«Частный коттедж, г. Сочи, Адлерский район, посёлок Красная Поляна» на базе технологии теплового насоса схемы «вода-вода».
В январе 2013 года в частном коттедже площадью 450 м2 была запущена в эксплуатацию теплонасосная установка схемы «вода – вода» тепловой мощностью 45 кВт для целей отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования.
Источником низкопотенциального тепла является грунтовая вода из скважины на прилегающей к коттеджу территории, оголовок скважины и коммуникации выполнены в подземном варианте, на поверхности только обычный канализационный люк, что не мешает движению транспорта и пешеходов.
Вода из скважины подаётся в накопительную ёмкость, откуда вода направляется для хозяйственно-бытовых нужд и к тепловому насосу.
Тепловой насос установлен в помещении котельной, где так же расположен котёл на дизельном топливе, как резервный источник тепла.
Тепловой насос GWHP 50H молдавской фирмы «ALTAL» выполнен по двухмодульной схеме, что позволяет эффективно экономить электроэнергию.
Отопление дома осуществляется тёплыми полами, радиаторами и напольными конвекторами, подготовка горячей воды осуществляется в бойлере косвенного нагрева.
Ниже приведём инженерную концепцию для данного объекта.
Исходные данные.
Месторасположение комплекса: г. Сочи, Адлерский р-н, п. Красная Поляна.
Температурный погодный режим:
- в «зимний» период до - 15С, (средняя + 5С);
- в «летний» период до +30С, (средняя +20С).
Протекающая рядом с участком застройки ручей и данные гидрогеологических изысканий подтверждают наличие стабильных грунтовых вод на небольших глубинах.
Согласно проекту:
- полезная «отапливаемая» площадь – 400 кв.м.
- количество проживающих (в среднем ) – 3 чел.
Расчётные оценочные потребности объекта в тепле/холоде составляют:
Исходя из проектных данных по планировкам помещений, объёмам и характеристикам применяемых строительных материалов, получены следующие предварительные оценки потребления тепла/холода:
- отопление - 35 кВт;
- кондиционирование – 20 кВт (пожелание Заказчика ограничиться кондиционированием только общего холла 1-го и 2-го этажей);
- горячее водоснабжение (ГВС) – 3 кВт.
Коттедж оснащён системой теплоснабжения:
- генерация тепла - котёл на дизельном топливе;
- система доводчиков тепла – водяные тёплые полы, радиаторы, конвекторы, бойлер ГВС.
Краткое описание предлагаемой концепции.
С учётом данных раздела 1 предлагается для обеспечения отопления/кондиционирования, подогрева воды на нужды ГВС применить технологию теплового насоса, а именно теплонасосной установки (ТНУ) схемы «вода-вода», использующую в качестве источника низкопотенциального тепла (НПТ) тепло грунтовой воды. Грунтовые воды в сочинском регионе имеют стабильную температуру порядка + (12 – 16) С, что вполне достаточно для применения ТНУ.
Указанная технология и схема ТНУ позволяет эффективно использовать энергоресурсы, минимизировать потребление электроэнергии, максимально потребляя имеющиеся на объекте возобновляемые, низкопотенциальные тепловые ресурсы (грунтовая вода из скважины).
Для реализации концепции необходимо иметь скважину с грунтовой водой расчётного дебита, сетевую электроэнергию, площадь под размещение оборудования – индивидуальный теплопункт (ИТП) желательно в подвальном помещении.
В целях кондиционирования помещений разместить «доводчики холода» в виде водяных фанкойлов напольного, потолочного или настенного расположения; для подачи «теплоносителя» (подогретой или охлаждённой воды) в фанкойлы проложить по зданию теплоизолированные (металлопластиковые или полипропиленовые ) трубы.
Оценочные технико-экономические характеристики предлагаемой системы.
В «зимний» период объекту потребуется 38 кВт тепловой мощности для отопления помещений и подогрева воды на ГВС.
В «летний» период объекту потребуется 20 кВт холодильной мощности для кондиционирования помещений и 3 кВт тепловой мощности на нужды ГВС т.е всего 23 кВт.
Исходя из характеристик модельного ряд оборудования ТНУ компании «ALTAL» и необходимости наличия проектного резерва мощности, предлагается применить один 2х-компрессорный тепловой насос модели GWHP 37H, что позволит вырабатывать до 43,3 кВт «тепла» и до 39,2 кВт «холода».
Для выработки максимальной мощности ТНУ схемы «вода-вода» потребуется 8,5 кВт электрической мощности.
Потребный дебит воды - (источник низкопотенциального тепла, НПТ) составит порядка 7,0 м3/час. Для получения стабильного источника НПТ (грунтовой воды) предлагается пробурить скважину на прилегающей к коттеджу территории.
Максимальную тепловую мощность предлагается обеспечить работой 2х- компрессорного теплового насоса с целью повышения надежности системы и возможностью маневра тепловой/холодильной мощностью в зависимости от нагрузки потребителей, а так же меньшей площадью для размещения.
Площадь для размещения теплового насоса (с зоной обслуживания) 1,5 – 2,0 кв.м. для чего может быть использовано помещение котельной на 1-м этаже коттеджа.
Для кондиционирования предлагается установить на антресоли холла два напольных фанкойла фирмы «PolarAir» модели PFWB-40-VW общей мощностью 24 кВт.
Ориентировочные оценки стоимости основного, дополнительного оборудования и выполнения необходимых работ по строительству и пуску системы тепло/холодоснабжения на базе ТНУ приведены в приложении.
После выполнения проектно-изыскательских работ (ПИР) указанные оценки могут быть скорректированы.
В качестве примера эффективности теплового насоса:
«Экономическая эффективность применения теплового насоса схемы «вода – вода» в сравнении с «традиционной» системой: газовый котёл+кондиционер (сплит-система) для коттеджа площадью 400 кв.м. при условии 100% загрузки»
Продолжительность отопительного периода примем равной 3 500 час в год, т.е. потребность коттеджа в отоплении составит 35 кВт/1000 *3 500 час/1,163 = 105,33 Гкалл в год.
Продолжительность периода кондиционирования примем 2 200 час в год, т.е. потребность коттеджа в кондиционировании составит 20 кВт/1000*2200/1,163 = 37,79 Гкалл в год.
Потребление тепла на ГВС круглогодично и составит 3кВт/1000*8700час/1,163=22,44 Гкалл в год.
Произведём оценку себестоимости 1 Гкалл (1,163 МВт*час) тепловой/холодильной энергии, вырабатываемой системой «газовый котёл + кондиционер (сплит-система)» или тепловым насосом схемы «вода – вода» («топливная» энергетическая составляющая себестоимости).
Система «газовый котёл + кондиционер (сплит-система)»
Газовый котёл (выработка тепла):
Теплота сгорания природного газа составляет 7950 ккал/куб.м. Для получения 1 Гкалл тепла необходимо сжечь 126,79 куб.м газа. Реальный КПД агрегата «газовый котёл + горелка» равен 0,95 х 0,90 = 0,86, что потребует для получения 1 Гкалл тепла сжигания 126,79 / 0,86 = 148,29 куб.м газа.
Стоимость 1 куб.м газа на 01.03.2012г. для потребителей в Сочи составляет 3,82руб, т.е. стоимость газа для получения 1Гкалл тепла составит 148,29 х 3,82 = 566,47 руб.
Стоимость газа на отопление и ГВС за год составит: (105,33+22,44) * 566,47руб = 72 378 руб.
Сплит - система (выработка холода):
Коэффициент холодильной эффективности сплит - системы составляет 2,5 , т.е. для выработки 1Гкалл холода потребует 465,2 кВт*час электроэнергии.
Стоимость 1 квт*час электроэнергии на 2012г. для рассматриваемого потребителя в Сочи составляет 2,14руб (одноставочный тариф) т.е. стоимость выработки 1Гкалл холода сплит - системой составит: 465,2 х 2,14 = 995,53 руб.
Стоимость эл.энергии на кондиционирование за год составит: 37,79 *995,53 руб = 37 621 руб.
