Применение теплового насоса в системах отопления разных стран

С. Михненко

Тепловые насосы приобретают все большую популярность и как отдельные отопительные агрегаты, и в составе комбинированных систем отопления. Это энергоэффективные устройства, использующие возобновляемую энергию природных ресурсов – тепло почвы, воды и воздуха. Причиной их массового применения в странах Европы, Северной Америки и Азии послужили эффективность и экологичность

Европейская прагматичность По оценкам экспертов Международного энергетического агентства (International Energy Agency, IEA), разработавших «Дорожную карту» технологий «Энергоэффективность зданий – отопление и охлаждение», применение тепловых насосов для жилищ может сберечь до 63% энергии, затрачиваемой для этих целей. «Дорожная карта» технологий предполагает снижение мирового энергопотребления на отопление и охлаждение до 2050 года в два раза (!) по сравнению с сегодняшним уровнем.

По данным отчета о рынке, подготовленного Европейской ассоциацией тепловых насосов (EHPA), в 2014 году количество тепловых насосов (ТН), проданных в 21 стране ЕС, выросло на 3,5% (796746 ед.). Десятку стран по объемам продаж возглавила Франция, за ней следуют Италия и Швеция. Ежегодно в этих странах продается более 100 тыс. установок. В Германии, Финляндии, Норвегии, Испании количество проданных ТН за 2014 год составило 50 тыс.

В 2015 году, по данным EHPA, рынок тепловых насосов в Европе вырос еще на 10% и показал рекордный уровень продаж – 880 179 блоков в течение года, что сказалось на снижении выбросов CO₂ в атмосферу на 24 млн. т и создало 47 000 постоянных рабочих мест. Большая часть прироста рынка ТН в 2015 году связана с увеличением продаж в Испании (+15%), Италии (+20%) и Франции (+8%). Согласно европейским и национальным статистическим данным, обработанным ЕРНА, этот рост в основном произошел за счет воздушной ТН – технологии использования тепла атмосферного воздуха, которая набирает все большую популярность. В Европе тепловые насосы составляют уже более 5% от всего отопительного оборудования (с учетом водонагревателей на электричестве и органическом топливе).

ТН «воздух-вода» занимают в Европе наибольшую рыночную долю по сравнению с другими типами, достигнув значения почти 50%. Главными причинами такой тенденции стало улучшение характеристик и меньшие капиталовложения по сравнению с другими видами ТН, а также появление на рынке надежных моноблочных решений «воздух-вода».

К 2020 году в развитых странах мира 75% систем отопления и горячего водоснабжения будут использовать тепловые насосы, – прогнозирует Мировой энергетический совет (World Energy Council, WEC)

Шведский прорыв

Первое место по внедрению ТН среди европейских стран занимает Швеция - больше половины домов в стране обогревается ими. Стокгольм стал первой европейской столицей, которую перевели на отопление ТН. Почти вся шведская столица обогревается за счет морских теплонасосов, «качающих» тепло из Балтийского моря. Многие прибережные населенные пункты тоже пользуются этим преимуществом. В других регионах широкое применение нашли воздушные ТН. Большую популярность приобрело сочетание теплового насоса с системой «теплый пол».

В Швеции давно позаботились о государственной поддержкой широкого применения возобновляемой энергии и внедрили схему сокращения налогов при реновации и модернизации зданий. Сумма доплаты от государства для установки ТН зависит от стоимости каждого вида работ. Это позволило населению в короткие сроки значительно сократить затраты на отопление и отказаться от традиционных видов отопления.

За счет тепловых насосов Швеция в разы уменьшила загрязнение окружающей среды – ежегодное количество выбросов продуктов горения в атмосферу снизилось почти на 400 тыс. тонн. В странах Скандинавии при строительстве многоэтажных зданий застройщики обязаны устанавливать ТН для автономной системы кондиционирования, отопления и обогрева воды.

Практичность Германии

В Германии, чтобы поддержать население в переходе на более удобное, чистое и выгодное отопление, правительством оказывается финансовая помощь и предлагается льготная кредитная программа тем, кто хочет установить ТН. Сейчас, после «солнечного» бума, когда в 2010 году в Германии был достигнут т.н. «сетевой паритет», то есть когда стоимость электроэнергии из сети и полученной в домохозяйстве с помощью возобновляемых источников (например, от Солнца) сравнялись, применение ТН быстро вышло на первый план.

Видео. Применение теплового насоса «воздух-вода» в квартире

Особым спросом в Германии пользуются насосы «воздух-вода». Этот вид ТН стал доступен большинству семей Германии, поскольку он не требует больших затрат на подземные работы (как для насосов «вода-вода» и «грунт-вода») и его можно довольно просто и недорого использовать для уже имеющегося жилья, особенно в исторической застройке.

По прогнозу EHPA, за период с 2010 по 2020 год в Германии ожидается трехкратное (!) увеличение продаж ТН всех типов и снижение продаж отопительных котлов с 84 до 57%.

Французский подход

Во Франции по оценке EHPA с 2010 по 2020 год ожидается двукратный рост внедрения ТН для систем отопления, что уменьшит продажи традиционных котлов с 82 до 67%.

Налоговые кредиты на установку ТН были доступны во Франции с 2005 года. В результате в этом регионе главным образом используются ТН «воздух-вода» - ввиду относительно меньших затрат по сравнению с другими типами ТН. Здесь также сыграла свою роль традиционное распространение электронагревателей в отличие от других стран ЕС, где значительная доля систем отопления работает на органическом топливе – газе, мазуте, угле и т.д.

В соседней Бельгии установка ТН субсидируется в размере до 75% от его стоимости. Дотации в этих двух странах Западной Европы рассматриваются как механизм мотивации жителей для перехода на энергосберегающее отопление с учетом перспективы и мировых тенденций по уменьшению потребления ископаемого топлива, а не как социальная помощь.

Американский натиск

Для популяризации ТН в США пошли несколько иным путем. Там был принят федеральный закон, который обязывает компании-застройщики устанавливать это отопительное оборудование во всех строящихся зданиях. Такое «административное» давление, а не материальная стимуляция, привела, тем не менее, к тому, что за год в США продается больше 1 млн. ед. ТН. Особенность американского рынка в том, что ТН сочетаются там с применением солнечной энергии для отопления, подогрева воды для бытовых нужд и для бассейнов, что в комбинации с ТН существенно повышает эффективность системы отопления. Помимо применения термоколлекторов, широкое использование фотовольтаических панелей в США позволяет автономно обеспечить ТН электричеством, необходимым для их работы. Этому способствует распространенность экономичных и долговечных домовых электроаккумуляторов.

Японская скрупулезность

Правительство Японии, прежде чем массово внедрять тепловых насосы, инициировало программу по изучению последствий их применения. Не было выявлено ни единого отрицательного фактора воздействия на безопасность для человека и на окружающую среду. Это стало решающим аргументом для принятия государственной программы повсеместного использования ТН в системах отопления, для чего еще в середине 80-х годов минувшего века в Японии был создан фонд «Тепловые насосы». Катастрофа на Фукусиме еще больше стимулировала развитие «зеленых» и энергосберегающих программ, уменьшающих зависимость от атомной энергетики и газа.

Сегодня в Японии из-за особенностей местного климата наиболее популярны насосы «воздух-вода». Правительство продолжает выполнять программы субсидирования при установке ТН. Субсидия в Японии ныне составляет от $450 для бытового использования и $1500–2300 - для коммерческих целей.

Китайская масштабность

Впервые ТН «воздух-вода» появились в Китае в 2003 году. Этот сегмент рынка особенно бурно развивается начиная с 2008 года. Его ежегодный рост превышает 60%.

В 2012 году правительство Китая включило ТН «воздух-вода» в программу субсидирования приобретения энергоэффективной бытовой техники. Однако через год программа была свернута. Вместо этого были введены новые стандарты энергоэффективности, что создало нормативные предпосылки для развития рынка, главным образом за счет сегмента бытовых ТН. В 2015 году объем китайского рынка бытовых ТН «воздух-вода» оценивался в 10 млрд. юаней ($1,6 млрд.), а в 2020 году превысит 30 млрд. юаней ($5 млрд.). В ближайшее десятилетие ожидается более активное использование воздухо-водяных ТН в малых городах и селах Китая. В больших городах применение ТН стимулируется строительством «зеленых» энергоэффективных зданий.

Рис. 1. Рост мирового рынка тепловых насосов «воздух-вода» к началу 2014 года. Статистика по Японии – JRAIA, данные по другим странам – JARN

Украинская перспектива

В планах правительства Украины на 2016 год предусмотрено внесение изменений в Закон «Об альтернативных источниках энергии», по которому ТН наконец-то будут отнесены к оборудованию, использующему возобновляемые источники энергии. В соответствии с Директивой 2009/28/ЕС, в определение понятия «альтернативные источники» будут добавлены гидротермальная и аэротермальная энергия. Согласно этому законопроекту, вырабатываемая ТН энергия относится к возобновляемой при условии, что количество произведённой энергии, превышает количество потреблённой.В таком случае, на применение ТН ожидаемо будут распространяться льготы «зеленого тарифа», что мотивирует потребителей.

