Тепловые насосы у нас и у них

Марк Курза, Eurasian Research Group в сотрудничестве с «Литвинчук Маркетинг»

Тепловой насос — современный высокотехнологичный прибор, в основе работы которого лежит тот же принцип, что и в системах парокомпрессионного и абсорбционного охлаждения: перенос тепла от менее нагретого тела или среды к более нагретому телу. Разница лишь в том, что результат работы систем охлаждения — понижение температуры тела или среды, у которых тепло отбирается, а задача отопительных приборов, использующих принцип теплового насоса, — нагреть тело или среду, к которым тепло переносится. Во многих современных системах кондиционирования имеется возможность изменять направление парокомпрессионного цикла, переключаясь из режима охлаждения на обогрев и обратно.

В зависимости от источника тепла тепловые насосы делятся на геотермальные, воздушные и использующие производное (вторичное) тепло. Первые работают с тепловой энергией почвы, грунтовых вод или наземных водоемов, вторые забирают тепло из атмосферы, третьи способны утилизировать энергию, выделяющуюся в ходе производственных процессов и хозяйственной деятельности, например, тепло канализационных стоков.

Самый распространенный тип тепловых насосов — компрессионные. Они состоят из компрессоров, конденсаторов, испарителей и используют свойство хладагента поглощать тепло при расширении и отдавать — при конденсации. Также встречаются абсорбционные тепловые насосы, в которых рабочее тело (хладагент) поглощается абсорбентом, а затем выделяется при более высокой температуре.

Даже в морозы температура почвы на определенной глубине не опускается ниже нуля. За счет тепла земли тепловые насосы «грунт — вода» способны нагревать воду. Их конструкция предусматривает прокладку трубопроводов-коллекторов, по которым циркулирует теплоноситель, забирающий тепло почвы.

Тепловой насос «вода — вода» использует тепло водоема или подземной скважины для нагрева воды, например, в системах отопления и горячего водоснабжения частных домов.

В устройствах «вода — воздух» тепло наземных водоемов или грунтовых вод передается воздуху.

Пример теплового насоса «воздух — воздух» — кондиционер в режиме обогрева. Для отопления помещений используется тепло наружного воздуха. Его же используют и водонагреватели «воздух — вода».

Тепловые насосы, источником тепла для которых служит воздух, обладают общими преимуществами — компактностью, удобством установки и отсутствием необходимости в бурении скважин и прокладке трубопроводов. Недостатки у них тоже общие — они могут работать только в мягком климате. При температуре наружного воздуха ниже —15оС их эффективность приближается к нулю.

Рост популярности тепловых насосов связан с такими их свойствами, как:

• Экономичность. Чтобы передать в отопительную систему 1 киловатт тепловой мощности, установке требуется в среднем лишь 0,2–0,36 киловатта электрической мощности.
• Удобство перехода из режима отопления зимой в режим кондиционирования летом.
• Надежность. За работу теплового насоса отвечает автоматика, и система не нуждается в специальном обслуживании.
• Экологичность. Тепловой насос не сжигает топливо и не выбрасывает в атмосферу двуокись углерода (СО₂), окись азота (NO_x), диоксид серы (SO₂). В современных тепловых насосах используются экологически безопасные хладагенты.
• Безопасность. Топливо не используется, опасные смеси и газы не выделяются, узлы системы не нагреваются выше 90оС, а значит, нет причин для пожара.
• Компактность. Тепловые насосы довольно компактны и практически бесшумны.

Наиболее развитый рынок тепловых насосов — государства Европы. Не отстают и другие экономически развитые страны, заинтересованные в энергосбережении, — США, Япония, Австралия. Популяризации тепловых насосов способствуют высокие цены на ископаемое топливо, государственные программы, поощряющие замену традиционных котлов экологичным и энергосберегающим оборудованием, а также, что немаловажно, мягкий климат, подходящий для эффективной беспрерывной работы таких устройств.

США

Чтобы снизить затраты на энергоносители и популяризировать тепловые насосы, правительство США приняло закон, обязывающий строительные компании устанавливать их во всех новых построенных зданиях.

Кроме того, в США широко используется солнечная энергия для отопления и подогрева воды для бытовых нужд. Объединение теплового насоса с солнечными коллекторами повышает продуктивность системы отопления в несколько раз.

Япония

В Японии оценили не только практичность и технологичность, но и энергоэффективность тепловых насосов. Тщательное изучение работы этих устройств показало их безвредность для здоровья человека, экологическую безопасность и отсутствие чрезмерной нагрузки на электросеть.

Японцы — известные любители горячих ванн и, чтобы сэкономить на электроэнергии, часто вынуждены нагревать воду в ночное время, когда действует не такой высокий тариф, как днем.

