Тепловые насосы. Учебное пособие

энергетический кризис, и привлекательность ТН снизилась. Началась замена хладагентов на R404а, R502 и R407с. В начале 1990-х гг. появились ТН «воздух–воздух», не вполне пригодные в условиях климата Швеции и работавшие с неполадками.

Но в эти годы появились и компактные пластинчатые теплообменники, позволившие снизить перепады температур, повысилась эффективность компрессоров. Коэффициент использования составил 2,5… 3,0 для грунтовых источников и 2,0… 3,5 – для​ воздушных в частных домах. В централизованном теплоснабжении на сточных водах этот коэффициент составил 2,5… 3,0.

Рынок ТН восстановился в 2000–2005 гг. Особенно это коснулось установок малой мощности, использовавших вентиляционный воздух. Усилились требования к теплоизоляции зданий, что снизило потребляемые для отопления мощности. Тепловые насосыуказанноготипапокрывалипотребностьпримернонаполовину,

аих применение стало обычным вомногих европейских странах.

В2001–2005 гг. образовался устойчивый рынок, преобладающими стали ТН с грунтовыми источниками для частных домов. Ихприменениеподдерживалосьгосударственнымипрограммами, но предпочтение отдавалось ТН «воздух–вода», не требовавшим больших затрат на размещение коллекторов в грунте. Совершенствовались системы управления, стандартным хладагентом стал фреон R407с.

Для систем централизованного теплоснабжения, скомбинированных с круглогодичным кондиционированием, коэффициент использования дошел до 4,0… 6,0.

В2006–2016 гг. доля домов, отапливаемых ТН, достигла 80 %. Распространению этих систем способствовали:

– субсидии правительства на замену традиционных систем теплоснабжения на ТН;

– рост строительства нового жилья;

– введение сертифицирования монтажных организаций. Для отопления офисных зданий было введено в эксплуатацию

до 100 мощных (200 кВт) ТН. Хладагентами стали фреоны R407с, R404а, R410а, R134а.

81

Рис. 41. Динамика и перспективы продаж ТН в Европе: а – ​статистика продаж с указанием долей

по типам теплообменников;

б– ​продажи 2015 г. по странам;

в– потенциал продаж в пересчете на 1000 домовладений (см. также с. 83)

82

в)

Швеция Норвегия Эстония Финляндия Дания

Швейцария Франция

Австрия Италия Испания

Португалия Польша Ирландия Чехия Германия Бельгия

Нидерланды

Литва Великобритания

Словакия Венгрия

Рис. 41. Окончание

Рекорд продаж ТН в Европе в 2016 г. составил 880 179 ед., включая 46  000 ТН «воздух–воздух» и 18  000 – ​«воздух–вода»: динамику и потенциал продаж ТН в странах Европы иллюстрирует рис. 41.

Рост продаж во многом связан с тем, что Франция, Швеция, Германия и некоторые другие страны ввели льготные программы, поощряющие установку ТН, поскольку капитальные затраты на них выше, чем на традиционные системы теплоснабжения.

План ЕС Европейского союза «20-20-20» предусматривает долюэнергииизвозобновляемыхисточников,равную20%отобщего энергопотребления. Применение тепловых насосов «воз- дух–вода» рассматривают как один из способов снижения тепловой нагрузки на окружающую среду и затрат на использование природного газа.

РынокТНразвиваетсявовсеммире.Краткорассмотримположение дел в различных странах.

83

ВНорвегии 98 % энергопотребления обеспечивается возобновляемыми источниками энергии, поэтому около 80 % домов отапливаются электричеством.

Из всех продающихся в Норвегии отопительных приборов

иустановок 90 % – ​это воздушные тепловые насосы. Их доля на энергетическом рынке постоянно растет. Государство субсидирует покупателей воздушных тепловых насосов (за исключением типа «воздух–воздух»), что позволяет жителям страны сэкономить до 20 % их стоимости.

Жители Германии традиционно отдают предпочтение индивидуальным источникам теплоснабжения, поэтому ТН здесь популярны. В разных регионах страны действуют программы по поддержанию альтернативной энергетики. Популярностью среди владельцев жилых домов пользуются ТН «воздух–вода», а владельцы многоквартирных жилых домов, производственных зданий и коммерческой недвижимости пользуются геотермальными ТН.

Во Франции существует налоговый кредит для покупки таких типов ТН:

– геотермальных – ​40 %;

– воздушных – ​25 %;

– низкой мощности для горячего водоснабжения – ​40 %. Также установлен на уровне 3,4 минимальный коэффициент

использования для геотермальных установок. Кроме того, существуют минимальные нормы производительности воздушных ТН в зависимости от температуры воздуха. В стране есть отдельные программы от различных организаций, местные и региональные системы поощрения, субсидии и дотации.

ВИталии действует 65 %-ный налоговый вычет для расходов на повышение энергоэффективности зданий, более известный как экологическая субсидия. С ежегодного одобрения правительства предоставляется 50 %-ный налоговый вычет для расходов на ремонт. Кроме того, для повышения энергоэффективности здания владелец может получить рассрочку, если затраты превышают 5000 евро.

84

Еще один фактор, способствующий распространению ТН, – ​ их частое использование в проектах по реконструкции зданий.

Основные покупатели теплонасосных установок в стране – ​ монтажные организации. На их долю приходится 60 % продаж, за ними следуют дистрибьюторы – 32​ %. Реже всех покупают ТН подрядчики – 5​ %, конечные потребители – 3​ %.

В Китае ТН «воздух–вода» появились в 2003 г. Этот сегмент рынка особенно бурно развивается с 2008 г. Ежегодный рост превышает 60 %. В 2014 г. введены новые стандарты энергоэффективности, что создало нормативные предпосылки для развития рынка, главным образом за счет бытовых ТН. В 2015 г. объем китайского рынка бытовых ТН «воздух–вода» оценивался в 10 млрд юаней(1,6млрддолл.),ав2020 г.превысил30млрдюаней(5млрд долл.). В ближайшее десятилетие ожидается более активное использование ТН «воздух–вода» в малых городах и селах Китая. В больших городах применение ТН стимулируется строительством «зеленых» энергоэффективных зданий.

После катастрофы на АЭС «Фукусима 1» правительство Японии поддерживает развитие и использование альтернативных источников тепловой энергии. В стране действуют программы субсидирования и дотаций теплонасосных систем. Самыми популярными являются ТН «воздух–вода». Из-за того, что японцы традиционно нагревают воду ночью, когда тариф на электроэнергию ниже дневного, энергоэффективность данных установок повышается.

Правительство США обязало строительные компании устанавливать ТН в каждой новостройке. Благодаря этому в стране выпускается более 1 млн установок ежегодно.

На 2017 г. более 10 % жилых зданий в стране обеспечены тепловыми насосами. Для повышения их энергоэффективности активноустанавливаютсолнечныеколлекторы,которыепозволяют снизить потребление электроэнергии на 25 %.

Таким образом, предвидение Томпсона сбывается: ТН становятся наиболее перспективным средством теплоснабжения, их окончательное доминирование на мировом рынке неизбежно.

85

6.3.Тепловые насосы в России

Встране с гигантскими (но вполне исчерпаемыми) запасами углеводородного сырья, формирующей значительную часть бюджета за счет нефтегазового сектора, тема ТН как основного средства теплоснабжения может показаться надуманной. До последнего времени к ней так чаще всего и относятся. Более того, именно низкая стоимость органического топлива и, как следствие, тепловой и электрической энергии, является основным препятствием на пути ТН любого типа и производительности.

Но такой подход стратегически неразумен по следующим причинам.

ВРоссии много труднодоступных районов и областей с экстремальным климатом, куда нерентабельно прокладывать газопроводы и вести линии электропередачи из-за малочисленности потребителей и малых, в масштабах регионов и страны в целом, потребностей в теплоснабжении. Завоз горючего в бочках, преобладающий в этих случаях, обходится дорого и загрязняет окружающую среду.

Мировая тенденция, исходя из конечных и невозобновляемых запасов углеводородов, направлена на то, чтобы сделать их применение в качестве топлива значительно менее выгодным.

Тенденция к созданию «зеленой» энергетики, квоты на выбросы и санкции за вред, причиненный окружающей среде, снижают конкурентоспособность отечественной продукции на мировых рынках.

Задачи природосбережения в России могут быть успешно решены только при смене стратегии в теплоснабжении, которую способны обеспечить ТН при их широком и заинтересованном применении.

В1920 г. первые исследования ТН начал В. А. Михельсон.

В1930-х гг. этой тематикой занялись в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского, Всесоюзном теплотехническом институте им. Ф. Э. Дзержинского, Центральном котлотурбинном

86

институте им. И. И. Ползунова и в других организациях. Все работы носили теоретический и обзорный характер.

В1950-е гг. появилась благоприятная промышленная база длякрупномасштабногопримененияТН.Былипредложенысхемы с различными источниками низкопотенциальной энергии.

В1952 г. состоялось всесоюзное совещание по применению ТН в народном хозяйстве. При общей положительной оценке ТН были признаны нерентабельными в условиях дешевизны углеводородного топлива, однако работы по их исследованию и совершенствованию продолжались с ориентацией на перспективу.

Вконце 1950-х гг. в г. Волжском появилась система теплоснабжения в кинотеатре «Спутник», в которой два ТН работали на водяную систему отопления, а один – ​на воздушную.

В1986–1989 гг. ВНИИХОЛОДМАШ разработал ряд парокомпрессионныхТНтепловоймощностьюот17кВтдо11,5МВт. Десять типоразмеров предполагались для работы по схеме «вода–вода» и два – ​«вода–воздух».

