Стоимость внедрения тепловых насосов различных типов

Тепловые насосы для производственных помещений

Тепловые насосы, активно используемые в наши дни в отопительных и технологических циклах промышленных предприятий, еще совсем недавно практически не рассматривались как системы отопления. Причиной этому была относительно невысокая стоимость традиционных энергоносителей, в связи с чем модернизацию имеющихся климатических систем производить было нецелесообразно.

Учитывая нынешний рост цен на тепловую и электрическую энергию, большинство компаний находятся в поиске нетрадиционных методов получения тепловой энергии. Решение этого вопроса состоит во внедрении высокопроизводительного оборудования и инновационных технологий на базе применения тепловых насосов.

Преимущества использования теплонасосных установок

  • Возможность употребления в качестве источников низкопотенциальной теплоты вентиляционных выбросов и стоков, охлажденных технологических вод, что позволяет значительно увеличить коэффициент теплопроизводительности ТН (СОР) и существенно уменьшить производственные нагрузки на системы охлаждения и охладительные башни (градирни).
  • Существенное сокращение количества органического топлива, сжигаемого для работы котельных установок, что в итоге приводит к улучшению экологической ситуации в зоне прилегающего воздушного бассейна.
  • Промышленные тепловые насосы обеспечивают одновременное снабжение потребителей как тепловой, так и охлаждающей энергией, что является крайне важным моментом в технологическом цикле любого промышленного предприятия.
  • Теплонаносные установки идеально трансформируют тепло, а также являются прекрасными термобалансировочными системами, обеспечивающими эффективное расходование любых видов энергии.

Способы внедрения промышленных тепловых насосов

В современном производстве существует масса различных способов внедрения высокопроизводительных тепловых насосов. Наиболее популярными из них являются: установка воздушных климатических систем в виде инверторных кондиционеров, возведение универсальных теплопунктов, внедрение на базе теплогенераторов, монтаж тепло-холодильного оборудования с водяной петлей и т.д. Одним из перспективных направлений в этой области является употребление блочно-модульных теплонасосных установок, предназначенных для кондиционирования, отопления и снабжения горячей водой производственных зданий.

Блочно-модульные теплонасосные установки

Блочно-модульные установки данного типа выпускаются в обширном диапазоне мощностей (50 – 300 кВт), что обеспечивает их успешное использование в целых производственных комплексах. Конструктивно такая установка представляет собой металлический контейнер с утепленными ограждающими конструкциями и несущим каркасом. Для удобного монтажа, обслуживания и сохранности оборудования в устройстве модуля предусмотрен закрывающийся дверной проем.

На специальной раме внутри контейнера устанавливаются технологические узлы, среди которых можно выделить:

  • Высокопроизводительный тепловой насос;
  • Циркуляционные установки;
  • Теплообменники;
  • Блок контроля, защиты и сигнализации;
  • Система водоподготовки, оснащенная баком-аккумулятором;
  • Контрольно-измерительные приборы и гидравлическая запорно-регулирующая арматура.

Использование представленных устройств в качестве теплотрансформаторов открывает потребителям массу возможностей. Учитывая то, что блочно-модульная теплонасосная установка поставляется на предприятие в виде готового к эксплуатации изделия, ее монтаж может быть выполнен в минимальные сроки без привлечения подрядчиков. Это также позволяет внедрять данную установку не только на готовые, но и на строящиеся производственные объекты.

Внедрение такой климатической установки избавляет от необходимости строительства капитального сооружения, поскольку контейнер со всем оборудованием абсолютно герметичен и идеально утеплен. Возможность функционирования установки в автоматическом порядке обеспечивает оптимальный режим работы всех теплопотребителей и позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала.

Промышленный тепловой насос имеет достаточно простую технологию монтажа. Установленный в удобном для потребителей месте контейнер подключается по гидравлической схеме — к системам теплопотребителей (ГВС, отопление) и к источнику утилизируемого тепла (технологические, сточные воды). Электроснабжение объекта выполняется согласно принципиальной схеме, после чего оборудование считается готовым к эксплуатации.

Перспективы применения тепловых насосов в России

С.П. Филиппов, член-корр. РАН; М.Д. Дильман, к.т.н.; М.С. Ионов, инженер; Институт энергетических исследований РАН (ИНЭИ РАН), г. Москва

Введение

Тепловые насосы как технология, позволяющая частично вытеснить органическое топливо и обеспечить теплоснабжение с минимальными затратами первичной энергии, находится в центре внимания зарубежных и отечественных исследователей и промышленных фирм.

Тепловой насос – экологически чистая система, позволяющая получать тепло для отопления и горячего водоснабжения коттеджей за счет использования низкопотенциальных источников и переноса его к теплоносителю с более высокой температурой. В качестве низкопотенциальных источников могут использоваться грунтовые и артезианские воды, озера, моря, тепло грунта, вторичные энергетические ресурсы – сбросы, сточные воды, вентиляционные выбросы и т.п. Затрачивая 1 кВт электрической мощности в приводе компрессионной теплонасосной установки (ТНУ), можно получить 3-4, а при определенных условиях и до 5-6 кВт тепловой мощности.

Применение ТНУ в мире и в России

За рубежом теплонасосная техника находит широкое применение для целей теплоснабжения жилых и офисных зданий более 30 лет. Толчком для ее массового применения стал энергетический кризис 1970-х годов. В 2009 г. в мире количество тепловых насосов, использующих тепло грунта, превысило 2,8 млн шт., их суммарная установленная тепловая мощность составила 35 ГВт, а ежегодное производство тепловой энергии – 214 тыс. ТДж. Лидерами по установке ТНУ данного типа стали США и Швеция, большое количество их эксплуатируется в Японии, Германии, Швейцарии. В последние годы ТНУ начали активно внедряться в Китае. Широкому распространению ТНУ во многих странах способствуют рост цен на энергию, а также законодательство по энергоэффективности, экологическое законодательство, требования по снижению выбросов парниковых газов. Но главным является то, что рынки ТНУ за рубежом формируются, как правило, при поддержке государства. Компании, предлагающие экологически чистые установки, пользуются налоговыми льготами, а домовладельцы, приобретающие такое оборудование, получают дотации, субсидии, льготные кредиты.

Опыт использования тепловых насосов в нашей стране пока невелик, однако условия для их внедрения есть. Во-первых, потому что с ростом цен на топливо и электроэнергию и повышением экологических требований возрастает целесообразность их использования. Во-вторых, в нашей стране активно развивается малоэтажное строительство, его доля в общем объеме сдаваемого жилья в последние годы находится на уровне 40-47% и имеет тенденцию к росту. В 2009 г. на нужды отопления и горячего водоснабжения (ГВС) малоэтажной застройки было израсходовано топливо в размере 52 млн т у.т.

Ограничения внедрения ТНУ

Исследование эффективности использования ТНУ для автономного отопления и горячего водоснабжения объектов малоэтажной застройки показало, что, по сравнению с традиционными системами автономного теплоснабжения – индивидуальными газовыми и электрическими котлами – ТНУ имеют ряд ограничений, для преодоления которых требуются дополнительные затраты.

Основными ограничениями внедрения тепловых насосов являются следующие.

1. Высокие удельные капитальные вложения. Рынок теплонасосной техники в России только формируется. В основном, представлены тепловые насосы зарубежного производства (Германия, Австрия, США), и они достаточно дороги. Кроме стоимости основного оборудования, его монтажа и наладки, для наиболее распространенных в области теплоснабжения грунтовых ТНУ требуются буровые работы на глубине 50-100 м, которые также являются дорогостоящими. Более экономичным решением являются ТНУ с горизонтальным коллектором. Однако для размещения горизонтального коллектора необходим свободный земельный участок значительной площади, который в дальнейшем выбывает из хозяйственного оборота: на нем нельзя возводить постройки, сажать деревья и кустарники. В настоящее время в системах индивидуального теплоснабжения более широкое распространение получают ТНУ с вертикальным зондом. Так, для условий центральных регионов только стоимость работ по бурению скважины оценивается в 1800-3000 руб. (в зависимости от геологических характеристик площадки) за погонный метр.

Из-за того, что удельные капиталовложения в ТНУ существенно выше, чем для альтернативных нагревателей, тепловой насос устанавливают лишь на часть расчетной отопительной нагрузки (т.н. базовую часть) с покрытием пиковой тепловой нагрузки от более дешевого нагревателя. Определение доли теплового насоса в покрытии общей тепловой нагрузки потребителя – это оптимизационная задача, которая решается в каждом конкретном случае. Ее результат зависит от схемы теплоснабжения дома, плотности графика продолжительности стояния температур наружного воздуха в регионе, соотношения стоимости теплового насоса и пикового нагревателя, стоимости электро-энергии в регионе.

Расчеты показывают, что комплект ТНУ с подключением и бурением скважины стоит дороже, чем установка газового или электрического котла. В целом, установка системы с ТНУ дороже теплоснабжения от котла в 2,4-2,8 раз.

2. Ограничения по температуре на выходе из теплового насоса. Максимальная температура, которую может обеспечить греющий контур геотермальных тепловых насосов, как правило, составляет 55 °С, у отдельных моделей – 60-65 °С. Для того, чтобы тепловой насос мог работать в течение всего отопительного периода и максимально реализовать свой энергосберегающий потенциал, необходимо использование низкотемпературных систем отопления – системы отопления с максимальными температурами в прямой и обратной линиях не выше 70 и 50 °С соответственно. Однако для низкотемпературных систем требуется увеличенная площадь отопительных приборов по сравнению с традиционными системами отопления, рассчитанными на температурный график 95/70 °С. Это влечет дополнительные затраты.

3. Неоднородность теплового потенциала грунта в региональном разрезе. Потенциал грунта как источника тепла для южных регионов существенно выше, чем для северных. Так, температура грунта на глубине 50-100 м в условиях г. Пятигорска составляет 15-16ºС, для г. Москвы 10-11 ºС, а для г. Архангельска 4-5 ºС. Чем выше температура грунта, тем выше коэффициент трансформации, тем меньше электроэнергии тратит тепловой насос на выработку одного и того же количества тепла. Отметим, что экономическая эффективность применения тепловых насосов на цели теплоснабжения существенно зависит от климатических условий региона в целом, причем факторы, влияющие на эффективность использования тепловых насосов, имеют разную направленность. Тепловой потенциал грунта и, соответственно, коэффициент трансформации растет с севера на юг, но продолжительность отопительного периода и число часов использования ТНУ, а значит и реализация их энергосберегающего потенциала, с севера на юг уменьшается.

