Журнал 1 16 by Olga Dziuba

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ www.tn.esco.co.ua

Февраль №1 (16), 2014

Второй международный форум

Энергетический сервис и энергетическое планирование ______________ 28.9-1.10, 2014 г. Крым, г. Алушта MUOVITECH

Революция в климатотехнике:

Гибридные ТНС

стр. 12 Практика применения геотермальных зондов и грунтовых систем MuoviTech

стр. 16 Бесфреоновые климатические системы

стр. 28 Тепловой насос ГИБРИД

Главный редактор:

Степаненко Василий Анатольевич, директор ЭСКО «Экологические Системы» г. Запорожье, Украина.

Колонка редактора

Уважаемые читатели!

Зам. главного редактора:

Суслов Александр Викторович, ведущий специалист GreenBuild г. Москва, Россия.

Ответственный редактор:

Дзюба Ольга Викторовна, ЭСКО «Экологические Системы» г. Запорожье, Украина.

Редакционный совет:

Трубий Александр Владимирович, директор «R-ENERGY» г. Киев, Украина. Басок Борис Иванович, зам. директора по научной работе ИТТФ НАНУ г. Киев, Украина. Горшков Валерий Гаврилович, главный специалист ООО «ОКБ Теплосибмаш» г. Новосибирск, Россия. Семенко Виталий Дмитриевич, генеральный директор Центра внедрения энергосберегающих технологий «Энергия планеты» г. Киев, Украина. Закиров Данир Галимзянович, профессор, главный научный сотрудник ФГБУ Горного института УрО РАН, г. Пермь, Россия. Майоров Константин Константинович, главный редактор журнала «Энергосбережение» г. Донецк, Украина. Уланов Николай Маранович, директор ОКТБ ИТТФ НАНУ г. Киев, Украина. Шаповалов Сергей Викторович, главный редактор журнала «Энергоаудит» г. Тольятти, Россия. Петин Юрий Маркович, генеральный директор ЗАО «Энергия» г. Новосибирск, Россия.

Редакция:

Артюх В., Ждамирова А., Кошевая К.

Адрес редакции:

Украина, 69035, г. Запорожье, пр. Маяковского 11 тел./факс: (+38061) 224-66-86 e-mail: tn@esco.co.ua www.tn.esco.co.ua

Степаненко В. А., главный редактор журнала «Тепловые насосы»

Наш журнал начал подготовку к публикации в 2014 году серии обзорных статей под общим названием “Тепловые насосы в городах и зданиях”. Мир стремительно меняется на наших глазах – человечество начало быстрый переход к производству тепловой энергии из возобновляемых источников и тепловым насосам на этом пути предстоит играть лидирующую роль. Мы ищем союзников и соавторов для отражения этих изменений и разъяснения широкому кругу читателей причин и последствий этих перемен. Редакция журнала “Тепловые насосы” в новых рубриках начинает публикацию типовых проектов применения тепловых насосов в городах и зданиях. Мы хотим обозначить точки роста и создать шаблоны применения для городов и стран СНГ, где внедрение тепловых насосов сильно задерживается по сравнению с Европой, Америкой и Азией. Нельзя допустить технологического разрыва в инфраструктурных системах энергоснабжения городов. Для тепла от костров, каминов и печей долгое время требовались дрова. Людей было меньше чем леса, но всё быстро менялось и леса стало не хватать. Появился уголь, потом нефть и мазут, а потом и природный газ. Угроза вырубки лесов почти ушла с горизонта, но появилась угроза исчезновения ископаемого топлива. Эта угроза в 21 веке привела к быстрому росту цен на нефть и природный газ, а заодно к быстрому прогрессу технологий термомодернизации наших домов. Быстрое внедрение стандартов “пассивхаус” и “зеро” изменят наш мир – дома станут потреблять тепловой энергии меньше в 5-10 раз. И это произойдёт при жизни нашего поколения. Тепловые насосы идут на смену котлам. Теперь не они, а кондиционеры будут давать тепло зимой и прохладу летом. Они же возьмут на себя приготовление горячей воды и вентиляцию помещений. Тепловой насос станет основой для новых инженерных систем зданий, непременным атрибутом каждого дома. В тандеме с фотовольтаикой и гелиоколлекторами тепловые насосы станут для каждого дома его индивидуальными теплоэлектростанциями. Всё меньше энергии нам будет нужно от централизованных энергосистем и это время пошло. Жить в мире с природой – этому человечеству пора быстро учиться. Несколько столетий подряд мы нарушали этот принцип и вплотную подошли к тупику экологии Земли. Тепловые насосы дают нам надежду на продолжение жизни на планете, на озеленение наших городов и зданий. Теплонасосные технологии сегодня находятся на подъёме и потенциал их развития ещё далеко не исчерпан. Они требуют всё меньше первичной энергии для производства тепла и холода, быстро дешевеют и становятся неотъемлемой частью интерьера наших жилищ. Тепловые насосы показывают нам выход из углеводородного и климатического кризиса – они спасут мир.

Содержание

www.forum.esco.co.ua

НОВОСТНАЯ РУБРИКА Новости в мире

Новости технологий

Новости компаний

MUOVITECH Практика применения геотермальных зондов 12 и грунтовых систем MuoviTech

Бесфреоновые климатические системы 28.09-1.10, 2014 г. Крым, г. Алушта, комплекс «Golden»

«Энергетический сервис и энергетическое планирование»

Второй международный форум

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16

ОБЗОРЫ РЫНКОВ Потенциал насосов?

развития

рынка тепловых

ГИБРИДНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Тепловой насос гибрид - сохранение энер27 гии и сокращение выбросов CO2

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ В ЖИЛОМ СЕКТОРЕ Тепловые насосы в частных домах

Будущая роль тепловых насосов в жилищном 39 секторе

ПРОЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЕ ТН Эффективность теплонасосных систем в 50 реальных условиях эксплуатации

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Новости в мире Тепловые насосы могут принести 3 млрд. евро финским домовладельцам Переход на геотермальные тепловые насосы может значительно улучшить торговый баланс Финляндии примерно на 260 млн евро.

С 2014 года в Италии будет введен специальный «эко» тариф на электроэнергию. Особенностью данного тарифа является то, что его величина будет рассчитываться не с учётом реального потребления энергии потребителем, а по энергоэффективности используемой технологии и стоимости сетевых услуг (транспорт, распространение и управление электросчётчиками). Решение было принято Регулирующей администрацией по электроэнергии и газу (AEEG), независимым органом, который регулирует, контролирует и управляет рынком электроэнергии и газа в Италии.

Переход от нефтяного и электрического отопления к геотермальным тепловым насосам может сократить расходы на отопление примерно на 2,3 млрд евро в течение ближайших 20 лет. Исследование, проведённое финской ассоциацией тепловых насосов (SULPU) и Gaia Consulting, рассматривает экономические и экологические последствия перехода 320 000 финских домов на тепловые насосы.

Так называемый тариф «D1» будет применяться в первую очередь на экспериментальном уровне и добровольной основе для клиентов, которые решили обогреть свой дом с помощью тепловых насосов.

Новости

Тариф «D1» будет официально представлен после консультаций с общественностью по оперативным аспектам. Он представляет собой первый шаг на пути к новой тарифной реформе, которая уменьшит счета за электричество и сделает технологии, такие как тепловые насосы, финансово более конкурентоспособными. Источник: http://www.ehpa.org

Февраль 2014

15 10 5 0

Текущий

Тепловые насосы

Акцизный сбор

Предлагаемый тариф будет частью «2014 Distribution and Transmission package». Этот пакет является результатом решения 204/2013 по европейским и национальным нормативам.

Другие налоги

НДС

8 млрд. евро / 20 лет

Основные цели тарифа: • Соответствовать требованиям по энергоэффективности с применением возобновляемых источников энергии за счёт использования и распространения инновационных технологий, таких как тепловые насосы. • Преодолеть рыночный барьер для продвижения теплнасосной техники и электромобилей.

Затраты на отопление домов

млрд. евро / 20 лет

Италия представляет новый «эко» тариф на электроэнергию для домов, обогреваемых тепловыми насосами

Бытовые субсидии

6 4 2 0 -2

Текущий

Тепловые насосы

Рисунок 1. Расходы на отопление жителей Финляндии при переходе на геотермальные тепловые насосы (текущая и после перехода) и финансовая выгода для государства в ближайшие 20 лет. «На рынке климатического оборудования давно известен тот факт, что переход на геотермальные тепловые насосы является экономически эффективным. Правительство Финляндии может ускорить

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ продвижение геотермальных тепловых насосов, отменив низкий акцизный сбор на бытовой мазут. Швеция отменила подобные налоговые льготы на топочный мазут уже 20 лет назад. Сейчас почти все шведские котлы на мазуте уже заменены на геотермальные тепловые насосы», - говорит управляющий директор финской Ассоциации тепловых насосов Юсси Хирвонен (Jussi Hirvonen). Этот переход позволит получить дополнительные налоговые поступления для финского государства от более высокого налога на мазутное отопление и от дополнительного налога на добавленную стоимость от установки геотермальных тепловых насосов. Чистый эффект для финского государства, включая бытовые субсидии, составит один миллиард евро в течение ближайших 20 лет. Другие налоговые последствия по отношению к государству Финляндии и муниципалитетам являются незначительными. Исследование приняло во внимание воздействие на экономику и занятость от сокращения использования нефти на распределительный нефтяной сектор, и последствия изменений в использовании и обслуживании систем отопления. Переход на геотермальные тепловые насосы создаст 1 500 новых рабочих мест и улучшит торговый баланс Финляндии на 260 млн евро. Снижение мазутного отопления также будет способствовать снижению выбросов парниковых газов на 1,6 Mегатонн в CO2эквиваленте. Это сокращение составляет 5% от намеченного Финляндией сокращения выбросов к 2020 году. «Мазутное отопление давно популярно в Финляндии. Тем не менее, использование ископаемого топлива необходимо уменьшить во всех секторах, если относиться серьезно к смягчению последствий изменения климата» - , говорит коммерческий директор Айво Вехвилайнен из Gaia. Источник: http://www.gaia.fi/

Новое законодательство во Фландрии может привести к росту продаж тепловых насосов С января 2014 года строительство домов во Фландрии (северный регион Бельгии), будет возможным только с использованием систем для генерации возобновляемой энергии. Одним из вариантов для достижения этой цели является установка теплового насоса.

Максимальный E-уровень* был снижен с Е75 до Е60.

В общем, можно предположить, что рынок тепловых насосов в Бельгии получит выгоду от нового положения. Как для старых так и для новых зданий тепловые насосы являются очень хорошим способом соблюдения новых правил. * E-уровень является мерой энергетической эффективности здания в их стандартных условиях. Чем ниже E-уровень в зданиях, тем более энергоэффективным оно считается. Источник: http://www.ehpa.org/

Португалия: новая система обогрева Коимбра стала одним из европейских городов, в которых проходят испытания геотермальных тепловых насосов. Эта технология широко используется в странах Северной Европы, потребляет меньше энергии, чем кондиционеры или обогреватели, и обеспечивает тот же уровень комфорта. Эффективная и экологичная технология обещает в будущем прийти на смену традиционным системам отопления. Эксперимент является частью европейского проекта GroundMed, специалисты которого вместе с группой исследователей из Института систем и робототехники университета Коимбры будет оценивать работу этой технологии в регионе Средиземного моря. Исследования, проведенные на опытном заводе в здании Регионального управления гидрографии Центрального региона, показали, что летом кондиционер потребляет в среднем, 62 кВт/ч в день. С использованием технологии геотермальных тепловых насосов расход снизился примерно до 28 кВт/ч в день. «Геотермальные тепловые насосы зависят не от температуры наружного воздуха, а от температуры недр, - объяснил исследователь Андре Кинтинью Дуарте. На экспериментальном заводе в Коимбре сделаны семь отверстий глубиной 150 метров. На такой глубине температура остается стабильной на протяжении всего года, что позволяет обеспечить привычный комфорт, уменьшая счета за электричество и выбросы диоксида азота». Следующий этап проекта, который потребует инвестиций 4,3 млн евро, предполагает установку накопителя для хранения тепловой энергии. Ученые считают, что установка геотермальных тепловых насосов в больших зданиях (больницах, отелях), тратящих большие средства на энергоносители, станет отличным решением. Источник:http://gazetaslovo.com/

Новости

В последние годы нормы для новых зданий были ужесточены. Особое внимание уделялось стандартам изоляции зданий, но с этого года вступают в силу новые нормы, которые разработаны для активного производства энергии.

Внедряя тепловые насосы, E-уровень снижается примерно на 20 - 30 пунктов. Таким образом, тепловые насосы могут внести большой вклад в энергоэффективность зданий. Это, происходит, потому, что для отопления и производства горячей воды, тепловые насосы принимают много свободной энергии из окружающей среды. Как таковые, они могут обеспечить в 5 раз больше энергии (например, тепла), чем они потребляют.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Новости технологий Новый тепловой насос NIBE для коммерческих объектов Компания NIBE выпустила новый геотермальный тепловой насос AP-BW30 для применения на коммерческих объектах и в промышленности. Диапазон мощности новых тепловых насосов NIBE от 29 кВт до 160 кВт. При объединении 4 агрегатов в каскадную систему может быть достигнута тепловая мощность 640 кВт. Тепловые насосы NIBE AP-BW30 для своего промышленного класса являются очень энергоэффективными - коэффициент тепловой энергоэффективности COP достигает значения 5,70. Новый геотермальный тепловой насос NIBE AP-BW30 является более гибким тепловым насосом, чем когда-либо. С его передовой системой управления он может быть применен для решения множества задач: в системах с объединением до 4 тепловых насосов в одну управляемую группу, с широким спектром аксессуаров,.возможностью контроля солнечных коллекторов, интеграции в интеллектуальные системы управления зданий, и так далее, Вы можете решить любую задачу по отоплению и горячему водоснабжению промышленных и коммерческих объектов. Источник: http://planetaklimata.com.ua/

Новинка климатического оборудования Fujitsu в 2014 году Линейка мини VRF систем FUJITSU получила очень полезное и ожидаемое расширение. Новая система J-IIS предлагает пользователям все преимущества мини VRF системы J-II теперь в чрезвычайно компактном и легком корпусе. Размеры одновентиляторной VRF системы J-IIS сопоставимы с наружными блоками сплит и мультисплит систем и облегчают скрытую установку. Новый наружный блок поместится даже за ограждением стандартного балкона, а сниженный уровень шума позволит поместить его прямо под окном.

Новости

Размеры сократились на 25%, а вес на 26% по отношению к системам J-II. В последние годы закон стал жестче регулировать размещение наружных блоков кондиционеров на фасадах домов. Например, в Санкт-Петербурге, как и во многих других городах России, проект размещения наружных блоков подлежат обязательному согласованию в комитете по градостроительству и архитектуре, и требования к размещению на уличном фасаде здания самые жесткие. Многие строительные компании учитывают эти требования и

Февраль 2014

предусматривают специальные ниши для установки наружных блоков кондиционеров, но зачастую такие ниши предназначены для небольших наружных блоков сплит-систем и установка в них наружного блока VRF раньше была не возможна. Источник: http://www.c-o-k.ru/

Thermocold: эволюция оборудования на хладагенте R744 Следуя курсу на сохранение и защиту окружающей среды, итальянская компания Thermocold выпустила на рынок тепловые насосы с водяным охлаждением конденсатора ECO2 серии W, работающие на хладагенте CO2. Новые системы пополнили линейку агрегатов ECO2 AX, в которых используются природные хладагенты, не разрушающие озоновый слой (ODP = 0).

Агрегаты серии ECO2 WАгрегаты серии ECO2 W отличаются широким диапазоном тепло- и холодопроизводительности: свыше 1 000 кВт. Это уникальное решение для обслуживания гражданских зданий и коммерческих объектов, а также для производственных процессов. Фактически, использование отработанной воды производственного процесса для отвода тепла от конденсатора/испарителя позволяет достичь высокой температуры производимой воды (до 90 °C) и увеличить значение коэффициента COP до 12, обеспечивая значительно большую экономию энергии, чем у агрегатов на ГХФУ-хладагентах. Источник: http://www.hvacnews.ru/

Mayekawa разработала высокотемпературный тепловой насос на углеводородах Более 580 человек приняли участие в ежегодной конференции 2013 JSRAE, которая состоялась в Токио с 10 по 12 сентября. Организованное Японским обществом инженеров по охлаждению и кондиционированию (Japan Society of Refrigerating and Air Conditioning Engineers), это событие состояло в общей сложности из 189 технических презентаций, разделённых на специализированные сессии, посвящённые основным компонентам, комплектным системам или основам холодильной техники и кондиционирования воздуха. Целый ряд докладов сосредоточился вокруг природных рабочих жидкостей

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ — CO2, аммиака, углеводородов и воды. Хидеки Фушиками (Hideki Fuchikami) из исследовательского центра компании Mayekawa представил новейшие исследования компании по высокотемпературному тепловому насосу (HP) с использованием углеводородного хладагента. Эффективное снабжение паром 150 °C с углеводородным тепловым насосом Промышленные процессы, такие, как переработка пищевых продуктов, имеют высокий спрос на пар в диапазоне температур 100-150 °С. Традиционно для этого используются котлы на ископаемом топливе. Для обеспечения более эффективных и экологически безопасных решений, исследователи Mayekawa в качестве альтернативы использования котлов на ископаемом топливе с 2009 года разрабатывают тепловые насосы на углеводородах в качестве хладагента для получения высокотемпературного пара выше 150 °C. Согласно Хидеки Фушиками, 39% котлов, используемых в промышленном секторе, связаны с температурой до 100 °C, и 61% - с температурой выше 100 °С. В то время как спрос на температуру ниже 100 °C может быть эффективно удовлетворен с помощью промышленных тепловых насосов Eco Cute HP, для разработки тепловых насосов на природных хладагентах для высоких температур необходимы новые исследования, которые могут помочь уменьшить выбросы CO2 и потребление энергии в промышленности. Достигнут и подтверждён СОР 3 для системы с теплопроизводительностью в 245 кВт Целью исследовательского проекта являлась разработка теплового насоса, обеспечивающего температуру более чем 150 °C с СОР=3. Как наиболее подходящий хладагента был выбран природный хладагент нормальный пентан (н-пентан) с GWP3. В качестве смазочного масла был испытан и выбран PAG (полиалкиленгликоль) за его термостойкость и за его достаточную вязкость при температуре до 180 °С. Высокие рабочие температуры потребовали разработки и проектирования нового компрессора. Недавно разработанная система HP с тепловой мощностью 245 кВт прошла серию тестов для проверки её работы. При испытаниях, которые проводились при температурах конденсации Тс = 150-160 °С и испарения Те = 70-80 °C был подтвержден СОР=3. Путём регулировки системы для оптимальной работы ожидается более высокий СОР.

Источник: http://www.polel.ru/

Новые тепловые насосы от компании OCHSNER Новая серия тепловых насосов ELW 8 и ELW 12 Представляется «готовое решение» 8 и 12 кВт для простого и быстрого монтажа: • внешний блок - инверторный компрессор с испарителем; • внутренний блок (гидромодуль) - конденсатор (теплообменник фреон - вода) + в комплекте: • блок управления тепловым насосом с погодозависимой автоматикой и возможностью управления двумя контурами потребителей (теплый пол с узлом подмеса и радиаторы); • конденсатор (теплообменник фреон-вода); • реле протока с ультразвуковым расходомером; • высокоэффективный циркуляционный насос (WILO Stratos Para); • расширительный бак на 12 л.; • дополнительный проточный водонагреватель (э\тэн); • 3-х ходовой электроклапан для нагрева ГВС; • запорная арматура; • предохранительный клапан на 3 bar. Простота установки, высокая эффективность, надежность работы - теплонасосы OCHSNER серии ELW устанавливают новые стандарты для отопления будущего. Данные модели тепловых насосов, по своим рабочим и техническим характеристикам превосходят модели Zubadan от Mitsubishi Elecrtic. Новая модель EUROPA 323 DK-EW Хорошо зарекомендовавший себя на рынке тепловой насос EUROPA 323 DK для утилизации отводов тепла будет представлен на выставке ISH 2013 под названием EUROPA DK-323 EW. Данный тепловой насос предназначен для приготовления горячей бытовой воды. Источником тепла является геотермальный коллектор в виде медной трубы, которая укладывается в грунт и не представляет сложностей по монтажу. Данное решение особенно привлекательно для энергосберегающих и пассивных домов, так как он работает независимо от воздуха в помещении, так и независимо от системы вентиляции использующего температуры окружающего воздуха. Вся линейка серии EUROPA оснащены улучшенным контроллером Tiptronic Plus сенсорными клавишами. Данный тепловой насос вместе с баком для ГВС на 300 литров способен круглогодично обеспечить горячей водой небольшую семью из 5-6 человек. Мощность теплового насоса составляет 2,7 кВт, энергоптребление всего 600 Вт. Источник: http://www.geoteplo.com.ua/

Новости

Следующие шаги в сторону коммерциализации Производительность прототипа системы была проверена с многообещающими результатами. До коммерциализации, однако, ещё несколько лет. Использование н-пентана в качестве хладагента потребует изменений в действующем законодательстве. PAG смазки, прототип компрессора и его новые части должны быть проверены и оценены на долговечность и производительность. Согласно презентации Фушиками, с тестированием, оценкой и оптимизацией системы в течение ближайших 3 лет, первый коммерческий высокотемпературный паровой тепловой насос можно сделать коммерчески доступным около 2016 года. После 2020 года система HP с СОР=4 будет производиться массово.

