Для большей части территории нашей страны расчётные температуры наружного воздуха для проектирования систем отопления находятся на уровне ниже -25 °С (для Москвы она как раз составляет -25 °C). Применение в подобных климатических условиях теплонасосных систем теплоснабжения (ТСТ) типа «воздух-вода» или «воздух-воздух» для обеспечения отопления либо невозможно физически, либо эффективность подобных систем будет крайне низкой (реальный коэффициент преобразования энергии окажется на уровне 1,2-1,3). Если же ещё учесть и затраты энергии на привод вентиляторов, на дефростацию испарителей и прочие вспомогательные нужды, эффективность может оказаться даже отрицательной по сравнению с электрическим отоплением.
Когда мы говорим о большей части территории РФ, мы говорим в том числе и о многих территориях, климат которых у нас традиционно принято считать «тёплым». Так, по данным СП 131.13330.2012 «Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*» почти для всего Краснодарского края абсолютная минимальная температура наружного воздуха оказывается ниже указанного граничного значения в -25 °C. Исключение для этого региона составляет лишь район Сочи и Красной Поляны. Что это означает применительно к тепловым насосам, использующим атмосферный воздух? А это означает, что в отсутствие дублирующей системы объект теплоснабжения в период наибольшей необходимости в тепле может оказаться вовсе без какого-либо отопления. Несложно понять, что в случае, если период действия низких температур окажется продолжительнее, чем тепловая инерция здания, теплонасосная система отопления не сможет сохранять в нём положительный уровень температур, и здание попросту замёрзнет, что недопустимо.
Таким образом, в наших климатических условиях одновременно с устройством воздушной ТСТ необходимо позаботиться о дублировании этой системы традиционной системой отопления, обеспечивающей теплоснабжение объекта при расчётных (и более низких) температурах наружного воздуха. В противном случае проект теплоснабжения объекта может быть не согласован государственной экспертизой, как не обеспечивающий выполнение требований Федерального закона №484-ФЗ «Технический регламент по безопасности зданий и сооружений». А устройство дублирующей «традиционной» системы отопления влечёт за собой все сопутствующие ей проблемы: получение разрешений и технических условий, необходимость подключения к сетям или организации автономного источника тепла со всеми соответствующими затратами. Очень важно, что ТСТ в этом случае из системы теплоснабжения превращается в дополнительное энергосберегающее устройство, а «традиционная» система теплоснабжения создаётся на полную расчётную мощность, поскольку, как уже было сказано, в расчётный период ТСТ эксплуатироваться не сможет.
Исследования в области повышения экономической эффективности применения воздушных ТСТ и расширения (в сторону понижения) рабочего диапазона температур используемых источников низкопотенциального тепла ведут специалисты многих компаний. Такие системы достаточно быстро стали популярными в странах Европы и США, но на российском рынке они широкого распространения не получили и вряд ли получат. Несмотря на то, что в рекламных материалах дилеры многих компаний позиционируют свои воздушные тепловые насосы как работающие при температуре наружного воздуха до -25.. .-20 °C, они всё равно не смогут в полном объёме отвечать требованиям, предъявляемым к системам отопления и теплоснабжения нашими нормативными документами. И здесь будет нелишним отметить, что речь идёт не о каком-то конкретном изделии или производителе, а о текущем уровне теплонасосных технологий, поэтому высказанное выше утверждение в полной мере справедливо даже для продукции производителей с самыми громкими и широко известными именами.
Принимая во внимание все рассмотренные выше соображения, можно констатировать, что сегодня на российском рынке практически отсутствуют теплонасосные системы теплоснабжения зданий, использующие в качестве источника тепла низкого потенциала только атмосферный воздух и при этом отвечающие в полном объёме требованиям российских нормативных документов в части обеспечения надёжности теплоснабжения зданий и, как следствие, их безопасной эксплуатации.
В непростых российских климатических условиях одновременно с устройством воздушной теплонасосной системы необходимо позаботиться о дублировании её традиционной системой отопления, обеспечивающей теплоснабжение объекта при расчётных (и более низких) температурах.
Однако не хотелось бы завершать материал столь пессимистичным выводом. На самом деле всё не настолько плохо и тепловые насосы, работающие с атмосферным воздухом, несомненно, имеют свою нишу на рынке. При грамотном использовании они вполне способны стать серьёзным инструментом энергосбережения. Кроме того, они всё же могут быть использованы и в системах отопления, но лишь в том случае, если в дополнение к атмосферному воздуху будут использовать другие, более надёжные и постоянные с точки зрения температурного режима источники тепла, например, такие как грунт. При таком подходе появляется возможность найти правильный баланс между эффективностью, надёжностью и стоимостью теплонасосной системы.
