V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Введение

По данным министерства энергетики РФ применение теплового насоса в 1,2 - 2,5 раза выгоднее, самой эффективной (газовой) котельной. Применение теплового насоса целесообразно в качестве системы автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, для теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального жилья, а также при совмещении с системой центрального отопления [1]. Тепловые насосы очень эффективны в сельском хозяйстве для обогрева фермерских хозяйств, коровников, свиноферм, тепличного хозяйства и т.д.

Применение теплового насоса целесообразно для охлаждения помещений любого рода: для охлаждения и кондиционирования загородных домов, для охлаждения кладовок, хранилищ, погребов, охлаждения производственных помещений и технологического оборудования предприятий.

Аспекты применения теплонасосных установок

На сегодняшний день тепловые насосы, являются наиболее экологическим источником тепла при строительстве дома автономной системы отопления. Также в виду отсутствия процессов горения они являются абсолютно пожаробезопасными. Применение тепловых насосов позволяет экономить на содержание всего жилого комплекса.

Однако кроме существенной экономии на электро- и тепловых ресурсах, установка такого сложного сооружения как тепловой насос имеет и ряд существенных недостатков.

Самым главным недостатком тепловых насосов является, конечно же, высокая стоимость. Вторым сложным моментом применения системы теплового насоса является сложность монтажа системы. Монтаж системы отопления при помощи теплового насоса требует очень высокой квалификации и узкоспециализированных знаний. Необходимо составить грамотный проект размещения системы отопления и учесть другие коммуникации, подходящие к дому. В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация тепловых насосов в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).

В доме с большими теплопотерями ставить насос большой мощности (более 30 кВт) невыгодно. Он громоздок, а будет работать в полную силу всего лишь около месяца. Ведь количество действительно холодных дней не превышает 10-15% от длительности отопительного сезона. Поэтому часто мощность теплового насоса назначают равной 70-80% от расчетной отопительной. Она будет покрывать все потребности дома в тепле до тех пор, пока уличная температура не опустится ниже определенного расчетного уровня (температуры бивалентности), например, минус 5-10°С. С этого момента в работу включается второй генератор тепла. Есть разные варианты его использования. Чаще всего таким помощником служит небольшой электронагреватель, но можно поставить и жидкотопливный котел. Возможны и более сложные тепловые бивалентные схемы, например включение солнечного коллектора. Для этого, у некоторых серийных систем тепловых насосов и солнечных коллекторов такая возможность предусмотрена в конструкции. В этом случае, смешивание тепла, идущего от теплового насоса (это достаточно инерционная система) и от солнечного коллектора (малоинерционная система) производиться в выравнивающем бойлере.

1.1 Сравнение различных систем отопления с системой тепловых насосов

Сейчас доступны различные источники тепловой энергии: нефть, уголь, газ, дерево и электричество. У всех имеются свои преимущества, но, взвесив все критерии, такие как низкая стоимость капитальных вложений, хорошая управляемость, практически абсолютная чистота, большой комфорт и довольно скромные эксплуатационные расходы,- легко прийти к выводу, что отопление с использованием теплового насоса - это выбор сегодняшнего и завтрашнего дня.

Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых и дизельных генераторов тепла заключается в том, что при производстве тепла до 80% энергии извлекается из окружающей среды.

Тепловой насос «выкачивает» солнечную энергию, накопленную за теплое время года, из грунта, скальной породы, из озера или из воздуха.

Представляем сравнительный анализ стоимости 1 МДж тепла, при различных вариантах источника энергии.

Итак, топим электричеством:

1 кВт./ч энергии- это 3,6 МДж тепла, и обойдется нам это в зависимости от региона и поставщика электроэнергии 3,62 рубля за 1 кВт, значит 1 МДж будет стоить около 1 рубля

Отапливаем соляркой:

1кг солярки при сжигании дает 44 МДж и стоит около 20 рублей (1литр = 0,8 кг - 17 рублей) значит, 1МДж будет стоить около 45 копеек.

Сжиженный газ при сгорании дает 41 МДж на 1кг и стоит около 10 рублей, значит, 1 МДж будет стоить около 25 копеек.

Магистральный газ. Здесь расчет несколько сложнее. 1кг дает 33 МДж тепла. 1м куб. весит около 800г. Стоимость газа для населения в Московском регионе около 956 рублей за 1000 кубов (без НДС). Получается, что 1 кубометр для населения стоит около 1 рубля 13 копеек, значит ,1 МДж будет стоить около 3,5 копеек. Для промышленности газ раза в полтора дороже - около 5 копеек.

В этом случае, наше спасение - тепловые насосы (цена за 1 МДж тепла см. в таблице).

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТОИМОСТИ 1 МДж ТЕПЛА

Источник тепла:

Стоимость 1 МДж тепла:

Магистральный газ для населения 3,5 коп.

Магистральный газ для промышленности 5 коп.

Сжиженный газ 25 коп.

Солярка 45 коп.

Электричество 100 коп.=1руб.

Земля с помощью электрического теплового насоса 25 коп.

Если ставить вопрос с точки зрения экономичности, надо изучить, сколько какое топливо стоит в конкретном регионе, а потом посчитать цену 1кВт тепла.

Вот данные для расчета:

дрова сухие - 3,900 КВт/кг

дрова влажные - 3,060 КВт/кг

антрацит - 5,800 КВт/кг

бурый уголь - 2,900 КВт/кг

дизельное топливо - 11,700 КВт/кг

мазут - 10,600 КВт/кг

природный газ - 10,000 КВт/м3

сжиженный газ - 20,800 КВт/м3

Собственно когда станет понятно, сколько стоит 1кВт тепла в конкретном месте, тогда и надо искать конкретное решение по использованию того или иного источника тепла.

1.2 Система отопления в комплексе: тепловой насос и водяной теплый пол

Теплый пол и тепловой насос – это наиболее эффективное сочетание. Энергия не только «производится» экономно, но и экономно используется! Водяной теплый пол - низкотемпературная система отопления (температура теплоносителя 30-45 градусов). Если же сравнивать её с традиционной «радиаторной» (температура теплоносителя 70-95 градусов) системой отопления, то экономия тепловой энергии может достигать до 40-50%. Отношение затраченной электроэнергии к выработанной тепловой энергии тепловым насосом («КПД теплового насоса») во многом зависит от системы отопления, для которой поставляет тепло тепловой насос: чем меньше расчетная температура теплоносителя, тем больше эффективность теплового насоса. В силу технических ограничений температура, подаваемая в систему отопления из теплового насоса, не превышает 55С, причем температура обратной воды не должна превышать 50 градусов. При радиаторной системе отопления необходимо специально рассчитывать отопительные приборы, чтобы использовать теплонасосную установку. При использовании системы отопления водяной теплый пол никаких специальных расчетов не требуется, эти системы созданы друг для друга!

Даже при правильном расчете радиаторной системы отопления использование системы отопления «теплый пол» всегда будет давать более эффективное использование энергии, накопленной в окружающей среде.

Кстати, тепловой насос вырабатывает тепло не только в отопительный период, тепло для системы горячего водоснабжения вырабатывается круглый год. А для среднего загородного дома затраты на приготовление горячей воды составляют около 15-20 процентов.

Мировой рынок тепловых насосов

Согласно статистике Европейской ассоциации тепловых насосов (EHPA) продажи тепловых насосов в Европе (тепловые насосы, использующие теплоту грунта и теплоту воды (GTHP/WSHP), тепловые насосы «воздух-вода» и др.) достигли в 2011 году отметки свыше 770000 единиц, показав лишь незначительный прирост по сравнению с предыдущим годом. В регионах Европы, где наблюдаются широкие открытые местности и относительно низкие температуры, технология использования теплоты геотермальных источников применяется широко, поскольку зимой температура под землей выше, чем температура на поверхности. Для всей Европы рынок тепловых насосов, использующих теплоту грунта, в 2011 году составил 108500 агрегатов, что означает прирост 6,8% по сравнению с предыдущим годом.

Во многих регионах Европы холодный климат и отопление домов, и горячее водоснабжение составляют более 80% общего потребления энергии. Энергия, используемая только на отопление, в четыре-пять раз превышает количество энергии, используемой на те же цели в Японии.

На долю жилых домов в Европейском Союзе приходится 12% всех непосредственных парниковых выбросов, связанных с производством и потреблением энергоресурсов, однако новый отчет Европейского Агентства по защите окружающей среды (EEA) относит 25% всех выбрасывающихся в ЕС газов, вызывающих парниковый эффект, на счет жилых домов. Отчет EEA предлагает новый метод, в соответствии с которым выбросы с энергетических промышленностей перейдут на долю бытового сектора и других конечных пользователей, ответственных за спрос на электричество и отопление.

Вплоть до недавнего времени Европейский рынок тепловых насосов «воздух-вода» был главным образом сосредоточен во Франции, однако сейчас интерес к рынку тепловых насосов увеличивается, и рынки постепенно начинают расти в Германии, Великобритании и Восточной Европе.

Северная Европа, потребляющая огромное количество энергии на отопление, рассматривается в качестве главного потенциального рынка для систем с тепловыми насосами, которые заменят котлы, работающие на газе или жидком топливе. Если тепловые насосы будут широко использоваться по всей Европе, то в этом регионе значительно снизятся выбросы CO2.

ЕС расценивает тепловые насосы в качестве источника возобновляемой энергии наравне с солнечной и ветровой энергией. Вследствие этого многие лидирующие страны, включая Францию, Швецию, Германию и Великобританию, ввели льготные программы, чтобы поддержать установку систем с тепловыми насосами. Однако субсидии, предложенные для тепловых насосов, пришлось свернуть вследствие экономической рецессии, от которой Европа страдает на протяжении уже нескольких лет. В 2011 году рецессия ухудшилась в частности в Греции, Испании и Италии, и индустрия тепловых насосов пережила ничем не примечательный год.

Отопительное оборудование с тепловым насосом конкурирует с отопительным оборудованием, работающим на газе, а рынок тепловых насосов косвенно влияет на стоимость сырой нефти. Например, когда цена на сырую нефть падает, газовые водонагреватели становятся дешевле в плане эксплуатации, и это негативно влияет на рынок тепловых насосов.

До тех пор, пока рынок тепловых насосов сталкивается с препятствиями в виде сокращения субсидий на приобретение оборудования и падения цен на нефть, нормативные требования по энергоэффективности являются единственным фактором, который смог бы в будущем подтолкнуть рост на европейском рынке тепловых насосов. В январе 2011 года Европейская Комиссия поставила цель - к 2020 году 20% конечного потребления энергии должна осуществляться от возобновляемых источников энергии. Интерес, который вызывают тепловые насосы, можно было наблюдать на Европейском Саммите по тепловым насосам, прошедшем в Нюрнберге, Германия, 28-29 сентября 2011 года. По сравнению с первым саммитом по тепловым насосам, прошедшем в 2009 году, второй привлек большее количество участников из большего числа стран, представил более обширную программу и закончился поразительным успехом.

Не только производители тепловых насосов в Азии, но и европейские производители компрессоров, производители систем управления, а также производители базовых компонентов признают потенциал рынка и усиливают собственные разработки продуктов, работающих с тепловыми насосами. По прогнозам Европейский рынок тепловых насосов увеличится в 2012 году, в том числе, за счет роста этого рынка в Великобритании, где была введена новая льготная программа.

В Китае многие органы местного управления успешно завершили льготные программы, а индустрия насосов «воздух-вода» теперь включена в список энергосберегающих отраслей в национальной правительственной 12-ой пятилетке.

