біопаливо
котли, печі
база компаній
замовити
як зробити?
статті
відео
картиОскільки для теплопостачання тепловим насосом електроенергії потрібно в кілька разів менше, такий спосіб практично завжди реалізуємий і при цьому досить економічний. Теплопостачання тепловим насосом дозволяє не тільки в кілька разів скоротити експлуатаційні витрати, але й знизити електричну потужність, необхідну для організації комфортного теплопостачання. Важливо відзначити, що для індивідуального житлового будівництва останнє перевагу набагато більш значуще, оскільки знижує залежність споживача електроенергії від постачальника, розширюючи тим самим вибір підходящого місця для комфортного проживання.
Переваги теплових насосів поступово засвоюються суспільством, проте рівень громадської обізнаності, необхідний для початку практичних дій по їх масового впровадження, поки не досягнуть через брак необхідної достовірної інформації.
Хоча сьогодні на ринку стали з'являтися низькотемпературні повітряні теплові насоси (НВТН), з заявленою межею експлуатації аж до мінус 20 ° С і навіть до мінус 25 ° С, перспектива їх використання для теплопостачання поки що не надихає вітчизняного потенційного споживача. НВТН ж, позиційований виробником всього лише до мінус 15 ° С, які складають сьогодні більшу частину ринку, взагалі навіть не обговорюються. Зрозуміло, що відбувається це через те, що взимку у нас буває набагато прохолодніше зазначених значень, а нижня межа експлуатації НВТН, зазначений у представницькій документації, сприймається буквально в якості межі працездатності або близького до цього поняття.
Дані обставини, на думку аналітиків фірм, у розпорядженні яких уже опинилися НВТН, позбавляють будь-якого сенсу якої-небудь спроби з їх просування. Тому ті з потенційних споживачів, кому все ж довелося дізнатися про існування НВТН, впевнені, що призначені вони виключно для Європи, а в Росію потрапили випадково - в результаті маркетингового експерименту і використання їх тут якщо, в принципі й можливо, то напевно буде малоефективно.
Як перші, так і другі щиро вважають, що поява НВТН на ринку не більше ніж непорозуміння внаслідок недостатньої обізнаності виробників про особливості місцевого клімату і після прояснення цих особливостей тема тихо закриється сама по собі.
У даній статті пояснюється: у чому основна перевага використання теплових насосів в індивідуальному заміському будівництві, як і за якими параметрами, слід підбирати НВТН, придатні для теплопостачання і наскільки сучасні НВТН економічно доступні вітчизняному потенційному споживачеві.
Відносно недавно абсолютно достовірно стало відомо, що:
- мінімальна температура, що приводиться в специфікаціях, фактично всього лише нижня межа найбільш ефективного використання НВТН,
- межа економічної доцільності використання НВТН (коли коефіцієнт енергоефективності COP> 1) знаходиться на рівні -30 ° C, а
- межа працездатності НВТН практично взагалі не встановлений.
На цей рахунок цікавий малюнок 1 корпорації Daikin, із зазначенням середніх значень сезонного коефіцієнта енергоефективності SPF (Seasonal Performance Factor) НВТН для найбільш великих європейських країн.
Малюнок 1. Сезонний коефіцієнт енергоефективності SPF НВТН для Європи
Оскільки більша частина населення Росії проживає в межах широт центральної і північної Європи, ми можемо орієнтуватися і на SPF НВТН, в діапазоні від 2,4 до 3,2 - властивий не менше ніж пів-Європи. При цьому відомо, що найбільш активний попит на НВТН спостерігається в країнах саме північної Європи, оскільки, незважаючи на більш скромний SPF, опалювальний сезон, а відповідно і період використання НВТН там триває довше, що робить вигоду від використання НВТН більш значною.
Найбільш помітний інтерес до теплових насосів позначився сьогодні в секторі індивідуального заміського будівництва, тобто на відносно невеликих об'єктах. У розпорядженні забудовників індивідуального заміського житла є, як правило, лише кілька кіловат виділеної електричної потужності, що явно недостатньо для організації електричного теплопостачання.
Придбання ж додаткової електричної потужності часто неможливо або просто через відсутність потрібної кількості кіловат у самого постачальника, або через надзвичайно високих розцінок на забезпечення технічної можливості такого придбання (розцінки на підключення перевищують вже 100 000 руб / кВА). Тоді-то найбільш прийнятною альтернативою і стає теплопостачання з використанням теплового насоса.
Можливість забезпечення максимально комфортного проживання в умовах ідеального мікроклімату розглядається сьогодні як головна перевага, а економічність такого проживання сприймається вже в якості додаткового бонусу. Але досягнення цієї головної переваги можливо тільки за умови строго регламентованого підходу до вибору теплового насоса, що враховує дані будівельної кліматології.