4. Учет фактора охлаждения грунта при эксплуатации ТНУ. Потребление тепловой энергии к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. На севере этот фактор выражен сильнее, чем на юге. Потребление тепловой энергии в течение каждого последующего отопительного сезона вызывает дальнейшее охлаждение грунта. Снижение температуры грунта имеет экспоненциальный характер, и примерно через пять лет эксплуатации его температура выходит на квазистационарный уровень, пониженный относительно естественного на 1-2º и более. При проектировании систем теплоснабжения необходим учет такого охлаждения грунта, что делает ее еще более затратной.

Варианты теплоснабжения с применением ТНУ

Схемы теплоснабжения с тепловым насосом, применяемые для теплоснабжения домов, можно разделить с точки зрения включения пикового подогревателя на последовательные и параллельные.

При последовательной схеме вода, нагретая тепловым насосом – при температурах наружного воздуха, при которых ее температуры достаточно для покрытия нагрузки – поступает в радиаторы. При более холодной погоде включается пиковый источник.

При параллельной схеме с пиковым электрообогревателем вода, нагретая тепловым насосом, подается в радиаторы на протяжении всего отопительного периода, а, начиная с определенных температур наружного воздуха, для поддержания нормативной температуры воздуха в отапливаемых помещениях требуется генерация недостающего тепла. В качестве его источника может быть использован газовый котел, котел на жидком топливе, электрокотел, нагреватель конвективного или инфракрасного типа, что также влечет дополнительные затраты.

Читайте также:  Замена смесителя в ванной комнате

Высокую энергетическую эффективность обеспечивает комбинирование теплового насоса с системой отопления «Теплый пол». В такой системе тепловой насос работает на протяжении всего отопительного периода. Однако в ней, начиная с определенных температур наружного воздуха, для поддержания нормативной температуры воздуха в помещениях требуется дополнительная генерация тепла. Согласно СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» средняя температура для полов помещений с постоянным пребыванием людей не должна превышать 26ºС. Низкотемпературная система отопления «теплый пол» позволяет получить тепловой поток 50-150 Вт/м 2 , при температуре теплоносителя 35-55 ºС. При этом имеют место ограничения, накладываемые на элементы интерьера: есть требования к толщине и теплопроводности напольного покрытия, не допускается применение ковровых покрытий; необходима дистанция между стенами и границей укладки труб; требуется план расстановки мебели, изменение которого в дальнейшем не желательно. В общем случае максимальная площадь укладки «теплого пола» составляет 60-70% отапливаемой площади.

Кроме компрессионных тепловых насосов, уже нашедших широкое применение в теплоснабжении, возможно использование тепловых насосов абсорбционного типа, в которых функцию компрессора на электрическом приводе выполняет т.н. «тепловой компрессор», работающий за счет сжигания топлива. В последнее время производители тепловых насосов малой мощности готовят к выпуску модели абсорбционных, а также адсорбционных тепловых насосов на базе микропористого алюмосиликатного минерала «цеолит». Они имеют более высокие капитальные вложения. Преимуществом абсорбционных и адсорбционных тепловых насосов является то, что они могут работать на более дешевой, по сравнению с электрической, энергии сжигания топлива. В тепловых насосах этого типа отсутствует электрический компрессор, электрическая мощность требуется лишь для циркуляции теплоносителя в отопительной системе и системе сбора низкопотенциального тепла. Абсорбционные и адсорбционные тепловые насосы требуют меньшей холодопроизводительности, чем компрес-сионные – это позволяет использовать менее глубокие скважины, что дает экономию на дорогостоящих работах по бурению.

Об оценке капитальных вложений

В поиске более экономичного с точки зрения капитальных вложений решения нами рассмотрены тепловые насосы, использующие в качестве источника низкопотенциального тепла атмосферный воздух. Тепловые насосы этого типа имеют коэффициент трансформации 3,2-3,6 (при температуре воздуха tн=2 °С). Однако они имеют существенные ограничения в использовании: при снижении температуры наружного воздуха резко снижаются их тепловая мощность и коэффициент трансформации. При tн 2 каждый, за расчетный период 30 лет (см. рис.).

По критерию минимума суммарных затрат в настоящее время тепловые насосы не способны конкурировать с котлами на газе. Экономическая ниша тепловых насосов – негазифицированные районы, и конкурирующая технология для них – электрокотлы.

Расчеты показывают, что, оптимизировав схему теплоснабжения с ТНУ, можно добиться экономии электроэнергии по сравнению с электрокотлом от 59% на севере до 64% на юге России и получить экономию заявленной электрической мощности порядка 20-25%.

