Тепловий насос для дому: як працює, скільки коштує і чи окупиться в Україні

Тепловий насос — технологія опалення, яка в Європі стала стандартом для нових будинків. Він не спалює паливо, а переносить тепло з навколишнього середовища — повітря, ґрунту чи води — у дім. На кожну кіловат-годину електроенергії сучасний тепловий насос може віддавати кілька кіловат-годин тепла. В Україні інтерес до теплових насосів зростає через подорожчання газу, бажання енергонезалежності та доступність сонячної генерації. Розберемо, як вони працюють і кому підходять.

Як працює тепловий насос

Принцип такий самий, як у холодильника, лише навпаки. Холодоагент циркулює замкненим контуром:

1. У зовнішньому теплообміннику (випарнику) холодоагент забирає тепло з повітря, ґрунту чи води й випаровується — навіть при мінусовій температурі на вулиці.
2. Компресор стискає пару, її температура зростає.
3. У внутрішньому теплообміннику (конденсаторі) холодоагент віддає тепло системі опалення чи гарячого водопостачання й конденсується.
4. Через розширювальний клапан холодоагент повертається у випарник, і цикл повторюється.

Коефіцієнт ефективності

Ефективність теплового насоса описує COP — відношення виробленого тепла до спожитої електроенергії в конкретних умовах. SCOP — сезонний коефіцієнт, що враховує зміну температур протягом опалювального сезону. Якщо SCOP дорівнює 3,5, то на кожну 1 кВт·год електроенергії насос в середньому за сезон віддає 3,5 кВт·год тепла.

Ефективність знижується зі зменшенням температури зовнішнього повітря та зростанням температури теплоносія. Тому теплові насоси найкраще працюють з низькотемпературним опаленням — теплою підлогою чи радіаторами збільшеної площі. Міжнародне енергетичне агентство у своєму огляді теплових насосів зазначає, що сучасні теплові насоси у кілька разів ефективніші за традиційні котли на викопному паливі.

Типи теплових насосів

Повітря-вода

Забирає тепло з вуличного повітря й передає його в систему опалення (тепла підлога, радіатори) та бойлер гарячої води. Найпопулярніший тип для приватних будинків: відносно нескладний монтаж, не потрібне буріння. Сучасні моделі для холодного клімату працюють при сильних морозах, хоча ефективність у такі дні знижується.

Ґрунт-вода (геотермальний)

Забирає тепло з ґрунту через горизонтальний колектор на ділянці або вертикальні зонди у свердловинах. Температура ґрунту на глибині стабільна цілий рік, тому ефективність висока й мало залежить від морозів. Мінус — дорогі земляні роботи чи буріння.

Вода-вода

Використовує тепло ґрунтових вод або водойми. Висока ефективність, але потрібні відповідні гідрогеологічні умови та дотримання вимог щодо використання водних ресурсів.

Повітря-повітря

Це, по суті, інверторний кондиціонер, що працює на обігрів. Найдешевше рішення для квартир і доопалення окремих кімнат. Не нагріває воду для батарей і гарячого водопостачання.

Чи підходить ваш будинок

Тепловий насос працює ефективно, якщо:

• будинок добре утеплений — менші тепловтрати означають меншу потужність насоса й нижчі рахунки. Почніть з утеплення — див. утеплення квартири, принципи для будинків ті самі, і заміна вікон;
• є низькотемпературна система опалення — тепла підлога або радіатори, розраховані на температуру теплоносія 35–50 °C;
• достатня електрична потужність — часто потрібне трифазне підключення;
• є місце для зовнішнього блока з урахуванням шуму й доступу повітря.

Для старого неутепленого будинку з чавунними радіаторами, розрахованими на 70–80 °C, тепловий насос працюватиме з низькою ефективністю. Тоді спершу утеплення, потім заміна опалювальних приладів, а потім насос.

Розрахунок потужності

Потужність підбирається за розрахунком тепловтрат будинку при розрахунковій зимовій температурі, а не «на око». Завеликий насос коштує дорожче й часто вмикається-вимикається, зношуючись. Замалий — не впорається в морози й часто вмикатиме електричний ТЕН. Замовте теплотехнічний розрахунок у проєктувальника чи інсталятора.

Гаряча вода та охолодження

Більшість систем повітря-вода нагрівають і воду для побутових потреб через бойлер непрямого нагріву. Існують і окремі теплонасосні водонагрівачі — програма ENERGY STAR відзначає їх як значно ефективніші за звичайні електричні бойлери. Багато теплових насосів можуть працювати на охолодження влітку — через фанкойли або охолодження підлоги.

Тепловий насос і сонячні панелі

Поєднання теплового насоса з сонячною електростанцією знижує витрати на опалення, особливо в міжсезоння, а влітку панелі покривають кондиціонування й гарячу воду. Узимку генерація менша, тож повністю покрити опалення сонцем не вийде, але суттєво знизити рахунки — реально. Детально про сонячні станції — у статті сонячні панелі для дому.

Що робити під час відключень світла

Тепловий насос не працює без електрики — це головний аргумент скептиків. Рішення:

• гібридна система — тепловий насос плюс газовий чи твердопаливний котел як резерв;
• акумуляторна система з інвертором — підтримує роботу циркуляційних насосів, автоматики, а з достатньою ємністю — і самого теплового насоса протягом кількох годин;
• генератор з автоматичним перемиканням;
• теплоакумулятор (буферна ємність) — накопичує тепло, коли електрика є.