По данным доклада, коммерциализация одного такого теплового насоса приведёт к сокращению выбросов на 560 т в СО2 эквиваленте (1 468 т в CO2 эквиваленте при СОР порядка 4) в год, по сравнению с традиционным котлом на ископаемом топливе с 50% эффективностью.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Новости компаний Грядущие инновации Daikin Компания Daikin Europe собирается весной 2014 г. представить свою новую систему VRV IV с рекуперацией тепла. Подробности о следующем поколении VRV систем на данный момент сохраняются в секрете. Daikin Europe обещает определить новый путь для комфорта и эффективности в коммерческой среде, сделав его проще, чем когда-либо прежде.

Новый кампус медицинского университета Гуанчжоу расположен на востоке провинции Xinzao, административный район Panyu, и состоит из здания классных комнат, лабораторного корпуса, здания администрации и общежитий. В дополнение к поставке 300 единиц MDVX, Midea также выиграла тендер на поставку винтовых чиллеров, агрегатированных чиллеров и коммерческих систем кондиционирования воздуха с общей стоимость контракта более 25 миллионов юаней. MDVX является характерным продуктом года для Midea, который, как утверждают, достиг трёх прорывов в конструкции. Во-первых, его IPLV (С) достигает 7.15, что является самой высокой энергетической эффективностью среди всех VRF в Китае. Во-вторых, продукт может похвастаться суммарной мощностью 88 л.с., преодолев отраслевой рекорд. В-третьих, изысканный внешний вид разработан международным промышленным дизайнером. Поскольку была выпущена партия MDVX, Midea ожидает новый раунд роста на рынке. Источник: http://www.polel.ru/

Emerson предлагает новые методы оценки энергоэффективности для VRF С выходом VRV IV, компания планирует снова занять ведущую позицию в области эффективности, комфорта и гибкости систем кондиционирования воздуха. Этому будет способствовать целый ряд революционных нововведений для климат-контроля, в том числе: продвинутый контроль температуры хладагента, сохранение комфортной среды во время оттайки и интеллектуальный конфигуратор новой VRV системы. Источник: http://www.c-o-k.ru/

Midea MDVX VRF выпускается на рынок

Новости

После своего дебюта на выставке China Refrigeration Exhibition 2013 , Midea MDVX DC инверторные интеллектуальные VRF были на промо-туре по всей стране. В начале октября 2013 года была произведена и выпущена на рынок партия MDVX, хорошо воспринятая клиентами. Начало заказам было обеспечено предложением 300 единиц MDVX в университеты.

С 29 октября по 1 ноября в Уси (Wuxi), Китай, состоялась конференция China Household Electrical Appliances Technological Conference 2013 по энергосбережению, защите окружающей среды, инновациям и развитию. Эта конференция, проводящаяся Китайской ассоциацией бытовых электроприборов (China Household Electrical Appliances Association), ставит своей целью повысить устойчивое развитие отрасли за счёт технологических инноваций. По теме «Обсуждение метода оценки энергоэффективности для VRF», Эмерсон поделился с участниками своими последними научными достижениями в этой области. В последние годы в Китае спрос на VRF быстро растёт. На основе схемы использования таких систем китайскими клиентами, Эмерсон собрал огромное количество оперативных данных по VRF, проанализировав потребление энергии в типичных случаях, и изучил частоты включения и выключения внутренних блоков. Метод оценки компании Emerson была получен с учётом всех исследований и может применяться для оценки эффективности VRF в будущем. Утверждается, что существующий метод оценки основан на непрерывной работе внутренних блоков VRF, пренебрегая различиями между VRF и агрегатированными кондиционерами. Таким образом, несмотря на высокий номинальный коэффициент энергоэффективности, фактическое энергопотребление систем VRF не является низким, дезинформируя пользователей неправильными энергетическими коэффициентами. Фактическое потребление энергии можно было бы отразить с учётом оценки рабочего статуса по типовым проектам, а также с учётом частоты включения и выключения блоков. Источник: http://www.polel.ru/

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

MHI запускает «R-LXR4 Series», мульти-сплит систему кондиционирования воздуха для замены систем в эксплуатируемых зданиях «Непревзойденная энергоэффективность и простота установки; Использование существующих трубопроводов хладагента» Токио 20 января 2014 — Корпорация Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (MHI) разработала новые модели для серии «Cooling/Heating Free HyperMulti LXR4 Series» мульти-сплит системы кондиционирования воздуха для офисных зданий и других крупномасштабных установок на японском рынке. Новые модели, названные «R-LXR4 Series», разработаны исключительно для замены систем, с повторным использованием существующих трубопроводов хладагента. MHI начнёт принимать заказы на новые модели в марте. Кроме того, новые модели, обеспечивая выдающиеся показатели производительности за счёт повышенной эффективности, также обладают повышенным удобством монтажа. Эти и другие признаки сделают новую серию R-LXR4 предложением, отвечающим на широкий спектр потребностей по замене систем. Серия HyperMulti R-LXR4, используя наружные блоки отдельно или в комбинации, образует 12 вариантов выходной мощности, охватывающих диапазон 8-14 лошадиных сил (л.с.) при одном внешнем блоке и 16-30 л.с. при сочетании двух блоков. Для повышения эффективности новые модели оснащены компрессорами с электродвигателями, у которых используется сосредоточенная обмотка. Так как при этом потери мощности в обмотках двигателей уменьшаются, в промежуточном диапазоне производительности достигается значительная (около половины от номинальной) экономия энергии. Кроме того, принятие многопортовой структуры для спирального механизма компрессора позволило оптимизировать баланс давления компрессора во время процесса сжатия и для достижения более высокой эффективности. Отвечая потребностям расширения масштаба систем кондиционирования воздуха вместе с заменой, длина трубопровода хладагента до самого отдаленного внутреннего блока была увеличена до 160 метров, а общая длина трубопроводов до 510 м. Для того чтобы справиться с потребностями установки в высотных зданиях, которые всё более становятся популярными в городских центральных районах, перепад по высоте между внешним и внутренним блоками может достигать 50 м, а между внутренними блоками - 18 м. Благодаря использованию двойных дверей с центральным открыванием для отсека электрических компонентов, значительно облегчен доступ к электронным платам и техническое обслуживание.

Источник: http://www.polel.ru/

Daikin представляет Ve-up IV R VRF для одновременного нагрева и охлаждения С 25 марта компания Daikin выпустит линейку VRF систем Ve-up IV R, способных обеспечить одновременный нагрев и охлаждение. Серия высокой эффективности состоит из 10 моделей с мощностью от 28 до 85 кВт, а стандартная серия состоит из 24 моделей с мощностью от 22,4 до 150 кВт. Эти новые продукты имеют значительно более высокую эффективность рекуперации тепла во время одновременного нагрева и охлаждения благодаря принятию нового структурного теплообменника, который вертикально разделен на два сегмента. Они также предлагают новую систему управления для регулировки объёма хладагента, приводящую в действие двигатель клапана в тандеме с вентилятором и другими компонентами. Из-за меньших потерь лучистого тепла, чем в предыдущих моделях, новые модели могут реализовать более энергосберегающую работу. Более высокая степень свободы при проектировании и монтаже была реализована за счёт расширения модельного ряда BS блоков (переключающий блок отопление/охлаждение), которые переключают каждый внутренний блок либо на режим нагрева, либо охлаждения.

Для удовлетворения потребностей в экономии электроэнергии при сохранении комфорта, линейка Vе-up IV R включает в себя функцию «настройки энергосбережения», которая, благодаря инновационному контролю температуры хладагента может уменьшить энергопотребление компрессора. Основные особенности • Значительно улучшена эффективность рекуперации тепла путём принятия новой структуры теплообменника и более высокой точности контроля хладагента. В новой серии для режима обогрева может эффективно использоваться тепло, выбрасываемое в режиме охлаждения, за счёт принятия новой структуры теплообменника в наружном блоке, который разделен на два сегмента по вертикали. В результате, новая серия работает с небольшими потерями для оптимизации производительности. Новые модели также могут значительно повысить эффективность рекуперации тепла за счёт сокращения ненужного теплообмена

Новости

MHI будет продолжать деятельность по развитию экологически дружественных товаров с высокой с добавленной стоимостью, таких как R-LXR4 серия, чтобы ответить на нужды рынка кондиционирования. Таким способом компания стремится

внести свой вклад в повышение качества повседневной жизни.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ с вновь введённой Heat Recovery Link (HRL), которая контролирует контур хладагента посредством работы компрессора в тандеме с мотором клапана и вентилятора. Благодаря сочетанию этих компонентов достигается высокая эффективность, позволяя новой серии достичь коэффициента полезного действия (COP) 7 при одновременной работе на обогрев и охлаждение. • Высокая степень свободы при проектировании за счёт расширения модельного ряда BS блоков (переключающий блок отопление/ охлаждение). Модельный ряд BS блоков, которые переключают отдельные внутренние блоки между обогревом и охлаждением, был расширен от предыдущих 2-х типов, которые позволяли делать до 6 ветвлений, до 6 типов, которые позволяют до 16 ветвлений. В то же время, за счёт реализации большей компактности и лёгкого веса, у нового типа блока объём снижен на 65%, а вес — на 68% по сравнению с существующим типом. В результате, новая серия может снизить стоимость установки за счёт сокращения количества задач, которые требуют перемещении аппарата и соединительных трубопроводов. • Функция «Energy-saving tuning» способствует снижению энергопотребления без ущерба для комфорта.

сосной темы, вытекающей из итогов этих выставок. Всего на саммите присутствовало более 250 специалистов из 26 стран (страны ЕС, а также Россия, США, Южная Корея, Индия).

Источник: http://www.polel.ru/

На симпозиуме было заслушано 35 докладов. Россия представила 2 доклада: И.М.Калнинь, С.Б.Пустовалов, Д.В.Кривцов – «Технологии тепло вых насосов на СО2 для систем теплоснабжения» (до-кладчик С.Б.Пустовалов) и В.В.Шишов «Состояние и тенденции развития российского рынка тепловыхнасосов».

МЕЖДУНАРОДНАЯ ВСТРЕЧА СПЕЦИАЛИСТОВ ПО ТЕПЛОВЫМ НАСОСАМ В ГЕРМАНИИ

Новости

Третий Европейский саммит по тепловым насосам (European Heat Pump Summit 2013) прошел в Выставочном центре Нюрнберга (Германия) 15–16 октября 2013 г.

Чтобы отметить важность недавно принятой Директивы ЕС об обязательном этикетировании энергоэффективноститеплового оборудования, по инициативе Европейской ассоциации тепловых насосов (EAHP) на вечернем приеме был торжественно разрезан торт «Energy Label Cake» Организатором саммита, который проводится каждые 2 года, является компания «Нюрнберг-Мессе», организатор выставок Chillventa. Саммит – это углубленное продолжение и дополнение теплона-

Февраль 2014

Спектр обсуждавшихся на симпозиуме саммита тем включал: использование возобновляемых источников энергии в тепловых насосах, потенциал рынка тепловых насосов; компоненты; применение бытовых, коммерческих и промышленных тепловых насосов; тепловые насосы для горячего водоснабжения; технические инновации и перспективы в области тепловых насосов; тепловые насосы как важный блок в переходе Германии на возобновляемые источники энергии.

В центре внимания участников саммита были доклады известных специалистов из разных стран, работающих в рамках программы IEA Heat Pump Programme, посвященные обеспечению качества теплонасосных установок и их обслуживания; тепловым насосам как элементу низкопотенциаль- ной энергетики; тепловым насосам для холодного климата; тепловым насосам с приводом от газовых двигателей; использованию тепловых насосов в домах с энергопотреблением, близким к 0 (nZEBs); системам, использующим солнечную энергию в комбинации с тепловыми насосами. Интерес вызвали также обзоры рынка тепловых насосов в Европе, Индии и России. Европейский саммит по тепловым насосам 2013 г. с успехом выполнил свою основную задачу, сформулированную в девизе мероприятия – «от специалистов для специалистов» (from experts for experts). Продолжение обсуждения темы тепловых насосов ожидается на выставке Chillventa Rossija в Москве 4–6 февраля 2014 г., а также на выставке Chillventa 2014 в октябре будущего года. Очередной Европейский саммит по тепловым насосам состоится в октябре 2015 г. На сопутствовавшей симпозиуму выставке FoyerExpo свои разработки в области тепловых насосов и их компонентов представили такие известные компании, как Alfa Laval, Danfoss, Grundfoss, Cofely Refrigeration, Ziehl-Abegg, ebmpapst и др. Источник: http://www.chillventa-rossija.ru/

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Практика применения геотермальных зондов и грунтовых систем MuoviTech,

как фактор увеличения коэффициента энергоэффективности работы теплового насоса

MuoviTech

Компания MuoviTech была основана в 2002 году, по принципу малого семейного бизнеса, однако с первых дней было принято решение применять только инновационные технологии, благодаря этому за короткий промежуток времени компания превратилась в мощную корпорацию. На сегодняшний день MuoviTech – это международный гигант в производстве оборудования для геотермальной энергетики. Продукция производится на пяти собственных заводах в Швеции, Финляндии, Польши, Великобритании, Нидерландах и этот список продолжает увеличиваться. MuoviTech поставляет свое оборудование, на более чем 50% всех инсталляций геотермальных тепловых насосов в Европе. Инженерно-техническим отделом нашей компании запатентовано и на практике применяется множество инновационных разработок по профильной тематике. Так, в 2008 году была запатентована новая технология передачи «низкопотенциального» тепла грунта при помощи грунтовых зондов, которые конструктивно и принципиально отличались от всех представленных в геотермальной энергетике.

Монтаж оборудования не занимает время на подготовку и не требует дополнительного пространства для инсталляции.

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Конечно, применение такой технологии как рифление на внутренней части трубы начали массово использовать уже много десятилетий назад в химической, нефтегазовой и других областях промышлености, где была необходимость интенсификации теплообменного процесса. Однако использование именно такой технологии в геотермальной энергетике впервые начали инженеры компании MuoviTech. Согласно законам гидродинамики, все течения жидкости можно разделить на ламинарные и турбулентные. Так в ламинарном потоке жидкость перемещается слоями без перемешивания и пульсаций, а ядро потока минимально участвует в процессе теплообмена, и интенсивный теплообмен происходит только в «пристенном» слое. Что касается турбулентного течения, то здесь процесс теплообмена совершенно отличен от ламинарного. Интенсификация и процесс перемешивания жидкости, а значит и происходит даже на минимальном расходе теплоносителя и работы циркуляционного насоса. Техническими специалистами MuoviTech был проведен сравнительный анализ показателей «теплосъёма» различных видов геотермальных зондов. Результаты, которых приведены на рис. 2. Так, мы видим, что при минимальном и среднем расходе теплоносителя (работы циркуля-

Запатентованная тепла при помощи турбулентного геотермального зонда

технология

передачи

Благодаря своей уникальной внутренней спиральной нарезке снижает потери и перепады давления в первичном контуре на

13-15%

Показатели теплосъема в обводненных грунтах увеличены на

20-30%

ционного насоса, в системе геотермального теплового насоса) самым эффективным является именно турбулентный. Внутренняя спиральная нарезка зонда также снижает и термическое сопротивление материала. В среднем, у полиэтиленовых зондов, изготовленных из РЕ-100, эта цифра уменьшается на 30 %*. Съем тепла различных типов грунтовых зондов(при одинаковых условиях)* 16 14 12

Теплосъем (кВт)

Турбо Коллектор - признан, как действительно самая яркая разработка геотермального контура теплового насоса за последние 30 лет!

10 1,5м³/ч

1,8м³/ ч

2,5м³/ч

4 2 0

Зонд ламинарный: 40x2,4. PE100

Зонд ламинарный: 40x2,4. PE100 (c перемычками)

Турбулентный зонд: 40x2,4. PE100

Рисунок 2. Сравнительные характеристики теплового съема «низкопотенциального» тепла грунта, различными видами геотермальных зондов В подтверждение своих слов скажу, что в Европе на данный момент более половины всех установленных зондов - это как раз коллекторы со спиральной нарезкой - Турбо коллекторы. Немаловажной составляющей корректной работы грунтового теплового насоса является, правильный расчет и монтаж системы первичного контура. На практике, часто приходится, сталкивался с неправильными и некорректными просчетами системы отопления и подачи воды в систему ГВС (горячего водоснабжения). Для облегчения просчета всех этих показателей, наша компания специально разработала простую и в то же время действенную программу «MuoviSelect», воспользовавшись которой, можно быстро просчитать параметры грунтового контура и рекомендуемую мощность теплового насоса. Одной из распространенных ошибок при бурении и инсталляции грунтовых систем, является не соблюдение правил размещения зондов между собой. На рисунке №3, изображена зависимость расстояний между скважинами и длиной устанавливаемых зондов. Используя приведенные ниже данные можно быть уверенным, что система геотермального поля многие годы будет функционировать корректно, а переохлаждение или перегрев наружной рабочей среды станет практически невозможным.

Рисунок 1. Грунтовый зонд со спиральной нарезкой на внутренней части трубы

Идеи по уменьшению технологического вмешательства в процесс монтажа, нашими специалистами воплощены в современном оборудовании MuoviTech:

MuoviTech

Одним из приоритетов маркетинговой политики MuoviTech, является технологическое упрощение монтажа, а также минимизация влияния человеческого фактора в процессе инсталляции геотермального контура.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ • Распределительные колодцы, абсолютно готовые решения: состоят из 2 распределительных гребенок, рассчитаны на подключения до 22 зондов, полностью герметичны. Компоненты гребенки сделаны из высококачественных сплавов латуни. Подключение зондов оптимизировано, а количество патрубков по сторонам кессона варьируется и может быть различно, но соответствует направлению вертикальных или горизонтальных теплообменников.

• Геотермальные зонды, нашей компании, производятся уже с оголовком: защитной пластиковой капсулой, которая одновременно является и грузом для погружения, 25-мм патрубком для установки буровой штанги, а также с петлей для дополнительной «огрузки». На производстве зонд опрессовывается и упаковывается в бухты.

Вся продукция компании «MuoviTech» - это готовые решения , которые не требуют дополнительного технологического вмешательства

Рисунок 4. Готовые решения от компании MuoviTech

Хотелось бы рекомендовать монтажным организациям соблюдать требования производителей тепловых насосов, а также, хотелось бы добавить, что правильный монтаж грунтового контура – это залог долговечной и надежной работы всей системы геотермального теплового насоса.

Использование геотермальной энергии, является одним из важных приоритетов возобновляемой энергетики в целом. Хотелось бы отметить, что опыт таких развитых стран как Япония, Финляндия, Дания, Швеция и других государств, не имеющих в достаточном количестве собственных топливноэнергетических ресурсов, показывает, что экономика может динамично развиваться, в том числе и за

MuoviTech

счет внедрения энергоэффективных геотермальных технологий. Так что массовое применение возобновляемых источников энергии, таких как тепловой насос – это только вопрос времени.

Февраль 2014

Кооперация при проектировании теплонасосная станция мощностью 18 МВт на очистных сооружениях При разработке Муниципального энергетического плана (МЭП) Запорожья в его основу были положены 3 идеи: • Снизить потребность в тепловой энергии на отопление в 3 раза (с 1300 МВт до 400 МВт) путём термомодернизации всех жилых и бюджетных зданий города • Снизить себестоимость производства горячей воды в 3 раза путём повышения эффективности использования природного газа, а также путём его замещения местными источниками топлива и энергии • Заместить природный газ в топливном балансе города на 80% местными возобновляемыми источниками топлива и энергии Проект строительства крупной теплонасосной станции на очистных сооружениях Запорожья для горячего водоснабжения Коммунарского района полностью отвечает второй и третьей идее МЭП Запорожья и позволяет практически полностью заместить природный газ для ГВС 50 000 жителей города.

Запорожье каждый день сбрасывает в Днепр 110-130 тысяч тонн тёплых очищенных стоков. Вместе со стоками в каждом городе стран СНГ бесполезно стекают миллионы гигакалорий тепловой энергии, на производство которой были потрачены миллиарды кубометров природного газа. И так происходило много лет. Мы хотим положить конец этому неприродному тепловодообороту и, по примеру Швеции, предложили построить в Запорожье теплонасосную станцию, которая отберёт это сбросное тепло и вернёт его в дома в виде горячей воды. Так можно поступать в большинстве городов и стран СНГ. Мы предложили нашим коллегам из Новосибирска (ОКБ “Теплосибмаш”, ЗАО ЭНЕРГИЯ, работающие в сотрудничестве с Институтом Теплофизики (ИТ) СО РАН, Россия) вместе решить эту задачу - создать пилотный проект, который можно будет повторить сотни раз. Степаненко В. А.,

директор ЭСКО «Экологические Системы»

Что важно – наши новосибирские коллеги являются активными членами редакционного совета журнала “Тепловые насосы”. Новосибирск и при СССР, и сегодня в СНГ остаётся лидером внедрения крупных тепловых насосов, несёт пальму лидерства и в науке.

