Правда и мифы о КПД теплового насоса

Преимуществом альтернативных источников энергии является их доступность и дешевизна. Тепловые насосы (тн) используют преобразованную энергию воздуха, воды или грунта, которые являются бесплатными в отличие от газа или угля. Но следует учитывать, что при установке тепловых насосов большие капитальные вложения, которые требуют времени, чтобы окупиться.

Расчет КПД теплового насоса может привести к абсурдным значениям, когда он будет больше 100%. Стандартная формула вычисления КПД некорректна и ошибкой обычно является неучтенный источник энергии (воздух, вода или грунт). У тепловых насосов 2 источника энергии — это электричество и внешний источник тепла (энергия воды, грунта, воздуха), а обычные формулы учитывают только электроэнергию, поэтому получаются значения больше 100%.

Некорректный расчет КПД тн:

• потребление электричества 2 КВт;
• отдает в систему 5 Квт;
• из внешнего источника 6 Квт.

Pпотр./Pсети = 5/2 = 2,5

Такой расчет неправильный, так как здесь нет данных второго источника энергии.

Корректный расчет КПД тн:

Pпотр. /(Pсети + Pист.) = 5 /(2 + 6) = 0,63

Узнать количество низкопотенциальной энергии довольно затруднительно, что и приводит к ошибке.

Чтобы избежать неправильных расчётов были введены специальные коэффициенты:

• COP — определяет во сколько раз тепловая энергия, которую получил потребитель, превышает количество работы необходимой для переноса тепла от низкопотенциального источника;
• степень термодинамического совершенства — оценивает насколько действительный тепловой цикл насоса приближен к идеальному.

В поисках теплонасоса можно наткнуться на рекламное объявление, содержащее неправильную характеристику устройства. Продавцов, распространяющих подобные данные, следует остерегаться. Ведь заявлять, что КПД теплового насоса составляет 300 – 1000% – не только безграмотно, но и некорректно по отношению к покупателям.

Сравнение КПД тепловых насосов: вода, грунт, воздух

Поскольку реально оценить количество энергии, извлекаемой из альтернативного источника, задача достаточно сложная, сделать сравнение КПД тепловых насосов вода, грунт, воздух так же затруднительно. Разумнее сопоставить расходы на эксплуатацию оборудования и эффективность обогрева объекта.

Воздушный тепловой насос

Установка воздушного тн обходится дешевле, но он будет потреблять много электроэнергии. Его эффективность напрямую зависит от температуры окружающей среды. В сильные морозы — ниже -25°С — такое устройство обогрев помещения не обеспечит, есть модели до -40°С.

Водяной тепловой насос

Водяные тн начнут терять эффективность в сильные морозы, внешней энергии будет недостаточно и потребуется дополнительный источник тепла.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тн работают стабильно круглый год. Температура земли на глубине является неизменной, поэтому эффективность таких устройств от поры года не зависит. Однако, для бурения скважин и обустройства коллектора необходимо вложение крупных сумм денег, поэтому установка геотермального теплового оборудования оправдана только в расчете на долгосрочную перспективу.

Расчет COP теплового насоса

СОР рассчитывают на основании показателей температуры источника (Т1) и воды в системе обогрева (Т2), по формуле: СОР = Т2/(Т2 – Т1). Следует учитывать, что tº в этом случае измеряется в Кельвинах. К принятому у нас показателю в Цельсиях добавляют число 273 и производят дальнейшие расчеты.

Для примера: если tº земли составляет 5 градусов Цельсия, а в отопительном контуре она держится на уровне 55, сперва следует преобразовать данные в другую систему измерения: 5+273 = 278 К, 55+273 = 328 К. СОР = 328 / (328 – 278) = 6,56.

Производя расчет COP теплового насоса, необходимо помнить, что он предполагает работу оборудования без учета потерь (при идеальных условиях). На практике значение COP будет гораздо ниже.

Температуру источника изменить невозможно, поэтому для повышения эффективности следует позаботиться о низкотемпературной системе отопления.

КПД теплового насоса – реальные цифры

Главный фактор при выборе того или иного типа – КПД теплового насоса для отопления и ГВС. Он зависит от типа теплового насоса, условий работы, температуры подогрева и других факторов.

Важно знать продуктивность работы климатического оборудования. Ведь вам не хочется потратить круглую сумму на покупку, установку и подключение теплового насоса, а потом обнаружить что придется догреваться с помощью котла или конвекторов.

Виды тепловых насосов

Принцип работы тепловых насосов одинаковый, но они отличаются по двум параметрам – откуда берут тепло и куда отдают. По отбору тепла они делятся на три типа:

1. Грунтовые (геотермальные);
2. Водяные;
3. Воздушные.