А. В.ГУСАРОВ
экспорт-директор финского завода Kaukora Oy (Jama, Jaspi) в России
Безусловно, всем специалистам по тепловым насосам ясно, что при расчётных наружных температурах ниже -25 °C тепловой насос «воздух-вода» или «воздух-воздух» не может быть единственным источником тепла, но при этом следует понимать, насколько эти системы могут быть эффективны (конечно, с учётом роста тарифов на энергоносители). Параллельно это, конечно, предполагает строительство домов и объектов с улучшенной изоляцией (а также окнами, дверями и т.д.), по возможности оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией с рекуперацией тепла и т.д. То есть речь идёт о комплексе мер, позволяющих улучшить энергоэффективность и уменьшить энергорасход. И здесь занижать роль тепловых насосов типа «воздух-вода» и «воздух-воздух» не следует. И если даже в этом плане мировой опыт по росту установок этого типа — не показатель для автора статьи, то опыт Финляндии (где нет расчётных температур выше -26 °C) — показатель точно. Годовой СОР в Финляндии для наших тепловых насосов «воздух-вода» составляет 2,5-3,0 (при наружной температуре -26 °C, внутренней около +21 °С и температуре контура отопления 70/40 °С или 55/45 °C). Особенно ощутимы годовые показатели энергосбережения при установке тепловых насосов «воздух-вода» в домах с дизельным или электроотоплением, а тепловых насосов «воздух-воздух» — в домах с электроотоплением. При этом всё же акцент в Финляндии, конечно, делается на геотермальные тепловые насосы.
С. Л. МИХАЙЛОВ
генеральный директор компании ООО «Домап» и финской компании Domap Oy
После прочтения данной статьи, а также по более раннему опыту ознакомления со статьями компании «Инсолар-Инвест», у меня создаётся впечатление, что их авторы уводят читателей не в ту сторону из-за нехватки реального опыта эксплуатации тепловых насосов разного типа (в частности, «воздух-вода» и «воздух-воздух»). Предлагаемая статья, таким образом, является примером того, как потенциальному потребителю та или иная информация преподносится в некорректной и даже непрофессиональной трактовке, что вводит последнего в заблуждение и может сформировать негативное и неправильное отношение к тому или иному типу энергоэффективного оборудования.
А. И.ОСИПОВ
руководитель направления «Тепловые насосы» компании ООО «Данфосс»
В этой статье автор концентрирует своё внимание на эффективности работы теплового насоса при минимальных расчётных температурах атмосферного воздуха. Действительно, при температурах атмосферного воздуха -20 °С и -25 °С коэффициент преобразования наших воздушно-водяных тепловых насосов немногим выше единицы, и для обеспечения необходимой тепловой мощности решения должны быть укомплектованы резервными источниками тепловой энергии. Однако для определения эффективности работы теплового насоса необходимо учитывать различные режимы на протяжении всего отопительного периода и продолжительность стояния температур. То есть, например, при температуре воздуха +7 °С воздушные тепловые насосы могут иметь коэффициент преобразования, равный 5 единицам, а продолжительность таких температурных периодов достаточно высокая в течение года.
Вспомогательные источники, например ТЭНы, являются неотъемлемой частью систем с воздушными тепловыми насосами и обычно уже встроены в подобные теплонасосные отопительные системы, при этом они не требуют дополнительных затрат при установке, а также полностью автоматизированы и управляются контроллером теплового насоса. При применении воздушно-водяных тепловых насосов со встроенными ТЭНами в Москве и Московской области среднегодовой коэффициент преобразования составляет 2,5 единиц. Это говорит о том, что применение таких решений экономит средства наших клиентов в 2,5 раза.
М.А.ЧУГУНОВ
специалист по инновационным продуктам компании ООО «Вайлант Груп Рус»
Автор статьи совершенно справедливо считает, что в климатических условиях большей части территории Российской Федерации использование атмосферного воздуха в качестве единственного источника тепла низкого потенциала для теплонасосных систем теплоснабжения, обеспечивающих гарантированное теплоснабжение зданий, невозможно.
При этом выделенные слова являются здесь ключевыми. Действительно, для большей части РФ использование воздушных тепловых насосов (ВТН) в качестве единственного источника теплоснабжения возможно, но экономически нецелесообразно. Однако сегодня, когда тепловые насосы, в том числе и воздушные, являются новой, только входящей на рынок технологией, вопрос, по моему мнению, должен ставиться совсем по другому, а именно: «Каким образом можно получить максимальный экономический эффект от применения воздушных тепловых насосов в системах теплоснабжения на территории РФ?»
Ответ на этот вопрос особенно просто дать, учитывая совершенно верно расставленные автором акценты. Во-первых, не надо применять воздушные тепловые насосы в регионах с холодным климатом. Чем выше среднегодовые температуры, и чем более продолжительным является отопительный период, тем более эффективно покажет себя ВТН.
На первый взгляд, предыдущее предложение парадоксально. Как может продолжительный отопительный сезон сочетаться с высокими среднегодовыми температурами? Однако это действительно возможно. Дело в том, что максимальные и минимальные температуры не полностью характеризуют климат региона. Точно так же, как и среднегодовая температура. Так, например, среднегодовая температура в Москве составляет +9 °C, минимальная -27 °C, максимальная +35 °C. Если бы в Москве было 363 дня с температурой +9 °C, один день с температурой -27 °С и один с +35 °C, то отопительный сезон продолжался бы 364 дня, и воздушный тепловой насос обеспечивал бы 99,9 % потребностей теплоснабжения, работая в максимально эффективном режиме. Если бы, напротив, в Москве было 153 дня с температурой -27 °С и 212 дней с +35 °C, то средняя годовая температура была бы такой же, однако отопительный сезон продолжался бы 153 дня, и воздушный тепловой насос был бы неприменим.
Или, говоря техническим языком, выбор региона, подходящего для внедрения воздушных тепловых насосов, должен производиться с учётом не только расчётных минимальных температур, но и всех остальных климатических показателей, таких как средняя годовая температура, а также диапазон температурных колебаний и т.п.
Во-вторых, проектировать систему отопления с тепловым насосом как единственным генератором тепла рискованно даже для южных регионов. Обязательно должен быть резерв!
Дело в том, что так называемый «коэффициент преобразования» (КП) ВТН зависит от температуры окружающей среды t. Кроме того, стоимость воздушного теплового насоса растёт при увеличении его номинальной тепловой мощности Н. Примем, что КП = f1(t), а стоимость C = f2(Н). Тепловые потери здания (ТПЗ) зависят от температуры окружающей среды: ТПЗ = f3(t).
Если же номинальную тепловую мощность ВТН выбрать меньше, чем ТПЗ при минимальной расчётной температуре, то недостающую мощность придётся обеспечивать за счёт дополнительного теплогенератора. Воздушные тепловые насосы — это отличное решение для бивалентной системы «ВТН + электрический котёл» (электрокотёл может быть такой как, например, Protherm «Скат») или «ВТН + твердотопливный котёл» (пеллеты, пиролизная технология, в конце концов — дрова), которое позволяет экономить на протяжении того периода отопительного сезона, когда температуры воздуха выше -15...-10 °C.
Среднегодовой коэффициент преобразования ВТН для средней полосы РФ находится в диапазоне 3,2—3,4 без учёта оттайки (дефростации). С её учётом оно, по моим оценкам, будет ниже на 0,2-0,4. Потребляемой мощностью вентилятора наружного блока можно пренебречь. С учётом такого коэффициента преобразования и стоимости электроэнергии около 4 руб/кВт-ч окупаемость ВТН теплового насоса составит от трёх до пяти лет. Если же ВТН будет активно использоваться в период с апреля по сентябрь для интенсивного приготовления горячей воды, то его среднегодовая эффективность увеличится. То есть у использования ВТН, как основного источника отопления, есть экономический смысл. Для сравнения — геотермальный ТН окупается за четыре-семь лет. При этом на летний период для приготовления горячей воды лучше использовать уже солнечные коллекторы, чтобы дать регенерироваться скважинам.
Коэффициент преобразования электрокотла можно принять равным единице для любой температуры окружающей среды. Кроме того, он недорог (причём цена слабо зависит от его номинальной мощности) и не требует особых согласований, кроме мощности подводимой электросети. Для ВТН системы с резервным электрокотлом задача, с экономической точки зрения, формулируется таким образом: надо выбрать тепловую мощность ВТН так, чтобы минимизировать связку «стоимость ВТН + стоимость электрокотла + стоимость потреблённой электроэнергии» за весь срок службы системы теплоснабжения.
Практические расчёты с применением данной формулы весьма непросты, но, например, специалисты компании «Вайлант Груп Рус» разработали программу для нахождения оптимальной номинальной тепловой мощности ВТН для различных регионов Российской Федерации.
Данная программа показывает, что для целого ряда регионов применение воздушных тепловых насосов в комбинации с резервным электрокотлом экономически очень привлекательно.
Таким образом, мы считаем, что разумное проектирование комбинированных систем теплоснабжения с использованием воздушных тепловых насосов и использование их в подходящих регионах РФ может дать существенный экономический эффект. В порядке целесообразности использования ВТН в качестве основного теплогенератора по российским регионам картина будет выглядеть так: ЮФО, ЦФО и ДВФО, ПФО. Так, например, воздушные тепловые насосы покажут свою эффективность в случае их использования на сезонных объектах летнего курортного отдыха. Там требуется большое количество энергии на нагрев воды летом и минимум энергии на «поддержание жизни» зимой.