Институт Теплофизики Сибирского отделения российской академии наук (ИТ СО РАН) и ООО ОКБ “Теплосибмаш” поддержало инициативу запорожцев по созданию пилотной теплонасосной станции (ТНС) для водоканалов стран СНГ. Мы предложили построить ТНС из 2-х блоков – парокомпрессионного и абсорбционного. Такое сочетание преимуществ двух разных энергетических циклов позволяет максимально повысить экономическую и энергетическую эффективность использования природного газа для производства горячей воды. Горшков В.Г.

главный специалист ИТ СО РАН и ООО «ОКБ Теплосибмаш»

ЗАО ЭНЕРГИЯ приняло предложение из Запорожья и предложило наиболее инновационный вариант строительства теплонасосной станции на новой архитектуре - цикле, максимально приближенном к треугольному циклу Лоренца (последовательное соединение конденсаторами отдельных тепловых насосов и параллельное их соединение по испарителям). КПД таких станций будет выше в 2.5-4 раза, чем КПД старых норвежских и шведских ТНС, построенных в 80-90 гг. Петин Ю.М.

директор компании ЗАО «ЭНЕРГИЯ»

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Революция в климатотехнике:

БЕСФРЕОНОВЫЕ

климатические системы Воздух – совершенный, экологически чистый, возобновляемый, а главное,

Инновационные технологии

бесплатный источник энергии

Разрушение озонового слоя Земли и глобальное потепление привели к необходимости создания климатических установок нового поколения, в которых используются безопасные природные хладагенты, такие как воздух. Воздушная климатическая система (ВКС) – это многофункциональная установка, разработанная инженерным центром воздушных турботехнологий «УПЭК». Летом она функционирует как воздушный кондиционер, а в зимнее время, как тепловой насос. При необходимости система может работать в режиме вентиляции. Применение воздуха в качестве источника энергии делает установку максимально экологичной и эффективной.

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Технология, созданная в инженерном центре воздушных турботехнологий индустриальной группы УПЭК, основана на применении высокоэффективных циклов (открытого и комбинированного), в которых термодинамическим рабочим агентом является воздух. Воздух – совершенный, экологически чистый, возобновляемый, а главное, бесплатный источник энергии. Кроме того, в системе отсутствуют какиелибо масла или смазки, что придает ей статус экологически безопасного климатического агрегата зеленой энергетики. Важной особенностью ВКС является способность работать при температуре наружного воздуха от –50 до +50 °C при возможном 100% притоке свежего воздуха.

Принцип действия Воздушно-климатическая система включает в себя турбокомпрессор, теплообменник, контроллер, вентиляторы, преобразователь частоты, воздухопроводы, клапаны, заслонки, глушители, помещенные в корпус-раму с обшивкой. Летом воздух, сжатый компрессором, охлаждается в теплообменнике. Охлажденный воздух расширяется в турбине, в результате чего его температура понижается до +5...+10 °C. Полученный холодный воздух подается в помещение. Горячий воздух после

выхода из теплообменника выбрасывается в атмосферу. Для повышения энергетической и экономической эффективности от применения ВКС может быть создан дополнительный контур утилизации теплоты в единой системе охлаждения, отопления и нагрева воды (например, для подогрева воды для бассейна или бытовых нужд). При этом суммарный коэффициент полезного использования электроэнергии достигает 3,0–3,5. Зимой воздух нагревается в теплообменнике, после чего подается в помещение. Переохлажденный в турбине воздух отводится в окружающую среду. Область применения Область применения ВКС очень широкая. Это торгово‑развлекательные центры, промышленные помещения, автотранспорт, жилые и офисные здания, спортивные центры, сельскохозяйственные строения и т. д. В частности, в спортивных сооружениях климатические системы должны обеспечивать круглогодичную потребность в кондиционировании, отоплении, вентиляции, горячем водоснабжении, высокие показатели качества воздуха и быстро задать необходимую температуру воздуха в помещении в разные периоды эксплуатации после отключения (ночью, в выходные дни, в период отсутствия людей в помещении). Данные системы позволяют летом, помимо кондиционирования воздуха, использовать избыточную теплоту, удаляемую из помещений, для бесплатного подогрева воды и горячего водоснабжения, а также подогрева воды в бассейнах. Зимой установку можно применять для вентиляции и отопления таких помещений, как, например, залы для тренировок, требующие круглогодичного охлаждения. Высокая скорость выхода на заданную температуру в помещении дает возможность снизить затраты на климатизацию помещений в 3–4 раза.

Воздушно климатическая система может быть установлена как непосредственно в помещении, так и снаружи (под укрытием)

Инновационные технологии

Принцип действия ВКС

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Преимущества ВКС: • Учет самых жестких требований к качеству обрабатываемого воздуха, озонобезопасности, энергоэффективности. • Экологическая чистота (отсутствие фреонов, хладонов, масел). • Высокая энергетическая эффективность при возможном 100% притоке свежего воздуха. В холодный период отопительный коэффициент в диапазоне температуры –50...+7 °C составляет 3,0–4,2. В теплый период холодильный коэффициент в диапазоне температуры +20...+50 °C равен 1,3–1,7 при притоке свежего воздуха до 100%.

Воздушно-климатическая система (ВКС) для железнодорожных вагонов

• Работа при любых погодных условиях (от –50 до +50 °С) без заметного снижения энергоэффективности. • Экономия электроэнергии. • Высокая ремонтопригодность, низкие эксплуатационные затраты. • Высокое качество воздуха (в охлаждаемом/обогреваемом помещении). Полная смена воздуха в помещении (800 м3) происходит в течении 4–5 мин. • Малые удельный вес и габариты за счет инновационной конструкции турбокомпрессора и теплообменника. • Высокая скорость достижения заданной температуры воздуха в помещении. • Отсутствие капитальных затрат на инсталяцию ВКС.

Инновационные технологии

• Быстрый монтаж.

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Сравнение ВКС и фреонового теплового насоса в режиме отопления

Воздушно климатическая система (ВКС) Фреоновый тепловой насос

Примечание Если при положительной температуре показатели систем сближаются, то при отрицательной, когда потребность в отоплении возрастает, ВКС имеет высокие показатели эффективности даже на режимах, при которых подавляющее большинство фреоновых тепловых насосов не работают, а для отопления используются ТЭНы.

Пример применения ВКС Исходные данные: • Наименование: физкультурно-оздоровительный комплекс. • Объем помещения – 9 000 м3. • Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции – 0,42 Вт/(м2•°С). • Площадь остекления – 100 м2, стеклопакет однокамерный. • Расчетное количество спортсменов – 60 человек. • Расчетное количество систем – 3 шт. • Размеры помещения для системы (Д х Ш х В) – 9,0 х 5,0 х 4,2 м. Зима

Лето

Температура наружного воздуха, °С

-23

+36

Температура подачи воздуха в помещение, °С

+44

+13,6

+18

+24

Относительная влажность наружного воздуха, % Средняя температура в помещении, °С (по требованию заказчика) Приток свежего воздуха, м3/ч (норма 80 м3/ч на спортсмена) Средняя скорость теплоносителя в зоне пребывания людей, м/с

Инновационные технологии

Параметр

4 800 0,35

0,20

Температура в помещении в момент запуска системы, °С

+30

Время нагрева/охлаждения помещения соответственно с +8 до +18 °С и +30 до +24 °С, мин

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

О компании

Инновационные технологии

Индустриальная группа «УПЭК» – одна из крупнейших на Украине частных компаний. Занимает лидирующие позиции в нескольких продуктовых сегментах машиностроения и п роизводстве компонентов для крупнейших конвейеров СНГ. Компания объединяет ряд ведущих машиностроительных предприятий и и нженерных центров. ________________________________ «УПЭК» разрабатывает и производит: • электротурбокомпрессоры; • климатические системы на базе воздушного цикла; • подшипники; • электродвигатели; • шлифовальные станки с ЧПУ; • трансмиссии и шасси; • прицепную сельхозтехнику и д р. ________________________________

+38 057 732-58-57 www.upec.ua www.att.upec.ua

Февраль 2014

Первое информационное сообщение 1-4 октября, 2014 г. Крым, г. Алушта

Вторая международная конференция

«Тепловые насосы в странах СНГ»

Цель конференции

Целью второй конференции ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ является внедрения тепловых насосов в городах и зданиях стран СНГ. Секции конференции: • Тепловые насосы в бюджетной сфере • Тепловые насосы в коммунальных хозяйствах • Тепловые насосы в многоэтажных зданиях • Тепловые насосы в промышленности

Состав участников • Компании-производители тепловых насосов, строительные, инжиниринговые и проектные компании; • Коммунальные и энергетические компании; • Представители

банковского

сообщества,

руководители международных проектов и программ в сфере возобновляемой энергетики; • Профильные информационные издания, • Промышленные компании и ассоциации;

подготовка массового

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Потенциал развития рынка тепловых насосов? Переведено энергосервисной компанией «Экологические Системы»

Результаты исследования опубликовала компания BSRIA BSRIA недавно опубликовала результаты детального исследования рынка тепловых насосов, проведенного в 16-ти ключевых странах мира. Исследование показало, что, рынок тепловых насосов, несмотря на длительный спад мировой экономики, продолжает расти. По сравнению с прошлым годом рост составил 31%, а в 2013 году ожидается его увеличение до 33%. Однако, такой рост большей частью наблюдается на рынках Азии, и особенно Китая.

Обзоры рынков тепловых насосов

Предполагается, что причину такой диспропорции можно объяснить тем, что в азиатских странах воздушные тепловые насосы используются в основном для отопления помещений, а не для горячего водоснабжения (ГВС), как в Европе. Однако, использование тепловых насосов только для обеспечения ГВС широко распространено и в Китае и других азиатских странах. Государственная политика, наличие стимулов и рост доходов населения являются главными факторами развития рынка в Китае и других азиатских странах. Активно развивающаяся строительная индустрия также повышает спрос на тепловые насосы. На рынке Китая доминируют воздушно-водяные моноблочные системы. ЕВРОПА Начиная с прошлого года, в Европе по сравнению с другими мировыми регионами наблюдается снижение доли рынка тепловых насосов. В будущем ожидается дальнейшее её уменьшение на 2% ежегодно. Во многом это результат влияния тяжелого экономического кризиса. Австрия В последние годы состояние рынка тепловых насосов в Австрии усложнилось сокращением государственных субсидий. Это, а так же качество продукта и его установки, остается проблемой для индустрии тепловых насосов в Австрии. На основе анализа предполагаемых объемов строительства и застройки территорий прогнозируется доминирование тепловых насосов в жилом секторе. Предполагается, что

Февраль 2014

в 2012 году сектор нового строительства увеличится лишь на 1,5%, и спрос будет определяться главным образом потребностями модернизации и обновления. Ожидается, что рынок тепловых насосов будет расти в течение следующего десятилетия, а темпы развития и объем рынка будут зависеть от инвестиций государства в социальное жилье и средней цены на нефть и газ. Бельгия В Бельгии рост рынка тепловых насосов имеет хороший прогноз, но поставщики тепловых насосов в будущем столкнутся с двумя серьезными сложностями. В 2007 году Бельгийское правительство издало две директивы по установке обогревающих и охлаждающих аппаратов, содержащих хладагенты на основе фторсодержащих газов (R407C, R410A и

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ других). Начиная с 2009 года, директивы обязывают весь персонал, монтирующий и обслуживающий такое оборудование, иметь соответствующую квалификацию. Новые правила, содержащиеся в этих директивах, существенно затруднили ввод в эксплуатацию воздушно-водяных тепловых насосов, состоящих из наружного и внутреннего блоков, монтаж которых требует соединения контура, содержащего хладагент. Большинство специалистов-монтажников тепловых установок пока не имеют соответствующих сертификатов. Это в данный момент является главным препятствием и создает выгодные условия для специалистов по воздушному кондиционированию. Италия Текущий спад развития итальянского рынка тепловых насосов связан с экономическим кризисом и, соответственно, замедлением темпов строительства и операций с недвижимостью. Другие существенные проблемы вызваны конкуренцией с традиционными технологиями отопления и высокой ценой на электричество. Несмотря на возросшую осведомленность о возобновляемых источниках энергии, большинство пользователей видят котел как единственный вариант отопления. Фактически большинство одноэтажных жилых домов в Италии оборудованы настенными газовыми котлами, в то время как многоэтажные дома имеют напольные котлы или котлы, установленные каскадом. Газовые котлы менее эффективны, чем тепловые насосы, но гораздо дешевле. Эти технологии имеют значительно меньшую цену, чем у теплового насоса: средняя цена настенного газового котла, например, приблизительно 800 €. Затраты на установку котла также значительно ниже. Первоначальные инвестиции, необходимые

для установки теплового насоса вместо котла, довольно высоки, а срок окупаемости для многих пользователей слишком долог, особенно в период экономических сложностей, которые сейчас переживают итальянские семьи. 55% налоговая скидка на расходы за установку теплового насоса, введенная в 2007 году, сыграла ключевую роль в развитии рынка. Период предоставления скидок, который продлевался несколько раз, будет длиться до конца 2012 года. В 2011 году срок погашения был продлен с 5 до 10 лет, что ослабило стимулирующий эффект этих мер. Благоприятное влияние на развитие рынка оказало введение основным итальянским поставщиком электроэнергии ЕNЕL специализированных тарифов и отдельной системы учета для тепловых насосов. Впрочем, стоимость электроэнергии все равно превышает стоимость газа. Кроме того, сложность и недостаток знаний о специализированном тарифном механизме у потребителей препятствует их выбору в пользу тепловых насосов. Нидерланды Повышение осведомленности потребителей о тепловых насосах критически важно. Развитие рынка затрудняет незнание многих людей о возобновляемой энергии и тепловых насосах. Сокращение выбросов СО2 является глобальной целью, и поэтому необходимо поощрять людей использовать вместо традиционных тепловых устройств, например, газовых и жидкотопливных котлов, возобновляемые источники тепла. Голландское правительство поощряло расширение рынка тепловых насосов, как способ увеличения доли возобновляемой энергии в Нидерландах. Однако, относительно дешевый природный газ и высокие первоначальные капитальные затраты на тепловые насосы препятствуют росту рынка. Одна-

Обзоры рынков тепловых насосов

80 70 60 50

Европа С ША Азия

40 30 20 10 0

2011

2012

2013

Мировой рынок теплонасосной техники

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ко отсутствие поддержки правительством в ближайшем будущем также негативно повлияет на развитие этого рынка. Польша Рынок тепловых насосов в Польше развивается гораздо медленнее, чем в других европейских странах. Причиной тому послужило множество правовых, экономических и информационных ограничений. Факторы, препятствующие росту рынка, можно разделить на несколько основных категорий. Первая и самая важная - правовая сторона дела. До сих пор нет никаких утвержденных юридических директив, регулирующих эксплуатацию тепловых насосов. Отсутствие основных процедур выполнения технических схем и стандартов монтажа приводит к многочисленным ошибкам во время установки. К тому же, тепловые насосы не признаны польским законодательством возобновляемыми источниками энергии, а это затрудняет получение любых видов субсидий на уровнях, выше регионального.

Обзоры рынков тепловых насосов

Серьезной проблемой является также недостаток знаний у потребителей о тепловых насосах. Большинство их них ничего не знает о тепловых насосах и преимуществах, которые они могут дать. Пока в Польше была проведена только одна информационная кампания, повышающая осведомленность людей и продвигающая это оборудование. Следует избегать ситуации, когда потенциальные потребители получают знания о тепловых насосах из непроверенных источников информации, публикующих информацию сомнительной достоверности. Испания Наибольшей проблемой, стоящей перед теми, кто работает на рынке тепловых насосов, является преодоление последствий экономического спада. Испанский рынок пока не рассматривает тепловые насосы как жизнеспособную альтернативу, позволяющую заменить и реконструировать уже установленное оборудование. Потому на сегодня, единственно реальным рынком является новое строительство, которое не собирается «падать» в ближайших нескольких лет. Производители, опрошенные во время изучения этого вопроса, пришли к тому же выводу – рынок сделает существенный рывок в 2014 - 2015 году. Сейчас наиболее важной задачей является подготовка к этому сроку всего канала сбыта. Поставщикам оборудования следует приложить максимум усилий и быть уверенными в том, что монтажники полностью подготовятся к работе в условиях экономического роста, когда продажи тепловых насосов значительно возрастут. Швеция Насыщение рынка одноэтажных жилых домов предполагает необходимость переориентирования на новые сегменты рынка. Наиболее перспективными сегментами рынка может стать многоэтажное жилье, коммерческие помещения и рынок модернизации. Начиная с последнего квартала 2010 года, возросло число крупномасштабных монтажных работ по установке тепловых насосов, и такая тенденция сохранится. В течение последних нескольких лет рынок растет благодаря замене систем жидкотопливного отопления тепловыми насосами, однако интенсивность такой замены постепенно снижается. Промышленность лоббирует снижение налоговых льгот для коммерческих компаний, использующих

Февраль 2014

жидкотопливное отопление. Если лоббирование будет успешным, то возможности для замены систем жидкотопливного отопления тепловыми насосами в коммерческом и промышленном секторах возрастут. Швейцария В целом, на рынке тепловых насосов в 2012 году наблюдался небольшой рост, и эта тенденция, вероятно, сохраниться в дальнейшем, хотя и в умеренно растущем темпе. Новые участники стремятся выйти на большой и хорошо развитый швейцарский рынок. Существует множество вариантов продаж и отлаженных каналов распространения, поскольку дистрибьюторы отопительных и охлаждающих систем продают в том числе и тепловые насосы. Онлайн продажи – еще один канал распространения. Высокая потребительская осведомленность населения делает легким маркетинг товара. Однако поток новых участников ослабевает из-за большого числа сильных игроков, присутствующих на рынке, где даже мелкие поставщики требуют значительных продаж и выполнения сервисных работ на местах (и это несмотря на сравнительно небольшие размеры страны). Великобритания Тепловые насосы, которые подчас представляются как устройства для получения «волшебного» тепла из воздуха, пострадали от несоответствия заявленного высокого коэффициента преобразования (КП), обещанного рекламой, реальным показателям. Департамент изменения энергии и климата (DECC) провел собственное исследование и обнародовал неутешительные результаты – показатели энергоэффективности уже эксплуатируемых модернизированных установок оказались меньше ожидаемых. Главный вывод исследования был следующим: для достижения максимального КП необходимо устанавливать тепловые насосы соответствующего размера и правильно их монтировать. Необходима качественная изоляция собственных и вспомогательных частей системы (например, тепловых батарей, если они используются), их размер должен подходить для низкотемпературной системы жидкостного отопления и соответствовать целям. В этой связи, производителями был проведен выборочный мониторинг уже эксплуатируемых тепловых насосов, что позволило оценить работу функционирующего оборудования и спланировать её улучшение в будущем. Это особенно актуально для модернизации установок. Существующий жилой фонд не всегда подходит для конверсии под системы тепловых насосов. Это обусловлено низким качеством изоляции в этих зданиях или необходимостью дополнить тепловую систему такими аксессуарами, как пол с подогревом. Если все элементы установки не продуманны, не подходящего размера или неверно смонтированы, конечный результат не даст ожидаемой эффективности. В секторе нового строительства, такой фактор как Раздел L (сохранение ТЭР) влияет на продажи тепловых насосов. Вместе с качественной изоляцией и герметичностью, тепловые насосы могут способствовать общей энергоэффективности новых построек. В этих условиях, и особенно при наличии государственных субсидий, тепловые насосы могут стать альтернативой недорогим высокоэффективным газовым установкам.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ В этом свете, основными препятствиями увеличению продаж тепловых насосов являются цена на газ, его повсеместная доступность, низкие капитальные затраты на установку газовой системы. Даже помощь государства через схемы подобные RHI (стимулирование возобновляемых источников тепла) не сможет существенно повлиять на существующую ситуацию, тем более что есть данные (пока не подтвержденные), о планах включения высокоэффективных конденсационных в Green Deal («Мировая экологическая договоренность») до 2012 года. Задача увеличения продаж тепловых насосов может быть решена двумя способами. Первый способ применим там, где газ как источник тепла не доступен, и конкуренцию будут составлять жидкотопливное и электрическое отопление. Главной проблемой в этом случае остается стоимость монтажа. Второй способ возможен там, где газовое снабжение уже есть. Преимуществом газового отопления будут и более дешевые установки, и более низкие эксплуатационные затраты. К этому же газовые системы смогу обеспечивать горячее водоснабжение по относительно небольшой цене. Для системы теплового насоса горячее водоснабжение потребует больших затрат электроэнергии. Однако, не смотря на все это, именно бивалентная система в этом случае могла бы стать подходящим решением. АЗИЯ Китай BSRIA обратила внимание на то, что кроме бытового применения, большое количество коммерческих подразделений используют тепловой насос для согревания/охлаждения воздуха и воды. Увеличивающийся спрос со стороны парикмахерских и бассейнов является основным драйвером коммерческого рынка. Наряду с повышением качества монтажных работ и местного производства деталей, тепловые насосы будут все более популярны на коммерческом рынке.