Согласно статистике China Air Source Heat Pump Alliance (CHPA) в 2011 году китайский рынок насосов «воздух-вода» достиг 4,5 млрд. юаней (около 706 млн. $ США), что означает рост 28% по сравнению с предыдущим годом. Ожидается, что в следующие пять лет рынок достигнет цифры в 20 млрд. юаней (3,14 млрд.$ США). В Китае тепловые насосы «воздух-вода» часто используются в качестве водонагревателей коммерческого применения вместо котлов, и этот рынок растет быстрее, чем даже рынок кондиционеров воздуха. Большинство китайских производителей кондиционеров пришли с тепловым насосом «воздух-вода» и на рынок водонагревателей. Такие производители массово выпускают водонагреватели с тепловым насосом и удерживают цены так низко, что зарубежным производителям очень трудно соревноваться с ними по стоимости. Недорогие наружные блоки тепловых насосов «воздух-вода» также экспортируются некоторым европейским производителям котлов.

Основываясь на данных, опубликованных мировыми ведущими институтами изучения рынка и Управлением по информации в области энергетики США и Департаментом по энергетике, продажи геотермальных тепловых насосов ожидает стабильный рост на протяжении последующих лет, а поставки в США увеличились с нескольких блоков до 150000 единиц в 2011 году.

В Японии землетрясение, цунами и последующая катастрофа на атомной электростанции в марте 2011 года спровоцировали продолжающуюся по сей день нехватку электроэнергии, которая негативно отразилась на рынке Eco Cute. Согласно данным Японской Ассоциации Холодильной и Кондиционерной Промышленности (JRAIA), в отчетном 2011 году (закончился в марте 2012) поставки водонагревателей с тепловым насосом «воздух-вода» (Eco Cute) внутри страны были чуть менее 500000 единиц, что по сравнению с прошлым годом меньше на 12%.

2.1 Развитие рынка тепловых насосов типа «воздух-вода» (ATW)

Конкуренция на европейском рынке тепловых насосов «воздух-вода» в будущем будет только ужесточаться, что означает, что индивидуализация продукции станет ключом к успеху на рынке.

В последнее время рынок требует от тепловых насосов более широкий диапазон температур нагнетания и более разнообразных спецификаций, а также конкурентоспособность с продуктами других производителей. Последние разработки - тепловые насосы «воздух-вода», способные эффективно работать в холодном климате.

Производители не могут надеяться на увеличение объема продаж, не диверсифицируя линейки своей продукции, чтобы удовлетворить потребности различных ниш на рынке. Японские компании, включая Mitsubishi Electric, Daikin и Hitachi разработали тепловые насосы для экстремально холодного климата, способные обеспечить тепло и подачу горячей воды даже когда температура окружающего воздуха очень низкая. Такие системы с тепловыми насосами гарантируют высокий уровень эксплуатационной эффективности при температуре -15°С, и бесперебойную работу при -25°С.

В регионах с холодным климатом, как, например, в Северной Европе, где температура может упасть до -40°С, тепловые насосы «воздух-вода» не могут соперничать с котлами. Чтобы уравновесить ситуацию производители кондиционеров и производители котлов в срочном порядке разрабатывают гибридные системы с тепловыми насосами, которые также задействует газовый котел, когда температура на улице слишком низкая.

Так же была разработана гибридная система горячего водоснабжения. Встроенные системы с тепловыми насосами, в которых также объединены такие функции как кондиционирование и водяное отопление, а также гибридные системы с тепловым насосом в паре с другими энергетическими технологиями, тоже востребованы. Системы с тепловыми насосами «воздух-вода» «все-в-одном» предлагают отопление круглый год, охлаждение и подачу бытовой горячей воды.

Две рыночные тенденции, от которых ожидается определенный рост - это более компактные тепловые насосы для бытового применения и тепловые насосы большой мощности для коммерческого использования. Поскольку в настоящее время регулирующие документы по энергетике направлены на эффективность целого здания, дома, которые строят в Европе в последнее время, характеризуются улучшенной изоляцией. Если эффективность теплоизоляции дома улучшится, тепловые насосы «воздух-вода» с меньшей мощностью, которые производят горячую воду невысокой температуры, смогут так же использоваться для системы радиаторного отопления и системы теплого пола. Если качество теплоизоляции новых зданий будет совершенствоваться, то спрос на малогабаритные тепловые насосы увеличится. Для того чтобы удовлетворить эту потребность все больше производителей понижают производственную мощность меньшего типоразмера своей продукции до 5кВт и добавляют все больше компактных моделей. Между тем все большее количество крупногабаритных тепловых насосов «воздух-вода» устанавливается на средних коммерческих объектах, включая апартаменты, отели и объекты социальной сферы, чтобы обеспечить отопление и снабжение горячей водой.

В настоящее время тепловые насосы для обеспечения горячей водой в большинстве случаев представляют собой модели с фиксированной частотой, однако процент инверторных моделей на рынке будет неуклонно расти на рынке.

2.2 Тенденции в области хладагентов

Хладагент R410A по-прежнему является основным на европейском рынке для тепловых насосов «воздух-вода». R407C также используется в небольших количествах в коммерческом сегменте. В тепловых насосах для промышленных целей в качестве хладагента часто применяют CO2 и аммиак. Европейские производители котлов также разрабатывают водонагреватель с тепловым насосом, который работает на пропане.

2.2.1 Используемые хладагенты и основные характеристики

Актуальной является проблема использования в тепловых насосах систем теплоснабжения хладагентов, не влияющих на озоновый слой и на глобальное потепление.

В 1990-е годы в России рядом институтов страны был выполнен большой объем работ по переводу промышленности на новый класс химических соединений взамен запрещенных озоноразрушающих веществ (ОРВ). В результате проведенных исследований предложена номенклатура новых хладагентов: гидрофторуглероды ГФУ R-134а,

R-152a, R-125, R-32 и др. Основное отличие данных соединений от ОРВ – отсутствие в их молекулах атомов хлора и брома, которые могут участвовать в цикле разложения озона. Кроме нулевого значения озоноразрушающего потенциала (ODP) и величины потенциала глобального потепления климата (GWP) главным критерием при выборе заменителей ОРВ является близость физико-химических и эксплуатационных свойств к аналогичным характеристикам заменяемых ОРВ. Основные свойства хладагентов представлены в таблице.

В мире намечается тенденция активного использования хладагентов четвертого поколения, имеющих высокую эффективность, не влияющих на озоновый слой и оказывающих минимальное воздействие на глобальное потепление (рис.1).

Рисунок 1. История развития хладагентов

Потенциальный рынок для новых экологичных хладагентов – это полная замена всех ОРВ, переходных ОРВ, а также озонобезопасных хладагентов в тепловых насосах, в промышленных холодильных машинах и бытовых холодильниках, в системах кондиционирования зданий и автомобилей. В последующем новые материалы на основе фтора, не влияющие на глобальное потепление, могут найти применение для систем пожаротушения, производства пеноматериалов в строительстве и т. д.

Таким образом, необходимо найти новые хладагенты четвертого поколения с GWP < 150, которые являются нетоксичными и невзрывоопасными, спрогнозировать и подтвердить их термодинамические свойства, разработать и внедрить технологии их производства, оценить их энергетическую и экологическую эффективность, как заменителей хладагентов третьего поколения. Задача заключается в том, чтобы не опоздать на рынок хладагентов нового поколения для тепловых насосов, систем кондиционирования административных и жилых зданий, холодильной техники, прежде всего в России и странах СНГ.

Европейский рынок тепловых насосов

Как сообщает ЕНРА (European Heat Pump Association), всемирный кризис не оставил рынок тепловых насосов в нетронутом состоянии и не затормозил его развитие. Кризис в большей степени отобразился на мере взвешенности решений потребителей в вопросе выбора системы отопления и в вопросе конструкций строящихся объектов. Главным сектором установки и эксплуатации тепловых насосов является сектор новостроящихся объектов.

В условиях кризиса уровень продажи тепловых насосов несколько упал в связи с более низкими ценами на ископаемое топливо и в связи с уменьшением государственной поддержки для рынка тепловых насосов (ярким примером по воздействию этих факторов является Швейцария).

Согласно статистике ЕНРА, которая предоставляет данные по 9-ти странам (Великобритания (с 2009 года), Австрия, Финляндия, Франция, Германия, Италия, Норвегия, Швеция и Швейцария), продажи тепловых насосов в 2009 году снизились на 10,3% (с 584,649 единиц в 2008 году до 524,565 единиц в 2009 году). Но по сравнению с другими отраслями и даже по сравнению с сектором возобновляемой энергетики рынок тепловых насосов оказался более удачливым и жизнеспособным в условиях мирового экономического кризиса.

Продажи тепловых насосов на европейском рынке за 2005-2009 года (включая Великобританию (с 2009 года), Австрию, Финляндию, Францию, Германию, Италию, Норвегию, Швецию и Швейцарию)

Падение продаж тепловых насосов можно объяснить национальным фактором. Так, сокращение финансирования рынка тепловых насосов в сочетании с кризисом стало причиной падения продаж воздушно-водяных тепловых насосов во Франции до показателя в 26 500 единиц (этот тип ТН является доминирующим во Франции), в то время как продажи рассольно-водяных тепловых насосов остались на докризисном уровне. Таким образом, падение продаж воздушно-водяных тепловых насосов только во Франции составило 4,5% сокращения продаж на общем европейском рынке тепловых насосов.

В то время как большинство европейских стран имеет дело с первым поколением потребителей тепловых насосов, Швеция представляет собой зрелый рынок тепловых насосов, где в 2009 году продажи тепловых насосов уменьшились на 9%, хотя доля тепловых насосов в сфере отопления составила 80%. Кроме того, стабилизация продаж тепловых насосов наблюдалась в аспекте замены старых отопительных систем тепловыми насосами.

Количество тепловых насосов, проданных за 2005-2009 года в каждой стране отдельно (*включая воздушно-воздушные тепловые насосы)

Принятие директивы членами Евросоюза (RES Directive) активно посодействовало тому, чтобы больше внимания уделить тепловым насосам как важным источникам возобновляемой энергии. Согласно оценкам ЕНРА установка и эксплуатация тепловых насосов в общем составила 27,2 Млрд. кВт-ч за 2005-2009 года.

3.1 Рынок воздушных ТН в странах Северной Европы

До конца прошлого века считалось, что в странах с холодным климатом только ТН, использующие грунт как источник низкопотенциального тепла (далее — грунтовые ТН)*, подходят для круглогодичного теплоснабжения. Появление в начале 2000-х годов в Европе низкотем пературных воздушных ТН в корне изменило это суждение, а соответственно и структуру рынка. В последние годы на европейском рынке воздушные ТН уверенно вытесняют гораздо более дорогие по первоначальным затратам грунтовые в логически более оправданную для них нишу, преимущественно в крупные теплонасосные установки.

В 2008 г. доля продажи воздушных ТН в Европе за счет соответствующего сокращения продаж грунтовых ТН выросла по сравнению с 2005 г. с 26 до 63 %.

Рассмотрим, как эта тенденция проявилась в Скандинавских странах.

4—5 июня 2009 г. в Осло прошла крупнейшая в Норвегии конференция в области возобновляемых источников энергии под примечательным для нас названием «Дни северного теплового насоса» (Nordiske Varme-pumpedager). Центральной темой были соответствующие достижения и опыт Скандинавских стран.

Рис. 1. Повышение энергоэффективности Рис. 2. Продажи тепловых насосов

воздушных тепловых насосов в Швеции в 2008 г.

3.1.1 Швеция

В презентации первой в Европе лаборатории, аккредитованной для испытаний ТН, Шведского технического исследовательского института (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut), приводится график, иллюстрирующий хронологию совершенствования воздушных ТН (рис. 1).

