В состав современных систем отопления и горячего водоснабжения повсеместно начинают применять тепловые насосы, которые относятся к разряду установок из возобновляемых источников энергии (зелёная энергетика). Они сопоставимы котлам и уже успели зарекомендовать себя как экономически выгодную отопительную технику.
Тепловой насос представляет собой устройство для переноса тепловой энергии от источника к потребителю. В отличие от стандартных процессов передачи тепла, когда тепло передаётся от горячего тела к холодному, тепловой насос переносит тепло в обратном направлении. В него заложен принцип действия холодильных установок. Чтобы лучше себе представить саму работу теплового насоса пройдусь по аналогии с бытовым прибором — холодильником. Сам холодильник вырабатывает холод в морозильной камере, он отбирает тепло и замораживает продукты, которые мы туда помещаем. При этом он производит работу (отбирая тепло) чтобы охладить продукты. Если Вы никогда не замечали, то его радиаторная панель, которая находится на сзади на внешней стенке холодильника, при этом нагревается. Холодильник постоянно поддерживает холод и работает с перерывами, по этому радиаторная панель тоже греется с перерывами. А теперь представим, что дверь холодильника будет всегда открыта и холодильнику приходится охлаждать окружающую среду, он перестанет выключаться и вскоре выйдет из строя, а задняя его панель превратиться в пышущий жаром камин. А теперь берём наш холодильник и переделываем в тепловой насос. К примеру морозильную камеру устанавливаем на улице, а его радиаторную панель, которая греется, устанавливаем в виде радиатора — всё! Тепловой насос готов. Как вы догадались, в составе тепловых насосов есть контур хладагента (фриона), он там не один, присутствует ещё два контура: контур отбора температуры из окружающей среды и контур отдачи тепла нагретого хладагента системе отопления или водоснабжения.
Около 80% мощности, которую дает тепловой насос, приходится на тепло окружающей среды в виде рассеянного солнечного излучения, либо геотермального тепла.

Разновидности тепловых насосов и системы контуров

Тепловая энергия, расходуемая на отопление здания и систему горячего водоснабжения, является результатом преобразования энергии окружающей среды, эту энергию называю низкопотенциальной или низкотемпературной энергией. Низкотемпературную энергию добывают из рассеянного солнечного излучения и геотермальной теплоты (накапливается в верхних слоях земной коры). По принципу добычи низкотемпературной энергии тепловые насосы делятся на: грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы получают тепло на глубине нескольких метров. Контур, который закапывают в грунт, практически не подвержен сезонным колебаниям. По замкнутой системе труб, размещенных в грунте, циркулирует «рассол». Слово «рассол» мы не случайно взяли в кавычки: соли, как этого можно было бы ожидать исходя из названия, он не содержит.На самом деле это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола. Трубы теплообменника могут быть уложены в грунте как горизонтальным (горизонтальный коллектор), так и вертикальным (геотермальный зонд) способом.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в землю на глубине, желательно на много ниже уровня промерзания грунта, в Ленинградской области заложение составляет обычно 1.5-2 м. Система такого вида занимает достаточно большую площадь. Например, для обеспечения теплом малогабаритного дома, площадью в 100 м2 потребуется выделить 3-4 сотки земли. Кроме того, что на территории контура можно сажать лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки вообще запрещается. Геотермальным зондом называют теплообменник, трубы которого располагаются вертикально и погружены в грунт на глубину до 100-200 м. Довольно затратный способ, в особенности если при монтаже буровая установка, при бурении, находит скальную породу, не может её пройти и приходится изготавливать больше скважин более мелкого заложения, или искать места где можно пройти породу. Количество устанавливаемых зондов зависит от требуемой мощности установки. Для обогрева дома(в 100 м2), достаточно будет двух зондов длиной около 80 м, расположенных на расстоянии не менее 5 м друг от друга. Вывод, для размещения такого контура не требуется больших площадей. Не взирая на все трудности и стоимость монтажа, большинство пользователей отдает предпочтение именно этим системам, ведь геотермальные зонды обладают большей эффективностью, чем горизонтальные коллекторы, и имеют при этом меньше ограничений, что приводит к более эффективной работе теплового насоса.

Водяной тепловой насос добывает энергию грунтовых вод, которые прокачивает через свой испаритель. Подобная система отличается повышенной эффективностью и неплохой стабильностью: первая характеристика является результатом высокой теплоотдачи воды, вторая обусловлена постоянством температуры грунтовых вод. Применим такой способ отбора тепла при условии, что эти самые грунтовые воды имелись на вашей территории, причем в достаточно большом количестве. Очень желательно, чтобы водоносный слой располагался не глубже 30-40 м. Иначе увеличиваются затраты на транспортировку непосредственно грунтовых вод. Еще одним условием является низкое содержание в грунтовых водах солей железа и прочих примесей. Так как  использование воды низкого качества приведет к тому, что оборудование быстро выйдет из строя, поскольку теплообменник попросту забьется. Наличие такого количества ограничений является причиной того, что подобные тепловые насосы, несмотря на всю их привлекательность, устанавливают довольна редко. Есть ещё один вариант применения такого контура. Если на Вашей территории имеется большой пруд, озеро или река, то Вам повезло. Контур можно погрузить в воду водоёма, тут главным критерием является глубина водоёма и запас воды, чтобы в процессе эксплуатации теплового насоса, пруд не промерз полностью.

Воздушные тепловые насосы с точки зрения простоты монтажа обладают огромным преимуществом перед своими аналогами. Для использования окружающего воздуха в качестве источника тепла вам не придется заниматься бурением или проводить какие-то другие крупномасштабные разработки грунта. Но есть и свои минусы.. Такой насос эффективно работает лишь при температуре окружающего воздуха выше –10°C…–15°C. Падение температуры окружающей среды к этим значениям приведёт к нулевому КПД теплового насоса. В нашем регионе они конечно же прижились, так как стоимость затрат на аналоги непозволительно высока и дешевле выходит установить дублирующее теплоэнергетическое оборудование, т. е. установить котел как запасной вариант. Либо подобрать тепловой насос со встроенным ТЭН-ом. Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный источник энергии – электричество.