В Национальной ассоциации Украины по тепловым насосам (UNHPA) прогнозируют именно ТН ключевую роль по вытеснению природного газа из тепловых балансов городов и зданий нашей страны. Рынок ТН для отопления, кондиционирования и ГВС для малоэтажной застройки в Украине потенциально составляет минимум 1 млн. установок с общей установленной тепловой мощностью 5000 МВт. Прогнозы ассоциации UNHPA на период до 2030 года весьма оптимистичны и показывают, что тепловые насосы займут более 60% в балансах отопления, более 80% в балансах кондиционирования и почти 90% в системах горячего водоснабжения всех зданий Украины.

Схема «воздух-вода»

Тепловые насосы «воздух-вода» приобрели заслуженную популярность и стали во многих странах лидерами продаж ввиду того, что для них не требуются бурение скважин и дорогостоящие земляные работы, их проще и дешевле устанавливать для уже построенных зданий. Они устанавливаются снаружи дома, не требуя при этом обустройства сложных фундаментов.

Широкому распространению также способствовало развитие моноблочных моделей ТН «воздух-вода». По экспертным оценкам BSRIA (Building Services Research and Information Association), глобальный рынок ТН по состоянию на 2013 год на 75,4% состоял из моноблоков. К 2017 году число проданных в мире моноблочных ТН «воздух-вода» достигнет 3 млн. ед., превысив показатели 2016 года (2,35 млн. ед.) более чем на 30%.

Видео. Схемы подключения теплового насоса«воздух-вода» (укр. язык)

На рынке Украины представлены системы «воздух-вода» производства Ariston, AIK, Baxi, Buderus, Caldoris, Clivet, Clitech, Cooper&Hunter, CТС, Daikin, Gree, Hewalex, Hotjet, Microwell, Mitsubishi, Nibe, Remko, Stiebel Eltron, ТАГА, Vaillant, Viessmann и др. от европейских, азиатских, а теперь и от украинских производителей.

Тепло и холод

Рассмотрим особенности моноблочных тепловых насосов наружного исполнения «воздух-вода» на примере устройств серии aroTHERM компании Vaillant. Это многофункциональные тепловые насосы для отопления, горячего водоснабжения и охлаждения, использующие в качестве источника энергии низкопотенциальное тепло наружного воздуха.

Серия Vaillant aroTHERM VWL A представлена моделями мощностью 5, 8, 11 и 15 кВт. Допустимая температура наружного воздуха – от минус 20°С (минус 15°С для aroTHERM 55/2 A) для отопления и +46°С для режима охлаждения. Максимальная температура подачи теплоносителя – 63°С.

При помощи теплового насоса aroTHERM можно отапливать дом. А в комбинации со специальным водонагревателем косвенного нагрева для тепловых насосов (VIH RW 300) или станцией приготовления горячей воды (VPM…/2W) можно обеспечить горячее водоснабжение дома. Кроме того, функция «активный холод» позволяет охлаждать помещения в теплое время года. Моноблочное исполнение насоса существенно упрощает монтаж. Высокий коэффициент преобразования (COP) 2,4–4,7 обеспечивается современным долговечным инверторным компрессором. Это позволяет гибко модулировать мощность и избежать высоких пусковых токов.

Управлять всей системой отопления и охлаждения можно от одного регулятора. Предусмотрена возможность дистанционного мониторинга и управления с мобильного телефона через модуль управления VR900. ТН серии aroTHERM оснащаются насосом с частотным регулятором, модулирующим вентилятором, встроенным счетчиком полученной энергии окружающей среды, электронным расширительным клапаном. Серия тепловых насосов aroTHERM отличается низким уровнем шума.

На рис. 2 показан один из примеров подключения ТН aroTHERM VWL в многоконтурную систему отопления и подготовки горячей воды с газовым котлом. Данная схема предполагает отопление и охлаждение с помощью фэнкойлов и системы «теплый пол», нагрев воды для ГВС. Погодозависимое управление оптимизирует работу тепловых агрегатов и существенно экономит общее потребление энергии.

Рис. 2. Пример схемы подключения воздушного теплового насоса aroTHERM к водяной системе отопления и ГВС. Обозначения:
1. Воздушный тепловой насос aroTHERM VWL; 2. Настенный одноконтурный газовый котел ecoTEC plus VU; 3. Емкостный бивалентный водонагреватель auroSTOR VIH S; 4. Теплообменный модуль VWZ MWT 151; 5. Гидравлический модуль VWZ MPS 40; 6. Прямая насосная группа; 7. Смесительная насосная группа; 8. Распределительный коллектор на 2 контура; 9. Модуль управления тепловым насосом VWZ AI; 10. Регулятор multiMATIC VRC 700; 11. Смесительный модуль VR 70

Опыт применения тепловых насосов «воздух-вода» в ведущих странах на практике показал высокую эффективность оборудования данного типа – как с точки зрения энергоэффективности, так и с точки зрения начальной суммы капиталовложений и сроков возврата инвестиций. Без сомнения, положительные результаты применения этой инновационной техники будут подтверждены и в Украине.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!