Тепловой насос для отопления дома — что выбрать?

Согласно исследованиям ученых, действующие системы отопления имеют крайне низкий КПД и активно разрушают окружающую среду, насыщая воздух и почву вредными выбросами. Поиски альтернативных вариантов привели к появлению множества разработок, одной из которых являются тепловые насосы. Конструкция известна уже давно, хотя используется в другом качестве и с противоположными целями. Рассмотрим их подробнее.

Устройство

Тепловой насос — высокоэффективная и экономичная конструкция, основанная на использовании как физических явлений (цикла Карно), так и низкопотенциальных природных ресурсов — тепла грунта, воды и воздуха. На первый взгляд, возможности этих источников практически отсутствуют, однако, все эти ресурсы обладают огромным запасом тепловой энергии. Мало того, они совершенно бесплатны и практически неисчерпаемы, что делает их привлекательными для использования.

Принцип работы

Основным элементом теплового насоса является замкнутый контур, в котором циркулирует хладагент (фреон), воспроизводящий цикл Карно. Последовательно происходят следующие действия:

• испарение. Жидкий фреон переходит в газообразную стадию, забирая у окружающей среды большое количество тепловой энергии
• сжатие. Фреон проходит через компрессор, где его давление многократно увеличивается. При этом температура хладагента значительно повышается
• конденсация. Хладагент переходит в жидкую стадию, параллельно отдавая тепловую энергию
• резкое расширение, вызывающее падение давления. После этого цикл повторяется

Примечательно, что этот цикл без изменений используется в любом холодильнике, только там полезным продуктом становится холод, а в тепловых насосах используется противоположная фаза цикла — нагрев.

Горячий фреон, находящийся в состоянии конденсации, пропускается сквозь змеевик теплообменника, в котором тепловая энергия отдается в систему отопления. Тепло от внешнего источника необходимо для подогрева холодного фреона, находящегося в стадии испарения. Для отбора тепловой энергии используется испаритель, также являющийся теплообменником. Различие в том, что здесь хладагент не отдает, а забирает тепло у воды или воздуха, чтобы во время конденсации высвободить его, многократно усиленное при повышении давления.

Система работает, потребляя только электроэнергию, требующуюся на питание компрессора и циркуляционных насосов. Коэффициент эффективности (COP) равен как минимум 2, а при благоприятных условиях он поднимается до 5-6 и даже выше.

Плюсы и минусы

Тепловые насосы обладают массой достоинств:

• устойчивость работы, надежность
• экономичность, высокая эффективность
• источник тепловой энергии обладает неисчерпаемым ресурсом и достается бесплатно
• экологически чистое оборудование
• система совершенно безопасна в пожарном отношении

К недостаткам устройств следует отнести:

• не все виды способны работать в сложных условиях, имеется зависимость от внешней температуры
• для работы системы требуется электричество, отсутствие которого сразу остановит процесс
• оборудование и установка очень дорогие и недоступны для большинства пользователей
• для некоторых видов ТН требуется разрешение на земляные работы

Большинство недостатков тепловых насосов являются, скорее, особенностью их конструкции, вызывающей отрицательное влияние на возможности этого вида отопительных систем. В любом случае, планируя использование ТН, надо учитывать все положительные и отрицательные стороны конструкции.

Какой насос выбрать?

Выбор теплового насоса производится по нескольким критериям:

• размеры отапливаемой площади
• наличие доступных источников, их качество
• климатические условия в регионе
• финансовые возможности пользователя

Каждый из этих факторов способен определить выбор типа насоса. Так, для обогрева большого дома потребуется мощная система, что означает большие расходы и трудозатраты. Тип источника определяет степень устойчивости системы, зависимости от внешних факторов. Климат определяет уровень зимних температур, что важно для воздушных систем. А от платежеспособности пользователя зависит, сможет ли вообще данная система появиться в доме.

Исследование участка

Выбирая оптимальный вариант, надо прежде всего определиться с наиболее перспективным источником тепловой энергии, доступным в данном регионе. Следует тщательно исследовать участок и произвести ревизию доступных ресурсов.

Наличие открытого водоема в непосредственной близости от дома (100 м и меньше) позволяет использовать систему «вода-вода», устойчивую и надежную в сложных климатических условиях.

Большой участок позволит создать коллекторное поле для системы «грунт-вода». Важным фактором станет состав грунта и уровень почвенных вод. В благоприятных условиях можно пробурить скважины, обеспечивающие источник для систем «вода-вода» или «грунт-вода».

Отсутствие возможностей, сложные геологические условия или иные причины вызывают необходимость ограничиться системой «воздух-вода» или «воздух-воздух», являющиеся наиболее ограниченными в функционале. Рассмотрим их внимательнее:

Воздушные теплонасосы «воздух-воздух»

Аэротермальные тепловые насосы используют тепловую энергию наружного воздуха. Работа бытовых моделей завершается при понижении наружной температуры до -15°С, промышленные образцы способны работать при минимуме в -25°С. Эксперименты показывают, что для большинства регионов России системы «воздух-воздух» работают эффективно, есть примеры действующих систем в Подмосковье. В качестве теплоносителя используется воздух, что делает систему низкоинерционной. Это означает, что при отключении температура в доме очень быстро понизится — поэтому рекомендуется постоянная работа устройства.