Для тих, хто сьогодні оцінює можливість використання НВТН для скорочення необхідної електричної потужності, актуальне питання, наскільки значення нижніх меж температури, що зустрічаються сьогодні в рекламних буклетах НВТН, прийнятні для теплопостачання в Росії.
Малюнок 2а. Температурна статистика навколишнього повітря протягом року
Малюнок 2б.
Як видно з графіка на малюнку 2а, де наведена річна температурна статистика зовнішнього повітря, типова для центральної Росії, більшу частину року (вся середня частина графіка) переважають відносно помірні значення температури і лише по краях - короткочасно спостерігаються екстремальні. Графік потреби будинку у теплі практично дзеркально відображає графік необхідного опалювального навантаження - малюнок 2б. Горизонтальна ділянка - потреба у теплі для ГВП при відсутності потреби в опаленні. На вертикальній осі графіка позначено відсоток покриття річної потреби в теплі.
Для подальших міркувань важливо те, що сумарна тривалість стояння екстремально низьких температур у нас вкрай незначна. Такий характер зміни температури дозволяє оптимізувати теплопостачання з урахуванням тривалості стояння температурних градацій - що, власне, нам і необхідно. Для цього необхідну теплову навантаження має сенс поділяти на базову - властиву об'єкту більшу частину опалювального періоду і пікову - необхідну протягом всього лише декількох найхолодніших днів у році.
При організації теплопостачання тепловим насосом, причому байдуже - ґрунтовим або повітряним, максимальна економія досягається тільки при використанні додаткового джерела тепла - як для покриття пікового навантаження, так і при необхідності - в якості резервного.
Характер спільного виробництва тепла буде відображатися інтегральним графіком опалювального навантаження - малюнок 3. Переймаючись на горизонтальній осі інтегрального графіка відсотком покриття розрахункової опалювальної навантаження базовим джерелом тепла, на вертикальній осі ми знаходимо частку тепла, виробленого цим джерелом за рік.
Малюнок 3. Інтегральний графік опалювальної навантаження
Так, зважаючи зазначеної нерівномірності стояння різних температурних градацій, базове джерело тепла потужністю, наприклад 30% від розрахункового опалювального навантаження, дозволяє покрити більше половини - 56% всієї річної потреби в теплі. Базове джерело тепловою потужністю 60% від розрахункового навантаження забезпечить у середньому 92% річної потреби в теплі, а потужністю 65% - приблизно, 99%. Тому при виборі теплового насоса в якості базового джерела тепла оптимальною вважається номінальна потужність теплового насоса в діапазоні 55-65% від розрахункового навантаження.
Інтегральний графік особливо корисний тим, що володіє властивістю універсальності. Побудований для одного географічного пункту, він може бути використаний для всього кліматичного поясу з достатньою для практичних цілей точністю. Наприклад, побудований для Москви, він може бути використаний для всієї середньої смуги європейської частини Росії.
Оскільки графік потреби будинку у теплі - малюнок 2б повторює, по суті, графік температурної статистики зовнішнього повітря малюнок 2а, знаючи розрахункову температуру і виходячи з того, що фізіологічна потреба в опаленні виникає при 15 ° С, можна з'ясувати і при якій температурі потреба об'єкта в теплі буде відповідати тим самим 60% від розрахункової. Температура, при якій до теплопостачання тепловим насосом доцільно залучати піковий джерело тепла, називається температурою або точкою балансу або рівноваги.
При використанні теплового насоса з тепловою потужністю в точці рівноваги, що дорівнює 60% від розрахункового навантаження, частка пікових джерел з урахуванням цілорічної навантаження гарячого водопостачання в реальних ситуаціях не перевищує 4-12% в річному виробництві тепла. Якщо для НВТН це оптимальне співвідношення досяжне без особливих технічних і матеріальних проблем, то для ГТН оптимізація в більшій мірі залежить від мінімізації капітальних витрат. Раціональне співвідношення тепла, що виробляється піковим джерелом, в загальному річному балансі системи теплопостачання ГТН з вертикальною системою тепло-викиду варіюється, в залежності від регіону Росії, від 5 до 40%. Процес оптимально організованого теплопостачання тепловим насосом спільно з піковим джерелом тепла - моноенергетичний режим - представлений на графіку малюнку 4а. Резервний нагрівач бере участь тільки в покритті пікового навантаження. Такий режим використовується для знову проектованих систем і гарантує найкраще співвідношення між сумою капіталовкладень і експлуатаційними витратами.
Малюнок 4а. Оптимально організований теплопостачання тепловим насосом - моно-енергетичний режим
Малюнок 4б. Теплопостачання тепловим насосом спільно з бойлером на традиційному паливі - бівалентний режим роботи
Слід зазначити, що ГТН «ґрунт-вода» і НВТН «повітря-вода» обладнані ТЕНами, які можна залучати до теплопостачання, задіюючи в екстремальних ситуаціях резерв електроенергії за допомогою реле пріоритету. У НВТН ж «повітря-повітря» ТеНи зустрічаються рідше, оскільки повітряне опалення дозволяє безпроблемне використання будь-якого додаткового джерела тепла.
