Он переносит тепло, а не производит. COP 4–5 с тёплым полом и около двух с горячими радиаторами — разбор типов и честная экономика.
Тепловой насос не производит тепло — он его переносит. Из уличного воздуха при −10 °C, из грунта на глубине двух метров, из скважины. На каждый киловатт потраченного электричества в дом попадает три-четыре киловатта тепла, и это не нарушение физики, а тот же принцип, по которому работает холодильник, только развёрнутый наружу.
Разберём, откуда берутся эти киловатты, что означает коэффициент COP, чем воздушный тепловой насос отличается от грунтового и при каких условиях всё это окупается в российском климате.
Откуда берётся тепло
Внутри контура циркулирует хладагент — вещество, кипящее при очень низкой температуре. При −20 °C он всё ещё способен кипеть, забирая тепло у воздуха, который для нас ледяной, но для него тёплый.
- Испаритель на улице. Хладагент кипит при температуре ниже уличной и забирает тепло у воздуха или грунта, превращаясь в газ.
- Компрессор. Сжимает газ, и тот резко нагревается — это единственное место, где тратится электричество.
- Конденсатор в доме. Горячий газ отдаёт тепло воде системы отопления или воздуху комнаты и снова становится жидкостью.
- Расширительный клапан. Сбрасывает давление, хладагент охлаждается, цикл повторяется.
Электричество тратится только на работу компрессора и вентиляторов. Само тепло берётся из среды бесплатно — отсюда и эффективность выше ста процентов, невозможная ни для одного котла.
Тот же принцип работает в обычном кондиционере в режиме обогрева — это, по сути, воздушный тепловой насос малой мощности. Пределы его применения разобраны в статье про то, можно ли включать кондиционер зимой.
COP: главная цифра
COP — отношение полученного тепла к затраченному электричеству. COP 4 означает: потратили 1 кВт·ч, получили 4 кВт·ч тепла.
Важно, что COP не постоянен. Он зависит от двух температур: источника и того, что нужно получить на выходе.
| Условия | Температура подачи | COP |
|---|---|---|
| Воздух +7 °C | 35 °C (тёплый пол) | 4,5–5,0 |
| Воздух +7 °C | 55 °C (радиаторы) | 3,0–3,5 |
| Воздух −7 °C | 35 °C | 2,8–3,2 |
| Воздух −7 °C | 55 °C | 2,0–2,3 |
| Воздух −20 °C | 35 °C | 1,8–2,2 |
| Грунт +4 °C | 35 °C | 4,0–4,5 |
| Грунт +4 °C | 55 °C | 3,0–3,3 |
Главный вывод из этой таблицы. Тепловой насос раскрывается только в низкотемпературной системе. С тёплыми полами при 35 °C он даёт COP 4–5, с обычными радиаторами при 70 °C — около двух, и экономика рушится. Поэтому дом под тепловой насос проектируют с тёплыми полами или с увеличенными радиаторами, рассчитанными на 40–45 °C. Расчёт контуров — в статье про водяной тёплый пол.
В паспорте обычно указывают COP при +7 °C — самое выгодное условие. Реальную картину за сезон показывает другой показатель, SCOP, и он всегда ниже.
Три типа и где какой
| Тип | Источник | Отдаёт в | SCOP | Монтаж |
|---|---|---|---|---|
| Воздух — воздух | Уличный воздух | Воздух комнат | 2,5–3,5 | Как сплит-система |
| Воздух — вода | Уличный воздух | Систему отопления | 2,5–3,5 | Наружный блок плюс обвязка |
| Грунт — вода (горизонт.) | Грунт на 1,5–2 м | Систему отопления | 3,5–4,5 | Земляные работы, 300–600 м² |
| Грунт — вода (зонды) | Скважины 50–150 м | Систему отопления | 4,0–5,0 | Бурение |
| Вода — вода | Скважина, водоём | Систему отопления | 4,0–5,0 | Две скважины или водоём |
Воздушные модели дешевле в разы и ставятся за день, но их эффективность падает вместе с уличной температурой — ровно тогда, когда тепла нужно больше всего. Грунтовые стабильны: на глубине двух метров температура круглый год держится около +4…+8 °C независимо от мороза наверху. Но земляные работы или бурение стоят столько же, сколько само оборудование.
Что происходит на морозе
У воздушного теплового насоса есть три эффекта, о которых стоит знать заранее.
- Падает мощность. Не только COP, но и абсолютная теплопроизводительность: при −15 °C насос отдаёт примерно 60–70 % паспортной мощности. То есть именно в мороз он слабеет.
- Обмерзает наружный блок. Влага из воздуха намерзает на теплообменнике, и каждые 40–60 минут запускается цикл разморозки. На это время дом не отапливается, а часть накопленного тепла уходит обратно на улицу.
- Включается электротэн. У большинства моделей встроен догреватель на 3–9 кВт. При сильном морозе он берёт нагрузку на себя, и COP падает до единицы — вы просто топите электричеством.
Отсюда понятие точки бивалентности — уличной температуры, ниже которой насос перестаёт справляться в одиночку. Для средней полосы её обычно задают на −7…−12 °C.
Бивалентная схема
Практичное решение для российского климата — не пытаться закрыть тепловым насосом сто процентов нагрузки, а поставить его в паре со вторым источником.
Логика в том, что температуры ниже −15 °C занимают малую долю отопительного сезона — в средней полосе около 5–10 % часов. Насос, рассчитанный на 70 % пиковой нагрузки, закрывает при этом 90–95 % годовой потребности в тепле, а оставшееся добирает котёл или тэн. Такой насос стоит заметно дешевле, чем рассчитанный на пик.
