Как работает тепловой насос для отопления дома: принцип цикла и типы установок
Тепловой насос для отопления дома работает на основе обратного цикла Карно: устройство забирает теплоту из окружающей среды (грунт, воздух, водоём), концентрирует её с помощью компрессора и отдаёт в контур отопления при более высокой температуре. На каждый киловатт потреблённой электроэнергии насос производит 3-5 киловатт тепловой энергии. Этот коэффициент называют COP (Coefficient of Performance).
Принцип работы: четыре этапа холодильного цикла
В контуре теплового насоса циркулирует хладагент: вещество с низкой температурой кипения (фреон R410A, R32 или натуральные альтернативы, такие как R290 пропан). Цикл состоит из четырёх стадий. Первая стадия: испарение. Жидкий хладагент при низком давлении поступает в испаритель. Здесь он контактирует с теплоносителем, несущим тепло из окружающей среды. Даже при температуре грунта 5-10 градусов хладагент кипит и переходит в газообразное состояние, поглощая теплоту. Вторая стадия: сжатие. Газообразный хладагент всасывается компрессором и сжимается. При сжатии давление и температура резко возрастают: температура газа достигает 70-100 градусов Цельсия. Компрессор потребляет электроэнергию и является единственным движущимся элементом, требующим электропитания. Третья стадия: конденсация. Горячий газ под высоким давлением поступает в конденсатор, где отдаёт тепло воде в системе отопления. Хладагент при этом конденсируется обратно в жидкость. Вода в отопительном контуре нагревается до 35-55 градусов, что достаточно для напольного отопления или радиаторов. Четвёртая стадия: дросселирование. Жидкий хладагент проходит через расширительный клапан, давление резко падает, и цикл начинается заново.
Типы тепловых насосов по источнику тепла
Грунт-вода. Грунтовые насосы используют теплоту земли, которая на глубине 10-15 метров сохраняет постоянную температуру 8-12 градусов Цельсия круглый год. Горизонтальный коллектор укладывают в траншеи на глубину 1,2-1,5 метра, для дома площадью 100-150 кв.м. требуется площадь участка 300-600 кв.м. Вертикальный зонд бурят на глубину 50-150 метров, что дороже, но занимает минимум места. COP грунтовых насосов составляет 3,5-5,0. Воздух-вода. Самый доступный тип: внешний блок похож на блок кондиционера, он забирает тепло из уличного воздуха. Работает при температурах до минус 20-25 градусов в зависимости от модели. COP при нулевых температурах около 3,0, при минус 15 снижается до 1,8-2,2. Вода-вода. Источником служит водоём, река или скважина с грунтовыми водами. Подземные воды имеют постоянную температуру 7-12 градусов, что обеспечивает стабильно высокий COP 4-6 на протяжении всего года. Требует получения водопользования и гидрогеологической экспертизы.
Системы отопления, совместимые с тепловым насосом
Из-за относительно невысокой температуры теплоносителя (35-55 градусов против 70-90 у котла) тепловые насосы наиболее эффективно работают в системах с большой площадью теплоотдачи. Идеальный вариант — водяное тёплое полото: трубы укладываются в стяжку с шагом 15-20 сантиметров, температура теплоносителя всего 35-45 градусов, COP насоса максимален. Радиаторное отопление возможно при использовании увеличенных радиаторов с температурой подачи 50-55 градусов. Стандартные советские чугунные радиаторы в таком режиме существенно недогревают помещение, поэтому при переходе на тепловой насос их заменяют секционными алюминиевыми или панельными стальными радиаторами с повышенной площадью. Приточно-вытяжные установки с рекуперацией тепла в сочетании с тепловым насосом дают дополнительную экономию, поскольку уменьшают теплопотери через вентиляцию.
Экономика и окупаемость
Стоимость теплового насоса воздух-вода для дома 150 кв.м. с монтажом составляет от 400 до 800 тысяч рублей в зависимости от производительности и комплектации. Грунтовый насос с бурением зондов обходится дороже: от 600 тысяч до 1,2 миллиона рублей. Годовые расходы на электроэнергию при отоплении и горячем водоснабжении дома 150 кв.м. в климатическом районе Московской области составляют 40 000-70 000 рублей, тогда как газовый котёл (при наличии магистрального газа) потребует 25 000-35 000 рублей. При отсутствии газа разница по сравнению с электрокотлом в пользу насоса достигает 150 000-200 000 рублей в год, что обеспечивает окупаемость за 4-6 лет. Ресурс компрессора ведущих производителей составляет 80 000-100 000 часов работы, то есть при среднем режиме использования оборудование служит 15-20 лет без капитального ремонта.
