Теплонасосные системы для коттеджей

В. Ф. Горнов, директор проектного отделения ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ»

М. Н. Ефремов, инженер НП «АВОК»

В. А. Лесков, генеральный директор ОАО «ИНСОЛАР-ЭНЕРГО»

Н. В. Шилкин, профессор МАрхИ

Теплонасосные системы в России

В период примерно с 1999 года по 2008 год практически все элементы тепловых насосов на 80 % состояли из оборудования иностранного производства. Развитию теплонасосных систем способствовал целый ряд факторов: это и тарифная политика, и не очень развитая газификация населенных пунктов. Имели место достаточно жесткие ограничения по подключению электрической мощности. Эти факторы предопределили достаточно интенсивное развитие теплонасосных систем. По капитальным вложениям затраты составляли от 1 300 долл. за тепловой киловатт.

После финансово-экономического кризиса 2008 года наметилась тенденция к удешевлению этих систем – необходимо было что-то делать. Росли капитальные затраты из-за роста цен на комплектующие за счет увеличения курса, при этом энергетические компании «повернулись лицом к потребителю»: была упрощена система подключения новых объектов к сетям электроснабжения. Все это привело к тому, что отсеялось практически 70 % компаний, которые были в то время на отечественном рынке теплонасосных систем. Остались компании, производящие теплонасосные системы именно здесь, в России. Остались за счет снижения капиталоемкости, за счет конкурентоспособной цены.

Эффективные методы извлечения теплоты грунта

Помимо повышения экономической эффективности, компании стали искать и более эффективные методы извлечения теплоты грунта. Некоторые компании пошли по наитию, не привлекали какие-то научные исследования.

Специалисты группы компаний «Инсолар» очень подробно исследовали эту область. Удалось изучить некоторые процессы и создать математический аппарат, который позволял бы оптимизировать капитальные затраты и конструкцию геотермальной скважины для оптимизации энергозатрат и теплосъема. Конечно же, применялось и импортозамещение – все это позволило предложить потребителям конкурентоспособные решения.

Комбинированная теплонасосная система

Запатентованное техническое решение группы компаний «Инсолар», позволяющее существенно повысить эффективность системы, – это создание комбинированных теплонасосных систем. В одной установке сопрягается два типа источников низкопотенциальной теплоты: воздух и грунт. Раньше, как правило, использовался либо только грунт, либо только воздух.

Использование в качестве источника низкопотенциальной теплоты воздуха ограничивает применение теплонасосных систем при температурах ниже –5 °С. Эффективность очень сильно падает за счет обмерзания испарителя. Приходится выключать и выводить из работы теплонасосную установку и подключать дополнительный дизельный либо электрический котел.

Если же использовать только низкопотенциальную теплоту грунта, то изначально имеют место высокие капитальные затраты. Установка рассчитывается на максимальную тепловую мощность. Затраты составляют укрупненно около 13 500 руб. за 1 м² отапливаемой площади.

Поскольку группа компаний «Инсолар» имеет некоторую экспериментально-научную базу, специалисты исследовали и применили в современных теплонасосных системах несколько технических решений, которые позволили снизить на 20–30 % капитальные вложения без потери эффективности и производительности. Была создана комбинированная теплонасосная система: в одной машине совместили утилизацию низкопотенциальной теплоты и грунта и наружного воздуха. Расчеты показали, что за счет этого можно снизить нагрузку на источник примерно на 20 %. Поскольку тепловая нагрузка на грунт уменьшилась, можно примерно на 20 % снизить протяженность грунтовых теплообменников, соответственно снизив и капитальные затраты.

Затраты на теплонасосную установку

Капитальные затраты на теплонасосную установку можно разделить на четыре части:

• сам тепловой насос;
• грунтовые теплообменники, скважины – система утилизации низкопотенциальной теплоты грунта;
• работа по обустройству всех этих систем;
• оборудование теплового узла внутри теплового пункта.

В период до 2008 года эти затраты распределялись примерно поровну на все четыре компонента: 25 % стоил сам тепловой насос, 25 % скважины и остальное тоже по четверти.

Сейчас это распределение иное за счет повышения эффективности оборудования. Компрессорная промышленность не стоит на месте, появились более эффективные хладоны, улучшились технологии. Появились доступные по цене среднетемпературные компрессоры, стали применяться технология с впрыском пара и жидкости. Экзотермический КПД при снижении температуры кипения падает незначительно.

Сейчас в структуре капитальных затрат примерно половину составляет стоимость системы утилизации низкопотенциальной теплоты грунта. Вторая половина – все остальное: стоимость теплонасосной установки, работа и обустройство теплового пункта.

Стоимость теплонасосных установок для коттеджей площадью 140 м² и 250 м² приведена в таблицах 1 и 2.

Таблица 2 Коттедж площадью 250 м². Комбинированная теплонасосная установка воздух–грунт–вода. Тепловая мощность 13,5 кВт. Электрическая мощность 4,5 кВт. Холодильная мощность 15 кВт

Аспекты, рассматриваемые в статье:

• Сравнение воздушных и комбинированных теплонасосных систем
• Интеллектуальная система определения эффективности источников теплоснабжения
• Использование ночного тарифа
• Потребители теплоты – отопление и ГВС
• Экономическая целесообразность теплонасосных систем для отопления коттеджей
• Экономическая целесообразность теплонасосных систем для горячего водоснабжения коттеджей
• Горизонтальные геотермальные системы
• Особенности использования грунтовых теплообменников
• О безопасности питьевых водоносных горизонтов
• Аварийные ситуации
• Энергосбережение и автоматизация теплонасосной системы отопления и охлаждения гостиницы в теплом климате
• Режим сушки

Полностью статью можно прочитать, подписавшись на электронную или бумажную версию журнала «Энергосбережение».