- С газовым котлом. Насос работает в межсезонье и в умеренный мороз, котёл подхватывает в пик.
- С электрокотлом или тэном. Проще, дешевле по монтажу, но в пик вы платите за электричество по полной.
- С твердотопливным котлом. Рабочая пара для домов без газа, с теплоаккумулятором как буфером.
Сколько это стоит и когда окупается
Считать нужно честно, с учётом монтажа и разницы в тарифах.
| Вариант | Вложения | Расход на 150 м² за сезон |
|---|---|---|
| Магистральный газ | Низкие при наличии трубы | Самый дешёвый вариант |
| Тепловой насос воздух-вода | Средние | В 2,5–3 раза меньше прямого электро |
| Грунтовый тепловой насос | Высокие | В 3,5–4 раза меньше прямого электро |
| Электрокотёл | Низкие | Базовая величина для сравнения |
| Твердотопливный котёл | Средние | Дёшево, но требует работы |
Практический вывод устойчив: если к дому подведён магистральный газ, тепловой насос экономически не окупается — газ дешевле. Насос имеет смысл там, где газа нет и альтернатива — прямой электрический нагрев. В этом случае воздушная модель окупается за 5–8 лет, грунтовая за 10–15.
Сравнение вариантов без газа подробнее разобрано в статье про электрическое отопление дома.
Что нужно дому
Тепловой насос предъявляет к дому требования, которых не предъявляет котёл.
- Хорошее утепление. Насос выгоден при низкой температуре подачи, а низкая подача возможна только в доме с малыми теплопотерями. В плохо утеплённом доме придётся греть до 60 °C, и весь смысл теряется.
- Низкотемпературная система. Тёплые полы или радиаторы с запасом площади под 40–45 °C. Обычные радиаторы придётся увеличить примерно вдвое.
- Электрическая мощность. Трёхфазное подключение и выделенная мощность — насос на 8 кВт тепла потребляет 2–3 кВт электричества, плюс тэн догрева.
- Место под наружный блок или площадь участка под грунтовый контур: 300–600 м² для горизонтального коллектора.
- Буферная ёмкость. Нужна почти всегда: она сглаживает работу компрессора и не даёт ему тактовать.
Мифы
- «Тепловой насос не работает в мороз». Работает: современные модели заявляют работу до −25 °C. Вопрос не в работоспособности, а в падении COP до 1,8–2,2 и в снижении мощности.
- «Это вечный двигатель». Нет: энергия берётся из среды, электричество тратится на её перенос. Физика не нарушается.
- «Грунтовый контур вымораживает участок». При правильном расчёте длины контура грунт восстанавливается за лето. Проблемы бывают при заниженной длине коллектора.
- «Насос заменит газовый котёл и сэкономит». Там, где есть магистральный газ, — не сэкономит.
- «Можно поставить к существующим радиаторам». Можно, но COP будет около двух, и экономика не сойдётся без переделки системы.
Частые вопросы
Как работает тепловой насос для отопления?
Он переносит тепло из уличного воздуха или грунта в дом, используя цикл сжатия и расширения хладагента. Электричество тратится только на компрессор, само тепло берётся из среды — поэтому на 1 кВт·ч электричества приходится 3–4 кВт·ч тепла.
До какой температуры работает воздушный тепловой насос?
Современные модели заявляют работу до −25 °C. Но при −20 °C COP падает примерно до двух, а мощность — до 60 % от паспортной, поэтому в средней полосе их ставят в паре со вторым источником.
Что выгоднее — тепловой насос или газовый котёл?
При наличии магистрального газа котёл дешевле и в установке, и в эксплуатации. Тепловой насос выигрывает там, где газа нет и альтернатива — прямой электрический нагрев.
Какой тепловой насос лучше — воздушный или грунтовый?
Грунтовый эффективнее и стабильнее, но вдвое-втрое дороже из-за земляных работ. Воздушный дешевле и ставится за день, но теряет мощность в мороз. Для большинства частных домов разумнее воздушный в бивалентной схеме.
Можно ли подключить тепловой насос к обычным радиаторам?
Технически да, но радиаторы придётся увеличить примерно вдвое, чтобы они отдавали нужное тепло при 45 °C вместо 70. Без этого насос будет работать на высокой подаче с COP около двух.
Сколько электричества потребляет тепловой насос?
Для дома 150 м² с теплопотерями 10 кВт при среднесезонном SCOP 3 потребление составит примерно треть от того, что израсходовал бы электрокотёл на ту же задачу.
Нужно ли обслуживать тепловой насос?
Да: чистка теплообменника наружного блока, проверка давления хладагента, состояния дренажа и работы разморозки. Раз в год, как у кондиционера.
Коротко
- Тепловой насос переносит тепло, а не производит: на 1 кВт электричества — 3–4 кВт тепла.
- COP зависит от температуры подачи: 4–5 с тёплым полом при 35 °C и около 2 с радиаторами при 55–70 °C.
- Воздушные модели дешевле, но теряют мощность в мороз; грунтовые стабильны, но дороже вдвое-втрое.
- При −20 °C воздушный насос отдаёт 60–70 % паспортной мощности и уходит в частую разморозку.
- Практичное решение — бивалентная схема: насос на 70 % нагрузки закрывает 90–95 % сезона.
- Дому нужны хорошее утепление, низкотемпературная система и трёхфазное питание.
- При наличии магистрального газа тепловой насос экономически не окупается.
