Тепловой насос или газовый котел

Тепловой насос или газовый котел

В. Ф. Гершкович, канд. техн. наук, лауреат премии НП «АВОК», ЧП «Энергоминимум», Киев

Принято считать, что использовать теплоту атмосферного воздуха при помощи теплового насоса в умеренно континентальном климате невыгодно. Однако выполненная технико-экономическая оценка целесообразности применения теплового насоса «воздух-вода» в системе теплоснабжения современной теплицы, позволяет утверждать, что это по меньшей мере спорно.

Энергию, содержащуюся в 15 млрд м 3 газа, тепловые насосы могли бы извлечь просто из воздуха .

Если рассматривать наружный воздух как единственный источник тепла, то использование воздушного теплового насоса для отопления в климатических условиях, например Украины, неэффективно: во время сильных морозов тепловые насосы «воздух-вода» работают с низкими коэффициентами преобразования. В то же время в течение большей части года температура наружного воздуха вполне пригодна для использования теплового насоса в системах теплоснабжения. В [1] приведен график (рис. 1) подтверждающий, что при положительных температурах наружного воздуха коэффициент преобразования воздушного теплового насоса в большинстве случаев больше 3, а это свидетельствует о возможности его эффективной работы.

Зависимость коэффициента преобразования одной из моделей теплового насоса «воздух-вода» от температуры воды на выходе из конденсатора t2K и от температуры наружного воздуха

Техническая возможность частичного замещения установок, работающих на природном газе, воздушными тепловыми насосами еще не означает экономической целесообразности такого решения. Пока цена на природный газ была приемлемой, никому в голову не приходила мысль об установке дорогого теплового насоса вместо дешевого газового котла. Однако газ постоянно дорожает: на Украине за пять лет цена выросла в пять раз, и эта тенденция сохраняется. Рано или поздно наступит время, когда стоимость теплового насоса уже не покажется столь высокой по сравнению с ежегодными затратами на покупку природного газа.

Чтобы подкрепить эти абстрактные соображения конкретными цифрами, была выполнена технико-экономическая оценка целесообразности частичного замещения природного газа тепловым насосом на примере теплоснабжения современной теплицы, где круглый год по самым последним технологиям выращивают помидоры.

Существующая схема теплоснабжения теплицы (рис. 2) состоит из газового котла с экономайзером и четырех независимых друг от друга отопительных контуров. Красным цветом на схеме показано, как в нее можно встроить тепловой насос «воздух-вода».

Схема теплоснабжения теплицы

1 – контур теплицы;

2 – отопительные контуры различных зон теплицы;

3 – газовый котел;

5 – насос контура котла;

6 – насосы отопительных контуров;

7 – регулирующие клапаны;

8 – гидравлическая стрелка;

9 – дымовая труба;

10 – тепловой насос «воздух-вода»

Существующая система отопления рассчитана на температуру теплоносителя 90 °С при расчетной температуре наружного воздуха –22 °С. Тепловой насос во время морозов работать не будет, а в период относительно теплой погоды температура 40–50 °С в подающем трубопроводе системы отопления будет вполне достаточна для поддержания необходимой внутренней температуры без изменения отопительной системы. Как видим, технически несложно привязать тепловой насос «воздух-вода» к котельной тепличного хозяйства.

Рассмотрим теперь экономические параметры такого рода модернизации.

По данным, полученным от эксплуатационной службы теплицы, в котельной было сожжено 7 700 м 3 природного газа за самые холодные январские сутки, что соответствует средней тепловой мощности котлов 2 700 кВт. Годовая выработка тепла в этой котельной составляет 4 680 Гкал при потреблении 650 тыс. м 3 газа в год.

Для частичного замещения природного газа был выбран тепловой насос «воздух-вода», тепловая мощность которого при температуре наружного воздуха 0 °С составляет 1 400 кВт (примерно 52 % от мощности котла).

В [2] представлена зависимость выработки тепловой энергии котлом от коэффициента расчетной тепловой мощности теплового насоса, построенная для климатических условий большей части Украины (рис. 3). На рисунке показано (пунктирными линиями), что при коэффициенте расчетной тепловой мощности теплового насоса 0,52 в котле будет выработано 55 % тепловой энергии за год и тепловой насос такой мощности будет работоспособен при температуре наружного воздуха – 0,6 °С и выше.

