Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Тепловой насос — установка, переносящая тепло от среды с низкой температурой к среде с высокой за счёт затрат механической работы. Работает по обратному термодинамическому циклу (чаще парокомпрессионному) и используется как энергоэффективный источник тепла для отопления и горячего водоснабжения, а в реверсивном режиме — для охлаждения помещений. Эффективность установки оценивают коэффициентом преобразования COP (точечная величина) и сезонным коэффициентом SCOP (усреднённая величина по отопительному сезону).
По типу источника низкопотенциального тепла различают тепловые насосы воздух–вода, грунт–вода (рассол–вода) и вода–вода. Условия испытаний для каждого типа стандартизованы и описываются обозначениями вида A7/W35, A2/W35, B0/W35, W10/W35, где первое число — температура источника тепла, второе — температура теплоносителя на выходе из конденсатора. По этим точкам производители декларируют значения COP и тепловую мощность; сезонные показатели рассчитываются по утверждённым климатическим профилям.
Тепловой насос реализует обратный термодинамический цикл: переносит тепло против градиента температур — от менее нагретого тела (источника) к более нагретому (потребителю). Для этого требуется подвод энергии извне — у парокомпрессионного теплового насоса в виде работы привода компрессора.
В качестве рабочего тела используется хладагент с подходящими термодинамическими свойствами. Цикл включает четыре процесса, идущих непрерывно при двух установившихся давлениях — низком (в испарителе) и высоком (в конденсаторе).
Цикл замкнут: жидкость после дросселирования возвращается в испаритель, цикл повторяется. Перегрев пара на выходе из испарителя необходим, чтобы исключить попадание капельной жидкости в компрессор. Переохлаждение жидкости после конденсатора повышает удельную холодопроизводительность и эффективность цикла.
Тепловой насос отдаёт в систему отопления больше энергии, чем потребляет от электросети: разницу составляет тепло, отобранное от источника низкопотенциального тепла. В этом отличие теплового насоса от прямого электронагрева, КПД которого по определению не превышает единицы.
Базовая парокомпрессионная установка содержит четыре основных компонента и обвязку контура хладагента, дополненную системой управления и теплообменными контурами источника и потребителя.
Выбор источника тепла — ключевое проектное решение, определяющее тип установки, сложность монтажа и сезонную эффективность.
Самый распространённый тип: испаритель омывается атмосферным воздухом. Установка не требует земляных работ и подключения к водоисточнику. Главный минус — температура источника совпадает с уличной: при сильных морозах температура испарения падает, разность температур между конденсатором и испарителем растёт, COP снижается. При околонулевых уличных температурах на оребрении испарителя нарастает иней; периодически выполняется цикл оттайки, в котором часть тепла отвлекается от потребителя.
Источником служит тепло грунта, отбираемое через закрытый контур с теплоносителем (обычно водный раствор гликоля). Контур выполняется в одном из двух вариантов:
На глубине порядка полутора метров температура грунта в годовом цикле колеблется незначительно и сохраняется ориентировочно в диапазоне 8…12 °C в климате с умеренной зимой. Для вертикальных скважин температура контура задаётся теплопритоком из массива грунта, длиной скважин и режимом эксплуатации.
Источником служит низконапорная вода: грунтовые воды из скважин (двухскважинная схема — добычная и сбросная), вода рек и озёр (через промежуточный теплообменник), вода технологических циркуляционных контуров. Даёт наиболее стабильную температуру источника и высокий потенциал COP, но требует надёжного водоисточника, разрешений на водопользование и качественной водоподготовки.
Качество воды критично для надёжности водо-водяного теплового насоса. Высокое содержание железа, марганца, взвеси и бактериальной активности приводит к зарастанию испарителя и сбросной скважины. До проектирования обязателен полный химический анализ воды, и при необходимости — водоподготовка либо переход на промежуточный контур с разделительным теплообменником.
COP (Coefficient of Performance) — отношение тепловой мощности, отдаваемой потребителю, к электрической мощности, потребляемой установкой. Величина безразмерная.
Определение COP для режима отопления:
COP = Qконд / Wэл
где Qконд — тепловая мощность, отдаваемая конденсатором, кВт; Wэл — суммарная электрическая мощность, потребляемая компрессором, вспомогательным электрооборудованием и циркуляционными насосами в границах испытаний, кВт.