Для условий Севера с большой продолжительностью отопительного периода (от 5600 ч/год) и высокими тарифами (от 2 руб./кВт∙ч) на электроэнергию схема отопления от компрессионного грунтового теплового насоса, работающего параллельно с конвекторным обогревателем, показывает близкие и даже более низкие затраты за расчетный период, чем электрокотлы. В остальных регионах России суммарные затраты на тепловые насосы, даже при оптимальном выборе схемы, температурного графика, поверхностей теплообмена – высоки по сравнению с суммарными дисконтированными затратами в теплоснабжение от электрокотлов, полученными при прочих одинаковых условиях. Обусловлено это, главным образом, высокими капитальными вложениями в ТНУ, причины которых рассмотрены выше. Все другие рассмотренные варианты теплоснабжения на базе тепловых насосов не являются экономически эффективными ни для одного из рассмотренных регионов России.

Рис. 1. Суммарные дисконтированные затраты в строительство ТНУ и котлов разных типов

Проведенное дополнительное исследование показало, что системы теплоснабжения на базе ТНУ становятся экономически более эффективными, чем индивидуальные электрокотлы а) при повышении тарифов на электроэнергию и б) при снижении соотношения стоимости ТНУ и электрокотлов. Так, повышение тарифов на электроэнергию более, чем на 30% позволяет разработать такую схему теплоснабжения с тепловым насосом, которая будет экономически более эффективна по критерию суммарных дисконтированных затрат, чем теплоснабжение от электрокотла. При действующих тарифах на электроэнергию ТНУ будут экономически эффективными по сравнению с электрокотлами, если удастся снизить удельные капитальные затраты на их установку на 50% и более.

Оценен эффект от экономии условного топлива. Результаты показывают, что при среднем удельном расходе топлива на электростанциях 340 г у.т./кВт∙ч для условий северных регионов ни одна из схем теплоснабжения с тепловыми насосами компрессионного типа не является топливосберегающей по сравнению с газовыми котлами. Топливосберегающим эффектом обладают лишь абсорбционные (адсорбционные) установки, они позволяют экономить порядка 20% топлива. Для центральных южных регионов России при оптимальном выборе схемы теплоснабжения с компрессионной ТНУ может быть достигнута экономия топлива до 9% – даже по сравнению с использованием котлов на газе. По сравнению с использованием электрокотлов экономия топлива на электростанциях составляет 55-65% соответственно.

Заключение

Учитывая темпы малоэтажного строительства в субъектах федерации, прогнозы Минэкономразвития РФ роста тарифов на электроэнергию и газ и прогнозируемый темп инфляции, можно оценить спрос на установку тепловых насосов на цели теплоснабжения жилых зданий. По нашим оценкам, на перспективу до 2030 г. в стране в целом может быть востребовано порядка 3,4-4,4 ГВт теплонасосной мощности, что составляет 9-11% от вводимой тепловой мощности малоэтажной застройки. Их установка позволит экономить топливо в количестве около 3,8 млн т у.т. в год.

Посмотреть данную технологию более подробно,
Вы можете в Каталоге энергосберегающих технологий

Монтаж тепловых насосов

Современные энергоэффективные системы отопления, построенные на базе тепловых насосов, становятся все более популярными в нашей стране. Наша Компания имеет большой опыт проектирования и строительства таких систем. Начиная с 2012 года мы осуществляем монтаж тепловых насосов различного типа в Москве и Московской области, а также в соседних областях.

Монтаж теплового насоса требует определенного опыта в связи с наличием целого ряда специфических нюансов, которые необходимо учитывать. Это сложное и высокотехнологичное оборудование, безотказная и эффективная работа которого в значительной степени зависит от качества выполненных монтажных и пуско-наладочных работ.

Если Вы приняли решение об оснащении своего загородного дома такой системой, обращайтесь – наши специалисты выполнят монтаж теплового насоса на Вашем объекте в кратчайшие сроки и по разумной цене!

Расценки на монтаж тепловых насосов “воздух-воздух”

Хотя тепловые насосы воздух-воздух являются близкими родственниками обычных кондиционеров, тем не менее, их монтаж более ответственная и сложная процедура, которая требует значительно большей квалификации, а применение дешевых и некачественных материалов при этом категорически недопустимо.

Также на стоимость монтажа теплового насоса влияют некоторые конструктивные и технологические отличия от простой сплит-системы: его блоки имеют значительно больший вес и габариты, трубопроводы между ними выполняются медными трубами большего диаметра с утеплением более качественным утеплителем большей толщины.

Стоимость стандартной установки тепловых насосов “воздух-воздух” (минимальный набор работ и материалов):

Тип и мощность теплового насоса воздух-воздухЦена, руб.
Тепловые насосы воздух-воздух настенного/напольного типа
Стандартный монтаж теплового насоса воздух-воздух мощностью до 3,9 кВт11 000
Стандартный монтаж теплового насоса воздух-воздух мощностью от 4 до 6,9 кВт13 000
Стандартный монтаж теплового насоса воздух-воздух мощностью от 7 до 9,9 кВт16 000
Стандартный монтаж теплового насоса воздух-воздух мощностью от 10 кВтот 20 000

В стандартную установку теплового насоса воздух-воздух включен минимально необходимый типовой набор работ и материалов.

В случае превышения минимальных объемов работ или необходимости выполнения работ, не предусмотренных стандартным набором, оплата производится в соответствии с единичными расценками на монтаж систем кондиционирования воздуха.