ИТОГО: стоимость энергоресурсов системы «газовый котёл + сплит» за год составит 109 999 руб.
Тепловой насос схемы «вода–вода» (тепло/холод).
Коэффициент преобразования теплового насоса схемы «вода – вода» составляет 5,0. Для выработки 1Гкалл тепла/холода тепловой насос потребует 232,6 кВт*час электроэнергии.Т.е. стоимость выработки 1Гкалл тепла/холода тепловым насосом составит 232,6 х 2,14 = 497,76 руб.
ИТОГО: стоимость эл.энергии на отопление, ГВС и кондиционирование за год системы ТНУ схемы «вода-вода» составит: (105,33+22,44 + 37,79) * 497,76 руб = 82 409 руб.
Отсюда следует вывод, что годовая экономия на стоимости энергоре – сурсов при круглогодичной эксплуатации коттеджа и при условии применения ТНУ «вода-вода» вместо системы «газовый котёл + кондиционер» составит 27 590 рублей.
При использовании в «летний» период года режима работы ТНУ «пассивное кондиционирование» указанная экономия может увеличиться до 32 000 рублей.
При переходе на двуставочный тариф потребления электроэнергии стоимость «ночного» 1кВт*час составит 1,70 руб., что даст дополнительную экономию в стоимости работы как ТНУ, так и сплит-системы, но учитывая круглогодичный режим работы ТНУ, выгода от её использования увеличится ещё на 10 - 15% по сравнению с системой «газовый котёл + сплит-система» и составит не менее 35 000 руб.
«Экономическая эффективность применения теплового насоса схемы «вода – вода» в сравнении с «традиционной» системой: дизельный котёл + кондиционер (сплит-система) для коттеджа площадью 400 кв.м. при условии 100% загрузки.»
Продолжительность отопительного периода примем равной 3 500 час в год, т.е. потребность коттеджа в отоплении составит 35 кВт/1000 *3 500 час/1,163 = 105,33 Гкалл в год.
Продолжительность периода кондиционирования примем 2 200 час в год, т.е. потребность коттеджа в кондиционировании составит 20 кВт/1000*2200/1,163 = 37,79 Гкалл в год.
Потребление тепла на ГВС круглогодично и составит 3кВт/1000*8700час/1,163=22,44 Гкалл в год.
Произведём оценку себестоимости 1 Гкалл (1,163 МВт*час) тепловой/холодильной энергии, вырабатываемой системой «дизельный котёл + кондиционер (сплит-система)» или тепловым насосом схемы «вода – вода» («топливная» энергетическая составляющая себестоимости).
Система «дизельный котёл + кондиционер (сплит-система)».
Дизельный котёл (выработка тепла):
Теплота сгорания дизельного топлива составляет 8650 ккал/л. Для получения 1 Гкалл тепла необходимо сжечь 115,61 л. топлива. Реальный КПД агрегата «дизельный котёл + горелка» равен 0,95 х 0,90 = 0,86, что потребует для получения 1 Гкалл тепла сжигания 115,61 / 0,86 = 134,43 л.топлива.
Стоимость 1л. диз.топлива на 01.03.2012г. для потребителей в Сочи составляет 21.0руб, т.е. стоимость топлива для получения 1Гкалл тепла составит 134,43 х 21.0=2 823,03 руб.
Стоимость топлива на отопление и ГВС за год составит: (105,33 +22,44) * 2 823,03руб = 360 699 руб.
Сплит - система (выработка холода):
Коэффициент холодильной эффективности сплит - системы составляет 2,5 , т.е. для выработки 1Гкалл холода потребует 465,2 кВт*час электроэнергии.
Стоимость 1 квт*час электроэнергии на 2012г. для рассматриваемого потребителя в Сочи составляет 2,14руб (одноставочный тариф) т.е. стоимость выработки 1Гкалл холода сплит - системой составит: 465,2 х 2,14 = 995,53 руб.
Стоимость эл.энергии на кондиционирование за год составит: 37,79 *995,53 руб = 37 621 руб.
ИТОГО: стоимость энергоресурсов системы «дизельный котёл + сплит» за год составит 398 320 руб.
