Типы тепловых насосов и их идеальная комбинация с солнечными системами
Введение: Правильный тепловой насос для каждого случая
Каждое здание уникально и требует продуманной системы отопления. Тепловые насосы бывают разных типов, подходящих для различных областей применения.
Три наиболее распространенных типа тепловых насосов:
- Тепловой насос воздух-вода
- Тепловой насос грунт-вода (геотермальный)
- Тепловой насос воздух-воздух
Название всегда указывает:
- Первое слово: Источник тепла (откуда поступает тепло?)
- Второе слово: Теплоноситель (чем распределяется тепло?)
Тепловой насос воздух-вода
Самый популярный вариант в Германии. Он извлекает тепло из наружного воздуха и передает его в воду системы отопления.
Принцип работы
Наружный воздух (Источник тепла)
│
▼ Вентилятор всасывает воздух
│
Испаритель (Поглощение тепла)
│
▼ Хладагентный контур
│
Конденсатор (Выделение тепла)
│
▼
Вода для отопления → Теплый пол / Радиаторы
Конструкция
- Наружный блок: Испаритель с вентилятором
- Внутренний блок: Компрессор, конденсатор, управление
- Раздельная конструкция: Наружный и внутренний блоки разделены (часто)
- Моноблок: Все в одном устройстве (компактно)
Преимущества
Тепловой насос воздух-вода привлекает своей простой установкой:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Дешевая установка | Нет необходимости в бурении или земляных работах |
| Универсальность | Нет особых требований к участку |
| Быстрая установка | Устанавливается за несколько дней |
| Возможность модернизации | Подходит для существующих зданий |
Недостатки
Использование наружного воздуха имеет и свои недостатки:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Эффективность при холоде | Менее эффективен при низких температурах |
| Шум | Наружный блок может быть слышен |
| Внешний вид | Наружный блок виден |
| Переменная производительность | Зависит от температуры наружного воздуха |
Когда целесообразно?
- Стандартное решение для большинства частных домов
- Когда невозможны земляные работы
- При ограниченном бюджете на установку
- Для модернизации существующих зданий
Тепловой насос грунт-вода (геотермальный)
Этот тепловой насос использует постоянную температуру грунта в качестве источника тепла. Также известен как геотермальный насос.
Что такое "Соляной раствор"?
Соляной раствор = Вода + Антифриз
Эта смесь циркулирует по трубам в земле и транспортирует тепло к тепловому насосу.
Два варианта
Земляные коллекторы (горизонтальные)
- Трубы плоско уложены под землей (1–1,5 м глубиной)
- Требуется большая площадь
- Правило большого пальца: 1 м² площади коллектора = ~25 Вт мощности
Необходимая площадь коллектора зависит от требуемой мощности отопления:
| Мощность отопления | Необходимая площадь |
|---|---|
| 5 кВт | ~200 м² |
| 8 кВт | ~320 м² |
| 10 кВт | ~400 м² |
Земляные зонды (вертикальные)
- Глубокие бурения (40–150 м)
- Меньше требуется места
- Более стабильная температура на глубине
- Правило большого пальца: 1 метр глубины = 40–80 Вт мощности
Необходимая глубина бурения варьируется в зависимости от состава почвы и требуемой мощности:
| Мощность отопления | Глубина бурения |
|---|---|
| 5 кВт | 60–125 м |
| 8 кВт | 100–200 м |
| 10 кВт | 125–250 м |
Преимущества
Использование постоянного тепла земли предлагает значительные преимущества:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Высокая эффективность | Постоянная температура грунта (~10°C) |
| Круглогодичная стабильность | Независимо от температуры наружного воздуха |
| Очень тихий | Нет наружного блока с вентилятором |
| Долговечность | Земляные коллекторы служат десятилетиями |
| Высокий JAZ | Часто более 4,5 |
Недостатки
Высокая эффективность достигается за счет некоторых ограничений:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Высокие затраты на установку | Земляные работы или бурение дороги |
| Необходимость разрешений | Часто требуется для бурения |
| Требуется место | Коллекторы требуют большой площади |
| Не везде возможно | Важен состав почвы |
Когда целесообразно?
- Новое строительство с большим участком (коллекторы)
- Подходящий грунт для бурения
- Долгосрочные инвестиции запланированы
- Максимальная эффективность желаема
Тепловой насос воздух-воздух
Тепловой насос воздух-воздух передает тепло непосредственно через воздух – без использования воды для отопления.
Известен как: Кондиционер!
Кондиционеры в отелях или в более теплых странах – это тепловые насосы воздух-воздух. Они могут:
- Отопление (тепло снаружи внутрь)
- Охлаждение (тепло изнутри наружу)
Два основных варианта
Сплит-система
- Наружный блок: Испаритель/конденсатор
- Внутренний блок: Непосредственная передача тепла в помещение
- Соединены трубопроводами для хладагента
Воздушное отопление с рекуперацией тепла
- Использует вытяжной воздух в качестве источника тепла
- Свежий воздух нагревается за счет отработанного тепла
- Часто используется в пассивных домах
Преимущества
Тепловой насос воздух-воздух особенно полезен в хорошо утепленных зданиях:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Возможность охлаждения | Кондиционер летом |
| Быстрая реакция | Тепло непосредственно в воздухе |
| Дешевая установка | Нет необходимости в системе отопления |
| Регулировка по помещениям | Каждый помещение индивидуально |
Недостатки
Как чисто воздушное отопление, эта система имеет и ограничения:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Нет горячей воды | Требуется дополнительное решение |
| Возможен сквозняк | Теплый воздух вдувается |
| Пыль и аллергены | Важна фильтрация |
| Менее эффективен | По сравнению с воздух-вода при отоплении |
Когда целесообразно?