Нагревают они воздух или воду. Поэтому есть такие виды тепловых насосов:

Цикл теплового насоса простыми словами

Тепловой насос не производит тепло как конвектор или котел. Он переносит его из одной среды в другую. Поэтому КПД теплового насоса для отопления и ГВС выше 100%. Это значит, что на 1 кВт электроэнергии он выдаст больше 1 кВт тепла.

Это не нарушает принцип сохранения энергии, так как тепловой насос – не замкнутая система. Он потребляет один вид энергии и переносит другой.

По строению тепловые насосы бывают разными, каждый производитель использует свои ноу-хау, у каждой их марки есть свои плюсы и минусы.

Зависимость КПД от температуры нагрева

По общепринятым стандартам для отопления дома с помощью радиаторов и горячего водоснабжения нужна вода температурой 50-55 градусов. А вот для отопления теплыми полами – с температурой 30-35 градусов.

Обычно вода в дом поступает с температурой до +5 градусов, поэтому для ее подогрева до разных температур нужен разный объем тепловой энергии. И от этой разницы зависит КПД теплового насоса.

В статье указаны коэффициенты для нагрева воды на 50 градусов. Если нужно просчитать этот уровень для подогрева воды на 30 градусов, КПД теплового насоса стоит умножить на 1,5.

Для теплого пола входящую в дом воду достаточно нагреть на 30 градусов, чтобы обеспечить мягкое отопление.

КПД теплового насоса грунт-вода и грунт-воздух

Реальный КПД грунтового теплонасоса лежит в пределах 400-800%, но бывают и редкие исключения. Высоких показателей эффективности можно достичь если почва получает тепло от солнечного света и в ней уложено геотермальное поле, а не пробурены скважины.

В случае со скважинным тепловым насосом, чем больше расстояние между ними, тем выше КПД. Разница в этом случае составит 50-100% от номинального значения.

Особенностью геотермальных тепловых насосов есть то, что они находятся в неподвижной среде. Если неправильно рассчитана мощность теплового насоса, количество скважин или площадь и глубина геотермального поля, произойдет следующее. Земля начнет промерзать и не успевать получать тепло, из-за чего КПД грунтового теплонасоса будет неуклонно падать и со временем опустится ниже 100%.

Так как магистраль находится в земле неподвижно, грунтовый тепловой насос может выморозить почву

КПД теплового насоса вода-вода и вода-воздух

Средний КПД тепловых насосов вода-вода и вода-воздух равен 400%, но он зависит от того, насколько прогрета вода. В водоемах ее температура может меняться от +1 зимой до +20 и выше летом. Поэтому минимальный КПД таких тепловых насосов может опускаться до 200%, а максимальный подниматься до 1000%.

Стоит учитывать, что летом тепловой насос практически не нужен, поэтому работать с КПД 1000% он не будет, это число используют формально.

Еще одна особенность водяных тепловых насосов в том, что водоемы медленно прогреваются и отдают тепло. Поэтому весной, когда вода не прогрета, у него будет низкий КПД, а осенью, когда она сохранила тепло – высокий КПД.

Водоемы медленно отдают тепло весной, а КПД водяного теплового насоса зависит от температуры воды.

КПД теплового насоса воздух-воздух и воздух-вода

КПД этого типа тепловых насосов сильно зависит от того, какова температура воздуха снаружи. К тому же, есть модели рассчитанные на работу при экстремально низких температурах. Например, низкотемпературный воздушный теплонасос, рассчитанный на отопление бассейна, дает КПД 230% при температуре -15 градусов Цельсия. Самые дешевые варианты будут иметь такой же КПД только при +5 — +10 градусов тепла.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух не очень отличается от устройства типа воздух-вода. Поэтому приведенные ниже значения можно использовать для обоих типов. КПД теплового насоса воздух-воздух среднего класса можно увидеть по этому графику:

На графике видна зависимость КПД теплового насоса воздух-вода в зависимости от температуры наружного воздуха и температуры нагрева воды

КПД теплового насоса в морозы

Есть мнение, что КПД теплового насоса в морозы снижается, но это не совсем так. Дело в том, что напрямую эффективность теплонасоса зависит от его типа и среды:

• Грунтовые тепловые насосы не меняют свой КПД так как температура почвы на глубине не изменяется.
• Водяные теряют КПД ближе к весне, так как вода в водоеме постепенно остывает.
• Воздушные тепловые насосы напрямую зависят от температуры воздуха, их КПД зависит от текущих условий.

Реальные значения КПД

В большинстве своем производители и дилеры тепловых насосов завышают показатели. КПД теплового насоса для отопления дома может отличаться в полтора раза (хотя такая разница и редкость). При выборе стоит учитывать, насколько проверенный перед вами производитель и тщательно изучать документацию.

Хоть принцип работы тепловых насосов примерно один и тот же, внутренне строение у них разное. Теплонасос может быть двухконтурным или одноконтурным, с разными типами компрессоров, использовать разный теплоноситель и т.д.