Расценки на монтаж тепловых насосов “воздух-вода”

Системы отопления на базе теплового насоса воздух-вода отличаются от систем с традиционными источниками теплоснабжения, поэтому при их проектировании необходимо учитывать ряд специфических требований.

Для обеспечения эффективной и бесперебойной работы системы отопления монтаж теплового насоса и его пуско-наладку должны выполнять сертифицированные специалисты, имеющие достаточную квалификацию и опыт установки и настройки оборудования данного типа.

Стоимость стандартной установки тепловых насосов “воздух-вода” (минимальный набор работ и материалов, без учета трубной обвязки и подключения к системе отопления, запорно-регулирующей арматуры и дополнительных элементов автоматики):

Тип, состав и мощность теплового насоса воздух-водаЦена*, руб.
Моноблочные тепловые насосы воздух-вода (наружный блок)
Монтаж моноблочного теплового насоса воздух-вода, мощность до 9,9 кВт0 000
Монтаж моноблочного теплового насоса воздух-вода, мощность от 10 до 16,9 кВт0 000
Монтаж моноблочного теплового насоса воздух-вода, мощность от 17 до 24,9 кВт0 000
Монтаж моноблочного теплового насоса воздух-вода, мощность от 25 кВтДог.
Моноблочные тепловые насосы воздух-вода с баком ГВС (наружный блок + бак ГВС)
Монтаж моноблочного теплового насоса воздух-вода с баком ГВС, мощность до 9,9 кВт0 000
Монтаж моноблочного теплового насоса воздух-вода с баком ГВС, мощность от 10 кВт0 000
Тепловые насосы воздух-вода с гидромодулем (наружный блок + гидромодуль)
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем, мощность до 9,9 кВт0 000
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем, мощность от 10 до 16,9 кВт0 000
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем, мощность от 17 до 24,9 кВт0 000
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем, мощность от 25 кВтДог.
Тепловые насосы воздух-вода с гидромодулем и баком ГВС (наружный блок + гидромодуль + бак ГВС)
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем и баком ГВС, мощность до 9,9 кВт0 000
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем и баком ГВС, мощность от 10 до 16,9 кВт0 000
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем и баком ГВС, мощность от 17 до 24,9 кВт0 000
Монтаж теплового насоса воздух-вода с гидромодулем и баком ГВС, мощность от 25 кВтДог.

* указанные цены являются ориентировочными и могут отличаться от фактических для каждого конкретного случая.

В стандартную стоимость установки теплового насоса воздух-вода включен минимально необходимый типовой набор работ и материалов. В расценках не учтены проектные работы, необходимые для построения работоспособной и эффективной системы отопления. Также данные минимальные наборы работ не включают установку дополнительных периферийных устройств (датчики, термостаты, клапаны, реле, модули связи, контроллеры и дополнительные пульты управления) и ряд других работ, состав и необходимость выполнения которых зависит от конкретной модели теплового насоса, конфигурации системы и пожеланий Заказчика.

Читайте также:  Почему стоит приобрести смеситель Ниагара?
Дополнительные работы (с учетом стоимости материалов)Цена, руб.
Установка наружного блока на стандартной подставке на подготовленный фундамент4 000
Изготовление и установка на столбовых опорах металлоконструкции под наружный блокот 18 000
Изготовление и установка нестандартной антивандальной защиты наружного блокаот 16 000
Сборка и монтаж электрощита теплового насоса 1/220/507 000
Сборка и монтаж электрощита теплового насоса 3/380/5010 000
Установка и подключение стабилизатора напряжения однофазного до 10 кВт (без стоимости стабилизатора)3 000
Установка и подключение стабилизатора напряжения однофазного от 12 кВт (без стоимости стабилизатора)5 000
Установка и подключение стабилизатора напряжения трехфазного до 10 кВт (без стоимости стабилизатора)5 000
Установка и подключение стабилизатора напряжения трехфазного от 12 кВт (без стоимости стабилизатора)8 000

Если у Вас возникли вопросы, звоните по телефону 8-495-363-47-58 (многоканальный) и специалисты Ru-Klimat проконсультируют Вас о возможных вариантах и стоимости монтажа тепловых насосов различных типов!

Внимание! Заказ является предварительным и не накладывает на Заказчика никаких обязательств. После его отправки наши специалисты свяжутся с Вами для уточнения деталей и подтверждения заказа.

Использование тепловых насосов в мире — статистика, тенденции, перспективы

Использование низкопотенциального тепла из получение тепловой энергии из альтернативных источников – перспективное направление современной энергетики. Использование тепловых насосов в мире неуклонно растет, как и области применения тепловых насосов.

В этой статье мы рассмотрим общие тенденции в мире и практику применения в отдельных странах. Периодически информация будет обновляться.

Статистика использования тепловых насосов в мире

Теплонасосные технологии известны более 150 лет, но широкое распространение они получили только в последние десятилетия. Основными предпосылками для этого являются:

  • Перспективность возобновляемых источников энергии
  • Повышение стоимости традиционных теплоносителей
  • Борьба с загрязнением окружающей среды
  • Повышение эффективности тепловых насосов
  • Отсутствие негативного воздействия на окружающую среду

Для индивидуального использования наибольшей популярностью пользуются воздушные тепловые насосы благодаря низкой стоимости. Но в промышленных условиях широко распространены геотермальные тепловые насосы.