Отсутствие в Китае специалистов по тепловым насосам является еще одной проблемой. В настоящее время большинство изготовителей водонагревателей тепловых насосов раньше производили оборудование для солнечно-теплового и воздушного кондиционирования, и поэтому они не имеют специалистов по тепловым насосам. До 2003 года воздушно-водяные тепловые насосы не были представлены на рынке Китая, поэто-

Чехия Наибольшим препятствием для ощутимого роста рынка остается высокая цена на системы, их дорогой и сложный монтаж. Выделенные министерством охраны окружающей среды в 2010-2011 годах субсидии не только увеличили продажи, но и принесли много неопределенности. Цены на тепловые насосы следует снизить для достижения значимой доли на рынке отопления. Япония Постоянные усилия производителей и правительства Японии, направленные на повышение эффективности тепловых насосов и устройств кондиционирования воздуха, принесли свои плоды – эффективность японской продукции высока и рынок растет. Однако, несмотря на высокую эффективность оборудования, существуют опасения относительно его стоимости и экономичности, и это может препятствовать росту рынка. Потребителей интересует цена на электроэнергию, так как тепловые насосы и кондиционеры работают на электричестве. Зимой кондиционеры не используются для обогрева из-за их неэффективности, даже принимая во внимание тот факт, что японские кондиционеры самые эффективные в мире. Таким образом, в Японии для отопления в основном используются газовые и жидкотопливные котлы. Кроме этого, популярный тепловой насос типа «eco cute» продается как часть «All Denka», то есть в доме источником энергии служит только электричество. Такая реклама иногда заставляет покупателей думать, что тепловой насос потребляет слишком много электроэнергии. Чтобы изменить ситуацию, следует обратить внимание потенциальных покупателей на эффективность тепловых насосов. США Развитие рынка грунтовых тепловых насосов и тепловых насосов типа «вода-вода» сталкивается с такими трудностями: • высокие первоначальные затраты в сравнении с другими традиционными системами (например, центральная система отопления); • дорогостоящий комплексный монтаж оборудования (особенно вертикальное бурение), осуществляемый специалистами; • неблагоприятные геотермальные условия в некоторых регионах страны (твердый грунт или большое расстояние до подземных вод, озер и т.д.); • дома в США, как правило, оборудованы трубопроводами, что более подходит для грунтовых и тепловых насосов типа «воздух-вода». Главными препятствиями для внедрения воздушно-водных сплит-систем и моноблоков являются: • холодный климат в некоторых регионах страны, не позволяющий эффективно эксплуатировать тепловые насосы типа «воздух-вода»; • дома в США, как правило, оборудованы трубопроводами, что более подходит для форсированных воздушных тепловых насосов; • высокие первоначальные затраты в сравнении с другими традиционными системами; • нет доступных субсидий для оборудования; • эти продукты не признаются ENERGY STAR,

Обзоры рынков тепловых насосов

Дефекты продукции, низкая информированность о продукте, нехватка государственной поддержки и хаотичная ситуация на рынке относятся к факторам, ограничивающим расширение рынка тепловых насосов типа «воздух-вода». По сравнению с газовыми и электрическими водонагревателями период регенерации тепла длительнее. В норме максимальная температура воды на выходе 60 C, а в случае использования вспомогательного электрического нагревания – не более 70 0C. Кроме того, производительность тепловых насосов падает при низких температурах. При низких температурах (-10 0C и ниже), тепловые насосы типа «воздух-вода» не достигают целевых значений энергоэффективности и их эксплуатация при таких температурах может привести к сбоям в работе. При температуре -20 0C и ниже работа тепловых насосов типа «воздух-вода» невозможна, что затрудняет их продвижение в Северном Китае.

му информированность о них покупателей остается очень низкой.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ • тот факт, что водонагреватели часто заменяются в экстренном порядке, когда возникают повреждения блока (домовладельцы не склонны перед заменой проводить полное исследование рентабельности нагревательного оборудования). • ENERGY STAR не признало наружные блоки.

международным стандартом энергоэффективности потребительских товаров; • потребители мало знакомы с этим оборудованием; • дорогостоящий монтаж оборудования и недостаток специалистов-монтажников; Основными препятствиями на пути расширения рынка воздушно-водяных тепловых насосов являются: • жилищно-строительные фирмы не заинтересованы в установке оборудования с возобновляемым источником тепла в дома, которые они продают, и скорее установят дешевое оборудование, чтобы оставаться конкурентоспособными на рынке; • высокая цена внутренних блоков в сравнении с газовыми и электрическими водонагревателями; Политический

Обзоры рынков тепловых насосов

Инструктивные обзоры разработок тепловых насосов в Пекине

Исследование BSRIA предоставляет мощный и беспристрастный инструмент для оценки потенциала основных технологий, использующих возобновляемые источники отопления. Исследование было проведено в странах Европы, Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанском регионе. Был проведен анализ рыночных драйверов и барьеров по каждой стране, даны прогнозы, возможные сценарии развития и предположения.

Экономический

Социальный

Дефицит поставок природного газа и электричества в некоторых регионах потребует замены обычных природных ресурсов

Повышение информированности об экономии энергии

Тенденция к росту цен на энергоносители в ближайшие 2 года потребует поиска эффективных технологий

Повышение информированности об охране окружающей среды

Спрос на более удобную, надежную, экономичную и более безопасную продукцию

Экологический

Экономия энергии и сокращение выбросов в Китае является целью 12-й пятилетки

Политика поддержки выбора тепловых насосов для отопления помещений

Политика и руководство поддержкой и развитием систем тепловых насосов в инфраструктуре строительной отрасли Циндао

Утилизация сточных вод и тепловые насосы, использующие сточные воды – План устойчивого развития

Внесение тепловых насосов типа «воздух-вода» в список «бытовых приборов для сельской местности» к концу 2012 года

Политика субсидирования нагревателей тепловых насосов на национальном уровне, начиная с 2012 года

Технический

Улучшение местной сборки

Повышение коэффициента преобразования, снижение затрат

Улучшение технологии сборки

Усовершенствование местного производства испарителя

Улучшение технологии компрессора для адаптации в холодных регионах

Юридический Нет юридических норм, обязывающих организации устанавливать тепловые насосы. Но есть проекты законодательного ограничения покупки высокоэнергоемких изделий с рекомендацией приобретения тепловых насосов

Метки: I: Значение. От очень важного (10) к нерелевантному (0) C: Уверенность. От совершенно бесспорного (10) к очень сомнительному (0)

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Тепловой насос гибрид –

сохранение энергии и сокращение выбросов CO2 Переведено энергосервисной компанией «Экологические Системы»

Bart Aspeslagh технический менеджер Компания Daikin Europe NV. aspeslagh.b @ daikineurope.com

Stefanie Debaets инженер-конструктор, Компания Daikin Europe NV. debaets.s @ daikineurope.com

Гибридная система сочетает в себе две технологии тепловой насос типа «воздух-вода» и любой другой невозобновляемый источник тепла (например, конденсационный газовый котел), создавая обладающую высокой энергетической и экономической эффективностью систему отопления и горячего водоснабжения, которая послужит идеальной заменой для газового котла. Предпосылки Около 40% от всей потребляемой энергии в Евросоюзе используется в жилых домах. На отопление и горячее водоснабжение расходуется 70% этой энергии. Большинство из 122 миллионов домов в Евросоюзе отапливается сжиганием ископаемого топлива. Тепловая генерирующая система могла бы существенно улучшить бытовую энергоэффективность, резко уменьшить потребление первичной энергии и снизить выбросы CO2 в странах ЕС.

Кроме того, тепловые генераторы должны легко устанавливаться в любой дом на территории Евросоюза, в том числе в те дома, где используются водная система отопления с температурой более 80 °C. Гибридные тепловые насосы Daikin Гибридные тепловые насосы Daikin отвечают всем вышеуказанным условиям, сочетая в себе две проверенные и широко известные технологии: тепловой насос, использующий воздух как возобновляемый источник энергии, и конденсационный газовый котел. Гибридная система может нагревать воду от 25 до 80 °C. Это подходит для любого типа нагревателя, в том числе для напольного отопления и батарей. Благодаря своим отличным экологическим показателям, возможности установки в разные типы домов, достаточно низкими затратами на установку и оборудование, гибридный тепловой насос имеет достаточный потенциал для того, чтобы помочь ЕС в достижении амбициозных экологических целей 20-20-20. В них входят: снижение выбросов парниковых газов на

20% в сравнении с 1990 годом, 20% повышение доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе, а также, снижение на 20% потребления энергии до 2020 года (Директива ЕС о возобновляемой энергии, Директива 2009/28/ЕС) Как работает гибридная система Daikin Интеллектуальный гибридный тепловой насос Daikin измеряет наружную температуру, автоматически регулирует температуру нагревателя и рассчитывает эффективность теплового насоса. Система постоянно оценивает эффективность теплового насоса и конденсационного газового котла. Базируясь на этой оценке, система выбирает более эффективный источник тепла. Как показано на рисунке 1, разгар отопительного сезона в Западной Европе начинает-

Гибридные теплонасосные системы

В тоже время, тепловые генераторы должны быть доступными большинству жителей Евросоюза, особенно в условиях продолжающегося кредитного кризиса (ожидается, что он продлится еще 5 лет), а также уменьшения, и даже сокращения, финансирования проектов по использованию возобновляемой энергии.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ся, когда температура окружающего воздуха приближается к отметке + 4 °C. Компания Daikin разработала уникальный и запатентованный алгоритм, который уменьшает потребление энергии в котлах за счет предварительного нагрева воды в более эффективных тепловых насосах. Этот алгоритм является отличием гибридной системы от бивалентной. Гибридный режим позволяет повысить энергоэффективность на 10% по сравнению с конденсационным газовым котлом, при наружной температуре от -2 до 3 °C. Существует три эксплуатационных режима: 1) Только как тепловой насос: около 60% всего времени года, когда температура воздуха вне помещений «умеренная», тепловой насос обеспечивает отопление помещения. Эффективность использования первичной энергии в этом режиме около 1.5. 2) Эксплуатация гибридной системы: около 20% всего времени года, когда температура воздуха находится в пределах от -2 до +3 °C, тепловой насос и конденсационный газовый котел вместе обеспечивают отопление помещений. Эффективность системы в этом режиме приблизительно 1.0.

3) Только как котел: когда температура наружного воздуха ниже -2 °C (около 20% всего времени года) отопление помещений обеспечивает конденсационный газовый котел. В течение года средневзвешенное значение КППЭ составляет 1.2 – 1.5, что на 30-60% выше, чем у наиболее эффективных конденсационных газовых котлов, присутствующих на рынке. В настоящее время, это самая доступная технология для замены традиционных отопительных систем. Выше предложенный сценарий подходит для обычного дома в Западной Европе, который отапливается радиаторами с температурой воды 60−70 °C. Очевидно, что эффективность будет расти по мере снижения температуры воды, подаваемой в нагреватель. Следовательно, при качественной изоляции в доме, для обогрева будет достаточно низкой температуры циркулирующей воды, что делает использование гибридных тепловых насосов еще более удобным. Горячее водоснабжение Горячее водоснабжение (ГВС) обеспечивает конденсационный газовый котел. Возможен предвари-

Эксплуатация гибридной системы

Заданное значение температуры подачи воды в зависимости от погоды

Температура подачи воды

Термальная энергия кВтч/0С

Гибридные теплонасосные системы

КППЭ=1

Наружная температура (0С) Режим теплового насоса

Режим котла КППЭ=0,9

КППЭ=1,5 Гибрид

Изоляция

Выбросы СО2

6т

4,5 т

3т

КППЭ

0,9

1,3

Рисунок 1. Распределение энергии для отопления помещений в Лондоне в зависимости от температуры окружающей среды. Температура подаваемой в тепловую систему воды контролируется температурой окружающей среды. PE COP (КППЭ) – коэффициент преобразования первичной энергии. Для холодного времени года он составляет 0.9, для теплого сезона и для умеренно-прохладной погоды при работе гибридной системы – 1.5.

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Daikin Altherma HYBRID O/U

Daikin Altherma HYBRID I/U

Резервуар

2 5

Трехходовой клапан: для переключения с режима отопления на ГВС и наоборот

Трехходовой клапан:в случае охлаждения подогревающий контур не учитывается

Рисунок 2. Горячая вода в системе ГВС может подогреваться тепловым насосом в гибридной системе Altherma. 1 - водяное отопление помещений. 2 - нагрузочный контур (для подогрева бака от внешних тепловых источников) 3 - отводящий контур – контур для отвода воды. 4 - отопление помещений возвращаемой водой. 5 - подогревающий контур – контур для предварительного подогрева воды. тельный нагрев воды и с помощью теплового насоса (см. рис. 2). В этом случае необходим резервуар для воды. Для горячего водоснабжения система может использоваться в комбинации с термальными солнечными батареями.

Отопительный коэффициент находится в пределах 1.2 – 1.3, тогда как у конденсационных газовых котлов эта величина составляет 0.9. Уменьшение выбросов СО2 в первую очередь будет зависеть от энергетического баланса страны, в которой используется гибридная система Daikin. Например, использование этой системы в жилом здании Лондона, потребляющего 18 тыс., кВт*ч на отопление помещения, снизит выбросы СО2 на 1,5 тонн в год.

Энергоэффективность Гибридные системы демонстрируют высокую энергоэффективность отопления помещений, используя самый эффективный на рынке тепловой насос типа «воздух-вода» с инверторным управлением (отопительный коэффициент (ОК) - 5.04 при температуре воды 35 °C, ∆Т=5 °C и наружной температуре 7 °C) в сочетании с запатентованным гибридным режимом работы компании Daikin.

Ежегодно, отопление помещений в Евросоюзе приводит к образованию 750 мегатонн СО2 (при среднем потреблении энергии на отопление помещений 20 тыс.. кВт*ч в год). Замена традиционных тепловых генераторов системами гибридных тепловых насосов приведет к снижению выбросов СО2 на 200 мегатонн ежегодно. В перспективе использование этой технологии, в 250 раз более эффективной, чем программа внедрения возобновляемых источников энергии, позволит на 25% сократить выбросы СО2.

Высокая эффективность ГВС достигается использованием «теплообменника двойного прохода» (см. выше). Эффективность может быть увеличена за счет предварительного нагрева тепловым насосом и применения солнечных термальных батарей.

Гибридный тепловой насос – это не только прагматическое решение, сочетающее в себе две проверенные интеллектуальные технологии, но и наиболее доступное устройство, использующее возобновляемый источник энергии.

Гибридные теплонасосные системы

Конденсационный газовый котел в гибридной системе Daikin имеет уникальный «теплообменник двойного прохода», который обеспечивает прямое нагревание воды сгорающим газом. За счёт двойного прохода топочных газов в теплообменнике, водяной пар, содержащийся в них, настолько охлаждается, что конденсируется на стенках, и, переходя в жидкое состояние, отдаёт дополнительную энергию. Это повышает эффективность горячего водоснабжения на 20% по сравнению с традиционными конденсационными газовыми котлами.

Воздействие на окружающую среду Гибридная система Daikin демонстрирует превосходные экологические показатели благодаря высокоэффективному режиму работы.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Около 70-80% энергии на отопление помещений вырабатывается гибридным тепловым насосом с использованием воздуха как возобновляемого источника энергии. Стоимость возобновляемой энергии, произведенная гибридным тепловым насосом, составляет 1,7 евро за кВт*ч (при условии, что тепловой насос произвел 15 тыс., кВт*ч на отопление помещений в год). Потребляемая мощность теплового насоса около 4 000 кВт*ч в год и возобновляемая энергия, вырабатываемая гибридным тепловым насосом, 11 тыс., кВт*ч в год. Этот расчет также учитывает срок службы гибридного теплового насоса – 12 лет (ожидаемая продолжительность эксплуатации 15 лет), а также разницу в стоимости гибридного теплового насоса и конденсационного газового котла – 2 250 €. Для сравнения, стоимость энергии, произведенной солнечными фотоэлектрическими преобразователями в 9 раз выше. Стоимость энергии произведенной солнечной термальной системой в 7 раз выше, чем у гибридной системы (из расчета, что стоимость четырех панелей – 2 500 €, производительность – 1 тыс., кВт*ч в год и эксплуатации в климате, типичного для Германии). Гибридный тепловой насос не только самый эффективный источник возобновляемой энергии с точки зрения эксплуатационных расходов, он также требует самых низких капитальных вложений. Стоимость гибридного теплового насоса на 1 500-3 000 € выше, чем стоимость конденсационных газовых котлов. При этом стоимость установки фотоэлектрических преобразователей около 10 -20 тыс., €, а солнечных термальных установок – 2-5 тыс., €. Основные компоненты системы гибридного теплового насоса. Гибридный тепловой насос Daikin состоит из трех основных элементов (рисунок 3).

Гибридные теплонасосные системы

Наружный блок передает возобновляемую энергию, полученную их воздуха, во внутренний блок (гидробокс). Компактный и бесшумный наружный блок состоит из компрессора с инверторным управ-

лением, соотношение модуляции которого от 20 до 100%. Теплообменник наружного блока имеет размеры больше обычных, что в условиях частичной нагрузки повышает эффективность работы на величину до 30%. Наружный блок может размещаться в саду, на стене или на крыше, на расстоянии до 20 метров от гидробокса. Гидробокс устанавливается на стене за конденсационным котлом. Помимо средств управления системой в гидробоксе расположены все необходимые водяные элементы управления, такие как расширительный бак, насос, а также теплообменник. Теплообменник преобразовывает возобновляемую энергию, извлеченную из воздуха, в горячую воду. Конденсационный газовый котел устанавливается перед гидробоксом. Общие размеры котла и гидробокса являются примерно такими же, как у обычных настенных котлов, делают систему идеально подходящей для замены на рынке котлов Эксплуатационные испытания Гибридный тепловой насос Daikin был испытан для различных типов климата и зданий (размеры, срок эксплуатации и класс энергопотребления) с различными видами тепловых нагревателей. Сезонный фактор производительности (СФП), измеренный в течение зимы 2011-2012 года колеблется в пределах 1,25 – 1,6. Например, полевые испытания в домах Соединенного Королевства показаны на рисунке 4. Этот дом можно считать сценарием «наихудшего случая»: возраст дома 110 лет, имеет высокую температуру в батареях. Дом имеет площадь 140 м2, тепловую емкость 9 кВт при расчетной наружной температуре – 6 °C. Ежегодное потребление энергии около 18 500 кВт*ч, из них 16 300 кВт расходуется на отопление и 2 100 кВт на горячее водоснабжение. Результаты испытания показали, что из 16 300 кВт*ч энергии расходуемой на отопление, тепловой насос выработал 13 060 кВт*ч (смотри детали на рисунке 5).

Рисунок 3. Основные элементы и размеры системы теплового гибридного насоса.

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Рисунок 4. Система гибридного теплового насоса тестировалась на 110 –летнем доме, расположенном в Великобритании в течение зимы 2011-2012 года. Семья из 3 человек живет в этом доме, площадью 140 м2. Система горячего водоснабжения дома имеет расчетную температуру подачи воды 70 °C при расчетной наружной температуре -6 °C.

Сентябрь Октябрь Ноябрь

Декабрь

Измеренный сезонный фактор производительности в доме, основанный на источнике первичной энергии, для отопления помещений 1.26, а для общего энергоснабжения 1.2 (отопление помещений и горячее водоснабжение). Эффективность теплового гибридного насоса, обеспечивающего ГВС, также на 28% больше чем у системы, состоящей из конденсационного газового котла и солнечной термальной, которая раньше считалась «наилучшей имеющейся технологией». Предполагая, что 50% всей горячей воды произведены солнечными термальными панелями (энергия солнечных насосов не учитывается), СФП такой системы будет 0.94.

Февраль

Март

Тепловой насос Газовый котел

Апрель

Май

Эжегодное распределение энергии, потребляемой на отопление

3 249 кВт*ч

Газовый котел

13 064 кВт*ч

Тепловой насос

Рисунок 5. Ежегодное и ежемесячное распределение энергии на отопление между тепловым насосом и котлом в доме с рисунка 4 в течение зимы 2011-2012 года.

Гибридные теплонасосные системы

Этот пример наглядно показывает, что даже в старых помещениях с батареями, тепловой насос будет вырабатывать большую часть энергии на отопление, используя котел как «поддерживающий» источник тепла. Таким образом, гибридная система подходит для любых типов зданий: как для маленького, так и для большого, для нового и старого, с напольным отоплением или с батареями.

Январь

Энергия, потребляемая на отопление помещений кВт*ч

Помесячное распределение электроэнергии, потребляемой на отопление помещений

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Гибридные теплонасосные системы

Smart grid ready* Помимо превосходного комфорта и наивысшей эффективности гибридной теплонасосной системы, следует добавить, что такая система является идеальным инструментом для управления электрической сетью. В зависимости от нагрузки сети, система может переключаться между котлом тепловым насосом. В данный момент, переключение между тепловым насосом и котлом гибридного теплового насоса Daikin осуществляется через вольтовый резервный контакт, но в будущем предполагается более разумное решение, например, с использованием смартсчетчиков, связанных с электросетью. * Опция Smart Grid Ready в системах, позволяющая больше экономить электроэнергии при учете тарификации в зависимости заданных параметров, например «в предпочитаемое время» или «после полуночи».

Февраль 2014

Гибридный тепловой насос – тепловой источник будущего Гибридный тепловой насос рассматривается как тепловой источник будущего: экологически чистый, способный справиться с трудностями энергоснабжения и потребления, оставаясь при этом простым в эксплуатации и комфортным для потребителей. Независимо от цен на энергоносители, изменения наружной температуры воздуха и различной нагрузки теплового насоса, гибридный тепловой насос является наиболее эффективным и действенным источником энергии, сохраняя при этом неизменно высокий уровень комфорта.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Тепловые насосы в частных домах Переведено энергосервисной компанией «Экологические Системы»

Краткий обзор • Тепловые насосы при широком использовании имеют значительный потенциал для существенного снижения выбросов СО2 от жилищных систем отопления. • Контроль качества установки теплового насоса имеет решающее значение для его эффективной работы, обеспечивающей снижение выбросов CO2, также как одобрение устройства потребителями и его цена. • Широкое внедрение тепловых насосов будет иметь последствия для всей энергетической системы, поскольку потребуются дополнительная выработка электричества и пропускная способность электросети. • В городских районах широкомасштабное применение систем тепловых насосов могло бы стать наиболее подходящей технологией, но оно пока не принято Великобританией.

