхфазные приборы предпочтительнее – больший диапазон мощностей, меньше вероятность «просадить» сеть.

Что учесть при выборе? Производители и цены

Что обычно учитывается при выборе ТН типа вода-вода?

• Производительность;
• Фирма-производитель;
• Цена оборудования и монтажа.

Наличие функции подогрева воды для ГВС

Стоит обратить на это внимание, поскольку горячее водоснабжение присутствует далеко не во всех моделях тепловых насосов;
Ещё одна важная функция – это возможность управления отоплением в автоматическом режиме. Это позволяет сделать управление более комфортным

Для этого в системе устанавливается контроллер. В современных системах управление может выполняться с пульта дистанционного управления или смартфона;
При расчёте, изготовлении и установке тепловых насосов вода-вода не обойтись без помощи специалистов. Но основы всего этого вам лучше знать, чтобы понимать, что вам предлагают фирмы-производители.

Коллектор для погружения в водоём

Ниже приводятся некоторые наиболее популярные компании, занимающиеся выпуском тепловых насосов:

• Фирма из Германии, занимающаяся выпуском установок geoTHERM для горячего водоснабжения и отопления. Модели этой компании отличаются высокими коэффициентами СОР. Их можно использовать в жилых и производственных помещениях. Температура теплоносителя на выходе обеспечивается примерно 55─65 градусов Цельсия. Модельный ряд Vaillant geoTHERM изготавливается с качественной звукоизоляцией. То есть, оборудование можно установить прямо в жилом помещении;
• Этот производитель из Швеции специализируется на выпуске отопительного оборудования. Причём всё это оборудование функционирует на базе возобновляемой энергии. Они выпускают качественное, экономичное и производительное оборудование, которое хорошо встраивается в имеющиеся системы отопления. В частности, его можно подключить к солнечным коллекторам. Nibe выпускают и их тоже. В результате предлагаются автономные системы отопления только с использованием альтернативной энергии;
• Эта фирма из США появилась на российском рынке примерно 10 лет назад. Основное направление деятельности – это проектирование, производство и установка климатических установок. Это тепловые насосы, которые используют тепловую энергию воздуха, воды, земли и солнца. Модели линейки Mammoth три в одном совмещают такие функции, как охлаждение и нагрев воздуха в помещении, а также обеспечение горячего водоснабжения. Производительность установки может доходить до 46 киловатт.

Тепловой насос вода-вода

Хотя этот интервал достаточно условный и может меняться в зависимости от места установки и ценовой политики компании.

Принцип работы

Открытый в начале XIX века французским ученым Карно термодинамический принцип переноса тепла потом был детализирован лордом Кельвином. Но практическая польза их трудов, посвященных решению проблемы отопления жилья от альтернативных источников, появилась только в последние пятьдесят лет.

В начале семидесятых годов прошлого столетия произошел первый энергетический кризис мирового масштаба. Поиски экономичных способов отопления привели к созданию устройств, способных собирать из окружающий среды энергию, концентрировать ее и направлять на обогрев дома.

В результате была разработана конструкция ТН со взаимодействующими между собой несколькими термодинамическими процессами:

1. Когда хладагент компрессорного контура попадает в испаритель, давление и температура фреона почти мгновенно снижаются. Полученный в результате температурный перепад способствует отбору тепловой энергии от теплоносителя внешнего коллектора. Эта фаза называется изотермическим расширением.
2. Затем происходит адиабатическое сжатие — компрессор увеличивает давление хладагента. При этом его температура возрастает до +70 °С.
3. Проходя конденсатор, фреон становится жидкостью, так как при повышенном давлении отдает тепло контуру внутридомового отопления. Эта фаза называется изотермическим сжатием.
4. Когда хладон проходит дроссель, давление и температура резко падают. Происходит адиабатическое расширение.

Нагревание внутреннего объема помещения по принципу ТН возможно только с использованием высокотехнологичного оборудования, снабженного автоматикой для управления всеми вышеперечисленными процессами. Кроме того, программируемые контроллеры регулируют интенсивность генерации тепла соответственно колебаниям температуры наружного воздуха.

