Що таке тепловий насос
Тепловий насос переносить розсіяну теплову енергію в опалювальний або водогрійний контур. Спосіб його роботи базується на зворотному циклі Карно. Такі пристрої можуть не лише опалювати приміщення, а й забезпечувати гаряче водопостачання та кондиціювання повітря. Для роботи в режимі охолодження потрібен реверсивний клапан.
Головним джерелом тепла для всіх теплових насосів вважається сонячна радіація, а головним теплоносієм — вода, яка зумовлює теплопровідність повітря і ґрунту. Теплопровідність води більша, ніж у повітря, у 20 разів, а теплоємність — у 3100 разів.
Як це працює
Усередині пристрою циркулює холодоагент. Робочий цикл складається з кількох послідовних етапів.
- Холодоагент під високим тиском через капілярний отвір потрапляє до випарника, де через зниження тиску відбувається випаровування.
- У випарнику холодоагент забирає тепло з внутрішніх стінок, а сам випарник відбирає тепло з повітряного, ґрунтового або водяного контуру.
- Компресор вбирає холодоагент із випарника, стискає його й виштовхує в конденсер.
- У конденсері холодоагент переходить у рідкий стан із виділенням тепла, яке віддається опалювальному контуру.
- Коли температура досягає потрібного рівня, терморегулятор розриває електричне коло, і насос перестає працювати.
Ефективність теплового насоса описують коефіцієнтом, який більший за одиницю. Наприклад, коефіцієнт 4,5 означає, що за номінальної потужності 1 кВт на виході можна отримати 4,5 кВт теплової потужності. Вважається, що тепловий насос використовує електроенергію значно ефективніше за електричні котли.
Які бувають теплові насоси
За принципом дії розрізняють компресійні й абсорбційні моделі. Компресійні працюють за рахунок механічної або електричної енергії. Абсорбційні можуть використовувати енергію зовнішніх джерел: газ, тверде паливо, дизель, сонячну або геотермальну енергію.
За джерелом надходження тепла теплові насоси поділяють на кілька груп:
- водяні
- ґрунтові
- повітряні
- комбіновані
Системи «повітря-повітря» акумулюють тепло вуличного повітря для опалення приміщень. У системах «повітря-вода» тепло атмосферного повітря нагріває рідкий теплоносій, що циркулює в опаленні будинку. На відміну від геотермальних, повітряні насоси беруть енергію безпосередньо з атмосфери; для помірного клімату їх називають доступнішим варіантом. Геотермальний насос відкритого типу використовує воду як теплообмінну рідину, що циркулює безпосередньо через теплообмінник, а після нього повертається в землю.
| Тип колектора | Де розміщується | Коли доцільний |
|---|---|---|
| Горизонтальний | кільцями або хвилясто в горизонтальних траншеях нижче глибини промерзання ґрунту, мінімальна глибина 1,20 м | найбільш економічно ефективний для жилих об'єктів, якщо немає дефіциту земельної площі |
| Вертикальний | у свердловинах глибиною до 200 м | коли площа ділянки не дозволяє розмістити колектор горизонтально або є загроза пошкодження ландшафту |
| Водний | хвилясто або кільцями у водоймі нижче глибини промерзання | найдешевший варіант, але потрібні мінімальна глибина та об'єм води у водоймі |
Коли тепловий насос вигідний
Чим менша різниця між температурою джерела тепла та температурою теплоносія в опалювальному контурі, тим вищий коефіцієнт перетворення тепла. Тому вигідніше поєднувати насос із низькотемпературними системами — «теплою підлогою» або повітряним опаленням. Для таких систем наводять максимальну температуру теплоносія 35 °C. Також є оцінка, що власник теплових насосів заощаджує на витратах на опалення три чверті.
Серед переваг таких пристроїв називають екологічність і безпеку:
- тепловий насос не спалює паливо й не утворює шкідливих оксидів, зокрема CO, CO2, NOх, SO2, PbO2;
- фреони, які застосовують у теплових насосах, не містять хлорвуглецю й озонобезпечні;
- сучасні теплові насоси є вибухо- і пожежобезпечними;
- використання таких пристроїв скорочує витрату газу або вугілля на виробництво електрики на ТЕЦ.
Теплові насоси в Україні та ЄС
У 2016 році Верховна Рада внесла зміни до закону «Про альтернативні джерела енергії» і віднесла теплові насоси до обладнання, що використовує відновлювані джерела енергії. Теплова енергія, вироблена такими насосами з аеротермальної, гідротермальної або геотермальної енергії, вважається виробленою з відновлюваних джерел за умови, що річний обсяг виробленої теплової енергії більший за обсяг теплової енергії, витраченої на виробництво електроенергії, яку спожив насос.
Водночас в Україні, як стверджується в описі, немає законодавчих і технічних можливостей визначати дійсні технічні показники теплових насосів, а деякі виробники й продавці вказують завищені характеристики. На думку авторів опису, європейський досвід свідчить про потребу запровадити міжнародні стандарти вимірювання та створити відповідну лабораторію. У ЄС показники перевіряє громадська організація — Європейська асоціація теплових насосів (EHPA), яка позначає обладнання знаком якості QL (Quality Label).
У липні 2026 року Інститут економіки енергетики та фінансового аналізу (IEEFA) опублікував аналіз ролі теплових насосів в енергетичному переході ЄС. Там зазначено:
теплові насоси названо однією з визначальних технологій енергетичного переходу та скорочення споживання природного газу в Європейському Союзі
За цілями ЄС, щороку мають встановлювати 4 млн теплових насосів, а також розвивати сонячну (75 ГВт на рік) і вітрову (22 ГВт на рік) енергетику. За розрахунками IEEFA, це може скоротити попит на природний газ до 2030 року на 25 %.
Хронологія
- 1852 рік — британський фізик та інженер Вільям Томсон (лорд Кельвін) розробив концепцію теплових насосів;
- 1855 рік — австрійський інженер Петер фон Ріттінгер спроєктував і встановив перший відомий тепловий насос;
- 1940-ті роки — винахідник Роберт Вебер, експериментуючи з морозильною камерою, розробив практичне застосування теплових насосів;
- 1970-ті роки — під час Арабського нафтового ембарго виникла реальна потреба в ефективності теплових насосів та інтерес до енергоощадження;
- 2016 рік — Верховна Рада визнала теплові насоси обладнанням відновлюваної енергетики.
Питання й відповіді
Що таке коефіцієнт ефективності теплового насоса?
Це співвідношення отриманої теплової потужності до витраченої. Він більший за одиницю: за коефіцієнта 4,5 від 1 кВт номінальної потужності можна отримати 4,5 кВт тепла.
Скільки енергії тепловий насос бере з природи?
За поширеним описом, приблизно 75 % опалювальної енергії можна збирати з повітря, ґрунту чи води, а 25 % потрібно для роботи самого насоса.
Чи може тепловий насос охолоджувати приміщення?
Так, такі пристрої можуть кондиціювати повітря. Для роботи в режимі охолодження потрібен реверсивний клапан.
Яку систему опалення краще поєднувати з тепловим насосом?
Вигідніше використовувати низькотемпературні системи: «теплу підлогу» або повітряне опалення. Що менша різниця між температурою джерела тепла й теплоносія, то вищий коефіцієнт перетворення тепла.
Який геотермальний тепловий насос обрати для приватного будинку?
Горизонтальний колектор вважають найбільш економічно ефективним для жилих об'єктів, якщо вистачає земельної площі. Вертикальний застосовують, коли ділянка замала або є загроза пошкодження ландшафту. Водний колектор — найдешевший, але потребує водойми з мінімальною глибиною та об'ємом води.
Чи вважається тепловий насос відновлюваним обладнанням в Україні?
Так, з 2016 року, коли Верховна Рада внесла відповідні зміни до закону «Про альтернативні джерела енергії». Теплова енергія з аеротермальної, гідротермальної чи геотермальної енергії вважається відновлюваною за умови, що річний обсяг виробленого тепла більший за обсяг тепла, витраченого на вироблення спожитої насосом електроенергії.