Читайте также:  Закваска для изготовления сыра в домашних условиях

Расчет коэффициента выработки тепла газовым котлом за год

Данные технико-экономического сопоставления вариантов теплоснабжения теплицы сведены в таблицу. Срок окупаемости инвестиций, равный 12 годам, слишком велик для того, чтобы владелец теплицы решился уже сейчас потратить деньги на устройство теплового насоса, даже понимая, что цены на газ будут и дальше стремительно расти и уже через четыре года сроки окупаемости этой же установки сократятся вдвое.

Если бы владельцы предприятий с газовыми котельными имели какие-либо гарантированные государством стимулы к развитию энергосберегающей техники, то не стали бы ждать дальнейшего увеличения цены на газ, а уже сейчас начали бы вкладывать средства в устройства, сокращающие расходы газа. Среди таких устройств тепловые насосы «воздух-вода» при котельных, возможно, стали бы самыми популярными, потому что потенциал уменьшения потребления природного газа на Украине от их применения оценивается примерно в 15 млрд м 3 в год.

Таблица
Сопоставление вариантов теплоснабжения теплицы
Показатель Схема
теплоснабжения теплицы
Традиционная С тепловым
насосом
Годовая
потребность
теплицы в
тепловой энергии, Гкал 4 680 4 680
природном газе, тыс. м 3 650 357
электрической энергии, МВт•ч 786
Затраты 1 ,
тыс. долл. США
в год на
природный газ 2 211 116
электрическую энергию 3 54
всего 211 170
Экономия годовых затрат на энергию 1 ,
тыс. долл. США
42
Необходимый объем инвестиций 1 ,
тыс. долл. США
488
Срок окупаемости, лет 12

1 Пересчитано в долл. США по курсу 1 долл. США = 8 грн.

2 Тариф 2010 года равен 2,6 грн/м 3 .

3 Тариф 2010 года равен 0,7 грн/кВт•ч (льготный ночной тариф– 0,175 грн/кВт•ч).

Литература

1. Особенности проектирования систем теплоснабжения зданий с тепловыми насосами. Киев, 2009.

2. Оптимальная мощность отопительного геотермального теплового насоса // Энергосбережение в зданиях. 2010. № 2 (51).

Сравнивая тепловой насос грунт вода с газовым котлом, необходимо рассматривать все в комплексе. Тогда мы увидим, что тепловой насос в начальных и эксплуатационных затратах выгоднее, чем газовый котел.

Для примера проведем сравнительный анализ для дома 300 м 2 с тепловыми потерями 17 кВт при нормированных условиях окружающей среды, рассматривая геотермальный тепловой насос и газовый котел.

Тепловой насос грунт-вода 3 в 1

Экономное отопление, горячая вода, кондиционирование

Начальные затраты грунтового теплового насоса

  1. Стоимость геотермального теплового насоса для отопления, ГВС, с функцией кондиционирования 17 кВт 4100 дол.
  2. Стоимость бурения скважин под тепловой насос, зондов, наружного контура, колектора теплового насоса с расходомерами и запорной арматурой в сборе, пропиленгликоля – 6900 дол.
  3. Обвязка котельни с баком косвенного нагрева нержавеющим 200 л для горячей воды, запорной арматурой, комплектующими, работой – примерно 2000 дол и выше.
  4. Компенсация по программе IQ energy 35%.

Всего начальных затрат 8840 дол. (компенсация учтена)

Ежемесячные затраты на отопление тепловым насосом

На дом 300 м кв примерно 1000 кВт в самый холодный месяц

1000 кВт*1,68 грн/1 кВт*час=1680 грн.

При двухтарифном учете: 1400 грн в месяц.

Вы имеете право на льготный тариф по постановлению НКРЭ — 3000 кВт в месяц по 0,9 грн днем и 0,45 грн. ночью при двух тарифном учете, тогда получим: 750 грн. в месяц, используя отопление дома тепловым насосом.

