В сфере технологий отопления и охлаждения тепловые насосы зарекомендовали себя как высокоэффективное и экологически чистое решение. Они широко используются в жилых, коммерческих и промышленных помещениях для обеспечения как отопления, так и охлаждения. Для полного понимания ценности и принципов работы тепловых насосов необходимо углубиться в их принципы работы и концепцию коэффициента полезного действия (КПД).
Принципы работы тепловых насосов
Основная концепция
Тепловой насос — это, по сути, устройство, которое переносит тепло из одного места в другое. В отличие от традиционных систем отопления, которые генерируют тепло посредством сгорания или электрического сопротивления, тепловые насосы перемещают имеющееся тепло из более холодной зоны в более теплую. Этот процесс похож на работу холодильника, но в обратном порядке. Холодильник извлекает тепло из своего внутреннего пространства и отдает его в окружающую среду, в то время как тепловой насос извлекает тепло из внешней среды и отдает его внутрь помещения.
Холодильный цикл
Работа теплового насоса основана на холодильном цикле, который включает в себя четыре основных компонента: испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. Вот пошаговое объяснение того, как эти компоненты взаимодействуют друг с другом:
- ИспарительПроцесс начинается с испарителя, который расположен в более прохладной среде (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.
- КомпрессорЗатем газообразный хладагент поступает в компрессор. Компрессор повышает давление и температуру хладагента, сжимая его. Этот этап необходим, поскольку он повышает температуру хладагента до уровня, превышающего желаемую температуру в помещении. Хладагент под высоким давлением и высокой температурой теперь готов отдать тепло.
- КонденсаторСледующий этап включает в себя конденсатор, расположенный в более теплом месте (например, внутри дома). Здесь горячий хладагент под высоким давлением отдает тепло окружающему воздуху или воде. По мере выделения тепла хладагент охлаждается и переходит из газообразного состояния в жидкое. Этот фазовый переход выделяет большое количество тепла, которое используется для обогрева помещения.
- Расширительный клапанНаконец, жидкий хладагент проходит через расширительный 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 передаваемого (или отводимого) тепла к количеству потребляемой электроэнергии. Проще говоря, он показывает, сколько тепла тепловой насос может произвести на каждую единицу потребляемой электроэнергии.
Математически коэффициент полезного действия выражается следующим образом:
КПД = Потребленная электрическая энергия (Вт) / Отданное тепло (Q)
Когда коэффициент полезного действия (КПД) теплового насоса равен 5,0, он может значительно снизить счета за электроэнергию по сравнению с традиционным электрическим отоплением. Ниже приведён подробный анализ и расчёты:
Сравнение энергоэффективности
Традиционное электрическое отопление имеет коэффициент полезного действия (COP) 1,0, что означает, что оно производит 1 единицу тепла на каждый 1 кВт·ч потребленной электроэнергии. В отличие от этого, тепловой насос с COP 5,0 производит 5 единиц тепла на каждый 1 кВт·ч потребленной электроэнергии, что делает его гораздо более эффективным, чем традиционное электрическое отопление.
Расчет экономии на электроэнергии
Предположим, необходимо произвести 100 единиц тепла:
- Традиционное электрическое отоплениеТребуется 100 кВт·ч электроэнергии.
- Тепловой насос с коэффициентом полезного действия 5,0Для работы требуется всего 20 кВт·ч электроэнергии (100 единиц тепла ÷ 5,0).
Если цена на электроэнергию составляет 0,5 евро за кВт·ч:
- Традиционное электрическое отоплениеСтоимость электроэнергии составляет 50 евро (100 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
- Тепловой насос с коэффициентом полезного действия 5,0Стоимость 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
В практических приложениях, таких как горячее водоснабжение, предположим, что ежедневно необходимо нагревать 200 литров воды с 15°C до 55°C:
- Традиционное электрическое отоплениеПотребляет приблизительно 38,77 кВт·ч электроэнергии (при условии тепловой эффективности 90%).
- Тепловой насос с коэффициентом полезного действия 5,0Потребляет приблизительно 7,75 кВт·ч электроэнергии (38,77 кВт·ч ÷ 5,0).
При цене электроэнергии 0,5 евро за кВт·ч:
- Традиционное электрическое отоплениеЕжедневные затраты на электроэнергию составляют около 19,39 евро (38,77 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
- Тепловой насос с коэффициентом полезного действия 5,0Ежедневные затраты на электроэнергию составляют около 3,88 евро (7,75 кВт·ч × 0,5 евро/кВт·ч).
Примерная экономия для среднестатистического домохозяйства: тепловые насосы против отопления природным газом.
На основе общеотраслевых оценок и тенденций цен на энергоносители в Европе:
| Элемент | Отопление природным газом | Отопление с помощью теплового насоса | Предполагаемая годовая разница |
| Среднегодовые затраты на электроэнергию | 1200–1500 евро | 600–900 евро | Экономия составляет приблизительно 300–900 евро. |
| Выбросы CO₂ (тонн/год) | 3–5 тонн | 1–2 тонны | Снижение веса примерно на 2–3 тонны. |
Примечание:Фактическая экономия варьируется в зависимости от национальных цен на электроэнергию и газ, качества теплоизоляции зданий и эффективности тепловых насосов. В таких странах, как Германия, Франция и Италия, как правило, наблюдается большая экономия, особенно при наличии государственных субсидий.
Тепловой насос Hien R290 EocForce серии 6-16 кВт: моноблочный воздушно-водяной тепловой насос
Основные характеристики:
Универсальная функциональность: отопление, охлаждение и горячее водоснабжение.
Гибкие варианты напряжения: 220–240 В или 380–420 В.
Компактная конструкция: компактные блоки мощностью 6–16 кВт.
Экологически чистый хладагент: зеленый хладагент R290.
Бесшумная работа: 40,5 дБ(А) на расстоянии 1 м
Энергоэффективность: коэффициент полезного действия (SCOP) до 5,19
Экстремальные температурные характеристики: стабильная работа при –20 °C
Превосходная энергоэффективность: A+++
Интеллектуальное управление и готовность к установке фотоэлектрических систем.
Функция защиты от легионеллы: максимальная температура воды на выходе 75ºC.
Дата публикации: 10 сентября 2025 г.