Необходимость экономии энергии характерна для нашей повседневной жизни — дома, в учреждениях и на производстве. Стремление уменьшить затраты первичной энергии (потребление топлива) без снижения или даже с увеличением отдачи энергии конечному потребителю за счет более рационального способа преобразования — главная тенденция развития современной техники. Это относится и к системам теплоснабжения зданий и промышленных объектов.
В настоящее время использование природных низкотемпературных источников тепла для отопления и горячего водоснабжения наиболее успешно осуществляется с помощью тепловых насосов, выпуск которых во всем мире в последние годы резко возрос, особенно в связи энергетическими трудностями 1970-х годов.
Тепловой насос долгое время оставался загадкой, которой интересовались только преподаватели и исследователи.
Принцип теплового насоса вытекает из работ Карно, опубликованного в его диссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил Вильям Томпсон (впоследствии Лорд Кельвин) в 1852 г. Она была названа умножителем тепла и показывала, как можно холодильную машину эффективно использовать для целей отопления. В обосновании своего предложения Томпсон указывал, что ограниченность энергоресурсов не позволяет непрерывно сжигать топливо в печах для отопления и, что его умножитель тепла будет потреблять меньше топлива, чем обычные печи.
Холодильные машины развивались уже в конце XIX века, но тепловые насосы получили развитие лишь в 20-х и 30-х годах, когда в Англии была создана первая теплонасосная установка. Холдейн описал в 1930 г. испытание домашнего теплового насоса, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения и использующего тепло окружающего воздуха. Первая крупная теплонасосная установка в Европе была введена в действие в Цюрихе в 1938–1939 годах. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладагент. Она обеспечивала отопление ратуши. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. В летние месяцы установка работала на охлаждение.
Первый английский тепловой насос для крупного здания, объемом 14200 куб.м. был установлен в Норвиче. Источник тепла — речная вода. Хладагентом была двуокись серы, коэффициент преобразования около 3. Использовали бывший в употреблении компрессор выпуска 1926 г. с ременной передачей от электромотора постоянного тока. В зависимости от наружных и внутренних условий потреблялась мощность 40 — 80 кВт.
На сегодняшний день тепловые насосы, без сомнения, являются наиболее перспективными среди источников «нетрадиционной энергетики» для решения проблем энергосбережения, благодаря возможности «черпать» возобновляемую энергию из окружающей среды.
В США и Японии для отопления и летнего кондиционирования воздуха широкое применение получили реверсивные ТНУ класса «воздух-воздух». К 2000 году в США исследованиями и производством тепловых насосов занималось более пятидесяти крупных фирм. Общее количество работающих ТНУ к 2003 году превысило 25 млн. единиц. В США существует стабильный прирост продаваемех теплонасосных установок на протяжении более, чем 20 лет.
В Японии ежегодно производится и продаётся до 500 тысяч ТНУ различного функционального назначения, и около 5 млн. теплонасосных систем являются основным оборудованием в обеспечении теплотой жилищного фонда.
Например, в Европе 77% установленных тепловых насосов используют наружный воздух в качестве источника тепла, хотя в Швеции, Швейцарии и Австрии преобладают тепловые насосы, забирающие тепло из грунта.
В Норвегии на конец 1999 года насчитывалось в эксплуатации 27200 теплонасосных установок, из них 67% использовали в качестве источника тепла окружающий воздух, 12% — отработавший вентиляционный воздух, 19% — воду и грунт.
В Китае спрос на производство реверсивных тепловых насосов с 500 тыс. единиц в 1989 году достиг в 2003 году величины 18 млн. единиц, опередив Японию более, чем в 2 раза.
Самые крупные ТНУ эксплуатируются в Швеции и странах Скандинавии. Из 110 тысяч теплонасосных станций, работавших в Швеции в 2000 году, около ста имели мощность 100 МВт и более, а наиболее мощная в мире ТНС установленной тепловой мощностью 320 МВт успешно работает в Стокгольме, используя в качестве низкотемпературного источника теплоту морской воды.
В Германии к 1998 году было изготовлено для систем отопления и горячего водоснабжения более 500 ТНУ большой мощности с приводом компрессоров от дизельных и газовых двигателей и с утилизацией теплоты выхлопных газов.