- Пассивные дома с контролируемой вентиляцией
- Дополнительное отопление для отдельных помещений
- Когда также требуется охлаждение
- В очень хорошо утепленных зданиях
Сравнение типов тепловых насосов
Три типа тепловых насосов различаются по нескольким важным характеристикам:
| Критерий | Воздух-вода | Грунт-вода | Воздух-воздух |
|---|---|---|---|
| Типичный JAZ | 3,0–4,0 | 4,0–5,0 | 2,5–3,5 |
| Затраты на установку | Средние | Высокие | Низкие |
| Эксплуатационные расходы | Средние | Низкие | Средние |
| Требуется место | Небольшое | Большое | Небольшое |
| Горячая вода | Да | Да | Нет |
| Возможность охлаждения | (С дополнением) | (С дополнением) | Да |
| Шум | Средний | Очень тихий | Средний |
| Необходимость разрешений | Редко | Часто | Редко |
Идеальная комбинация: Тепловой насос + Солнечная система
Что может быть лучше устойчивой технологии? Две объединенные устойчивые технологии!
Комбинация теплового насоса и солнечной системы может сделать ваш дом полностью углеродно-нейтральным.
Почему это так хорошо сочетается?
Эти две технологии идеально дополняют друг друга, как показано в этой таблице:
| Компонент | Поставляет | Требует |
|---|---|---|
| Солнечная система | Электричество | Солнце |
| Тепловой насос | Тепло | Электричество |
Солнечная система производит днем электричество – именно тогда, когда работает тепловой насос!
Принцип работы комбинации
Солнечные модули
│
▼ Солнечная энергия
│
Инвертор ──────┬──► Тепловой насос
│
├──► Домашнее хозяйство
│
└──► Аккумулятор (опционально)
Преимущества комбинации
Комбинация обеих систем приносит множество преимуществ:
| Преимущество | Объяснение |
|---|---|
| Углеродно-нейтральное отопление | С использованием собственной солнечной энергии |
| Низкие эксплуатационные расходы | Собственная энергия дешевле |
| Независимость | Меньше зависимости от сети |
| Возможность субсидий | Государственные субсидии |
| Симбиоз | Системы идеально дополняют друг друга |
Недостатки комбинации
Тем не менее, комбинация не лишена вызовов:
| Недостаток | Объяснение |
|---|---|
| Высокие инвестиции | Необходимо приобрести две системы |
| Проблемы зимой | Меньше солнечной энергии, когда отопление наиболее необходимо |
| Сложность | Больше компонентов для управления |
Решение зимней проблемы
Зимой потребность в отоплении высока, но солнечная генерация низкая. Решения:
- Большая солнечная система – чтобы даже зимой была достаточная генерация
- Аккумулятор – для хранения энергии
- Оптимизированное поведение зарядки – зарядка аккумулятора днем, отопление вечером
- Электроэнергия из сети как резерв – остаточные потребности из сети (возможно, зеленая энергия)
Размеры для комбинации
Правило большого пальца для солнечной системы с тепловым насосом:
Обычный размер солнечной системы + 2–3 кВт дополнительно для теплового насоса
В зависимости от мощности теплового насоса солнечная система должна быть соответственно больше:
| Мощность теплового насоса | Дополнительная солнечная энергия |
|---|---|
| 5 кВт | +2 кВт |
| 8 кВт | +3 кВт |
| 12 кВт | +4–5 кВт |
Пример конфигурации
Типичный частный дом может быть оборудован следующим образом:
| Компонент | Размер |
|---|---|
| Жилая площадь | 150 м² |
| Тепловой насос | 10 кВт (воздух-вода) |
| Солнечная система | 10 кВт (включая потребности теплового насоса) |
| Аккумулятор | 10 кВт·ч |
| Ожидаемая автономность | 60–70% |
Заключение
Краткое резюме: Выбор типа теплового насоса зависит от нескольких факторов: при ограниченном пространстве или для существующих зданий лучше всего подходит тепловой насос воздух-вода. Если вы ищете максимальную эффективность и у вас есть сад при новом строительстве, выбирайте тепловой насос грунт-вода. Тепловой насос воздух-воздух предлагает преимущество в виде возможности охлаждения. Комбинация с солнечной системой является идеальной для устойчивого отопления – с использованием собственной солнечной энергии тепловой насос становится углеродно-нейтральной системой отопления.
Подробнее о тепловых насосах
Эта статья является частью нашей серии о тепловых насосах. Другие части:
| Часть | Основное внимание |
|---|---|
| Принцип работы | Анти-холодильник: Понимание основного принципа |
| Компоненты | Теплообменник, компрессор, расширительный вентиль |
| Ключевые показатели | COP, JAZ и правильное размерение |
| Режимы работы | Моновалентный, бивалентный или гибридный? |
| Типы и солнечные системы | Эта статья |
Тематически связанные
Тепловые насосы можно оптимально комбинировать с солнечными системами. Подробности можно найти здесь:
Солнечные системы: Как работает солнечная батарея? · Конструкция солнечной системы · Глоссарий ключевых показателей
Энергетические хранилища: Основы технологии батарей · Литий против свинца · Гибридные инверторы · Топологии систем AC/DC
Станции питания: Сравнение технологий · Объяснение станций питания · Анализ рынка 2025