Воздушный тепловой насос не подходит для использования как основной тип отопления

Когда больше десяти лет назад тепловые насосы появились на нашем рынке, это был, несомненно, дополнительный источник тепла помимо какого-либо еще типа отопления, поскольку насосы не были достаточно мощными, чтобы натопить дом зимой, но могли поддерживать равномерную температуру. Многие из тех тепловых насосов все еще работают, и именно их пользователи распространяют на форумах и соцсетях миф о невозможности отапливать помещение тепловым насосом. Но в наши дни развитие отопительного оборудования типа воздух-воздух семимильными шагами обгоняет большинство типов отопления, и можно утверждать, что тепловой насос, выбранный со знанием дела, может отапливать все жилище даже в лютые морозы.  Если тепловой насос станет основной или единственной отопительной системой в доме, при его приобретении нельзя руководствоваться только приятной для кошелька ценой – нужно также учитывать особенности помещений и ожидания людей, живущих в доме. Сегодня в продаже имеется огромное разнообразие вариантов, отличающихся по тепловой мощности, экономии энергии, функциям и уровню шума. То есть, существуют приборы, предназначенные в первую очередь для применения в качестве дополнительного источника тепла, и те, что могут служить основным отопительным агрегатом.

Популярные модели

Газовый абсорбционный котёл Robur

Тепловые насосы газовые: все модели

Цикл 2, сжатие

Именно этот компрессор и расходует всю необходимую для работы теплового насоса энергию, но по сравнению, к примеру, с отоплением от газового котла, эти затраты заметно ниже. К сравнению затрат мы вернемся позже.

Итак, нагретый до температуры 7-12°C газообразный хладагент из подземных труб в камере компрессора сильно сжимается, что приводит к его резкому нагреву. Чтобы понять это просто вспомните, как нагревается обычный велосипедный насос, когда вы накачиваете шины. Принцип тот же самый.

Хозяину на заметку

«Тепловой насос — современное отопление. Но реальные значения эффективности теплонасосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C».

Цикл 3, конденсация

После цикла сжатия, мы получили горячий пар под высоким давлением, который подается уже во внутреннюю, «домашнюю» часть теплового насоса. Теперь этот газ может быть использован для системы воздушного отопления или для нагрева воды в системе водяного отопления и горячего водоснабжения. Также этот горячий пар может применяться с системой «теплый пол».

Отдавая тепло в систему отопления, горячий газ охлаждается, конденсируется и превращается в жидкость.

Цикл 4, расширение

Эта жидкость поступает в расширительный клапан, где ее давление понижается. Теперь жидкий хладагент низкого давления снова направляется в подземную часть для нагрева до температуры земли. И все циклы повторяются.

КПД теплового насоса вода-вода и вода-воздух

Средний КПД тепловых насосов вода-вода и вода-воздух равен 400%, но он зависит от того, насколько прогрета вода. В водоемах ее температура может меняться от +1 зимой до +20 и выше летом. Поэтому минимальный КПД таких тепловых насосов может опускаться до 200%, а максимальный подниматься до 1000%.

Стоит учитывать, что летом тепловой насос практически не нужен, поэтому работать с КПД 1000% он не будет, это число используют формально.

Еще одна особенность водяных тепловых насосов в том, что водоемы медленно прогреваются и отдают тепло. Поэтому весной, когда вода не прогрета, у него будет низкий КПД, а осенью, когда она сохранила тепло – высокий КПД.

Водоемы медленно отдают тепло весной, а КПД водяного теплового насоса зависит от температуры воды.

Виды тепловых насосов

В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

• грунт-вода — для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: «Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы»);
• вода-вода — принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: «Как подобрать водяной насос для отопления»). При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
• вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
• воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома. 

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

• технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
• стоимости оборудования и монтажных работ;
• сроков эксплуатации установленного оборудования;
• эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

• насоса необходимой мощности;
• труб внешнего контура;
• дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
• труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
• запорной и регулирующей аппаратуры;
• монтажных и пусконаладочных работ.

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Так выглядит типичная «котельная» с тепловым насосом.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

• сухой песок отдаёт 10 Вт/м длины трубы диаметром 25 мм;
• сухая глина – 20 Вт/м;
• влажная глина – 25 Вт/м;
• глина с большим содержанием грунтовых вод – до 35 Вт/м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

• осадочные породы отдают 20 Вт/м;
• каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
• подземные воды – до 70 Вт/м.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м3/час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

	Тепловой насос «грунт-вода»	Магистральный газ	Электричество	Газгольдер
Стоимость оборудования и монтажа, тыс. руб.	570-1 500	200-300 (с подключением)	20-60	180-250
Срок эксплуатации	До 50	До 50 с заменой котла через 10 лет	7-10	30
Амортизационные расходы, тыс. руб. в год	15-30	5-8	4-6	8-10
Эксплуатационные расходы за год, тыс. руб.	20-40*	30-40	100-200*	50
Общие расходы в отопительный период с учётом амортизации, тыс. руб.	40-70	45-55	110–210*	60-70

*— взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.