На графике показано, как с годами повышался показатель энергоэффективности воздушных ТН (коэффициент преобразования ц) при наиболее характерном для стран с холодным климатом перепаде наружной и внутренней температур (+2/ +20 ºС). Становится понятно, что столь поразительный рост популярности современных воздушных ТН достигнут потому, что ц удалось повысить чуть ли не вдвое — до уровня 3,5 и выше, а температуру эксплуатации, которую можно гарантировать европейским потребителям, довести до —25 и даже —30 °С.

По данным Шведской ассоциации тепловых насосов (SVEP), из общего числа имеющихся в Швеции более 1 350 000 ТН более 700 000 было установлено после 2000 г. В 1998-1999 гг. доля ТН «воздух-воздух» вообще незаметна на фоне грунтовых, составлявших тогда основу шведского рынка. Но уже в 2005 г. ТН «воздух-воздух» становится явно больше, чем грунтовых.

В 2008 г. (рис. 2) на 81 % воздушных ТН, проданных в Швеции, приходится только 19 % грунтовых (соотношение более чем 4:1 в пользу воздушных).

3.1.2 Финляндия

Если в 2001 г. из 30 000 ТН, проданных в Финляндии, всего лишь 5000 были ТН «воздух-воздух», то к 2003 г. их становится явно больше. Статистика продаж за последние четыре года представлена в табл. 1.

Здесь в 2008 г. соотношение воздушные/грунтовые ТН становится уже 7:1, несмотря на бесчисленное множество озер -дешевого, легко мобилизуемого и надежного источника низкопотенциального тепла для ТН. Появление буквально в последние годы низкотемпературных воздушных ТН «воздух-вода» стало причиной бурного роста спроса на них, с одной стороны (прирост за 2008 г. 456 %!), и некоторого падения продаж ТН на вытяжном воздухе (-12 %) - с другой. Прирост продаж грунтовых ТН (42 %), по-видимому, инициирован благоприятным отношением в обществе к самой технологии в целом.

3.1.3 Норвегия

В тщательно и скрупулезно подготовленной презентации Норвежской ассоциации тепловых насосов NOVAP была представлена буквально поштучная статистика продаж по каждому из типов тепловых насосов за 17 лет.

Помимо конкретных фактических данных указаны годы, в которые производились акции поддержки отрасли (1992, 2003, 2006). Следует заметить, что акции имели эпизодический характер и касались в основном наиболее дорогих в установке грунтовых ТН, доля которых на норвежском рынке всегда была весьма незначительна. Для воздушных ТН в настоящий момент поддержка заключается в рассрочке до трех лет, в течение которых процент по рассрочке компенсируется за счет полученной экономии.

Данные о продажах в последние 4 года сведены в табл. 2.

Соотношение продаж воздушных и грунтовых ТН в Норвегии в 2008 г. дошло до рекордных 24:1.

Реакция рынка Норвегии на появление низкотемпературных воздушных ТН «воздух-вода» подтверждает тезис о том, что у этого типа ТН на рынке стран Северной Европы перспективы особенно обнадеживающие (рис. 3).

Рис. 3. Продажи в Норвегии тепловых насосов «воздух–вода»

Суровость климата не является ограничением для применения современных воздушных ТН, поскольку в странах Северной Европы они наиболее широко востребованы, а их доля в общем объеме рынка увеличивается наиболее быстрыми темпами.

3.2 Основные производители тепловых насосов

Теловые насосы, основанные на добыче тепла из грунта и воды представлены марками:

Mecmaster, Thermia(Швеция);

Junkers/Buderus, Vaillant, Viessman, Schuco, Stiebel, Eltron(Германия);

Aertec, ClimateMaster, EarthLinked, Yuvicom(США);

Climaventa(Италия);

Vector(Китай).

Тепловые насосы, добывающие тепло из воздуха: Altherma(Япония), ClimateMaster(США), Gorenje(Словения).

3.2.1 Сравнение тепловых насосов различных производителей

(Thermia, Heliotherm, Mammoth)

В развитых странах тепловые насосы повсеместно используются с 70-х годов прошлого века. Их качество, проверенное временем, находится на должном уровне. Для того, чтобы потребителю сделать правильный выбор оборудования, необходимо знать чем отличаются различные тепловые насосы.

Конечно же, в первую очередь тепловые насосы различаются по используемому источнику тепла. Воздушные тепловые насосы используют в качестве источника тепловой энергии - окружающий воздух.

Предлагаем вашему вниманию сводную таблицу основных технических характеристик тепловых насосов различных фирм производителей (Thermia, Heliotherm, Mammoth).

Таблица 1. Сравнение основных технико-экономических показателей классических ТНУ

Типы внешних контуров (контур испарителя)

Типы внутренних контуров (контур конденсатора)

Технические особенности тепловых насосов

* - таблица содержит информацию по усредненным значениям всего модельного ряда ТНУ. Для получения более подробной информации предлагаем посетить наш веб-сайт или проконсультироваться с представителем

** - теплопроизводительность рассчитана, с учетом номинальной температуры теплоносителя на выходе.

*** - стоимость указана в евро, с НДС. Внешний коллектор и бойлер в стоимость не включены.

Таблица 2:Технико-экономические характеристики

гидродинамических тепловых насосов

Общие характеристики

Электродвигатель

Блок управления и контроля

* - параметр зависит от настройки температуры теплоносителя на выходе из установки.

3.3 Рейтинг геотермальных тепловых насосов

Австрийское энергетическое агентство провело исследование более 30 популярных в Европе моделей тепловых насосов с рассольным контуром - так называемых «геотермальных, или грунтовых тепловых насосов». От каждого популярного производителя тепловых насосов в рейтинге рассматривалось ограниченное количество топовых моделей. При этом основным критерием оценки выступила эффективность теплового насоса согласно современным европейским стандартам EN14511 и EN255.

Наивысшую оценку получили: австрийский тепловой насос OCHSNER-GMSW10 plus S, и шведские теплонасосы NIBE F1145-12, NIBE F1140-6 и NIBE F1240-10*. Причем первая пара имеют одинаковую эффективность COP=5,1. А вторую пару моделей сам производитель NIBE относит к предыдущему поколению, и уже снял эти модели с производства, обновив серии 1140 и 1240 на, соответственно, серии 1145 и 1245.

Коэффициент полезного действия лидеров составляет 5,1 — это максимальное значение в рейтинге. Что касается затрат на их приобретение - тепловые насосы NIBE весьма конкурентоспособны по сравнению с теплонасосами других производителей.

Жители Австрии могут купить данную модель NIBE за 8 069 евро, в то время как стоимость тепловых насосов других марок, также попавших в рейтинг, достигает 10 000 евро. Примечательно, что льготная ценовая политика производителя в странах СНГ позволяет приобрести, например, лидер рейтинга тепловой насос NIBE F1145-12 в России за 7920 евро.

Десятка лидеров рейтинга:

Также рассматривались тепловые насосы производства DIMPLEX, VAILLANT, IDM, OCHSNER, STIEBEL ELTRON, BOSCH, ELCO.

* Реализуются в Австрии под местной торговой маркой KNV, принадлежащей концерну NIBE AB.

Статистика использование тепловых насосов в Германии

NIBE AB — европейский концерн, специализирующийся на производстве теплового оборудования. Технологии компании позволяют создавать наиболее экономичные, безопасные и надежные отопительные приборы. Данный производитель оборудования является лидером на рынке изделий для отопления в Скандинавских странах, Польше и Чешской Республике. Материнская компания NIBE Industrier AB расположена в Швеции, там же находится и производство тепловых насосов. В 2009 году продажи компании составили 600 миллионов евро, или, в пересчете на победившие в рейтинге тепловые насосы NIBE F1145-12 – семьдесят пять тысяч теплонасосов по розничной цене.

3.4 Обзор тепловых насосов различных зарубежных марок 3.4.1 Тепловые насосы REHAU GEO, AQUA, AERO

Достоинства: высокий коэффициент мощности, современный дизайн, возможность гибкого гидравлического подключения, большой диапазон производительности благодаря широкому модельному ряду, интеллектуальная, удобная в обслуживании система регулирования теплового насоса, регулировка температуры подачи в зависимости от погоды.

3.4.2 Тепловые насосы DAIKIN Altherma HT

Достоинства: Хладагент: R-410A, многофункциональный пульт управления с удобным пользовательским интерфейсом, высокопроизводительные спиральные компрессоры, защита гидравлических компонентов от замерзания, возможность подключения солнечных панелей, комнатный термостат.

3.4.3 Тепловые насосы DAIKIN Altherma LT

Достоинства: Хладагент: R-410A, многофункциональный пульт управления с удобным пользовательским интерфейсом, высокопроизводительные ротационные и спиральные компрессоры, защита гидравлических компонентов от замерзания, возможность подключения солнечных панелей, комнатный термостат.

3.4.4 Тепловой насос LG Therma-V серий Split и Mono

Достоинства: Тепловые насосы воздух/вода Therma-V Split теплопроизводительностью от 9 до 16 кВт состоят из наружного блока и внутреннего гидромодуля, двойной ротационный инверторный компрессор работает на экологически безопасном хладагенте R410а.

3.4.5 Тепловые насосы Vitocal производства Viessmann

Достоинства: Компактные рассольно-водяные тепловые насосы мощностью до 52 кВт (двухкомпрессорные до 114 кВт) с электроприводом используют тепло земли и воды с помощью грунтовых коллекторов или зондов и предназначены для отопления, охлаждения и приготовления горячей воды в моновалентном, моноэнергетическом или бивалентном режиме работы.

3.4.6 Тепловые насосы Bosch 3.4.7 Тепловые насосы Buderus Российский рынок тепловых насосов

Российский рынок тепловых насосов (ТН) пребывает в стадии очевидного становления. Т.е., мы только в начале большого пути, уже пройденного другими странами со схожими климатическими и социально-экономическими условиями. Причём, в отличие от США, стран Европы, где снижение энергопотребления — задача государственная, у нас пока что, к сожалению, ровно наоборот. Причина на поверхности — сырьевая, преимущественно нефтегазовая направленность нашей экономики, в которой места для возобновляемых источников энергии совсем мало или не предусмотрено вообще. Если бы российское государство, подобно США, Канаде, Германии, Франции, Норвегии, Швеции, Финляндии, всей мощью законодательной, исполнительной и судебной властей стимулировали наших людей на установку ТН, то, вне всяких сомнений были бы у нас и отечественные достойные разработки, и импорт шёл бы не хуже, чем у соседей. Господдержка альтернативной энергетики к тому же повернула бы вектор общественного мнения от недоверия и равнодушия к ТН в противоположную сторону. В общем, российский рынок тепловых насосов должен преодолеть два неблагоприятных фактора, способствующие нашему отставанию от общеевропейского и североамериканского тренда: отсутствие государственной поддержки (налоговые льготы, льготные кредиты, дотации, социальное информирование) и далеко не всегда достаточную и аргументированную реклама со стороны производителей и продавцов ТН. Всё остальное, как говорится, обязательно приложится и будет так, как и у идущих впереди соседей.

Попробуем ответить на немаловажные вопросы, касающиеся продвижения ТН в России:

В каких регионах ТН наиболее востребованы? Почему?

Тепловые насосы востребованы прежде всего там, где другие способы для подогрева воды намного дороже, чем по соседству. Человек ведь в состоянии в уме или на калькуляторе рассчитать, что подключение к газовой магистрали, установка газгольдера, завоз угля, солярки, мазута, дров, использование в обогревательных целях электричества — в конечном итоге дороже. Так что интерес к ТН мало зависит от региона, он скорее зависим от финансового состояния потенциального заказчика и возможности реального осуществления проекта.

