Тепловой насос воздух-вода для дома и бассейна, КПД, принцип, схема отопления

Постоянный рост цен на энергоносители заставляет собственников загородной недвижимости задуматься, как сократить затраты на отопление. Один из вариантов — построить утеплённый дом с минимальными теплопотерями. Второй шаг — смонтировать низкотемпературную систему отопления. Третье — нагреть теплоноситель тепловым насосом класса «воздух-вода». На первый взгляд кажется, что это — неоправданно дорогое решение, а воздушный тепловой насос будет неэффективно работать зимой. Проверим, так ли это, на примере пользователей FORUMHOUSE, которые установили в доме тепловые насосы.

Возобновляемый источник энергии

Когда счета за электроэнергию начинают расти, большинство из нас задается вопросом, есть ли альтернатива. Использование возобновляемых источников энергии в качестве отопления становится необходимым шагом для домовладельцев, в первую очередь потому, что газ и электричество, получаемые из ископаемых видов топлива, становятся все дороже. Переход на «зеленые» технологии, такие как (ВТН) тепловой насос воздух-вода, часто не вызывает сомнений у тех, кто желает сократить счета и оставить меньший углеродный след, но так ли они хороши?
Как и в любом другом деле, перед покупкой важно взвешенно подойти к вопросу, поэтому давайте рассмотрим достоинства и недостатки ВТН.

Экономика и экология

При выборе отопительных помп также учитывайте экологические аспекты, которые неотделимы от экономичности системы. Чем меньше энергии требуется, тем она дешевле и менее вредна для окружающей среды. Об экологии каждый из нас должен заботиться.

Выбор хорошего насоса начинается с энергоэффективных домов, потому что только при правильном их обустройстве стоит инвестировать в проект. Если оборудование будет установлено в старом доме, не относящемся к классу А, то необходимо сначала отапливать, а затем поговорить со специалистами о выборе подходящей схемы для дома.

Самостоятельно монтировать установку опасно. Правильная установка требует особых навыков, поэтому доверьте работу профессионалам, которые могут гарантировать, что всё от А до Я выполнено правильно. Самостоятельная установка опасна тем, что возможны неисправности, устранение которых будет стоить дорого. Неправильно подключённая система не будет служить долго, быстро выходит из строя, а обслуживание потребует дополнительных затрат.

Что такое тепловой насос с воздушным источником тепла?

Тепловые насосы воздух-вода для отопления дома, это поистине гениальный ход. Вопрос в том, почему, имея такие хорошие характеристики, ТН воздух-вода не установлены в каждом доме?

Моноблок, размером со стиральную машину, гармонично размещается у внешней стены вашего дома и волшебным образом преобразует холодный наружный воздух в горячую воду и отопление.

Он способен преобразовывать атмосферу с отрицательной температурой и подавать горячую воду в дом для дальнейшего использования, а в летние месяцы он может работать как кондиционер. Часто люди используют тепловой насос воздух-вода для бассейна, чтобы нагревать с его помощью воду бассейна.

Установка теплового насоса воздух-вода занимает всего пару дней, а служат они до 20 лет. Устройство требуют минимального обслуживания, чистить их нужно один раз в год.

ВТН способен заменить все преимущества традиционного газового котла, а делает он это с минимальными затратами электроэнергии, без ущерба для окружающей среды. Нет необходимости покупать топливо, так как он просто не потребляет его.

Альтернативный вариант

Можно использовать тепловой насос как источник тепла в осенне-весенний период, а зимой – включать отопление от электричества, газового или твердотопливного котла. Так можно существенно снизить расходы на обогрев здания.

Газовый котел, спаренный с тепловым насосом

Единственный минус – придется потратиться на покупку дополнительных обогревательных приборов. Но если считать все в долгосрочной перспективе, такой вариант более выгодный.

Не забывайте – в комментариях вы можете оставить свое мнение, или дать совет. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Хотите получить помощь мастера, специалиста в этой сфере? Переходите на портал поиска мастеров Профи. Это полностью бесплатный сервис, где вы найдете профессионала, который решит вашу проблему. Вы не платите за размещение объявления, просмотры, выбор подрядчика. Если вы сами мастер своего дела, то зарегистрируйтесь на Профи и получайте поток клиентов. Ваша прибыль в одном клике!

Как работает тепловой насос воздух-вода?

Воздушный тепловой преобразователь работает на 75% от возобновляемой энергии, извлекаемой из воздуха, и на 25% от электроэнергии. Существует два основных типа ВТН:

Тепловой насос системы воздух-вода, это устройство, в котором из тепла атмосферы вырабатывается тепло для теплоносителя, а затем подается в традиционные системы отопления, такие как радиаторы и водяные теплые полы. Поскольку напольное отопление работает при более низкой температуре, около 35 °C, оно считаются идеальной системой для работы теплового насоса.
Система «воздух-воздух» генерирует теплый поток воздуха, а затем прокачивает его через вентиляторы, которые распределяют тепло по всему дому.

Принцип работы теплового насоса воздух-вода

Принцип работы, достаточно прост. Энергия добывается путем всасывания атмосферного воздуха в теплообменник-испаритель. Воздух используется для нагрева газообразного фреона, подобно тому, как работает холодильник, но в обратном направлении. После того как фреон получил от воздуха низкопотенциальное тепло, температура хладагента повышается за счет сжатия, его осуществляет компрессор. Сжатый, теперь уже нагретый газ конденсируется в промежуточном теплообменнике, который называется конденсатором. После чего накопленное тепло передается теплоносителю системы отопления.

Виды оборудования по типу конструкции

Воздушные теплонасосы бывают:

моноблочные (все узлы размещены в одном корпусе);
сплит-системы (устройство разделено на два блока — внешний и внутренний, который непосредственно взаимодействует с домашней системой теплоснабжения).

В свою очередь моноблочные имеют исполнения с:

внутренним монтажом;
внешним монтажом.

Сплит-системы бывают:

с промежуточным теплообменным контуром;
с разделенным контуром, заполненным хладагентом.

Моноблочные теплонасосы
Теплонасосы-моноблоки с внутренним монтажом подразумевают установку оборудования в помещении. Преимуществом такого варианта считается защита техники от деструктивных внешних факторов, в том числе осадков и погоды. Недостаток такого варианта монтажа — надо предусматривать большие отверстия в стене помещения, где будет установлен блок, для достаточного притока воздуха. Моноблоки с наружным (внешним) монтажом чаще используются, когда помещение для котельной в доме не предусмотрено. Размещение всех элементов в одном корпусе теплонасоса снаружи дома дает преимущество в виде снижения уровня шума. Кроме того, в таком случае не нужно делать в стенах приточные каналы для воздуха. Недостатки очевидны:

наружное размещение может привести к замерзанию системы в случае простоя;
уличный блок надо утеплять и защищать от осадков.

Сплит-системы
Сплит-системы воздушного отопления, имеющие раздельный контур хладагента, немного схожи с бытовыми кондиционерами. Главные преимущества:

простой монтаж;
нет риска замерзания системы, так как основной блок располагается в доме;
в котельной не надо много места для внутреннего блока (он компактный, так как часть оборудования размещается на улице);
источник шума устанавливается вне дома.

Недостатков у сплит-систем с раздельным контуром несколько:

необходимость утепления трубопровода, соединяющего внешний и внутренний блоки;
жесткие требования к удаленности размещения внешнего блока (чем ближе — тем лучше, так как меньше путевые теплопотери);
вынужденное вмешательство в контур рабочей жидкости.

Системы с промежуточным теплообменником предусматривают установку дополнительного теплообменного контура, нагревающего поступающий воздух или поддерживающего температуру хладагента. Такое исполнение делает теплонасосы универсальными и снижает риск заморозки. Главный минус этого оборудования — нужны дополнительные расходы на установку дополнительного контура.

Эффективность воздушного теплового насоса

ВТН эффективны и зимой, и летом, благодаря COP (коэффициенту преобразования). COP теплового насоса — это способ измерения его эффективности путем сравнения потребляемой мощности, необходимой для производства тепла, с количеством тепла на выходе.

Показатель COP корректируется с учетом времени года. Чтобы иметь возможность сравнивать тепловые насосы по тому, насколько сильно на них влияют эти изменения, используется сезонный COP (Seasonal Coefficient of Performance).

ВТН получает энергию из окружающего воздуха, но при снижении окружающей температуры снижается и эффективность.

Мощность и эффективность

Если у геотермальных и водяных тепловых насосов КПД практически не зависит от времени года, то с воздушными дело обстоит иначе. Производительность напрямую зависит от температуры воздуха на улице, чем он холоднее, тем ниже COP (КПД).

Многие считают, что от мощности теплового насоса зависит, сколько тепла он сможет произвести, но это не так. Она характеризует потребление энергии, а количество полученного тепла зависит от КПД. Соответственно – от температуры воздуха снаружи дома.

ВТН для холодного климата

Важно знать тепловую нагрузку объекта и характеристики теплового преобразователя, чем выше требуется температура подачи в систему отопления дома, тем ниже будет конечный СОР.

Даже не глядя на то, что эффективность может снизиться, это не означает, что ВТН не работают в холодную погоду. Известно, что они могут извлекать тепло из воздуха при температуре до -25°C, а с дополнительным источником, таким как электро-котел, и др. ВТН работают даже в холодном климате Сибири.

Но чтобы получить максимальную отдачу, необходимо убедиться, что дом хорошо теплоизолирован.

Геотермальное отопление супермаркета

Одним из самых активно растущих и перспективных направлений применения тепловых насосов является сегмент малых и средних коммерческих объектов с затруднённым доступом к центральным сетям теплоснабжения и высокими тарифами на электроэнергию.

Осенью 2022 года наши партнёры реализовали проект перевода здания супермаркета в Пермском крае на геотермальное отопление с использованием оборудования Thermex Energy. Исходные параметры объекта: здание площадью 1000 м² из сэндвич-панелей с утеплением, внутренняя система отопления — тёплые полы. Теплопотери здания при расчётной температуре −35°C составляют 35 кВт.

На объекте была смонтирована система отопления на базе геотермального теплового насоса Thermex Energy Pr-35. Благодаря высокой температуре теплоносителя на входе в испаритель теплового насоса и низкой требуемой температуре воздуха в помещении (15°C) на данном объекте в моменте достигается высокое значение коэффициента COP — до 6,1.

Фото 5. Теплообменник для отбора тепла от сточных вод

Какой тепловой насос воздух-вода выбрать?

Чем выше COP, тем лучше.

Например, инверторный тепловой насос воздух-вода работает с COP 4, когда температура наружного воздуха 0°C, а температура подачи теплоносителя 35°C. Это означает, что КПД теплового насоса воздух-вода составляет 400%. То есть, на каждый кВт/ч электрической энергии, потребляемой вентиляторами и компрессором, вырабатывается 4кВт/ч тепла.

Перевод здания школы на геотермальное отопление

В конце 2022 года мы реализовали знаковый проект по переводу среднеобразовательной школы в посёлке Житково Выборгского района Ленинградской области на отопление на базе геотермальных тепловых насосов. Житковская школа стала первым в регионе образовательным учреждением, оборудованным геотермальной системой отопления.

До реализации проекта удалённое от центральных сетей кирпичное здание школы 1965 года постройки общей площадью 1150 м² (фото 2) отапливалось электрическими конвекторами, установленными в каждом помещении. Расчётные теплопотери здания — 112 кВт. Годовые затраты на отопление составляли в среднем около 3,5 млн рублей (электроэнергия по тарифу для юридических лиц) и являлись ключевой статьёй затрат на содержание здания. Для сокращения эксплуатационных затрат и повышения безопасности системы для учеников и преподавателей было решено перевести школу на геотермальное отопление. Комплексный проект включил в себя устройство геотермального контура, монтаж теплового узла на базе геотермальных тепловых насосов Thermex Energy и монтаж внутренней радиаторной системы отопления. Все работы были выполнены менее чем за два месяца (ноябрь — декабрь) без остановки учебного процесса.

Источником низкопотенциальной тепловой энергии для объекта выступает геотермальный контур — на прилегающей к зданию школы территории пробурено 14 скважин по 145 м, в которые заведены геотермальные зонды (ПНД-труба диаметром 40 мм с U-образным наконечником). 14 зондов сведены в единый геотермальный колодец, где установлен коллектор с ротаметрами и запорной арматурой. Соединение геоколлектора с тепловым узлом внутри здания выполнено из ПНД-труб диаметром 90 мм. В качестве теплоносителя в геоконтуре мы использовали безопасный для человека и окружающей среды пропиленгликоль. Благодаря геологическим особенностям локации объекта (обводнённые граниты) гарантирован стабильный теплосъём круглый год. В январе 2022 года температура пропиленгликоля на входе в испаритель составляла в среднем от-1,0 до +0,7°C.