Максимально достижимый COP отопительного режима задаётся идеальным циклом Карно и зависит только от абсолютных температур источника и потребителя.
COP идеального цикла Карно (отопление):
COPКарно = Tконд / (Tконд − Tисп)
где Tконд, Tисп — абсолютные (в кельвинах) температуры конденсации и испарения. Чем меньше разность температур, тем выше предельный COP.
Реальные тепловые насосы достигают доли идеального COP, ограниченной неидеальностью компрессора, конечными температурными напорами в теплообменниках, потерями на трение и затратами на вспомогательные приводы. Соотношение реального COP к COP Карно при тех же температурах — коэффициент второго рода (эксергетический КПД) — практическая мера качества установки.
Условия испытаний для определения COP стандартизованы. В отечественной нормативной базе для бытовых и полупромышленных кондиционеров и тепловых насосов «воздух–воздух» применяются ГОСТ 32970 и ГОСТ 32969 (гармонизированы с международными стандартами серии ISO). Для оборудования «воздух–вода», «рассол–вода» и «вода–вода» в технической документации производителей COP указывается по точкам, согласованным с европейским стандартом EN 14511.
Точечный COP — это паспортный параметр, привязанный к конкретным условиям. При сравнении установок сопоставляйте COP в одинаковых точках. COP «при идеальных условиях» (например, A7/W35) — наилучший показатель установки; в реальном отопительном сезоне средняя эффективность всегда ниже.
SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) — отношение суммарной тепловой энергии, отданной за условный отопительный сезон, к суммарному потреблению электроэнергии за тот же период. Рассчитывается по утверждённой методике на основе COP в нескольких точках частичной нагрузки с учётом климатического профиля.
Методика расчёта изложена в европейском стандарте EN 14825: COP измеряют в нескольких рабочих точках, соответствующих характерным температурам уличного воздуха в отопительном сезоне, затем результаты взвешивают по часовой продолжительности каждой температуры в климатическом профиле. В отечественной нормативной базе аналогичная методика для воздухо-воздушных тепловых насосов установлена ГОСТ 33657.2 (сезонный коэффициент эффективности нагрева).
SCOP всегда указывается с привязкой к климатической зоне и к температуре подающего теплоносителя. SCOP при подаче на низкотемпературное отопление (35 °C, тёплый пол) выше, чем при подаче на радиаторное (55 °C); SCOP в холодной климатической зоне ниже, чем в средней.
SCOP — более показательная характеристика, чем точечный COP: он усредняет работу установки по всему отопительному сезону с учётом частичных нагрузок, циклов оттайки, межсезонных перепадов и потребления вспомогательного оборудования.
Лабораторный SCOP отличается от сезонного коэффициента производительности SPF (Seasonal Performance Factor), измеренного на смонтированной установке. SPF учитывает фактические климатические условия места установки, теплопотери здания, режим эксплуатации и качество монтажа. Для ответственных применений SPF фиксируют по показаниям счётчиков тепла и электроэнергии за полный годовой цикл.
Большинство современных тепловых насосов выпускаются реверсивными: при переключении четырёхходового клапана направление потока хладагента меняется на противоположное. Теплообменник, работавший конденсатором (внутренний), становится испарителем, и наоборот. В режиме охлаждения установка отбирает тепло из охлаждаемого помещения и отдаёт его в источник (наружный воздух, грунт, вода).
Для оценки режима охлаждения применяют коэффициент EER (Energy Efficiency Ratio) — отношение холодопроизводительности к потребляемой электрической мощности — и сезонный показатель SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio).
Грунтовые установки могут давать охлаждение почти без работы компрессора — в режиме фрикулинга (пассивного охлаждения): теплоноситель грунтового контура с температурой порядка 8…12 °C отдаёт холод в систему охлаждения через дополнительный теплообменник, компрессор тепла не переносит, и работают только циркуляционные насосы. Применяется для радиационных потолков и систем тёплого пола, переключаемых в режим охлаждения.
Свойства хладагента влияют на COP, диапазон рабочих температур, материал и конструкцию компрессора, требования к безопасности. Современные установки используют синтетические хладагенты с пониженным потенциалом глобального потепления (GWP) и природные хладагенты.