Функция кондиционирования в геотермальном тепловом насосе дает возможность охладить дом 300 м 2 до комфортной температуры, посредством охлаждения пола, стен, потолка, при этом затратив 200 Вт в час, т.е. 0,3 грн в час.

Если такой дом вы будете охлаждать с помощью кондиционеров, то вам понадобится 3-5 кондиционеров от 500 дол и выше за шт., т.е. 1500-2500 дол и мин. 3- 5 кВт в час затрат на электричество, что эквивалентно 5-9 грн. в час, это в десятки раз дороже, чем бы вы использовали геотермальный тепловой насос.

Читайте также:  Вяз мелколистный живая изгородь

Преимущества геотермального теплового насоса

  1. Начальные затраты на тепловой насос грунт вода, при определенных обстоятельствах немного дороже, чем установить газовое или твердотопливное оборудование, но иногда будет таким же по стоимости или гораздо дешевле, а в ежемесячных затратах – тепловой насос земля вода в 3-5 раз дешевле, чем стоимость газа, в 2 – 4 раза дешевле, чем дрова.
  2. Установка теплового насоса не требует помещения под котельную. Монтаж теплового насоса можно сделать в нише под лестницей, что увеличивает полезную площадь дома.
  3. Теплонасос не требует разрешений и согласований, что дает возможность произвести монтаж теплового насоса на любом этапе строительства для подачи тепла.
  4. Возможность удаленного управления.
  5. Безопасный.
  6. Экологичный.
  7. Снабжен наружными и внутренними датчиками температуры, контролером, что позволяет экономно расходовать электроэнергию и обеспечивать поддержание стабильной комфортной температуры внутри.
  8. При использовании геотермального теплового насоса, как кондиционер, очень экономен, не меняет ионный состав воздуха при этом обеспечивает комфортную температуру во всем доме.

Газовый котел

Начальные затраты газового котла

  1. Газификация начинается с технических условий, которые нужно взять в местной газовой службе.
  2. Близость газовой трубы к вашему дому. Если газовой трубы нет возле вашего дома и вам придется ее прокладывать, то для этих целей также делается проект, согласования, выполняются работы и ввод в эксплуатацию. Иногда это может стоить десятки-сотни тыс. грн.
  3. Изготовление проектно-сметной документации.
  4. Согласование проекта.
  5. Выбор монтажной организации.
  6. Выполнение работ по подключению.
  7. Приемка газопровода в эксплуатацию, подписание договора.

По Киевской обл. средняя цена всех работ с разрешениями от 1900 до 5000 дол, если труба газопроводная находится в непосредственной близости к участку. Если труба далеко, то и цена в разы возрастает.

  1. Газовый котел – 800 долл и выше.
  2. Обвязка котельни с косвенным баком 200 л нержавеющий для горячей воды, циркуляционными насосами и комплектующими, работой – примерно 1700 дол и выше.
  3. Строительство дымохода – от 1000 дол и выше. Для котлов с естественно тягой.

Всего начальных затрат: 5400 дол и выше с естественной тягой или 4400 дол.с принудительной тягой и боковым выводом через стену, если у вас есть рядом газовая магистраль среднего давления. В противном случае стоимость проекта, согласования, прокладки газовой трубы, может быть в разы дороже, чем стоимость начальных инвестиций на тепловой насос .

Ежемесячные затраты газового котла

На дом 300 м кв около 650 м куб газа в зимний период, что соответствует 5557,5 грн. в месяц. (8,55 грн. 1 м куб газа)

Недостатки газового котла

  1. Бумажная волокита.
  2. Невозможность подключения, пока дом не введен в эксплуатацию.
  3. Постоянная спекуляция газовой темы и рост тарифов.
  4. Требует повышенного внимания к безопасности, свовременной проверки редуктора, счетчиков, герметичности стыков, дымохода, притока воздуха.
  5. Не имеет функции охдаждения, по сравнению с тепловым насосом.
  6. Не экологичный.
  7. Требует специальных условий в помещении (в случае взрыва).

