Библиографическое описание:

Гритчин Р. Д., Иванков Д. И. Воздушный тепловой насос как эффективный источник тепла для жилого дома // Молодой ученый. — 2016. — №8. — С. 199-202.



Рассматривается возможность и экономическая целесообразность использования воздушного теплового насоса как эффективного источника тепла для жилого дома. Ведется сравнение стоимости эксплуатации теплового насоса с некоторыми другими видами теплогенерирующих установок.

Ключевые слова: воздушный тепловой насос, возобновляемые источники энергии, эффективные источники тепла, отопление и горячее водоснабжение жилого дома.

Рост стоимости энергоносителей, а особенно для коммерческих, промышленных и других организаций является большой проблемой, особенно в последние годы. К 2020 году Европейский Союз намерен добиться 20 % экономии энергии. Расходы на отопление и охлаждение занимают все большую долю в эксплуатационных издержках, поэтому использование возобновляемых источников энергии должны снизить инвестиционные риски. Весьма перспективными показывают себя отопительные системы на основе тепловых насосов [1, 5].

Тепловые насосыполучают все более широкое распространение для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Будучи экзотикой, еще в начале века, сегодня они становятся обычным, массовым отопительным прибором. Правда, пока не в России, а в странах Европы. В Дании, например, с начала 2013 года введен запрет на установку котлов на газообразном и жидком топливе в жилых домах. Потребитель вынужден либо подключаться к центральному отоплению, либо устанавливать тепловой насос. По данным мирового энергетического агентства (IEA) отопление тепловыми насосамив Европе займет долю в 50 % к 2030 году.

На сегодняшний день в России тепловые насосы не получили широкого распространения. Причины — высокая цена оборудования и монтажа, плохая осведомленность российских потребителей о возможностях и преимуществах отопления тепловыми насосами, более суровые зимы, чем в европейских странах. Цены на импортные тепловые насосы в России существенно выше, чем на европейском рынке — по причине низких объемов поставок и высоких таможенно-транспортных издержек. Отечественные производители тепловых насосов, к сожалению, пока не могут успешно продвигать свое оборудование на рынке, хотя его стоимость ниже западных аналогов. Кроме того, в Европе действуют различные программы льготного финансирования покупок энергоэффективного оборудования, в том числе и тепловых насосов, чего нельзя сказать о России [7].

В Латвии проводились испытания воздушных тепловых насосов (на базе установок от одной из японских компаний) в качестве источника тепла для систем отопления и горячего водоснабжения жилого дома. Условия эксплуатации и сравнение затрат, относительно некоторых других источников тепла, приведены в таблицах 1, 2 и на рисунках 1, 2, 3 [2].

Для обеспечения высокоэффективной и надежной работы при низких температурах, в воздушных тепловых насоса (в рассматриваемом случае) реализован комплекс инновационных разработок:

– высокоэффективные двухроторные компрессоры с увеличенной мощностью и степенью сжатия, которые оптимизированы для работы при низких температурах.

– микропроцессорная система управления оборотами компрессора, которая позволяет значительно увеличить мощность при пониженных температурах. Блок управления в таких компрессорах преобразует переменный ток питания в постоянный и затем формирует переменный ток с необходимой частотой. У современных установок обратного преобразования не происходит, так как используются компрессоры с двигателем постоянного тока, тем самым уменьшая потери на преобразовании. Такой процесс (называемый инвертированием) позволяет в широких пределах регулировать скорость вращения двигателя компрессора, и, следовательно, холодо- или теплопроизводительность агрегата. Благодаря такой технологии инверторные тепловые насосы более экономичны и обеспечивают более гибкое и точное поддержание температуры, чем насосы с обычным компрессором [3, 4].

– сабкулер (дополнительный теплообменник, подключенный последовательно после теплообменника-конденсатора) с электронной системой управления, которая повышает эффективность термодинамического цикла при низких температурах.

– интеллектуальная система оттайки (по состоянию), которая учитывает температуру и влажность окружающего воздуха и сокращает потери на оттайку при низких температурах [3].

Для оценки эффективности тепловых насосов используются два коэффициента:

– СОР (Coefficient of performance) — отношение полученной теплоты по отношению к потребленной электроэнергии при фиксированной наружной температуре;

– SPF (Seasonal Performance Factor) — отношение полученной за сезон (или заданный период времени) теплоты к потребленной электроэнергии за указанный период.

Так как наружная температура непрерывно меняется, то объективнее эффективность теплового насоса за сезон (период) характеризует коэффициент SPF [2].

Таблица 1

Основные данные

Наименование

Жилая площадь, м2

Номинальная мощность установленного теплового насоса, кВт

Температура наружного воздуха при номинальной мощности, °С

Система отопления

Дом № 1 (новый, утепленный, каркасный)

110

5,9

-15

Теплый пол

Рис. 1. График наружных температур, °С, Рига 2013/2014

Дом № 1.

Тепловой насос был оборудован отдельным электросчетчиком и теплосчетчиком, показания которых фиксировались владельцем дома в специальном журнале каждую неделю (см. рис. 2).

Результаты эксплуатации воздушного теплового насоса с ноября 2013 года по октябрь 2014 года представлены на рис. 1, 2, 3. Эффективнее теплового насоса в данном доме оказался твердотопливный котел (гранулы). Но тогда потребуется разместить в доме 110 м² котельную, дымоход, склад для гранул (≈ 2,5 тонны). Все это занимает немало места и средств при строительстве дома. Тепловой насос для установки в доме требует только 1–1,5 м², и стоил владельцу меньше, чем гранульный котел, дымоход и котельная. К слову, 2,5 тонны гранул за зиму следует привезти, складировать, загрузить в бункер котла, вычистить и вынести образовавшуюся золу, что увеличивает эксплуатационные затраты.

Таблица 2

Показания электро- и теплосчетчика по месяцам (Дом №1)

Месяцы

Нбр.

Дек.

Янв.

Фев.

Мрт.

Апр.

Май

Июн

Июл

Авг.

Сен.

Окт.

Нбр.-Июн

Электро-счетчик, kWh

340

439

743

406

367

163

125

78

53

63

85

163

2661

Тепло- счетчик, kWh

1202

1397

1825

1193

1110

471

364

211

144

161

240

471

7773

SPF

3,5

3,2

2,5

2,9

3,0

2,9

2,9

2,7

2,7

2,6

2,8

2,9

Рис. 2. Показания электро- и теплосчетчика по месяцам (Дом № 1)

Рис. 3. Сравнение с другими источниками тепла, у.е./год (Дом № 1) [3]

Однако, при применении тепловых насосов необходимо помнить, что для всех типов тепловых насосов характерен ряд особенностей.

  1. Во-первых, тепловой насос оправдывает себя только в хорошо утепленном здании, то есть с теплопотерями не более 100 Вт/м2. Чем теплее дом, тем больше выгода.
  2. Во-вторых, чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования тепла (Кпт), то есть меньше экономия электроэнергии. Поэтому более выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям не должен быть горячее 35°С. Таким образом, можно сделать вывод, что тепловые насосы оптимально подходят для низкотемпературных отопительных систем (фанкойлы, теплый пол, радиаторы, то есть тех устройств, мощность которых пересчитывается на уменьшенную температуру подачи).
  3. В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация тепловых насосов в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления). В доме с большими теплопотерями ставить насос большой мощности (более 30 кВт) невыгодно. Он громоздок, а будет работать в полную силу всего лишь около месяца. Ведь количество действительно холодных дней не превышает 10–15 % от длительности отопительного сезона. Поэтому часто мощность теплового насоса назначают равной 70–80 % от расчетной отопительной. Она будет покрывать все потребности дома в тепле до тех пор, пока уличная температура не опустится ниже определенного расчетного уровня (температуры бивалентности), например, минус 5–10°С. С этого момента в работу включается второй генератор тепла. Есть разные варианты его использования. Чаще всего таким помощником служит небольшой электронагреватель, но можно поставить и жидкотопливный котел. Возможны и более сложные тепловые бивалентные схемы, например включение солнечного коллектора. Для этого, у некоторых серийных систем тепловых насосов и солнечных коллекторов такая возможность предусмотрена в конструкции. В этом случае, смешивание тепла, идущего от теплового насоса (это достаточно инерционная система) и от солнечного коллектора (малоинерционная система) производиться в выравнивающем бойлере [6].

На основании всех вышеприведенных данных можно сделать общий вывод: эксплуатация воздушных тепловых насосовв Латвии убедительно доказывает эффективность во всем диапазоне наружных температур, обеспечивая низкие затраты на отопление и подготовку горячей воды.

Литература:

1. Агроводком. Будущее — за тепловыми насосами. — URL: http://www.agrovodcom.ru/infos1/teplovye-nasosy.php (Дата обращения 03.04.2016).

2. Отопление. Воздушные тепловые насосы. Практическая эксплуатация, сезон 2013/2014. — URL: http://rus.delfi.lv/news/daily/commercials/otoplenie-vozdushnye-teplovye-nasosy-panasonic-prakticheskaya-ekspluataciya-sezon-20132014.d?id=44282945 (Дата обращения 03.04.2016).

3. Отопление. Воздушные тепловые насосы. Практическая эксплуатация, сезон 2013/2014. Часть II. — URL:http://rus.delfi.lv/archive/print.php?id=45084174 (Дата обращения 03.04.2016).

4. Инновационные компрессорные технологии. — URL: http://www.eurobi.ru/ zapchasti/kompressory/technology.html (Дата обращения 03.04.2016).

5. ROSTeplocom. Мощные тепловые насосы. — URL: http://www.rosteplocom.ru/ service_rus/49moshhnyeteplovyenasosy (Дата обращения 03.04.2016).

6. Современные системы отопления и горячего водоснабжения. Тепловые насосы. — URL: https://rudjanov.wordpress.com/hp/(Дата обращения 03.04.2016).

7. Пассивные дома. Энергоэффективные коттеджи. Строительство. Инжиниринг. Отопление и горячая вода в пассивном доме. Тепловые насосы. — URL: http://www.effdom.ru/#!heatpumps-heating/c22yk (Дата обращения 03.04.2016).

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle