Счета за отопление в Германии растут. Война на Украине и последующее прекращение поставок российского газа значительно увеличили стоимость газа и электроэнергии. Домохозяйства ощущают это на себе. Желание экономить деньги, сохраняя тепло в доме, достигло рекордно высокого уровня.
Одним из решений может стать переход на тепловой насос (Wärmepumpe). Эти системы обещают быть дешевле и более экологичными по сравнению с традиционными масляными или газовыми котлами. Но что именно делают эти устройства?
Как тепловые насосы извлекают тепло из холодного воздуха
Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды. Он использует воздух, землю или грунтовые воды для обогрева или охлаждения дома. В новых зданиях это теперь наиболее распространенный метод отопления. Он считается эффективным и экологически чистым, даже несмотря на то, что для его работы требуется электричество.
Технология основана на разнице температур. Она использует разницу между наружной и внутренней температурой, или между почвой и поверхностью. Извлеченное тепло должно быть доведено до пригодного для использования уровня посредством цикла. В качестве переносчика тепла используется хладагент. Он проходит четыре конкретных этапа: испарение, сжатие, конденсация и расширение.
- Испарение: Хладагент испаряется при температуре наружного воздуха. Поскольку зимние температуры могут опускаться ниже нуля, хладагент должен иметь очень низкую температуру кипения.
- Сжатие: Электрический компрессор сжимает пар хладагента. Это увеличивает как давление, так и температуру. Полученная температура значительно выше, чем температура внутри здания.
- Конденсация: Нагретый сжатый пар отдает тепло нагревательной воде через теплообменник. Вода нагревается достаточно, чтобы служить средой для отопления или горячей водой. Хладагент конденсируется в жидкость, но остается под высоким давлением.
- Расширение: Жидкий хладагент проходит через расширительный клапан. Это снижает давление до исходного уровня, позволяя циклу повториться.
Преимущество в эффективности
Суть в соотношении источников энергии. В обычных условиях около восьмидесяти процентов тепловой энергии поступает от бесплатного тепла окружающей среды в процессе испарения. Электричество, необходимое для цикла, вносит лишь двадцатипроцентный вклад.
Обогрев с помощью наружного воздуха зимой кажется нелогичным. Тем не менее, принцип работы теплового насоса делает это возможным. Система перемещает тепло, а не создает его с нуля. Это различие имеет значение как для вашего кошелька, так и для планеты.
Основной принцип: 80% бесплатного тепла окружающей среды, 20% электроэнергии.
Именно эта эффективность объясняет, почему технология набирает популярность, несмотря на первоначальные затраты на установку. Она превращает сезонную проблему — отсутствие тепла — в решаемый механический процесс. Теперь вопрос заключается в том, окупятся ли первоначальные инвестиции в течение срока службы устройства. Этот расчет зависит от местных цен на электроэнергию и конкретной теплоизоляции вашего дома. Единого ответа для всех не существует. Но механика работы теплового насоса остается неизменной. Он работает за счет изменения давления и фазовых переходов, перемещая тепло туда, где оно необходимо.
Как типы тепловых насосов влияют на эффективность вашего дома
В гонке за эффективным обогревом вашего дома есть по сути три основных претендента: воздушные, грунтовые и водяные тепловые насосы. У каждого свои особенности. У каждого свои правила. Вы не можете просто выбрать тот, который выглядит самым дешевым на Amazon. Реальность гораздо сложнее.
Воздушные тепловые насосы являются наиболее распространенными не просто так. Они просты. Они прямолинейны. Эти устройства извлекают тепловую энергию из наружного воздуха с помощью вентиляторов. Подумайте об этом как о реверсивном кондиционере. Их установка относительно проста. Вам нужен наружный блок и внутренний фанкойл. Но простота имеет свою цену. Зимой эффективность падает. Почему? Потому что воздух быстро становится холодным.
Когда температура на улице резко падает, разница температур между вашим теплым помещением и замерзшим внешним миром увеличивается. Электрический компрессор должен работать усерднее. Он потребляет больше электроэнергии, чтобы преодолеть этот разрыв. Чем холоднее на улице, тем менее эффективной становится система. Это базовая физика. Вы сражаетесь с окружающей средой.