Кто является основным покупателем ТН: частные лица, организации и т.д.?

Частные лица или организации для частных лиц. В основном те, кто может себе это позволить.

Какие основные типы ТН востребованы в России? Почему?

Структура продаж в России мало чем противоречит сложившимся в мире тенденциям: на первом месте с громадным отрывом ТН «воздух-вода», на их долю приходится около 90% всех проданных в последние годы ТН. Всё-таки Россия — не другая планета, а потому и продавцы, и покупатели ориентируются на то, что продают-покупают в Норвегии, Швеции, Эстонии. Хотя там продают в десятки раз больше ТН, чем в России. Но, как говорится, бывают и исключения. Всё-таки у технологии «воздух-вода» свои недостатки, например, температурный потолок нагретой воды у них ниже, чем, скажем, у «грунтовых» ТН.

ТН какой мощности востребованы в России? Почему?

Мощность ТН в России детерминируется объёмом и сложностью задач. В основном, это проекты по отоплению двух- и трёхуровневых коттеджей и одно-двухэтажных строений типа кафе, автосервисов и т.д.

Какие основные факторы (технические, экономические, климатически и т.д.) препятствуют развитию этого рынка?

Естественно, в России достаточно климатических зон, при которых большинство ТН даже не испытывалось, однако это не может быть препятствием для их эксплуатации хоть в условиях вечной мерзлоты — в качестве вспомогательного источника тепла. Ну и, разумеется, сдерживает развитие рынка ТН, пока что высокая стоимость насосов. Но здесь отчётливо прослеживается тенденция ежегодного снижения цен на ТН, так что — всё впереди. Для поддержки этой отрасли зарубежные страны применяют специальные налоговые льготы, субсидии и дотации, а у нас это, с одной стороны облагается пошлинами на ввоз, а с другой стороны — не делается ничего, чтобы заинтересовать производителей. На одном полюсе — высокотехнологичные кадры, на другом — высокий налог на фонд оплаты труда. В Америке, к примеру, некоторые производства вообще пожизненно поселяются в технопарках, так как имеют высокую социальную значимость, и, следовательно, аренда там отсутствует. В Америке, наоборот, государство помогает технопаркам закупить необходимое оборудование и пытается поддержать таким образом передовые технологии. Нефть и газ закончатся в обозримом будущем, а опасность атомных станций после Фукусимы-2 очевидна. Остается что? Альтернативная возобновляемая энергетика! Выставка тепловые насосы, прошедшая весной в Крокус Экспо показала полное отсутствие интереса как производителей, так и государства к данным технологиям.

Насколько хорошо в российских нормативных документах оговорены вопросы, связанные с использованием ТН в системах теплоснабжения, их монтажом, эксплуатацией, техническим обслуживанием?

Для изменений и дополнений к СНиП по теме ТН, наверное, всё-таки недостаточно обобщённого опыта. Впрочем, в той или иной мере «Строительные нормы и правила» в части требований к тепловым сетям вполне конкретны, а потому позволяют делать всё правильно.

Возможно ли в России полноценное автономное круглогодичное теплоснабжение (отопление и ГВС) объекта только за счет работы теплового насоса? Если да, то в каких регионах это оправдано?

Для большей части европейской России — да, возможно. Резервная подпитка потребуется ближе к северо-востоку: Башкортостан, Марий-Эл, Республика Коми, в отдельные сезоны — Самарская область. Но такая ситуация — временное дело, поскольку производители не спят и в скором времени наверняка и тамошний лютый холод поставят-таки на службу теплу

В комбинации с какими типами теплогенераторов согласуется использование тепловых насосов?

Здесь решение за потребителем, для которого самый важным в выборе теплогенератора является доступ к относительно дешёвому топливу.

В каких случаях и для каких целей оправдано применение тепловых насосов на промышленных объектах, объектах социального назначения?

Курортные строения, санатории, базы отдыха, детские лагеря, спортивные базы, станции наблюдения за самолётами, ракетами, планетами и звёздами, стационарные посты контроля, другие аналогичного плана объекты —очевидные кандидаты для перехода на автономные источники отопления.

4.1 Воздушные тепловые насосы в России

В России традиционно считается, что воздушные тепловые насосы с высокой эффективностью могут использоваться только в регионах с теплым климатом. Но это не так, и применимо только к первым устройствам данного типа. Уже разработаны низкотемпературные воздушные тепловые насосы (до -25 градусов Цельсия), которые с успехом применяются за рубежом в холодных странах, таких как, например Норвегия, и подтвердили свои характеристики именно в холодное время года.

Особенности внедрения воздушных тепловых насосов

При выборе воздушного теплового насоса, как основного теплогенерирующего оборудования, необходимо проектировать систему отопления таким образом, чтобы тепловой насос обеспечивал только от 50 до 75% всей необходимой отопительной мощности, при этом он будет работать до 85-90% дней отопительного периода. Остальные 10-15% дней отопительного периода тепловой насос заменит дополнительный теплогенератор – электрический, жидкотопливный, или твердотопливный котел. Такое комбинирование классических приборов отопления с воздушными тепловыми насосами позволяет создать систему отопления, которая будет не только надежной за счет дублирования теплогенераторов, но и экономной в эксплуатации.

Экономическая привлекательность воздушных тепловых насосов

Воздушный тепловой насос окупается намного быстрее, чем геотермальный тепловой насос, в связи с более низкими изначальными затратами – не нужны: бурение скважины, водоемы, дополнительные квадратные метры на участке под укладку внешнего контура в грунт.

Важное преимущество воздушного теплового насоса

Оснащение воздушным тепловым насосом уже существующей котельной не требует проведения строительных работ. Все ограничивается подбором оборудования и комплектующих, а также монтажными работами, которые можно проводить без отключения существующего отопления, а значит, они могут быть проведены в любое время года.

4.2 Применение НВТН в условиях России

До недавнего времени считалось, что источником низкопотенциального тепла для теплоснабжения тепловыми насосами на территории России может быть только грунт. Так, в сущности, и было на самом деле. Недавно же было установлено, что если в качестве тепловых насосов использовать современные низкотемпературные воздушные тепловые насосы(НВТН), в качестве источника тепла вполне подходит и воздух. При этом капитальные затраты на установку грунтового теплового насоса (ГТН) превышают капитальные затраты на установку НВТН в несколько раз, а вот эффективность первых превышает эффективность вторых максимум на 10-15%. Поэтому выбор в пользу ГТН - самого дорогого по капитальным затратам из возможных вариантов без соответствующеговыигрыша при последующей эксплуатации возможен только в случае если этот вариант воспринимается покупателем как единственно возможный.

Анализ зарубежного опыта позволяет установить, что в Северной Европе наибольшей популярностью сегодня пользуются НВТН двух типов: воздух-вода и воздух-воздух, причём доля первых в общей структуре рынка составляет примерно 20 %. НВТН воздух-вода присутствуют в ассортименте практически всех российских специализированных теплонасосных фирм и уже некоторых климатических.

Хотя сегодня НВТН воздух-вода представлены на российском рынке уже достаточно широко многимипоставщиками, ни заметной инициативы по их продвижению, нисоответственно, ответного потребительского интереса к этим тепловым насосампока не зафиксировано. Все НВТН воздух-вода оборудованы вспомогательнымиэлектронагревателями и хотя большинство из них позиционированы для работыдо -20 или до -25 ˚С, работать они будут при любой наружной температуре. Ноесли здесь всё более-менее понятно, то вот с НВТН воздух-воздух дело обстоитсложнее. Здесь нас ожидает ещё более неожиданная специфика.

НВТН воздух-воздух являются сегодня, пожалуй, самыми загадочными субъектами на российском климатическом рынке. Поскольку внешне они практически ничем не отличаются от обычных сплит-систем, работающих на обогрев только при умеренных наружных температурах, в большинстве климатических фирм, где эти НВТН уже появились, они почему-то называются кондиционерами. Поскольку отопительные возможности сплит-систем, которыеи в самом деле до этого позиционировались у нас только в качестве кондиционеров, ранее всерьез никогда не обсуждались, возникло ощущение, что НВТН воздух-воздух, по-видимому, должны представлять собой нечто принципиально иное.

Очевидно, вследствие убеждённости, что НВТН воздух-воздух должны и выглядеть принципиально как-то иначе, чем обычные сплит-системы, они оказались на как бы полулегальном положении. Формально НВТН воздух-воздух, пригодные для теплоснабжения в России, есть практически у всех заметных производителей и появились уже у многих российских поставщиков. Фактически же – большинство из тех, у кого эти НВТН-призракиуже имеются в наличии, информировать потенциальных потребителей об их существовании не торопятся.

Преодолеть условности, связанные с подобного рода спецификой толкований, позволяет недавно проведённое исследование, из которого следует, что в качестве НВТН воздух-воздух, подходящих для теплоснабжения в России, можно рассматривать все современные сплит-системы, позиционированные для работы на тепло при наружной температуре до минус 15 ˚С и ниже.

НВТН воздух-воздух: принцип действия и способ функционирования

Сегодня на российском рынке ориентировочная стоимость НВТН воздух-

вода премиум-класса начинается от 750 евро/кВт. Наиболее распространённый тип НВТН воздух-воздух с наиболее привлекательной удельной стоимостью начиная, примерно от 250 евро/кВт, позволяет ориентироваться на минимальный срок окупаемости. Стоит ли говорить о том, что именно НВТН

воздух-воздух это и есть тот самый - наиболее предпочтительный по совокупности потребительских свойств вариант теплового насоса?

Однако если усилий по продвижению НВТН воздух-вода просто не заметно, то о существовании НВТН воздух-воздух потенциальным потребителям не известно вообще ничего. Показательным является то, что любой поисковик в рунете на запрос: «воздух-воздух» приводит ссылки только в словосочетании со словом «ракеты». Это позволяет думать, что положить начало изменению ситуации можно, если просто начать называть вещи своими именами. Пока же для потенциального потребителя понятия «НВТН» практически не существует, а с понятием «тепловые насосы» он ассоциирует только наиболее дорогие и наиболее долго окупающиеся ГТН, а отсюда – и соответствующие общественное восприятие, и рейтинг России в этом вопросе.

Таким образом, для инициирования развития российского рынка тепловых насосов необходимо просто объективное позиционирование НВТН в сознании потенциальных потребителей.

4.3 Перспективы применения ТНУ

По данным электронного журнала энергосервисной компании «Экологические системы» (Москва) сегодня в мире работает свыше 10 млн. теплонасосов различной мощности - от нескольких киловатт до сотен мегаватт. Так, в США около 30% административных и жилых зданий оборудованы теплонасосами. В Швеции только за три года, с 1984 по 1986 год, было введено в эксплуатацию 74 крупные (от 5 до 80 МВт) теплонасосные станции. Так, например, Стокгольмская теплонасосная станция, используя тепло воды Балтийского моря, производит 320 тыс. кВт тепловой энергии, себестоимость которой на 20% ниже, чем у газовой котельной.

Рынок тепловых насосов в мире достаточно устойчив к конъюнктурным колебаниям и составляет примерно один миллион продаж в год.

По прогнозу Мирового Энергетического Комитета (МИРЭК), к 2020 году в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов составит не менее 75%.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что в мировой практике меняется стратегия теплоснабжения: происходит переход от традиционного сжигания органического топлива к использованию тепловых насосов для получения рассеянного или сбросного техногенного тепла, имеющего температуру от 5 до 35°С.

