Тепловий насос – це пристрій, який забирає тепло з навколишнього середовища (повітря, ґрунту чи води) та передає його в опалювальну систему будинку. Він працює за принципом холодильника, але у зворотному напрямку – витягує тепло з холодного середовища та нагріває приміщення.
Основний принцип роботи базується на термодинамічному циклі з використанням холодоагенту. Компресор стискає холодоагент, збільшуючи його температуру до 65-80°C. Гарячий холодоагент віддає тепло в систему опалення через теплообмінник, потім остигає і розширюється у випарнику, забираючи тепло із зовнішнього джерела. Цикл повторюється безперервно.
Коефіцієнт продуктивності (COP) показує ефективність теплового насоса. Сучасні моделі мають COP від 3 до 6, що означає отримання 3-6 кВт теплової енергії за умови споживання 1 кВт електроенергії. Для порівняння: електричний казан має COP = 1, газовий казан – 0,9-0,95. Переваги теплових насосів включають високу енергоефективність, екологічність, можливість роботи на охолодження влітку та тривалий термін служби до 20-25 років. Недоліки – висока вартість обладнання та залежність ефективності від температури зовнішнього джерела тепла.
Повітряні теплові насоси отримують тепло із зовнішнього повітря і працюють навіть при негативних температурах до -15...-25°C залежно від моделі. Вони не вимагають земляних робіт та мають відносно простий монтаж.
Системи повітря-вода нагрівають воду для радіаторного опалення або теплої підлоги. Потужність таких насосів варіюється від 6 до 35 кВт для приватних будинків. Вони складаються із зовнішнього блоку (випарника) та внутрішнього блоку (конденсатора), з'єднаних фреоновими трубками. COP становить 3,5-4,5 за температури повітря +7°C і знижується до 2,5-3,0 при -10°C.
Далі розглянемо системи повітря-повітря, які безпосередньо нагрівають повітря в приміщеннях через внутрішні блоки (спліт-системи). Вони дешевші в установці, але підходять лише для опалення повітрям, не забезпечуючи гарячу воду. Потужність від 2,5 до 20 кВт, COP досягає 5,0-6,0 за плюсових температур.
Під час вибору повітряного теплового насоса враховують кліматичні умови. В Україні ефективно працюють інверторні моделі із робочою температурою до -20°C. Для будинку площею 150 м ² потрібен насос потужністю 12-15 кВт. Важливо передбачити додаткове джерело тепла для пікових морозів нижче від -15°C.
Встановлення включає монтаж зовнішнього блоку на відстані 3-5 метрів від будинку, прокладання фреонових магістралей та підключення до опалювальної системи. Зовнішній блок розміщують з підвітряного боку, забезпечуючи вільну циркуляцію повітря.
Геотермальні теплові насоси (грунт-вода)
Геотермальні теплові насоси використовують стабільну температуру ґрунту (+8...+12°C на глибині 1,5-2 м), що забезпечує високу ефективність цілий рік. COP таких систем становить 4,5-5,5 і практично залежить від погодних умов.
Горизонтальні геотермальні контури укладають на глибині 1,2-1,8 м нижче за рівень промерзання грунту. Для будинку потужністю 10 кВт потрібно контур довжиною 300-400 м на площі 200-300 м ². Труби укладають петлями з відстанню між ними 0,8-1,0 м. Застосовують поліетиленові труби діаметром 25-32 мм, заповнені теплоносієм, що незамерзає.
Після встановлення горизонтального контуру переходять до вертикальних геотермальних зондів. Їх бурять на глибину 80-150 м, що потребує меншої площі ділянки – всього 10-20 м² для системи потужністю 10 кВт. У свердловини встановлюють U-подібні зонди з поліетилену, які забезпечують знімання 40-70 Вт тепла з кожного метра глибини в залежності від типу ґрунту.
Вимоги до ділянки включають достатню площу горизонтального контуру або можливість буріння для вертикального. Піщані ґрунти менш ефективні (40-50 Вт/м), скельні породи дають 70-80 Вт/м. Рівень ґрунтових вод впливає на тепловіддачу – що ближче до поверхні, то краще. Вибір геотермального устаткування залежить від геологічних умов ділянки. Для горизонтального контуру потрібна вільна площа в 2-3 рази більша за площу будинку. Вертикальні зонди дорожчі в установці (600-800 грн за метр буріння), але ефективніші і не займають корисної площі ділянки.
Системи водо-вода використовують ґрунтові води або поверхневі водойми як джерело тепла. Температура ґрунтових вод стабільна (+8...+12°C), що забезпечує COP на рівні 5,0-6,0 – найвищий серед усіх типів теплових насосів.
Використання ґрунтових вод вимагає буріння двох свердловин: забирає та скидає. Відстань між ними має бути не менше 15-20 м для запобігання рециркуляції охолодженої води. Дебіт свердловини повинен забезпечувати витрату 200-300 л/год на кожен кВт потужності теплового насоса. Якість води впливає на довговічність обладнання – підвищений вміст заліза чи солей потребує додаткової водопідготовки.
Потім розглядають системи з поверхневими водоймищами. В озері або ставку на глибині 2-3 м розміщують теплообмінник із поліетиленових труб. Мінімальний об'єм водойми – 500 м³ на кожні 10 кВт потужності насоса для запобігання замерзанню. Відстань від будинку до водоймища не повинна перевищувати 100-150 м через втрати в трубопроводі.
Вимоги до джерела води включають:
Стабільний дебіт не менше 2-3 м3/год для насоса потужністю 10 кВт
Температура води від +4°C до +20°C
Відсутність агресивних домішок
Можливість скидання охолодженої води
Під час вибору водяного теплового насоса аналізують гідрогеологічні умови ділянки. Необхідно отримати дозвіл на використання підземних вод та погодити скидання. Вартість буріння свердловин становить 1500-2500 грн за метр в залежності від глибини та складності геологічних умов.
Особливості монтажу включають встановлення насосів для подачі води, фільтрів для очищення і системи автоматики для контролю витрати. Важливо передбачити захист від замерзання у зимовий період та регулярне обслуговування водозабірного обладнання.
Комбіновані та гібридні системи
Теплові насоси з додатковим нагріванням вирішують проблему зниження ефективності за низьких температур. У таких системах за температури нижче -15°C автоматично включається електричний ТЕН потужністю 3-9 кВт або газовий котел. Це забезпечує стабільне опалення в будь-яких погодних умовах за збереження економії енергії в перехідні сезони.
Комбінація із сонячними колекторами підвищує загальну ефективність системи на 15-25%. Сонячні колектори підігрівають теплоносій геотермального контуру або воду буферної ємності, знижуючи навантаження на компресор теплового насоса. Площа колекторів складає 15-20 м ² на будинок площею 150 м ². Така система особливо ефективна навесні та восени.
Далі слід розглянути гібридні системи газ+тепловий насос. При температурі вище -5°C працює тепловий насос COP 3,5-4,0, нижче цієї температури включається газовий котел. Автоматика вибирає найбільш економічний режим роботи на основі температури зовнішнього повітря та цін на енергоносії. Економія газу становить 40-60% порівняно із звичайним газовим опаленням.
При виборі комбінованих рішень враховують погодні умови регіону. Для центральної та південної України достатньо повітряного теплового насоса з електричним доп. нагріванням. У північних областях ефективніша гібридна схема з газовим котлом. Вартість гібридної системи на 20-30% вище моно-рішення, але окупається за рахунок оптимального використання енергоресурсів.
Економічна ефективність гібридних систем залежить від співвідношення цін на електроенергію та газ. За ціни газу 7-8 грн/м³ та електроенергії 1,68 грн/кВт·ч гібридна система економить 30-40% витрат на опалення порівняно з газовим котлом та 50-60% порівняно з електричним.
Критерії вибору теплового насоса за характеристиками будинку
Розрахунок теплових втрат будівлі – основа визначення потужності теплового насоса. Для неутепленого будинку будівлі 1980-х років втрати становлять 80-120 Вт/м2, для сучасного утепленого будинку - 40-60 Вт/м2. Будинок площею 150 м² з гарним утепленням потребує теплової потужності 6-9 кВт, без утеплення – 12-18 кВт.
Визначення необхідної потужності включає розрахунок за формулою: P = S × k × ΔT, де S – площа будинку, k – коефіцієнт тепловтрат (0,04-0,12), ΔT – різниця температур. Для утепленого будинку 150 м ² при різниці температур 40 ° C (від -20 ° C до +20 ° C) потужність становитиме: 150 × 0,05 × 40 = 300 кВт⋅год/добу або 12,5 кВт пікової потужності.
Наступним кроком аналізують вплив утеплення на вибір обладнання. Утеплення стінок знижує тепловтрати на 30-50%, заміна вікон - на 15-20%, утеплення даху - на 20-25%. Інвестиції в утеплення (300-500 грн/м²) дозволяють вибрати тепловий насос меншої потужності та знизити загальну вартість системи опалення.
Сумісність із існуючою системою опалення визначає тип теплового насоса. Для опалення радіатора потрібна температура подачі 55-65°C, що знижує COP до 3,0-3,5. Система теплої підлоги працює при 35-45 ° C, забезпечуючи COP 4,5-5,5. При переході з газового котла на тепловий насос часто потрібне збільшення площі радіаторів на 30-50%.
Вимоги до електропостачання включають підключення трифазної мережі 380В для насосів потужністю понад 12 кВт. Пускові струми компресора перевищують номінальні в 3-5 разів, тому потрібний запас потужності електричної мережі. Для будинку з тепловим насосом 15 кВт потрібна підключена потужність щонайменше 20-25 кВт.
Алгоритм вибору оптимального типу теплового насоса починається з аналізу умов ділянки та будинку. За наявності вільної площі 200+ м² та піщано-глинистих ґрунтах підходить геотермальний насос. При обмеженій площі ділянки вибирають повітряну або водяну (за наявності свердловини). У регіонах з м'яким кліматом ефективний повітряний насос, у північних областях – геотермальна або гібридна система.
При покупці враховують декілька ключових факторів:
Відповідність потужності розрахунковим тепловтратам будинку
Кліматичні обмеження для повітряних насосів
Наявність сервісної підтримки виробника у регіоні
Гарантійні зобов'язання (зазвичай 2-5 років обладнання)
Досвід установника з цим типом обладнання
Підбір виробника та моделі ґрунтується на репутації бренду, технічним характеристикам та співвідношенні ціна-якість. Європейські виробники пропонують надійне обладнання із гарантією 3-5 років, але за високою ціною. Китайські бренди дешевші на 20-30%, але з меншим ресурсом роботи.
Питання встановлення та обслуговування потребують професійного підходу. Неправильний монтаж знижує ефективність на 15-25% та скорочує термін служби обладнання. Щорічне обслуговування включає перевірку холодоагенту, чищення теплообмінників та налаштування автоматики. Вартість сервісу становить 2-3% вартості устаткування на рік.
У цій статті ми розглянемо як працюють теплові насоси, їх ефективність, наскільки вони економічні й розберемо декілька міфів клієнтів, які існують на ринку при наданні переваги саме цьому методу опалення заміської нерухомості.
.webp "Фото Тепловий насос для опалення будинку. Правда та міфи клієнтів")
