ВЫГОДЕН ЛИ ТЕПЛОВОЙ НАСОС НА САМОМ ДЕЛЕ В СФЕРЕ МАЛОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Тепловой насос – это термодинамическая машина, которая использует низкопотенциальное тепло окружающей среды и передает данное тепло внутрь обогреваемого помещения.

Тепло называется низкопотенциальным, так как его температура составляет около +3…+4 ºС. Несмотря на то, что потенциал у такого тепла достаточно низкий, по отношению к хладагенту, он достаточно высок, т.к. хладагент кипит при температурах -55…-60 ºС. Полученная разница температур позволяет отбирать тепло у окружающей среды.

Тепловые насосы делятся на несколько видов:

• типа «воздух – воздух». Самый простой пример – кондиционер, работающий на обогрев;
• типа «вода – воздух», в быту практически не встречаются;
• типа «воздух - вода», имеет наружный блок, отбирающий тепло у наружного воздуха;
• типа «вода – вода», в котором через наружный коллектор, заполненный, как правило, пропиленгликолем, отбирается тепло у окружающей среды с помощью хладагента и отдается посредством теплообменника потребителю.

Тепловой насос «вода – вода» имеет наружный коллектор, который бывает горизонтальным и вертикальным. С вертикального по общепринятым расчетам снимается 50 Вт с метра, а с горизонтального 20 Вт с метра. [1]

И тот, и другой вид коллектора имеют свои недостатки. Трубы горизонтального коллектора закапывают ниже глубины промерзания грунта. Например, глубина замерзания грунта 1,5 м, соответственно закапывается труба на 2,5 м дабы сверху нее был запас непромороженого грунта. Но уже к весне получается не 1,5 м промороженного грунта, а около 4-4,5 м. Это означает, что грунт промороженный на 1,5 м оттает к середине мая, а грунт, промороженный почти на 4,5 м, не факт, что сможет оттаять хотя бы к концу лета. Часто бывает так, что закопанный горизонтально коллектор настолько сильно промораживает грунт, что местность над ним заболачивается. К тому же плохо оттаявший грунт приведет к тому, что в следующий отопительный сезон съем тепла будет не столь эффективным. Минус вертикального коллектора состоит в его дорогостоящей установке: бурение и соединение скважин в колодце.

Многие берут во внимание только то, что, заплатив условно 100 рублей за электричество, получается тепловой энергии уже на 300. Но при этом не берут во внимание, что за право такого преобразования, были отданы значительные средства. То есть капитальные затраты на покупку того самого теплового насоса достаточно высоки, а получение прибыли может быть надолго отсрочено.

Рассмотрим насос типа «воздух – вода». Для наглядного примера будет использован хорошо утепленный дом в 100 м². Рассматривается график для насоса WPL 10KW и температуры подачи 50 ºС, представленный на рисунке 1 [1]. Заявленную тепловую мощность тепловой насос может выдать только при температуре на улице выше 16 ºС, что вовсе бесполезно, ведь в +16 ºС речь ни о каком отоплении не идет. По другой стороне графика видно, что при снижении температуры наружного воздуха до -15 ºС выдаваемая мощность насоса составит 3 кВт, следовательно, недостающее количество теплоты необходимо добирать с помощью электротэна. И тогда наблюдается следующее несоответствие: при наружных температурах ниже -15 ºС мощности теплового насоса катастрофически не хватает, а когда на улице +5…+7 ºС выдаваемую мощность 8 кВт просто негде использовать, ведь при такой температуре потребности дома в тепле равны около 2-3 кВт.

Также следует обратить внимание на то, что при длительной работе наружный блок теплового насоса покрывается слоем льда, и впоследствии ему потребуется разморозка для эффективного теплообмена с воздухом. Тепло, необходимое для размораживания, забирается либо от системы отопления дома, либо путем включения электротэна на обогрев наружного блока. Данная особенность существенно снижает эффективность теплового насоса, особенно при низких температурах наружного воздуха.