Кроме того, за рубежом фирмы, устанавливающие у себя теплонасосы, имеют льготы от снижения налога на прибыль, получаемую от их применения, до прямых дотаций государства, частично возмещающих затраты на их приобретение, например, в Австрии и Германии.

Почему же мировое сообщество явно кардинально меняет стратегию выработки тепла для теплоснабжения, а Россия продолжает и дальше использовать устаревшие технологии?

Причины здесь, видимо, в следующем:

недостаточная информированность об альтернативных источниках тепла руководителей и технических специалистов;

отсутствие федеральных и региональных (кроме Красноярского края и Новосибирской области) программ внедрения теплонасосного теплоснабжения.

Эффективность же применения тепловых насосов в России будет более высока, чем в большинстве развитых стран, из-за жестких климатических условий и значительно более продолжительного отопительного периода, достигающего от 200 до 250 дней в году.

Несмотря на отсутствие больших подвижек в деле внедрения теплонасосной техники в России в целом, в ряде регионов она начинает использоваться.

В 1998 году пущена в эксплуатацию система теплоснабжения средней школы в деревне Филиппово Ярославской области, ведется строительство крупной (более 1,5 МВт) системы теплоснабжения первого в Москве и в России аквапарка. Система тепло-насосного горячего водоснабжения заложена в проект экспериментального энергоэффективного многоэтажного жилого дома в микорайоне Никулино-2 г. Москвы, разработка которого ведется в рамках Долгосрочной научно-технической программы “Энергосбережение в городе Москве”, реализуемой Миннауки России совместно с московским правительством. Сооружается ряд объектов с тепловыми насосами в московском городском парке “Фили”, где помимо традиционных технико-экономических проблем подключения к городским тепловым сетям, возникают серьезные проблемы охраны окружающей среды (прокладка теплотрасс в парковой зоне) и др.

4.4 Обоснование целесообразности применения ТН в России

Тепловые насосы могут круглый год отапливать дом/объект, могут являться и дополнительным источником тепловой энергии, экономя энергетические ресурсы.

На территории России, исключая самые южные регионы, для круглогодичного теплоснабжения (отопления, горячего водоснабжения) рекомендуется устанавливать либо геотермальные тепловые насосы, либо водяные при наличии требуемого теплового сбора с водного источника (река, крупное озеро, сточные воды предприятий, в очень редких случаях артезианские воды и т.п.). В межсезонье в качестве дополнительного источника тепловой энергии или для круглогодичного теплоснабжения в южных регионах целесообразно применение воздушных тепловых насосов. Все эти типы тепловых насосов в летнее время можно настроить на обратный цикл работы – холодоснабжение (кондиционирование).

В некоторых случаях стоимость установки тепловых насосов дешевле стоимости подведения стандартных коммуникаций (например, газа или магистрального тепла от ТЭЦ), таким образом, окупаемость тепловых насосов возможна уже на стадии капитальных затрат. Немаловажен и тот плюс, что сроки установки тепловых насосов составляют стабильно от двух до четырех месяцев, в то время как сроки подключения, согласования и монтажа стандартных коммуникаций могут растянуться на многие годы.

Внизу приведен один из примеров (по реализованному проекту многоквартирного дома) сравнения стоимости капитальных затрат на отопление объекта от различных источников тепла.

Ниже приведен расчет стоимости 1 кВт.ч энергии (руб./гг), полученной при сжигании природного газа и при выработке тепловым насосом.

Анализ цен на газ и электрическую энергию для населения в период 2001-2011 гг. на примере Калужской области показывает: стоимость природного газа увеличилась в 9,9 раза, электрической энергии в 5,2 раза. Таким образом, средний годовой рост цен на газ составляет 26%, на электрическую энергию 18%. При сохранении динамики к 2016 году отопление тепловым насосом будет в 1,5 раза дешевле газового. При выравнивании стоимости газа на внешнем и внутреннем рынке в России, получение тепловой энергии от теплового насоса станет экономически эффективнее в несколько раз, как сейчас в ЕС.

В расчете тариф на электрическую энергию принят для стационарных электрических плит (или для населения в сельских пунктах) и при системе отопления объекта «теплые полы».

В таблице приведены средние годовые затраты на отопление 27-квартирного энергоэффективного дома в г. Кондрово (Калужская область). Очевидно, что эффективность отопления тепловым насосом зависит от существующего тарифа на электрическую энергию. Жильцы данного дома платят за отопление в настоящий момент более чем в 1,5 раза меньше, чем их соседи, пользующиеся теплом от местной газовой ТЭЦ, однако экономическая эффективность могла быть выше, если подключить к дому иной тариф на электрическую энергию - для населения в домах со стационарными электрическими плитами или ночной. Информацию с фотоотчетом об открытии в 2011г. данного энергоэффективного дома можно посмотреть здесь.

4.5 Рынок геотермальных тепловых насосов

Первые парокомпрессионные тепловые насосы (ПТН) на территории России были внедрены еще в 1987 году, но тогда они не получили распространения. Основными барьерами рынка стали:

- наличие значительных энергетических ресурсов на территории страны;

- приоритетная газификация во всех отраслях народного хозяйства и низкая потребительская стоимость природного газа;

- отсутствие нормативно-правовых документов, регламентирующих взаимодействие структур городского энергохозяйства, инвестиционных структур (коммерческих банков, инвестиционных фондов и т.п.) и энергопроизводителей в вопросах взаиморасчетов за произведенную теплоту с помощью ТН и финансирования данной технологии;

- отсутствие стимулирующих льгот со стороны государства;

- недостаточная потребительская надежность и безопасность выпускаемых насосов, связанные с отсутствием сертифицирования производителей, монтажных и пусконаладочных организаций, отсутствием страховки и гарантий как части общего пакета услуг.

На данный момент освоение тепловых насосов носит экспериментальный характер, а установленные ПТН, как правило, выполняют демострационные функции. Однако в последние шесть лет интерес к ПТН, несомненно, возрос. В ряде городов уже используются теплонасосные установки для утилизации тепла промышленных и канализационных стоков, систем теплоснабжения, горячего водоснабжения жилищных, торговых и гостиничных зданий. Среди таких городов Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Новосибирск, Ярославль, Саратов, Смоленск и др.

Ведущими факторами развития рынка являются:

- повышающееся напряжение в топливообеспечении и, как следствие, рост цен на энергоресурсы;

- увеличение роли систем автономного теплоснабжения на фоне растущих объемов строительства как в государственном, так и в частном секторе;

- стремление к сокращению энергоемкости производства в промышленности;

- государственные программы развития малой и возобновляемой энергетики.

Но многие проблемы, ограничивающие рост применения ПТН пока так и остаются нерешенными и, главным образом, это относится к различию межведомственных интересов, которое не только сдерживает разработку нормативных документов, но и эксплуатацию уже смонтированных ТН. Немаловажным является и сохраняющаяся неразвитость сервисной службы и низкий уровень профессионализма проектировочных и монтажных бригад. Хотя, стоит заметить, что после принятия региональных программ в области энергосбережения сервисная сеть ПТН достаточно сильно расширилась.

Согласно расчетам Research.Techart, в 2009 года в России было установлено 5.3 МВт тепловых насосов.

Динамика российского рынка геотермальных насосов, по прогнозам Research.Techart, в среднесрочной перспективе будет невысокой, что связано с кризисными явлениями в экономике. Однако, в некоторых регионах рынок может развиваться весьма активно. Например, в Московском регионе, где реализуются программы по энергосбережению правительства Москвы, или в Краснодарском крае, в связи с подготовкой к Олимпиаде в Сочи.

На уровень продаж 2008 года рынок выйдет не ранее 2014-2015 годов.

Тенденция к увеличению спроса со стороны инфраструктурного и жилищного секторов сохранится, а основной объем продаж будут составлять ПТН тепловой мощностью 15-30 кВт. Структура потребления относительно типов ПТН не изменится. Прогнозируется увеличение доли внутренней продукции в общем объеме рынка, хотя в краткосрочной и среднесрочной перспективах, по-прежнему, будут доминировать импортные поставщики.

В долгосрочной перспективе ведущим фактором развития рынка станет реализация государственной энергетической стратегии. После 2015 года прогнозируется активный рост рынка. В области технических характеристик ожидается переход на ПТН с углеродными хладагентами. При этом будет увеличиваться потребление как мало- и среднемощных, так и высокомощных ПТН, что обусловлено перспективами использования систем утилизации тепла сточных вод. На фоне увеличивающегося спроса начнется активное развитие внутренней производственной базы – число российских производителей возрастет и они займут лидирующие позиции на рынке.

К 2020 году объем рынка ПТН может достичь 8 000-11 000 шт. (460-500 МВт). Прогноз объема рынка ПТН на 2030 год – момент окончания реализации текущей Энергетической стратегии России – 11 000-15 000 шт. (500-700 МВт).

4.6 Применение тепловых насосов в кольцевом контуре в России

Сегодня в технической литературе и в Интернете появляется масса публикаций о ТН. В основном в них рассматриваются примеры применения одиночных теплонасосных установок. Эти установки включают в себя один или несколько ТН, работающих независимо друг от друга и выполняющих определенную функцию теплоснабжения. Мы же рассмотрим комплексную кольцевую теплонасосную систему, которая позволяет достигать максимальной эффективности и экономии. В кольцевой системе установлены несколько ТН, которые используются для производства как тепла, так и холода в зависимости от потребностей различных частей здания. Информации о подобных системах в русскоязычном Интернете крайне мало.

Некоторое время назад, компанией, поставляющей тепловые насосы в Россию, был реализован проект модернизации системы отопления и кондиционирования в одном из московских гостинично–развлекательных центров. Давайте рассмотрим, как работает эта система, и какие были получены результаты.

На рисунке водяной контур показан синим цветом. Он состоит из водяного насоса, и низкотемпературного бака–накопителя, за счет объема которого увеличивается накопление тепла и стабилизируется температура воды в контуре. Все ТН подключены к этому контуру. Красные стрелки показывают направление движения тепла.

За циркуляционным насосом устанавливаются тепловые насосы типа "вода–вода", которые нагревают воду в бассейнах комплекса. Бассейнов может быть несколько, разных объёмов и с разной температурой воды. Для каждого из бассейнов устанавливается свой ТН.

Далее следует ТН "вода–воздух", охлаждающий воздух в кухонных помещениях, которые обслуживают рестораны, бары, кафе, столовую для персонала. В этих помещениях всегда большое тепловыделение и ТН охлаждает воздух в них, забирая тепло в общий водяной контур.

Следующий ТН "вода–вода" служит для утилизации излишков тепла через систему горячего водоснабжения (ГВС). Тепло забирается из воды контура.

В здании комплекса имеются административные помещения (менеджмент, бухгалтерия, медицинские кабинеты), а также офисы, которые могут сдаваться в аренду. Для кондиционирования воздуха в каждом из этих помещений установлен свой реверсивный (т.е. производящий как тепло, так и холод) ТН, который подбирается в соответствии с параметрами помещения, его назначением, количеством присутствующих людей, установленным в нем оборудованием и другими факторами. В теплое время года все эти насосы будут охлаждать воздух, а в холодное - нагревать.

Все перечисленные ТН объединены в одно кольцо с ТН в других частях здания с их потребностями в тепле и его излишками (технические и функциональные помещения, кафе, ресторан, зимний сад, холодильные помещения) и между ними происходит обмен теплом.

Для нормальной работы ТН температура воды в контуре должна быть в пределах от 18°С до 35°С. Если количество ТН, работающих в режиме нагрева, равно количеству ТН, работающих в режиме охлаждения, то система не требует поступления тепла извне или удаления его наружу. Кольцевая система функционирует наиболее эффективно при температуре наружного воздуха от -4°С до +14°С. Энергозатраты на работу всего кольцевого контура заключаются только в затратах на работу циркуляционного насоса и индивидуальных тепловых насосов в помещениях. Отпадает необходимость в дорогих источниках тепловой энергии (газовых или электрообогревателях) или ее получении извне.

