$

Тепловой насос: жизнь между градусами

Тепловой насос: жизнь между градусами

Андрей Конеченков, директор проектов возобновляемой энергетики НТЦ «Психея»

konechenkov@ukr.net

Опухла Полина, журналист НТЦ «Психея»

opuhlapy@ukroil.com.ua

Об условиях, которые предопределяют экономическую эффективность использования тепловых насосов в Украине. 

В Министерстве энергетики и угольной промышленности все чаще стали говорить об огромном потенциале геотермальной энергетики, ошибочно подразумевая под его реализацией полномасштабное внедрение тепловых насосов. В сложившейся ситуации необходимо разграничить геотермальные энергостанции и системы, в основе которых лежит принцип использования разницы температур, – тепловые насосы.

Начнем с того, что тепловые насосы – это не гео­термальная энергетика, под которой подразумевается производство электрической и тепловой энергии на геотермальных станциях (ГеоТЭЦ) за счет тепловой энергии, содержащейся в недрах Земли. Как правило, строительство ГеоТЭЦ ведется в регионах, где горячие воды приближены к поверхности земной коры. В первую очередь – это районы активной вулканической деятельности с многочисленными гейзерами. Основным источником энергии для геотермальных станций является постоянный поток тепла из раскаленных недр.

Так какое же отношение к производству электрической и тепловой энергии за счет геотермальных ресурсов имеет тепловой насос и что же это вообще такое?

Согласно Директиве Европейского парламента и Совета 2010/31/EC от 19 мая 2010 г. об энергосбережении зданий, статья 2 пункт 18 «Тепловой насос» – машина, устройство или установка, предназначенная для передачи тепла от естественной среды, такой как воздух, вода или грунт, зданию или промышленному помещению путем превращения естественного потока более низкой температуры в тепловой поток с высокой температурой. Для реверсных насосов тепло здания может отводиться в окружающую среду».

С точки зрения физического процесса, тепловой насос – это устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. В теплонасосной установке низкопотенциальная природная энергия вторичных энергоресурсов преобразуется в энергию более высокого температурного потенциала, пригодную для практического использования.

Эта универсальная машина объединяет в себе отопительный котел, источник горячего водоснабжения и кондиционер. Высокая востребованность этих устройств обусловлена экономичным потреблением энергии и высокой интенсивностью теплоотдачи. Работает такая система за счет электро­энергии, однако выдаваемая тепловая мощность может быть в разы больше, чем если бы была произведена только за счет электричества. Как правило, эффективность работы тепловых насосов зависит от использования различных технологических схем.

Эффективность и технологии использования

Существует несколько видов тепловых насосов, которые отличаются друг от друга в зависимости от источника тепловой энергии. Для работы тепловых насосов используются в основном вторичные энергетические ресурсы или возобновляемые источники энергии. В зависимости от вида теплоносителя во входном и выходном контурах тепловые насосы (ТН) подразделяются на классы «грунт-вода», «грунт-воздух», «вода-вода», «вода-воздух», «воздух-вода», «воздух-воздух». Так, аэротермальные тепловые насосы типа «воздух-воздух» и «воздух-вода» в качестве низкопотенциального источника используют воздух, водяные типа «вода-вода» соответственно используют энергию воды природных и искусственных водоемов, а геотермальные тепловые насосы типа «вода-вода» или «рассол-вода» базируются на использовании энергии грунта и грунтовых вод.

Тепловой насос «грунт – вода»

Грунт – это, пожалуй, наиболее универсальный источник рассеянного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и подогревается изнутри от земного ядра. При этом он всегда «под ногами» и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды, ведь на глубине нескольких метров температура практически постоянна в течение всего года.

Необходимая энергия собирается теплообменником, погруженным под землю, аккумулируется в носителе, который затем насосом подается в испаритель и возвращается обратно за новой порцией тепла. В качестве такого переносчика энергии используют незамерзающую жидкость на основе этиленгликоля или пропиленгликоля.

Существует два типа грунтовых насосов: грунтовой коллектор и грунтовой зонд. Выбор системы зависит от особенностей каждого участка, его площади, геологии и т.д.

Грунтовой коллектор представляет собой длинную трубу, горизонтально уложенную в виде змеевика под слоем грунта (1,2 – 2 м). Как правило, используемую территорию нельзя задействовать под выращивание каких либо овощей или ягодных культур, деревьев.

