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).
Тепловой насос или котел отопления
Сравнивать тепловой насос и котлы на магистральном газе, солярке или пеллетах можно по-разному. Можно сравнить размеры занимаемые оборудованием в котельной, можно удобство использования, цвет корпуса и простоту настроек. Однако вполне очевидно, что первым начинают сравнивать сложность установки разных колов, необходимое обслуживание, получение разрешительной документации и, что самое важное — затраты на обогрев дома в холодный период.
Попробуем кратко рассмотреть основные аспекты и тонкости, про которые не все рассказывают.
Отопление от природного газа.
При всей очевидности решения «подвести к дому газ» не всегда это оказывается просто сделать.
Природный газ или как его ещё называют Магистральный газ в нашей нефте-газо добывающей стране является достоянием народа, его(газа) просто огромное количество, стоить он должен просто копейки, ну а подводить его к дому должно Государство и практически бесплатно! Лозунг правильный, но на деле всё обстоит несколько иначе:
Цена подвода газа к забору участка начинается, как правило, от 300 тыс рублей, а вот до какой суммы дойдёт будет зависеть от удалённости той самой «заветной» магистральной трубы. Сумма вполне может дойти до миллиона и даже выше.
Необходимо оформление проекта газоснабжения дома, а для этого нужно получить кадастровый паспорт участка и на основании его уже рисовать проект. Проект в среднем стоит 60-70 тыс рублей.
При прокладке трубы большой длины, метров 100-200 по землям общего пользования, необходимо оформить землю под трубой и охранную зону газового трубопровода в аренду с выделением этой земли на кадастровом плане района. Такое оформление займёт минимум год, что бы там не говорили.
Кроме подвода газовой трубы к забору нужно ещё довести эту трубу до котельной и отдельно до кухни с газовой плитой (если конечно нужна именно газовая), установить счётчик газа. Это отдельная работа и выполняют такие работы отдельные коммерческие организации не всегда даже из Мособлгаза. Стоимость прокладки трубы по участку от 150 тыс рублей.
Установка газового котла в доме накладывает свои требования к помещению котельной, площади остекления котельной (не менее 0,03 м2 на 1м3 помещения котельной). Дверь в помещение котельной должна открываться наружу, чтобы при взрыве газа было куда расширяться воздуху:) Да такое требование действительно есть.
При установке газового кола необходима отдельная вентиляция помещения котельной. Никаких выводов в общедомовую вентиляцию, вентиляцию сан.узла или вентиляцию кухни — только отдельная труба.
Необходимо заземление дымохода (если это напольный газовый котёл), да и собственно сам дымоход. Для напольного котла дымоход стоит около 100 тыс рублей (материалы+работа) С котлом настенным несколько попроще, но коаксиальный дымоход выходит в стену и дымить будет на уровне 3 метров от земли.
Сервисный договор. Без договора на обслуживание газ в трубу не пустят. Стоимость годового обслуживания для газа низкого давления 11,8 тыс руб, для газа среднего давления (6 кг/см2) — 24 тыс руб. Это стоимость договора, это всё-равно придётся платить. Получается платить придётся 1000 руб месяц или 2000 тыс. даже если совсем не пользоваться газом.
Отопление сжиженным газом от газгольдера.
На слух для обывателя не столкнувшегося с отоплением загородного дома, что магистральный газ, что газ в газгольдере — одно и тоже, это же ведь ГАЗ. На самом же деле это совершенно разный газ. Магистральный/природный газ — метан, получают как сопутствующий газ при разработке нефтерождений. Тот газ, который находится в газгольдере (по своей сути газгольдер просто большая бочка) это смесь пропан-бутана. Такой газ заправляют в газовые баллоны автомобилей или баллоны для газовых плит.
Пропан-бутановая смесь газов находится в газгольдере и баллоне в жидком состоянии, часто его ещё называют СУГ (сжиженные углеводородные газы). Для такоко «сжижения» нужно построить заводы или станции сжижения газов, поэтому стоить пропан-бутан будет совсем других денег по сравнению с метаном.
Газгольдер и газовый котёл:
Охранная зона от дома для ёмкости 5000 литров — 20 метров, если больше 5000 литров то 30 метров. Ближе 2-х метров к газгольдеру нельзя прокладывать никакие коммуникации, даже канализацию.
Раз в 10 лет необходимо выкапывать бочку и проверять её на наличие трещин или мест коррозии. Будет обидно, если газ начнёт просто убегать в землю. Разговоры компаний устанавливающих газгольдеры про катодную защиту материала бочки, к сожалению остаются только разговорами, обычно катодную защиту не ставят. Именно поэтому последнее время в продаже появилось огромное количество газгольдеров «только что откопанных из воинских частей» или просто «вечных» — да что ему будет он железный.
Содержание пропана и бутана в меси должно регламентироваться ГОСТ Р 52087-2003, но к сожалению на практике чего только в этой смеси не бывает. В Европе пропан-бутан продаётся по удельной теплотворной способности, а у нас за литр и непонятно, что в нём находится. У нас много чего так продаётся: газ — в литрах, куриные яйца десятками:) Особенность всех жидких газов в том, что при изменении его температуры один килограмм газа будет занимать разный объём, поэтому литр летом это одно, а литр зимой — совсем другое.
Наличие отдельной вентиляции в помещении котельной, заземление дымохода и всё прочее, что нужно для газовых котлов. Не нужна только разрешительная документация от Мособлгаза.
Основное отличие пропан-бутана от магистрального метана в цене и теплотворной способности. Отопление дома газом из газгольдера будет стоить почти в 5 раз дороже, чем магистральным.
Отопление дизельным топливом.
Если наслушавшись страшилок про взрывающиеся газгольдеры и ужасно жадных бюрократов в Мособлгазе Вы решите обратить внимание на дизельный котёл, то при выборе такого вида отопления будут следующие тонкости:
Необходимо отдельное место хранения ёмкости под дизельное топливо. Все, кто разместил ёмкости в доме, даже за двумя дверями жалуются на запах дизельного топлива в гостинной. На улице размещать ёмкость нельзя, зимой соляра становится вязкой и растворённые парафины входящие в состав диз.топлива забьют сетки фильтров дизельной горелки котла, ну а отдельное строение или котельная явно не снизят стоимости установки дизельного отопления.
Использовать «зимнюю» солярку очень не желательно, зимняя солярка содержит антифризы, к которым очень плохо относится горелка котла.
Дизельная горелка даже известных марок и производителей требует очистки форсунки и фильтров не реже 2-х раз в год. Для простых котлов типа корейского «Китурами» очищать горелку почти не имеет смысла, проще поменять котёл целиком.
Требуется очистка дымохода, особенно если котёл работает в режиме неполной нагрузки, так сказать «тактует», обычно это летом в режиме нагрева бойлера. При таких коротких режимах работы горелка и топка котла просто не в состоянии выйти на рабочий режим — не успевает достигнуть нужной температуры, горение смеси и работает не в режиме, вот и коптит.
На сегодняшний день отопление соляркой самое дорогое по затратам из всех видов. Даже прямое отопление электричеством выходит дешевле.
Отопление пеллетами.
Экологичное, экономичное отопление работающее в автономном режиме неделями — так обычно расписывают пеллетные колы. Что же на самом деле:
Нужна обязательная вентиляция котельной, как вытяжная, так и приточная. При открытии топки или бункера дым улетает в помещение, обычно над бункером ставят «колокольчик» вентиляции, чтобы «аромат» не уходил в дом.
Очень сильно работа котла зависит от пеллет: изначально пеллеты как сырьё для котлов должны проходить процедуру выгонки смолы и сушки, но в суровых Российских реалиях выгонка стоит денег, да и формовать пеллету со смолой значительно удобнее, а на практике из-за возгонки смолы и оседания её на трубе подачи из бункера в топку пеллеты просто прилипают и создают глухую «пробку» — котёл останавливается.
Нужно специальное место для хранения запаса пеллет. Обещание про 400 литров бункера и -«неделю не подходите к котлу» не соответствует реалиям. Для хранения пеллет нужно помещение с гараж размером, сухое с вентиляцией и без доступа грызунов, да-да мыши очень любят жить в опилках и пеллетах.
Нужна очистка котла и вынос золы.
С дымоходом та же история, что и с дизельным котлом — нужна периодическая очистка. Проблема обостряется спецификой работы котла — парами смол откладывающимися на внутренней поверхности трубы. Такие наросты могут начать гореть прямо на трубе поднимая её температуру, в итоге труба может прогореть участками. В принципе это проблема всех твёрдотопливных котлов, не только пеллетного.
Нет возможности сильно изменить мощность котла. Конечно есть вентилятор нагнетаемого воздуха, есть вентилятор дымоудаления и котёл ими умеет управлять, но сильно снизить мощность он не может — просто погаснет.
По затратам на отопление пеллетный котёл будет стоить дешевле дизельного котла и газового от газгольдера, но только при условии качественных пеллет.
