Тепловые насосы в частных домах

Тепловые насосы в частных домах

Тепловой насос не производит тепло, а переносит его из грунта, воды или наружного воздуха в дом. Платите вы только за работу компрессора, поэтому на каждый затраченный киловатт-час электричества установка отдаёт 3–5 кВт·ч тепла. Взамен она требует низкотемпературного контура, места под коллектор и запаса по электрическому вводу. Управляющая автоматика и датчики для таких систем лежат в разделе Автоматика для отопления. Разберём цикл, три источника тепла, требования к отоплению дома и слабые места.

Цикл, хладагент и коэффициент преобразования

Внутри работает тот же обратный цикл, что и в холодильнике. Хладагент в испарителе кипит при низкой температуре и забирает тепло у внешней среды, компрессор сжимает пар и поднимает его температуру, конденсатор отдаёт тепло в систему отопления, а расширительный клапан возвращает жидкость к началу круга. Термодинамику этого процесса описал Сади Карно ещё в 1824 году. Принципиальная схема с тех пор не изменилась ни в одном узле.

Эффективность меряют коэффициентом преобразования COP. Значение 4 означает, что на один киловатт-час, потраченный компрессором и насосами, дом получает четыре киловатт-часа тепла, и именно этот множитель отличает тепловой насос от обычного ТЭНа с его жёсткой единицей. Цифру из рекламного буклета читайте вместе с условиями, при которых её получили. Её всегда указывают для конкретной пары температур.

COP падает вместе с разницей температур между источником и контуром отопления. Грунтовый насос работает стабильно весь сезон, потому что температура на глубине держится около 5–10 °C круглый год, а воздушный к морозу −20 °C теряет заметную долю мощности и переходит на встроенный электрический догрев. Разница между 3 и 4,5 по COP — это треть счёта за зиму.

Воздух, грунт или вода

Воздушный насос самый дешёвый и простой в установке. Наружный блок вешают на стену или ставят на раму, земляных работ нет вовсе, а запуск занимает день-два вместе с обвязкой, что делает схему разумной для дома, где уже есть газ или электрокотёл в резерве. Полноценно зимой он тянет до −15…−20 °C. Ниже включается бивалентный режим.

Грунтовый горизонтальный коллектор укладывают ниже глубины промерзания, обычно на 1,2–1,5 м. Съём тепла с суглинка составляет порядка 25–35 Вт на квадратный метр петли, поэтому участок под коллектор нужен в два-три раза больше отапливаемой площади дома, и застроить его потом уже нельзя. Деревья над петлями коллектора не сажают, потому что корни рано или поздно повредят трубу. Сад и огород допустимы.

Вертикальные зонды экономят участок, но требуют бурения. Скважины глубиной 80–150 м дают устойчивые 40–60 Вт с погонного метра независимо от погоды, и по стабильности это лучшее решение, хотя стоимость бурения обычно превышает цену самого оборудования. Вода из водоёма или скважины — отдельный случай. Там первым делом считают дебит источника и его температуру в самый холодный месяц.

Низкотемпературный контур в доме

Тепловой насос любит низкую температуру подачи. При 35 °C он работает в лучшей точке своей характеристики, при 50 °C коэффициент падает почти вдвое, а при 70 °C большинство бытовых моделей просто не выйдет на режим и уйдёт в защиту по давлению. Поэтому базовый прибор отопления здесь — тёплый пол, а не радиатор. Комплектующие собраны в разделе Водяной тёплый пол.

Радиаторы тоже работают, но их приходится пересчитывать. Под график 45/35 вместо привычного 80/60 нужны приборы примерно вдвое большей площади, иначе дом не наберёт температуру в мороз и хозяин начнёт греться электрическим догревом, обнуляя всю экономию. Подбор приборов разобран в разделе Радиаторы и арматура. Устройство напольного контура описано в материале Тёплый водяной пол: как работает, зачем нужен и как его установить.

Утепление дома здесь важнее марки оборудования. Насос с COP 4 в доме с теплопотерями 15 кВт потребует 3,75 кВт электрической мощности, а тот же дом после утепления стен и замены окон снизит потребность вдвое и позволит поставить аппарат меньшего типоразмера. Считать нужно именно в таком порядке, иначе оборудование подбирается под несуществующий дом. Сначала контур дома, потом источник тепла.

Электрика, буфер и обслуживание

Компрессор — главный потребитель и главный расходник. Модели до 8–10 кВт обычно рассчитаны на 220 В, более мощные требуют трёх фаз, а пусковой ток без устройства плавного пуска в разы превышает рабочий и заметно просаживает сеть в посёлке. Инверторный компрессор эту проблему снимает. Он же экономит ресурс за счёт плавной модуляции.

Буферная ёмкость защищает компрессор от тактования. Объём берут из расчёта 20–30 литров на киловатт мощности установки, и без такого бака короткие циклы включения за зиму съедают ресурс, рассчитанный на десять с лишним лет непрерывной работы. Минимальное время цикла указывают в паспорте. Обычно это 6–10 минут.

Обслуживание сводится к простым вещам, но пропускать их нельзя. Раз в сезон чистят теплообменник наружного блока и дренаж оттайки, проверяют давление в контуре рассола и работу циркуляционных насосов, а раз в несколько лет контролируют массу заправки хладагента. Сравнение с другими источниками тепла есть в обзоре Виды отопителей для частного дома.

Частые вопросы

Работает ли тепловой насос в мороз

Грунтовый работает без оговорок: температура на глубине 1,5 метра держится около 5–10 °C круглый год и от погоды почти не зависит. Воздушный уверенно тянет до −15…−20 °C, а дальше его производительность падает настолько, что включается встроенный электрический догрев или второй источник тепла, и экономия на этом заканчивается. Для средней полосы обычно закладывают бивалентную схему. Точку переключения задают в настройках.

Какой COP считать реальным

Паспортное значение всегда указано для конкретной пары температур, чаще всего для источника 7 °C и подачи 35 °C. В реальном сезоне важнее усреднённый показатель за всю зиму, и он получается ниже паспортного: у воздушных моделей в средней полосе выходит порядка 2,5–3,5, у грунтовых — 3,5–4,5 при условии низкотемпературного контура. Радиаторы с подачей 55 °C роняют цифру заметно. Тёплый пол её поднимает.

Сколько места нужно под грунтовый коллектор

Горизонтальную петлю укладывают ниже глубины промерзания, обычно на 1,2–1,5 метра, а съём с суглинка составляет 25–35 Вт на квадратный метр. Отсюда простая прикидка: под дом с теплопотерями 10 кВт потребуется участок площадью в два-три раза больше отапливаемой, и застроить или залить его после укладки уже не получится. Вертикальные зонды по 80–150 метров решают вопрос места. Стоимость бурения при этом выше самого оборудования.

Можно ли подключить тепловой насос к обычным радиаторам

Технически да, экономически почти всегда нет. Насос выходит на лучший режим при подаче 35 °C, а типовые радиаторы рассчитаны на график 80/60, поэтому для работы с низкой температурой их площадь приходится увеличивать примерно вдвое или переходить на тёплый пол. Иначе дом добирает тепло электрическим ТЭНом. Смысл дорогой установки при этом теряется, а счёт за электричество растёт.

Что ломается в тепловом насосе

Первым изнашивается компрессор, особенно если система работает короткими циклами без буферной ёмкости объёмом 20–30 литров на киловатт. Дальше по частоте идут четырёхходовой клапан реверса, датчики температуры и давления, плата управления и циркуляционные насосы контура рассола, а утечка хладагента чаще всего находится на вальцовке. Ежегодная чистка теплообменника снимает половину проблем. Дренаж оттайки проверяют перед каждой зимой.

Нужен ли резервный источник тепла

Для воздушной схемы в средней полосе — обязательно, хотя бы в виде встроенного ТЭНа. Грунтовая система обходится без резерва по теплу, но остаётся электрозависимой целиком, поэтому при частых отключениях держат генератор или хотя бы ИБП на циркуляционные насосы и автоматику. Морозная неделя без света разморозит контур. Схему резервирования продумывают на этапе проекта.