Тепловые насосы (ТН) поглощают рассеянное тепло из воздуха или от земли и передают его внутрь здания. Они могут быть эффективной альтернативой таким традиционным методам отопления как котлы. Эта статья рассказывает об использовании технологии тепловых насосов в жилых помещениях и трудностях с их внедрением в Великобритании.

Используя электричество, тепловые насосы в жилых домах поглощают тепло из воздуха или земли и повышают его температуру так, что это тепло может применяться для отопления помещения и нагрева воды (вкладка 1 и 2). Большинство ТН жилых помещений распределяют поглощенное тепло через радиаторы и напольное отопление. Поскольку тепловые насосы используют электроэнергию для своей работы, то, если будет успешно проведена декарбонизация электроснабжения, это приведет к дополнительному сокращению выбросов СО2.

Политический контекст для тепловых насосов в Великобритании Часть правительственной политики направлена на внедрение тепловых насосов, особенно их финансового стимулирования, а так же планирования стратегии и строительных нормативов. Финансовая поддержка Низкоуглеродные технологии отопления, такие как тепловые насосы, могут быть финансово привлекательными при определенных обстоятельствах, но они дороже, чем традиционные виды отопления (например, газовые котлы). Основная политика правительства по низкоуглеродному отоплению направлена на финансовое стимулирование по программе Renewable Heat Incentive (RHI) –. «Стимулирование возобновляемых источников тепла» (СВИТ) Это обеспечивает оплату за каждую произведенную единицу тепла, с тарифом, зависящим от типа и размера теплового насоса. Программа СВИТ подобна схеме льготных тарифов, которая пригодна для небольших электрогенерирующих технологий. После отсрочек и изменений деталей стратегии, СВИТ проводилась в два этапа. Первая фаза началась в ноябре 2011 года и предоставила льготы для установки ТП в нежилых зданиях, которые могли включать и дома, отапливае-

Тепловые насосы в жилом секторе

Предпосылки В Великобритании половина проданной потребителям энергии используется для отопления, большая часть этой энергии приходится на отопление помещений и ГВС в жилых домах (рисунок 1). Существует два способа сократить выбросы СО2 и увеличить долю возобновляемой энергии с учетом законодательных целей ЕС и Великобритании: • улучшенная теплоизоляция строений, чтобы понизить потребление тепла; • снижение углеродоемкости отопления с помощью перехода на такие низкоуглеродные отопительные системы как тепловые насосы.

Это является главной целью правительственного Энергетического билля 2012-2013 года. В настоящее время государственная политика Великобритании и других стран стимулирует установку тепловых насосов.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ мые централизованно. На втором этапе (летом 2013 года) тарифы СВИТ распространились на жилой сектор. Тем временем, одноразовые субсидии «Премиум платежи за возобновляемые источники тепла» были доступны и для частных собственников. Квалификационные требования предусматривают, что эта недвижимость должна быть отключена от газовой сети. В Великобритании таких домов около 4 миллионов, что составляет 8% от всего жилого фонда. Установка тепловых насосов должна быть аккредитована Microgeneration Certification Scheme (MCS – европейская система сертификации для низкоэмиссионных технологий) для того, чтобы получать выплаты СВИТ, также она обеспечивает контроль качества для потребителей. Хотя остается законной установка тепловых насосов без сертификации MCS, однако это может повысить расходы и снизить производительность оборудования.

Система планирования Помимо финансовой поддержки, правительство облегчило установку тепловых насосов путем внесения изменений в систему планирования. Разрешенные права на развитие были введены для жилых и некоторых коммерческих ТН в Англии согласно Акту о Зеленой энергии 2009 года. Этот акт был внесен в качестве законодательной инициативы и имел поддержку многих партий. Когда эти права внедрялись в Уэльсе, в Шотландии уже было позволено размещать воздушные тепловые насосы (ВТН, вкладка 1), при условии, что эти насосы будут размещаться на расстоянии не ближе 100 м один то другого. Основным условием выбора воздушных тепловых насосов является уровень производимого ими шума. Эти права позволяют выдавать национальные разрешения на планировочные работы, при условии квалификационного соответствия разработок.

71% - энергии, проданной потребителям для отопления, произведено из природного газа, 13% - приходиться на электричество, 9% - нефть, 3% - твердое топливо, 2% - сети централизованного отопления и 2% - на биоэнергию и отходы.

2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800

Тепловые насосы в жилом секторе

Февраль 2014

Сушка-сепарация

200

Низкотемпературные процессы

Сектор услуг Высокотемпературные процессы

400 Охлаждение

Промышленность Нагрев воды

600 Отопление помещений

Энергия, проданная потребителям

Рисунок 1. Энергия, использованная на отопление в Великобритании за 2010 год.

Жилой сектор

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ В противном случае потребуется разрешение от местных органов власти. Отборочным условием для каждого воздушного теплонасоса является уровень шума, который они могут производить, так как их основной блок устанавливается вне дома. Правительство пересмотрит стандарты шума в рамках национального разрешения на планирование в 2013 году. Строительные нормы и правила Рынок тепловых насосов будет поддержан будущими изменениями строительных норм и правил. Они переданы Шотландии, Северной Ирландии и Уэльсу. В Англии эти правила и стандарты определяют минимальные стандарты энергоэффективности, как для новых построек, так и для строительных работ на уже существующих объектах. С момента принятия Директивы ЕС по энергоэффективности в 2006 году, эти стандарты были уточнены с точки зрения выбросов СО2. К 2016 году этот стандарт будет приближен к «нулевому выбросу углерода» в новых домах, что потребует улучшения качества теплоизоляции и использования низкоуглеродных технологий, таких как тепловые насосы.

Британские исследования показали, что правильная установка имеет решающее значение. Особенно важен размер теплового насоса, выбор тепловых излучателей (например, радиаторов). Наилучшие типы излучателей для тепловых насосов (Вкладка 3) распространены в Германии, с 50% долей на рынке для полов с подогревом в отделенных и двухквартирных домах новой конструкции. Лучшая производительность тепловых насосов в Германии и Швейцарии – это, до некоторой степени из-за того, что эта технология была создана в этих странах, то есть у монтажников просто больше опыта, хотя это также отчасти, потому что производительность в тех испытаниях определялась несколько иным способом (Вкладка 3).

Например, воздушный тепловой насос, MitsubishiElectric

Вкладка 2. Грунтовые тепловые насосы. ГТН поглощают тепло, пропуская холодную жидкость через систему труб, установленных под землей. Эти трубы могут быть расположены горизонтально, как показано на рисунке ниже, или вертикально, в скважинах. Тепло от солнечного излучения сохраняется под землей и температура грунта находиться в пределах 10-15 °C круглый год. Холодная жидкость, циркулирующая по трубам, поглощает это тепло. Блок ГТН повышает температуру жидкости и передает тепло в дом. Такой блок изображен в начале этой статьи (источник Kensa Engineering). На изображении видно, как по черному трубопроводу циркулирующая жидкость поступает от контура заземления к тепловому насосу, который соединен с домом через стену.

Горизонтальные траншеи

Тепловые насосы в жилом секторе

Производительность теплового насоса Тепловые насосы работают на тех же принципах, что и холодильники или воздушные кондиционеры. Все эти устройства поглощают тепло из прохладного места (например, холодильника) и переносят его в более теплое место (например, на кухню), таким образом, позволяя регулировать температуру. Принцип работы состоит в испарении и последующей конденсации хладагента в замкнутом цикле. При испарении жидкости тепло поглощается, а про конденсации – выделяется. Таким образом, тепловые насосы поглощают тепло извне и направляют его внутрь здания. При правильном монтаже и эксплуатации (Вкладка 3), тепловые насосы обеспечивают эффективное отопление и горячее водоснабжение. Эффективность работы ТН должна быть выше определенного уровня, чтобы была экономия энергии и углерода, в сравнении с традиционными системами отопления. Эксплуатационные испытания в Германии и Швейцарии продемонстрировали хорошую эффективность грунтовых и воздушных тепловых насосов (Грунтовые тепловые насосы, Вкладка 2). Результаты таких же исследований в Великобритании, однако, были неоднозначными и показали, что производительность зависит от качества и соблюдений требований установки тепловых насосов.

Вкладка 1. Воздушные тепловые насосы Устройство воздушных тепловых насосов напоминает воздушные кондиционеры. Однако они предназначены для обогрева, а не для охлаждения. Вентилятор втягивает воздух в блоки поглощения тепла, повышает его температуру и передает в дом. Температура воздуха имеет широкий диапазон изменения, в отличие от температуры грунта. Поэтому, производительность воздушных тепловых насосов более изменчива, чем производительность грунтовых тепловых насосов.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Вкладка 3. Интенсивность выбросов углекислого газа и отопительный коэффициент Сокращение выбросов углекислого газа при отоплении зданий тепловыми насосами зависит от двух факторов: • углеродоемкости электричества (количество выбрасываемого углекислого газа на единицу произведенной энергии), которое вырабатывается и распределяется по потребителям («восходящая» электрическая система); • эффективности, с которой тепловые насосы используют электричество, отапливая здания (отопительный коэффициент, ОК). Углеродоемкость электрической системы зависит от типа электростанции, которая вырабатывает электрическую энергию. Например, электростанции, работающие на угле, выбрасывают СО2 на единицу выработанной энергии почти в два раза больше, чем газовые электростанции. Декарбонизация снизит углеродоемкость электричества и выбросы СО2 при использовании электроэнергии. Также уменьшатся выбросы от электрических нагревателей. В настоящее время, обычный электрообогреватель производит меньше одной единицы тепла от одной единицы электричества. В среднем, тепловой насос производит больше, чем одну единицу тепла от одной единицы электричества (отопительный коэффициент) и, потому его сила выбросов углерода будет меньше.

Тепловые насосы в жилом секторе

Эффективность работы тепловых насосов в первую очередь зависит от разницы температур между тепловой распределительной системой и источником тепла. Чем меньше эта разница, тем более эффективно работает ТН, тратя меньше энергии на повышение температуры поглощенного извне тепла. Это означает, что большие радиаторы и системы напольного обогрева, которые могут работать при температуре 35 ºC, увеличивают свою производительность с уменьшением разницы температур. В ходе исследований в Италии и Швейцарии, грунтовые тепловые насосы показали средний отопительный коэффициент выше 2.6. Для высоко энергоэффективных строений, ОК достигал значения 5.0. Для воздушных тепловых насосов ОК был 2.2-3.411. В Великобритании испытания показали: ОК для грунтовых тепловых насосов 1.6-3.4, для воздушных – 1.2-2.2.12 Результаты эксплуатационных испытаний в Великобритании нельзя полностью сопоставить с результатами в Германии или Швейцарии из-за некоторых тонких различий в методиках исследований. Но эти различия не объясняют снижение производительности установок в Великобритании. Значение отопительного коэффициента не дает полную картину эффективности использования энергии в сравнении с такими альтернативами, как газовые котлы, поскольку эффективность генерирования нужно рассматриваться вместе с эффективностью добычи и транспортировки газа. При ОК=2.5 интенсивность выбросов углекислого газа тепловыми насосами приблизительно такая же, как и у газовых котлов. При декарбонизации электрической системы, эта «точка безубыточности» ОК будет увеличиваться, и использование тепловых насосов может стать наименее углеродоемким способом отопления помещений.

Февраль 2014

Британское исследование проводилось до того, как была обновлена Система сертификации для низкоэмиссионных технологий (MCS) в марте 2012. Эти обновления установили контрольные инструкции для тепловых насосов и излучателей теплоты (таких, как радиаторы), которые должны использовать компании для монтажных работ. Будущие установки, таким образом, должны дать повышение производительности по сравнению с результатами эксплуатационных испытаний. Любой тепловой насос, получающий субсидии «Премиум платежи за возобновляемые источники тепла» (RHPP – Renewable Heat Premium Payment) , может быть выбран для учета показателей, которые собираются Министерством изменения климата и энергии для дальнейшего изучения эксплуатационных характеристик тепловых насосов. Некоторые производители тепловых насосов изучают возможность дистанционного контроля своих ТП и лучшей диагностики неполадок. Установка тепловых насосов в Великобритании Большинство тепловых насосов, пришедших на замену традиционным электрическим нагревателям и котлам, работающим на жидком топливе и сжиженном нефтяном газе (СНГ), не используют природный газ. Электрические нагреватели и котлы, работающие на жидком топливе и сжиженном нефтяном газе, дороже в эксплуатации и выделяют больше углекислого газа, чем газовые котлы. Основным рынком является строительство социального жилья, инициированное правительством, которое надо будет оценить на соответствие стандартам энергоэффективности по системе оценки экологически безопасного строительства (Code for Sustainable Homes). Тепловые насосы являются освоенной технологией с устоявшимися рынками в разных европейских странах. На рис. 2 показан ежегодный объем продаж в европейских странах, включая Великобританию. Хотя цифры по Великобритании не большие, но они растут: монтаж ТН в жилых и коммерческих зданиях увеличился с 2 000 до 21 000 ед. за период 2006-2011 гг. Организация по исследованию коньюктуры рынка BSRIA ожидает, что ежегодные монтажи тепловых насосов достигнут 49 000 ед. к 2015 году, хотя многое будет зависеть от быстроты реагирования стратегии программы СВИТ. Развитие рынка тепловых насосов Стоимость тепловых насосов Для развития рынка тепловых насосов в Великобритании их стоимость должна быть снижена, что позволит им конкурировать с газовыми котлами центрального отопления – доминирующей в настоящее время технологией на рынке. Это одна из целей СВИТ, которая призвана обеспечить определенность для инвесторов в производстве тепловых насосов. Хотя тепловые насосы используют ряд хорошо освоенных технологий (например, кондиционирование воздуха), недавние исследования координационной группы низкоуглеродных инноваций предложили улучшения в дизайне и монтаже, которые могут принести существенное уменьшение затрат. Капитальные затраты на установку тепловых насосов, включая монтаж трубопроводов, резервуаров и замену батарей, составляют около £6,000 – 10,000 для воздушных тепловых насосов и £9,000 – 17,000 для грунтовых.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Рисунок 2. Рынок тепловых насосов в некоторых странах Эксплуатационные затраты для тепловых насосов зависят от эффективности их работы и тарифов на электричество. Тепловые насосы работают наиболее эффективно, если разница между температурой внешнего источника тепла и внутренней водопроводной системой незначительна. Как правило, они проектируются для предельной температуры -3 ºC снаружи и 21 ºC внутри. При снижении внешней температуры на производство единицы тепла требуется больше электроэнергии (Вкладка 2). Производительность воздушных тепловых насосов хуже в холодные дни. При их замерзании потребуется подключение электрических обогревателей, что увеличит эксплуатационные затраты, выбросы СО2 и приведет к дополнительной нагрузке на электрическую сеть.

Непрерывное низкотемпературное тепло Доминирующая технология для бытового отопления – котлы центрального отопления – предоставляют пользователям удобный нагрев большой мощности с возможностью быстрого изменения температуры в комнате, что вполне устраивает большинство пользователей. В отличие от этого, тепловые насосы работают лучше всего, обеспечивая непрерывное, низкотемпературное отопление (Вставка 2). Например, ТН подает тепло в батареи с температурой 35-50 0С, а газовый котел обеспечивает температуру тепла 60-70 0С. Потребителям необходимо понять и принять этот, другой подход в эксплуатации. Аккумулирование тепла сможет увеличить производительность тепловых насосов и обеспечить непрерывную работу даже при непостоянном спросе (например, в отсутствие людей на ра-

Пригодность зданий Для эффективной работы систем низкотемпературного отопления здания должны иметь качественную теплоизоляцию. Наиболее пригодными являются новые постройки или существующие здания с высоким качеством изоляции. Также требуется достаточно свободного места для установки тепловых насосов. Системы ВТН подходят для модернизации средней и низкой плотности жилья, таких как смежные здания или частные дома. Для строений высокой плотности больше подходит система теплоснабжения, объединяющая широкую сеть тепловых насосов. В качестве источника тепла в этом случае может использоваться морская и речная вода, канализационная вода, геотермальное тепло или тепло промышленных отходов (Вставка 4). Во время установки такой теплосети в пределах городского района могут возникнуть некоторые сложности, (например, нарушения движения транспорта во время строительных работ). Широкое внедрение теплосетей с использованием тепловых насосов также может привести к разрушительным последствиям для электрических сетей (см. ниже). Нагрев воды Тепловые насосы могут использовать для нагрева горячей воды резервуары. Но тепловой насос работает при более низких температурах (менее 55 ºC), чем газовые котлы (до 70 ºC), и при повышенном расходе горячей воды может возникнуть необходимость в использовании погружного нагревателя для ее частого подогрева. Это снизит общую энергоэффективность системы (отопительный коэффициент, вставка 3). В отличие от этого, неиспользованная горячая вода будет расходовать тепло, которое могло быть использовано для отопления помещений, снижая общую эффективность системы теплоснабжения. Также, вода должна подогреваться, по крайней мере, до 60 ºC раз в неделю для минимизации риска болезни легионеров (острого инфекционного заболевания).

Тепловые насосы в жилом секторе

Потребительское доверие и информированность Для увеличения продаж тепловых насосов в Великобритании, монтажникам и потребителям необходимо понимать, где эта технология наиболее пригодна, и знать её особенности. Пригодность зависит от качества теплоизоляции здания, наличия достаточного пространства для монтажа (особенно для грунтовых тепловых насосов), близости к другим жилым помещениям для воздушных тепловых насосов (проблема шума) и понимание потребителем эксплуатационных характеристик тепловых насосов.

боте или в выходные дни). Однако для ежедневного сохранения нагретой воды потребуется резервуар (до 1000 л), что ограничивает использование этой технологии в небольших помещениях.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Вставка 4. Схема теплоснабжения ‘Neatpump’ Базирующаяся в Глазго фирма холодильников Star и их норвежский партнер NorskKulde продали самый большой в мире тепловой насос в городе Драммен. Он обеспечивает до 15 мегатонн тепла для сообщества DrammenFjord. Система подачи горячей воды прокачивает ее по сети трубопроводов, обогревая более 6000 домов и предприятий в городе. Star’s ‘Neatpump’ - это система теплового насоса, которая способна поглощать тепло из морской воды, воздуха или использовать любые потери промышленного производства, которые происходят, например, при кондиционировании воздуха или во время охлаждения в больших масштабах. Система может подогревать воду до температуры 90 °C для отопления зданий в масштабе городского района. Гидроэлектростанция (низкоуглеродная технология выработки энергии) обеспечивает Дреммен электроэнергией.

Тепловые насосы в жилом секторе

Адаптация инфраструктуры Существует ограничение на количество энергии, которое может быть распределено через электрические провода. Если тепловые насосы заменят нефтяные и газовые котлы, то генерация электроэнергии и распределительные сети Великобритании должны быть усилены для установки большого количества ТН как предусмотрено Комитетом по сценариям изменения климата. В Управлении по регулированию энергетики и газа (Ofgem) существует рабочая группа по изучению этого вопроса, уделяющая особое внимание электросетям сельских районов и городских окраин. Однако, поскольку тепловые насосы предназначены для замены электрических систем отопления (около 6% отопления жилья и горячего водоснабжения), то потребность в электроэнергии и электросетях будет уменьшаться. Помимо проблем сети, потребуется больше низкоуглеродистых производственных мощностей. Стратегия уверенности Стоимость ТН и уверенность потребителей в установщиках имеют решающее значение для создания рынка, а также для сокращения выбросов и эксплуатационных расходов на отопление зданий. Помимо гарантии качества и доверия потребителей, государственная поддержка также важна. Например, во Франции политика поддержки тепловых насосов привела к их быстрому подъему и популярности (Рисунок 2), а затем к спаду, когда исчезла финансовая поддержка, хотя сказался и фактор потребительского доверия. Швеция и Швейцария проходили те же этапы в конце 1980-х и в начале 1990-х годов. Была политическая неопределенность и в Великобритании, с задержками и изменениями в реализации программы СВИТ и консультированием по снижению тарифов (от возможных 17.3 пенс/кВт)18. В настоящее время, невозможно одновременно получить Зеленый кредит и выплаты СВИТ для монтажа теплового насоса, что ограничивает возможность их установки для тех потребителей, которые имеют достаточно средств для покрытия первоначальных расходов. Однако Министерство энергетики и изменения климата рассматривает возможные решения этих проблем.