Грунтовые зонды (вертикальные коллекторы) – это системы длинных труб, опускаемых в глубокую скважину (50-150 м). Здесь нужно совсем немного земли, зато требуются дорогостоящие бурильные работы (от $20/м).

Тепловой насос «вода-вода»

Источником низкопотенциального тепла в данном типе тепловых насосов могут быть незамерзающие водоемы (реки, озера) или почвенные воды (скважины), а также сбросовая вода технологических установок. Сами насосы во многом аналогичны тепловым насосам, которые работают на земляном контуре. Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой годовая эффективность применения устройств типа «вода-вода» оказывается наивысшей. Если источником тепла является водоем, то контур полиэтиленовых труб укладывается на его дно.

При использовании почвенных вод воду из одной скважины подают насосом прямо в испаритель, а сливают во вторую скважину. Для использования грунтовых вод еще необходимо получить разрешение соответствующих ведомств.

В «водном» контексте интересен опыт Швеции, где 50% энергии для отопления обеспечивают геотермальные тепловые насосы. Представьте, в Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается тепловыми установками общей мощностью 320 МВт, для которых источник тепла – Балтийское море с температурой 8 ºС. Тепло морской воды посредством тепловых насосов нового поколения обеспечивает централизованное теплоснабжение многих приморских городов в Норвегии.

Тепловой насос «воздух-вода»

По универсальности применения в наших климатических условиях этот тип насосов пока проигрывает другим разновидностям. Хотя сами насосы дешевле, и прокладки труб или бурения скважин не требуется, из морозного воздуха много тепла не отберешь.

Так, при значительных низких температурах (-20 ºС и ниже) работает только электрический нагрев, при -10 ºС для обогрева установка периодически подключает электрические ТЭНы. Поэтому такие тепловые насосы рекомендуется использовать только в южных областях нашей страны.

Как отмечают в Национальной ассоциации Украины по тепловым насосам (UHPA), «при температурах воздуха ниже -15 ºС отапливаемые тепловые насосы работают с пониженным коэффициентом трансформации (меньше 2) и нуждаются в резервирования другими источниками тепла».

В последние годы, в связи с ухудшением вентиляции жилья из-за широкого применения новых герметичных окон со стеклопакетами, ТН «воздух-вода» получили дополнительное развитие. Помимо отопления и подготовкой горячей воды, некоторые модели ТН могут использовать тепло отточного воздуха помещений, обеспечивая таким образом рекуперацию тепла.

В Северной Европе, где температура может опуститься до -40 ºС, тепловые насосы не могут соперничать с тепловыми бойлерами, поэтому производители кондиционеров и котлов для этих регионов разрабатывают гибридные системы, которые могут работать при очень низких температурах.

По данным профильного журнала JARN (Japan Air Conditioning, Heating&Refrigeration News), максимальный объем европейского рынка тепловых насосов «воздух-вода» был отмечен в 2008 г., – 300 тыс. устройств. Наступивший вскоре экономический кризис стал причиной сокращения рынка, а в 2013-м количество устройств составило 221 тыс.

Второй класс тепловых насосов «воздух-воздух» исключает необходимость использования промежуточного теплоносителя (воды), а тепловая энергия напрямую передается воздуху, обеспечивающему отопление зданий.

Наибольшее распространение на европейском рынке получили именно тепловые насосы класса «воздух-воздух». Данные устройства особенно востребованы в государствах северной части Европы: Финляндии, Швеции, Норвегии. Если до 2005 г. в Скандинавских странах с суровым климатом предпочтение отдавалось грунтовым тепловым насосам, то с появлением низкотемпературных сплит-систем, имеющих нижний предел эксплуатации на обогрев до -20…-25 ºС, отмечается буквально взрывной скачок спроса на такие аэротермальные тепловые насосы.

В силу некоторых обстоятельств, в противовес европейским странам, насосы типа «воздух-воздух» в Украине не распространены. «Наша ментальность такова, что отопление у нас делается только водяное», – утверждает директор компании «В.Д.Е. – Украина» Эдуард Пастушенко, «впрочем, отопление воздухом хорошо тем, что позволяет мгновенно прогреть помещение. Это можно считать и недостатком, по крайней мере, в наших условиях, при частом отключении электроэнергии: если выключится воздушная система отопления, дом быстро остынет. В то же время, водяные системы более инерционны. Теплый пол в несколько тонн бетона, разогретый до температуры 35, ºС отдает тепло в помещение очень долго».

