Отопление — один из главных источников загрязнения атмосферы. Чтобы мы могли жить в тепле, в воздух ежегодно поступает 4,2 млрд тонн углекислого газа. Это одна из основных причин изменения климата.
По всему миру, и в том числе в России, многие люди продолжают отапливать дома способами, вредными для природы или даже опасными для домочадцев.
На бытовом уровне многие знают, что если к дому не подведен газ, то безопасно и экономно согреть его будет очень сложно. Электрообогреватели, дрова, солярка, газгольдеры — все они имеют значительные минусы. Есть ли какая-то простая и экологичная альтернатива? Возможно, она наконец появилась.
Знакомьтесь, это тепловой насос:
Возможно, прямо сейчас в сфере отопления происходит тихая революция, которая в нашей стране пока остается практически незамеченной.
Холодильник наоборот
Тепловой насос — это устройство, передающее тепло из одного места в другое. В режиме отопления тепловой насос берет тепло из окружающей среды и передает его в здание. Причем не важно, что снаружи холоднее, чем внутри. Он все равно будет «закачивать» тепло в дом, даже если на улице -20°С!
Тепловые насосы могут черпать тепло из воды, земли или воздуха. А нагревают насосы обычно или воздух в доме (что-то вроде кондиционера наоборот), или воду, которая в дальнейшем идет в батареи, теплый пол и в краны. Многие насосы имеют также и режим охлаждения, в котором тепло забирается из здания и передается воздуху, воде или земле.
Из физики мы знаем, что тепло идет от более горячего тела к более холодному. Как же насосу удается повернуть поток тепла вспять? Давайте разбираться!
Насос состоит из внешней и внутренней части. По трубкам циркулирует жидкий хладагент (фреон). Это вещество имеет очень низкую температуру кипения — вплоть до -50°С. Для сравнения, вода кипит при 100°С. А для фреона -25°С вполне достаточно, чтобы он закипел и начал испаряться. Именно это и происходит в испарителе (синяя емкость на схеме).
Уличный воздух нагревает фреон, он переходит из жидкого в газообразное состояние и летит по трубе в компрессор.
В компрессоре происходит резкое сжатие фреона, из-за чего он быстро нагревается. Дальше горячие пары фреона попадают в конденсатор, где отдают свое тепло в контур отопления. В этот момент нагретая вода может идти в трубы, краны, батареи и теплый пол. А фреон, который отдал тепло, движется дальше. Он проходит через дроссель — устройство, которое снижает давление. Фреон снова становится жидким, возвращается к обычному давлению и охлаждается ниже температуры воздуха. После этого круг замыкается — остывший жидкий фреон снова готов забирать тепло из воздуха.
Тепловой насос не производит тепло, а только перемещает его, что делает его очень эффективным.
С помощью электроэнергии работает компрессор и дроссель, и электронные составляющие насоса, но они потребляют не так много электричества. Тепловой насос дает в 4-5 раз больше тепла, чем потребляет электроэнергии: т.е. на 1 квт электроэнергии получается 4-5 квт тепла.
На некоторых сайтах даже можно встретить информацию, что у теплового насоса коэффициент полезного действия (КПД) равен 4. Любители физики сильно удивятся — ведь со школы мы знаем, что КПД не бывает больше единицы! Это же какая-то магия вне Хогвартса!
Действительно, правильнее называть эту цифру не КПД, а коэффициент производительности или трансформации. Если включить в уравнение энергию солнца, которая нагрела землю или воздух, от которого мы берем тепло, то мы увидим, что КПД вполне соответствует законам физики. Только вот энергия солнца бесплатная, в отличие от электрической. Поэтому понятно, откуда берутся такие заявления.
Большие планы
Тепловые насосы активно распространяются в Европе, Северной Америке и Азии. Особенно актуальна технология в экономически развитых странах с дорогими энергоносителями. Ведь во многих странах на тепловые насосы заменяют не дрова или электрические обогреватели, а газовые котлы. А еще она активно продвигается как мера по заботе об окружающей среде и достижению углеродной нейтральности. Поэтому такое решение популярно не только среди тех, кто хочет сэкономить, но и среди тех, кто хочет сделать свой дом экологичнее. А уж если электричество выработано с помощью альтернативной энергетики, то тепловой насос может не просто сократить, а совсем убрать выбросы.