Тепловой узел (фото 3) включил следующие основные элементы: каскад на базе трёх геотермальных тепловых насосов Thermex Energy Pr- 35, вспомогательный электрокотёл мощностью 21 кВт, буферная ёмкость объёмом 1000 л, а также насосное оборудование. Суммарная тепловая мощность теплонасосной установки при работе на радиаторную систему отопления составляет 112 кВт (при B0/W55, то есть при температуре теплоносителя в геотермальном контуре на входе в испаритель 0°C и температуре теплоносителя в контуре системы отопления на выходе из конденсатора +55°C).

Фото 3. Каскадная теплонасосная установка в МБОУ «Житковская СОШ»

Двухкомпрессорные геотермальные тепловые насосы Thermex Energy Pr- созданы для независимости и экономичности в вопросах теплоснабжения крупных жилых и коммерческих зданий с ограниченным доступом к центральным коммуникациям. Модельный ряд включает девять моделей мощностью от 12 до 56 кВт с возможностью объединения в каскад до 16 единиц. Серия Pr- обладает расширенным встроенным функционалом: отопление (управление двумя независимыми контурами отопления), нагрев горячей воды (два режима — постоянно и только ночью), пассивное охлаждение (кондиционирование), нагрев бассейна, погодозависимое регулирование, управление вторым источником тепла, термическая дезинфекция бойлера.

Базовая комплектация включает два современных спиральных компрессора, теплообменники увеличенной площади, полную заводскую электроподготовку, встроенное УЗО, двухступенчатую систему блокировки при превышении нагрузок, две встроенные защиты от низкого качества электроснабжения, пять встроенных защит тепловой установки, русскоязычный контроллер с графическим дисплеем. В мобильном приложении можно отслеживать и настраивать ключевые параметры работы нескольких тепловых насосов, установленных на разных объектах.

В качестве внутренней системы отопления в здании школы были смонтированы более 100 низкотемпературных радиаторов (с увеличенной площадью теплообмена), оборудованных термоголовками для покомнатного регулирования. Температурный график системы 55/45°C.

Ключевыми фактором принятия решения в пользу геотермального отопления в большинстве случаев являются экономическая целесообразность, то есть будущая экономия на платежах за отопление и сроки окупаемости первоначальных вложений, а также надёжность, простота эксплуатации системы и безопасность.

Достичь высоких показателей эффективности работы и отказоустойчивости на данном объекте позволяет комплекс технических и программных решений, реализованных в тепловых насосах Thermex Energy Pro:

1. Погодозависимое регулирование в базовой комплектации. Изменение температуры подачи теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха в сочетании с использованием логарифмической зависимости для расчёта температуры подающей линии контура отопления обеспечивает повышение эффективности: до 6% по сравнению с тепловыми насосами с погодозависимым регулированием и линейной зависимостью и до 30% по сравнению с тепловыми насосами, не имеющими погодозависимого регулирования.

2. Ступенчатое управление мощностью. Каскад из трёх двухкомпрессорных тепловых насосов даёт шесть ступеней мощности всей установки. Нагрузка распределяется в каскаде равномерно с учётом суммарной наработки каждого компрессора: вторая ступень в тепловом насосе включается только при условии, что в остальных тепловых насосах включён хотя бы один компрессор. Это обеспечивает, во-первых, более энергоэффективный режим работы при неполной нагрузке и более точное поддержание температурных параметров без «перетопов» и, во-вторых, повышенную отказоустойчивость и надёжность функционирования системы.

3. Отсечение неработающего фреонового контура. В геотермальных тепловых насосах Thermex Energy Pr-35 реализованы два независимых холодильных контура. При задействовании только одного из них второй отсекается соленоидным клапаном, что позволяет не допустить раздвоения потока перед нагревом и дальнейшего смешения тёплого и холодного потоков. Всё это позволяет снизить энергопотребление оборудования минимум на 12,5% при частичных нагрузках.

4. Управление вторым источником тепла. Данная функция тепловых насосов Thermex Energy позволила включить в схему в качестве седьмой ступени мощности вспомогательный электрический котёл на 21 кВт для покрытия пиковых теплопотерь здания школы в самые холодные периоды. Данное решение позволило без ощутимых потерь в эффективности и экономичности снизить капитальные затраты на устройство геотермальной системы отопления на 30% в сравнении с вариантом, когда вся необходимая тепловая мощность покрывается тепловыми насосами. Так, согласно расчётам, суммарное потребление тепловой энергии на объекте за год составит ориентировочно 344 МВт·ч, из них на электрокотёл будет приходиться только 2,3 МВт·ч, то есть всего 0,7%.