Классы безопасности хладагентов и предельные заправки нормированы стандартами по холодильному оборудованию (серия EN 378). Класс A1 — нетоксичные негорючие; A2L — слабогорючие; A3 — горючие. Установки с горючими и слабогорючими хладагентами требуют дополнительных мер безопасности: ограничения заправки в зависимости от объёма помещения, герметичных компрессорных узлов, систем обнаружения утечки и вентиляции.
Тепловой насос — энергоэффективное решение, но его применимость зависит от температурного режима потребителя, климата региона установки и характера здания.
С ростом температуры подачи разность температур между конденсатором и испарителем увеличивается, COP падает. Поэтому тепловые насосы максимально эффективны в связке с низкотемпературными отопительными системами — тёплый пол, низкотемпературные фанкойлы, потолочные радиационные панели. При температуре подачи 35 °C COP заметно выше, чем при 55 °C при тех же условиях источника.
Воздушный тепловой насос теряет производительность при низких температурах: тепловая мощность падает (производитель указывает её в зависимости от температуры наружного воздуха), а COP снижается. Для покрытия пиковой нагрузки в холодные дни применяют один из двух подходов:
Грунтовые контуры требуют расчёта по теплопотенциалу грунта, теплопроводности пород и режиму отбора тепла. Недостаточная мощность контура приводит к переохлаждению зоны вокруг скважин или коллектора и снижению COP по сезонам. Водные контуры требуют расчётной производительности водоисточника и качества воды.
Внешние блоки воздушных установок создают акустическую нагрузку (вентилятор, компрессор). При размещении вблизи помещений и соседних участков необходим расчёт шума, нормированный санитарными требованиями к жилой и общественной застройке, и при необходимости — установка шумоизолирующих кожухов и виброопор.
Тепловой насос применим для отопления промышленных и складских помещений при соблюдении ряда условий.
Промышленный цех с воздушным отоплением через приточно-вытяжную установку или потолочные тепловые завесы — обычно низкотемпературный потребитель, что согласуется с возможностями теплового насоса. При питании регистров или радиаторов теплоносителем 65…80 °C прямое применение теплового насоса малоэффективно; рассматривают многоступенчатые схемы или каскадные установки с промежуточными хладагентами.
В пищевых, химических, машиностроительных производствах часто доступны потоки сбросного тепла с температурами от 15 до 45 °C: оборотная вода, конденсат, тёплые сбросные потоки от компрессоров и холодильных установок. Тепловой насос на этих потоках работает в более выгодных условиях, чем воздушный (более высокая и стабильная температура источника), достигая значительно более высокого SCOP.
В производствах с одновременной потребностью в холоде и тепле (например, помещения с тепловыделениями и сопредельные склады с подогревом) реверсивная или двухконтурная схема позволяет утилизировать сбрасываемое тепло холодильной машины на нужды отопления. Расчёт ведётся по совокупному годовому балансу нагрузок.
Скважинные геотермальные системы оправданы на промышленных площадках с длительным режимом отопления и охлаждения, где можно реализовать сезонное «накопление» тепла в грунте: летом сбрасываемое тепло частично восстанавливает температурный потенциал массива, отбираемого зимой.
Цех с круглогодичной потребностью в холоде для технологии и в тепле для отопления подсобных помещений; температура подающего теплоносителя отопления — 40 °C, температура чиллера — +7 °C. Реверсивный тепловой насос с регенерацией тепла в межсезонье и накоплением в буферных ёмкостях даёт сезонный коэффициент, ощутимо превышающий показатели раздельных систем (чиллер + котельная).
Тепловой насос реализует обратный термодинамический цикл: хладагент в испарителе отбирает тепло у источника низкого потенциала (воздуха, грунта, воды), компрессор сжимает пар и поднимает его температуру выше температуры потребителя, в конденсаторе хладагент отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, после чего жидкость дросселируется до низкого давления и цикл повторяется. В режиме охлаждения четырёхходовой клапан меняет направление потока: внутренний теплообменник становится испарителем и отбирает тепло у воздуха помещения, наружный — конденсатором и сбрасывает тепло во внешнюю среду.
COP — отношение тепловой мощности к потребляемой электрической мощности в фиксированной точке испытаний (например, A7/W35). SCOP — сезонный коэффициент: отношение суммарной тепловой энергии за условный отопительный сезон к суммарному потреблению электроэнергии за тот же период. SCOP рассчитывают по методике EN 14825 с учётом частичных нагрузок и климатического профиля (тёплая, средняя или холодная зона). SCOP — более реалистичная оценка эффективности установки за сезон, COP — паспортный показатель для сравнения моделей в одинаковых условиях.
