Типы тепловых насосов и их идеальная комбинация с солнечными системами Icon

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:

  1. Тепловой насос воздух-вода
  2. Тепловой насос грунт-вода (геотермальный)
  3. 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:

  1. Большая солнечная система – чтобы даже зимой была достаточная генерация
  2. Аккумулятор – для хранения энергии
  3. Оптимизированное поведение зарядки – зарядка аккумулятора днем, отопление вечером
  4. 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

Источники