Тепловий насос: розрахунок ефективності

Вересень у Києві був холоднішим за кліматичну норму. Про це розповіли в Центральній Геофізичній обсерваторії ДСНС ім. Б Срезневського. Середня температура становила +12,7 °С – а це понад два градуса нижче за норму. У який спосіб опалювати житло найефективніше?

За дослідженнями останніх років лідируючі позиції серед теплового енергоефективного обладнання вже кілька років поспіль займають саме теплові насоси. Незважаючи на назву, парокомпресійні теплові насоси використовуються не тільки для опалення будинку. Вони також можуть виконувати функцію охолодження влітку. Простіше кажучи, теплові насоси переміщають тепло: постачають його всередину вашого будинку, коли холодно, або виводять тепло назовні, коли жарко. Тепловий насос – це унікальний інженерний пристрій, який може виконувати декілька функцій, заощаджуючи витрати на електроенергію.

Хоча багато електричних обігрівачів перетворюють електроенергію, яка їх живить, в тепло, тепловий насос працює інакше. Він забирає тепло з зовнішнього повітря або землі чи підземного водяного горизонту навколо вашого будинку і використовує його для обігріву приміщення. А охолоджує він, видаляючи тепло з вашого дому, а не використовуючи енергію для охолодження повітря ззовні.

Які переваги мають теплові насоси?

Показники ефективності

Однією з ключових характеристик теплового насоса є показник СОР, тобто опалювальний коефіцієнт, або власне «коефіцієнт перетворення». Це відношення кількості виробленого тепла до спожитої електроенергії. В різних моделях теплових насосів він може становити 3-5, а це дозволяє значно економити на електроенергії. Оскільки традиційні обігрівачі, газові чи електричні, працюють шляхом перетворення джерела енергії безпосередньо на тепло, вони, тим самим не є ефективними. Для порівняння показник СОР у електричного котла в ідеальних умовах дорівнює 1, а фактично 0,96-0,98. Зрозуміло, що закон збереження енергії в тепловому насосі не порушується – в кожному елементі насосу витрати енергії дорівнюють корисній роботі плюс супутні втрати, але СОР показує, що тепловий насос не виробляє енергію, а лише її транспортує, перерозподіляє її із одного місця до іншого. До того ж енергію він бере із навколишнього середовища, тобто це енергія, яка вже є, отже тепловий насос використовує відновлювану енергію, витрачаючи дещицю електрики (відновлюваної чи ні) для цього. Тому теплові насоси тепер кваліфікують як джерела відновлюваної енергії.

Рис. 1. Тепловий насос – енергоефективне обладнання для обігріву чи охолодження будинку

Теплові насоси безпечніші за газові котли

Проблема безпеки є чи не найголовнішим фактором, коли справа стосується газових котлів; ви завжди повинні знати про можливість витоку газу або навіть пожежі чи вибуху, які можуть статися. Оскільки теплові насоси не використовують природний газ, тому вони не мають цієї проблеми і, як правило, безпечніші для вашого дому.

А як щодо недоліків?

Початкове встановлення може бути дорогим.

Хоча тепловий насос заощадить вам витрати на електроенергію, його встановлення потребує чималих витрат. Монтаж такого типу системи у вашому домі слід розглядати як інвестицію, і якщо у вас вже є газовий котел або інше джерело тепла, вас можуть відлякати ці витрати.

Як вибрати потужність теплового насоса?

Оскільки повітряний тепловий насос використовує для обігріву будинку тепло навколишнього повітря – він може бути не таким ефективним за низьких температур.

В холодну пору року ефективність теплового насоса зменшується, тобто опалювальний коефіцієнт може становити 2, або навіть 1,5, але навіть в такому разі він в півтора-два рази ефективніший за електричний котел. Коли настає екстремальне похолодання (коли температура навколишнього середовища є нижчою за -25°С) тепловий насос може зупинитись, і тоді для опалення буде використовувати електричний нагрівач (ТЕН), який може бути або вбудований, або зовнішній.

Згідно спостережень гідрометцентру, за останні 5 років у Києві середня температура зовнішнього повітря для опалювального періоду становила +2°С, (див. рис. 2).

Рис. 2. Графік діючих температур протягом опалювального періоду для регіону Києва та області

Використання теплового насоса протягом всього опалювального періоду, навіть незважаючи на наявність доволі низьких температур протягом декількох днів, можливо навіть тижнів, буде значно ефективнішим за інші джерела тепла.

Основна складність у виборі потужності та характеристик теплового насоса – це правильно визначити так звану «точку бівалентності».

«Точка бівалентності» – температура зовнішнього повітря, за якої тепловий насос починає вмикати ТЕН або сигналізує чи підключає інші прилади для забезпечення необхідної потужності опалення. Тобто для нашого клімату, можна обрати тепловий насос номінальною потужністю 10 кВт і до нього додати електричний нагрівач на 4 кВт. Він буде вмикатись тільки тоді, коли тепловий насос не зможе забезпечити комфортні параметри температури у будинку. Дане рішення дає змогу оптимізувати капітальні витрати та зменшує термін повернення вкладених коштів.

Як зменшити первинні капітальні витрати на встановлення теплового насоса?

Зупинимось на цьому більш детально:

Теплова потужність із розрахунку тепловтрат будинку згідно ДБН при розрахунковій зовнішній температурі -22 °С становить 14 кВт. Чи потрібно потужність теплового насоса вибирати рівною чи більшою 14 кВт, якщо середня температура опалювального періоду в Києві становить +2°С?

На графіку, див. рис. 3, можна бачити зміну показника тепловтрат, тобто потрібної потужності системи опалення, в залежності від температури і зміну потужності теплового насоса в залежності від зовнішньої температури. Ці дві лінії перетинаються в одній точці, яка власне і є «точкою бівалентності». Для Києва це значення становить приблизно -7 °С. Тому, аби значно зменшити капітальні витрати, можна вибрати потужність теплового насоса в «точці бівалентності» і вона становитиме 10 кВт. При цьому 90% опалювального періоду буде працювати тепловий насос, а 10% – ТЕН чи інший додатковий обігрівач. До речі, ТЕН може покривати нестачу тепла як самотужки, так і працювати в парі з тепловим насосом, тобто сумісно компенсувати потужність, якої тимчасово не вистачає для покриття тепловтрат.

Рис. 3. Графік визначення точки бівалентності

Де придбати тепловий насос для опалення та охолодження?

Якщо ви вирішите встановити тепловий насос в своєму житлі, вам знадобиться надійна компанія. Однією з таких компаній на ринку України є компанія Aerostar. Це українська компанія-виробник, яка не лише пропонує вибір із доволі широкого каталогу за потреби кожного клієнта індивідуально, але й забезпечує широке сервісне обслуговування обладнання.

Серед пропозицій теплових насосів тут можна знайти обладнання чеського бренду Alpenta різної потужності: 5,5 кВт, 11 кВт, 14 кВт, 16 кВт, 20 кВт та теплові насоси Hitachi Yutaki, які стануть незамінними помічниками у вашому домі.