Воздушно-водяные теплонасосы «воздух-вода»

Это еще один тип аэротермического теплового насоса, только в качестве теплоносителя используется вода. Вариант имеет те же особенности, что и предыдущий вид, но инерция системы значительно выше. Вода остывает дольше, поэтому при отключении теплового насоса некоторое время температура не изменится. Это позволяет экономить электроэнергию, периодически отключая систему до момента снижения температуры до критического значения. Воздушные системы удобны тем, что не требуют никаких работ по доставке внешнего источника в испаритель насоса — понадобится лишь вентилятор. Недостаток — зависимость от внешней температуры, неустойчивость режима работы системы.

Водяные теплонасосы «вода-вода»

Этот вариант является наиболее устойчивым ко всем внешним изменениям — температурным, погодным или климатическим. Смена сезона не оказывает существенного влияния на результат работы системы. Источником тепловой энергии является вода, взятая в открытом водоеме или поднятая с помощью насоса из дебетовой скважины. Теплоноситель системы отопления — тоже вода, обеспечивающая эффективное и устойчивое функционирование системы обогрева. Недостатком является необходимость ухода за скважинами, иногда приходится их менять или бурить новые. Уровень воды в открытом водоеме также изменяется, что угрожает полной остановкой системы.

Грунтово-водяные теплонасосы «грунт-вода»

Эта конструкция напоминает вариант «вода-вода», но, в отличие от него, источник циркулирует в замкнутом контуре, нагреваясь от подземного тепла почвы и отдавая тепло в испарителе теплового насоса. В условиях морозных зим источник меняют на этиленгликоль (антифриз), чтобы исключить возможность перемерзания питающей системы. Для размещения контура питания используется либо коллекторное поле, представляющее собой котлован глубиной около 2 м (как минимум, на 0,5 м ниже глубины промерзания почвы), либо скважину с питающим зондом (петлей из трубы, опущенной в скважину).

Системы «грунт-вода» являются самыми дорогостоящими, требующими трудоемких земляных работ и представляющими большие сложности с административным решением вопроса об использовании земляных участков. Дело в том, что коллектор должен быть в 2 раза больше, чем площадь дома. Участок земли под ним практически выбывает из эксплуатации, так как его температура снижается, что губительно воздействует на растения. Проблему можно решить бурением скважины, но этот вариант не всегда возможен по геологическим причинам.

Что купить? Рекомендуемые товары

Выбор модели теплового насоса — сложная задача, которую невозможно решить простыми рекомендациями. Нельзя назвать тот или иной вид, марку или модель теплового насоса и сказать, что он — лучший, так как все образцы создаются под какую-то определенную задачу. Поэтому, выбирая тепловой насос, надо, прежде всего, руководствоваться потребностями дома и подыскивать наиболее подходящее к ним оборудование.

Топ-5 лучших насосов

Единственное, что можно порекомендовать — использовать тепловые насосы известных и надежных производителей, таких как:

• Viessmann / Германия/ 
• Nibe /Швеция/
• Stiebel Eltron /Германия/
• Mammuth /USA/
• Dongguan New Times New energy Science & Technology Co., Ltd /Китай/

Перечисленные фирмы лидируют среди производителей тепловых насосов, но это не значит, что оборудование других фирм никуда не годится. Существуют и другие, вполне качественные и надежные устройства, достойные для использования в системе отопления дома.

Цены

Стоимость тепловых насосов очень велика. Самыми дешевыми являются системы «воздух-воздух», они могут стоить от 50000 рублей, но и возможности у таких устройств весьма ограничены. ТН для обогрева больших домов обойдутся гораздо дороже, цены мощных устройств начинаются в районе 8000 долларов и повышаются в соответствии с мощностью и функционалом комплекта.

Стоимость установки ТН «воздух-воздух»

Монтаж ТН «воздух-воздух» обойдется дешевле любого другого вида теплонасосов, поскольку вся работа заключается в установке и подключении комплекта к сети электрического тока. Расценки в разных регионах страны значительно отличаются друг от друга, среднее значение составляет 80 000 рублей, что соответствует цене некоторых устройств и способствует популярности самостоятельного монтажа теплонасосов.

Самостоятельный монтаж

Самостоятельная установка теплонасоса вполне доступна и не представляет собой значительной сложности. Порядок действий обычно подробно описан в руководстве пользователя, все необходимые работы достаточно просты и понятны. Единственная проблема состоит в том, что большинство серьезных фирм ставит обязательным условием установку оборудования силами представителей компании. В противном случае фирма отказывает в гарантийном ремонте или сервисном обслуживании оборудования.

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?