Экономичные водонагреватели на основе тепловых насосов «воздух — вода», эффективной работе которых способствует климат региона, сделали горячие ванны доступнее. Правительство же, заинтересованное в сокращении потребления электроэнергии и уменьшении вреда, наносимого природе, субсидирует покупку и установку тепловых насосов.

Швеция

Стокгольм стал первым городом Швеции, перешедшим на отопление тепловыми насосами. Источником тепла для них служат воды Балтийского моря. В населенных пунктах, расположенных далеко от побережья, широко применяются воздушные тепловые насосы.

Швеция стала лидером по внедрению тепловых насосов, чему способствуют государственные дотации на их установку.

Италия

В Италии продажи тепловых насосов с каждым годом растут как в денежном выражении, так и в пересчете на единицы оборудования.

Важную роль здесь играют фискальные стимулы, призванные обеспечивать стабильность экономики и вовлекать новых людей и компании.

В стране действует 65-процентныйналоговый вычет для расходов на повышение энергоэффективности зданий, более известный как экологическая субсидия, действующая до 2019 года. С ежегодного одобрения правительства предоставляется 50-процентныйналоговый вычет для расходов на ремонт. Кроме того, согласно закону «Конто термико» (Conto termico), для повышения энергоэффективности здания владелец может получить рассрочку, если затраты превышают 5000 евро.

Еще один фактор, способствующий распространению тепловых насосов, — их частое использование в проектах по реконструкции зданий.

В 2016 году в Италии было продано более 30 000 тепловых насосов «воздух — вода». В 2017 году продажи выросли до 33500 единиц оборудования, что в денежном выражении соответствовало 130 миллионам Евро.

Прогноз на 2018 год — 156 миллионов евро и 38 000 единиц оборудования. Данные по продажам за прошедшее время и прогноз до 2020 года представлены на графиках, полученных в ходе исследования, проведенного специалистами «Литвинчук Маркетинг» и Eurasian Research Group.

Основные покупатели теплонасосных установок в Италии — монтажные организации, на их долю приходится 60% продаж, за ними идут дистрибьюторы с 32%. Реже всего покупают тепловые насосы подрядчики — 5% и конечные потребители — 3%.

В сегменте тепловых насосов — сплит-систем на рынке Италии лидирует компания Daikin с брендом Rotex. Следом идет продукция Ygnis Italia. Доли прочих производителей не превышают 5%. В целом на долю 6 ведущих производителей тепловых насосов — сплит-систем (Daikin, Ygnis Italia, Mitsubishi Electric, Clivet, BAXI, Nibe), — приходятся 75% продаж в этом сегменте.

Лидер в сегменте моноблочных тепловых насосов — Aermec. Среди продукции этого типа стоит выделить Ariston Nimbus — моноблочную гибридную систему, подключающуюся к существующему котлу. Система оснащена интеллектуальным управлением под названием Sensys, что позволяет переключаться между источниками энергии.

На долю 7 ведущих компаний (Aermec, RIELLO, Carrier Italia, Rhoss, Climaveneta, Viessman, BAXI) приходится 77% продаж в сегменте.

В сегменте установок «воздух — вода» со встроенным баком первенство принадлежит компании Ariston. В ее ассортименте, в частности, представлен прибор Nuos с возможностью напольного и настенного монтажа, который способен использовать тепло как наружного воздуха, так и воздуха в помещении.

На 5 ведущих компаний (Ariston, Ygnis Italia, BAXI, Fiorini, Nibe) приходится 75% продаж в данном сегменте.

Франция

Французский рынок тепловых насосов «воздух — вода» в 2017 году вырос лишь на 1,9% по сравнению с 2016 годом — до 170 000 единиц оборудования.

В денежном выражении объем продаж составил почти 340 миллионов евро.

Главной областью применения тепловых насосов во Франции являются бытовые водонагреватели на базе установок «воздух — вода», второй по популярности сегмент — устройства для водяного отопления помещений. Другие виды теплонасосных установок в стране не очень распространены.

В перспективе ожидается рост рынка в среднем на 6,8% в год за счет поддержки строительства нового жилья.

Тепловые насосные установки «воздух — вода», обеспечивающие потребность в ГВС, только недавно появились на рынке, но уже успели хорошо зарекомендовать себя. Ожидается, что в 2018 году во Франции будет продано до 96 300 таких устройств.

Продажи сплит-систем «воздух — вода» прогнозируются на уровне 72 000 единиц оборудования. Привлекательность таких устройств — в низком уровне шума внутреннего модуля, соединенного с наружным блоком лишь фреонопроводом. Никаких проемов в стене и прокладки воздуховодов не требуется.

В сегменте моноблочных тепловых насосов «воздух-вода» ожидается продолжение снижения объема продаж.