Февраль 2014

Ичточник: www.parliament.uk/

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Будущая роль тепловых насосов в жилищном секторе Переведено энергосервисной компанией «Экологические Системы»

Тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения домов коттеджного типа в настоящее время являются нишевой технологией во многих странах ЕС, но они, как ожидается, сыграют свою важную роль в низкоуглеродистом будущем. Это, главным образом потому, что в перспективе предполагается быстро декарбонизировать электроснабжение, где электричество, полученное с помощью тепловых насосов, будет одним из самых низкоуглеродных вариантов отопления. Однако в настоящее время тепловые насосы еще не являются обязательной низкоуглеродной альтернативой. В Великобритании, где довольно углеродоемкое электричество и доступный природный газ для отопления, тепловые насосы не дадут существенного снижения выбросов углерода для большинства жилых домов. Для того чтобы тепловые насосы стали доступным и недорогим низкоуглеродным решением в Великобритании должны произойти три реорганизации, не связанные с тепловыми насосами: • переход к низкоуглеродному электроснабжению; • переход к улучшению изоляции в жилищном фонде через его модернизацию; • переход к низкотемпературным бытовым устройствам теплораспределения. Наибольшая сложность успешности перехода на тепловые насосы в том, что это может быть совершенно не связано с технологией непосредственно. По этой причине, риски того, что тепловые насосы не предоставят ожидаемое снижение выбросов углерода, намного выше, чем риски, присущие самой технологии. Будущая роль тепловых насосов связана с проблемами со стороны потребления и поставки. Преимущества тепловых насосов различается по разным странам, регионам, отдельным жилым домам, и даже со временем. Это делает стратегию продвижения тепловых насосов более сложной и несхожей со стратегией поддержки энергоэффективности, которая предлагает всеобщие выгоды. В этой статье исследуются технические, экономические, социальные и энергоресурсные факторы, определяющие преимущества тепловых насосов в Великобритании и других странах ЕС. Рассматриваются потенциальные механизмы продвижения тепловых насосов от узкой ниши рынка к главенствующей. Это обращает внимание на более широкие вопросы вокруг параллельно требуемых реорганизаций, и обсуждение «как» и «может ли», энергетическая и низкоуглеродная стратегия справится с возникающими при этом сложностями.

Тепловые насосы в жилом секторе

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Введение Тепловые насосы, использующие электроэнергию для поглощения низкотемпературного тепла окружающей среды и превращения его в высокотемпературное тепло, на сегодняшний день занимают небольшую нишу на европейском рынке отопления жилых помещений. В некоторых странах они были широко внедрены под влиянием экономических, социальных, энергетических и технологических факторов. Однако европейские политики готовятся поддержать более широкое принятие тепловых насосов, включив их в список возобновляемых энерготехнологий, которые могут быть использованы для выполнения национальных обязательств по повышению доли тепла, полученного от возобновляемых источников. Великобритания и многие другие страны ЕС приняли весьма амбициозные долгосрочные цели по сокращению выбросов CO2. Для достижения этих целей, многие будущие прогнозы по углеродным выбросам от жилого фонда основываются на использовании низко- или безуглеродного электричества для отопления. Например, в большинстве сценариев, разработанных Skea, Ekins et al. (2011), тепловые насосы становятся доминирующей технологией по отоплению жилья и горячему водоснабжению в Великобритании, начиная с 2030-2035 гг. Тепловые насосы рассматриваются как ключевая технология обеспечения эффективного низкоуглеродного отопления (Spiers, Gross et al. 2010).

Тепловые насосы в жилом секторе

Планируемое значимое будущее для тепловых насосов рассматривается на контрасте с их нынешней позицией в Великобритании, где количество установок невелико, и в основном в новостройках, удаленных от центральной сети газоснабжения. Только в таких домах капитальные вложения и эксплуатационные затраты тепловых насосов могут быть конкурентоспособными. Однако они не могут конкурировать по стоимости с устройствами на природном газе. Кроме того, у эффективных конденсационных газовых котлов выбросы углерода обычно ниже, чем у тепловых насосов с электрическим приводом, учитывая нынешнюю комбинированную систему электропитания Великобритании. Установка тепловых насосов в существующих зданиях сталкивается с двумя важными дополнительными трудностями. Во-первых, для высокоэффективной работы тепловым насосам требуется низкотемпературная распределительная система (например, для применения обогрева пола и больших радиаторов), которая отличается от традиционной для Великобритании высокотемпературной системы с водяными радиаторами. Во-вторых, большинство существующего британского жилья просто неэффективно для низкотемпературного отопления, чтобы сохранить тепло, потребуется дополнительное утепление. Учитывая эти сложные и комплексные «преграды» на пути теплонасосов, нет никаких оснований ожидать, что они вырвутся из своей ниши и станут главенствующим вариантом отопления. Тем не менее, это просто то, что в сценариях низкоуглеродного будущего оказывается заданным вопросом. Может ли быть осуществен такой переход? И если да, то каким образом? Чтобы изучить этот вопрос и перспективы тепловых насосов в британском и европейских жилищных секторах, сначала кратко объясняется технология

Февраль 2014

теплонасосов. Характеристики технологии определяют, как они могут лучше всего использоваться. Затем, рынок тепловых насосов исследуется с анализом факторов влияния на очень разные национальные предпочтения тепловых насосов. Следующий раздел рассматривает преимущества тепловых насосов в Великобритании в настоящее время, с учетом последних эксплуатационных испытаний и расчета углеродистых выбросов в сравнении с альтернативными источниками тепла. Затем исследуются возможные выбросы CO2 от тепловых насосов по сценариям низкоуглеродного электричества. Далее обобщается нынешняя стратегия Евросоюза и Великобритании, и обсуждаются ее вероятные будущие последствия. Поясняются пути выхода для тепловых насосов из их нынешней незначительной ниши. В заключении обсуждены факты, представленные в этой статье, и сделаны выводы. Тепловой насос: технические и рабочие характеристики Как работает тепловой насос? Электрические компрессионные тепловые насосы поглощают низкотемпературное тепло из окружающей среды и превращают его в высокотемпературное тепло, используя электрическую энергию. В тепловых насосах используется тот факт, что при испарении жидкость поглощает большое количество энергии и отдает её, когда конденсируются обратно в жидкость. Используя это свойство, большое количество энергии может быть поглощено и отдано тепловым насосом. Рисунок 1 более детально показывает работу теплового насоса. Низкотемпературное тепло поглощается из окружающей среды рабочей жидкостью испарителя. Эта энергия при низкой температуре и низком давлении превращается в пар. Этот пар достигает компрессора, который повышает давление паров, тем самым увеличивая его температуру. В конденсаторе энергия движется от пара с высокой температурой и давлением к низкотемпературной окружающей среде и конденсируется в жидкость. Когда эта высокотемпературная жидкость с высоким давлением проходит через расширительный клапан, понижается давление и она превращается в жидкость с низкой температурой. Цикл начинается снова. Максимальный теоретический отопительный коэффициент (ОК) теплового насоса представлен в терминах абсолютной температуры по Кельвину тепла конденсатора (Т1) и хладагента испарителя (Т2): ОКmax = T1/(T1-T2) Отопительный коэффициент (ОК) как эффективность теплового насоса, показывает, сколько единиц тепла может быть произведено на единицу входящей энергии (обычно электрической). Теоретически максимальный ОКmax, который может быть достигнут для обогрева в 35 ºC при наружной температуре воздуха 2 ºC, равен 9,3. Однако реально в жизни такая эффективность не достигается. Из уравнения ОК видно, что тепловой насос работает наиболее эффективно, когда температурная разница между источником тепла и потреблением тепла сводится к минимуму. Практически, это означает, что тепловые насосы работают лучше, когда требуется более низкая температура. Уравнение также показывает, что чем выше входящая температура Т2, тем выше ОК. В качестве примера, как эти факторы влияют

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Рисунок 1. Принцип работы теплового насоса на производительность реальных тепловых насосов (см. таблицу 1), показано, как изменяется температура входа и выхода для двух воздушных тепловых насосов типа фирмы Worcester Bosch. Таблица 1: Изменение ОК при изменении температуры на входе и температуры на выходе для двух воздушных тепловых насосов Температура

ОК теплового насоса

На входе

На выходе

7кВт

9.5кВт

-7 °C

35 °C

2.3

2.5

2 °C

35 °C

3.0

3.3

7 °C

35 °C

3.4

3.8

7 °C

45 °C

2.8

3.0

Проект теплонасосной системы должен учитывать: • потребности пользователей в тепле; • ОК, который может быть достигнут при разных входных температурах (и поэтому, эксплуатационные затраты различны); • капитальные вложения. Также, характерным для тепловых насосов является использование дополнительных прямых электрических нагревателей в очень холодную погоду и/ или для повышения температуры горячей воды. Это снижает капитальные затраты на теплонасосные системы. Теоретически другая система отопления, например газовый котел, может быть использована для дозаправки теплового насоса, создав при этом

Помимо ОК, важно рассмотреть эффективность установленной системы теплового насоса. Эффективность системы – это отношение количества энергии, произведенной тепловым насосом, к количеству энергии, которая требуется для работы всей отопительной системы (включая горячее водоснабжение, дополнительный подогрев и тепловые насосы). Для данной установки эффективность системы будет ниже, чем ОК. Для многих целей, включая оценку расходов и прибыли владельца жилья, эффективность системы является более актуальной, чем ОК. Тепловые насосы давно являются общепризнанной технологией. Хотя, есть надежды, что технология будет продолжать постепенно улучшаться, и более высокие показатели ОК могут быть достигнуты (IEA – Международное энергетическое агентство, 2010 г.). Улучшив дизайн и монтаж системы можно улучшить производительность (EST – Энергосберегающая трастовая компания, 2010), хотя резкое улучшение производительности маловероятно. Типы тепловых насосов Существуют различные типы тепловых насосов. Наиболее распространенными являются: • воздушные тепловые насосы (ВТН), которые поглощают энергию из воздуха • грунтовые тепловые насосы (ГТН), которые поглощают энергию из земли. Тепловые насосы могут использоваться для: • обогрева помещений • отопления и горячего водоснабжения (ГВС) • только для ГВС. На сегодня, те, что обеспечивают отопление и ГВС , наиболее популярны в жилищном секторе Великобритании (Roy, Caird et al. 2008). Тепловые насосы могут быть реверсивными, то есть летом обеспечивать охлаждение, они распространены в более теплых странах Евросоюза (Eurobserver 2009). Преимущества и недостатки ВТН и ГТН кратко изложены в таблице 2.

Тепловые насосы в жилом секторе

Так как температуры на выходе сильно влияют на ОК, это делает новые застройки с низкотемпературной тепловой распределительной системой более подходящими для тепловых насосов, в отличие от зданий с существующей высокотемпературной системой. Система напольного отопления в новом доме обычно использует тепло с температурой 30– 35 ºC, а традиционные британские системы радиаторов - 60-75 ºC. «Крупногабаритные» радиаторы могут использовать воду умеренных температур, скажем, 40-55 ºC. Горячая вода в резервной системе обычно прогревается до 55-60 ºC.

бивалентную систему, но это не применяется в Великобритании.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Таблица 2: Сравнение грунтовых и воздушных тепловых насосов, Великобритания

ГТН

ВТН

Имеют более высокий ОК, так как источник тепла ОК ниже, так как тепловые насосы поставляют больлучше. Температура земли равна 10 ºC круглый год шую часть энергии в холодное время года. Следова(Центр альтернативных технологий, 2010) тельно, выше эксплуатационные затраты Требуется доступ к свободной территории для буре- Подходят для широкого диапазона недвижимости и не ния любой скважины или траншеи тепловой коллек- требуют никаких конкретных земельных разрешений торной сети. Для использования траншей требуется большой участок или иной доступ к земле. Для скважин требуется благоприятная геология Больше капитальные затраты и монтажные работы Ниже расходы на установку и капитальные затраты (см. ниже для подробной информации)

Тепловые насосы в жилом секторе

Дополнительные характеристики тепловых насосов Тепловые насосы во многом отличаются от других тепловых систем. Они сложнее, чем традиционные газовые или жидкотопливные котлы. И поэтому, требуют больших различных навыков для достижения высококачественного монтажа, а такие навыки в настоящее время в дефиците (Spicer 2010). Тепловые насосы используют электричество, зачастую в пиковые для електросети часы, поэтому существует множество спорных вопросов вокруг обеспечения подключения большого числа тепловых насосов к сети электроснабжения.(Spiers, Gross et al. 2010). Эта проблема может быть решена при использовании интеллектуальных сетей. Кроме того, в домах в большой тепловой нагрузкой, при однофазном электроснабжении в Великобритании, тепловой насос не может получать достаточное количество энергии для отопления домов. В целом, высокий пусковой ток, который требуется тепловому насосу, труднее получить от однофазного электроснабжения, в отличие от трехфазного электроснабжения в других странах (Singh, Muetze et al. 2010). Эти вопросы не будут подробно не рассматриваться в этой статье, но важно осознавать их. Теплонасосное оборудование и рынок Обзор рынка в ЕС В Европе значительный рынок жилищных тепловых насосов существует только в Швеции, Швейцарии и некоторых районах Австрии. В других странах доля тепловых насосов на рынке остается небольшой и тепловые насосы не являются первыми при выборе установки или замены оборудования для отопления и горячего водоснабжения. В Швейцарии в 2006 году 75% всех новых одноквартирных домов были оборудованы тепловыми насосами. За исключением Швеции, вплоть до 2006 года рынок тепловых насосов в Европе был главным образом сосредоточен на новостройках. Данные по продажам тепловых насосов в 2007 году и ожидаемым продажам в 2008 году доступны во многих странах ЕС (Eurobserver 2009). Информация главным образом основываются на статистике от национальных промышленных ассоциаций, так как большинство официальных органов статистики в ЕС не регулярно публикуют информацию о количестве и мощности тепловых насосов. Данные, по большей части отражающие внутренний высокоемкий рынок ГТН, которые отапливают многоквартирные дома или другие здания, вряд ли контролируются вообще. По данным Eurobserver в основных странах ЕС было

Февраль 2014

продано 102400 ед. ГТН в 2007 году (это охватывает 14 стран) и продажи, как ожидается, увеличатся до 112200 в 2008 году. В 2007 году продажи были наибольшими в Германии (26887), Швеции (27938) и Франции (18600). Это составило 72% от общего объема продаж. Данные из EHPA (Европейский форум по тепловым насосам), включающие 8 европейских стран (Австрия, Финляндия, Германия, Италия, Швеция, Норвегия и Швейцария), зарегистрировали 107 022 продаж ГНТ в 2008 году, в сравнении с 469 370 продажами ВТН. Таким образом, продаж ВТН оказалось в четыре с половиной раза больше продаж ГНТ в этих странах. А 48% от проданных ВТН были реверсивными, то есть предоставляли также и охлаждение, главным образом, типа воздух-воздух. Это могли быть нагреватели/охладители в одной комнате, реже – система для всего дома, но цифры не дают настолько детальную информацию. Великобритания Рынок тепловых насосов Великобритании в настоящее время очень мал. Количество установленных ГТН больше, чем ВТН, и такая модель сохранится в ближайшее время. В 2005/06 гг. было установлено около 1000 ГТН, в большинстве из которых для контура заземления использовалась горизонтальная траншея (79%), и только для 13% использовались более дорогие скважины (Roy, Caird et al. 2008). В основном, тепловые насосы применялись для обеспечения отопления и горячей воды, и больше половины были подключены к системе напольного отопления. Небольшое количество предоставляли как охлаждение, так и тепло, но есть признаки того, что это может измениться. Как и в газовых котлах, максимальная мощность на выходе тепловых насосов – 8-14 КВт. Похоже, что рынок стремительно растет, поскольку продажи в Великобритании в 2007 году составили 3000 блоков, при ожидаемом повышении продаж до 5000 в 2008 (Eurobserver 2009). По другому отчету предполагается, что количество установок ГТН в 2009 году будет около 8000 (NERA and AEA 2009). Продажи ВТН очень низкие и в данных Eurobserver (2009) их не регистрируют. Из опубликованных докладов и обсуждений экспертов было подсчитано, что общее количество ВТН, проданных в Великобритании к 2010 году, могло быть около 1750 (NERA and AEA 2009). Изучение вопроса Рынок тепловых насосов очень отличается в разных странах: от максимального распространения

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ тепловых насосов в Швеции и Швейцарии (в новых зданиях) до очень слабого в Великобритании. Существует множество факторов, которые объясняют это различие: климат, государственная политика в области энергетики и окружающей среды, тарифы на энергию, наличие конкурирующих источников энергии, характеристики электроснабжения и производства, история, география и геология. Разные авторы выделяют различные факторы, чтобы объяснить относительный успех или провал тепловых насосов в определенном месте (e.g. IEA (2010), Lund, Sanneret al. (2004), Le Feuvre (2007)). В итоге, существует множество проблем, которые влияют на внедрение тепловых насосов, и несколько решений быстро и легко ускорить выбор в их пользу.

ляется их стоимость относительно наиболее распространенных альтернатив (Pither and Doyle, undated). Британская компания Energy Saving Trust (Энергосберегающая трастовая компания) опубликовала данные по капитальным затратам различных систем отопления и экономии эксплуатационных расходов от средне эффективных ВТН и ГТН в сравнении с газовыми, жидкотопливными и электрическими системами (Таблица 3). Капитальные расходы включают установку, но не любые замены, необходимые для системы распределения тепла. Снижение эксплуатационных затрат показано на сравнении их со среднеэффективными газовыми и жидкотопливными системами, а не новыми, более эффективными. Приведенные в таблице 3 усредненные данные с широким разбросом затрат для отдельных домов показывают, что капитальные расходы для ГТН и ВТН выше, чем у наиболее распространенных альтернатив, а в некоторых случаях и эксплуатационные затраты также выше. Высокие капитальные расходы показывают, что с экономической точки зрения, ТН надо устанавливать в дома с большим потреблением тепла и горячей воды для снижения эксплуатационных затрат. Однако основной упор в обсуждении и британской технической литературе сделан на использовании этой технологии в энергоэффективным домах, которые имеют низкое потребление энергии. Как упоминалось ранее, есть технические причины, по которым ТН не подходят для неэффективных зданий. Этот факт также связан с тем, что ТН в первую очередь продается как экологически выгодное решение, а не как экономически эффективное (требование, более обоснованное в таких странах как Швеция, где разная энергетическая ценовая структура).

В неевропейских странах количество тепловых насосов стремительно растет (e.g. China, Japan (BSRIA 2008)). Однако более детальное рассмотрение этих моделей роста показывает, что они имеют ограниченное применение для большинства европейских стран. Исследование Spicer (2010) в Новой Зеландии показало это. В Новой Зеландии наблюдается быстрый рост установок тепловых насосов, c 21% домов, где были установлены ВТН, с 2003/2004 года по 2008/2009 год ежегодно продажи более чем утраивались.

Стоимость тепловых насосов может меняться со временем. При большем количестве проданных и установленных тепловых насосов на британском рынке капитальные затраты могут уменьшаться. Однако, заявленные прогнозы энергетических тарифов для потребителей указывают, что электричество может стать дороже относительно природного газа к 2020 году (Ofgem, 2009). В 2010 году среднее отношение тарифов на электричество и газ в кВт*ч было 3,4:1 (данные Министерства изменения климата и энергии, 2010 год). Ofgem (The Office of Gas and Electricity Markets) исследовал четыре разных сценария развития до 2020 года. Все они показали рост потребительских цен, и в каждом сценарии за-

Вероятно, наиболее важной причиной непопулярности тепловых насосов в Великобритании яв-

Таблица 3. Средние капитальные затраты на системы отопления, Великобритания, 2011 Система отопления и горячей воды

Типовые капитальные затраты (£/Euros)

Ежегодная экономия эксплуатационных затрат в сравнении с газом (£)

Ежегодная экономия Ежегодная экономия эксплуатационных э кс п луа т а ц и о н н ы х затрат в сравнении с затрат в сравнении с жидким топливом (£) электроэнергией(£)

Газовый котел

£2,500 / 2,900

–

Жидкотопливный котел

£3,000 / 3,500

–

ГТН

£9,000 / 17,000 10,500 / 19,800

- £40

£50

£420

ВТН

£6,000 / 10,000 7,000 / 11,600

- £130

- £40

£300

Тепловые насосы в жилом секторе

Ожидается продолжение этого роста. Скорость роста количества установок ВТН в Новой Зеландии отличается от этой величины в Великобритании и большинстве европейских стран. Новозеландцы, как правило, отапливают только гостиную, а не весь дом. Таким образом, продажами ВТН были установки типа воздух-воздух для отопления одной комнаты дома. Примерно 60% их используются для охлаждения летом, а это совершенно другая электрическая нагрузка. Конкурентами в отоплении являются твердое топливо (включая уголь) и электричество. Использование ГТН рекомендуется в некоторых районах с целью сокращения загрязнения воздуха от сжигания твердого топлива. С учетом весьма различных экономических, технических, энергетических и социальных условий Новой Зеландии высокие темпы их роста не отражают того, что это может произойти в ЕС. Хотя обобщение накопленного опыта других стран может быть ценным, национальный контекст остается чрезвычайно важным.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ траты на электроэнергию вырастут больше, чем на газ, в среднем цена на электричество увеличится на 41% с 2010 по 2020 год, на газ – на 26%. Если эти прогнозы верны, то с экономической стороны дела тепловым насосам в Великобритании в сравнении с газом будет сложнее, а не легче. Однако, как разъяснили позже, разрабатывается стратегия, которая предложит такие цены поддержки ТН, которые снизят затраты для домовладельцев при выборе ТН. Какую пользу приносят тепловые насосы в Великобритании Результаты британского исследования тепловых насосов До недавнего времени не было почти никакой публично доступной информации о производительности тепловых насосов в Великобритании. В рамках комплексного обзора литературы, Singh, Muetze et al. (2010) обнаружил только два исследования с предоставлением такой информации. Они пришли к выводу, что очень немногие объекты подвергались мониторингу для определения их эффективности и эксплуатационных затрат. К счастью, в 2010 году компания Energy Saving Trust опубликовала результаты первой стадии наиболее полного эксплуатационного испытания технологии, которое изучило тепловые насосы на 83 сайтах (54 ГТН и 29 ВТН). Исследования начались в 2009 году, и в течение целого года велся контроль технических характеристик ТН и потребительского опыта эксплуатации. Информация об опыте потребителей еще подробно не публиковалась. Проверки были продолжены еще на год для дальнейшего исследования факторов, влияющих на производительность тепловых насосов, путем отслеживания установки за установкой.

