Типи теплових насосів для опалення: види, переваги та застосування

Ви вирішили якісно модернізувати свою систему опалення та додати можливість ГВП (гаряче водопостачання) та кондиціювання, або підбираєте обладнання, яке вирішило б усі завдання для проекту будинку якнайкраще? Звичайно, Ваш вибір - тепловий насос.  Альтернативи просто немає. Це енергоефективне загальне технічне рішення для опалення, підігріву води та охолодження приміщень.

Першим кроком для забезпечення опалення стане важливе питання – який тип теплового насоса (ТН) найкраще підходить для Ваших цілей. Точніше, яке джерело відновлюваної енергії найбільш раціонально та економічно вигідно застосувати для Вашого проекту: ґрунт, воду чи атмосферне повітря.

За цією ознакою розрізняють такі основні типи ТН: ґрунтові (грунт-вода), водяні (вода-вода) та повітряні (повітря-вода або повітря-повітря). Розглянемо особливості застосування кожного з цих типів.

У такій системі тепло витягається з ґрунту, і далі передається в контур опалення та гарячого водопостачання (ГВП). Температура поверхневого шару землі або на глибині завжди позитивна, тому такий тип обладнання є ідеальним варіантом зі стабільною продуктивністю протягом усього року. Але реалізувати проект можна за наявності деяких передумов.

Як працює таке обладнання та як воно облаштоване? Біля будинку є значний простір – земельна ділянка, де на глибину (більше, ніж глибина промерзання для даного регіону) укладаються труби горизонтального колектора. Їх можна укласти в траншеї або котлован, вириті екскаватором. Місця укладання надалі не варто засаджувати деревами, оскільки земля тут має якісно прогріватись сонцем.

Якщо ділянка біля будинку невелика, можна бурити углиб кілька віддалених на 6-8 метрів вертикальних свердловин; глибина (до 40м і глибше) та кількість свердловин залежать від геологічної будови ґрунту. Найкраще підходять вологі та прохідні для буріння породи ґрунту. Як джерело тепла також може використовуватися ставок або водоймище достатнього обсягу, куди для теплознімання на глибину укладаються кільця трубного колектора. Головне, щоб водоймище взимку не промерзало на всю глибину.

 Мінуси

• Вартість обладнання та всіх монтажних робіт обійдеться дорожче, ніж для водяних або повітряних теплових насосів, зате річне енергоспоживання – мінімальне порівняно з іншими типами ТН;
  
• Важкі монтажні роботи: без досвідчених фахівців, які вже встановлювали таку систему, не обійтися.

Переваги 

• 100% покриття навантажень з опалення, підігріву води та охолодження будинку;
  
• Максимальне зниження енерговитрат під час використання низькотемпературних систем опалення;
• Стабільно дуже високий COP;
• Тиха робота;
• Легке енергоефективне керування;
• Екологічна чистота;
• Електро- та пожежна безпека;
• Безвідмовна робота упродовж десятків років.

Великою перевагою є те, що для розміщення даного обладнання не потрібні котельня, узгодження проекту, дозволи та постійний контроль.

Принцип роботи: використовується тепло водоймища або ґрунтових вод, де температура завжди позитивна. Хороший варіант при такій системі, якщо є приповерхневі водні горизонти, що  неглибоко залягають, або велика водойма, річка, море, що не замерзає. Вода із свердловин за допомогою насосів подається до контуру ТН, а її тепло передається до будинку, після чого охолоджена вода скидається через іншу свердловину. Інший варіант - вода забирається з водойми і повертається назад у водойму в іншому місці. Тому потрібні досить потужні насосні установки, потрібне очищення води, а головне – щоб був достатнім дебет води.

Кількість свердловин для забезпечення необхідної теплової потужності визначає точний теплотехнічний розрахунок. Але є багато проектів опалення для промислових чи приватних об'єктів із використанням ТН «вода-вода». 

Мінуси

• Енергоспоживання вище, ніж у ґрунтових ТН, зате вартість обладнання та робіт нижча;
  
• За рахунок роботи насосів, потрібний періодичний сервіс;
• Недоліком є недосконала поки що законодавча база на використання надр для встановлення водяного ТН у приватному будинку.

Переваги

• 100% покриття навантажень;
• Енергоефективне обладнання, яке має найвищий COP;
• Найменша вартість монтажу, не потрібні котельні або димарі;
• Екологічна чистота;
• Постійний моніторинг роботи системи, зручне керування.

Навколишнє повітря - невичерпне джерело теплової енергії. Навіть за невеликих мінусових температур повітряний тепловий насос витягує тепло із зовнішнього повітря і багаторазово примножує його, передаючи воді в системі опаленнята ГВС. Витрачаючи 1кВт електроенергії, ми отримуємо до 5 кВт тепла! Але ефективність роботи  теплового насоса повітря-вода залежить від зовнішньої температури: що нижче температура «за бортом», то більше енергії витрачається для отримання необхідної кількості тепла. Він буде працювати і при -25 ° C, але з набагато нижчою ефективністю. Тому при виборі «повітряника» враховуються кліматичні умови регіону, середньорічні температури та кількість морозних днів на рік.

Ефективніше та раціональніше буде використовувати таке обладнання з перемиканням на альтернативну систему – наприклад, електронагрівач, газовий або твердопаливний котел. Встановлюючи повітряний тепловий насос, при синхронізації системи з газовим опаленням досягається максимальна економія енергоресурсів, адже тепер котел увімкнеться лише кілька днів на рік. Хоча можлива робота повітряного ТН як основного джерела тепла з перемиканням у морозні дні на вбудований електронагрівач. Варіацій може бути багато.

Тому для таких ТН, як і, втім, для інших типів, важливим є вибір низькотемпературних контурів нагрівальних, таких як тепла підлога або система фанкойлів. Тут немає нерегульованих конвекційних потоків, і найкомфортніші температурні умови створюються в зоні перебування людей, а не під стелею. Система з фанкойлами - найбільш зручний вибір для кондиціонування приміщень влітку. 

Відзначимо, що повітряний ТН складається з одного або кількох блоків, причому, блок з вентилятором встановлюється зовні будинку, а внутрішній тихий - компактно на стіні або підлозі. Існує виконання теплового насоса з вбудованим баком для ГВП, або з бойлерами, що окремо стоять, або баками-накопичувачами. Повітряники успішно використовуються для підігріву води і в побутових умовах, і для басейну, і для виробництва. Можуть встановлюватися та працювати з радіаторами, теплою підлогою та фанкойлами, у каскаді для отримання потрібної потужності по теплу/холоду.

Застосовуються

Для встановлення в приватних та багатоквартирних будинках, офісах, лікувальних та навчальних закладах, готелях, пансіонатах та адмін. будинках.

Мінуси

• Такі теплові насоси повністю залежать від температури повітря надворі;
  
• Потрібне встановлення альтернативного опалення на випадок дуже холодних днів;
• Чим нижча температура навколишнього середовища (мінусова), тим більше знижується енергоефективність системи.

Переваги

• Більше половини з усіх установлюваних ТН – повітряні. Вони застосовуються в новобудовах та при модернізації систем опалення та ГВП;
  
• У них найнижча вартість обладнання та монтажних робіт, швидка окупність.
• Це високоефективне енергозберігаюче обладнання із високим COP;
• Немає особливих вимог щодо розміщення внутрішніх та зовнішніх блоків;
• Монтаж простий та швидкий;
• Вони інтегруються в існуючу схему опалення та ГВП;
• Керують роботою кількох контурів опалення та додатковим котлом або нагрівачем.

Якщо необхідні максимум комфорту, стабільна продуктивність протягом усього року і найменші експлуатаційні витрати, а отже, і мінімум енергопотужності, що підводиться до будинку, - це грунтові теплові насоси. Для реалізації цього проекту необхідно виконання умов, перелічених вище, де вартість робіт можна порівняти з вартістю устаткування.

Судячи зі статистики вже реалізованих у світі проектів – для більшості об'єктів підходить саме повітряний тепловий насос «повітря-вода». Це мінімальні капіталовкладення за максимальної функціональності та оптимальних енерговитрат. Потрібно лише правильно підібрати модель. Враховуються характеристики будівлі, потрібні функції (опалення, ГВП, кондиціювання), необхідна температура в системі опалення (для теплої підлоги +35…+45 °C, для радіаторів до +65…+80 °C), необхідна кількість гарячої води, можливість приєднання інших джерел тепла (сонячних колекторів, котлів) та інші умови. У будь-якому випадку, підбір теплового насоса погоджуйте зі спеціалістами.

Підсумок – який тип теплового насоса вибрати, залежить від Ваших можливостей, особливостей довкілля та клімату, побажань.