В сфере технологий отопления и охлаждения тепловые насосы зарекомендовали себя как высокоэффективное и экологичное решение. Они широко используются в жилых, коммерческих и промышленных помещениях для отопления и охлаждения. Чтобы по-настоящему понять ценность и принцип работы тепловых насосов, необходимо изучить принципы их работы и понятие коэффициента полезного действия (КПД).
Принципы работы тепловых насосов
Основная концепция
Тепловой насос — это, по сути, устройство, передающее тепло из одного места в другое. В отличие от традиционных систем отопления, которые генерируют тепло посредством сгорания или электрического сопротивления, тепловые насосы перемещают существующее тепло из более холодной области в более теплую. Этот процесс похож на работу холодильника, но в обратном порядке. Холодильник извлекает тепло из своего внутреннего пространства и отдаёт его в окружающую среду, в то время как тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды и отдаёт его в помещение.
Цикл охлаждения
Работа теплового насоса основана на холодильном цикле, включающем четыре основных компонента: испаритель, компрессор, конденсатор и регулирующий вентиль. Ниже приведено пошаговое объяснение совместной работы этих компонентов:
- Испаритель: Процесс начинается с испарителя, расположенного в более прохладном помещении (например, снаружи дома). Хладагент, вещество с низкой температурой кипения, поглощает тепло из окружающего воздуха или земли. Поглощая тепло, хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное. Этот фазовый переход имеет решающее значение, поскольку позволяет хладагенту переносить значительное количество тепла.
- Компрессор: Газообразный хладагент затем поступает в компрессор. Компрессор повышает давление и температуру хладагента, сжимая его. Этот этап важен, поскольку он повышает температуру хладагента до уровня, превышающего требуемую температуру в помещении. Теперь хладагент, находящийся под высоким давлением и высокой температурой, готов отдавать тепло.
- Конденсатор: Следующий этап включает конденсатор, расположенный в более тёплом помещении (например, внутри дома). Здесь горячий хладагент под высоким давлением отдаёт своё тепло окружающему воздуху или воде. Отдавая тепло, хладагент охлаждается и переходит из газообразного состояния в жидкое. Этот фазовый переход приводит к выделению большого количества тепла, которое используется для обогрева помещения.
- Расширительный клапан: Наконец, жидкий хладагент проходит через регулирующий клапан, который снижает его давление и температуру. Этот этап подготавливает хладагент к повторному поглощению тепла в испарителе, и цикл повторяется.
Коэффициент полезного действия (КПД)
Определение
Коэффициент полезного действия (КПД) — это показатель эффективности теплового насоса. Он определяется как отношение количества отданного (или отведённого) тепла к количеству потреблённой электроэнергии. Проще говоря, он показывает, сколько тепла тепловой насос может произвести на каждую единицу потребляемой им электроэнергии.
Математически КПД выражается как:
COP=Потребленная электроэнергия (Вт)Отданное тепло (Q)
Если тепловой насос имеет КПД 5,0, он может значительно снизить расходы на электроэнергию по сравнению с традиционным электрическим отоплением. Ниже представлен подробный анализ и расчёт:
Сравнение энергоэффективности
Коэффициент производительности традиционного электрического отопления равен 1,0, что означает, что оно производит 1 единицу тепла на каждый потреблённый кВт·ч электроэнергии. Для сравнения, тепловой насос с коэффициентом производительности 5,0 производит 5 единиц тепла на каждый потреблённый кВт·ч электроэнергии, что делает его значительно более эффективным, чем традиционное электрическое отопление.
Расчет экономии затрат на электроэнергию
Предположим, что необходимо произвести 100 единиц тепла:
- Традиционное электрическое отопление: Требуется 100 кВт/ч электроэнергии.
- Тепловой насос с КПД 5,0: Требуется всего 20 кВт·ч электроэнергии (100 единиц тепла ÷ 5,0).
Если цена на электроэнергию составляет 0,5 евро за кВт·ч:
- Традиционное электрическое отопление: Стоимость электроэнергии составляет 50 евро (100 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
- Тепловой насос с КПД 5,0: Стоимость электроэнергии составляет 10 евро (20 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
Коэффициент сбережений
Тепловой насос позволяет сэкономить 80% на счетах за электроэнергию по сравнению с традиционным электрическим отоплением ((50 - 10) ÷ 50 = 80%).
Практический пример
На практике, например, для горячего водоснабжения бытовых нужд, предположим, что ежедневно необходимо нагревать 200 литров воды с 15°C до 55°C:
- Традиционное электрическое отопление: Потребляет около 38,77 кВтч электроэнергии (при тепловом КПД 90%).
- Тепловой насос с КПД 5,0: Потребляет около 7,75 кВт·ч электроэнергии (38,77 кВт·ч ÷ 5,0).
При цене электроэнергии 0,5 евро за кВт·ч:
- Традиционное электрическое отопление: Ежедневная стоимость электроэнергии составляет около 19,39 евро (38,77 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
- Тепловой насос с КПД 5,0: Ежедневная стоимость электроэнергии составляет около 3,88 евро (7,75 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
Предполагаемая экономия для среднего домохозяйства: тепловые насосы по сравнению с газовым отоплением
На основе общеотраслевых оценок и тенденций цен на энергоносители в Европе:
| Элемент | Отопление природным газом | Отопление тепловым насосом | Расчетная годовая разница |
| Средняя годовая стоимость энергии | 1200–1500 евро | 600–900 евро | Экономия около 300–900 евро |
| Выбросы CO₂ (тонн/год) | 3–5 тонн | 1–2 тонны | Сокращение примерно на 2–3 тонны |
Примечание:Фактическая экономия варьируется в зависимости от национальных цен на электроэнергию и газ, качества изоляции зданий и эффективности тепловых насосов. В таких странах, как Германия, Франция и Италия, экономия, как правило, выше, особенно при наличии государственных субсидий.
Тепловой насос Hien R290 EocForce серии 6-16 кВт: моноблочный тепловой насос «воздух-вода»
Основные характеристики:
Функциональность «все в одном»: функции отопления, охлаждения и горячего водоснабжения
Гибкие варианты напряжения: 220–240 В или 380–420 В
Компактная конструкция: компактные блоки мощностью 6–16 кВт
Экологичный хладагент: зеленый хладагент R290
Бесшумная работа: 40,5 дБ(А) на расстоянии 1 м
Энергоэффективность: SCOP до 5,19
Экстремальные температурные характеристики: стабильная работа при температуре –20 °C
Превосходная энергоэффективность: A+++
Smart Control и готовность к установке солнечных батарей
Функция защиты от легионелл: максимальная температура воды на выходе 75ºC
Время публикации: 10 сентября 2025 г.