Рисунок 1. График мощности теплового насоса WPL 10KW

Рисунок 2. Значения потребления электроэнергии компрессором в зависимости от температуры источника тепла и температуры подачи

Рассмотрим потребление электроэнергии компрессора насоса WPL 10KW, см. рисунок 2 [1]. При температуре источника тепла -15 ºС тепловой насос выдает мощность 3 кВт, а потребляет 1,8 кВт, не такая впечатляющая цифра, к тому же если с потребляемой мощностью учитывать энергию, расходуемую на размораживание внешнего блока, то выгода от использования вовсе пропадет. Возвращаясь к ситуации, когда наружный воздух имеет температуру 5…7 ºС и теплопотребности дома равны 2-3 кВт, компрессор расходует 2,5 кВт, что сопоставимо и порой даже выше необходимой мощности.

Рассмотрим насос типа «вода – вода» с коллектором, зарытым в грунт. В качестве примера будет использован тот же дом на 100 м², для его отопления в среднем требуется 20 тыс. кВт на сезон. Сравним стоимость при покупке тепловых агрегатов на 10 кВт, а полученные данные сведем в таблицу 1.

Таблица 1.

Используемые котлы и их стоимость

Теперь посчитаем траты на электричество за сезон, учитывая коэффициент преобразования теплового насоса 2,5. Коэффициент 5, мелькающий во всех рекламах, имеет место быть, но только в первое время работы теплового насоса. После некоторого времени работы грунт около коллектора понижает свою температуру и коэффициент уменьшается до 2,5.

Тариф за электроэнергию примем равным 3,5 руб. за 1 кВт.ч, данные расчетов сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Сравнение стоимости электроэнергии котлами за сезон

В итоге получаем, что тепловой насос экономит каждый отопительный сезон 42 тыс. рублей. Срок окупаемости теплового насоса составит 27 лет, без учета эксплуатационных затрат, и определяется как частное от разницы капитальных вложений (1146,8 тыс. руб.) на разницу годовых затрат. Есть еще один немаловажный фактор, все это время технический прогресс не будет стоять на месте и тепловой насос, купленный, к примеру, 10 лет назад, безнадежно устареет. Учитывая все эти факторы, можно сказать, что установка обычного электрического котла выгодней, чем теплового насоса, по крайней мере на малых мощностях, т.к. электрический котел можно использовать на протяжении 27 лет, постепенно отдавая чуть больше денег за электричество, а не как с тепловым насосом единовременно круглую сумму, ожидая в течение 27 лет получение прибыли.

После чего можно задать вполне оправданный вопрос, а нужен ли на данный момент тепловой насос?

Тепловой насос - это долгосрочная инвестиция и требует значительных финансовых вложений, так в каком же случае она выгодна? Ответ очевиден, когда тепловой насос окупается, т.е. когда прибыль в процентах к вложенным деньгам больше ставки рефинансирования. Иными словами, прибыль от вложений должна быть больше, чем если просто положить деньги в банк. Прибылью будет считаться экономия средств за уплату электроэнергии в сравнении с обычным электрическим котлом.

Отсюда следует простой пример, имеется 1 200 000 рублей денежных средств. На данный момент можно положить остаток денежных средств от покупки электрического котла в банк под 8% годовых. Отсюда имеем уже за один год получение (1200000-8200)∙0,08=95344 руб., что полностью покрывает расходы электрического котла за отопительный сезон и позволяет получить прибыль около 25 тыс. рублей.

Заключение:

В настоящее время тепловой насос лучше рассматривать как концепт, потому что хоть он и работает, но, если учесть количество денежных средств, необходимое на его приобретение, обслуживание и установку, то легко понять, что его использование экономически не выгодно, так как даже электрический котел будет обходиться дешевле.

Список литературы:

1. Тепловые насосы. Каталог проектировщика бренда Stiebel Eltron [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.c-o-k.ru/library/catalogs/stiebel-eltron/754/13957.pdf (дата обращения: 21.11.17)
2. Современные тепловые решения. Отопление тепловыми насосами [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://aes-center.ru/pump/ (дата обращения: 10.11.17)
3. Электродный тороидальный котел «Инноватор» для частного дома, дачи, гаража [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://innovator.msk.ru (дата обращения: 10.11.17)