От чего зависят перспективы

Как свидетельствует отчет по европейскому рынку тепловых насосов, подготовленный Европейской ассоциацией тепловых насосов (EHPA), в 2014 г. количество тепловых насосов, проданных в 21 стране, выросло на 3,5% (796 746 ед.). Десятку стран по объемам продаж возглавила Франция, за ней следуют Италия и Швеция. Ежегодно в этих страх продается более 100 тыс. установок. В Германии, Финляндии, Норвегии, Испании количество проданных единиц за год составляет 50 тыс.

Эксперты считают, что технологии тепловых насосов еще находятся в стадии непрерывного совершенства и можно ожидать двух-трехкратного повышения их эффективности в период до 2030 г.

Европейская ассоциация тепловых насосов) призвала Европейскую комиссию поставить данную технологию в центр политики Энергетического союза. По прогнозам Мирового энергетического совета (МИРЭС), к 2020 г. в развитых странах 75% систем отопления и горячего водоснабжения будет использовать тепловые насосы. За период с 2010-го по 2020 г. в Германии ожидается трехкратное увеличение продаж ТН и снижение продажи отопительных котлов с 84 до 57%. Во Франции за тот же период времени прогнозируется рост внедрения тепловых насосов в системах отопления в два раза и снижение продаж котлов с 82 до 67%.

Мировому признанию тепловых насосов способствует поддержка государств по субсидированию их покупки. Налоговые кредиты на установку тепловых насосов были доступны во Франции с 2005 г. В Бельгии на установку тепловых насосов дается субсидия в размере 75% от его стоимости. В Японии – субсидия от $450 для бытового использования, и $1 500-2 300 – для коммерческого. Скандинавам при строительстве много­этажных зданий каждое строение в обязательном порядке оборудуется теплонасосными станциями для обеспечения дома автономной системой кондиционирования, отопления и обогрева воды.

Украинский вектор

В стремлении полностью отказаться от потребления природного газа, в прошлом году ТРЦ Ocean Plaza заявил о намерении инвестировать 20 млн грн в проект по установке грунтовых тепловых насосов. В организации выразили надежду, что проект окупится за 3,6 года и поможет сократить на 90% потребление природного газа в зимнее время и до 35-40% электроэнергии на кондиционирование – в летнее.

Вместе с тем, по словам Э. Пастушенко, тепловые насосы сегодня покупают в основном частные лица, использующие их для отопления своих коттеджей.

«Сегодня основные потребители тепловых насосов – заказчики, у которых имеются проблемы с газом. Если у человека есть возможность провести газ недорого, он вряд ли будет устанавливать тепловой насос», – сказал он.

Для того чтобы вывести Украину из кризисной ситуации в сфере теплоснабжения, в Национальной ассоциации Украины по тепловым насосам призывают использовать альтернативную энергию окружающей среды во вссем ее разнообразии. Это, в частности, мощные вторичные сбросные тепловые ресурсы техногенного происхождения (вентиляционные сбросы, канализационные, сбросные воды водооборотных промышленных циклов, шахтные воды, выходные дымовые газы, горячие шлаки и т. д.)

В обнародованном плане правительства на 2016 г. предусмотрено внесение изменений в Закон «Об альтернативных источниках энергии» по отнесению тепловых насосов к оборудованию, которое использует возобновляемые источники энергии». Согласно этому законопроекту энергия, вырабатываемая тепловыми насосами, относится к энергии из возобновляемых источников при условии, что тепловой насос произвел энергии больше, чем потребил.

Проект закона, в случае его принятия Верховной Радой Украины, должен привести в соответствие с Директивой 2009/28/ЕС определение понятия «альтернативные источники», в которые добавляются гидротермальная и аэротермальная энергии. Помимо необходимости существования в Украине понятного для практиков законодательства, остается главным вопрос о том, окажет ли наше правительство финансовую поддержку развитию теплонасосного направления, как это делают в станах Евросоюза, или все останется в виде громких деклараций с подменой технологических понятий, как это сегодня происходит с гео­термальной энергетикой.