Добре утеплений будинок з теплою підлогою повільно остигає, тож кількагодинні відключення не критичні. Як спланувати резервне живлення, читайте в статті електропроводка в квартирі.

Вартість і окупність

Вартість системи складається з:

• обладнання (зовнішній і внутрішній блоки, бойлер, буферна ємність);
• монтажу та пусконалагодження;
• для ґрунтових систем — буріння чи земляних робіт;
• модернізації системи опалення, якщо потрібно;
• можливого збільшення електричної потужності.

Окупність залежить від порівняння з альтернативою: при заміні електрокотла тепловий насос окупається найшвидше, при заміні газового котла — повільніше й залежно від тарифів на газ і електроенергію. Актуальні тарифи регулює НКРЕКП. Для оцінки порахуйте річну потребу в теплі (кВт·год), поділіть на SCOP і помножте на тариф — так отримаєте орієнтовні витрати на електроенергію.

Приклад

Будинок 150 м² з річною потребою в теплі 15 000 кВт·год. Тепловий насос із SCOP 3,5 спожиє близько 4 300 кВт·год електроенергії на рік. Електричний котел з ККД близько 100% спожив би 15 000 кВт·год. Економія — понад 10 000 кВт·год на рік. Порівняння з газом залежить від ціни газу й ККД котла.

Порівняння з іншими видами опалення

• Газовий котел — нижча вартість встановлення, звичний для більшості власників, але залежить від цін на газ, потребує димоходу, щорічних перевірок газового обладнання й наявності газопроводу.
• Твердопаливний котел — автономний і дешевий у паливі, але потребує щоденної уваги, місця для зберігання палива та регулярного чищення.
• Електрокотел — найпростіший у встановленні, але найдорожчий в експлуатації за звичайних тарифів, оскільки 1 кВт·год електроенергії дає лише 1 кВт·год тепла.
• Тепловий насос — найвищі початкові витрати, але найнижчі витрати на одиницю тепла серед електричних систем, а також можливість охолодження влітку.

На практиці часто перемагає гібридний підхід: тепловий насос працює більшу частину сезону, а газовий чи твердопаливний котел вмикається в найсильніші морози та під час тривалих відключень.

Типові помилки

• встановлення насоса в неутепленому будинку з високотемпературними радіаторами;
• підбір потужності без розрахунку тепловтрат;
• розміщення зовнішнього блока в закутку без доступу повітря чи під вікном спальні;
• відсутність буферної ємності там, де вона потрібна для стабільної роботи;
• забута електрична потужність — насос «вибиває» вступний автомат;
• відсутність резервного джерела тепла на випадок відключень.

Обслуговування

• щорічна перевірка холодоагенту й тиску;
• очищення зовнішнього блока від пилу, листя, снігу;
• очищення фільтрів системи опалення;
• оновлення програмного забезпечення контролера.

Тепловий насос не потребує димоходу й газових перевірок.

Як обрати інсталятора

• досвід саме з тепловими насосами, а не лише з кондиціонерами;
• теплотехнічний розрахунок перед пропозицією;
• реальні об'єкти, які можна відвідати;
• гарантія на обладнання й монтаж, сервіс у вашому регіоні;
• договір з чітким переліком обладнання й робіт — див. як вибрати підрядника на ремонт.

Тепловий насос у квартирі

У квартирах з централізованим опаленням реалістичний варіант — системи повітря-повітря (інверторні кондиціонери) для доопалення в міжсезоння та під час аварій теплопостачання. Зовнішні блоки на фасаді — спільне майно, тож дотримуйтеся правил ОСББ.

Часті запитання

Чи працює тепловий насос при −20 °C? Сучасні моделі для холодного клімату працюють, але ефективність знижується. Для таких днів передбачають резервний нагрів.

Чи шумить зовнішній блок? Сучасні блоки досить тихі, але розміщуйте їх подалі від спалень і меж з сусідами.

Скільки служить тепловий насос? Зазвичай 15–20 років за належного обслуговування.

Чи можна встановити тепловий насос в існуючу систему з радіаторами? Можна, якщо радіаторів достатньо для обігріву при нижчій температурі теплоносія. Інколи досить замінити кілька радіаторів на більші або додати теплу підлогу в найхолодніших кімнатах.

Чи потрібен дозвіл? Для повітряних насосів зазвичай ні. Для ґрунтових вертикальних систем і використання підземних вод можуть знадобитися погодження.

Висновок

Тепловий насос — ефективне й екологічне рішення для добре утепленого будинку з низькотемпературним опаленням. Почніть з утеплення, зробіть розрахунок тепловтрат, оцініть електричну потужність і заплануйте резерв на час відключень. У поєднанні з сонячними панелями тепловий насос дає максимальну енергонезалежність. Будуєте чи купуєте будинок — дивіться також наш гід купівля будинку за містом.

Джерела

• IEA: теплові насоси та звіт «Майбутнє теплових насосів».
• ENERGY STAR: водонагрівачі.
• Закон України «Про енергетичну ефективність будівель».
• НКРЕКП — тарифи та правила ринку електроенергії.
• Директива ЄС про енергетичні характеристики будівель.

Читайте також

• Сонячні панелі для дому
• Утеплення квартири зсередини та ззовні
• Купівля будинку за містом
• Підлогове покриття: як вибрати