Тепловые насосы в жилом секторе

Мониторинговая система данных эффективности была представлена 47 ГТН и 22 ВТН и включала сметные данные для 6 ВТН (Рисунок 2). Сметные данные не рассматриваются в этом анализе. Средний отопительный коэффициент (ОК) систем ГТН был равен 2.3, а ВТН – 1.9. Самыми эффективными оказались 9 систем ГТН с ОК, равным 3.0 и 3.2, и один ВТН с ОК системы, равной 3.0. Самыми неэффективными оказались 9 ГТН и 10 ВТН с ОК меньше 2.0 . Эти результаты значительно хуже, в сравнении с опытом других европейских стран. ISE (Fraunhofer Institute for Sustainable Energy) опубликовал исследование тепловых насосов по Германии. В новых

зданиях у ВТН средний отопительный коэффициент был равен 3.0, в то время как в старых зданиях средний отопительный коэффициент был равен 2.6 (очень в немногих старых домах был подогрев пола) (Centre for Alternative Technology 2010). EST представила результаты в выгодном свете, например, «Результаты показали, что большое количество монтажных установок тепловых насосов выполнено очень хорошо, достигая среднего ОК системы 3.0 и выше». Также EST отмечает, что «Некоторые монтажи выполнены также хорошо, как и у тепловых насосов, отслеженных в европейских эксплуатационных испытаниях, но много есть и не соответствующих этому уровню» (EST 2010). EST использовала полученные данные для детальных консультаций потребителей и монтажников, как обеспечить высокое качество установки тепловых насосов. В прессе были опубликованы и негативные отзывы об исследовании, один с таким заголовком, как «исследование выявило, что тепловые насосы в Великобритании терпят неудачу» (Vaughan 2010). Но большинство сообщений придерживалось более позитивной, как и EST, линии об усовершенствовании различных требований (например, Новости Би-биси 2010). Тем не менее, очевидно, что полученные выводы весьма далеки от одобрения британской отрасли тепловых насосов – многие системы еще работают плохо. Более раннее исследование также показало проблемы, которые возникают у пользователей с установками ГТН. Компании Roy et al в 2008 году провели обследование пользователей, которые установили ГТН. Результаты показали, что около 90% пользователей очень довольны работой своей системы, 70% – она дала информацию о сбережении энергии, но только 40% получили ожидаемую экономию затрат. Ключевые проблемы сосредоточились вокруг разработанных сложных элементов управления, предназначенных для эффективного использования электроэнергии и комфортной комнатной температуры. Только 40% считают, что эти элементы управления просты в использовании, 20% – испытывают большие трудности. Четверть пользователей жаловались на медленное время срабатывания системы и/или его неспособность нагревать комнату до заданной температуры.

– – –

До тех пор, пока не завершится второй год исследования EST, не будет ясности в том, почему в Великобритании производительность тепловых насосов настолько низкая во многих случаях. Предварительные результаты показывают, что недостаточная производительность вызвана чрезмерно сложной конструкцией системы и недостаточным владением управлением нагревательными элементами и у монтажников, и у пользователей.

Рисунок 2: Результаты эксплуатационного испытания тепловых насосов

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Углеродная и энергетическая экономия при использовании тепловых насосов Применение тепловых насосов является наиболее эффективным способом использования электричества для отопления, по сравнению с непосредственно электрическим отоплением. В большинстве стран, включая Великобританию, оно используется небольшим количеством пользователей (из-за его цены) и такое же сравнение, вероятно, будет и с ископаемым топливом – газом или нефтью. Экономия углерода от использования тепловых насосов в сравнении с главенствующими на рынке альтернативами зависит от национальной углеродоемкости электричества. Она имеет широкий диапазон значений в странах ЕС, от самого низкого в Швеции – 0.05 кг CO2/КВт*ч , до 0.86 кг CO2/КВт*ч в Греции. Скользящее среднее за 5 лет – 0.39 кг CO2/КВт*ч. Тепловым насосам в Великобритании надо преодолеть больше препятствий, чем другим странам, по экономии углерода в сравнении с главенствующими на рынке альтернативами. Это потому, что выбросы CO2 в Великобритании от производства электричества в среднем выше, чем в ЕС (скользящее среднее для энергосистемы в 2008 году за пятилетие было 0,55 кгCO2/кВт*ч). А также, есть конкурент – природный газ, который используют 80% населения, а он является наименее углеродоемким ископаемое топливом. Расчеты на рисунке 3 показывают, что эффективность теплонасосной системы должна бы была достигнуть значения более чем 2.6, чтобы выбросы углерода были меньшими, чем у новых, эффективных газовых котлов. 10000

8000 7000 6000 5000

Газовый котел

4000 3000 2000 1000

Тепловой насос

Средняя для ВТН Средняя для ГТН

1,5

2,5

3,5

Эффективность теплонасосной системы

Рисунок 3. Выбросы CO2 при использовании газовой и теплонасосной систем Расчеты основаны: • на поставке 16 000 кВт энергии на отопление и горячее водоснабжение в год (по аналогии с ежегодным рекомендуемым использованием природного газа, Ofgem,2010); • на использовании заявленных показателей интенсивности выбросов углерода газом и электричеством (DEFRA and DECC 2010); • и на предположении, что конденсационный газовый котел имеет сезонную энергоэффективность 88%. Если достигнутая энергоэффективность будет равна 3.0, то выбросы тепловых насосов будут на

Эти цифры предполагают, что тепловой насос не работает в реверсивном режиме на охлаждение летом. Безусловно, это риск, так как ранее упоминалось, что почти половина проданных ВТН в Европе являются реверсивными, то есть могут использовать как для отопления, так и охлаждения. Выбросы углерода от тепловых насосов в будущем В настоящее время британские тепловые насосы по выбросам CO2 в среднем проигрывают природному газу, использующемуся как топливо для отопления. Однако, как ожидается, это не обязательно сохранится в будущем. Графики на рисунке 3 сделаны на основе расчетов заявленной углеродоемкости электричества. Для Великобритании решающее значение в выполнении целей снижения углеродных выбросов имеет всеобщий договор о снижении выбросов CO2 на киловатт-час электроэнергии. Это может быть достигнуто путем увеличения доли возобновляемых источников энергии и/или атомной энергетики и введения улавливателей и хранилищ углерода для заводов органического топлива. Так же идет широкое обсуждение комбинированных технологий, которые смогут применяться как для энергоснабжения, так и для возможности регулирования нагрузки энергосистемы. Тем более, как видно по таблице 4, в предстоящие двадцать лет ожидается десятикратное уменьшение интенсивности выбросов углерода. Комитет по изменению климата (КИК) – независимый орган, который консультирует правительство по целевым показателям выбросов и прогрессу в их достижении – отмечает, что цель декарбонизации до 2030 года была одобрена большим количеством заинтересованных сторон, в том числе бизнес-группами и неправительственными организациями (КИК 2010:243). Это признание, однако, не делает прогнозы менее сложными. Снижение углеродоемкости на 45% ожидается с 2008 по 2020 гг. В период 1996 по 2008 гг. среднее значение углеродоемкости за пять лет падало с 0,62 до 0,53 в 2001 году, повышаясь к 0,55 кг CO2/кВт в 2008 году. За двенадцатилетний период общее снижение произошло на 11 % (DEFRA and DECC 2010). Как отмечает Spiers, Gross et al (2010), сценарий КИК – преобразование энергосистемы и предполагаемая производительность – является впечатляющим и беспрецедентным. За исключением Швеции и Франции, которые уже перешли на низкоуглеродное электроснабжение, все страны ЕС должны декарбонизировать электричество для достижения их долгосрочных целей по снижению выбросов CO2.

Тепловые насосы в жилом секторе

Углеродные выбросы ( кгСО2 /кВт*ч

9000

13% меньше, чем при использовании природного газа. По данным исследования EST – в Великобритании среднее значение выбросов ГТН на 14% больше, чем у эффективного газового котла, а у ВТН – больше в среднем на 38%. В некотором смысле это неправильное сравнение, так как в основном тепловые насосы замещают жидкотопливные, электрические системы отопления или системы отопления на сжиженном нефтяном газе. У таких систем выбросы CO2 больше, чем у газовых котлов. Тем не менее, сравнение имеет отношение к той части жилого фонда Великобритании, которая использует природный газ как топливо для обогрева.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Таблица 4. Прогноз углеродоемкости электричества, Великобритания, 2020-2050 гг Дата

Интенсивность выбросов CO2 кгCO2/кВт

2008 (скользящее среднее за 5 лет)

0.55

Defra and DECC, 2010

0.30

(Комитет по климатическим изменениям, 2010), будет достигнута, если будут выполнены заявленные правительственные амбиции по возобновляемыи источникам энергии и другим низкоуглеродным источникам.

0.052

(Комитет по климатическим изменениям, 2010), среднесрочная инвестиционная стратегия (0.04 – 0.13 кг CO2/кВт с максимумом в диапазоне низких инвестиций)

Снижение приблизительно к 0.01

Markal моделирование от имени ККИ, (Комитет по климатическим изменениям, 2010)

2020

2030

2030 – 2050

В Великобритании, чтобы эти показатели реально были достигнуты, выбросы CO2 от среднеэффективных тепловых насосов должны быть ниже, чем у газовых тепловых систем к 2020 г., и намного ниже к 2030 г. Если такое низкоуглеродное электричество будет поставляться в достаточном количестве, то тепловые насосы станут несомненным выбором для отопления и ГВС. Однако только низкоуглеродность не гарантирует, что люди захотят выбрать этот вид обогрева. Должны быть определенные усилия для его установки, и стоимость должна конкурировать с альтернативами, и должны произойти изменения в жилищной инфраструктуре и теплораспределительной системе, которые также необходимы.

Тепловые насосы в жилом секторе

Стратегия Стратегия по тепловым насосам разрабатывалась как часть более крупных шагов в направлении поощрения использования возобновляемых и более эффективных источников тепла. ЕС Директива ЕС по возобновляемой энергии 2009/28/CE (EС 2009) ставит амбициозные цели для всех государства-членов, например, достижение 20% доли возобновляемых источников энергии в 2020 году и, в частности, 10% доли возобновляемой энергии в транспортном секторе. Директива включает и ГТН, и ВТН с описанием источника возобновляемой энергии, при условии, что они отвечают минимальным стандартам функционирования, то есть при том условии, что конечная энергоемкость «существенно превышает первичную потребляемую энергию, необходимую для запуска теплового насоса». Приложение VII Директивы определяет методику учета энергии теплового насоса. Она предусматривает, что во внимание принимаются только те тепловые насосы, у которых прирост энергии составляет как минимум 15% от потребляемой первичной энергии (рассчитывается как среднее по европейской шкале), и основывается на измерении поставки полезного тепла и сезонного КПД. Поскольку процедуры измерения полезного тепла и сезонного ОК не завершены (они должны быть закончены не позднее 1 января 2013 года), не ясно чему будет равен отопительный коэффициент. Од-

Февраль 2014

Источник

нако, согласно заявленному прогнозу, потребуется ОК равный 2,875. Тепловые насосы в Великобритании До принятия этой Директивы по возобновляемым источникам энергии, Великобритания уже имела собственную стратегию по усилению разработок микропроизводства и возобновляемых технологий индивидами и организациями. С 1 апреля 2006 года была запущена Программа низкоуглеродного строительства (ПНУС), которая выделяет гранты на различные установки микропроизводства для домов, общественных зданий и предприятий. ГТН был включен в проект с самого начала, а ВНТ – с 2.06.2008 г. Для жилых домов гранты были обусловлены наличием в них мер по увеличению энергоэффективности, включая изоляцию чердака и трещин в стенах (там, где это уместно), наличием системы управления отоплением и энергосберегающих лампочек. С 2006 по 2008 гг. грунтовым теплонасосам предоставляли максимальный грант в размере 1200 фунтов (1400 евро) или 30% от полной стоимости. За первые два года работы ПНУСа (2006/2007 и 2007/2008) было выдано для ГТН 213 и 231 грант соответственно (Bergman and Jardine 2009). Хотя рынок тепловых насосов в Великобритании совсем небольшой, такое вмешательство остается незначительным. Согласно Директиве ЕС по возобновляемым источникам энергии, Великобритания имеет сложную и обязательную к исполнению цель достижения 15%ной доли возобновляемой энергии в общем энегробалансе к 2020 году. Частью британской стратегии по достижению этой цели является внедрение программы «Стимулирования возобновляемых источников тепла» (СВИТ), которая будет предлагать субсидирование значительно большее по масштабу, чем в ПНУСе. Стремление правительства – это перейти до 2020 года от 1% к 12% доли тепла, произведенного из возобновляемых источников. Первоначально предполагалось, что это потребует 850 млн. фунтов (1 млрд. евро) инвестиций, однако, эта сумма была уменьшена на 20% по результатам анализа государственных расходов. Деньги для оплаты этого проекта будут поступать через центральное правительство, а не от налогообложения на энергосчета, как

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

планировалось ранее. Пока еще, не было подтверждено никаких платежей за конкретные технологии. ВТН и ГТН будут включены в проект. Обсуждение Решение ЕС и национальных правительств по классификации тепловых насосов как «возобновляемых» не обошлось без его критиков. В своем ответе на предложение программы СВИТ, британская AECB (Sustainable Building Association, Ассоциация по строительству зданий не наносящих ущерб окружающей среде) заявила «либо тепловые насосы должны определятся как невозобновляемые источники энергии, либо тепло от ТЭЦ должно определятся как возобновляемое» (AECB 2010), так как выбросы CO2 у ТЕЦ ниже, чем у типового теплового насоса.

В Великобритании ниша тепловых насосов еще меньше. Большинство тепловых насосов устанавливают в новых домах, которые не подключены к системе газоснабжения – сейчас они составляют 10% от всех новых построек. Развитие рынка наиболее вероятно произойдет за счет установок тепловых насосов в новых домах, которые будут подключены к системе газоснабжения (приблизительно 180000 построек в год). В таких зданиях могут быть спроектированы установки тепловых насосов и подходящая отопительная система, а дополнительные расходы будут субсидироваться через «Программу стимулирования возобновляемых источников тепла».

Увеличение рыночной ниши тепловых насосов могло бы дать возможность роста отрасти, а это снизило бы их стоимость за счет усиления конкуренции и экономии, обусловленной ростом масштабов производства. Однако, результаты ЕST показывают, что британский промышленный монтаж тепловых насосов имеет достаточно невысокий уровень. Есть опасения, что программа СВИТ ошибочно просубсидирует развитие отрасли, а не качество продукции, подготовку и повышение квалификации персонала.

Тепловые насосы в жилом секторе

В статье о тепловых насосах как возобновляемых источниках энергии Nowak (2009) подчеркивается: «Позиция отдельных заинтересованных сторон по отношению к тепловым насосам … определяется его или её восприятием использования электроэнергии для отопления, способом использования его в стране или регионе, а также долей возобновляемых источников энергии, используемых для его производства». Нигде не было реальных заявлений об экологических выгодах от тепловых насосов на уровне пользователей или национальном уровне. Критически важным является контекст, в котором они могут использоваться, и параметры, которые они могут предоставлять по сравнению с другими вариантами. Принимая во внимание различие углеродоемкости электричества по всей Европе и ожидаемое ее изменение с течением времени, дискуссия о том, является ли тепловой насос возобновляемым источником энергии, может быть довольно безуспешной. Но в AECB делают важный акцент на отличающейся поддержке, оказываемой более эффективным/низкоуглеродным технологиям (определяются ли они как возобновляемые), и, подвергая сомнению действия государств, которое продвигает некоторые технологии (менее хорошие) за счет других.

Будет ли переход на тепловые насосы? Описание проблемы В Европе и в Великобритании, тепловые насосы, применяющиеся для отопления всего дома, являются технологией, которая устанавливается в новых постройках (МЭА – международное энергетическое Агентство, 2010). Одной из ключевых причин этого является то, что, чтобы получить высокую производительность теплового насоса требуется низкотемпературная распределительная тепловая сеть. Установка такой сети может быть дорогой и нарушающей целостность существующего здания, особенно, если потребуется напольное отопление. Однако, для широкого применения тепловых насосов, нужно выполнение всех этих требований. Другим недостатком старых зданий является их плохая изоляция по сравнению с новыми постройками. В плохо изолированных зданиях низкотемпературной распределительной системы будет недостаточно для поддержания комфортной температуры. Поэтому для установки тепловых насосов в старых зданиях необходимо улучшение изоляции обшивки здания и новая тепловая сеть. Это значительно увеличивает сложность и стоимость перехода на массовое внедрение тепловых насосов. Экономика тепловых насосов в их существующей нише рынка более благоприятна, чем на главенствующем направлении, по причинам, которые, скорее всего, сохранятся. Так же в существующих зданиях технических и социальных сложностей установки тепловых насосов по прежнему неизбежно больше, чем в новых постройках.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Это может привести к «поспешному выбору и потребительскому разочарованию» и поставит под угрозу долгосрочную перспективу рынка тепловых насосов (Форум о возобновляемых источниках энергии, июнь 2010 г.). Расширение рынка тепловых насосов, за счет перехода от новостроек к 25 млн. существующих домов, скорее всего, будет требовать дальнейших стратегических мер. Сроки перехода на тепловые насосы, обусловленные заявленной стратегией и исследованием, исходят из двух разных позиций. График ЕС требует существенно увеличить количество возобновляемых источников тепла к 2020 году, что будет означать большое количество качественных тепловых насосов, установленных к этой дате. Британская программа «Стимулирование возобновляемых источников тепла» будет финансово поддерживать эту политику с 2011 года, однако, неизвестно как долго и насколько щедро. EST подготовит свой второй годовой отчет о тепловых насосах к середине – концу 2011 года, в котором даст детальную объяснение как достичь высококачественных монтажей. В отличие от этого, британское моделирование низкоуглеродного энергетического будущего предполагает, что тепловые насосы в большом количестве будут устанавливаться только с 2030 – 2035 гг.

Тепловые насосы в жилом секторе

Эти сроки предполагают возможный всплеск интереса к тепловым насосам в новом жилье к 2016 – 2020 гг., если будет обеспечено высокое качество систем. Затем, с 2030 – 2035 гг. тепловые насосы заменят все другие системы отопления в уже существующих домах. Этот сценарий упрощен и не кажется очень привлекательным. Более убедительным будет сценарий, в котором качество, доля на рынке и потребительское доверие возрастают со временем так, что тепловые насосы становятся сильным конкурентом в обеспечении низкоуглеродного отопления при доступной низкоуглеродной электроэнергии. Чтобы достичь этого, должен был бы быть обширный рынок тепловых насосов в существующем жилье задолго до 2030 года. Пути к главенствующему положению на рынке Поднимается вопрос о стимулировании установок тепловых насосов в имеющемся жилом фонде. Есть ли в этих постройках возможности для тепловых насосов, где их установка окажется с меньшими затратами и числом социальных и технических барьеров? Существующий новый жилищный фонд, где система отопления уже достигла конца ее срока службы (о пределах эксплуатации говорят, что это 15-20 лет) изолирован лучше, чем старое жилье, и может обогреваться низкотемпературным теплом без необходимости мер полной изоляции помимо низкотемпературной теплораспределительной системы. Это позволит снизить затраты и избежать срыва перехода на тепловые насосы. Ориентация на этот сектор жилья, который не подключен к системе газоснабжения, в будущем улучшила бы экономику. Еще одной такой целевой группой могут стать собственники социального жилья, а не частные владельцы, поскольку их можно привлечь низкими эксплуатационными затратами тепловых насосов (несмотря на высокие капитальные расходы) в интересах их арендаторов. Экологически ориентированные владельцы домов могут быть готовы к дополнительным расходам и неудобствам, участвуя в модернизации тепловых насосов, зная, что низко-

Февраль 2014

углеродистое электричество является той реальной возможностью, которая даст существенное сбережение углерода. Таким образом, в пределах главенствующей на рынке тенденции есть некоторые ниши для тепловых насосов, которые можно занять менее проблемно. Но, учитывая, что во многих случаях необходимо будет изменение систем теплораспределения, трудно понять, останется ли стоимость конкурентоспособной, если по-прежнему останутся относительно подобные сегодняшним оборудование и расходы на топливо/электричество. Пробелы в исследовании Еще осталось много пробелов в понимании того, как будет происходить переход к будущему лидированию тепловых насосов. Следующие вопросы относятся к числу тех, которые требуют дальнейшего исследования: • Где наиболее перспективные ниши для тепловых насосов в пределах имеющегося жилищного фонда? Они должны быть определены и выработана стратегия поощрения для внедрения тепловых насосов в это жилье. Эта стратегия, возможно, станет многоаспектной и будет охватывать как низкотемпературные системы отопления и модернизацию ресурсов тепловоздушной изоляции/герметичности, так и сами тепловые насосы. • Какой процент национального жилого фонда будет технически подходящим для установки теплового насоса сейчас и в будущем? NERA &AEA (2009) провели предварительное исследование, в котором весь британский жилищный фонд разбили на несколько типов и просмотрели техническую пригодность каждого вида тепловых насосов для каждого типа жилья. Более детально рассматривалось количество и характеристики зданий, подходящие для установки ГТН и ВТН. Необходимо было изучить технические проблемы, например, наличие свободной земли и доступа к ней в случае установки ГТН, воздействие шума на соседей для ВТН. • Как установить низкотемпературную тепловую систему в уже существующих зданиях с наименьшими затратами и разрушением? Как эту работу можно лучшим образом объединить со значительной модернизацией внешнего вида здания? В Великобритании программа «Модернизация для будущего» опробовала эти варианты с тепловыми насосами в некоторых из существующих зданий. Результаты этого исследования должны дать полезные сведения. • Есть ли риск, что массовая установка тепловых насосов увеличит потребление энергии на охлаждение летом? Как этот риск повлияет на нынешний (и ожидаемый в будущем) климат? Как можно его понизить? • Какой имеется опыт работы с тепловыми насосами у пользователей, особенно установивших их в старых домах? На второй год изучения компания EST должна дать некоторое представление об этом. • Какими усилиями мелкосерийных и раздробленных установщиков тепловых насосов (Bergman and Jardine, 2009) можно превратить в сектор, способный предоставлять высококачественную установку большого количества тепловых насосов?

