Для геотермального теплового насоса источником тепловой энергии выступает грунт — его температура ниже глубины промерзания практически круглый год составляет от +5 до +10 °С. Также известные как грунтовые тепловые насосы, они аккумулируют это тепло, а затем подают его наверх по системе труб, а это тепло распределяется по всему дому. Тепловая энергия собирается помещенным в грунт коллектором, накапливается в теплоносителе и передается в тепловом насосе хладагенту через испаритель, где хладагент переходит в газообразное состояние.
Компрессор всасывает хладагент и сжимает его, при этом сильно повышается давление и температура хладагента. Горячий хладагент поступает в конденсатор — теплообменник, а затем в отопительную систему. Такой процесс использования естественного тепла снижает потребность в энергии для обогрева.
Объем мирового рынка геотермальных тепловых насосов оценивается в $11,97 млрд и, по прогнозам, будет расти на 5,6% в период с 2024 по 2030 год. Разработками для домохозяйств занимаются такие компании, как Stiebel Eltron, Dandelion, Water Furnace и другие.
Подобные решения предлагают и российские предприятия. Например, компания Thermex Energy разрабатывает тепловые насосы, в том числе для частных и многоквартирных домов. Помимо обогрева помещения они обеспечивают подогрев воды, бассейнов и кондиционирование летом. Установка систем занимает до 14 дней, а управлять ими можно удаленно через мобильное приложение. А Уральский завод тепловых насосов предлагает решения на базе фреона в качестве хладагента для обогрева коттеджей, баз отдыха и глэмпингов.
Эти насосы работают схожим образом, но аккумулируя тепло из воздуха снаружи дома. Большинство современных моделей ориентированы на регионы с умеренной зимой, однако компании разрабатывают и более продвинутые решения. Первые такие модели уже прошли испытания в рамках проекта Cold Climate Heat Pump Challenge Министерства энергетики США. Задачей проекта была разработка энергоэффективных насосов, которые могли бы хорошо работать в тех штатах, где бывают настоящие холодные зимы.
Свои решения в рамках проекта представили компании Carrier, Lennox и Bosch. Компании задействовали в работе насоса сочетание пара, жидкости и компрессор с переменной скоростью, чтобы извлекать больше тепла из наружного воздуха при падении температуры. За счет этого устройство использует больше хладагента за один раз, перемещая больше энергии. Компрессор с переменной скоростью позволяет тепловому насосу быстрее прокачивать этот хладагент, когда температура ниже. Как объясняют разработчики, технология работает, как наддув двигателя автомобиля. Они утверждают, что современные тепловые насосы могут эффективно работать при температуре на поверхности до -23 °C. В Bosch дополнительно внедрили в насос программу управления электрическими нагрузками в периоды пикового потребления.
Свою разработку представила и LG. Тепловой насос Residential Cold Climate Heat Pump, разработанный специально для холодных регионов, может эффективно работать при температурах до -35 °C, сохраняя 70% мощности, а при -25 °C он работает на полную мощность. Она также оснащена инверторным компрессором, который использует экологичный хладагент.
В России воздушные насосы предлагают такие компании, как Thermex Energy, дилеры «ПромАвтоматика», Viessmann и другие. В Thermex Energy обещают рабочий диапазон температуры от -25 °С до +35 °С, а также высокую энергоэффективность — до 3 кВт тепла на 1 кВт электричества.