Около трех четвертей энергии, потребляемой в домашних хозяйствах, расходуется на отопление и горячую воду. При этом, энергия добывается, главным образом, посредством сжигания ископаемых энергоносителей. Все больше повышается значение экономного обращения с природными ресурсами, а связанные с этим экономические и экологические преимущества все чаще становятся решающими критериями при выборе подходящей отопительной системы.
Тепловой насос — это компактный аппарат, использующий тепло земли, воды или воздуха, и, обеспечивающий автономное отопление и/или горячее водоснабжение. Данные системы экологически чисты, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в атмосферу, а также чрезвычайно экономичны, поскольку при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации, производит до 3- 6 кВт тепловой энергии.
Тепловые насосы подразделяются на воздушные и геотермальные. Геотермальные ТН используют в качестве источника тепла грунт или водоём. Они более эффективны и экономичны, по сравнению с воздушными.
Процесс происходит приблизительно так: солнце нагревает поверхность земли (или воздух, или воду), из недр земли к поверхности также поступает тепло. Несмотря на то, что перепады атмосферной температуры довольно значительны, в зависимости от времени года, всего в нескольких метрах под земной поверхностью температура почвы сохраняется относительно постоянной. Температура грунта теплее температуры воздуха в зимнее время и прохладнее атмосферной в летнее время.
Этот эффект используется в геотермальных тепловых насосах. Тепловой насос отбирает тепло из окружающей среды и передает его в контур отопления и/или приготовления горячей воды. Например, в контуре съема тепла из окружающей среды температура составляет +4 — +20 °C. Тепло через теплообменник передается на хладоагент теплового насоса. При сжатии хладоагента компрессором, температура повышается, благодаря чему в контур отопления через теплообменник теплового насоса подается теплоноситель температурой до +62 °C.
К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт•ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии. Так как преобразование тепловой энергии в электрическую на крупных электростанциях происходит с кпд до 50 %, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается. Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.
Еще одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фан-койлы.
Тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.
Важной особенностью системы является ее сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.
Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.
Хотя разработанная в 1852 году лордом Кельвином идея тепловых насосов, была реализована уже спустя четыре года, практическое применение теплонасосы получили только в 30-х годах прошлого века. В западных странах тепловые насосы применяются давно — и в быту, и в промышленности. Сегодня в Японии, например, эксплуатируется около 3 миллионов установок, в Швеции - около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.
К недостаткам тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования.
