Тепловые насосы. Практический опыт внедрения и проблемы рынка
И.В. МОСКАЛЕНКО, генеральный директор компании ООО «Корса»
Исходя из опыта работы в условиях средней полосы, можно с уверенностью утверждать, что самым надёжным источником теплоснабжения являются грунтовые тепловые насосы.
Существуют проблемы при съёме тепла с водоёмов, скважин, колодцев — все эти сложности связаны с объёмом и качеством используемой воды, получением разрешений, с риском нарушения Закона о недрах и т.д. Конкретизируем: с одной стороны, например, запрещено поднимать воду из скважины наверх и сбрасывать её обратно в горизонт, но с другой — нельзя и заболачивать местность, сливая воду на поверхность.
Если говорить о воздушных тепловых насосах, то в условиях средней полосы они не могут работать как единственный источник отопления, поскольку при понижении температуры производительность данных агрегатов резко падает. Конечно, они могут работать в бивалентном режиме — в паре с другим теплогенератором. Но дело в том, что если на объекте есть газ, никто тепловой насос устанавливать не будет, даже воздушный.
Самый главный вывод, который был сделан в результате многолетней деятельности по развитию компании и расширению опыта монтажа тепловых насосов (ТН): любой объект необходимо рассматривать комплексно, в сотрудничестве с проектными организациями, которые проектируют сам объект. Нужно добиться максимального взаимопонимания с партнёрами, чтобы были правильно учтены все особенности ТН-технологий.
Например, в сотрудничестве ГК «Фонд содействия реформированию ЖКХ» наша компания оснастила тепловыми насосами несколько жилых многоквартирных домов в разных регионах России. В 2014 году совместно с администрацией Клинского района Московской области, пригласив к сотрудничеству строительную фирму, мы решили построить дом по программе «Расселение ветхого жилья», который должен был стать оптимальным с точки зрения реализации различных подходов к энергосбережению.
По проекту общая площадь многоквартирного дома — 2561 м², жилая — 2030 м². Переселено из бараков 112 человек. Система отопления — водяные тёплые полы. Поквартирный учёт и регулировка поступления тепловой энергии для отопления. Источник тепловой энергии — четыре тепловых насоса «Корса» (Россия) общей мощностью 220 кВт (в том числе для системы ГВС).
Естественно, всё началось с конструктива стен. Для стен использовался кирпич Wienerberger (тёплая керамика) с внешним утеплением из материала BASF Neopor («Неопор»). Окна энергосберегающие с напылением. В результате теплопотери ограждающих конструкций удалось снизить до 60 Вт/м².
В качестве теплосбора для систем отопления и ГВС были установлены 65 вертикальных грунтовых зондов. Особенности залегания известняка позволили пробурить отверстия в грунте глубиной по 55 м. В месте строительства, к счастью, имелась достаточно высокая обводнённость почвы. По сравнению с обычными домами в этом посёлке проектный расчёт затрат на отопление предусматривал снижение платежей на 70 %. Использовался однопетлевой зонд (труба из ПНД, диаметр 32 мм), поскольку двухпетлевой, который обычно применяется в Европе и делает отбор тепла более интенсивным, в данной ситуации оказался ненужным.
Наша методика расчёта отличается от европейской из-за необходимости учитывать более длинный отопительный сезон, то есть задача заключается в том, чтобы тепла грунта хватило на 214–220 дней. Это одна из причин, почему европейские геотермальные тепловые насосы, которые используются в России, как правило, при расчёте теплосбора по своим «фирменным» методикам перемораживают грунт, в результате чего порой уже в январе-феврале приходится подключать дополнительный источник тепла. И это ещё полбеды, потому что может возникнуть проблема посерьёзнее: если постоянно перемораживать грунт, есть опасность создать ледяную глыбу, растопить которую будет непросто.
Поэтому, опираясь на собственный многолетний опыт, за основу методики расчётов мы взяли публикации профессора В. Ф. Гершковича, который очень большое внимание уделял именно грунтовому теплосбору. Он исследовал его не только в европейской части России, но и по всей Европе, на севере США и юге Канады, и подтвердил в своих исследованиях возможность снятия тепла (с вертикального зонда) от 18 до 45 Вт с погонного метра зонда, в зависимости от качества самого грунта и его обводнённости.
Вернёмся к упомянутому выше зданию. Система горячего водоснабжения выполнена на основе одного теплового насоса и семи буферных теплоаккумуляторов косвенного нагрева. Тепловой насос зимой получает низкопотенциальное тепло из грунта через геозонды и из вентиляции здания через драйкулер, который установлен на чердаке здания и интегрирован в систему вентиляции. Летом тепло из геотермального контура смешивается с теплом окружающего воздуха опять-таки через драйкулер, переключённый на летний режим и забирающий тепловую энергию с улицы. Таким образом, мы добиваемся второго эффекта от использования драйкулера — грунт восстанавливается более интенсивно, чем «самостоятельно» естественным путём за весь летний период.
Такая конфигурация полностью себя оправдывает, так как позволяет получать более дешёвую горячую воду за счёт увеличения теплового коэффициента преобразования (Coefficient of Performance), характеризующего отношение мощности обогрева к потребляемой мощности при высокой температуре источника. По нашим расчётам, стоимость горячего водоснабжения получается в два раза ниже по сравнению с соседним домом. Тепловой насос включается в момент водоразбора и нагревает воду из сети до температуры +50 °C, а далее она догревается электрическим котлом до +60 °C.