Мнения экспертов

Алексей Хабатюк, международный эксперт по вопросам изменения климата, глава наблюдательного совета Фонда целевых экологических инвестиций:

«Идея проста, как доска. А реализация – кривая, как наши дороги.  (о внесении изменений к Закону Украины «Об альтернативных источниках энергии» относительно отнесения тепловых насосов к оборудованию, которое использует возобновляемые источники энергии – ред.), предлагает:

  • дополнить определение термина «альтернативные источники энергии» новыми видами энергии – аэротермальной и гидротермальной.

Прекрасно! Но каким законом определены именно термины «аэротермальная энергия» и «гидротермальная энергия»? Нигде они не определены! Как, кстати, и другие виды. Догадайся сам.

  • Дополнить статью 10 такой частью: «тепловая энергия, произведенная тепловыми насосами из аэротермальной, гидротермальной или геотермальной энергии, считается такой, что произведена из ВИЭ при условии, что годовой объем производства тепловой энергии таким насосом больше, чем объем тепловой энергии, затраченный на производство электрической энергии, потребленной тепловым насосом».

Во-первых, причем здесь статья 10? Статья 10 имеет название «Особенности использования альтернативных источников энергии» и описывает отдельные общие особенности использования всех альтернативных источников. Предложенный же текст фактически устанавливает требования к эффективности трансформации энергии.

Во-вторых, часть предложения «что произведена из возобновляемых источников энергии» – это просто терминологическая ошибка, потому что закон не об «возобновляемых источниках энергии», а об «альтернативных источниках энергии». Такие уж реалии украинского законодательства.

В-третьих, в текст закона вводится термин «тепловой насос», который другими законами не определен. Отмазка, что в Директиве 2009/28/ЕС он не определен, не проходит, потому что сама директива в этом вопросе ссылается на другое решение комиссии.

В-четвертых, тепловые насосы работают не только на электроэнергии, но и на других видах энергии или видах топлива.

В-пятых, фраза «объем тепловой энергии, затраченной на производство электрической энергии, потребленной тепловым насосом» влечет за собой необходимость знать, а сколько же именно тепловой энергии было потрачено на производство электроэнергии.

Закон не признает и не предоставляет полномочий любому ЦОИВ (центральному органу исполнительной власти – ред.) установить эту величину или определить процедуру такого установления. Этому вопросу в ЕС посвящены отдельные руководящие указания. О том, что не для всех видов электрогенерации можно применить фразу «объем тепловой энергии, затраченной на производство электрической энергии», даже говорить не хочется.

Сергей Сапегин, директор научно-технического центра «Психея»:

«Существует ряд проблем в сфере применения тепловых насосов, о которых не говорят представители профильных компаний, но которые важно учесть при проектировании системы. Во-первых, тепловые насосы не решают на 100% проблему энергообеспечения помещения. В холодную зиму потребуется комбинирование систем, что поставит перспективу желаемой экономии денег на отопление под вопрос. Второе – это действующее ограничение по мощности электрических сетей. Перед принятием решения об установке устройства необходимо оценить пиковое потребление мощности установленных приборов с учетом теплового насоса. Суммарная мощность не должна превышать допустимую согласно договору с поставщиком электроэнергии величину. Для большинства потребителей эта проблема может оказаться неразрешимой.

Экономическая целесообразность установки теплового насоса того или иного типа определяется рядом условий. Справедливо ли считать тепловые насосы панацеей энергоснабжения и гарантом «газонезависимости» для Украины? Читайте об этом в одном из следующих выпусков «Терминала», где мы на конкретных примерах покажем, за сколько и при каких условиях в нашей стране способен окупиться тепловой насос».

Источник: «Терминал» №13 (807) от 28 марта 2016 г.

Оформить подписку на издание

Автор:

(Всего статей: 1350)

ЖурналистСвязаться с автором

Если вы нашли в статье ошибку, выделите ее,
нажмите Ctrl+Enter и предложите исправление
  • Дидим

    «Во-первых, тепловые насосы не решают на 100% проблему энергообеспечения помещения. В холодную зиму потребуется комбинирование систем……»
    Вот очередная статья о тепловых насосах и опять либо мало понимания принципа его работы, либо полное отсутствие способности доносить свои сакральные знания до потребителя.