М. В.СТАНКЕВИЧ
директор компании S-Tank, А. В. ГОВОРИН
эксперт подразделения «Сбережение тепла» компании S-Tank (Республика Беларусь)
Наш коллектив с автором статьи по использованию воздушных тепловых насосов согласен полностью. Как комбинированная схема — да, как основная — нет. Производители не говорят, сколько по времени может ТН проработать при -25 °C, а ведь есть основания полагать, что износ компрессора будет очень высокий, а эффективность на выходе — практически «один к одному».
H.Н. ДИТИН
директор компании «Тепло-Heat» и представитель Усть-Каменогорского завода тепловых насосов (УКЗТН SunDue)
Исходные данные несколько устарели — ЭВИ-компрессоры в любых машинах любых производителей уже дают КП = 2-3 при -25...-20 °C. И, кстати, на II-й Отраслевой конференции по тепловым насосам «Тепловые насосы: популяризация, стимулирование, кадры» уже звучали анонсы ещё более низкотемпературных разработок. Что касается необходимости бивалентных систем и дублирующих теплоисточников — уже лет шесть как по такой схеме и стараемся ставить. Что касается нормативной базы, то её применительно к теплонасосам пока нет, потому и их применение в РФ затруднено.
И. А. СУЛТАНГУЗИН
профессор НИУ «МЭИ»
Если бы статья вышла лет пять назад, то с ней сложно было бы спорить. Тогда воздушные тепловые насосы могли работать при температуре не ниже -15.-10 °C, что существенно сужало сферу их применения. В настоящее время аргументация автора о неэффективности исключительно воздушных тепловых насосов выглядит недостаточно убедительной. Приведём только некоторые доводы:
I. Воздушные тепловые насосы существенно дешевле грунтовых тепловых насосов, так как для них не требуется устанавливать дорогостоящие зонды в глубокие скважины. Это является веским аргументом в российских условиях, когда теплонасосные установки имеют и так высокую цену.
2. Многие тепловые насосы могут работать и имеют российские сертификаты на использование при температурах наружного воздуха -28.-25 °С и ниже.
Автор рассматривает вопрос применения воздушных тепловых насосов изолированно от решения проблем энергосбережения и энергоэффективности:
1. Для эффективного применения тепловых насосов необходимо существенно снизить потери тепла через ограждения здания за счёт утепления стен, кровли, пола первого этажа и т.д.
2. Тепловые насосы могут сочетаться с возобновляемыми источниками энергии и новыми технологиями, такими как солнечные коллектора, системы отопления тёплого пола, системы вентиляции с рекуперацией тепла и др.
Сошлёмся на работу канадских исследователей по сравнению эффективности воздушных и грунтовых тепловых насосов [1], так как Россия и Канада имеют схожие климатические условия. Результаты этой работы опираются на экспериментальные и расчётные исследования авторов. Приведём небольшую часть из их выводов: «Воздушные тепловые насосы показали себя идеально в климатических условиях Ванкувера, как в режиме отопления зимой, так и в режиме кондиционирования летом. Система показала
относительно слабую работу в течение отопительного сезона лишь в Эдмонтоне. Воздушный тепловой насос не смог обеспечить пиковую тепловую нагрузку и потребовал резервную тепловую мощность только при наружной температуре, достигшей -30 °С».
Также непонятна фраза автора, в которой говорится о том, что воздушные тепловые насосы «могут быть использованы и в системах отопления, но лишь в том случае, если в дополнение к атмосферному воздуху будут использовать другие, более надёжные и постоянные с точки зрения температурного режима источники тепла, например, такие как грунт». Значит ли это, что, кроме воздушного теплового насоса, нужно ставить ещё и грунтовый тепловой насос? Но тогда стоимость двух тепловых насосов малой мощности будет существенно выше одного большей мощности, что может быть накладно для многих потенциальных покупателей тепловых насосов.
С. А. ТИХОМИРОВ
заведующий кафедрой теплоснабжения Ростовского государственного строительного университета (РГСУ)
Известно, что производительность тепловых насосов, использующих для обогрева помещений низкопотенциальную теплоту наружного воздуха, уменьшается при снижении температуры на улице. И это снижение весьма значительно — при температуре -20 °С теплопроизводительность, по некоторым данным, уменьшается на 40 % по сравнению с номинальной, указанной в характеристике агрегата. Поэтому воздушные тепловые насосы не рассматриваются в настоящее время в России как полноценные обогревательные установки, а требуют дублирующих устройств.