По итогам реализации проекта ежегодные затраты на отопление школы снизятся на 70–75%. Согласно предварительным расчётам, значение сезонного показателя эффективности SCOP на данном объекте составит ориентировочно 3,7. Дополнительным плюсом является высокий уровень автоматизации теплонасосной установки и возможность дистанционной диагностики, что избавляет систему от необходимости проведения регулярного сервисного обслуживания.

Благодаря вышеописанным преимуществам и результатам проект перевода социально-значимого объекта на геотермальное отопление привлёк внимание общественности и был широко освещён в федеральных и региональных средствах массовой информации, что свидетельствует о растущем интересе к энергоэффективным решениям и способствует общей популяризации технологии.

Фото 4. Испытательный стенд на производстве ООО «Термекс Энерджи»

Преимущества ВТН

В отличие от газового котла, тепловой насос с воздушным источником тепла не производит углерод при работе. Хотя они и потребляют электроэнергию, ВТН могут быть объединены с солнечными фотоэлектрическими панелями для получения чистой электроэнергии.

Для дома тепловые насосы воздух-вода имеют низкие эксплуатационные расходы, особенно по сравнению с видами топлива, такими как пропан, дизель или прямое электрическое отопление.

О компании Thermex Energy

Thermex Energy — это российский производитель тепловых насосов, создаваемых с учётом особенностей российского рынка и климата. Компания входит в структуру корпорации «Термекс» и опирается на 70-летний опыт в разработке и производстве передового теплового оборудования и энергосберегающей продукции. Сборка тепловых насосов осуществляется на в городе Тосно Ленинградской области — главной производственной площадке «Термекс» в России.

Команда Thermex Energy обладает более чем десятилетним опытом в реализации комплексных проектов теплоснабжения жилых, коммерческих и промышленных объектов на основе использования тепловых насосов. В составе производственной команды работают участники национальной сборной WorldSkills по компетенции «Холодильная техника и системы кондиционирования».

Мощность производства серийных моделей геотермальных тепловых насосов теплопроизводительностью от 6 до 56 кВт составляет до 700 единиц в год. Возможна индивидуальная разработка промышленных теплонасосных установок высокой мощности. В 2021 году планируется запуск собственной линейки воздушных тепловых насосов, буферных ёмкостей и косвенных водонагревателей для тепловых насосов, а также линейки чиллеров малой и средней мощности. В 2020 году серия геотермальных тепловых насосов Thermex Energy Compact была признана лучшим энергоэффективным тепловым насосом, произведённым в России, по версии конкурса «Мир климата и холода 2020», а в 2021 году компания стала победителем конкурса Aquatherm Moscow Awards в номинации «Энергоэффективность и энергосбережение».

Воздействие ВТН на окружающую среду.

Помимо финансовых преимуществ установки ВТН, модернизация климатической системы имеет ряд положительных экологических последствий.

Высокая эффективность преобразования означает, что вы будете использовать меньше топлива для обогрева или охлаждения вашего дома. Это значит, что на электростанциях вырабатывается меньше энергии из ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, что снижает количество выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу.

Вы можете еще больше снизить углеродный след, если переведете все энергопотребление, с ископаемого топлива на солнечную энергию. Установка солнечных панелей на крыше позволяет питать систему ВТН (и весь ваш дом) бесплатной электроэнергией с нулевым уровнем выбросов СО2.

Стоимость установки

Установка и пусконаладочные работы производятся по разным расценкам, зависящим от состава работ, используемого оборудования и техники, объемов и прочих факторов. Не менее важным обстоятельством считается общая экономическая обстановка в регионе, состояние покупательной способности населения.

В любом случае, расходы на монтаж и запуск системы потребуют примерно 20% от общей стоимости оборудования, что существенно отразится на кошельке пользователя.

Дороговизна монтажных работ нередко становится причиной самостоятельной установки и запуска системы, что делает возможным мелкий ремонт и обслуживание без привлечения специалистов. Однако, надо иметь в виду, что многие фирмы отказывают в гарантийном или сервисном обслуживании, если установка производилась посторонними людьми.