На 2017 год продажи для монтажных организаций и дистрибьюторов составляли 75%. При этом доля дистрибьюторов немного снизилась в пользу строительных компаний и строительных магазинов, что особенно заметно в сегменте бытовых тепловых насосов для нагрева воды. Однако дальнейшему росту продаж через сетевые строительные магазины, поставщиков или веб-сайты препятствует невозможность воспользоваться налоговой скидкой при покупке через эти каналы сбыта.

Ведущий производитель тепловых насосов типа сплит-системы во Франции — компания Atlantic. Ее модели Loria могут использоваться как только для отопления, так и для отопления и нагрева воды. Во II квартале 2017 года компания представила новую линейку оборудования под названием Extensa. Наиболее популярная модель Daikin — HP Altherma. Она была перепроектирована так, чтобы сделать наружный блок более компактным и защитить теплообменник от обледенения. Внутренний гидравлический модуль системы может быть установлен на стене или объединен с резервуаром для воды. В 2017 году Hitachi представила линейку тепловых насосов Yutaki S — сплит-системы мощностью до 14 киловатт с использованием инверторных технологий и новым компрессором.

На 8 ведущих компаний (Atlantic, Daikin, Panasonic, Mitsubishi Electronic, De Dietrich, Sofath, Oertli, Hitachi) приходится 83% продаж в данном сегменте.

В сегменте французского рынка моноблочных тепловых насосов представлена продукция множества компаний. Устройства этого типа выпускают как производители кондиционеров, так и поставщики отопительного оборудования.

6 ведущих компаний (Carrier, CIAT, Chaffoteaux, Panasonic, Techibel, Atlantic) делят 50% данного сегмента.

Тепловые насосы «воздух — вода» со встроенным баком на рыке Франции представлены продукцией более 10 производителей, однако этот тип теплонасосных установок не пользуется особой популярностью.

Россия

В 2006 году компания Daikin представила на российском рынке тепловые насосы, но востребованность этого оборудования в нашей стране оказалась невелика.

Максимум спроса на тепловые насосные установки в России пришелся на 2013 год, когда было продано 1800 единиц оборудования.

В 2017 году объем рынка не превышал 850 тепловых насосов. 130 из них составили аппараты «воздух — вода» для отопления и горячего водоснабжения общей стоимостью 495 000 долларов США. Кроме того, были проданы 280 установок для подогрева воды в бассейнах на сумму 178 000 долларов.

Сегмент очень мал и с каждым годом становится меньше. Собственного производства тепловых насосов в Российской Федерации нет, а импортные системы очень дороги, так что увеличение продаж этой техники не прогнозируется.

Какие же факторы препятствуют росту популярности тепловых насосов в России?

Во-первых, большие капитальные затраты. Установка газового или электрического котла сравнимой тепловой мощности обойдется до 8 раз дешевле. Тепловой насос, в свою очередь, требует проектирования с нуля, очень часто — проведения дорогостоящих буровых работ. Затратными получаются и монтаж, и пусконаладка. Кроме того, если речь о насосе «грунт — вода», то на участке, занятом горизонтальным коллектором, нельзя будет возводить никаких сооружений и высаживать деревья или кустарники.

Из-за высоких удельных капиталовложений тепловые насосы устанавливают для обеспечения базовой части отопительной нагрузки, покрывая заключительную тепловую нагрузку наиболее экономичным нагревателем. Доля теплового насоса в покрытии общей тепловой нагрузки зависит от температуры воздуха в регионе, схемы теплоснабжения помещений и цен на электроэнергию.

Во-вторых, эффективно пользоваться тепловыми насосами в России не позволяют суровые зимы с температурой ниже —10оС. На случай морозов приходится дополнительно устанавливать «классический» обогреватель — будь то котел или камин. Естественно, что возникает вопрос: а нужен ли дорогостоящий прибор, не способный обеспечить потребителя теплом тогда, когда оно особенно нужно?

Наконец, вызывают сомнения обещания производителей, что заказчик сможет вернуть затраты в течение 7 лет и весомо экономить в дальнейшем. Дело в том, что конечная стоимость оборудования и затраты на его монтаж зависят от многих факторов. Так, грунтовую тепловую установку, согласно опыту многих стран, вообще не имеет смысла устанавливать на малых и средних объектах. Так что, прежде чем делать выбор в пользу теплонасосной установки, нужно убедиться, хватит ли вам ресурсов, площади и терпения.

С одной стороны, в России есть все предпосылки к тому, чтобы последовать примеру других стран в применении тепловых насосов. Это и рост цен на ископаемое топливо и электроэнергию, и обеспокоенность проблемой глобального потепления, и активное развитие малоэтажного строительства. Однако к высоким капитальным затратам и длительной окупаемости, по сравнению с традиционными системами автономного теплоснабжения — газовыми и электрическими котлами — большинство потребителей не готовы ни материально, ни психологически. Исправить ситуацию может помощь со стороны государства.

Источник: https://www.mir-klimata.info/archive/2018_4/teplovie_nasosi_u_nas_i_u_nih/