Просте пояснення принципу дії теплового насоса

Тепловий насос дозволяє використовувати для опалення безкоштовну енергію довкілля. Енергія, що міститься в повітрі, ґрунті чи воді, передається теплоносію опалювальної системи. Нижче ми пояснимо, як енергія довкілля зігріває ваш будинок.

Як влаштована система

Опалювальна система на базі теплового насоса використовує безкоштовну енергію довкілля для опалення та гарячого водопостачання. Щоб це працювало, потрібні такі основні компоненти: система джерела тепла, сам тепловий насос і система використання тепла. Система джерела тепла включає всі компоненти для отримання корисної енергії з природного джерела. Наприклад, якщо ми кажемо про тепловий насос повітря/вода, потрібен вентилятор або повітропровід. Тепловий насос розташовується між джерелом енергії та системою опалення. Він містить контур холодильного агенту і забезпечує підняття температури теплоносія до належного рівня, використовуючи тепло повітря, землі або води.

Система використання тепла – це система опалення в будівлі. Окрім насосів, арматури і трубопроводів опалення, вона також включає нагрівальні прилади та пристрої для підігріву води. Також вигідно мати буферну ємність, щоб система опалення працювала ефективніше.

Принцип дії теплового насоса

Коли система опалення працює, енергія довкілля передається на холодильний агент. Температура холодильного агенту зростає, при цьому його агрегатний стан змінюється від рідкого до газоподібного. Цей фазовий перехід є необхідною умовою для наступного кроку, а також для роботи теплового насоса взагалі. Газоподібний холодильний агент стискається за допомогою компресора, що працює на газі чи електроенергії.

Це підвищує тиск газоподібного холодоагенту, і разом з тим його температуру. Коли досягається задана величина температури, холодильний агент надходить на теплообмінник та віддає своє тепло нагрівальному контуру. Температура холодильного агенту знижується, і він знову поступово переходить у рідкий стан. Після проходження через спеціальний дросельний клапан холодильний агент охолоджується і досягає свого початкового стану – після цього цикл повторюється спочатку.

Економний режим роботи завдяки низькій різниці температур

Тепловий насос працює досить економним та ефективним, але тільки при порівняно низькій різниці температур. Оскільки при цьому компресор мусить менше працювати, і споживання електричної енергії зменшується. Щоб витрати на опалення при використанні теплового насоса були низькими, зовнішнє джерело тепла має бути порівняно теплим, а температура подачі системи опалення – невисокою. Це можливо в енергоефективних будинках, нових або відремонтованих, з системою панельного опалення (опалення не через радіатори, а через трубки, вбудовані в підлогу, стіну чи стелю).

Разом вигідніше: тепловий насос і сонячні колектори

Вигідним для домовласників є поєднання теплового насоса з сонячними колекторами для гарячого водопостачання. Це компактна і вигідна в роботі установка: тепловий насос працюватиме менш інтенсивно, бо гаряче водопостачання буде забезпечене за рахунок безкоштовної енергії Сонця. Якщо тепловий насос використовується виключно для опалення приміщень, достатньою буде невисока температура теплоносія. При зменшенні різниці температур, витрати на опалення зменшуються.

Джерела енергії для опалення

Якщо власник будинку обирає в якості системи опалення тепловий насос, він має до вибору різноманітні джерела енергії. Типовими варіантами є енергія повітря, ґрунту або ґрунтових вод. 

Принцип роботи теплового насоса повітря/вода

Повітря – це найдоступніше з усіх джерел тепла. Все, що потрібно – це вентилятор, який подає навколишнє повітря на випаровувач теплового насоса. Якщо основний блок установлений в приміщенні, власникові будинку також потрібні канали, які з’єднують решітку в зовнішній стіні з блоком теплового насоса. Альтернативою є спліт-система, яка складається з внутрішнього і зовнішнього блоків. Теплові насоси повітря/вода дешевші порівняно з іншими типами –  проте вони витрачають більше електричної енергії, особливо при низьких температурах надворі.

Теплові насоси розсіл/вода використовують енергію поверхневого шару ґрунту

Ефективною альтернативою є тепловий насос, який використовує тепло верхніх шарів ґрунту за допомогою спеціального розсільного контуру. Для цього в землю закладають труби, заповнені водою (чи розсолом) з додаванням незамерзаючої рідини – антифризу. Розсіл відбирає безкоштовне тепло ґрунту. Далі, нагрівшися, він направляється на випаровувач і передає енергію в контур холодильного агента. Відбір тепла від ґрунту відбувається у вертикальних зондах, геотермальних колекторах та від скручених спіральних труб (кошиків). Це робить систему більш ефективною та зменшує витрати на опалення.

Теплові насоси вода/вода: енергія ґрунтових вод

Також теплові насоси можуть відбирати тепло від ґрунтових вод. Ґрунтові води за допомогою насоса подачі всмоктуються з колодязя і проходять у випаровувач. Порівняно з іншими джерелами тепла, вони дозволяють отримати найвищу температуру. Втім, ґрунтові води є досить дорогим джерелом тепла, і вони можуть використовуватися лише в тому випадку, якщо відповідають вимогам щодо якості води. Дотримання цих вимог важливе як для ефективної роботи теплового насоса, так і для захисту джерела питної води. 

Підсумки від Александра Розенкранца

Використання теплових насосів дозволяє опалювати будинки безкоштовною енергією довкілля. Тепловий насос отримує теплову енергію від повітря, води або ґрунту, і за допомогою спеціального процесу нагріває теплоносій до належної температури. Головним компонентом установки є холодильний агент, який багаторазово випаровується, стискається та зріджується. Більш вигідно застосовувати теплові насоси в низькотемпературних системах опалення. Сполучення теплових насосів із сонячними колекторами для гарячого водопостачання дозволяє ще більше підвищити ефективність системи.