В1987–1992 гг. были выпущены ТН четырех типоразмеров (ТХУ14, НТ100, НТ300 и НТ8500) общей тепловой мощностью 40 МВт. Два ТН НТ8500 общей мощностью 17 МВт работали на Светлогорском целлюлозно-бумажном комбинате, используя в качестве источника низкопотенциальной энергии контур охлаждения технологической воды.

В1990-х гг. все ТН оказались невостребованными и устаревшими, а использовавшийся в них фреон R12 попал под запрет.

В2006 г. компания Daikin представила на российском рынке тепловые насосы, но востребованность этого оборудования в нашей стране оказалась небольшой. Максимум спроса на тепловые насосные установки в России пришелся на 2013 г., когда было продано 1800 ед. оборудования.

В2017 г. объем рынка непревышал 850 ТН. Сто тридцать изних составили ТН «воздух–вода» для отопления и горячего водоснабжения общей стоимостью 495  000 долл. США. Кроме того, было

87

продано 280 установок для подогрева воды в бассейнах на сумму

178  000 долл.

Положительным можно счесть лишь пример Новосибирской области – ​одного из центров, где производятся ТН. В результате региональной программы энергосбережения ЗАО «Энергия» в последние годы внедрено свыше 200 ТН различной мощности.

Сегмент ТН в России очень мал и с каждым годом становится меньше. Собственного производства ТН в Российской Федерации нет, а импортные системы очень дороги, поэтому увеличение продаж данной техники не прогнозируется.

Несмотря на это и в нашей стране ТН станут основой теплоснабжения в будущем, поскольку истощение запасов органического топлива и повышение его стоимости неизбежны.

Применению ТН в России препятствуют в первую очередь большие капитальные затраты: установка газового или электрического котла превышает затраты на приобретение и установку ТН в 8… 10 раз. Тепловые насосы с грунтовым источником низкопотенциальной теплоты требуют дорогостоящих земляных или буровых работ. На участке, занятом горизонтальным коллектором, нельзя возводить сооружения, сажать деревья и кустарники. Тепловые насосы «воздух–воздух» неэффективны из-за суровых климатических условий на большей части страны.

Российский климат с зимними температурами –10 °C и ниже требует установки дополнительных источников теплоснабжения. Возможности дорогостоящих ТН не обеспечивают тепловой режим в самое необходимое время.

Рекламируемый срок окупаемости в течение семи лет также вызывает обоснованные сомнения.

Решительный поворот потребителей в сторону ТН возможен, когда их преимущества станут очевидными и поддающимися расчету в рамках экономики государства. Важную роль могут сыграть и государственные льготы, если государство сочтет их полезными и/или необходимыми.

88

6.4. Рынок тепловых насосов

Тепловые насосы производят и поставляют в Россию многие фирмы, но следует учитывать, что далеко не все производители оказывают сервисную поддержку, поставляют запчасти и ведут квалифицированный монтаж.

К фирмам на основе немецкого капитала относятся Buderus, Watercotte, Rehau, Stiebel Eltron, Vaillant, Viessmann, Wolf Dimplex.

Присутствуют на рынке производители Heliotherm, Ochsner (Ав-

стрия), Atlantic (Франция), Climate Master, Carrier, Aertec, Fhp Mammoth(США),ThermocoldClimaveneta(Италия),PzpKomplet, G-mar (Чехия), Hoval (Лихтенштейн), Geothermix (Канада), Geothermal Solar (Ирландия). Хорошо представлен международный концерн Danfoss. Известны китайские и японские бренды

General, Mitsubishi Heavy Industries, Daikin, Hitachi, Clint, Lennox, Fujitsu.

ПроизводительностьТНможетдостигать80кВт(Heliotherm), коэффициент мощности колеблется в пределах 4,4… 5,2. Максимальная температура в контуре отопления обычно составляет

50… 65 °C. Такие модели, как Logatherm от Buderus, Fighter 1145 и 1245 от Nibe, ряд моделей от Stiebel Eltron, все модели geoTHERMAL от Vaillant Vitocal 200-G, Vitocal 300-G от Viessmann, BWS от Wolf снабжены системами электрообогрева при пиковых нагрузках. Мощность нагревателей колеблется в пределах 2… 9 кВт.

Nibe и Stiebel Eltron позволяют соединять свои ТН в каскад до 6… 9 ед.

Особый интерес для теплоснабжения многоквартирных зданий и других объектов городской застройки представляют крупные ТН. В типе «вода–вода» выделяются модели Vaillant flexoCOMPACT exclusive, Watercotte Ai1 Geo 5010.5.

На российском рынке с 1990 г. существует ЗАО «Энергия», которое запустило 126 ТН различной мощности (от 1,1 до 6 кВт).

Это ТН марок НТ 110, НТ 300, НТ 500, НТ 360, НТ 1000,

НТ 3000. Ведутся работы по созданию модели НТ 6000.

89