Лидерами по установке насосов стали США, Китай, Швеция, Япония, Германия, Швейцария, Италия, Франция.
Особенно большую ставку на тепловые насосы делает Евросоюз. По данным на 2022 год в ЕС установили более 20 миллионов тепловых насосов. Они обеспечивают отоплением 16% жилых и коммерческих зданий и позволяют избежать выбросов 54 млн тонн CO2.
По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, в 2022 году были проданы рекордные 3 миллиона устройств.
Отапливаются насосами не только частные дома, но и многоквартирные дома и общественные здания, и даже предприятия.
Климат Германии, Франции, Италии, хоть и требует отопления, но все же довольно мягкий. А что насчет холодных регионов? Тут показателен опыт стран Северной Европы. Четыре страны с наибольшей долей тепловых насосов — это именно холодные страны: Норвегия (тепловыми насосами пользуются 60% домохозяйств), Швеция (43 %), Финляндия (41 %) и Эстония (34 %). За последние 30 лет тепловые насосы снизили выбросы углекислого газа от отопления на 72% в Финляндии и на 83% в Норвегии.
Тепловые насосы могут быть успешно установлены в странах, где зимние температуры редко опускаются ниже -10°C. Но некоторые из них даже при -30 °C могут быть эффективнее электрического отопления.
На фотографии ниже — тепловые насосы, отапливающие административное здание в городе Мули, Китай. Примечательно то, что этот город расположен в высокогорном регионе с очень суровым климатом. Годовая средняя температура там составляет -8,3°C (в Москве среднегодовая температура +7,5°C — почти на 16°C выше).
Тепловой насос создает в 4 раза больше тепла, чем потребляет электричества, работает без перебоев десятилетиями, не загрязняет природу, не требует закупки и хранения топлива, интегрируется в систему умного дома, помогая поддерживать идеальные условия.
Звучит слишком хорошо, должен же быть какой-то подвох?
Главный минус в том, что покупка и установка обойдется довольно дорого. Даже зная, что насос поможет сэкономить много денег в ближайшие годы, не каждый готов в него вложиться. Помочь решиться на установку в ЕС помогают субсидии и льготные тарифы на электроэнергию, но это не всегда помогает. В 2024 году в Европе подешевел газ и продажи насосов начали падать. А еще в некоторых странах недовольны, что приходится проходить много бюрократических согласований.
А что в России?
В отличие от Европы, в России тепловым насосам сложно конкурировать с газом. Газификация страны в 2024 году составила почти 75%. Видимо, именно поэтому у нас пока так мало говорят о тепловых насосах.
Там, где нет газопровода, насосы могут стать отличным решением. По данным Росстата, 28% жилого фонда в сельской местности и 7% в городах отапливаются дровами, углем или электроприборами. Речь идет о миллионах семей. Так что ниша для тепловых насосов в России есть. Но только установка насоса вряд ли будет посильной для малообеспеченных граждан, которые по-прежнему вынуждены отапливать дом дровами.
Чтобы насосы могли изменить ситуацию с отсутствием централизованного отопления, нужны государственные программы и субсидии.
Для установки теплового насоса лучше, чтобы зимой температуры не часто опускались ниже -20°C, и в доме была приличная теплоизоляция. И, конечно, на установку придется потратиться. Разброс цен на насос для частного дома — от ₽80 000 до 500 000.
Сейчас в основном насосы покупают при строительстве дома или коттеджа, но есть и отдельные примеры установки насосов в общественных зданиях.
Например, тепловые насосы, берущие тепло из-под земли, установили в новосибирской школе N115. Устройство благополучно отапливает школу уже четвертый сезон. И если на дизельное топливо школа тратила ₽3,5 миллиона в год, то электроэнергия для питания установки обходится в ₽616 тысяч.
В Новосибирске и Красноярске есть отечественные разработки тепловых насосов, но пока большинство насосов на российском рынке — импортные.
Без популяризации технологии, льгот и субсидий вряд ли можно ожидать большого роста использования тепловых насосов в России. Но чем больше технология совершенствуется и дешевеет, тем больше владельцев частных домов прибегает к этому решению. И если цены на газ вырастут, то ситуация может кардинально измениться.
А вы слышали раньше про эту технологию?
Автор: Екатерина Радчикова