Виды тепловых насосов, преимущества и недостатки каждого из них

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации (эффективности) — это соотношение выработанной помпой тепла с учетом затраченного электричества (то есть КПД термонасоса). У разных видов насосов этот коэффициент отличается:

• В случае водяного оборудования коэффициент равняется 5 независимо от сезона. Это обозначает, что во время потребления 1 кВт/ч электричества система выдает 5 кВт/ч тепловой энергии.
• У грунтовых помп коэффициент меньше — 4,1−4,5.
• Самый низкий коэффициент у воздушных насосов, причем эффективность значительно зависит от температуры воздуха. Так при 0C размер коэффициента равняется примерно 3,6, а при -17C он не более 1,6.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов.

Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном дом

Выбор редакции

Многолетний опыт производства и эксплуатации тепловых насосов в Северной Европе позволил нашим соотечественникам сократить область поиска самого выгодного способа обогреть свой дом. Реальные варианты существуют под любой запрос.

Надо обеспечить теплом контур ГВС или систему отопления жилого дома до 80 — 100 м²? Рассмотрите потенциал NIBE F1155 – его «интеллектуальная» начинка экономит без ущерба теплоснабжению.

Стабильную температуру в контурах тёплого пола, СО, ГВС коттеджа в 130 м² обеспечит Daikin EGSQH –здесь  задействован  теплообменник ГВС (180 литров).

DANFOSS DHP-R ECO выдаёт постоянный тепловой поток одновременно для всех потребителей.  Возможность создания каскада из 8 ТН позволяет обеспечить теплом объект площадью не менее 3 000 м².

Каждая из указанных моделей – не безусловный, а базовый вариант. Если вы нашли подходящий ТН – просмотрите всю линейку, изучите опциональные предложения. Ассортимент оборудования большой, есть риск пропустить свой идеальный вариант.

Использование с учетом климата

Воздушный тепловой насос для дома подходит для использования только в ограниченном количестве регионов, то есть в тех местах, в которых температура воздуха в зимнее время практически не опускается ниже нуля градусов. Естественно, для жителей Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока это оборудование не подходит.

Для установки водяных термонасосов существует множество ограничений. Но основная особенность заключается в том, что больше половины территории государства расположена в зоне вечной мерзлоты. Поэтому даже если и есть на участке этот водоносный слой, находящийся не очень глубоко, то все равно эти подземные воды полностью замерзли и имеют форму льда, соответственно, не подходят для отопительных систем.

Так, многим владельцам коттеджей нужно рассчитывать только на грунтовый теплонасос. Причем в условиях многих климатических регионов лучше всего подходит система с вертикальным коллектором, которая позволяет пробурить скважину до глубины, где температура относительно стабильна.

Рентабельность

Производители

Стоимость системы и расходы на эксплуатацию тепловых насосов — большинство китайских производителей указывает срок окупаемости своей продукции в 2-4 года. Европейские или американские фирмы имеют более серьезный подход к вопросу и более осторожны в своих заявлениях, называя цифры в 5-8 лет, а иногда и больше. Причина этого в том, что стоимость комплекта иногда слишком высока, в сравнении с расходами на сетевые ресурсы она очень проигрывает. Поэтому, в пересчете на обычные способы обогрева, срок окупаемости системы возрастает и становится довольно большим.

Климат

Влияет на рентабельность и географическое положение пользователя. В регионах с суровыми зимами тепловые насосы практически не используются из-за их новизны этой технологии или дороговизны оборудования и монтажа. Поэтому, говоря о рентабельности, надо представлять себе условия работы системы и стоимость альтернативных вариантов. Какого-то единого, общего значения не существует, каждый случай использования ТН имеет собственную историю, стоимость и рентабельность.

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Эффективность тепловых насосов и ограничения по использованию

Основная характеристика, по которой оценивается эффективность тепловых насосов, COP. Это расшифровывается, как coefficient of performance, что в переводе на русский означает коэффициентом преобразования теплоты. Для расчёта COP применяется следующая формула:

COP = Qc/A или COP = Qi*k/A, где

COP – оценочный коэффициент без размерности;

A ─ работа насоса, выраженная в Джоулях;

Qi ─ тепло, отбираемое теплоносителем из окружающей среды в Джоулях;

Qc – тепло, отдаваемое в систему отопления и/или ГВС в Джоулях;

K ─ коэффициент полезного действия.

По величине A можно оценить работу, совершаемую тепловым насосом для того, чтобы переместить тепло из ОС в систему. Работа зависит от того, насколько различаются температуры в конденсаторе и испарителе. В любом случае температура теплоносителя во внешнем контуре должна быть ниже, чем у среды. Тогда энергия будет свободно перемещаться к теплоносителю (например, циркулирующему соляному раствору).

С*m*T, где

• С ─ теплоёмкость;
• m ─ масса;
• T ─ температура.

Рабочее тело в «горячей» части насоса представляет собой сжатый газ. В дальнейшем проводится его охлаждение до температуры ниже, чем у источника низкопотенциальной энергии. Газ, проходя через этот контур, нагревается и процесс запускается вновь. Так работает система в самом простом варианте. Но, чтобы увеличить эффективность работы тепловых насосов, в качестве переноса тепла используется вещество с большим значением теплоёмкости. В большинстве случаев водные растворы. А вот в компрессоре должно использоваться рабочее тело, которые сжимается при минимальных затратах энергии. В этом случае подходит газ. Чаще всего используется фреон.

Помимо КПД для оценки эффективности используются степень термодинамического совершенства и коэффициент COP.

Типы тепловых насосов

Рассмотрим рабочие характеристики и типы тепловых насосов. Что касается условий эксплуатации, их можно использовать в достаточно широком температурном диапазоне от -30 °С до +35 °С. Наиболее распространенными считаются компрессионные и абсорбционные насосы. Первые обеспечивают циркуляцию в системе за счет механической и электрической энергии, вторые переносят тепло с помощью самого источника тепла. Абсорбционные насосы более экономичные, но имеют более сложную конструкцию и стоят дороже.

В зависимости от типа источника тепла тепловые насосы можно поделить на:

• геотермальные, забирающие тепло земли или воды (грунтовых вод, водоемов и т.д.);
• воздушные, забирающие тепло воздуха;
• насосы вторичного тепла, забирающие тепло, которое выделяется при отоплении, рабочих процессах на производстве и т.д. Обычно такие насосы используются именно на производствах, где есть источники «ненужного» тепла.

В качестве теплоносителя в тепловых насосах может использоваться вода, воздух, грунт или их комбинации.

Геотермальные тепловые насосы бывают замкнутыми и открытыми. Открытые системы используются для нагрева воды, которая попадает в контур, нагревается и выводится наружу. Использовать такую систему можно, если поблизости есть достаточно большой источник воды с достаточным объемом. Кроме того, вода, прошедшая через систему, не должна загрязнять окружающую среду, а ее выброс нужно согласовывать с государственными учреждениями.

Более предпочтительными являются замкнутые системы, которые тоже можно поделить на несколько типов:

• с горизонтальным расположением коллектора, когда он монтируется в выкопанной в земле траншее ниже уровня промерзания грунта. В зависимости от климата и типа грунта глубина монтажа коллектора может меняться, в среднем же она составляет порядка 1,5 м. Для увеличения площади и объема контура при сокращении затраченной площади коллектор лучше укладывать кольцами. Этот тип требует наличия на участке значительной свободной площади, что не всегда возможно;
• с вертикальным расположением коллектора, когда он размещается в скважине на глубине порядка 200 м. Такой тип используется в случаях, когда на участке не удается выделить нужную площадь для установки теплового насоса или же поверхность участка неровная;
• водный, когда коллектор монтируется в водоеме (природном или искусственном) на глубине ниже его промерзания. В этом случае коллектор тоже желательно размещать кольцами для экономии площади. Для установки водного теплового насоса должны быть соблюдены некоторые условия: объем воды в водоеме должен быть достаточным для получения нужного количества тепла, а также глубина водоема должна быть довольно большой, чтобы вода в нем не промерзала до самого дна.

Геотермальное отопление: как это работает

Для швейцарцев, отопительные системы зданий на основе геотермальных теплонасосных установок, являются такой же обыденной вещью как для нас холодильники. Правила работы этого устройства схожи с кондиционером реверсного типа. Это означает, что тепловой насос способен не только отапливать помещение, но и давать холод в жаркие дни.

Главное отличие устройства от систем кондиционирования — адаптация изделия для эксплуатации при отрицательных температурах. Если кондиционер при минусе за окном существенно снижает производительность тепла, вплоть до остановки, то геотермальный насос продолжает с должным эффектом выполнять свои функции в любой обстановке. Даже в самые сильные морозы отопление тепловым насосом высокоэффективно обеспечивает комфортный уровень температуры внутри всех помещений.

Преимущества тепловых насосов

У тепловых насосов есть ряд существенных преимуществ:

• В первую очередь стоит отметить долговечность таких систем. Тепловые насосы могут работать 20-25 лет, после чего компрессор насоса может быть заменен и система продолжит свою работу.
• Кроме того, системы тепловых насосов безопасны, поскольку отсутствуют топливо, открытый огонь и опасные газы.
• Следующий положительный фак — экологическая чистота системы, которая в процессе функционирования не образует вредные окислы, а применяемые в них фреоны не содержат хлороуглеродов.

Основным недостатком системы является высокая стоимость. В связи с этим, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощности. Это неоправданно дорого и не имеет смысла, так как фактическое количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год. Оптимальный тепловой насос должен иметь мощность, равную 60 — 80% от максимальной. А для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традиционным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы.

Эффективность вложений

Сжиженный газ и дизельное топливо не могут соперничать с тепловыми насосами ни по текущим затратам, ни по комфорту эксплуатации. Использование для отопления твердого топлива трудно поддается автоматизации и требует больших трудозатрат. Электроэнергия комфортный, но дорогой вид энергии. Для подключения электрического котла нужна отдельная мощная линия. До сих пор в отечественных условиях природный газ оставался наиболее востребованным и удобным видом топлива. Но он имеет ряд недостатков:

1. Оформление разрешений.
2. Согласование проекта в контролирующих органах и с соседями.
3. Часть операций по врезке и подключению могут выполнять только уполномоченные организации.
4. Периодическая поверка счетчика.
5. Ограниченное распространение сети и удаленность точек подключения.
6. Высокие затраты на прокладку питающей линии.
7. Газоиспользующее оборудование является источником потенциальной угрозы и требует регламентированного контроля.

Существенным недостатком теплового насоса можно считать только высокие капитальные вложения на этапе закупки оборудования и монтажа. Цена стандартной отопительной системы на тепловом насосе с геотермальным теплообменником складывается из стоимости работы бурильщиков и специфического оборудования с монтажом. В комплект входят:

• тепловой насос;
• комплект зондов;
• пропиленгликоль;
• бойлер косвенного нагрева для горячей воды;
• комплект насосного оборудования и автоматики.

Работы выполняются квалифицированным персоналом с профессиональным инструментом. Несколько более высокие первоначальные затраты уравновешивается серьезными достоинствами:

1. Теплонасосная установка очень экономична, что позволяет окупить дополнительные затраты всего за несколько сезонов.
2. Есть широкие возможности для реализации гибкого автоматизированного управления с минимумом обслуживания.
3. Комфорт использования.
4. Хорошая приспособленность для установки в жилых помещениях, благодаря эстетичному и современному дизайну.
5. Охлаждение помещений на базе того же комплекта оборудования.
6. При работе на охлаждение помимо активного режима работы есть возможность использования пониженной температуры природной воды и грунта для реализации пассивного режима без лишних затрат энергии.
7. Невысокая мощность оборудования не требует прокладки питающего кабеля большого сечения.
8. Отсутствие необходимости в разрешительной документации.
9. Возможность использования существующей разводки отопительных приборов.

Минусы тепловых насосов

https://youtube.com/watch?v=TFlcwv9HfCU

Несмотря на большое количество преимуществ тепловых насосов имеется и ряд достаточно серьезных недостатков, таких как низкая эффективность при холодной зиме и дороговизна.

Каждый человек, разбирающийся в тепловых системах отопления, вряд ли будет спорить с тем, что тепловой насос обойдется гораздо дороже, чем установка традиционной системы.

Можно сделать вывод, что отопление дома с использованием теплового насоса хоть и не является дешевым способом, но он самый надежный, безопасный и экологичный. Если говорить о цене, то его стоимость окупается в короткое время за счет того, что тепло достаточно эффективно используется из окружающей среды. Система способна как обогревать помещение, так и охлаждать его, что говорит о его универсальности.

Как устроен тепловой насос для отопления дома?

Установка представлена из трех составляющих:

1. Зонда, предназначенного для сбора тепла.
2. ТН и компрессора.
3. Камеры конденсатора с системой отопления.

Конденсатор или теплообменная камера состоит из труб и радиаторов.

Зонд — это проводник, по которому поступает тепло. Зонды в зависимости от принципа действия и способа укладки делятся на 3 вида:

• горизонтальные (размещают в земляных траншеях глубиной от 1,2 метра и более);
• вертикальные (помещают в скважины глубиной до 200 м);
• водные (размещают в водоеме ниже глубины промерзания).

Тепловой насос состоит из 6 компонентов.

Хладагент входит во внутреннее строение устройства. Компонент направлен для циркуляции по закрытому контуру. Кроме этого, установка имеет капилляр и компрессор. В насосе есть испаритель, который нагревает вещество за счёт холодной температуры. Конденсатор помогает сохранить тепло для дальнейшего использования. На ТН находится терморегулятор, который позволяет выставлять необходимую температуру.

Справка. В холодильнике составляющие ничем не отличаются от теплового насоса. Однако процесс направлен на охлаждение. При чрезмерном охлаждении система выводит ее к задней стенке устройства.

Позитивные и негативные стороны применения

Основным критерием использования теплового насоса является его экологическая чистота и экономичность, правда, стоит учесть, что для его работы необходим источник электрической энергии. В среднем, для передачи 1КВт/час тепловой энергии в систему отопления должно быть затрачено не больше 0,3-0,35 КВт/час электрической энергии.

Тепловые насосы имеют высокий уровень пожарной безопасности, также их можно эксплуатировать без устройства дополнительной вентиляции. Благодаря тому, что система имеет полностью замкнутый контур, финансовые затраты на эксплуатацию оборудования сводятся к минимуму, платить приходится только лишь за использование электроэнергии, потребляемой оборудованием.

Дополнительное преимущество заключается в возможности кондиционирования воздуха летом, когда подключенные к коллектору теплового насоса фэн-койлы и система «холодный потолок» дают возможность снижать температуру в помещениях.

Тепловые насосы имеют высокую степень надежности, так как управление процессами работы выполняется автоматически. Благодаря этому эксплуатация оборудования не требует специальных навыков, а все основные аспекты работы доступно изложены в инструкции. Тепловые насосы достаточно компактны.

Различные источники тепла для теплового насоса

Главным недостатком любого теплового насоса является его высокая стоимость, а также сложности при выполнении монтажных работ. Для того, чтобы затраты окупились полностью потребуется несколько лет.

Срок эксплуатации подобного оборудования находится в пределах 20 лет, по истечении которых может возникнуть необходимость проведения капитального ремонта. Очевидно, что за один раз придется выложить немалую сумму для покупки и установки насоса, так что, если для этого брать кредит, то экономическая выгода снизится.

Хотя все выгоды от использования тепловых насосов и являются вполне очевидными фактами, не требующими доказательств, все же подобное оборудование еще не очень широко распространено в частном секторе.

Скорее всего, оборудование станет более популярным в том случае, если его покупка и установка смогут конкурировать по стоимости с подключением и установкой газового оборудования, хотя уже сегодня в некоторых случаях установка теплового насоса оказывается оправданной и с экономической точки зрения.

Принцип действия

Принцип действия теплонасосов простой. В основе работы находится способность хладагента поглощать или передавать тепло с учетом изменения своего агрегатного состояния. По сути, термонасосы практически не отличаются от холодильных установок.

Схематично теплонасос можно представить в виде системы, которая имеет три контура:

• В первом контуре расположен тепловой носитель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла.
• В следующем циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию из первого контура, или заново конденсироваться, передавая тепло третьему контуру.
• В последнем контуре циркулирует теплоприемник (обычно вода), который переносит тепло по батареям для отапливания дома.

То есть жидкий фреон поступает в испаритель, в котором преобразуется в газообразное состояние. Требуемая энергия для прохождения этого процесса забирается у теплового носителя, который циркулирует по первому контуру. Затем нагретый на 2−3 градуса газообразный фреон поступает в компрессор, основное предназначение которого — сжатие газа.

Давление газа увеличивается, причем он сильно нагревается (на входе температура может составлять 7−12C, а на выходе более 50C). Далее горячий газ переходит в конденсатор и передает тепло отопительной системе, переходя при этом в жидкое состояние. После лишнее давление сбрасывается спусковым клапаном, и цикл повторяется.

Достоинства и недостатки

К преимуществам теплового насоса для отопления частного дома можно отнести:

• отсутствие продуктов сгорания исключает выброс вредных веществ в атмосферу;
• экономия средств связана с отсутствием покупки сырья;
• возможна установка в любой местности;
• оборудование работает долгие годы в автоматическом режиме;
• эффективное использование насоса для отопления зимой, и в качестве кондиционера – летом.

Среди множества плюсов существует и ряд недостатков теплонасосов:

• дорогой монтаж и немалая стоимость оборудования;
• мало профессионалов в этой области способных сделать правильный расчет и установку системы;
• иногда отсутствует техническая возможность монтажа насоса.

Использование тепловых насосов выгодно для обустройства отопления жилого дома. Но все же они пока не набирают большую популярность в частных постройках, скорее всего это связано с высокой стоимостью такого агрегата.

Смотрите видео, в котором на примере продукции известной фирмы показаны разновидности и принципы работы тепловых насосов для отопления дома:

Особенности выбора

Теплонасос — это устройство технически сложное и довольно дорогостоящее, потому подходить к приобретению этого оборудования нужно очень тщательно. Существует ряд рекомендаций, которые смогут в этом помочь:

1. Не стоит приступать к выбору теплонасоса без предварительного выполнения расчетов и разработки проектной документации. Не соблюдение этого правила может являться причиной серьезных ошибок, и исправить их можно будет только с помощью значительных дополнительных материальных затрат.
2. Доверить разработку проекта, установку и гарантийное обслуживание термонасоса и отопительной системы следует лишь профессиональной компании. Для начала нужно проверить наличие всех требуемых документов строительной организации, портфолио уже установленных систем, сертификаты на реализуемое оборудования. Лучше всего чтобы полностью комплекс требуемых работ производила одна фирма, которая в этом случае несет всю ответственность за установленную отопительную систему.
3. Желательно выбирать теплонасос от европейского производителя. Отличие по стоимости при выборе российских или китайских устройств незначительное. Во время разработки сметы стоимости работ по установке, запуску и наладке всей отопительной системы разница в цене почти незаметна. Но европейское оборудование надежней в эксплуатации, так как завышенная стоимость насосного оборудования — это только результат использования качественных материалов и современных технологий.

Лучшие производители теплонасосов

Отзывы покупателей позволили составить рейтинг качественных производителей тепловых насосов, использующих самые хорошие комплектующие для производства отопительного оборудования. К таким компаниям относятся:

1. Международная компания Stiebel Eltron, образовавшееся в Германии в 1924г.
2. Американская компания Cooper&Hunter.
3. Японский бренд Daikin.
4. Корпорация Mitsubishi (Япония).
5. Самый юный производитель, представленный на рынке – компания Kitano.
6. Gree Electric (Китай).
7. Hitachi поставляет универсальное оборудование, приспособленное для любых зданий.
8. Panasonic (Япония).

Какой фирмы приобрести установку лучше решить, после рассмотрения всех характеристик и условий, в которых она будет эксплуатироваться.

Сводная таблица моделей

В статье мы рассмотрели наиболее популярные модели, выявили их сильные и слабые стороны.  С перечнем моделей можете ознакомиться в следующей таблице:

Сводная таблица моделей

Модель (страна производитель)	Особенности	Цена, руб.
Тепловые насосы для отопления небольших помещений или под ГВС
1.	Система «воздух-вода»; работает от однофазной сети; выступающая конденсационная линия вставляется в бак с водой.	184 493
2.	«Рассол-вода»; питание от трёхфазной сети; вариативное управление мощностью; возможность подключения дополнительного оборудования – рекуператора, разнотемпературного оборудования.	355 161
3.	Тепловой насос типа «воздух – вода» с питанием от сети 220V и функцией защиты от замерзания.	524 640
Оборудование для отопительных систем коттеджей под ПМЖ
4.	Схема «вода – вода». Для того чтобы ТН мог выдавать стабильные 62 °С теплоносителя в системе отопления, возможности комплекта из компрессора и насосов (1.5 кВт) дополняет электронагреватель мощностью в 6 кВт.	408 219
5.	На базе схемы «воздух-вода», в одном приборе, состоящим из двух блоков, реализованы потенциалы охладительного и нагревательного устройств.	275 000
6.	«рассол-вода», прибор прогревает теплоноситель для радиаторов до 60 °С, может использоваться при организации каскадных систем отопления.	323 300
7.	В одном корпусе с геотермальным насосом размещён накопительный бак для системы горячего водоснабжения, на 180 литров теплоносителя	1 607 830
Мощные тепловые насосы для нужд систем отопления и горячего водоснабжения
8.	Возможен отбор тепла от грунта и грунтовых вод; возможны эксплуатация в составе каскадных систем и удалённое управление; работает от трёхфазной сети.	708 521
9.	«рассол-вода»; управление мощностью компрессора и частотой вращения циркуляционных насосов осуществляется посредством частотной регулировки; дополнительный теплообменник; сеть – 380 V.	1 180 453
10.	схема работы «вода-вода»; встроенные насосы первичного и вторичного контура; предусмотрена возможность подключения гелиосистем.	630 125