При более низких температурах наружного воздуха и нехватке тепла в водяном контуре, температура в нем может опуститься ниже 18°С. Тогда для подогрева водяного контура до требуемого уровня можно использовать внешние источники (теплоцентраль города, бойлер) или геотермальный тепловой насос, перекачивающий тепло из грунтовых вод или из расположенного поблизости водоема. Таких источников, как грунтовые воды или река, имеющих температуру от 4°С, будет достаточно, чтобы нагревать воду в контуре до уровня 18 °С и, таким образом, для нормальной работы всех ТН здания.

К сожалению, в России такой подход пока что сдерживается большими затратами на стадии проектировки и отсутствием экономических мер стимулирования энергосберегающих и экологически чистых решений.

В кольцевых теплонасосных системах могут использоваться и другие источники низкопотенциального тепла. На многих объектах (большие прачечные, предприятия, использующие воду в технологических процессах) имеется значительный поток сточных вод достаточно высокой температуры. В этом случае имеет смысл включения в кольцевую систему теплового насоса, утилизирующего это тепло.

В состав водяного контура входит также низкотемпературный бак–накопитель. Чем больше объем этого бака, тем больше тепла, которое при необходимости может быть использовано, способна аккумулировать система. Кольцевая система может полностью взять на себя функцию отопления (моновалентная система). Однако можно использовать тепловые насосы одновременно с традиционной системой отопления (бивалентная система).

При наличии на объекте достаточного количества источников тепла, подключенных к кольцу, и при небольших потребностях в горячем водоснабжении (ГВС), кольцевая система может полностью удовлетворить эти потребности.

Кольцевая теплонасосная система может использоваться исключительно в целях кондиционирования воздуха в помещениях, где существует только такая необходимость. Но кольцевые системы кондиционирования особенно эффективны в зданиях, где есть множество помещений, различных по своему назначению, в которых требуется разная температура воздуха. ТН в качестве кондиционера работает эффективнее многих других известных устройств кондиционирования.

Основа высокой эффективности тепловых насосов заключается именно в том, что энергия, затраченная внутри здания на получение тепла (вплоть до разогрева печей на кухне), не сбрасывается "в трубу", а используется внутри здания там, где в этом есть потребность. Тепло аккумулируется и эффективно передается внутри кольцевой системы. Второй важный фактор экономической эффективности — возможность использования низкопотенциальных "дармовых" источников тепла — артезианских скважин, водоемов, канализации. С помощью компрессоров, используя источник с температурой от 4°С, мы получаем горячую воду (50–60°С), затрачивая 1 кВт электроэнергии на получение 3–4 кВт тепловой энергии. Если при использовании обычной системы парового отопления, КПД составляет всего 30–40%, то с тепловыми насосами КПД возрастает в несколько раз!

В частности, в описываемом гостинично–развлекательном центре были достигнуты следующие результаты:

Снижены капитальные затраты на закупку и монтаж оборудования (на 13–15% по сравнению с системой чиллер–фэнкойл);

Упрощена система инженерных коммуникаций по сравнению с системой центрального кондиционирования (не используются большие теплоизолированные воздуховоды по всему зданию);

В помещениях создан комфортный микроклимат: соответствие давления, влажности и температуры воздуха гигиеническим требованиям;

Суммарные затраты на отопление и горячее водоснабжение снижены более чем на 50% по сравнению с центральным отоплением.

При проектировании системы ТН для объекта необходимо, прежде всего, изучить все возможные низкопотенциальные источники тепла и все возможные потребители высокопотенциального тепла на этом объекте, оценить все теплопритоки и все теплопотери. Следует выбрать те источники для утилизации, где тепло выделяется достаточно равномерно и в течение продолжительного времени. Аккуратные и точные расчеты обеспечат стабильную и рентабельную работу ТН.

Общая мощность утилизирующих ТН не должна быть бесполезно избыточной. Система должна быть сбалансирована, но это вовсе не означает, что общие мощности источников и потребителей тепла должны быть близки, они могут разниться, может также значительно изменяться их соотношение при изменении условий работы системы. Гибкость системы позволяет выбрать при проектировании ее оптимальный вариант и заложить возможность ее дальнейшего расширения. Необходимо также учитывать особенности климатических условий региона. Климатические условия - ключ к выбору эффективной климатической системы.

В южных широтах, основная задача - охлаждение воздуха и выброс наружу тепла, утилизация которого для обогрева бессмысленна. Здесь вполне подойдет традиционная система чиллер–фэнкойлы и ей подобные.

В северных широтах требуется слишком большое количество энергии для отопления объекта, много высокопотенциального тепла, которое придется подводить к системе. Поэтому здесь разумной будет установка бивалентной системы (ТН в сочетании с системой отопления).

В умеренном климате средних широт целесообразно использовать моновалентную кольцевую систему, где ее эффективность максимальна.

Кольцевая теплонасосная система (к разочарованию многих производителей систем управления) не требует сложных и дорогостоящих устройств управления и контроля для оптимизации своей работы. Достаточно с помощью нескольких термореле (термостатов) удерживать температуру в водяном контуре в заданных пределах. Хотя, конечно же, для дополнительного удобства и визуального контроля можно использовать и дорогостоящую автоматику.

При заданном диапазоне температур в водяном контуре кольцевой системы (18–35°С) на трубах не образуется конденсат и нет сколько–нибудь заметных потерь тепла. Это немаловажный фактор при значительной разветвленности системы (раздача, стояки, подводки, которых в зданиях со сложной архитектурой может быть достаточно много).

При использовании ТН в системе вентиляции помещений может быть значительно сокращено количество и общая длина воздуховодов по сравнению, скажем, с центральными установками кондиционирования воздуха. Теплонасосные установки размещаются непосредственно в кондиционируемых помещениях или в соседних с ними, то есть воздух кондиционируется прямо на месте. Это позволяет избежать транспортировки готового воздуха по протяженным (и теплоизолированным!) воздуховодам.

В России первая такая система на базе TH была установлена в 1990 году в гостинице "Ирис Конгресс Отель". Это кольцевая бивалентная система кондиционирования воздуха американской компании ClimateMaster. Для отопления в гостинице используется тепло кухни, прачечной, технических помещений, агрегатов холодильных и морозильных камер, происходит обмен теплом при кондиционировании гостиничных номеров, конференц–залов, фитнес–центра, ресторанов, административных помещений. 15 лет эксплуатации системы показали надежность оборудования и целесообразность ее применения в условиях нашего климата.

На сегодняшний день распространено мнение, что ТН - это слишком дорогое удовольствие. Велики затраты на установку и монтаж оборудования, а при существующих в России ценах на тепло сроки окупаемости слишком продолжительны. Однако практика показывает, что установка "под ключ" систем тепловых насосов на крупных и средних объектах позволяет экономить 10–15% на капитальных вложениях, не говоря уже об эксплуатационных затратах. К тому же кольцевые системы максимально снижают потребление энергоресурсов, цены на которые возрастают все быстрее.

4.7 Производство тепловых насосов в России

Наибольший стаж работы в данной области и наибольший объем выпущенных тепловых насосов мощностью от 10 до 3000 кВт имеет совместно работающая группа: ЗАО «Энергия» (Новосибирск), комплекс «Тепломаш», ОАО «Кировский завод» (С.-Петербург) и ОАО «ФГУП «Рыбинский завод приборостроения». На сегодня это единственные в России производители крупных тепловых насосов. Тепловые насосы этой группы успешно работают на Камчатке, на Алтае, в Новосибирской области, в Норильске, в Литве, в Казахстане. В Литву два тепловых насоса мощностью 3000 кВт были поставлены в результате тендера с участием западных фирм. Сегодня можно с уверенностью сказать, что в России выпускаются тепловые насосы всего мощностного диапазона, вполне конкурентоспособные по техническому уровню и более доступные по цене, чем аналогичные зарубежные насосы.

Производственные мощности только ЗАО «Энергия» и комплекса «Тепломаш» позволяют при необходимости увеличить выпуск тепловых насосов в десять раз и поднять единичную мощность до 30 000 кВт.

4.7.1 «Тепло ХХI века»

Тепловые гидродинамические насосы типа «ТС1» - инновационная, высокотехнологичная, экспортоориентированная продукция от Группы Компаний «Тепло XXI века». Современные, энергосберегающие системы, основанные на тепловых гидродинамических насосах, предназначены для автономного отопления любого объема жилых, офисных, спортивных, производственных и складских помещений, а также для нагрева воды для бытовых и технологических целей.

За разработку и производство тепловых гидродинамических насосов Группа Компаний «Тепло XXI века» награждена многочисленными медалями и дипломами, является победителем ежегодного конкурса инновационных проектов международной программы «Golden Galaxy» и награждена золотой медалью «Innovation for investments to the future».

Группа Компаний «Тепло XXI века» является членом Московской Торгово–промышленной палаты г. Москвы и «Союза инженерных предприятий Московской области», что говорит о высоком статусе и надежности компании. Более подробная информация о тепловых гидродинамических насосах типа «ТС1», в том числе фотографии объектов, и тепловых узлов на которых успешно работают наши установки, а так же отзывы потребителей, размещена на сайте.

4.7.2 ООО «Корса»

Компания ООО «Корса» - российский производитель тепловых насосов широкого спектра для самого различного назначения. За 10 лет работы тепловые насосы «Корса», преимущественно геотермальные, установлены более чем на 60 объектах: это индивидуальные коттеджи, промышленная база, многоквартирные жилые дома.

Особенностью компании является то, что системы тепловых насосов проектируются каждый раз индивидуально, тем самым их технические характеристики максимально соответствуют поставленным задачам с учетом поправок на климат, геологию грунта, инженерные системы объекта. Тепловые насосы «Корса» проектируются и изготовляются с учетом сурового российского климата, не замораживают грунт, сохраняют в течение всего отопительного периода заявленный коэффициент преобразования и обеспечивают максимальное количество моточасов работы компрессора.

По программе ГК «Фонда содействия реформирования ЖКХ» тепловыми насосами «Корса» оснащены три многоквартирных энергоэффективных дома в Калужской, Рязанской, Кировской областях.

4.7.3 ООО «Эйркул»

Для теплоснабжения зданий и промышленных предприятий, с 2002 года фирма «Эйркул» выпускает линейку установок с диапазоном производительности от 5 кВт до 3 мВт и является сертифицированным российским производителем тепловых насосов.

Российский производитель тепловых насосов – ООО «Эйркул», комплектуя оборудование компонентами ведущих европейских производителей, выпускает установки, состоящие из следующих основных агрегатов: испарителя и конденсатора, переохладителя, регулирующего вентиля и компрессора.

Задавая новые стандарты качества в отрасли ООО «Эйркул», как сертифицированный российский производитель тепловых насосов и другого холодильного и климатического оборудования, использует новейшие технологии и экономичные, экологически безопасные решения, что является гарантией надежной работы и оптимальной эксплуатации оборудования, а также способствует повышению рентабельности бизнеса сотен российских промышленных предприятий.

4.7.4 ООО «Рефком»

Компания "Рефком" производит сборку геотермальных тепловых насосов (альтернативных энергосберегающих систем отопления, горячего водоснабжения и кондиционирваия, обладающих российским сертификатом качества). Производит проектирование и монтаж систем отопления дома "под ключ" (тепловой насос с горизонтальным или скважинным контуром, укладка теплых полов, разводка радиаторов). Осуществляет бурение скважин на воду и под геотермальные зонды тепловых насосов.

