Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, виды, цены (2017)

Тепловые насосы – альтернатива газовому и твердотопливному отоплению дома. Первые модели появились 60 лет назад, сегодня десятки производителей выпускают функциональные тепловые насосы разной мощности.

В странах Европы они уверенно вытесняют газовые и электрические котлы: 70 из 100 домов проектируются с тепловым насосом как источником отопления и горячей воды. Вопрос в том, насколько целесообразно устанавливать тепловые насосы в российских домах?

Тепловой насос для отопления дома: экономичная альтернатива привычным источникам тепла

Производители и продавцы утверждают, что эффективность теплового насоса в 3-7 раз выше электрического котла. Это объясняется тем, что 1 кВт/час энергии дает 3-7 кВт тепла. Соответственно, сокращаются затраты на отопление.

Второе преимущество – отопление без природного газа. Для установки тепловых насосов мощностью до 17 кВт необходимо электроснабжение 220 В, для более мощных насосов – 380 В.

Тепловые насосы выпускаются в пожаро- и взрывобезопасных исполнениях, у теплоносителей низкая температура, вредные выбросы в атмосферу отсутствуют. Проще говоря, вы можете комплектовать таким оборудованием деревянные срубы и коттеджи, не опасаясь возгорания, короткого замыкания и других нештатных ситуаций.

Установка теплового насоса решает три проблемы одновременно: отопление, кондиционирование, горячая вода. Зимой он обогревает жилое помещение, а летом охлаждает.

Таблица 1. Сравнительная стоимость разных видов отопления

Мы взяли усредненные значения стоимости 1кВт электроэнергии и 1 м³ газа. Итоговая стоимость 1кВт тепла может меняться в регионах.

Принцип работы теплового насоса

В основу работы теплового насоса положен обратный цикл Карно – насос получает тепло от природного источника и передает его в помещение, предварительно нагревая. По тому же принципу работают холодильники и кондиционеры, разница лишь в том, что они охлаждают тепло, аккумулированное из окружающей среды.

Источниками тепла выступают грунт, воздух, вода.

Схема работы теплового насоса

В системе отопления с использованием тепловых насосов есть два контура:

1. Внешний контур – это улица.
2. Внутренний контур – это помещение.

Жидкость, перемещающаяся по внешнему контуру, напитывается теплом из скважин, грунта, других источников и не замерзает. Попадая в насос, она отдает 5-7 градусов хладагенту и продолжает циркуляцию.

Закипая, хладагент преобразуется в газообразное состояние – сжатие газа и увеличение его температуры происходит в компрессоре. Сжатый газ, нагретый до температуры +75 градусов, поступает в теплообменник, где передает тепло внутреннему контуру отопления, т.е. помещению. Остывая, газ снова преобразуется в жидкость и возвращается в испаритель.

При правильных расчетах и грамотном использовании природных источников тепла экономия может составить 65-70 процентов.

Эффективность работы теплового насоса оценивают по КПТ (коэффициент преобразования тепла). Этот показатель отражает количество перекачанных насосом кВт энергии на 1 кВт затраченной электроэнергии.

При показателе КПТ от 3 и более можно без преувеличения говорить об эффективности обогревательных устройств.  

Второй параметр, влияющий на эффективность насоса, - его мощность. Значение мощности рассчитывается с учетом площади зданий и коэффициента тепловых потерь. Формула расчета для разных типов строений дана ниже.

Виды тепловых насосов и цены

Производители выпускают несколько видов тепловых насосов:

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

Насосы «воздух-воздух»

Этот вид оборудования пользуется наибольшим спросом у потребителей. Мы проанализировали объемы продаж разных типов насосов за период 2006-2016 годов. Удельный вес воздушных насосов в этом сегменте рынка стабильно держится на уровне 95 процентов.

Высокий спрос оправдан выгодами: насосы этого типа аккумулируют тепловую энергию из воздуха и сразу передают ее для обогрева помещения. Тепловые насосы удешевляют затраты на установку и обслуживание системы отопления. Они используются как источник тепла и горячей воды, реже – для охлаждения помещений.

К преимуществам моделей «воздух-воздух» относятся:

1. Универсальность использования – подходят для жилых и коммерческих зданий.
2. Бесшумная работа.
3. Оптимизированная система вентиляции.
4. Бесшумная работа.
5. Возможность объединения насоса с системой вентиляции для улучшения воздухообмена в жилом доме.

Насосы «воздух-вода»

В основу работы этого типа оборудования положен обратный цикл Карно. Но главной частью конструкции насоса является конденсатор, а не испаритель. Именно конденсатор отдает накопленное тепло помещению.

Насосы этой группы пользуются спросом, так как просты в монтаже, для их установке не нужно проводить земляные работы, бурить скважины, наличие водоемов также не требуется. Соответственно, системы отопления на их основе подходят для домов в городской черте.

Конкурентными преимуществами насосов «воздух-вода» является легкость программирования.

Серьезным недостатком этого типа оборудования является зависимость от температуры воздуха на улице. В теплое время года КПД насосов выше, чем в холодный период.

Эксплуатация бытовых насосов «воздух-вода» возможна лишь при температуре до -7 градусов. Для регионов с холодным климатом необходимо покупать промышленные насосы, которые эффективно эксплуатируются при -20-25 градусах. Их стоимость на несколько порядков выше. 

Насосы «вода-вода»

Этот тип оборудования перспективен, если используется энергия грунтовых вод, так как температура грунта не опускается ниже нуля. Источником энергии также может выступать водоем или скважина, в которых вода никогда не замерзает.

Соблюдение последнего условия принципиально ввиду прямой зависимости агрегата от температуры. При минусовой температуре источника производительность насоса снижается вдвое. На производстве насосов «вода-вода» специализируется немецкая компания Vaillant. КПТ ее оборудования – 3,5 и выше.

Насосы «вода-воздух»

В геотермальных насосах «вода-воздух» источником тепла выступают поверхностные водоемы и скважины, сбросы технических вод. Тепло из компрессора передается в воздух напрямую – необходимость в использовании воды как промежуточного теплоносителя отпадает.

Тепловые насосы конструктивно практически не отличаются от насосов, работающих на земляном контуре. Но их эффективность зависит от температуры теплоносителя: чем выше температура, тем эффективнее обогрев. По этой причине специалисты не считают насосы «вода-воздух» идеальным решением для отопления частных домов.

Насосы «грунт-вода»

«Грунт-вода», «Земля-вода», «Почва-вода» – разные названия одной группы обогревательного оборудования. Такие насосы получают энергию из грунта, который, в свою очередь, аккумулирует энергию солнца и земли.

Температура грунта стабильна в любое время года, в отличие от температуры воздуха и воды. На глубине грунта 5 метров его температура составляет 80-120 градусов.

Грунтовые насосы – трехконтурное оборудование. Внешний контур расположен в земле, второй контур – это сам тепловой насос, третий контур – циркулирующая вода в отопительной системе помещения. 

Преимущества грунтовых насосов – автономная работа, которая не зависит от энергоносителей, отсутствие вредных выбросов, возможность использования в комбинированных системах отопления (с газовым котлом или другим типом обогрева).

Недостатки насосов

Недостаток насосов любого типа – высокая стоимость. По состоянию на 2016 год, оборудование от европейских производителей мощностью 10 кВт (этой мощности хватит на обогрев площади 100 кв.м.) можно приобрести, в среднем, за 500 тысяч рублей.

Работы по бурению скважин, монтажу и наладке системы отопления обойдутся еще в 100-120 тысяч рублей без учета стоимости материалов.

Российские аналоги будут стоить дешевле – в среднем, 450 тысяч рублей с монтажом.

При серьезных стартовых затратах на монтаж альтернативной системы отопления срок эксплуатации теплового насоса «грунт-вода» составляет 25 лет. У насосов других типов эксплуатационный ресурс такой же.

Для удешевления стоимости отопительной системы можно использовать оборудование российских и китайских производителей – оно дешевле европейских аналогов.

Второй вариант – проектировать комбинированную систему отопления. При комбинированных схемах насос отапливает помещение частично, вторая часть дома отапливается газовым котлом, камином или другим источником тепла.

Производители насосов

Таблица 2. Ведущие производители тепловых насосов и цены на 2017 год

У российских производителей нет такого обширного опыта в энергосберегающем производстве, как у немцев. Но очевидным преимуществом отечественного оборудования является его абсолютная адаптация к климатическим условиям.

Себестоимость производства удешевляется и за счет минимизации сложных автоматических модулей – по такому принципу работает российская компания Henk. Производительность оборудования при этом не снижается.

Китайские компании предлагают потребителям за ту же цену дополнительные функции. В стандартной комплектации это программируемый пульт ДУ, система охлаждения воздуха, накопитель для горячего водоснабжения. Стоимость теплового насоса в перечисленной комплектации ниже или такая же, как стоимость российского оборудования.

За дополнительным функционалом часто скрывается низкая теплоотдача, в ряде китайских моделей теплоносители нагреваются максимум до 55-60 градусов, а КПТ редко превышает значение 3.

Особенности эксплуатации тепловых насосов

При заказе теплового насоса владельцам домостроений необходимо одновременно решать проблему размещения тепловой станции.

Внешний блок устанавливается на расстоянии до 10 метров от дома, для его защиты от дождя и снега необходимо оборудовать навес.

Участок должен быть удален от открытых источников огня, хорошо проветриваться.

Насосы монтируются на основу, в качестве которой обычно используется металл или другие прочные материалы.

Современные тепловые насосы разрешается устанавливать в подвальных помещениях, что особенно актуально при монтаже геотермальных насосов «грунт-вода».

Помещение должно быть просторным, обеспечивать беспрепятственный доступ ко всем комплектующим для технического обслуживания.

При монтаже тепловых станций учитывайте, что действующую систему отопления придется переделывать. При радиаторном обогреве в помещении нужный уровень тепла будет лишь при наличии теплоизоляции или увеличении количества секций радиаторов.

В идеале – устанавливать резервный источник тепла, в частности, систему «теплый пол». Тепловой насос выдает те параметры температуры, которые рекомендованы производителями для водяного подогрева теплых «полов».

Выводы

Подводя итоги, можно сказать, что монтаж тепловых насосов для отопления выгоден на этапе планирования отопительной и вентиляционной систем дома. При подсчете расходов, связанных с проведением газопровода к участку и подключением домостроения, тепловой насос – экономически выгодная альтернатива.

В домах, уже введенных в эксплуатацию, установка насосов сопряжена с серьезными финансовыми затратами, в том числе на модернизацию действующей системы отопления.