Мощность теплового насоса обычно определяет количество тепла, которое он может выдавать за определенный промежуток времени. Но у самых мощных моделей часто КПД выше, чем у аналогов. Разница не слишком велика, но иногда она важна.

Например, мощный воздушный тепловой насос сможет давать тепло с КПД 200% при -20 градусов, а аналогичный по строению, но менее мощный, при такой температуре даст только КПД 150%.

В этой статье мы рассказали, каковы ральный КПД и эффективность теплового насоса в зависимости от его типа. Вопросы, мнения, нарекания вы можете оставить в комментариях. Мы стараемся реагировать на них оперативно Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Эффективность теплового насоса

Эффективность теплового насоса

Оборудование, которое позволяет использовать энергию природных источников, таких как воздух, грунтовые воды или земные недра, для отопления и нагрева воды называется тепловым насосом. Это сверхэффективное оборудование позволяет получить 4-5 кВт тепловой энергии на каждый киловатт затраченной электроэнергии.

От чего зависит КПД теплового насоса

Принцип действия теплового насоса схож с принципом действия холодильника. Но задача холодильника произвести холод, используя тепловую и электрическую энергию. А насос, используя низкотемпературный природный носитель и электричество, производит тепло. Подробнее принцип действия описан на этой странице.
Расчет КПД теплового насоса показывает удивительные результаты, если учитывается только затраченная на его работу электроэнергия. Как уже указывалось, на киловатт потребленной энергии приходится в 4-5 раз больше произведенной. Что это? КПД больше единицы — нарушение законов электродинамики? Нет. Дело в том, что не учтен источник низкопотенциального тепла. Ведь в своей работе насос использует и природную энергию. Поэтому при расчете мощность источника (Рист.) и энергия из электросети (Рс.) должны складываться. А формула расчета будет выглядеть таким образом:

η = Рвыход./ Рист.+ Рс.

И, конечно, он будет меньше единицы.

Но расчет КПД может быть затруднен. Например, геотермальный насос, КПД которого следует рассчитывать с учетом температуры земли. Земля в этом случае – источник тепла. Ее температура на глубине более 6м практически не изменяется, но точно определить ее достаточно трудно. Это затрудняет определение КПД.

Такая же ситуация с определением КПД тепловых насосов других типов, для которых точная оценка мощности низкопотенциальной энергии не возможна. Поэтому оценивают эффективность и производительность тепловых насосов, используя два специальных коэффициента – СОР и степень термодинамического совершенства.

СОР – точная оценка эффективности теплового насоса

Первый коэффициент СОР теплового насоса – это коэффициент преобразования (англ. Coefficient of Perfomance) или тепловой коэффициент. Им пользуются для того, чтобы оценить соотношение работы по преобразованию энергии низкопотенциального источника и произведенной на выходе энергии.
Второй коэффициент, степень термодинамического совершенства, отображает то, насколько реальный цикл работы близок к идеальному.

Коэффициент преобразования теплового насоса рассчитывается по формуле

СОР = Qпотреб. х A,

в которой Qпотреб. – количество тепла, полученное потребителем, А – работа, затраченная насосом. Последняя величина определяется температурой воздуха в конденсаторе и испарителе.

Зная СОР, или тепловой коэффициент теплового насоса, можно рассчитать, сколько работы нужно затратить на выработку необходимого количества тепла. Если, например, он равен 2, то оборудование произведет в 2 раза больше энергии, чем будет затрачено.

Величина СОР одного и того же насоса может меняться от сезона к сезону. Для оценки вводят сезонный коэффициент, обозначаемый SСОР. Он учитывает климатические условия и повышает точность оценки эффективности. Наиболее важен этот показатель для устройств типа «воздух-воздух». Меньше колебания этого коэффициента, если используются другие источники тепла. Наименее подвержен колебаниям СОР геотермального насоса, эффективность которого определяется малоизменяющейся температурой земных недр или грунтовых вод.

Тепловые насосы – оборудование будущего

Эффективность тепловых насосов превосходит эффективность любого другого энергетического оборудования, используемого для отопления и подогрева воды. Отопительный коэффициент теплового насоса в реальности может доходить до значений 6-8.
Если учесть постоянно возрастающую стоимость традиционных энергоносителей, то использование такого современного теплового оборудования с каждым годом будет приносить все более существенную экономию. Тепловой насос, использующий дешевую энергию из окружающей среды, отличается длительным сроком эксплуатации и низкими эксплуатационными затратами. За этим энергоэффективным и экологически чистым оборудованием будущее.

Заказать расчет стоимости геотермального насоса можно по телефону +7 495 132 2000 или заполнив онлайн-форму. Технический специалист вышлет Вам информацию на указанный электронный адрес.