В. Ф. Гершкович, канд. техн. наук, лауреат премии НП «АВОК», ЧП «Энергоминимум», Киев
Принято считать, что использовать теплоту атмосферного воздуха при помощи теплового насоса в умеренно континентальном климате невыгодно. Однако выполненная технико-экономическая оценка целесообразности применения теплового насоса «воздух-вода» в системе теплоснабжения современной теплицы, позволяет утверждать, что это по меньшей мере спорно.
Энергию, содержащуюся в 15 млрд м 3 газа, тепловые насосы могли бы извлечь просто из воздуха .
Если рассматривать наружный воздух как единственный источник тепла, то использование воздушного теплового насоса для отопления в климатических условиях, например Украины, неэффективно: во время сильных морозов тепловые насосы «воздух-вода» работают с низкими коэффициентами преобразования. В то же время в течение большей части года температура наружного воздуха вполне пригодна для использования теплового насоса в системах теплоснабжения. В [1] приведен график (рис. 1) подтверждающий, что при положительных температурах наружного воздуха коэффициент преобразования воздушного теплового насоса в большинстве случаев больше 3, а это свидетельствует о возможности его эффективной работы.
Зависимость коэффициента преобразования одной из моделей теплового насоса «воздух-вода» от температуры воды на выходе из конденсатора t2K и от температуры наружного воздуха
Техническая возможность частичного замещения установок, работающих на природном газе, воздушными тепловыми насосами еще не означает экономической целесообразности такого решения. Пока цена на природный газ была приемлемой, никому в голову не приходила мысль об установке дорогого теплового насоса вместо дешевого газового котла. Однако газ постоянно дорожает: на Украине за пять лет цена выросла в пять раз, и эта тенденция сохраняется. Рано или поздно наступит время, когда стоимость теплового насоса уже не покажется столь высокой по сравнению с ежегодными затратами на покупку природного газа.
Чтобы подкрепить эти абстрактные соображения конкретными цифрами, была выполнена технико-экономическая оценка целесообразности частичного замещения природного газа тепловым насосом на примере теплоснабжения современной теплицы, где круглый год по самым последним технологиям выращивают помидоры.
Существующая схема теплоснабжения теплицы (рис. 2) состоит из газового котла с экономайзером и четырех независимых друг от друга отопительных контуров. Красным цветом на схеме показано, как в нее можно встроить тепловой насос «воздух-вода».
Схема теплоснабжения теплицы
1 – контур теплицы;
2 – отопительные контуры различных зон теплицы;
3 – газовый котел;
5 – насос контура котла;
6 – насосы отопительных контуров;
7 – регулирующие клапаны;
8 – гидравлическая стрелка;
9 – дымовая труба;
10 – тепловой насос «воздух-вода»
Существующая система отопления рассчитана на температуру теплоносителя 90 °С при расчетной температуре наружного воздуха –22 °С. Тепловой насос во время морозов работать не будет, а в период относительно теплой погоды температура 40–50 °С в подающем трубопроводе системы отопления будет вполне достаточна для поддержания необходимой внутренней температуры без изменения отопительной системы. Как видим, технически несложно привязать тепловой насос «воздух-вода» к котельной тепличного хозяйства.
Рассмотрим теперь экономические параметры такого рода модернизации.
По данным, полученным от эксплуатационной службы теплицы, в котельной было сожжено 7 700 м 3 природного газа за самые холодные январские сутки, что соответствует средней тепловой мощности котлов 2 700 кВт. Годовая выработка тепла в этой котельной составляет 4 680 Гкал при потреблении 650 тыс. м 3 газа в год.
Для частичного замещения природного газа был выбран тепловой насос «воздух-вода», тепловая мощность которого при температуре наружного воздуха 0 °С составляет 1 400 кВт (примерно 52 % от мощности котла).
В [2] представлена зависимость выработки тепловой энергии котлом от коэффициента расчетной тепловой мощности теплового насоса, построенная для климатических условий большей части Украины (рис. 3). На рисунке показано (пунктирными линиями), что при коэффициенте расчетной тепловой мощности теплового насоса 0,52 в котле будет выработано 55 % тепловой энергии за год и тепловой насос такой мощности будет работоспособен при температуре наружного воздуха – 0,6 °С и выше.
Расчет коэффициента выработки тепла газовым котлом за год
Данные технико-экономического сопоставления вариантов теплоснабжения теплицы сведены в таблицу. Срок окупаемости инвестиций, равный 12 годам, слишком велик для того, чтобы владелец теплицы решился уже сейчас потратить деньги на устройство теплового насоса, даже понимая, что цены на газ будут и дальше стремительно расти и уже через четыре года сроки окупаемости этой же установки сократятся вдвое.
Если бы владельцы предприятий с газовыми котельными имели какие-либо гарантированные государством стимулы к развитию энергосберегающей техники, то не стали бы ждать дальнейшего увеличения цены на газ, а уже сейчас начали бы вкладывать средства в устройства, сокращающие расходы газа. Среди таких устройств тепловые насосы «воздух-вода» при котельных, возможно, стали бы самыми популярными, потому что потенциал уменьшения потребления природного газа на Украине от их применения оценивается примерно в 15 млрд м 3 в год.
Таблица Сопоставление вариантов теплоснабжения теплицы
Показатель
Схема теплоснабжения теплицы
Традиционная
С тепловым насосом
Годовая потребность теплицы в
тепловой энергии, Гкал
4 680
4 680
природном газе, тыс. м 3
650
357
электрической энергии, МВт•ч
–
786
Затраты 1 , тыс. долл. США в год на
природный газ 2
211
116
электрическую энергию 3
–
54
всего
211
170
Экономия годовых затрат на энергию 1 , тыс. долл. США
–
42
Необходимый объем инвестиций 1 , тыс. долл. США
–
488
Срок окупаемости, лет
–
12
1 Пересчитано в долл. США по курсу 1 долл. США = 8 грн.
1. Особенности проектирования систем теплоснабжения зданий с тепловыми насосами. Киев, 2009.
2. Оптимальная мощность отопительного геотермального теплового насоса // Энергосбережение в зданиях. 2010. № 2 (51).
Так ли уж дешев магистральный газ? Что взамен?
Что выгоднее? 1. Подключиться к газовой магистрали бесплатно и сразу, но потом платить дороже?
Или 2. Заплатить крупную сумму за оформление и подключение (от 500 т.р. до 1 млн.р.), потратить 1 год и кучу нервов, но потом платить меньше?
Начнем с традиций. Дом должен быть из кирпича или дерева и отапливаться должен газом или дровами. Это аксиома, заложенная в нас с детства. Именно поэтому мы так недоверчивы ко всему новому. Наука и технологии развиваются сейчас очень быстро, а сознание инертно и не позволяет принять новые идеи и технологии, будь хоть они трижды передовые и полезные.
Так дрова или газ? Дрова – это дешево. У них один недостаток: ручное управление и необходимость топить каждый день. Это отсутствие автономности системы отопления на дровах приводит нас прямо в объятия нашего национального достояния – ГазПрома. Если газовая труба проходит рядом, то никто даже не рассматривает других альтернатив. Но так ли уж выгоден магистральный газ, или это ИЛЛЮЗИЯ? Давайте разбираться.
1. –Подключиться к газовой магистрали бесплатно и сразу, но потом платить дороже?
2. -Заплатить крупную сумму за оформление и подключение (от 500 т.р. до 1 млн.р.), потратить 1 год и кучу нервов, но потом платить меньше? См. ниже порядок оформления и затраты на подключение
Давайте возьмем реальную ситуацию. В роли первого персонажа выступает средний европеец, а в роли второго мы с вами. Ниже представлена цена газа для населения в разных странах.
Итак. Средний европеец подключился бесплатно и платит 28,5 руб/куб.м.газа. Россиянин же потратил на оформление и подключение в среднем 700 т.р. (Московская область) и платит 5 руб/куб.м.газа. Вопрос: через сколько лет суммарные расходы европейца и россиянина сравняются? Потому как очевидно, что первые …дцать лет россиянин в проигрыше: он уже заплатил 700 т.р.(либо сбережения, либо кредит).
Возьмем дом среднего размера 120 кв.м.. Для его отопления и ГВС нужно в среднем 160 куб.м. газа в месяц. Ваша экономия в месяц равна 160 куб.м. Х (28,5р.-5р.) и составляет 3760 руб. Потраченные вперед 700т.р. окупятся через 700000р./3760р.=186 месяцев, или 25 лет(7,5 месяцев отопительного сезона в год). Подумайте, только через 25 лет вы сравняетесь по расходам с европейцем, если деньги у вас были свободные. А если кредит, скажем, на 5 лет под 20 % годовых. Тогда ваши начальные затраты на подключение вырастают до 1,1 млн.руб., а срок окупаемости до 1100000р./3760р.=293 месяца или 39 лет! Вот вам и экономия!
Что выгоднее: первое(европеец) или второе(россиянин)? – решать вам.
Но здесь Россия, а не Европа и у нас нет выбора. Но для тех, кто все же ищет альтернативу есть третий вариант: Воздушные Тепловые Насосы (ВТН). С помощью них можно подготовить горячую воду для использования в традиционных радиаторах и для ГВС. Типичная история клиентов, обратившихся к нам такова. «Газовая труба проходила через дорогу или по соседней улице. Казалось бы, счастье так близко. Но по мере оформления разрешительных документов первоначальные запрашиваемые 200-300 тыс.руб. вырастали до 700 тыс.руб и даже до 1 млн. руб.
А между тем, установка 8 килоВатного Воздушного Теплового Насоса воздух –вода производства Mitsubishi или General-Fujitsu (оборудование с монтажем), пригодного для отопления среднеутепленного дома 80-120 кв.м., обойдется примерно в 400-450 тыс.руб и никаких согласований, разрешений, нервов. Вы свободны и независимы. Вам нет дела до стоимости газа, и вам не могут перекрыть кран. Это полностью ваша автономная система отопления и ГВС. Уже сейчас ежемесячные затраты домовладельцев, в которых установлен низкотемпературный тепловой насос воздух-вода (эффективная работа до -25⁰С), сравнимы с магистральным газом, лишь немногим уступая ему. Но опыт все стран показывает, что газ дорожает быстрее электроэнергии, и поэтому в ближайшие 2-4 года расходы на отопление с помощью газа и теплового насоса сравняются, а затем ВТН станет более выгоден. Итак, при стоимости подключения газа свыше 300-400 тыс.руб. уже стоит задуматься об альтернативном способе отопления, таком как тепловой насос. Напомним, что для работы теплового насоса требуется электроэнергия, только тратиться она не на прямой нагрев, как в калориферах, а на процесс переноса тепла, забранного с помощью наружного блока у уличного воздуха и переданного вовнутрь помещения. Роль переносчика тепла играет фреон — легко испаряемый и конденсируемый газ. На каждый 1 кВт затраченной электроэнергии, воздушный тепловой насос выдает от 2-х до 5 кВт тепла, в зависимости от наружной температуры. В среднем за отопительный сезон, этот коэффициент выигрыша (COP – англ.) составляет 3, т.е. тепла вы получаете в 3 раза больше, чем затратили электроэнергии (если бы электричество напрямую преобразовывалось в тепло). См. Низкие эксплуатационные расходы
Современные низкотемпературные воздушные тепловые насосы производства лидеров этого рынка Mitsubishi, General-Fujitsu, Panasonic способны эффективно извлекать тепло из наружного воздуха вплоть до -25⁰С….-28⁰С., что вполне подходит для нашего климата. Но заявленные производителем характеристики – это одно, а то что мы имеем на практике – требует проверки. В свое время, в 2004-2005 годах сложный выбор сделали за нас наши скандинавские соседи, предпочтя использовать для отопления своих домов не газ и не геотермальные тепловые насосы, а именно воздушные тепловые насосы. Ежегодная их доля в установке составляет 97-98%, а геотермальных только 2-3%. Учитывая суровый климат Скандинавии можно считать, что низкотемпературные ВТН прошли проверку временем. Самым характерным примером в этом ряду является Норвегия, страна, в которой добывается достаточное количество нефти и газа, но в которой, тем не менее, более 50% домов отапливаются тепловыми насосами.
Воздушный тепловой насос играет роль котла для традиционных приборов отопления: радиаторов и теплых полов, подготавливая для них горячую воду, с той лишь разницей что в этом котле ничего не горит и не взрывается. Он абсолютно безопасен с пожарной точки зрения. Он экономичнее электрокотла в три раза. Он не требует никаких разрешений и согласований. Это ли не причина задуматься и подробнее узнать про это чудо техники.
Основные сомнения заказчиков выражаются, как правило, одной фразой: «как же тепловой насос сможет работать в нашем климате, ведь у нас зимой так холодно!». Для сомневающихся напомним: по результатам многолетних наблюдений установлено, что большую часть отопительного сезона, а именно 92-95% времени, температура не падает ниже минус 15⁰С. И лишь 5-8% отопительного времени температура опускается ниже этой отметки, что составляет не более 10-14 дней в году.
Таким образом, широкому использованию воздушных тепловых насосов для отопления мешает только сомнения, связанные с недостаточной информированностью населения о принципах работы этих удивительных устройств и статистике их применения в других странах. Мол в Европе тепло, поэтому там тепловые насосы применяются, а у нас холодно. А как же холодные Скандинавские страны Норвегия, Швеция, Дания, Финляндия? Они бы не использовали их так широко, если бы это было невыгодно! Получается, что для принятия решения об установке у себя в доме воздушного теплового насоса нам нужен пример тех, кто его уже установил и эксплуатирует. К счастью, такие смельчаки всегда существуют. Их смело можно назвать первопроходцами, они составляют около 5% от общего числа потребителей. И именно благодаря им, все новое и передовое становиться привычным и понятным. Честь им и хвала!