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Заключительные размышления Обеспечение тепловым насосам главенствующего положения в существующем жилищном фонде, представляет собой реальную проблему. Маловероятно, что одной стратегией по возобновляемым источникам тепла можно этого достичь. Правительствам нужно принять более комплексные меры, предполагающие существенную модернизацию жилого фонда и замену нынешней тепловой сети на низкотемпературную. Имеющиеся исследования предлагают возможные пути модернизации жилого фонда (например, Fawcett and Boardman, 2009), но они довольно сложные. По-видимому, не была пока рассмотрена стратегия и в отношении систем теплораспределения. При отсутствии в будущем радикальной и комплексной низкоуглеродной стратегии, которая включала бы в себя повышение налогов на выбросы углерода и личные льготы по углероду, трудно представить, что тепловые насосы достигнут своих теоретических возможностей для подачи в большом количестве низкоуглеродистого тепла и горячей воды. Тепловые насосы представляют собой дилемму. С одной стороны их можно описать как проверенную технологию, которая подходит для массового рынка – они надежно и эффективно обеспечивают тепло и горячую воду, и которая, в сочетании с низкоуглеродным электричеством, может поставлять системы отопления и ГВС с очень низким содержанием углерода. Однако их можно охарактеризовать и как дорогостоящие и нарушающие целостность существующих зданий, подходящие немногим домовладельцам – только тем для кого желаемым результатом является снижение эксплуатационных затрат и выбросов CO2. Тепловые насосы являются технологией, которая может привести к повышению потребления электроэнергии на охлаждение летом, требует пиковой нагрузки и часто испытывает недостаток в полностью профессиональном промышленном монтаже. Для перехода на тепловые насосы потребуется устранение негативных аспектов этой технологии и обеспечение положительных характеристик, гарантирующих то, что они обещают.

В более отдаленном будущем, после 2030 года, теоретически тепловые насосы станут доступным низкоуглеродным вариантом отопления из-за наличия в Европе низкоуглеродного электричества. Однако теперь жизненно важно думать, как этот долгосрочный сценарий может поспособствовать расширению рынка тепловых насосов в краткосрочной перспективе, до 2020 года. Поддержка модернизации установок тепловых насосов в уже существующие дома может потребовать разработки стратегии в новых сферах, таких как дизайн низкотемпературных систем отопления, и, безусловно, будет необходимость в немалом согласовании различных разделов стратегии. Тепловые насосы показывают как взаимосвязанны различные события на пути к низкоуглеродному будущему: эта технология не может предоставить существенного снижения выбросов углерода, если у нас нет низкоуглеродного электричества, очень качественной теплоизоляции жилищного фонда и коммутатора низкотемпературных систем отопления. Сами тепловые насосы не смогут привести нас к низкоуглеродному будущему. Они смогут быть только следующей технологией, после завершения крупных энергетических и жилищных системных изменений. Источник: http://www.worcester-bosch.co.uk/

Тепловые насосы в жилом секторе

Заключение На сегодняшний день тепловые насосы являются нишевой технологией в ЕС и Великобритании. В

Швеции и Швейцарии тепловые насосы, установленные в новых домах, имеют существенную долю рынка отопления, а в Швеции также и национального рынка. Хотя повышение эффективности и снижение затрат делают тепловые насосы все более привлекательным вариантом, они вряд ли будут достаточны для перемещения тепловых насосов в господствующее положение на рынке. Выход из ниши новых построек в Великобритании для теплонасосов будет трудным, поскольку для хорошей работы им требуется низкотемпературная система отопления и высокий уровень теплоизоляции, а это не типично для существующего старого фонда. Эти требования добавляю расходов и неудобств при установке тепловых насосов. Нынешняя политика Европейского и национальных правительств стимулирует дальнейшее внедрение тепловых насосов, но маловероятно, что этого будет достаточно, чтобы сделать их главенствующими на рынке отопления.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Эффективность теплонасосных систем в реальных условиях эксплуатации M. Miara, D. Gьnther, R. Langner, Фраунгофер институт систем солнечной энергии ИСЕ, Германия Переведено энергосервисной компанией «Экологические Системы» Хорошо известна важность точных данных для реальной работы тепловых насосов. И хотя мы говорим об успешной технологии, все еще продолжается дискуссия относительно эффективности и эксплуатации тепловых насосов. Для выяснения этого и других вопросов Институтом систем солнечной энергии Общества Фраунгофера (Фрайбург, Германия) более 10 лет проводился проект крупномасштабного мониторинга. Особый упор был поставлен на теплонасосные системы в одноэтажных жилых домах, где наблюдалось около 200 таких устройств. Детальные измерения позволили провести не только оценку эффективности, но и анализ эксплуатационного режима, и таким образом дать ответы на важные вопросы.

Проекты применения тепловых насосов

Введение В этой статье описаны результаты трех проектов мониторинга, проведенных в разные периоды времени, начиная с 2005 года. Последний проект «Контроль тепловых насосов» только закончился и будет сопровожден дополнением «Контроль тепловых насосов плюс», где будет определен лучший передовой опыт по тепловым насосам. Главными общими целями для всех проектов стали оценка эффективности работы теплонасосных систем в жилых зданиях, поиск путей оптимизации системы тепловых насосов, их установки и систем контроля. Поэтому ежеминутно фиксировались значения объемного расхода, температуры, расхода тепла и электроэнергии и ежедневно отправлялись в штаб-квартиру Института систем солнечной энергии в Фраунгофе. Там они проходили автоматическую проверку достоверности. Полученные выводы касаются грунтовых (ГТН) и воздушных тепловых насосов (ВТН). Мониторинг проектов Основные характеристики трех проектов представлены на рисунке 1 через показатели – тип строений, количество контрольных тепловых насосов и продолжительность проекта.

Проект «Тепловые насосы в старых зданиях» касался установки тепловых насосов в немодернизированных постройках и финансировался компанией E.ON Energy AG. Было исследовано приблизительно 80 тепловых насосов. Эти насосы были установлены в домах, занимаемых клиентами компании, где ранее использовались жидкотопливные котлы. Целью проекта было изучение эффективности теплоснабжения зданий, оснащенных теплонасосными установками с высокотемпературным тепловым системами, приспособленными для старых строений. Кроме того, было сделано экологическое и экономическое сравнение использования жидкотопливной системы отопления [1]. В ходе проекта «Эффективность тепловых насосов» было проконтролировано приблизительно 100 тепловых насосов, установленных в новых отдельных жилых домах. Вместе с семью компаниями-производителями тепловых насосов и двумя компаниями-поставщиками электроэнергии (EnBW и E.ON Energy) Институт проверил, смогут ли электрические тепловые насосы удовлетворить требования к теплу в новых коттеджах. Проект получил 50% своего финансирования от федерального Министер-

Рисунок 1. Характеристики проектов мониторинга тепловых насосов Тип строения

Количество контрольных тепловых насосов, шт.

Сроки проекта, мес/год

Проект «Тепловые насосы в старых зданиях»

старые постройки

приблизительно 80

10.2006 – 12.2009

Проект «Эффективность тепловых насосов»

новые постройки

приблизительно 100

10.2005 – 09.2010

Проект «Контроль тепловых насосов»

новые постройки

приблизительно 90

12.2009 – 05.2013

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ства экономики и технологий (регистрационный номер 0327401А). В дополнение к финансированию, энергопоставщики и производители тепловых насосов поддерживали проект, поставляя объемы своей продукции [2]. Проект «Контроль тепловых насосов» только закончился, и окончательные результаты еще обрабатываются. В нем приняли участие одиннадцать немецких компаний-производителей тепловых насосов и электроснабжающая компания EnBW. Чуть больше половины из 90 проверяемых устройств проверялись и проектом «Эффективность тепловых насосов». Это увеличение объема проверок тепловых насосов увеличило срок исследования до шести лет. Так же как и проект «Эффективность тепловых насосов» это исследование ориентировано на анализ работы тепловых насосов в новых зданиях с низким энергопотреблением. Характеристики исследованных теплонасосных систем и установок Все эти проекты были направлены на рассмотрение характерных типов источников питания. Эта цель была успешно достигнута, поскольку были рассмотрены и грунтовые, и воздушные системы источников тепла. Однако, системы с использованием грунтовых вод (тепловые насосы типа вода-вода) были представлены в меньшей мере. Системы теплораспределения и подачи тепла соответствовали конкретным требованиям недавно построенных или немодернизированных зданий. Преобладание тепловых насосов с низкотемпературной системой распределения тепла хорошо видно в проекте «Эффективность тепловых насосов»

более 90% домов оборудованы полом с подогревом. В более старых зданиях тенденция обратная – более 95% устройств используют батареи как систему распределения тепла. Это неизбежно требует более высоких температур на входе, чем для систем подогрева пола. Для этих проектов средняя отапливаемая площадь пола исследуемого оборудования чуть больше 190 м2. В проекте «Эффективность тепловых насосов» устройства, которые контролировались, имели среднее удельное потребление тепловой энергии около 70 кВт*ч/м2 в год. Самый низкий и высокий расход тепловой энергии был 30 кВт*ч/м2 и 150 кВт*ч/м2 в год соответственно. Основываясь на показателях расхода жидкого топлива за последние пять лет, расчетная потребность в отоплении и горячем водоснабжении составила 177 кВт*ч/м2 в год с соответствующим наименьшим и наибольшим значением расхода 80 и 340 Вт*ч/м2 в год. Рабочие характеристики устройств, измеряемых в проекте «Контроль тепловых насосов», были подобны показателям производительности систем в проекте «Эффективность тепловых насосов». Системные условия для расчета сезонного фактора производительности (СФП) Сезонный фактор производительности рассчитывается по методологии проекта «Сезонный фактор и мониторинг эффективности теплонасосных систем в строительном секторе» (IEE/08/776/SI2.529222). На рисунке 2 показаны условия и параметры системы, которые используются для оценки систем тепловых насосов.

Терминология: СФП – сезонный фактор производительности теплового насоса (включая электрический резервный нагреватель) ОП – отопление помещений ГВС – горячее водоснабжение QH,тн – тепловая энергия, произведенная тепловым насосом для отопления помещений (кВт*ч) QW,тн – –тепловая энергия, произведенная тепловым насосом для ГВС (кВт*ч) QHW,bu – тепловая энергия, произведенная резервным электрическим нагревателем (кВт*ч) Efan or pump,in – электрическая энергия, которая используется источником теплового насоса для ОП и ГВС: вентилятором (для воздушных тепловых насосов) и конденсатным насосом (для грунтовых тепловых насосов) (кВт*ч). EHW,hp,in – электроэнергия, которая используется тепловым насосом для ОП и ГВС (кВт*ч) EHW,bu,in: – электроэнергия, которая используется электрическими резервными нагревателями для ОП и ГВС (кВт*ч).

Проекты применения тепловых насосов

Рисунок 2 Условия и параметры системы

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Для расчета сезонного фактора производительности (СФП) применяется следующая формула:

Сезонный фактор производительности является отношением тепловой энергии произведенной тепловым насосом и резервным нагревателем к энергии, потребляемой тепловым насосом, резервным нагревателем и вентилятором (для воздушных тепловых насосов) или конденсатным насосом (для грунтовых тепловых насосов). Эффективность воздушных тепловых насосов База данных варьировалась от проекта к проекту. Необходимо было индивидуально отбирать устройства, чтобы создать совокупность сопоставимых тепловых насосов. Между прочим, комбинация теплового насоса с солнечным тепловым нагревом, так и не была рассмотрена. В конце концов, из 20 тепловых насосов проекта «Тепловые насосы в старых зданиях», 18 насосов проекта «Эффективность тепловых насосов» и 19 из проекта «Контроль тепловых насосов» были составлены три почти равноценные группы, которые и могли быть проконтролированы. Период мониторинга в каждом проекте также отличался: • «Эффективность тепловых насосов» – 3 года (июль 2007 – июнь 2010) • «Тепловые насосы в старых зданиях» – 2 года (январь 2008 – декабрь 2009) • «Контроль тепловых насосов» – 1 год (апрель 2012 – март 2013)

Проекты применения тепловых насосов

Основные результаты для ВТН показаны на рисунке 3: • Голубая точка – среднее значение СФП для каждого проекта. • Серая линия – разброс значений СФП. • Серый ромб – предельное значения СФП.

Значения СФП существенно различаются: с одной стороны, от проекта к проекту, а с другой – в рамках каждого проекта. Наименьшее среднее значение СФП равно 2,6 в проекте «Тепловые насосы в старых зданиях». Это объясняется тем, что для этой отопительной сети требуется бόльшая температура по сравнению с двумя другими проектами. В старых зданиях, в которых используется распределительная тепловая система с батареями, температура подачи воды около 45 °C. Так как в других проектах отопление помещений производится с помощью подогрева пола, там температура подачи ниже – около 36 °C. Температура подачи для ГВС – около 49-51 °C. В этом контексте должна учитываться доля произведенной энергии для ГВС и отопления помещений (Рисунок 4). Увеличение доли используемой энергии на ГВС (от 14% в старых зданиях до 24% в новых постройках) отрицательно влияет на СФП из-за снижения эффективности в режиме ГВС. Это подтверждает общую тенденцию, которая появляется в новых зданиях с низким энергопотреблением. Другим аспектом низкой эффективности старых зданий является отсутствие специальных приспособлений для замены жидкотопливных котлов на тепловые насосы. Среднее значение СФП для новых строительных проектов составило 2,6 – 3,2. Главное различие можно объяснить разной установкой тепловых насосов. Измерения в последнем проекте начались как минимум на 3 года позже, когда уже были доступны новые, инновационные серийные производственные модели. Таким образом, были установлены тепловые насосы с управляемой мощностью компрессоров и вентиляторами. Влияние этих усовершенствованных систем на средний СФП очевидно. Однако, оно не на столько высоко, так как большинство проверяемых тепловых насосов попрежнему обычные. Новые тепловые насосы также влияют на долю электроэнергии (Рисунок 4). Доля подводимой энергии для питания вентиляторов и резервного нагревателя ниже, чем в проекте «Эффективность тепловых насосов».

♦

Рисунок 3. Сезонный фактор производительности (СФП) для ВТН, рассчитанный на основе различных проектов мониторинга

Февраль 2014

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Рисунок 4. Соотношение произведенной тепловой энергии и потребленной электроэнергии для ВТН Эффективность грунтовых тепловых насосов Общие условия работы ГТН описаны выше, они такие же, как и для ВТН. Факторы, влияющие на результаты в каждом проекте сходны, поэтому, в этом разделе они не будут подробно описаны. Большинство исследованных тепловых насосов (56 шт.) были из проекта «Эффективность тепловых насосов», 20 тепловых насосов – из проекта «Тепловые насосы в старых зданиях» и 9 систем было из проекта «Контроль тепловых насосов». Показатели СФП представлены на рисунке 5, а доли произведенной тепловой энергии и потребленной электроэнергии показаны на рисунке 6.

Более низкий средний СФП, равный 3.9, для проекта «Эффективность тепловых насосов» по сравнению с СФП, равным 4.3, для проекта «Контроль тепловых насосов» связан с вышеупомянутыми различными условиями работы и использованием инновационных тепловых насосов. В системах ГТН также увеличилось число устройств с использованием компрессоров с регулированием мощности, конденсатных насосов, а так же прямого испарения и датчиков СО2. Эффект от новейших систем так же заметен по количеству подводимой электроэнергии. В проекте «Эффективность тепловых насосов» первичный те-

♦

Рисунок 5. Сезонный фактор производительности (СФП) для ГТН, рассчитанный на основе различных проектов мониторинга

Проекты применения тепловых насосов

При наихудших условиях работы для ГТН самый низкий СФП, равный 3.3, был в старых зданиях. Хотя температура подачи (42 °C) была лучше, чем с ВТН в старых домах. Температура в новых зданиях

около 36 °C («Эффективность тепловых насосов») и 33 °C («Контроль тепловых насосов»). Температура ГВС – 48-51 °C.

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Рисунок 6. Соотношение произведенной тепловой энергии и потребленной электроэнергии для ГТН

Проекты применения тепловых насосов

пловой насос потребляет 6% всей электроэнергии, тогда как в последнем проекте – только 3%. В частности, тепловые насосы с использованием прямого испарения сильно влияют на эту долю. Также примечательным является неиспользование резервных электрических нагревателей. После того, как их применение в проекте «Эффективность тепловых насосов» привело к появлению неисправностей, эта проблема очевидно решается. Основные выводы Прежде всего, надежность исследованных систем может быть подтверждена: произошедшие неисправности были незначительны. Тем не менее, существуют большие возможности для повышения эффективности тепловых насосов. Как показано на рисунках 3 и 5, диапазон индивидуальных значений СФП достаточно широк. Сравнение соотношения измеренных СФП с разницей температур между источником тепла и теплоотводом с теоретической корреляцией обнаружило большое отклонение, указав на то, что большой разброс был результатом дополнительных причин. Можно отметить следующие аспекты, влияющие на энергопотребление: • простые конструкции (например, отсутствие буферного резервуара) являются более надежными в управлении и вызывают меньше проблем; • неправильное расположение термочувствительных элементов (особенно в комбинированных системах хранения) негативно влияет на стратегию нагрузок; • обычные тепловые насосы со сверхбольшой мощностью (особенно это касается тепловых насосов типа «вода-вода»); • применение традиционных основных тепловых насосов с вентиляторами вместо тепловых насосов с контролем мощности; • неполная герметизация трехходового клапана вызывает ненужные теплопотери; • подпиточные насосы часто работают излишне (24 часа вместо периодичности); • эксплуатация резервных нагревателей в си-

Февраль 2014

стеме ГТН (она не обязательна, если тепловой насос работает корректно); • гидравлическая неисправность балансировочного устройства; • плохая теплоизоляция. Веб-визуализация Работа по проекту «Контроль тепловых насосов» включает в себя создание общедоступного веб-сайта, где дается интерактивное представление результатов измерений [3]. На сегодняшний день, доступны результаты работы 26 тепловых насосов, охватывающие широкий спектр различных систем. Каждый тепловой насос показан вместе со своими основными данными о строительстве и тепловой системе, а также с объяснением результатов работы. Контрольная информация включает в себя ежемесячную потребность в электроэнергии на установленные цели. Ежемесячное производство тепловой энергии на отопление помещений и ГВС, конечно, показывают, как величины СФП. Ежедневные значения всех данных измерений для определенной гидравлической схемы показаны более детально. Анонимная онлайн визуализация нацелена как на потребителей, так и специалистов, заинтересованных в разнообразном использовании и реальной работе тепловых насосов.

Рисунок 7. Пример общедоступной онлайн визуализации измеренной информации на домашней странице проекта «Контроль тепловых насосов»

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ Заключение Хотя рентабельность теплонасосных систем и обеспечивает большие экологические и экономические преимущества в сравнении с системами, работающими на ископаемом топливе, высокая эффективность не может быть гарантирована автоматически. В этом отчете описано оборудование как с низкой производительностью, так и с высокой. Есть аспекты, которые явно играют важную роль для повышения эффективности системы в будущем. Они определяются подбором вида выбранной системы теплового насоса. Например, источник и система распределения тепла определяют в некоторой степени ожидаемую эффективность. Однако такие аспекты не всегда имеют важное значение. Удовлет-

ворены ли жильцы своей теплонасосной системой зависит не только от производителя, но также (и особенно) от вопросов проектирования, установки и эксплуатации самими жильцами. Формула сезонного фактора производительности теплового насоса кажется весьма простой – лучшие результаты можно ожидать от простых и надежных систем, которые правильно спроектированы, установлены и хорошо подходят к зданию и к источнику тепла. Кроме того, самый последний проект мониторинга подтверждает повышение величин эффективности в результате применения инновационных технологий тепловых насосов. Источник: http://www.heatpumpcentre.org/

Проекты применения тепловых насосов