Тепловий насос: особливості системи опалення для дому, нюанси вибору

Опалення будівель тепловими насосами в США, Німеччині та багатьох інших країнах Європи давно є звичайною справою. А ось на російський ринок ці агрегати прийшли відносно недавно, хоча з кожним роком частка їхнього продажу неухильно зростає. З урахуванням постійного підвищення цін на електроенергію, збільшення технічної грамотності російського споживача, а також загальносвітового тренду на енергоефективність та енергозбереження, очікується, що найближчим часом дані системи займуть гідне місце серед альтернативних систем опалення. У нашій статті ми розповімо про те, що таке теплові насоси і які види цих систем опалення існують.

Види теплових насосів для опалення

Отже, що таке тепловий насос? Це пристрій збирання та перенесення теплової енергії від низькопотенційного джерела тепла до споживача. Головна відмінність теплового насоса від традиційних нагрівачів полягає в тому, що перший здатний передавати тепло у зворотному напрямку — від менш нагрітого об’єкта до більш нагрітого, ефективно збільшуючи температуру теплоносія. Тепловий насос сам не виробляє тепло, він просто «забирає» теплову енергію з води, ґрунту чи повітря, а потім переносить її до приміщення. Фізичний принцип роботи теплового насоса заснований на тому, що кожне тіло з температурою вище абсолютного нуля (–273,15°C) має певний запас теплової енергії, причому цей запас прямо пропорційний питомій теплоємності та масі тіла. Компанія Вентбазар пропонує теплові насоси ventbazar.ua/otoplenie/teplovye-nasosy від кращих світових виробників. Група компаній «Вентбазар» пропонує комплексне рішення щодо вентиляції, кондиціювання, опалення та осушення. Вентбазар це експерти в галузі впровадження сучасного кліматичного обладнання та новітніх технологій контролю мікроклімату. Також на сайті компанії є виликій вибір теплових завіс ventbazar.ua/otoplenie/teplovye-zavesy.

Сучасне сімейство теплових насосів дуже багато, його представники діляться на кілька видів залежно від наступних ознак:

1. За типом теплоносія та системи теплообміну:
   • «Повітря-повітря».У цьому випадку тепло до холодоагенту, що циркулює в замкнутому контурі насоса, передається від зовнішнього повітря, яке при цьому фізично охолоджується. Потім воно надходить у опалювальне приміщення через внутрішні блоки, які можуть бути будь-якого виду, наприклад настінними або підлоговими. Такі насоси швидко прогрівають приміщення і відносно недорогі. Класичним прикладом такого теплового насоса є сучасні кондиціонери з функцією обігріву або реверсивні кондиціонери. У разі використання для обігріву повітряного теплого насоса немає необхідності мати додаткове джерело енергії — водоймище, ґрунтові води тощо. У насоса «повітря-повітря» найнижча вартість монтажу та швидка окупність, до того ж його можна використовувати влітку як кондиціонер для роботи на охолодження повітря. Однак подібна технологія має і свої мінуси: такий насос є досить енерговитратним, його продуктивність залежить від зовнішньої температури — у міру її зниження ефективність роботи агрегату падає. До того ж для підігріву води йому потрібні додаткові модулі та його неможливо інтегрувати у схеми з іншими джерелами тепла.
   • «Вода-вода». Використовується теплова енергія водойми або ґрунтових вод — оптимальний варіант у тому випадку, якщо поряд є неглибоко залягаючі водні горизонти або непромерзаюче повністю взимку водоймище, яке можна використовувати. Технологія полягає в наступному: зі свердловини вода прямує за допомогою насосів на контур нагрівача — тепло йде в будинок, а охолоджена вода скидається через спеціальну свердловину. Якщо вода надходить з відкритого водоймища, то її можна повертати в цей же водоймище в іншому місці. Для роботи такого насоса потрібен достатній об’єм води та потужні циркуляційні насоси, які споживають електроенергію. При цьому енергоефективність таких теплових насосів велика і з лишком окупає перевитрату енергії на транспортування води від джерела до споживача.
   • «Повітря-вода».Тепло зовнішнього повітря використовується для нагрівання води, яка потім подається до системи опалення. Як і для насоса типу «повітря-повітря», у цьому випадку ефективність теплового насоса також залежить від зовнішньої температури – чим вона нижча, тим більше енергії потрібно для отримання необхідної кількості тепла. Отже, при виборі насоса обов’язково потрібно враховувати середньорічні температури та кількість морозних днів. Перевагою теплового насоса «повітря-вода» є можливість додаткового догріву води за допомогою альтернативних джерел енергії (геліоколекторів, сонячних панелей), їх можна використовувати в літній час та міжсезоння. Для подолання пікових негативних температур узимку, коли потужність теплового перенесення суттєво знижується, використовують вбудовані або окремі водяні електронагрівачі. Застосовуються ці насоси, як правило, у приватних та багатоквартирних будинках, таунхаусах та готелях. У такої системи теплообміну досить низька вартість монтажу та швидка окупність, вона легко інтегрується в існуючу систему опалення.
   • «Вода-повітря» — принцип роботи базується на використанні енергії води в свердловині або водоймищі та передачі її в повітряну систему опалення. Ця схема схожа з концепцією «вода-вода» і реалізована лише за наявності чи організації можливих джерел отримання тепла (водоймою, свердловина).
   • «Льод-вода» — для нагрівання води в опалювальній системі використовується теплова енергія, що вивільняється при генерації льоду. У процесі заморожування 200 літрів води можна отримати теплову енергію, достатню для того, щоб обігрівати невеликий будинок протягом години. На сьогоднішній день це не дуже затребуваний тип теплового насоса, оскільки процес акумуляції льоду пов’язаний із спеціальною технологією, яку неможливо застосувати у більшості комерційних та житлових об’єктів.
   • «Грунт-вода» — тепло витягується безпосередньо з ґрунту через горизонтальний колектор або вертикальні свердловини, а потім направляється в контур опалення та/або ГВП. Оскільки температура грунтових шарів на глибині нижче за температуру промерзання і завжди позитивна, такий тип насоса є практично ідеальним для цілорічного використання. Він має високий тепловий коефіцієнт, легке управління і здатний безперебійно працювати протягом багатьох років, проте зведення інженерних комунікацій для його підключення та функціонування потребує великих капітальних витрат, участі висококваліфікованих фахівців, а сукупна вартість робіт та обладнання буде вищою, ніж для теплових насосів усіх інших типів.
2. За видом джерела тепла:
   • Геотермальні насоси отримують теплову енергію з води або грунту. Можуть бути замкненого чи відкритого типу.
   • Повітряні насоси — джерелом тепла тут є повітря, причому не тільки зовнішнє, а й повітря з витяжної вентиляції будівлі.
   • Використовують вторинне тепло , наприклад, тепло трубопроводу центрального опалення. Такий варіант є доцільним для промислових об’єктів, де є джерела тепла, що потребують утилізації.
3. За способом передачі енергії:
   • Компресійні насоси складаються з компресора, розширювача, конденсатора та випарника, а їх робота базується на циклах стиснення-розширення теплоносія ― в результаті виділяється тепло. Такий тип насосів є затребуваним на ринку, він досить ефективний, простий у роботі і популярний серед споживачів завдяки найменшій вартості.
   • Абсорбційні насоси використовують як джерело енергії пару абсорбент — робоча речовина. Застосування абсорбенту значно підвищує ефективність роботи агрегату. Як такі пари можуть використовуватися вода і літію бромід (абсорбент) або аміак і вода (абсорбент).

Вибір максимально відповідного теплового насоса для опалення об’єкта безпосередньо залежить від декількох факторів. Про них ми й поговоримо далі.

За якими принципами можна вибрати систему

Тепловий насос може бути доцільним у тому випадку, якщо встановлення, підключення чи окупність інших систем опалення за розрахунками виявляються економічно нерентабельними, як у випадку з енерговитратними електричними котлами. Перед покупкою та встановленням обладнання слід уважно розглянути ситуацію з різних ракурсів.

1. Призначення приміщення. Оскільки ефективність різних типів насосів різна, значну роль у виборі агрегату повинен грати об’єкт, для якого призначене обладнання. Якщо це великий житловий будинок, в якому люди знаходяться постійно, тепловий насос повинен забезпечувати надійне та якісне опалення будинку та гаряче водопостачання цілий рік. У цьому випадку підійдуть насоси, наприклад типу «повітря-вода» або геотермальний насос (при можливості його застосування на об’єкті). У випадках коли потрібне лише епізодичне застосування теплового насоса для обігріву приміщень, оптимальним буде високоефективний тепловий насос «повітря-повітря».
2. Наявність/відсутність центральної системи опалення та ГВП. Якщо така система існує, а насос використовується тільки як «доводчик» в окремих приміщеннях, необхідно оцінювати ефективність взаємодії систем — вона буде тим більше, чим менше температурних відмінностей між нагріванням елементів і джерелом тепла. Наприклад, більш розумним буде використання теплового насоса в тандемі з теплою водяною підлогою, ніж зі звичайними радіаторами опалення (температура теплоносія в підлогах завжди нижча).
3. Регіон використання. Тут необхідно брати до уваги і температурні значення, і особливості ґрунту, і наявність водойм, та інші геокліматичні умови. Наприклад, за дуже низьких середньорічних температур використання насоса типу «повітря-повітря» буде неефективним, оскільки в цьому випадку його робота буде надто енерговитратною та малоефективною. Якщо на ділянці неможливо провести бурові роботи або недостатньо площі для розміщення горизонтального колектора, то, відповідно, неможливо буде встановити насос «грунт-вода». Рішенням у цьому випадку може стати встановлення насоса «повітря-вода». Для будівель, розташованих неподалік водойм або там, де є необхідний дебет підземних вод, можна використовувати насос «вода-вода».
4. Площа будинку. Якщо опалювальна площа перевищує 250 м² і є можливість буріння свердловин, оптимальним буде насос «грунт-вода». Для будинків менше 200 м² ідеально підійде насос типу «повітря-вода». Для невеликих квартир, офісів або торгових приміщень можна використовувати насос «повітря-повітря».
5. Використання як кондиціонер. У цьому випадку можна застосувати теплові насоси «вода-вода» або «грунт-вода», які мають можливість пасивного охолодження (без використання компресора). Всі інші типи насосів будуть охолоджувати приміщення в активному режимі, тому витрати на експлуатацію в теплу пору року можуть виявитися вищими.
6. Наявність вентиляційної системи. Якщо вона є, то за допомогою інтеграції в неї теплового насоса систему можна ефективно використовувати для повітряного опалення. Ця схема установки, як правило, підходить для адміністративних та офісних будівель, а також спортивних комплексів, де система вентиляції з механічним спонуканням є обов’язковим атрибутом.

Ще один важливий фактор вибору – вартість обладнання. Вона може змінюватись в залежності від типу теплового насоса, торгової марки, країни-виробника та багатьох інших факторів.