4.7.5 ОАО «Инсолар»

ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» специализируется на внедрении энергосберегающих систем с использованием нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в том числе с применением тепловых насосов, использующих низкопотенциальное тепло грунта, сбросное тепло вентиляционных выбросов и др.

ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» проводит научно-исследовательские и экспериментальные разработки в области нетрадиционной энергетики (имеет Свидетельство № 5043 от 20 мая 2003 г. о государственной аккредитации в качестве научной организации).

4.7.6 ООО НПФ «Тритон ЛТД»

Компания занимается проектированием и изготовлением тепловых насосов различной мощности (от 3 до 10 000 кВт) автоматизированных с регулируемой теплопроизводительностью, выполнением монтажных работ на объектах заказчиков, выполнением пусконала-дочных работ с последующим сервисным обслуживанием, проектированием и изготовлением систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции, кондиционирования и охлаждения, производственных и гражданских объектов с использованием тепловых насосов, проектированием и изготовлением тепловых насосов для подогрева воды в бассейнах и рыборазводных хозяйствах, проектированием и изготовление тепловых насосов и установок на их базе для сушки древесины и зерновых культур, для охлаждения и поддержания постоянной температуры воды технологических циклов, проектированием и изготовлением установок на базе тепловых насосов для утилизации тепла промышленных предприятий.

4.7.7 «Экип»

Научно-производственная кооперативная фирма "ЭКИП" была образована в январе 1990 года рядом ученых из крупных вузов страны МВТУ им. Баумана, МЭИ, МГУ, МАИ и др., а также специалистов из авиакосмического комплекса страны.

Приоритетным направлением деятельности фирмы стали создание энергосберегающего оборудования и технологий в различных областях народного хозяйства: в энергетике, на транспорте в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) параллельно занимаясь научно-просветительной работой в области экологического образования. Нами был выпущен энциклопедический справочник в 8-ми частях "Экология и безопасность человека".

Экологическая направленность деятельности фирмы отражена и в абривиатуре "ЭКИП" - "Экология и Прогресс".

Наиболее существенным результатом деятельности фирмы "ЭКИП" за годы ее существования является хорошо известный в России и за рубежом проект летательного аппарата "ЭКИП" (русская "летающая тарелка"), в котором реализован целый ряд НОУ-ХАУ, запатентованных в России.

4.7.8 Группа компаний «Атмосистемы»

Гуппа компаний «Атмосистемы» имеет собственную линию по производству тепловых насосов. Наше оборудование удачно гармонирует с интерьером помещения и всего здания, полностью учитывает его назначение и специфику и отвечает самым высоким требованиям заказчика.

Мы занимаемся созданием и продвижением современных высокотехнологичных ресурсосберегающих климатических систем на основе тепловых насосов.

Качество оборудования отмечено нашими партнерами в Германии, Австрии, Румынии, России.

Основным направлением деятельности группы компаний «Атмосистемы» является производство и установка тепловых насосов, систем воздушного отопления, кондиционирования и вентиляции.

Группа компаний «Атмосистемы» осуществляет полный комплекс работ, включая проектирование систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования, внутренних и наружных сетей, разработку специальных разделов проектной документации; монтажные и пуско-наладочные работы внутренних и наружных инженерных коммуникаций, поставку оборудования, комплектующих и материалов; гарантийное и сервисное обслуживание.

Инженерно-проектное отделение нашей компании имеет большой опыт решения различных задач, связанных как со стандартным, так и индивидуальным проектированием. Процесс проектирования и подготовки рабочей документации автоматизирован, благодаря наличию современных программных и графических комплексов.

Штат квалифицированных и опытных монтажников позволяет обеспечить быстрое и качественное выполнение работ по монтажу систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Специалисты сервисного центра, оснащенного современным диагностическим и ремонтным оборудованием, могут взять на себя сервисное обслуживание установленных нами систем, с постоянным контролем работы оборудования и деталей системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Группа компаний «Атмосистемы» известна как надежный партнер, который в первую очередь заботится о заказчике. На складе всегда имеется в наличии все необходимое оборудование. Опыт и отлаженный механизм работы позволяет специалистам компании в кратчайшие сроки находить оптимальные с точки зрения "цена-качество" инженерные решения и успешно реализовывать их на практике.

4.7.9 ЗАО «Энергия»

До сегодняшнего дня фирма ЗАО «Энергия» остается практически единственным в нашей стране серийным производителем парокомпрессионных тепловых насосов. За 10 лет работы фирма запустила около 100 теплонасосных установок различной мощности на всей территории бывшего СССР. Первые установки, запущенные на Камчатке, проработали безотказно уже 8-9 лет. Это обстоятельство – лучшая визитная карточка фирмы.

Кроме серийных моделей, ЗАО «Энергия» может изготовить тепловой насос любой мощности и конфигурации, в том числе и маломощный для индивидуального отопления.

Каждый тепловой насос комплектуется силовым шкафом управления и системой автоматики. Контроллер поддерживает заданный режим работы ТН, предотвращает аварийные ситуации, ведет учет параметров.

Может быть установлен микропроцессорный либо беспроцессорный контроллер как отечественного, так и импортного производства. Возможно изготовление контроллера, «вписывающего» ТН в уже имеющийся производственный цикл.

Для запуска двигателя компрессора ЗАО «Энергия» изготавливает электротехнические шкафы исключительно с бесконтактной (тиристорной) коммутацией.

4.7.10 Институт теплофизики СО РАН

Направление: Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе вопросы разработки новых видов топлива.

Название проекта: Альтернативная низкотемпературная теплоэнергетика и низкотемпературная электроэнергетика.

Низкотемпературная теплоэнергетика – это использование тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения объектов ЖКХ и промпредприятий. Основано это теплонасосное теплоснабжение на использовании сбросного тепла техногенного происхождения (тепло воды охлаждаемое в градирнях, промышленные и канализационные стоки) с температурой +5÷+30⁰С и природное тепло такой же температуры (тепло рек, крупных озёр и морей, термальных и хозпитьевых вод). Речь идёт о парокомпрессионных ТН, работа которых может быть высокоэффективной даже при низкой температуре (+5÷+10⁰С) воды низкопотенциальных источников.

Современное теплонасосное теплоснабжение развивается весьма успешно. Количество работающих парокомпрессионных ТН в мире довольно велико – около 40 млн. штук различной единичной теплопроизводительности от нескольких киловатт до сотен мегаватт. Развитию этой отрасли уделяется большое внимание. В частности, Мировой энергетический совет (МИРЭС) прогнозирует, что к 2020 году около 75% тепла потребного для теплоснабжения в развитых странах будет производиться тепловыми насосами.

К России этот прогноз, к сожалению, не относится из-за слишком большого нашего отставания в этой отрасли от развитых стран. Нужно отметить, что теплонасосное теплоснабжение довольно косная отрасль, что подтверждается тем, что в ней в течение последних 50÷60 лет практически не было прорывных разработок.

Поэтому традиционные ТН работают уже много десятилетий по традиционному парокомпрессионному циклу. Этот цикл более-менее позволяет получать горячую воду только для горячего водоснабжения с температурой +70÷+75⁰С с положительной, хотя и небольшой, порядка 20%, эффективностью. В системе отопления работа традиционного ТН с положительной эффективностью в сугубо автономном режиме возможна только в регионах, где максимально низкая температура наружного воздуха в течение всего отопительного периода не бывает ниже - 10⁰С. (Сухуми, Ашхабад, Ташкент и южнее). В итоге в России и странах с климатом близким к российскому традиционный ТН в автономном режиме в системе отопления работать не может.

В Институте теплофизики СО РАН совместно с дочерней внедренческой организацией ЗАО «Энергия» в результате многолетних исследований удалось создать тепловые насосы, работающие с термодинамическим циклом максимально приближенным к наиболее совершенному треугольному циклу Лоренца. Поскольку таких ТН в мире нет сейчас ведется его международное патентование в связи с тем, что к этой работе уже проявляют интерес зарубежные фирмы.

Эти тепловые насосы, названные универсальными отопительными теплонасосами (УОТН) при работе в системе ГВС, работая круглогодично в автономном режиме уже сейчас могут полностью обеспечивать любые города России, где имеется достаточно много сбросного низкопотенциального тепла, например, реки и моря горячим водоснабжением. Эти УОТН позволяют получать тепло на ГВС в 2,0÷2,5 раза более дешевое, чем тепло от газовых котельных или ТЭЦ. Но самое главное в том, что и в системе отопления УОТН могут работать в автономном режиме независимо от температуры наружного воздуха вырабатывая горячую воду для отопления вплоть до +85÷+90⁰С по цене в 1,8÷2,0 раза ниже традиционного тепла от газовых котельных или ТЭЦ.

В настоящее время научно-технические работы завершены. Необходимо создать стенды для проведения испытаний первых промышленных образцов тепловой мощностью 0,2 Гкал/час, 0,3 Гкал/час, 0,5 Гкал/час, 1,0 Гкал/час, и 3,0 Гкал/час. После этих испытаний можно будет сразу, минуя создание пилотных образцов начать серийное производство на заводах ОАО «Пензкомпрессормаш», Казанский машиностроительный завод, завод «Компрессор» ликвидированный в г. Москве, если он будет восстановлен – эти заводы готовы производить компрессорные агрегаты. Теплообменную аппаратуру готов производить ЗАО «Атомэнергомаш» (Кировский завод, г. Санкт-Петербург).

Необходимые средства на изготовление первых промышленных образцов и стендов составляет не менее 65,0÷70,0 млн. руб.

Низкотемпературная электроэнергетика – это электрические станции с низкокипящими рабочими телами (озонобезопасные фреоны R-134a, C-10, R-21; углеводороды бутан, изобутан и т.д.), вырабатывающие электроэнергию используя в качестве топлива относительно низкопотенциальное тепло с t_НПТ>70⁰С. Первая в мире фреоновая (рабочее тело фреон R-12) геотермальная электростанция была создана в СССР на Паратунских геотермальных источниках Камчатки. Используя геотермальную воду с температурой всего 79±1,0⁰С, эта электростанция вырабатывала около 1 МВт/час электрической энергии. Создана она была Сибирским отделением АН СССР в 1971г. и входила в состав Института теплофизики.

На основе проведенных испытаний было показано, что в северных регионах нашей страны такие электростанции могут быть достаточно эффективны даже при использовании в качестве топлива воды с температурой всего +50÷+60⁰С. В этом случае высокая эффективность может достигаться использованием отрицательных температур конденсации низкокипящих рабочих тел, что значительно более эффективно, чем увеличение начальных параметров цикла Ренкина. Такая отрицательная конденсация достигается за счет использования воздушных конденсаторов при низких температурах наружного воздуха. На этой основе возникло предложение по использованию тепла земли для производства чистого водорода, получаемого в электролизерах. Электроэнергию можно получать во фреоновых (или углеводородных) энергоустановках типа Паратунской ГеоЭС. Источником тепла (вода с температурой 50÷60⁰С) должны быть кусты глубоких – около 3000 м нефтяных скважин полностью отработавших, через которые будет осуществляться циркуляция воды. Таких скважин в северных районах Западной Сибири достаточно много и срок их службы в таких водяных циркуляционных системах не будет ограничен. Из куста, состоящего из 12 скважин, возможно получение около 3,0÷3,5 мегаватт электроэнергии во фреоновых (или углеводородных) энергоустановках. Передавать такое количество электроэнергии экономически не целесообразно, поэтому эта электроэнергия должна подаваться в электролизеры, что позволит получать в худшем случае до 600÷700 м³ в час чистого водорода для сжигания тепловых электростанциях. По имеющимся научным данным передача водорода по трубопроводам, по крайней мере, в 2÷3 раза более дешевый процесс по сравнению с электропередачей. Как показал опыт работы Паратунской фреоновой ГеоЭС такие установки довольно легко автоматизируются, а фреоновые турбины, например, центростремительные, а именно такая использовалась на фреоновой ГеоЭС просты в изготовлении и надежны.

