Тепловой насос. Прохлада и тепло в одном флаконе

Для многих владельцев частных домов вопрос номер один, чем выгоднее отапливать свое жилье. И немногие из них знают, что есть устройства, превращающие электроэнергию в тепловую энергию более эффективно, чем уголь, газ или электричество. Это — тепловые насосы.

Что такое тепловой насос и как он работает?

Тепловые насосы относятся к категории энергосберегающего оборудования. Они позволяют использовать общедоступное тепло грунта, грунтовых вод, рек, водоемов, окружающего воздуха для нагрева воздуха и воды в доме.

Главное достоинство теплового насоса в том, что, потребляя один киловатт электрической энергии, в зависимости от условий он выдает от 3 до 5 кВт тепловой. Соответственно, в отличие от электрического котла, к тепловому насосу требуется подведение в 3−5 раза меньшей установленной мощности. А это важно.

Дело в том, что далеко не везде электроснабжающая организация может выделить для домовладельцев требуемую мощность в 10−30 кВт, необходимых для работы электрокотлов. В то же время 5−10 кВт выделенной мощности может быть более чем достаточно для отопления и покрытия общедомовых бытовых нужд в случае использования теплового насоса. Особенно остро этот вопрос стоит для домов большой площади.

Тепловой насос представляет собой установку, визуально напоминающую домашний холодильник. Особых требований к месту монтажа нет, для него не нужен дымоход или вентиляция. Установка теплового насоса, в отличие от газового оборудования, не требует каких-либо согласований проектной документации.

Тепловые насосы не только выглядят как холодильник, но и работают по тому же принципу.

Как происходит отбор тепла?

Низкопотенциальное тепло принимается тепловым насосом в теплообменнике-испарителе и передается хладагенту — веществу с низкой температурой кипения. Хладагент, получив определенное количество теплоты, испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор. Компрессор сжимает его до высокого давления, повышая тем самым температуру. Далее газообразный хладагент поступает в следующий теплообменник — конденсатор. В нем происходит передача теплоты высокого потенциала теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения. После конденсатора хладагент проходит через редукционный клапан, где давление и температура снижаются до первоначальных параметров перед теплообменником-испарителем. Цикл замыкается и повторяется снова.

В зависимости от источника тепла различают типы тепловых насосов: «грунт-вода» (используется тепло грунта и грунтовых вод), «воздух-вода» (используем тепло атмосферного воздуха или системы вентиляции) и другие.

Например, забор тепла из грунта может осуществляться с помощью горизонтального геотермального контура (системы пластиковых труб на глубине 1,2−1,5 метра) или вертикальных геотермальных скважин, глубиной до 100 метров.

Окружающий воздух является наиболее доступным источником низкопотенциальной теплоты для теплового насоса «воздух-вода». Одним из его преимуществ является более простая схема монтажа оборудования в систему с уже установленным любым дополнительным источником тепла (например, дизельным или твердотопливным котлом).

А насколько это эффективно?

Эффективность использования теплового насоса определяется коэффициентом преобразования или коэффициентом трансформации (обозначается как СОР). Для современных тепловых насосов величина СОР может достигать 5−5,5. Значение СОР = 5 показывает, что при подводе к тепловому насосу 1 кВт электрической энергии можно получить 5 кВт тепла.

Стоит отметить, что тепловые насосы обеспечивают не только отопление и горячее водоснабжение, но и охлаждение дома летом.

Электрокотел, газ или тепловой насос?

Считаем затраты на отопление дома газовым котлом, электрокотлом и тепловым насосом за отопительный сезон.

Допустим, расчетная тепловая нагрузка на отопление частного дома составляет 12 кВт (хорошо утепленный дом площадью 180−240 «квадратов» при условии поддержания в доме температуры +20°С при минимальной температуре наружного воздуха -24°С). Для большей прозрачности расчетов расход тепла на горячее водоснабжение в нашем примере учитывать не будем. Поэтому на один отопительный сезон продолжительностью 6,5 месяца нашему дому потребуется 27 тысяч кВт тепла на отопление (23,3 Гкал в сезон).

Европейский опыт

Мировые продажи тепловых насосов составляют свыше 1 миллиона в год. В странах Евросоюза тепловые насосы занимают лидирующее положение в сфере отопления частных домов. И не последнюю роль в популяризации энергосберегающего оборудования играют государственные программы компенсации людям затрат на его покупку.

Например, в Польше до 2019 года общей госпрограммы не было, но в большинстве воеводств существовали свои программы дотаций для модернизации (нового строительства) частного домовладения. Программы позволяли получить компенсацию затрат до 50%. Поэтому в 2017 году поляки установили около 27 тысяч тепловых насосов.

А с 2019 года в Польше заработала государственная программа «Чистый воздух». Ее цель — сокращение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу за счет устранения неэффективных, устаревших источников тепла и повышения энергоэффективности частных домов. По ней можно получить субсидию для модернизации старой или монтажа новой системы отопления, горячего водоснабжения, вентиляции с рекуперацией в пределах 12,5 тысячи евро. Все работы, оборудование и материалы освобождены от уплаты НДС.

Сейчас стоимость тысячи кубометров природного газа для населения составляет примерно 300 долларов, а электроэнергия для отопления стоит 1,7 евроцента за кВт·час. Однако на дешевую энергию существует лимит в 3 тысячи кВт·час в месяц. Поэтому использование электрокотлов актуально для небольших по площади домов. Это многих вынудило искать альтернативные варианты, и актуальными стали кроме твердотопливных котлов тепловые насосы.

При польских тарифах окупаемость этого оборудования составляет примерно 5−7 лет. К тому же частные покупатели тепловых насосов могут воспользоваться европейской программой IQ energy по компенсации затрат на приобретение оборудования и вернуть до 3 тысяч евро. Поэтому продажи тепловых насосов каждый год показывают хороший рост до 20%.

Сравнительная таблица достоинств и недостатков электрокотла, газового котла и теплового насоса:

Категория	Электрокотел	Газовый котел	Тепловой насос
Эффективность	Высокая	Высокая	Очень высокая
Экологическая
дружественность	Высокая	Средняя	Очень высокая
Затраты на
установку	Низкие	Средние	Высокие
Затраты на
эксплуатацию	Средние	Низкие	Низкие
Надежность	Высокая	Высокая	Высокая
Работа без
выхлопных газов	Да	Нет	Да
Наличие
природного газа	Нет	Да	Нет
Наличие
электропитания	Да	Да	Да
Уровень шума	Низкий	Средний	Низкий
Необходимость
топливного	Да	Да	Да
хранилища

Важно отметить, что выбор между электрокотлом, газовым котлом и тепловым насосом зависит от различных факторов, включая доступность топлива, стоимость установки, требования по экологической дружественности, предпочтения пользователя и другие индивидуальные условия. При выборе оптимального варианта следует учитывать эти факторы и проконсультироваться с профессионалами в области отопления.