Вывод: рассматривая отопление газовым котлом важно учитывать все его недостатки, главными являются небезопасность, высокая стоимость газа, нет функции кондиционирования. Примерная стоимость начальных инвестиций 5400 дол., если точка подключения находится рядом. Также, если вы рассматриваете покупку нескольких кондиционеров с их монтажом и подключением, то вы потратите еще 1500-2500 дол. Тогда стоимость начальных инвестиций приблизится к стоимости начальных затрат теплового насоса. А эсплуатационные расходы на газ в три раза выше, чем тепловой насос для отопления, ГВС, кондиционирования, расходует на электричество. С недавних пор в Украине наступила новая эпоха в приборах отопления. От которых ожидают возможность удаленного управления, минимальных затрат на отопление, безопасность, экологичность, возможность независимой автономной работы. Тепловой насос обладает всеми этими качествами, используя для отопления тепло земли. У него нет вредных выбросов, он не загрязняет окружающую среду и в паре с фотопанелями не нуждается во внешнем электричестве, которое вырабатывают атомные станции. Это очень похоже на эволюцию от паровоза до суперскоростных поездов. Мы идем в то будущее, когда газовые и твердотопливные котлы, как и паровозы, останутся, как музейные экспонаты.

Читайте также:  Экспорт украины в китай

  • 26 августа 2017
  • 16:19
  • Вентиляция и отопление
  • admin
  • Комментариев нет

Котлы и тепловые насосы обогревают помещения с помощью водяной системы отопления. Одинакова ли она в обоих случаях? Как сделать, чтобы в полной мере использовались преимущества обоих устройств?

Газовые котлы могут быть источником тепла для системы отопления любого типа. Они способны нагревать и подавать в радиаторы воду, температура которой может составлять 70–80°C, а после оснащения системы смесительным узлом, снижающим температуру подающей воды, котлы могут работать и с низкотемпературными системами водяного теплого пола или теплых стен. Они также способны нагревать воду в системе ГВС до температуры, превышающей 70°C (хотя рекомендуемая температура горячей воды в системе ГВС – около 55°C). Нагрев воды до такой высокой температуры практически не влияет на КПД газового конвекционного котла.

Иначе ситуация выглядит в случае конденсационных котлов. Для того чтобы при получении тепла можно было в полной мере использовать явление конденсации, температура воды в системе не должна превышать 55°C. Тогда котел потребляет на несколько процентов меньше топлива, чем в случае, если температура воды выше.

Тепловые насосы также должны работать в низкотемпературных системах отопления. Они могут нагревать воду до температуры 60°C (поэтому нагревают воду в системе ГВС), но эффективность их работы, то есть значение коэффициента COP, значительно снижается при увеличении разницы между температурой источника тепла и его потребителем. На температуру источника (грунта, воды или воздуха) нет возможности влиять. Поэтому чтобы достичь высокой эффективности системы, нужно выбирать внутреннюю систему с как можно более низкой температурой. Например, теплый пол, температура теплоносителя которого не превышает 50°C.

Лучше спроектировать систему так, чтобы температура не превышала 35°C. Тогда коэффициент COP насоса может быть выше 4. Кроме того, такая система обеспечит комфортное распределение температуры в помещениях.
Тепловой насос, как и котел, может работать с обычными радиаторами. Но из-за низкой температуры теплоносителя их площадь должна быть значительно больше. Могут даже возникать проблемы с местом для их размещения. Кроме того, цена таких радиаторов будет значительно выше.

С тепловым насосом можно использовать другой вид низкотемпературного отопления – систему теплых стен, выполненную с помощью труб, уложенных в стене и покрытых штукатуркой. Это достаточно дорогая система, но сравнивая ее стоимость со стоимостью очень больших радиаторов, необходимых для теплоносителя с температурой 35°C, выбор может оказаться выгодным.

При работе низкотемпературной системы отопления с тепловым насосом не нужен смесительный узел, поскольку теплоноситель сразу нагревается до необходимой (не очень высокой) температуры. Иначе ситуация обстоит при использовании конвекционных газовых котлов. Чтобы не создавать условия для конденсации водяного пара из продуктов сгорания (иначе нужен кислотостойкий дымоход), температура теплоносителя должна быть выше 55°C и смесительный узел необходим. Достаточно высокая стоимость смесительного узла приводит к возрастанию капитало­вложений. Используя более дорогой конденсационный котел, можно сразу получить более низкую температуру теплоносителя.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector