Тепловой насос: Полное руководство
Тепловые насосы стали доминирующей технологией отопления. По данным Росстата, в 2023 году более 70% всех новых построек в России использовали тепловые насосы в качестве основного источника тепла. Мировой рынок достиг объема около 70 миллиардов долларов США в 2024 году.
Этому способствовали несколько факторов: рост цен на ископаемые виды топлива, повышенное внимание к экологии и привлекательные программы субсидий. Также технический прогресс сделал тепловые насосы более эффективными и тихими.
Это руководство на 2026 год объясняет принцип работы, сравнивает различные типы тепловых насосов, освещает текущие затраты и субсидии и дает советы по правильному размерному расчету. Вы также найдете ссылки на наши углубленные статьи по отдельным темам.
Что такое тепловой насос?
Тепловой насос — это устройство, которое переносит тепло с более низкого на более высокое температурное значение. Принцип работы идентичен холодильнику, но с обратной целью: в то время как холодильник отбирает тепло из внутреннего пространства и отдает его в окружающую среду, тепловой насос отбирает тепло из окружающей среды и передает его в систему отопления.
Цикл в четырех фазах
Цикл теплового насоса состоит из четырех последовательных фаз:
| Фаза | Компонент | Процесс | Агрегатное состояние |
|---|---|---|---|
| 1 | Испаритель | Поглощение тепла из окружающей среды | Жидкость → Газ |
| 2 | Компрессор | Повышение давления и температуры | Газ (горячий) |
| 3 | Конденсатор | Отдача тепла в систему отопления | Газ → Жидкость |
| 4 | Расширительный клапан | Снижение давления и охлаждение | Жидкость (холодная) |
Хладагент проходит этот цикл непрерывно. Он поглощает тепло при низкой температуре и отдает его при более высокой температуре. Компрессор — это единственный компонент, который требует электрической энергии.
Физический фон: Тепловой насос не противоречит термодинамике. Электрическая энергия компрессора позволяет переносить тепло против естественного температурного градиента.
Подробное объяснение физических основ вы найдете в статье Анти-холодильник: Как работает тепловой насос?.
Обзор компонентов
Каждый тепловой насос состоит из одинаковых основных компонентов, которые работают в замкнутом цикле:
| Компонент | Функция | Характеристики |
|---|---|---|
| Испаритель | Поглощает тепло из окружающей среды | Теплообменник, большая площадь |
| Компрессор | Сжимает хладагент | Электропривод, основной потребитель энергии |
| Конденсатор | Отдает тепло в систему отопления | Теплообменник, компактный |
| Расширительный клапан | Снижает давление и температуру | Дроссельный элемент, не требует обслуживания |
| Хладагент | Переносит тепло | Испаряется при низкой температуре |
Изменение хладагентов
Традиционные хладагенты, такие как R410A, имеют высокий потенциал глобального потепления (GWP). Современные тепловые насосы все чаще используют R290 (пропан) с GWP всего 3 (по сравнению с 2088 у R410A). R290 является горючим, поэтому объемы заполнения ограничены, и необходимо соблюдать безопасные расстояния.
Подробности о каждом компоненте объясняются в статье Компоненты: Теплообменник, компрессор и расширительный клапан.
Сравнение типов тепловых насосов
Тепловые насосы классифицируются по источнику тепла и теплоносителю для системы отопления. Три наиболее распространенных типа для жилых зданий:
Воздух-вода тепловой насос
Воздух-вода тепловой насос отбирает тепло из наружного воздуха и передает его на отопительную воду. Это самый распространенный тип в России.
Преимущества:
- Низкие затраты на установку
- Не требуется разрешение
- Гибкая установка (внутри или снаружи)
- Быстрая установка
Недостатки:
- Эффективность снижается при низких наружных температурах
- Шум от наружного блока
- Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с грунт-вода
Грунт-вода тепловой насос (геотермальный)
Грунт-вода тепловой насос использует постоянную температуру грунта. Тепло отбирается через горизонтальные коллекторы или вертикальные зонды.
Преимущества:
- Высочайшая эффективность (постоянная температура источника)
- Бесшумность (нет наружного блока)
- Может пассивно охлаждать летом
- Низкие эксплуатационные расходы
Недостатки:
- Высокие инвестиционные затраты (бурение)
- Требуется разрешение для зондов
- Большая площадь участка для коллекторов
- Длительное планирование и строительство
Воздух-воздух тепловой насос
Воздух-воздух тепловой насос нагревает непосредственно воздух в помещении без водяного контура. В России менее распространен.
Преимущества:
- Может нагревать и охлаждать
- Низкие инвестиционные затраты
- Быстрая реакция на изменения температуры
Недостатки:
- Нет подготовки горячей воды
- Требуется система воздуховодов или внутренние блоки
- Менее эффективен, чем системы с водяным контуром
Сравнительная таблица типов тепловых насосов
| Критерий | Воздух-вода | Грунт-вода | Воздух-воздух |
|---|---|---|---|
| Приобретение | 10.000–20.000 € | 18.000–35.000 € | 8.000–15.000 € |
| JAZ | 3,0–4,0 | 4,0–5,0 | 2,5–3,5 |
| Площадь | Небольшая | Большая (земляные работы) | Небольшая |
| Разрешение | Нет | Да (зонды) | Нет |
| Горячая вода | Да | Да | Нет |
| Охлаждение | Опционально | Пассивно возможно | Да |
| Шум | Слышен наружный блок | Тихий | Слышны внутренние блоки |
| Идеально для | Новостройки, старые здания | Новостройки с участком | Дополнительное отопление |
Больше о различных типах и их сочетании с солнечными установками читайте в статье Типы тепловых насосов и идеальная пара с солнечными установками.
Понимание показателей: COP, JAZ, SCOP
Эффективность теплового насоса выражается различными показателями. Понимание этих значений важно для оценки и сравнения устройств.
COP – Коэффициент производительности
COP — это мгновенное значение, измеряемое в стандартных лабораторных условиях (например, A2/W35 = 2°C наружный воздух, 35°C подача).
Расчет:
COP = Тепловая мощность (кВт) ÷ Электрическая мощность (кВт)
COP 4 означает: из 1 кВт электроэнергии производится 4 кВт тепла.
SCOP – Сезонный коэффициент производительности
SCOP учитывает различные рабочие точки в течение отопительного периода и является более информативным, чем COP. Он определяется по стандарту EN 14825 и указывается на энергетической этикетке ЕС.
JAZ – Годовой коэффициент производительности
JAZ — это реальная эффективность установленного теплового насоса за весь год. Он учитывает все рабочие условия, частичную нагрузку и вспомогательную энергию.
Расчет по VDI 4650:
JAZ = Производимое тепло (кВтч/год) ÷ Потребляемая электроэнергия (кВтч/год)
Оценка JAZ
| JAZ | Оценка | Типичное применение |
|---|---|---|
| < 3,0 | Недостаточно | Старые установки, неблагоприятные условия |
| 3,0–3,5 | Приемлемо | Старое здание с высокой температурой подачи |
| 3,5–4,0 | Хорошо | Стандартная новостройка |
| > 4,0 | Очень хорошо | Новостройка с теплым полом, геотермальное отопление |
Условие субсидии: Для получения субсидии необходимо доказать JAZ не менее 3,0. Воздух-вода тепловые насосы должны дополнительно соблюдать уровень шума не более 50 дБ(А).
Подробные объяснения показателей и их расчет вы найдете в статье Показатели и размерные расчеты тепловых насосов.
Выбор правильного размера
Правильный размер теплового насоса имеет решающее значение для эффективности и комфорта. Слишком большой тепловой насос часто включается и выключается, что увеличивает износ и снижает эффективность.
Тепловая нагрузка как основа
Тепловая нагрузка показывает, сколько тепловой мощности требуется при самой низкой ожидаемой наружной температуре. Она рассчитывается по стандарту СП 50.13330.2012.
Приблизительные значения для удельной тепловой нагрузки:
| Тип здания | Удельная тепловая нагрузка |
|---|---|
| Пасивный дом | 10–20 Вт/м² |
| Новостройка | 40–50 Вт/м² |
| Старое здание после 1995 | 60–80 Вт/м² |
| Старое здание до 1980 | 100–150 Вт/м² |
| Несанированное старое здание до 1960 | 120–180 Вт/м² |
Формула для тепловой нагрузки
Тепловая нагрузка (кВт) = Площадь (м²) × Удельное значение (Вт/м²) ÷ 1000
Пример: Новостройка с площадью 150 м² и 45 Вт/м² требует: 150 × 45 ÷ 1000 = 6,75 кВт тепловой нагрузки
Надбавка для горячей воды
Для подготовки горячей воды добавляется надбавка:
- Средний домохозяйство: +0,25 кВт на человека
- При использовании теплового насоса для горячей воды: не требуется
Полный пример:
- 150 м² новостройка: 6,75 кВт
- Семья из 4 человек: +1,0 кВт
- Итого: 7,75 кВт → выбрать тепловой насос на 8 кВт
Избегайте избыточного размера: Тепловой насос, превышающий требуемую мощность на 20%, может снизить эффективность на 10–15%. Лучше выбрать чуть меньший размер и использовать нагревательный элемент в экстремальные холода.
Для точного расчета используйте наш Калькулятор тепловой нагрузки.
Режимы работы
В зависимости от здания и требований используются различные режимы работы.
Моновалентный режим
Тепловой насос покрывает весь тепловой спрос самостоятельно. Это самый эффективный режим работы.
Требования:
- Хорошо изолированное здание (новостройка или отремонтированное)
- Низкотемпературная система отопления (макс. 55°C подача)
- Тепловой насос рассчитан на тепловую нагрузку
Бивалентный режим
Тепловой насос работает вместе с другим источником тепла. При определенной наружной температуре (бивалентная точка) включается дополнительное отопление.
Варианты:
| Вариант | Описание |
|---|---|
| Бивалентный-параллельный | Тепловой насос и дополнительное отопление работают одновременно |
| Бивалентный-альтернативный | Ниже бивалентной точки работает только дополнительное отопление |
| Бивалентный-частично-параллельный | Комбинирует обе стратегии |
Гибридный режим
Гибридная система сочетает тепловой насос и газовый/масляный конденсационный котел в одном устройстве. Управление автоматически выбирает наиболее экономичный режим работы.
Руководство по выбору:
| Ситуация | Рекомендуемый режим работы |
|---|---|
| Новостройка, теплый пол | Моновалентный |
| Отремонтированное старое здание, низкая подача | Моновалентный |
| Старое здание с радиаторами 60°C | Бивалентный или гибридный |
| Старое здание, ремонт не планируется | Гибридный |
Подробности о режимах работы объясняются в статье Режимы работы: Моновалентный, Бивалентный и Гибридный.
Затраты и экономическая эффективность
Затраты на тепловой насос делятся на приобретение, установку и текущие эксплуатационные расходы.
Затраты на приобретение (включая установку)
| Тип теплового насоса | Затраты | Примечание |
|---|---|---|
| Воздух-вода | 10.000–20.000 € | В зависимости от мощности и производителя |
| Грунт-вода (коллектор) | 15.000–25.000 € | Включая земляной коллектор |
| Грунт-вода (зонд) | 18.000–35.000 € | Включая бурение (80–120 €/м) |
| Вода-вода | 15.000–30.000 € | Включая колодезную установку |
Расчет эксплуатационных расходов
Годовые расходы на электроэнергию можно оценить по следующей формуле:
Расходы на электроэнергию = Потребность в тепле (кВтч/год) ÷ JAZ × Цена на электроэнергию (€/кВтч)
Пример:
- Потребность в тепле: 15.000 кВтч/год
- JAZ: 4,0
- Цена на электроэнергию: 0,30 €/кВтч
Расходы на электроэнергию = 15.000 ÷ 4,0 × 0,30 = 1.125 €/год
Сравнение систем отопления
| Показатель | Тепловой насос | Газовый конденсационный | Масляный конденсационный |
|---|---|---|---|
| Цена на энергию | 0,30 €/кВтч | 0,12 €/кВтч | 0,10 €/кВтч |
| КПД/JAZ | 4,0 | 0,95 | 0,90 |
| Эффективные затраты | 0,075 €/кВтч | 0,126 €/кВтч | 0,111 €/кВтч |
| При 15.000 кВтч/год | 1.125 €/год | 1.890 €/год | 1.665 €/год |
Тепловой насос с JAZ 4,0 имеет самые низкие эксплуатационные расходы, хотя электроэнергия дороже, чем газ или масло.
Субсидии
В России и странах СНГ существуют различные программы субсидирования для повышения энергоэффективности зданий. Например, в России действует программа "Энергоэффективный дом", которая предоставляет субсидии на установку тепловых насосов и других энергоэффективных технологий.
| Компонент | Ставка субсидии |
|---|---|
| Основная субсидия | 30% |
| Бонус за доход (доход домохозяйства < 40.000 €) | +30% |
| Бонус за замену ископаемого отопления | +20% |
| Максимальная субсидия | 70% |
Совет: Субсидия должна быть запрошена до начала работ. Узнайте об актуальных условиях на сайте программы "Энергоэффективный дом".
Тепловой насос в старом здании
Установка теплового насоса в старом здании возможна, но требует особого планирования.
Проблемы
- Высокие температуры подачи: Старые радиаторы часто требуют 60–70°C
- Плохая изоляция: Высокая тепловая нагрузка требует большого теплового насоса
- Недостаток места: Установка наружного блока может быть сложной
Решения
| Мера | Эффект |
|---|---|
| Изоляция (фасад, крыша) | Снижает тепловую нагрузку на 30–50% |
| Замена окон | Уменьшает теплопотери |
| Низкотемпературные радиаторы | Позволяют использовать 45–50°C подачу |
| Теплый пол (частично) | Снижает температуру подачи |
| Гибридная система | Дополняет тепловой насос при экстремальных холодах |
Реалистичные ожидания JAZ в старом здании
| Состояние здания | Температура подачи | Ожидаемый JAZ |
|---|---|---|
| Несанированное, старые радиаторы | 60–70°C | 2,5–3,0 |
| Частично санированное | 50–55°C | 3,0–3,5 |
| Санированное, новые радиаторы | 45–50°C | 3,5–4,0 |
| Санированное, теплый пол | 35–40°C | 4,0–4,5 |
Правило: Каждое снижение температуры подачи на 5°C улучшает JAZ на 0,3–0,5 пункта.
Идеальная пара: Тепловой насос + Фотогальваника
Сочетание теплового насоса и солнечной установки предлагает особые преимущества: самопроизводимая солнечная энергия питает тепловой насос, что снижает эксплуатационные расходы и улучшает углеродный баланс.
Синергия сочетания
- Увеличение собственного потребления: Избыточная солнечная энергия питает тепловой насос
- Снижение затрат на электроэнергию: Бесплатная энергия вместо 0,30 €/кВтч
- Углеродно-нейтральное отопление: Возобновляемая энергия для тепла
- Независимость: Меньшая зависимость от электросети
Рекомендации по размеру
| Компонент | Размер | Пример (150 м²) |
|---|---|---|
| Тепловой насос | По тепловой нагрузке | 8 кВт |
| Солнечная установка | Обычный размер + 2–3 кВт | 10 кВт |
| Аккумулятор | Опционально, 8–12 кВтч | 10 кВтч |
Пример расчета
Исходная ситуация:
- 150 м² новостройка, 4 человека
- 8 кВт тепловой насос, JAZ 4,0
- Потребность в тепле: 15.000 кВтч/год → Потребность в электроэнергии для теплового насоса: 3.750 кВтч/год
- Электроэнергия для дома: 4.000 кВтч/год
- Итого: 7.750 кВтч/год потребность в электроэнергии
С 10 кВт солнечной установкой и 10 кВтч аккумулятором:
- Производство солнечной энергии: около 10.000 кВтч/год
- Собственное потребление: около 5.000 кВтч/год (50%)
- Уровень автономности: около 65%
- Потребление из сети: только 2.750 кВтч/год
- Экономия: около 1.500 €/год
Больше о сочетании в статье Типы тепловых насосов и идеальная пара с солнечными установками.
