Принцип роботи теплового насоса заснований на схемі перекачування теплової енергії з одного об'єму в іншій. За цим принципом працюють сучасні морозильники - теплова енергія всередині камери викачується і відводиться назовні. У насосі використаний той же принцип, тільки навпаки - тепло викачується з навколишнього середовища і подається в кінцевий об'єм будівлі або приміщення.

У минулому, коли паливо було дешевим, ідея таких апаратів не виходила далеко за рамки дослідних зразків, так як опалювати будинок вугіллям або дровами виходило простіше чи дешевше, ніж морочитися зі складною схемою технічної установки. Але з подорожчанням енергоносіїв і розвитком технологій, що дозволили зробити теплові наноси ефективніше, їх використання отримало досить широке поширення, адже достатньо один раз заплатити за покупку або монтаж і забути про проблему витрати палива.

Історія створення
Поява теплових насосів йде корінням в кінець 19 століття, коли в процесі розробки перших промислових холодильних установок були створені машини, які могли перекачувати з одного об'єму в іншій в два рази більша кількість теплової енергії, ніж було потрібно для забезпечення їх роботи. Їх створення послужило поштовхом для активного розвитку даного напрямку в розробці апаратів теплообміну, завдяки чому і з'явилися сучасні теплові насоси, які можна назвати найбільш економною і невибагливою опалювальною системою для приватного з усіх існуючих нині, про що свідчить не тільки думку виробника, а й відгуки багатьох покупців.

Особливості та види конструкцій
Основними елементами будь-якого виду теплових насосів є зовнішній і внутрішній тепловий контури. Зовнішній контур розташовується або глибоко в грунті, або в підземному або звичайному озері, якщо таке є поруч з будинком. Залежно від нюансів конструкції, зовнішній контур може мати різні схеми реалізації, але у всіх його варіантів завдання тільки одна - прокачування теплоносія і збір енергії з середовища, в якій розміщений сам контур. З нього теплова енергія надходить в компресор, де регулюється до потрібного рівня температури і передається на внутрішній контур, опалюючи будинок або окреме приміщення.

Внутрішній контур може являти собою як систему водяного опалення, так і систему гарячого водопостачання. Сам тепловий насос лише забезпечує збір і акумуляцію теплової енергії із зовнішнього середовища, а її розподіл може бути яким завгодно, залежно від індивідуальних потреб. Більшість сучасних теплових насосів працює в двох режиму, опалювальному і охолодному. У КОНДЕЦІОНУЮЧОМУ режимі охолоджуючий контур виводить тепло за межі будинку, а не подає, тому теплові насоси можна вважати універсальними і подвійно економічними пристроями, так як при монтажі такого пристрою зайвими встановленні окремих систем кондиціонування.

Найпростіший спосіб розміщення зовнішнього контуру, це водне середовище, причому у випадку з відкритим варіантом, водне середовище є одночасно і тепловим носієм.
Варіанти зовнішнього контуру з водним розміщенням:

• Тепловий насос із зовнішнім контуром відкритого циклу забирають грунтові води зі свердловини і, прогнавши її через контур, повертають назад в грунт в остудженому вигляді. Такий варіант насоса вважається одним з найефективніших, що підтверджують і відгуки людей, які встановили таку систему, так як підземні води мають достатню для ефективного опалення температуру, яка не змінюється цілий рік.

• Другий варіант контуру з водним розміщенням це контур закритого циклу. При такому пристрої шланг або труба з циркулюючої водою розміщуються в підземному або прилеглому водоймі. Тобто вода, яка циркулює в системі опалення, не має прямого контакту з зовнішнім середовищем і нагрівається за рахунок витягування теплової енергії води у водоймі, але завжди знаходиться всередині контуру. Різниця у виборі між схемами відкритого та закритого контуру полягає лише в умовах, в яких потрібно створити опалювальну систему - відкритий варіант використовується у разі відсутності будь-яких озер і водоймищ в радіусі досяжності. Недоліки таких варіантів розміщення контуру - необхідність насичених грунтових вод або водойми поруч або під будинком.

У випадках, коли поблизу будинку немає водойм, а підземні води не відповідають опалювальним вимогам, зовнішній контур розміщується безпосередньо в грунті під будинком або на території всієї ділянки.

Зовнішні контури, що розміщуються в грунті:
• Горизонтальний грунтовий контур теплового насоса передбачає розміщення колектора з водою, яка збирає тепло прямо на території ділянки навколо будинку. Колектор повинен знаходитися на глибині менше метра, щоб забезпечувати необхідний рівень опалення в зимовий час. Але такий варіант розташування контуру має свої недоліки - йому потрібна велика площа розміщення, наприклад, для стабільної роботи в будинку площею 200 м2 йому потрібно близько 500 м2 території. При його укладанні в грунт потрібно дотримуватися дистанції в 1.5 м від крон дерев, інакше він може пошкодити їх кореневу систему. Правильно розміщена схема зовнішнього контур ніяк не відбивається на стані грунту ділянки і зелених насадженнях.

• Вертикальний контур вимагає для розміщення колектора свердловини до 200 м2, залежно від необхідного рівня температури та об'єму теплоносія. Вже на глибині в 15-20 м будь-який час року грунт має температуру в районі 12-15 С °, якої вистачає для стабільного опалення житлових приміщень стандартних розмірів або забезпечення будинку на одну сім'ю гарячою водою. Цей варіант контуру більш ефективний, ніж з відкритим водним розміщенням, і забезпечує 5 кВт енергії на 1 кВт витраченої для забезпечення роботи, але його установка є найскладнішою з усіх можливих.
економічна ефективність

У плані фінансових витрат тепловий насос містить в собі дві крайності. Він досить дорогий і складний в установці, тому що крім самого насоса і колекторних контурів, вимагає проведення великого обсягу монтажних робіт як з влаштування колектора під ділянкою, так і створення системи опалення в будинку, куди буде подаватися гаряча вода. Все це вимагає серйозних фінансових вкладень і може навіть відлякати багатьох покупців.

Але насправді на установці геотермального насоса всі витрати за великим рахунком і закінчуються, так як надалі не потрібно оплачувати пальне, вугілля або газ, а також підвищені рахунки за електроенергію, у разі використання електричних приладів опалення. Так як в геотермальному насосі відсутні будь-які нагрівальні елементи, а енергія споживається лише для приведення в рух води в колекторі і роботи компресора, що регулює рівень температури, то виходить максимально можлива економія, яку можна отримати при використанні сучасних опалювальних систем.

Адже після установки такої системи опалення, про неї можна практично не думати, при цьому геотермальний насос не потребує не тільки витрат на паливо, а й будь-яких турбот в плані обслуговування, достатньо лише час від часу перевіряти цілісність колектора.
У цілому про теплових насосах можна сказати, що даний вид опалення та підігріву води є оптимальним у тому випадку, якщо будинок і його системи життєзабезпечення влаштовуються з грунтовним підходом. Опалення геотермальними насосами надійно, ефективно і може функціонувати довгі роки.