Грунтовые (водо-водяные) тепловые насосы работают иначе. Они широко считаются самым эффективным типом из доступных. Они используют грунтовые воды в качестве источника тепла. А грунтовые воды стабильны. Даже в разгар зимы они редко опускаются ниже десяти градусов по Цельсию. Это тепло по сравнению с замерзшим воздухом. Тепловому насосу не приходится работать почти так же усердно.
Но здесь есть подвох. Вы не можете просто установить его где угодно. Домовладельцы должны пробурить две скважины. Две. И им нужны разрешения. Множество разрешений. Местные органы власти должны одобрить извлечение воды. Химический состав воды также имеет значение. Если вода слишком коррозионно-активная или содержит много минералов, система может пострадать. Не каждый участок имеет доступ к подходящим грунтовым водам. Если у вас их нет, этот вариант отпадает.
Тепловые насосы с грунтовым теплообменником работают по аналогичному принципу, но забирают энергию непосредственно из земли. Почва лучше удерживает тепло, чем воздух. Она остается относительно постоянной в течение всего года. Это делает их также высокоэффективными. Здесь у вас есть два варианта. Вы можете пробурить глубокие скважины. Или вы можете проложить большие, неглубокие трубы по широкой площади земли. И то, и другое требует земляных работ. И то, и другое требует разрешений.
Бурение во многих районах ограничено. Зонирование сильно различается. Вы можете найти идеальное место на бумаге, только чтобы местный совет сказал вам, что вы не можете трогать подземное пространство. Это бюрократическое препятствие. Оно добавляет время и затраты к проекту до того, как будет уложен первый трубопровод.
Это приводит нас к суровой правде. Не каждый тепловой насос работает в каждом месте. География диктует ваши варианты. Если почва каменистая, бурение обходится дорого. Если уровень грунтовых вод слишком низкий или вода загрязнена, водо-водяные насосы не работают. Если вы живете в плотно застроенном городском районе без свободного места во дворе, вы можете быть вынуждены выбрать воздушный насос, несмотря на его зимнюю неэффективность.
Помимо типа насоса, важно само здание. Тепловой насос хорош настолько же, насколько хорош обслуживаемое им здание. Вам нужна хорошая изоляция. Без нее вы обогреваете улицу. Также играет роль система отопления внутри. Тепловые насосы лучше всего работают с низкотемпературным распределением тепла. Это означает большие радиаторы или, в идеале, теплый пол. Маленькие, старомодные радиаторы могут неэффективно справляться с более низкими температурами теплоносителя. Вы можете в итоге получить холодный дом и высокий счет за электроэнергию.
Итак, какой путь вы выберете? Универсального победителя нет.
Здесь всё не так однозначно. Является ли тепловой насос по-настоящему экологичным, полностью зависит от конкретной модели. Хотя три четверти энергии для отопления поступает из возобновляемых источников, таких как воздух, вода или грунт, система всё ещё требует электроэнергии. Она питает компрессор и насосы. И эта электроэнергия часто всё ещё производится на угольных электростанциях, а не на ветряных или солнечных.
А как насчёт второго ключевого преимущества? Финансового.
Экономия возможна, но она не наступает мгновенно. Покупка и установка устройства обходятся в десятки тысяч евро авансом. Для воздушного теплового насоса речь идёт о сумме от 20 000 до 25 000 евро. Можно подать заявку на государственные субсидии, чтобы покрыть часть расходов, но всё равно придётся самостоятельно оплатить основную часть стоимости.
Если же рассматривать только эксплуатационные расходы, картина меняется. Если система у вас уже есть, вы значительно экономите по сравнению с использованием мазута и газа. Портал сравнения Verivox провёл такой анализ. Отопление с помощью эффективного теплового насоса обходится в среднем на 39% дешевле, чем с помощью газа. Даже менее эффективная модель позволяет сэкономить 11%. Расходы на техническое обслуживание также ниже. Ожидайте примерно 100 евро в год плюс оплату труда и проезда специалистов.
В долгосрочной перспективе это дешевле. Но порог входа высок. Домовладельцам приходится сначала платить крупные суммы.