Тепловой насос схемы «вода–вода» (тепло/холод).
Коэффициент преобразования теплового насоса схемы «вода – вода» составляет 5,0. Для выработки 1Гкалл тепла/холода тепловой насос потребует 232,6 кВт*час электроэнергии.Т.е. стоимость выработки 1Гкалл тепла/холода тепловым насосом составит 232,6 х 2,14 = 497,76 руб.
ИТОГО: стоимость эл.энергии на отопление, ГВС и кондиционирование за год системы ТНУ схемы «вода-вода» составит: (105,33+22,44 + 37,79) * 497,76 руб = 82 409 руб.
Отсюда следует вывод, что годовая экономия на стоимости энергоре – сурсов при круглогодичной эксплуатации коттеджа и при условии применения ТНУ «вода-вода» вместо системы «дизельный котёл + кондиционер» составит 315 911 рублей.
При использовании в «летний» период года режима работы ТНУ «пассивное кондиционирование» указанная экономия может увеличиться до 340 000 рублей.
При переходе на двуставочный тариф потребления электроэнергии стоимость «ночного» 1кВт*час составит 1,70 руб., что даст дополнительную экономию в стоимости работы как ТНУ, так и сплит-системы, но учитывая круглогодичный режим работы ТНУ, выгода от её использования увеличится ещё на 10 - 15% по сравнению с системой «дизельный котёл + сплит-система» и составит не менее 370 000 руб.
Качественные характеристики систем с использованием тепловых насосов.
Тепловые насосы являются наиболее прогрессивной энергогенерирующей технологией на сегодняшний день:
- Обладают высокой степенью энергосбережения, энергоэффективности, ТНУ «вода-вода» на 1 кВт потреблённой электроэнергии вырабатывает более 5 кВт тепловой или холодильной энергии.
- При абсолютной экологичности (нет шума, вибрации, «вони», огня) обладает высокой степенью пожаро-взрывобезопасности т.к. нет процессов горения топлива и выбросов продуктов сгорания.
- Не требует прокладки топливных (газовых) магистралей и систем дымоудаления и соответствующих затрат.
- Имеет высокую надёжность (в основе работы лежит цикл холодильной машины и её характерные агрегаты..), ресурс не менее 15-ти лет.
- Работает автоматически, легко регулируется и контролируется как бытовой холодильник, не требует постоянного присутствия человека.
- Не требует специальных помещений, может располагаться в любом свободном месте объекта – в подвале, в квартире, на крыше, чердаке.
- Для южных регионов (Краснодарский край, Сочи) технология особенно актуальна т.к. обладает качеством «обратимости» рабочего процесса, что позволяет одним агрегатом решать вопросы тепло и холодоснабжения объекта.
- Обладает свойством «универсальности», когда при работе в режиме кондиционирования выполняется утилизация тепла на подогрев воды для ГВС.
Тепловые насосы имеют широкое применение во всех развитых странах Европы, Америки, включая страны юго-восточной Азии и Африки.
Что и кто препятствует активному внедрению теплонасосных технологий в России:
- относительно низкая стоимость топливных ресурсов длительное время не востребовала новых энергоэффективных технологий, в настоящее время ситуация меняется;
- отсутствие внятной государственной политики на стимулирование энергоэффективности и энергосбережения в промышленности и быту:
- отсутствие в России производств по выпуску ТНУ, что ведёт к закупке этой техники за рубежом по относительно высоким ценам;
- отсутствие в энергетике достаточного количества специалистов знающих, понимающих и умеющих практически внедрять инновационные технологии;
- активное сопротивление «газового лобби», не желающего упускать из своих рук существенный сектор энергетического рынка;
- слабая просветительская и рекламная работа среди населения инновационных компаний по причине ограниченности финансовых и кадровых ресурсов.
В настоящее время в России эксплуатируется несколько тысяч ТНУ различных схем и мощностей (от 5 кВт до 10 МВт ) , имеются установки, работающие с начала 90-х годов прошлого века, но особенно активно ТНУ стали внедряться последние 10 лет, что связано с ростом цен на энергоресурсы и развитием рыночных отношений в экономике.