    Тепловой насос не решает вообще проблемы энергообеспечения. Это нагревательный прибор (нагревательный зимой или охладительный летом). Тепловой насос греет «слабо», так как греет «там» сжатый компрессором газ ( как правило это хладагент.) Чтобы греть «сильно» надо сильно сжимать, а тогда смысл пропадает и вообще тогдапроще греть кипятильником. По-скольку «слабо» это 30-40С, то эти градусы должны быть «везде» в вашем помещении. Как правило это теплый пол, но если не хватает тепла от него- от пола ( если с калькулятором знаком, то кВт сможешь посчитать правильно ) за счет слабого конвективного теплообмена, то надо еще к стенке и фэнкойл прикручивать. Это такая штука, очень похожая на кондиционер, только внутри течет теплая/холодная жидкость. Снаружи от части сплита не отличить.

    Теперь про улицу. Закон сохранения энергии ни кто не отменял ( пока еще) и сколько тепла дома получишь — столько холода надо на улицу выбросить.

    Встречал людей, которые «выбрасывали» холод на улицу, закапывая медную трубу. И с первого вида не глупые люди.) С первого. Если опустить такие слова как «термодиффузия», то «на пальцах» нельзя слишком сильно «выбрасывать» холод иначе окружающее тепло не успеет его греть. Это как мусор выбрасывать. Природа многое может переработать, но если гадить много, то она — природа не успеет его-мусор переработать. Так и тут.

    Кроч образование надо и тогда и тепла и холода хватит на весь дом и ничего «догревать», для обогрева не надо будет. ГВС это отдельно.
    С уважением из Санкт-Петербурга.

  • Tania Moonlight

    Планируем установить тепловой насос сандез, компания альт-енерджи, их сайт alt-energy.in.ua, кто скажет на сколько эффективен тепловой насос и стоит ли?

  • Александр Бублик

    Планирую установку воздушного теплового насоса типа «воздух-воздух» GALACTIC, https://galactic.ua Есть у кого-то опыт использования? Поделитесь!

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

  • Для отображения содержимого включите AdobeFlashPlayer по ссылке

    Get Adobe Flash player

Дискуссия

  • Європейська комісія рекомендувала російському ПАТ «Газпром» укласти довгостроковий транзитний контракт із новим оператором української газотранспортної системи.

    Про це повідомила пресслужба НАК » Нафтогаз України» Facebook.

    «Єврокомісія рекомендувала Газпрому заключити довгостроковий контракт на значний обсяг за європейськими правилами і з новим українським оператором ГТС, бо це відповідає комерційним інтересам усіх сторін та забезпечує енергетичну безпеку Європи. Це правда», — написали у Нафтогазі.

    НАК наголошує, що російські державні ЗМІ натомість вдаються до фейків.

    «Спроби російських державних ЗМІ переконати когось у тому, що ЄС підтримує прагнення Росії отримати контракт за допомогою політичного тиску — неправда… Будьте обережні, перевіряйте інформацію і її джерела. Такого в найближчі місяці буде багато», — зазначили у Нафтогазі.

    Українська компанія також додала, що Єврокомісія не підтримує прагнення Газпрому за допомогою політичного шантажу уникнути виконання законного арбітражного рішення в Стокгольмі.

    «Термінал» писав, транзитний контракт з Газпромом може бути підписаний за умов повного виконання Україною європейських правил з відділення оператора ГТС. Про це під час п’ятого Українського газового форуму сказав міністр енергетики та захисту довкілля Олексій Оржель.

    Читать все: Анекдоты, газ, Компании, Официоз, Торговля, энергетика

  • Китай продает СПГ уже и Японии
  • Энергосистемы Латвии и Эстонии свяжет новый «энергомост»
  • Нельзя помочь тому
  • Он любил курить на рабочем месте

Архивы

РЕКЛАМА

Использование материалов «http://oilreview.kiev.ua» разрешается при условии ссылки на «Терминал».

Для интернет-изданий обязательна прямая, открытая для поисковых систем, гиперссылка в первом абзаце на конкретный материал.


Please leave this field empty.

Ваши Имя Фамилия (обязательно):

Ваш контактный телефон:

Ваш E-Mail (обязательно):

Ваше сообщение:

Исправить это! :)

Ошибка:

Как правильно: