Тепловой насос для отопления дома: воздух-вода, мороз и окупаемость

Как он работает и что такое COP

Тепловой насос не производит тепло, а переносит его: забирает у холодного наружного воздуха или грунта и отдаёт в дом. Внутри работает тот же цикл, что в холодильнике, только наоборот. Электричество тратится не на нагрев, а на работу компрессора, и поэтому тепла получается больше, чем потрачено энергии.

Отношение полученного тепла к затраченному электричеству называется коэффициентом преобразования, COP. Значение COP 4 означает, что на один киловатт электричества пришло четыре киловатта тепла.

Главное, что нужно знать про эту цифру: она не постоянная. COP зависит от разницы между температурой источника и температурой подачи в систему. Чем холоднее на улице и чем горячее нужна вода в контуре, тем ниже коэффициент. При плюс семи градусах насос выдаёт около четырёх, при минус семи ближе к трём, при минус двадцати опускается к двум.

Поэтому в рекламе фигурирует COP, а в расчётах пользуются сезонным коэффициентом SCOP: он усредняет работу за весь отопительный период с учётом реальной погоды региона. Именно SCOP определяет годовой счёт за электричество, и спрашивать у поставщика надо его.

Воздух-вода или геотермальный

Воздух-вода берёт тепло из наружного воздуха. Снаружи стоит блок, похожий на большой кондиционер, внутри гидромодуль, связанный с системой отопления. Монтаж простой, земляных работ нет, цена входа ниже всех. Минус очевиден: источник тепла зависит от погоды, и в самый холодный день, когда дому нужно максимум, насос выдаёт минимум.

Геотермальный берёт тепло из грунта, где ниже глубины промерзания температура держится около плюс пяти-десяти круглый год. Отсюда его главное достоинство: эффективность почти не падает зимой. Контур бывает горизонтальный, уложенный петлями на глубине полутора-двух метров, или вертикальный, с зондами в скважинах.

Плата за это земляные работы. Горизонтальный коллектор требует большой свободной площади участка, которую потом нельзя застраивать и засаживать деревьями. Вертикальные скважины площади не требуют, но бурение стоит дороже самого оборудования.

Практический расклад для Подмосковья: воздух-вода ставят чаще, потому что вход в несколько раз дешевле, а современные модели работают до минус двадцати пяти. Геотермальный берут там, где нужна максимальная автономность и есть место под контур, и решают это на стадии генплана, вместе с посадкой дома.

Что происходит в мороз

Это главный вопрос к тепловому насосу в нашем климате, и честный ответ такой: в сильный мороз он продолжает работать, но перестаёт быть выгодным.

Происходит одновременно две вещи. Теплопотери дома растут, потому что на улице холоднее. А производительность насоса падает, потому что забирать тепло из морозного воздуха тяжелее. Графики сходятся в точке, которую называют точкой бивалентности: ниже этой температуры насос уже не покрывает потребность дома в одиночку.

Дальше включается резерв. В большинстве установок это встроенный электрический нагреватель, и в этот момент система работает как обычный электрокотёл, с соответствующим счётом. Поэтому грамотная схема всегда бивалентная: насос закрывает основную часть сезона, резервный источник подхватывает пиковые морозы.

Вторая особенность зимы оттайка наружного блока. На теплообменнике при около нулевой температуре и высокой влажности намерзает иней, и насос периодически переключается на обратный цикл, чтобы его растопить. В эти минуты он не греет, а тратит энергию. Это нормальная работа, но означает, что под блоком нужен отвод талой воды, иначе к весне он вмёрзнет в собственный лёд.

И момент, о котором думают в последнюю очередь: наружный блок шумит. Не громко, но постоянно, и ставить его под окном спальни или вплотную к забору соседа не стоит.

Каким должен быть дом

Здесь кроется причина большинства разочарований. Тепловой насос нельзя просто поставить вместо котла в уже готовый дом и ждать экономии.

Дело в температуре подачи. Классическая радиаторная система рассчитана на воду в шестьдесят-семьдесят градусов. Чтобы нагреть её до такой температуры, насосу приходится работать на пределе, и COP падает до двух, а то и ниже. Вся экономия исчезает.

Поэтому тепловому насосу нужна низкотемпературная система: тёплый пол с подачей в районе тридцати пяти градусов. На такой температуре насос работает в своём лучшем режиме. Если в доме есть радиаторы, их подбирают увеличенными, чтобы они отдавали нужное тепло при низкой подаче.

Второе условие утеплённый дом. Насос выгоден там, где теплопотери невелики и мощность нужна умеренная. В доме с холодными стенами и панорамным остеклением без тёплого контура он превращается в дорогой электрокотёл.

Третье буферная ёмкость. Она сглаживает работу и защищает компрессор от частых пусков, которые убивают его быстрее всего. Место под неё и под гидромодуль закладывают в котельной на стадии проекта.

Отсюда вывод: решение о тепловом насосе принимают до проектирования инженерии, а лучше до проектирования дома. Тогда под него считаются теплопотери, шаг трубы тёплого пола и площадь котельной.

Электричество и окупаемость

Начнём с сети. Насос тепловой мощностью двенадцать киловатт при коэффициенте три потребляет около четырёх киловатт электричества, плюс резервный нагреватель, который в мороз добавляет ещё несколько. Значит выделенной мощности нужно не меньше пятнадцати киловатт, и обычно требуется три фазы. Это первое, что проверяют: если на участок заведено пять киловатт, разговор о тепловом насосе на этом заканчивается.

Второе стабильность подачи. При отключении света дом остаётся без отопления полностью. В посёлках с частыми перебоями к насосу нужен генератор, и его мощность считают вместе с пусковыми токами компрессора.

Теперь про деньги, и здесь ответ неудобный. Если к дому подведён магистральный газ, тепловой насос по деньгам почти никогда его не обыгрывает. Газ в пересчёте на киловатт тепла дешевле электричества настолько, что даже четырёхкратный коэффициент преобразования не перекрывает разрыв, а вход в насос дороже газового котла в несколько раз. Аргументы за него в этом случае не финансовые: отсутствие дымохода и котельной с требованиями по объёму, охлаждение летом тем же оборудованием, независимость от подключения.

А вот если газа нет и подвести его нельзя, картина переворачивается. Сравнивать надо не с газом, а с тем, что реально доступно: электрокотлом, дизелем или сжиженным газом. Против электрокотла насос выигрывает в разы, потому что на тот же киловатт тепла тратит втрое меньше электричества. Против дизеля выигрывает и в деньгах, и в удобстве: не нужны ёмкость, заправки и запах.

Если коротко: тепловой насос это не замена котлу, а другой способ проектировать дом. Там, где он заложен с самого начала и газа нет, он окупается и работает годами. Там, где его поставили последним в готовый дом с радиаторами, он разочаровывает и в этом виновато не оборудование.