В странах, окруженных морями, для централизованного отопления создают теплонасосные станции мощностью в десятки и сотни киловатт.

Статистика производства тепловых насосов типа грунт-вода и воздух-вода за последние 8 лет.

Из графика выше видно, что уровень продаж тепловых насосов неуклонно растет. По объемам производства установок лидируют США и Китай. Первые – благодаря качеству продукции, вторые – из-за низкой стоимости.

Типы тепловых насосов и их популярность

Есть три основных типа теплонасосных установок:

  • Воздушные;
  • Водяные;
  • Геотермальные (грунтовые).

Воздушные

Эти тепловые насосы популярны ввиду низкой стоимости, но их КПД зависит от температуры воздуха снаружи здания. Установки типа воздух-воздух используются для отопления помещений, а воздух-вода – для отопления и/или ГВС.

Низкая стоимость привела к их широкому применению в жилых домах, владельцы которых редко рассчитывают на долгосрочную перспективу. Они часто используются как вспомогательный источник тепла.

Водяные

Тепловые насосы типа вода-вода или вода-воздух нагревают, соответственно, воду или воздух. Они более эффективны чем воздушные, но для их установки нужен водоем. Стоимость монтажа при этом существенно выше, чем воздушного, но ниже чем геотермального теплового насоса.

В основном используются водяные теплонасосы большой мощности, которые устанавливаются в морях и обеспечивают теплом прибрежные регионы. Реже их устанавливают владельцы частного жилья, многокваритных и промышленных зданий.

Геотермальные (грунтовые)

Монтаж таких установок наиболее дорогой из-за необходимости укладки геотермального поля или бурения скважин. Основною их плюс – устанавливать геотермальный насос можно практически в любой местности.

Высокий КПД грунтовых тепловых насосов позволяет использовать низкопотенциальное тепло земли для отопления строений любого типа. Но высокая стоимость приводит к тому, что их чаще устанавливают владельцы жилья большой площади, либо промышленных и производственных зданий.

Укладка геотермального поля существенно удорожает стоимость монтажа геотермального теплового насоса.

Особенности использования тепловых насосов в разных странах

Во всем мире реализуются различные программы для поддержки производителей и внедрения теплонасосных технологий.

Стоимость внедрения тепловых насосов различных типов

Перспективы внедрения «ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ» в различных секторах экономики.

В жилищно-коммунальном комплексе теплонасосные установки (ТНУ) находят наибольшее применение (и в мировой и в Российской практике) преимущественно для отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Здесь можно выделить два направления:

1) Автономное теплоснабжение от тепловых насосов.

2) Использование ТНУ в рамках существующих систем централизованного теплоснабжения (СЦТ).

Для автономного теплоснабжения коттеджей, отдельных домов (в том числе школ, больниц и т.п.), городских районов, населенных пунктов используются преимущественно тепловые насосы с тепловой мощностью 10…30 кВт в единице оборудования (коттеджи, отдельные дома) и до 5,0 МВт (для районов и населенных пунктов). В качестве источников низкопотенциальной теплоты используют преимущественно грунтовые воды (Тинт = 8-15°С), грунт (Тинт = 5-10°С), воды рек и озер (Тинт = 5-20°С), теплоту вент-выбросов и канализационных стоков
инт = 10-30°С). Децентрализованное теплоснабжение позволяет применить современные низкотемпературные системы отопления с температурой теплоносителя Тивт = 35…60°С, обеспечивающие достаточно высокие коэффициенты преобразования ТНУ µ= 3,5…5,0.

Применение децентрализованных систем теплоснабжения на базе тепловых насосов в районах, где тепловые сети отсутствуют, либо в новых жилых районах позволяет избежать многих технологических, экономических и экологических недостатков систем центрального теплоснабжения. Конкурентными им по экономическим параметрам могут быть только районные мини-котельные, работающие на газе (если пренебречь экологическими требованиями). В настоящее время действует значительное число таких установок. А в перспективе, в связи с принятием Киотских соглашений по ограничению вредных выбросов в атмосферу и постоянным ростом цен на энергоносители, количественная потребность в них будет постоянно возрастать.

Особенностью теплоснабжения в России (в отличие от большинства стран мира) является использование систем централизованного теплоснабжения (СЦТ) в крупных городах.

Одновременная выработка электрической и тепловой энергии на ТЭЦ имеет бесспорные преимущества с точки зрения использования топлива. Многолетнее развитее этого направления позволило достигнуть достаточно высокой эффективности, приобрести большой опыт в эксплуатации СЦТ. И хотя эти системы имеют ряд технологических и экологических недостатков, они реально существуют и подлежат совершенствованию. При совершенствовании СЦТ необходимо учитывать следующие отрицательные факторы:

  1. Огромные выбросы низкопотенциальной теплоты, прежде всего системой охлаждения технической воды на ТЭЦ, увеличивающиеся в период снижения тепловой нагрузки в неотопительный период.
  2. Резко увеличивающийся пережог топлива при выработке электроэнергии в условиях снижения тепловой нагрузки.
  3. Большие затраты теплоты на нагрев сетевой воды, восполняющей ее потери в теплосетях;
  4. Дефицит сетевой воды во многих районах города из-за ограниченной теплопропускной способности существующих сетей.

О масштабах этих факторов можно судить по статистическим данным выработки тепла для теплоснабжения городов. В последние годы отпуск теплоты на ТЭС РАО ЕЭС России составлял 600 – 650 млн Гкал, а на районных котельных около 50 млн Гкал в год. Выброс низкопотенциальной теплоты в системах охлаждения технической воды (СОТВ) составлял 140 – 150 млн Гкал, что эквивалентно 24 – 26 млн т.у.т. непроизводительного расхода топлива. В системе АО «Мосэнерго» выбросы СОТВ на ТЭЦ Москвы составляют 45 – 50 млн Гкал в год, что равносильно потере 7,2 – 8 млн т.у.т./год.

Применение ТН в системах централизованного теплоснабжения позволяет существенно повысить технико-экономические показатели систем городского энергохозяйства. Технически возможна утилизация до 50% низкопотенциального тепла (НТП). В системе РАО ЕЭС это эквивалентно замещению 10 млн. т.у.т.. При этом может быть достигнуто замещение органического топлива в больших объемах, чем при децентрализованном теплоснабжении.

Экономия (замещение) органического топлива с помощью тепловых насосов, в конечном счете, происходит за счет полезного вовлечения выбросов низкопотенциальной теплоты на ТЭЦ. Это сокращение достигается двумя способами:

  1. Прямым использованием охлаждающей технической воды ТЭЦ в качестве источника низкопотенциальной теплоты для теплового насоса (в обход градирни).
  2. Использованием в качестве источника низкопотенциальной теплоты для тепловых насосов обратной сетевой воды (ОСВ), возвращаемой на ТЭЦ, температура которой снижается.

Первый способ реализуется, когда тепловой насос размещен вблизи ТЭЦ, второй – когда используется вблизи потребителей теплоты. В обоих случаях температурный уровень источника низкопотенциальной теплоты достаточно высок, что создает предпосылки для работы ТНУ с высоким коэффициентом преобразования: 3 – 7.

Если механизм энергосбережения первого способа очевиден, то по второму необходимы пояснения. Поток ОСВ возвращается на ТЭЦ, пройдя через испаритель теплового насоса, захоложенный до температуры 20 – 25 °С (температура захоложенной ОСВ обосновывается с учетом особенностей СЦТ).

При не полностью загруженных теплофикационных отборах (при температуре наружного воздуха выше минус 15°С) снижение температуры сетевой воды требует отбора пара из теплофикационных отборов на ее подогрев. Это автоматически увеличивает выработку электроэнергии при тепловом потреблении и загрузку теплофикационных отборов, что, в свою очередь, приводит к уменьшению расхода пара в конденсатор турбины и, тем самым к снижению тепловых выбросов на ТЭЦ и сокращению непроизводительного расхода топлива.

При существенной доле захоложенной обратной сетевой воды ее целесобразно направлять в конденсатор паровой турбины (в основной или в дополнительный встроенный теплообменный пункт). В этом случае конденсатор выполняет функции дополнительного подогревателя ОСВ и, таким образом, в нем происходит утилизация НПТ ТЭЦ.

Таким образом, использование схем теплоснабжения с применением тепловых насосов и с захолаживанием ОСВ дает следующие результаты:

  1. Прирост электрической мощности (на 6…10%) от установленной мощности теплофикационной турбины без затрат топлива на этот прирост.
  2. Прирост тепловой мощности на величину утилизируемой теплоты, ранее выбрасываемой в систему охлаждения технической воды.
  3. Снижение теплопотерь при транспортировке сетевой воды в магистральных трубопроводах.
  4. Возрастание отопительной нагрузки (на 15…20%) при том же расходе первичной сетевой воды и снижение дефицита в сетевой воде на ЦТП в удаленных от ТЭЦ микрорайонах.
  5. Появление резервного источника для покрытия пиковых тепловых нагрузок.

Для работы в системе центрально теплоснабжения требуются крупные тепловые насосы большой мощности.

Промышленные и перерабатывающие предприятия.

На промышленных предприятиях ТНУ находят применение для утилизации теплоты водооборотных систем в технологических процессах, теплоты вентиляционных выбросов, теплоты сбросных вод. На предприятиях, имеющих котельные, теплота от тепловых насосов используется для подогрева подпиточной воды для котлов и собственных тепловых сетей.

До недавнего времени считалось, что применение ТНУ на предприятиях, снабжаемых теплом от ТЭЦ заведомо неэкономично. Сейчас эти оценки пересматриваются. Во-первых, с учетом возможности применения рассмотренных выше технологий, используемых в жилищно-коммунальном секторе при централизованном теплоснабжении. С другой стороны, реальные соотношения цен на электроэнергию, тепло ТЭЦ и топливо вынуждают некоторые предприятия переходить на собственные генераторы теплоты, и даже электроэнергии. При таком подходе применение ТНУ наиболее эффективно. Особенно большую экономию топлива дают «мини-ТЭЦ», базирующиеся на дизель-генераторе (в том числе, работающем на природном газе), осуществляющем одновременно привод компрессора теплового насоса, который в свою очередь, обеспечивает отопление и горячее водоснабжение предприятия.

Читайте также:  Электронасос с наполнительным резервуаром

Перспективным для существующих предприятий является применение ТНУ в сочетании с использованием теплоты вентвыбросов. Воздушное отопление характерно для многих промышленных предприятий. Установки утилизации теплоты вентвыбросов позволяют предварительно нагреть поступающий в цех наружный воздух до + 8 °С. Температура сетевой воды, нагреваемой в ТНУ, требующаяся для нагрева отопительного воздуха не превышает 70 °С.. При этих условиях ТНУ может работать при достаточно высоком коэффициенте преобразования.

Многие перерабатывающие предприятия, особенно пищевой промышленности, одновременно с теплом нуждаются в искусственном холоде. Комбинированные теплонасосные системы «тепловой насос – холодильная машина», одновременно вырабатывающие теплоту и холод, наиболее экономичны и могут быть оптимально встроены в технологические процессы.

Многие технологические процессы сельского хозяйства связаны с большим потреблением теплоты, которое в значительной степени удовлетворяется за счет электроэнергии. С другой стороны, сельское хозяйство располагает большими собственными вторичными тепловыми ресурсами, но из-за их низкого температурного уровня они используются недостаточно.

Применение тепловых насосов в технологических процессах сельского хозяйства позволяет использовать сбросную низкопотенциальную теплоту для теплоснабжения. Например на молочных фермах существенную долю расхода энергоресурсов (до 50%) составляют затраты электроэнергии на привод компрессоров холодильных машин, предназначенных для охлаждения свежевыдоенного молока и на нагрев воды для санитарно-технологических нужд. Такое сочетание потребности в теплоте и холоде создает благоприятные условия для применения тепловых насосов. Так же с вентилируемым воздухом стойловых помещений отводится значительное количество теплоты, которое успешно может быть использовано в качестве низкопотенциального теплоисточника для малых тепловых насосов. Применение ТНУ на животноводческих фермах обеспечит одновременно кондиционирование воздуха в стойловых помещениях и теплоснабжение производственных помещений.

Курортно-оздоровительные и спортивные комплексы.

Тепловые насосы все чаще находит применение среди курортно-оздоровительных и спортивных комплексов, прежде всего, в здравницах на морском побережье или рядом с озерами или реками, например на Черноморском побережье Краснодарского края, Сочи, Адлер и другие. В районах их расположения действуют повышенные требования к чистоте воздушного бассейна. Вместе с тем используются децентрализованные системы теплоснабжения с применением мелких котельных на органическом топливе (обычно на мазуте). Одним из потребителей теплоты являются плавательные бассейны. В современных условиях на таких объектах обязательным является летнее кондиционирование воздуха. Требованиям экологически чистого теплоснабжения и летнего кондиционирования воздуха в полной мере отвечают комбинированные теплонаносные системыТепловой насос – холодильная машина»). В качестве источника низкопотенциальной теплоты для ТНУ используется морская или озерная вода, а также сбросная вода бассейнов. В летнее время эта же вода может являться приемником теплоты конденсации холодильной машины.

По аналогичной схеме работают комбинированные теплонаносные системы спортивных комплексов – спортивных залов, плавательных бассейнов, аквапарков, ледовых арен и стадионов. В качестве источника низкопотенциальной теплоты, при отсутствии вблизи водоема (моря, реки, озера), используется теплота подземных вод или грунта.

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Земля – источник неисчерпаемой тепловой энергии, применение которой в быту экологично и экономно.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Источником тепла для насосов типа “рассол/вода” является постоянно положительная температура земли.

Источником тепла для насосов типа “вода / вода” являются грунтовые воды.

Покупка и заказ монтажа тепловых насосов у официального диллера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99
(круглосуточно)

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

  • Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
  • Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

  • Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
  • Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
  • Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

  • Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
  • Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
  • Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
  • Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
  • Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
  • Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Объ­ем меж­ду­на­род­но­го рын­ка теп­ло­вых на­со­сов тро­е­крат­но пре­вы­ша­ет ры­нок во­ору­же­ний и со­став­ля­ет $125 мл­рд. По про­гно­зам Ми­ро­во­го энер­ге­ти­чес­ко­го со­ве­та (World Energy Council – WEC), к 2020 го­ду 3/4 со­во­куп­но­го теп­ло­с­наб­же­ния в ми­ре бу­дет обес­пе­чи­вать­ся теп­ло­вы­ми на­со­са­ми раз­лич­ных ти­пов. Стра­ны Скан­ди­на­вии уже сей­час вы­хо­дят на эти про­гноз­ные дан­ные. В США фе­де­раль­ным за­ко­но­да­тельст­вом за­креп­ле­но обес­пе­че­ние всех но­вых об­щест­вен­ных зда­ний ис­клю­чи­тель­но теп­ло­вы­ми на­со­са­ми, а пра­ви­тельст­во Гер­ма­нии да­ти­ру­ет каж­дый ки­ло­ватт ус­та­нав­ли­ва­е­мой мощ­нос­ти теп­ло­на­сос­ных сис­тем в раз­ме­ре €200. Как вид­но из при­ве­ден­ных цифр, ры­нок теп­ло­вых на­со­сов пе­ре­жи­ва­ет на­сто­я­щий бум.

Ссылка на основную публикацию