КПД теплового насоса: как выбрать лучший агрегат по данному показателю

Тепловой насос — это инновационная система, которая позволяет одновременно организовать отопление, горячее водоснабжение и кондиционирование в доме. В отличие от других систем, теплонасос использует электроэнергию + альтернативные источники тепла: воду, воздух или грунт. На рынке сейчас столько вариантов установок, что сложно сразу понять, какой тепловой насос лучше. В этой статье мы расскажем, что такое КПД теплового насоса, сравним виды установок и поможем выбрать наиболее подходящую модель.

Как теплонасос обогревает дом?

Принцип работы теплонасоса схож с холодильником: прибор черпает тепло из холодильной камеры и сбрасывает его в окружающую среду. Только в случае с ТН, система черпает тепло из природных источников и «сбрасывает» его в помещения, отапливая дом. Впрочем, если теплонасос запустить в обратном порядке он станет кондиционировать комнаты, что еще больше подчеркивает на его «родство» с рефрижераторами. 

Цикл в работе теплонасоса

1. Теплоноситель, циркулирующий во внешнем контуре теплонасоса, нагревается от природного источника;
2. Затем жидкость подается в агрегат, где она отдает энергию хладагенту во внутреннем контуре, например, фреону. (А затем возвращается на улицу за новой порцией тепла).
3. Фреон испаряется и отправляется в компрессор, где разогревается до 80-90°C;
4. Затем, в конденсаторе, он остывает и сжижается: тепловая энергия обогревает дом;
5. Фреон, в жидком состоянии, отправляется на старт, где испаряется от тепла внешнего контура.

Проблема с КПД теплового насоса

Многие из вас видели утверждения типа «КПД теплонасоса от 200 до 500%». Вроде ничего странного, но с научной точки зрения это абсурд. Коэффициент полезного действия не может быть более 100%, а ошибка находится в формуле, которая не учитывает «источник тепла». Но мы можем понять почему допускается такая терминология.

Высказыванием «КПД 500%» производители хотят сказать, что при затратах в 1 кВт электроэнергии, мы получим в 5 раз больше кВт тепла. Это понятно покупателям, поэтому и удобно продавцам. 

Однако такое соотношение называется COP (coefficient of performance) — показатель, который выражает отношение затраченной энергии (электричества) к выработанному теплу. 

Расчет СОР теплонасоса

Применяем формулу: СОР = t2 / (t2 – t1), где:

• t1 — температура источника;
• t2 — температура воды в радиаторах отопления;

! Перед расчетами температуру нужно привести к системе СИ, а значит перевести в градусы Кельвина. Чтобы преобразовать температуру по Цельсию, к её значению прибавляем 273. 

Сравнение КПД разных теплонасосов

Мощность теплового насоса меняется в зависимости от температуры и, как следствие, сложен в расчетах. Ниже указаны средние значения, которые заявляют производители. 

КПД теплового насоса «воздух-вода» и «воздух-воздух»

Воздушные теплонасосы очень популярны, благодаря доступной цене и простоте монтажа. Так как температура воздуха нестабильна, коэффициент полезного действия ТН тоже динамичен, а при сильных морозах может падать до минимума. 

Поэтому недорогие теплонасосы резонно покупать в странах, где зимой температура редко опускается ниже ноля. В Украине, а особенно в северной части страны, работают только низкотемпературные модели — они смогут выдавать до 150-300% КПД в мороз -30°C, тогда как обычный теплонасос покажет такую же эффективность при -5°C.

Отопление и кондиционирование в квартире с помощью теплонасоса «воздух-воздух».
Изображение с сайта – https://shop.alterair.ua/ru/otoplenie/teplovye-nasosy 

Эффективность систем «вода-воздух» и «вода-вода» 

Теплонасосы, питающиеся теплом водоема имеют большую стабильность, чем их воздушные аналоги. Однако все же они имеют тенденцию терять мощность в течении зимы, и до момента, когда воды начнут прогреваться весенним солнцем. В среднем такие тепловые насосы обладают КПД от 150 до 400%, в зависимости от температуры воды в течение года. 

Стабильность геотермальных теплонасосов

Внешний контур геотермального теплонасоса можно реализовать двумя способами:

• Можно опустить контур в глубокие скважины, минимум до водоносного горизонта или слоя грунта, который не промерзает даже в самые лютые морозы;
• Или уложить трубы горизонтально, подняв слой земли, но здесь также нужно помнить о толщине мерзлоты в зимний сезон. 

КПД геотермального насоса будет всегда на уровне 400-800%, независимо от того, температуры воздуха.

Почему реальный КПД часто отличается от заявленного?

Заявленный коэффициент полезного действия — это эффективность при идеальных условиях, однако в реальности природа динамична. 

• Наиболее динамичными будут воздушные теплонасосы: КПД их работы может измениться в 3-4 раза всего за сутки. 
• Водяные системы также могут потерять эффективность в несколько раз, но сделают это постепенно, в течение всего холодного сезона. 
• А вот геотермальные установки чаще оправдывают характеристики, заявленные производителем. Все потому что земля на глубине 10+ метров всегда имеет температуру 7-12°C, а это температура, при которой теплонасосы весьма эффективны.

Важен ли КПД при выборе теплонасоса?

Да, в любом случае, чем выше КПД, заявленный производителем, тем больше экономия. Поэтому выбрать тепловой насос с самым высоким коэффициентом полезного действия — это логично. Но заметим, что при выборе не менее важны такие показатели:

• Наиболее доступный для вас источник тепла. Например, каким бы эффективным не был геотермальный теплонасос, в квартире вам все равно придется выбирать среди воздушных агрегатов. 
• Сложность и стоимость монтажа. Например, если собственник не может позволить себе бурение скважин по 30 метров или земляные работы, он выберет или водную, или воздушную систему.
• Также важно смотреть на доступный функционал и мощность — система должна удовлетворять всем вашим требованиям.
• Не менее важна стоимость агрегата, ведь каждый должен вложиться в доступный ему бюджет.
• Не забывайте про надежность бренда — он должен быть хоть немного известным и иметь своих благодарных пользователей в интернете.