Будь дров'яна піч, без яких в Росії практично не будують заміських будинків, дозволить зберегти резерв електроенергії недоторканним, а при бажанні і виключити, до речі, використання і самого теплового насоса. НВТН ж, зрозуміло, виключає необхідність розтоплення печі для підтримання бажаного комфорту протягом літнього півріччя.
Малюнок 4в. Теплопостачання тепловим насосом без резервного джерела тепла - моно-валентний режим роботи. Найменш ефективне використання теплового насоса
Використання ж теплового насоса з тепловою потужністю рівної розрахункової, недоцільно, оскільки це вимагатиме майже в два рази більше виділеної електричної потужності для приводу теплового насоса - графік малюнок 4в, що істотно зменшує бажаний практичний виграш. Таке теплопостачання реалізує моновалентная режим, використовуваний тільки для теплого клімату, переважно - південної Європи і виключно для будинків з дуже низькою потребою в теплі, з чого випливає, що для Росії це - абсолютно не підходить.
При проектуванні теплопостачання розрахунок потужності необхідних джерел тепла виробляється з умови покриття ними опалювального навантаження в найбільш холодний період року. Вихідними даними для такого розрахунку служить температура повітря найбільш холодної п'ятиденки, забезпеченістю 0,92. При цьому слід розуміти, що хоча короткочасні епізоди з температурою нижче розрахункової в межах абсолютних температурних мінімумів теоретично і вірогідні, але нетривалість таких епізодів не дозволяє їм впливати на тепловий режим будівель, тому враховувати їх у розрахунках практичного сенсу не має.
У таблиці 1 наведені значення абсолютних температурних мінімумів - t_мін, розрахункових температур - t_расч
для кількох міст європейської частини території Росії і переважні значення точок балансу t_б, визначених з умови:
t_б = (t_расч - 15)? 0,6 + 15,
при якому потреба в опаленні виникає при температурі 15 ° С.
На підставі результатів з таблиці 1 можна сформулювати висновок про те, що для максимально ефективного теплопостачання тепловим насосом будь-якого типу в будь-якому з розглянутих міст піковий джерело тепла доцільно підключати при температурі вище мінус 15 ° С.
Оскільки для цього виводу використовувалися лише дані будівельної кліматології і ніяк не враховувався тип теплового насоса, ніщо не заважає використовувати цей висновок і стосовно до НВТН з нижньою межею експлуатації мінус 15 ° С.
Очевидно, що територіям, для яких переважне значення точки рівноваги лежить нижче мінус 15 ° С, властиві значення розрахункової температури нижче мінус 45 ° С, що характерно лише для деяких регіонів Східної Сибіру.
Тому НВТН з діапазоном роботи до мінус 15 ° С цілком придатні для максимально економічного теплопостачання на більшій частині території Росії.
Чим ближче точка рівноваги буде до мінус 15 ° С тим, зрозуміло, використання НВТН буде більш оптимально. Зауважимо, що ефективність більшості сучасних НВТН при мінус 15 ° С, а отже і теплова потужність якраз і становить приблизно 60% від номінальної - малюнок 5, що дозволяє в першому наближенні орієнтуватися на НВТН з номінальною тепловою потужністю рівної розрахункової. Для більш ретельного підбору необхідно використовувати технічні дані конкретних теплових насосів.
Малюнок 5. Характеристики сучасних НВТН
Покажемо, як будуть виглядати результати теплопостачання НВТН з мінімальною температурою мінус 15 ° С з урахуванням конкретних кліматичних даних. Для аналізу річної потреби будинку у теплі в тій чи іншій місцевості існує спеціальний кліматичний параметр градусо-добу опалювального періоду: HDD (Heating Degree Day). Розроблено цей показник у США для зручності ріелторів і відомий ще як показник теплового дефіциту конкретної території. Фактично він характеризує суму відхилень температури зовнішнього повітря від розрахункової температури всередині приміщень протягом всього опалювального періоду в конкретному кліматичному регіоні і вимірюється в ° С добова. Якщо вважати, що опалювальний період це - період з температурою нижче 15 ° С, а краща температура в приміщенні 22 ° С, можна розрахувати відповідні показники для розглянутих вище міст. Використовуючи дані будівельної кліматології, розрахуємо HDD за формулою:, Де
- Чисельне значення температурної градації в ° С, а
- Її тривалість у годинах.