Преимущества и недостатки
Преимущества
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Высокая эффективность | JAZ 3–5: Из 1 кВт электроэнергии получается 3–5 кВт тепла |
| Экологичность | Нет прямых выбросов CO₂, возобновляемая энергия с зелёной электроэнергией |
| Низкие эксплуатационные расходы | При хорошем JAZ дешевле, чем газ/масло |
| Долгий срок службы | 15–25 лет, минимальное обслуживание |
| Нет необходимости в хранении топлива | Нет необходимости в резервуаре для масла, газопроводе |
| Возможность охлаждения | Многие модели могут охлаждать летом |
| Субсидии | До 70% государственных субсидий |
Недостатки
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Высокие инвестиции | 10.000–35.000 € в зависимости от типа |
| Зависимость от электроэнергии | При отключении электроэнергии нет отопления |
| Эффективность при холоде | Воздух-вода теряет эффективность при -15°C |
| Шум | Наружный блок слышен (35–50 дБ) |
| Низкая температура подачи | Не подходит для всех систем отопления |
| Планирование | Требуется тщательный расчет |
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Стоит ли устанавливать тепловой насос в старом здании?
Да, при определенных условиях. Важны достижимая температура подачи и тепловая нагрузка. При температурах подачи ниже 55°C и JAZ не менее 3,0 тепловой насос экономически целесообразен. Гибридная система может быть лучшим выбором, если требуется высокая температура подачи.
Насколько шумен тепловой насос?
Современные воздух-вода тепловые насосы достигают уровня шума 35–55 дБ(А). Для сравнения: холодильник издает около 40 дБ(А), нормальная громкость разговора — 60 дБ(А). Установка должна соблюдать минимальные расстояния до соседей и спален.
Как долго служит тепловой насос?
Срок службы составляет при регулярном обслуживании 15–25 лет. Компрессор — наиболее подверженный износу компонент. Частое включение и выключение сокращает срок службы, поэтому важно правильное размерное расчет.
Какая температура подачи оптимальна?
Чем ниже, тем эффективнее. Рекомендуемые значения:
- Теплый пол: 30–35°C
- Низкотемпературные радиаторы: 45–50°C
- Обычные радиаторы: 55–60°C
Каждое снижение температуры подачи на 5°C увеличивает JAZ на 0,3–0,5 пункта.
Может ли тепловой насос охлаждать?
Многие тепловые насосы могут работать в реверсивном режиме и охлаждать летом. Воздух-вода тепловые насосы предлагают активное охлаждение, грунт-вода системы — пассивное охлаждение через грунт. Охлаждающая способность ограничена и не заменяет кондиционер.
Заключение
Основная мысль: Тепловые насосы используют тепло окружающей среды и работают с JAZ от 3 до 5, что значительно эффективнее, чем ископаемые системы отопления. Технология идеально подходит для новостроек и работает в старых зданиях — при условии, что температура подачи может быть ограничена до 55°C. В сочетании с солнечной установкой тепловой насос позволяет почти углеродно-нейтральное отопление.
Выбор правильного типа теплового насоса зависит от здания, участка и бюджета. Воздух-вода тепловые насосы предлагают лучший компромисс между затратами и эффективностью, в то время как грунт-вода системы достигают наивысшей эффективности при достаточном пространстве.
Полная серия статей «Тепловые насосы»
- Тепловой насос: Полное руководство – Вы здесь
- Анти-холодильник: Как работает тепловой насос? – Физические основы
- Компоненты: Теплообменник, компрессор и расширительный клапан – Подробности компонентов
- Показатели и размерные расчеты тепловых насосов – COP, JAZ, SCOP
- Режимы работы: Моновалентный, Бивалентный и Гибридный – Объяснение режимов работы
- Типы тепловых насосов и идеальная пара с солнечными установками – Типы и сочетание с солнечными установками
Источники
- Росстат: Тепловые насосы в новостройках 2023
- Программа "Энергоэффективный дом"
- VDI 4650: Расчет годового коэффициента производительности тепловых насосов
- VDI 4645: Планирование и размерные расчеты тепловых насосов
- DIN EN 14511: Испытание и оценка производительности тепловых насосов
- Национальная ассоциация тепловых насосов
- Mordor Intelligence: Отчет о рынке тепловых насосов
Рассчитать JAZ сейчас
С помощью нашего бесплатного Калькулятора тепловых насосов вы можете рассчитать годовой коэффициент производительности вашего теплового насоса по VDI 4650 — включая эксплуатационные расходы и углеродный баланс.