Воздушные установки — простейшие в монтаже, не требуют земляных работ и водоисточника; пригодны при умеренных зимах. Грунтовые установки требуют скважин или горизонтального коллектора, но дают стабильную температуру источника и высокий SCOP даже в холодную зиму. Водо-водяные дают максимальный потенциал COP, но требуют надёжного водоисточника, разрешений на водопользование и качественной воды. Выбор делается по сочетанию климата, доступа к источнику, бюджету земляных работ и режима эксплуатации.
Это обозначения точек испытаний по EN 14511. Первая буква — тип источника: A (Air) — наружный воздух, B (Brine) — рассол грунтового контура, W (Water) — вода. Число после буквы — температура источника, °C. Через косую черту — W и температура подачи теплоносителя потребителю, °C. Так, A7/W35 означает наружный воздух 7 °C и температуру подачи 35 °C; B0/W35 — рассол 0 °C на входе испарителя и подачу 35 °C; W10/W35 — воду источника 10 °C и подачу 35 °C.
COP ограничен сверху значением Карно Tконд/(Tконд − Tисп). Чем больше разность температур между конденсатором и испарителем, тем меньше предельный COP. У воздушного теплового насоса в мороз температура испарения падает вслед за уличной, разность растёт, COP снижается. Дополнительно расходуется энергия на циклы оттайки, в которых тепло временно отводится от потребителя для удаления инея с испарителя. У грунтовых и водо-водяных установок температура источника стабильна, поэтому COP меняется по сезонам слабее.
Можно, но менее выгодно. Радиаторам нужна более высокая температура подачи (типично 55…65 °C), что увеличивает разность температур в цикле и снижает COP. Если радиаторы рассчитаны с запасом по поверхности теплоотдачи, температуру подачи можно снизить и приблизить эффективность к низкотемпературным системам. Оптимальное решение для теплового насоса — тёплый пол или низкотемпературные фанкойлы с подачей 35…40 °C.
Реверсивный тепловой насос — одна машина, переключающаяся между режимами отопления и охлаждения с помощью четырёхходового клапана; общий контур хладагента и один компрессор. Чиллер с функцией теплового насоса — холодильная установка с дополнительным контуром и теплообменником для утилизации тепла конденсации; нередко позволяет одновременно генерировать холод и тепло (режим тепловой регенерации). Для зданий с одновременным запросом холода и тепла второй вариант часто эффективнее.
В новых установках получают распространение природные хладагенты — пропан R290 (углеводород класса A3) и диоксид углерода R744 (транскритический цикл) — благодаря очень низкому потенциалу глобального потепления (GWP). Среди синтетических — R32 (класс A2L, заметно более низкий GWP по сравнению с R410A) и хладагенты-ГФО (R1234yf, R1234ze) для машин большой мощности. R410A постепенно вытесняется из новых проектов из-за высокого GWP. Конструкция установок под горючие и слабогорючие хладагенты предусматривает ограничения заправки и системы обнаружения утечки.
Подходит при умеренной температуре подачи (отопление приточным воздухом, низкотемпературные фанкойлы, тёплый пол), наличии устойчивого источника низкопотенциального тепла (грунт, оборотная вода, технологическое тепло) и согласованности с расчётной мощностью. Особенно эффективны схемы с утилизацией сбросного тепла от технологических потоков и совмещение отопления подсобных помещений с охлаждением технологии. При требовании высокотемпературного теплоносителя (65…80 °C) рассматривают каскадные или высокотемпературные тепловые насосы либо комбинированные схемы с дополнительным источником тепла.
Бивалентная схема — это система, в которой тепловой насос работает в паре с другим источником тепла (электронагревателем, газовым котлом, твердотопливным котлом). Точка бивалентности — расчётная уличная температура, ниже которой тепловой насос самостоятельно не покрывает теплопотребности здания и подключается дополнительный источник. Подбирается по характеристикам установки и теплопотерям здания. Бивалентная схема позволяет использовать тепловой насос меньшей мощности и экономить капитальные затраты при сохранении надёжности отопления в самые холодные дни.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.