Таблиця 2
У таблиці 2 представлені градус-добу HDD і тривалість Т усього опалювального періоду - t <15 і тієї його частини, коли температура не опускається нижче мінус 15 ° С - 15 З таблиці 2 видно, що в Москві, наприклад, 94% часу опалювального періоду НВТН з призначеним нижньою межею мінус 15 ° С можна використовувати самостійно, що забезпечить за цей період 88% всієї річної потреби в теплі для теплопостачання. Виходить, що на часовий інтервал з температурою вище мінус 15 ° С припадає від 88 до 95% опалювального періоду, причому за цей період від 77 до 90% річної потреби в теплі може бути поставлено НВТН без використання будь-якого додаткового джерела тепла. Зрозуміло, що при більш низьких температурах доцільно спільно з НВТН використовувати додаткове джерело тепла. В результаті такого тандему сумарна частка участі НВТН в теплопостачанні буде вище значень, наведених у колонці «HDD,%» і ближче до бажаного оптимуму: 85-95%.
Розрахункові дані свідчать про те, що аналіз на основі фактичних даних:
- підтвердив зроблений раніше висновок
- чисельно проілюстрував бажані оптимальні параметри.
Малюнок 6. Співвідношення тепла, що поставляється тепловим насосом і виробленого резервним нагрівачем
Важливим стримуючим фактором у нас є судження про необхідність для теплопостачання тепловими насосами значних капітальних витрат. Слід зазначити, що справедливо це виключно для ГТН, що знайшли в нас, тим не менш, певний збут і не стосується сучасних НВТН. Хоча сучасні НВТН особливого інтересу у потенційних споживачів поки не викликають, вони, як це було показано раніше, тільки трохи менше ефективні ГТН, але зате дешевше в кілька разів.
Спекотним літом 2010 року, коли за даними асоціації торгових компаній і товаровиробників електропобутової і комп'ютерної техніки РАТЕК в Москві було продано близько 100 тис. спліт-систем, з'ясувалося, що кондиціонери в Росії перестали бути предметом розкоші, а стали сприйматися в якості стандартного інженерного обладнання, необхідного для нормального проживання в межах середньої смуги. Найбільш уважні спостерігачі звернули на це увагу дещо раніше, а де-факто це зафіксувалося наміром Уряду Москви офіційно внести в муніципальні містобудівні норми відповідні зміни, необхідні для обладнання кондиціонерами типових житлових будинків економ-класу. Одним із прикладів таких будинків є експериментальний комплекс "АВАНГАРД", Новочеремушкінская вул., 60.
Під вікнами кожної квартири передбачені металеві корзини для зовнішніх блоків спліт-систем. У зовнішніх стінах є отвори для труб і кабелів, в які вставлені металеві гільзи, закриті кольоровими заглушками і з вже встановленими кондиціонерами.
Ще одним варіантом реалізації даного рішення є будинок за адресою Коровінское ш. 3а, к. 1.
Місця для зовнішніх блоків сплітсистем передбачені на засклених лоджіях, де є отвори на вулицю, закриті жалюзійними гратами.
З'явилися в Росії на початку нинішнього тисячоліття НВТН являють собою технічно вдосконалений варіант найбільш сучасних спліт-систем. Слід зазначити, що багато власників спліт-систем при покупці орієнтувалися на ті ультрасучасні опції високоякісної обробки повітря, які забезпечують найвищий рівень комфорту всередині житлових приміщень, але до цих пір були доступні виключно власникам кондиціонерів. З появою НВТН всі ці переваги ретранслюються до опалення, яку протягом року в Росії затребуване на протязі набагато більш тривалого періоду, ніж кондиціювання.
Таким чином, економічне обгрунтування використання теплового насоса засновано на можливості зменшити в кілька раз електричну потужність, необхідну для організації якісного теплопостачання та комфортного опалення, а також скоротити наступні експлуатаційні витрати.
Відчутного скорочення електричної потужності за рахунок використання теплового насоса можна досягти тільки за умови використання додаткового джерела тепла. Якщо додаткове джерело тепла залучати до участі в такому комбінованому теплопостачанні при температурі, близькій до мінус 15 ° С, на його частку буде припадати від 4 до 12% річної потреби в теплі.
Такий режим роботи, безумовно, дозволяє в якості теплового насоса використовувати НВТН з нижньою межею експлуатації мінус 15 ° С. Якщо в якості додаткового джерела тепла буде використовуватися дров'яна піч, то при вдало організованому теплопостачанні розтоплювати цю піч взимку буде потрібно не частіше, ніж це було б потрібно робити для підтримки необхідного комфорту в літній період при відсутності НВТН.
Власникам заміської нерухомості сучасні НВТН напевно не менш доступні, ніж мешканцям багатоповерхівок економ-класу і значно більш кращі, ніж ГТН. Використання ж ГТН для теплопостачання невеликих об'єктів, якими є односімейні заміські будинки, не дає ніяких переваг перед теплопостачанням НВТН за винятком незначної економії поточних витрат.