Реальное состояние проблемы в настоящее время следующее.

Институт «ВНИИхолодмаш» г. Москва, разработавший и создавший первую фреоновую турбину для Паратункой ГеоЭС имеет предварительные наработки по трем типам турбин – центростремительной радиальной, винтовой и радиально-осевой. Также есть потенциальный изготовитель таких энергоустановок «под ключ» - это Кировский завод г. Санкт-Петербург.

Проблем две. Первая, это естественно отсутствие средств, а на первую такую установку с электролизером потребуется только на конструирование, проектирование и изготовление не менее 80 млн. руб., а «под ключ» в блочном исполнении – не менее 120 млн. руб.

Вторая проблема заключается в том, что даже полностью отработанные и выведенные из эксплуатации скважины (нефтяные или газовые) по прежнему принадлежат нефтяным и газовым компаниям, поэтому требуется законодательное решение по изъятию отработавших скважин у этих компаний и передачи их водородопроизводящим компаниям.

4.8 Новые проекты с использованием тепловых насосов 4.8.1 Тепловой насос парокомпрессорного типа для экологически чистых систем теплоснабжения

Читинский ОАО “Машзавод” (Чита, Забайкальский край) изготовил первый тепловой насос парокомпрессорного типа, разработанный институтом теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск). Мощность завода позволяет изготавливать до 10 тепловых насосов в месяц. Тепловые насосы предназначены для теплоснабжения жилых и производственных помещений, кондиционирования, а также обеспечения горячей водой. Помимо этого типа насоса, “Машзавод” может изготавливать свои тепловые насосы, большей мощности.

Читинский машзавод – единственное за Уралом предприятие, готовое выпускать насосы такого типа. Проект производства тепловых насосов реализует Сибирское отделение РАН. Стоимость проекта составляет 2,5-3 млн руб.

Интерес к экологически чистым системам теплоснабжения на основе тепловых насосов проявили такие организации, как ООО ВЦ “Забайкальский”, ОАО “Водоканал-Чита”, администрация Агинского Бурятского округа.

4.8.2 Умные дома в Ростовской области

В Ростовской области построили первый энергоэффективный дом. Ноу-хау появилось в городе Усть-Донецке Ростовской области. Об этом сообщает телерадиокомпания "Дон-ТР". Причем в жилище нет ни линии электропередач, ни центрального отопления, ни даже газовой колонки. Там свет идет из солнечного коллектора, который расположен на крыше коттеджа. На 72 квадратных метрах жилья есть панели и индикаторы, благодаря им даже не надо нажимать на выключатели: датчики движения сами могут включать свет.

Горячая вода и отопление в доме есть благодаря установке теплового насоса - сердцу энергоэффективного дома. Тепло берется из земли, в этом агрегате оно приумножается и подается в комнаты. А летом по тому же принципу этот умный прибор выполняет функцию кондиционера.

Как признаются сами жители этого дома, самая большая проблема для них - забыть о существовании форточки. Ведь в отличии от обычных домов, где с ее помощью регулируют температуру дома, здесь свежий воздух поступает в дом по внутренней системе вентиляции. А температуру можно регулировать.

Выяснилось, что дело рук умного дома - сотрудников Новочеркасского политехнического университета. Это пилотный проект. Но подобные уже были в Новочеркасске и Ростове.

Правда, пока цена вопроса такого жилья еще достаточно высока. Но проект в обкатке, и ученые ищут пути удешевления автономных мини-котельных.

В ближайшее время специалисты надеются, что использование теплогенерирующих установок снизит потребление на Дону электроэнергии в пять раз, а газа - до 30 процентов.

4.8.3 Проект энергоэффективного дома (ООО «Трансюжстрой-ПГС», г.Белгород)

В Белгороде компанией ООО «Трансюжстрой-ПГС» разработн проект энергоэффективного 3-х этажного 2-х подъездного 18-ти квартирного жилого дома экономического класса.

Проект энергоэффективного дома (ООО «Трансюжстрой-ПГС»)

Дом оборудован системой геотермального отопления, которое в 1,5-2 раза экономичнее газового. При строительстве энергоэффективного дома использовались самые современные технические решения: эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций, установка энергоэффективных оконных блоков, датчиков освещения и движения, энергосберегающих ламп и автономного источника теплоснабжения.

Эффективность дома:

экономия тепла на подогрев приточного воздуха – 22,15 МВт ч/год.

экономия тепла на нагрев горячей воды – 48,6 МВт ч/год.

экономия тепла на систему отопления – 56,8 МВт ч/год.

общая энергоэффективность здания составила 127,55 МВт ч/год.

По словам исполнительного директора некоммерческого партнёрства «Жилищно-эксплуатационные компании Белогорья», на каждую квартиру здесь есть свой тепловой насос, который, используя принцип, обратный действию холодильника, забирает тепло земли и переносит его в дом при помощи закопанного в землю геотермального контура – труб, находящихся под землёй. В квартирах на месте отопительных приборов установлен так называемый фанкойл, выдающий тёплый воздух. Здесь же находится специальная панель, при помощи которой жильцы смогут устанавливать нужную температуру и уровень влажности. Более того, летом геотермальное отопление заменяет кондиционер, охлаждая нагретую воду под землёй и снижая температуру в квартире при помощи этой холодной воды.

Горячее водоснабжение и отопление спроектировано с использованием возобновляемых видов энергии. Источник тепла – грунт. Отбор тепла производится с помощью вертикального теплообменника, расположенного в грунтовом массиве. Система теплоотбора закрытая. Тепловой насос типа «водный раствор полипропилена – вода» с электроприводом (компрессор).

4.8.4 Проект жилого комплекса Первомайское

В 2009 г. в Наро-Фоминском районе Московской обл. начато строительство уникального жилого комплекса «Первомайское», состоящего из пяти трехэтажных монолитных жилых домов, которые снабжаются теплом и горячей водой полностью за счет использования теплоты местного грунта.

Первоначально планировалось подвести газ и поставить газовую котельную, однако, расчеты показали нецелесообразность ведения трубопровода из соседнего района, где находилась газовая магистраль. Общая длина труб составила более 8 км. Кроме того, маршрут трубопровода проходил бы по частным землям. Главной альтернативой газовой магистрали явилось использование теплоты грунта с помощью системы геозондов и теплового насоса. Стоимость установки данной системы, по сравнению со стоимостью подведения газа к объекту, давала экономию в целых 12 раз! При этом эксплуатационные затраты при использовании тепловых насосов на 10-15% ниже, чем при сжигании газа. Это и стало главной причиной принятия решения в пользу использования нетрадиционного источника энергии.

Сейчас на территории комплекса размещены 800 геозондов, расположенные через каждые 5 м в специальных скважинах. Чтобы пробурить эти скважины мы использовали, в том числе, собственную буровую технику, позволяющую работать в труднодоступных местах, на небольшой по площади территории.

При применении нашей системы потери тепловой энергии отсутствуют. Кроме того, при наличии многотарифной системы электроснабжения эксплуатационные затраты на отопление и горячее водоснабжение можно снизить в 2,5 раза за счет использования ночного тарифа и аккумулирования тепла в буферных емкостях.

4.8.5 Проект Мосводоканала

Для отопления канализационной насосной станции МГУП “Мосводоканал” в Северном Бутово уже не первый год используется тепловой насос.

В шестиэтажном здании канализационной насосной станции в Северном Бутово (располагаются старый тепловой пункт и тепловой насос. Для отопления 6 этажей используется энергия, получаемая в результате работы одного теплового насоса.

Новое энергосберегающее оборудование позволяет не только полностью отапливать здание, но и полностью отказаться от централизованного отопления.

Как рассказал начальник энергомеханического управления МГУП “Мосводоканал” Битиев Алексей Валерьевич, с внедрением нового альтернативного оборудования расходы на содержание канализационной станции сократились в 4 раза. Тепловой насос не сжигает топливо, не загрязняет атмосферу выбросами и является экологически чистой технологией.

Срок окупаемости проекта – 6 лет (только за счет энергосбережения). Затраты на реализацию проекта составили 2,5 млн руб.

Уникальность проекта в том, что впервые источником тепла для теплового насоса стала сточная вода. Эта ноу-хау закреплено в патенте на изобретение.

Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-6 кВт теплой энергии, которой хватает для обеспечения комфортной температуры для всего 6-этажного здания канализационной насосной станции.

Проект был реализован “Мосводоканалом” в партнерстве с российской фирмой-производителем тепловых насосов “ТН-Сервис”.

Мощность теплового насоса составляет 50 кВт.

“Мосводоканал” доволен автономностью и энергонезависимостью канализационной насосной станции от централизованного отопления.

По словам начальника энергомеханического управления МГУП “Мосводоканал”, в будущем при строительстве новых объектов подобного типа “Мосводоканал” планирует использовать тепловые насосы как источник автономного тепла. Особенно это будет касаться всех сооружений, находящихся вдали от централизованных источников тепла.

Единственный в России уникальный проект со временем станет типовым для других сооружений “Мосводоканала”. “Мосводоканал” планирует реализовать еще 3 аналогичных проекта в ближайшие 2 года. Тепловые насосы будут установлены на Черкизовской, Братеевской канализационных станциях и Орехово-3. Тепловые насосы планируется установить и на Курьяновских очистных сооружениях.

Выводы

В будущем большинство стран будут продолжаться оставаться сетью энергетических импортеров подвергаясь сопутствующим рискам безопасности. В сложившейся ситуации тепловые насосы могли бы содействовать уменьшению этих рисков через использование электричества как универсального транспортировщика многотопливной энергии. Таким образом, конечные потребители будут менее зависимы от одного особенного источника топлива, так как электричество может быть произведено из широкого спектра различных ископаемых и возобновляемых источников энергии. Это ставит тепловые насосы в более выгодную позицию по сравнению с ветряными, биогазовыми и солнечными установками. В связи с тем, что большинство развитых стран официально признают аэротермальную, гидротермальную и геотермальную энергию как возобновляемые источники, следующее поколение тепловых насосов должно будет эффективно использовать электрическую энергию с тем чтобы снизить использование ископаемых источников энергии для отопления и сократить выбросы парниковых газов.

Поиск новых путей производства и использования энергии с тем, чтобы минимизировать влияние на окружающую среду, являются ключевыми проблемами всего мира в 21 веке. В этой связи производственные процессы и более широкое внедрение тепловых насосов на рынке новых низкоэнергетических зданий будут увеличивать экономию энергии, понижать спрос на нее и снижать подверженность сопутствующим рискам во многих странах.

Более широкое использование также понизит выбросы углекислого газа, так как тепловые насосы более эффективные, чем прямое использование ископаемого топлива для тех же целей. Даже тридцати процентное внедрение тепловых насосов на рынке модернизируемого отопления могло бы понизить общее мировые выбросы до 8%, так как эффективность отопительной энергии будет улучшена и производство электричества может стать менее сажевыделяющим. В конечном счете, глобальное потепление приведет к новым правилам, форсирует новые государственные субсидии и повлияет на поведение потребителей.

Теплонасосные технологии, конечно, имеют многообещающее, блестящее будущее в свете объявленного мирового энергетического кризиса.

Код для цитирования: Скопировать