Для управления и контроля за нашим оборудованием, где бы оно ни находилось, была создана собственная программа управления тепловыми насосами и комплексно тепловым пунктом на базе контроллеров фирмы Carel. Теперь можно через Интернет или по каналу GSM наблюдать за работой оборудования в любой точке Российской Федерации и помогать потребителю в его эксплуатации. Можно активно влиять на работу оборудования, менять регулировки, проводить диагностику. Для управляющей компании есть возможность «видеть» оборудование в режиме реального времени и получать информацию от счётчиков, фиксирующих затраты электричества на отопление и горячее водоснабжение.
Через два года эксплуатации этого дома, на основании анализа официальных платёжных документов, полученных у граждан из различных МКД в этом районе, мы получили цифры, показывающие, что фактическое снижение затрат на отопление оказалось даже выше проектного.
Вывод: оптимальное применение инновационных строительных материалов и правильный подбор конфигурации комплекса тепловых насосов с рекуперацией тепла вентиляции обеспечило снижение оплаты (по сравнению с соседними домами, получающими тепло от городской котельной) на 80 %. Этот показатель наглядно демонстрирует эффективность работы тепловых насосов, а также необходимость именно комплексного подхода к энергосбережению, начиная со стадии проектирования объекта.
Рыночные проблемы
Рассмотрим проблемы рынка тепловых насосов в России за последние годы. Особую обеспокоенность вызывают невысокая работоспособность и низкая квалификация торгующих и монтажных организаций, присутствующих на рынке. Производителям тепловых насосов стоит уделять больше внимания этой проблеме. Прежде всего, надо работать с проектными организациями, тщательно подбирать монтажные компании, максимально информировать их об особенностях работы с тепловыми насосами. Это нужно для того, чтобы каждый объект, оборудованный теплонасосными установками (ТНУ), был работоспособным и контролировался производителем ТНУ в течение нескольких лет — до тех пор, пока наш рынок тепловых насосов не станет по-настоящему цивилизованным.
Как работает подобная система за рубежом? На дилера в первую очередь ложится основная нагрузка по работе с клиентом по вопросу подбора оборудования. Он работает с заказчиком, предлагает различные варианты и создаёт конфигурацию системы теплоснабжения. Затем он заказывает на заводе тепловой насос нужной модели, и, в конце концов, на него ложится весь груз ответственности за конечный результат работы. Грамотный дилер, по сути, это лицо производителя. Его квалификация может прославить производителя или, напротив, бросить тень на его репутацию. Завод отвечает за качество и гарантию теплового насоса как оборудования, а за работоспособность всего комплекса отвечает монтажная компания. Поскольку эта тема новая, то производители, которые знают все тонкости работы с тепловыми насосами, должны передавать свои знания дилерам в максимальном объёме, проводить обучение, помогать в монтаже и пусконаладке для достижения положительного результата. Правильность подбора комплекта оборудования здесь имеет ключевое значение, поскольку от сочетания различных элементов зависит работоспособность системы в комплексе.
Может возникнуть вопрос: «К чему столь подробный рассказ?» Это обусловлено горькими примерами из практики. Ко мне обращаются многие организации и граждане с просьбой помочь исправить то, что уже установлено и не работает. А ведь это оборудование далеко не дешёвое! Когда приходишь смотреть, что за техника смонтирована, оказывается, например, что с геотермальным контуром установили водо-водяной тепловой насос. Геотермальный тепловой насос от водо-водяного, как вы понимаете, отличается конструктивно. Вроде и то, и другое — холодильная машина, но они различны по интенсивности теплосъёма. Геотермальный тепловой насос должен быть сконструирован исходя из возможности источника низкопотенциального тепла обеспечить его необходимым количеством тепловой энергии, причём на протяжении определённого срока отопительного сезона.
На отечественном рынке под видом геотермальных насосов иногда устанавливаются даже промышленные холодильники, кондиционеры. В нашу страну попадает всякое оборудование, иногда без документов, особенно из Китая. Зато самое дешёвое! Когда речь идёт о тепловых насосах, критерий «чем дешевле, тем лучше» вообще неуместен. Естественно, всё это «барахло» не работает, возникают претензии, выливающиеся в судебные и внесудебные разбирательства.
Подобные факты — а их неимоверно много — дискредитирует само понятие «тепловой насос», люди недовольны, и, естественно, гневные отзывы публикуются ими в Интернете. При этом большие деньги тратятся впустую на приобретение и монтаж заведомо непригодного оборудования! Из-за этого у нас за последние десять лет наблюдается падение спроса на тепловые насосы.
Ко всему прочему, продавцы тепловых насосов, чтобы побольше продать, порой лукавят, искажая их технические возможности. Например, агрегат определённой модели декларируется как 15-киловаттный. В его рекламном буклете указан режим работы: +7 °C — это температура источника тепла, +35 °C — температура нагретого теплоносителя. При этом тепловой коэффициент преобразования (СОР) равен 5,6. Но, если использовать этот тепловой насос под Москвой, где температура источника (грунта) близка к 0 °C, то у него будут совершенно другие показатели, а если ещё и нагрев сделать +50 °C, то уменьшится его мощность (которой в результате может не хватить даже для отопления), увеличится электропотребление, и СОР будет равен уже 2,8.
Не разбирающиеся в тонкостях покупатель или монтажная организация устанавливают этот тепловой насос на объект и, естественно, поскольку ожидаемых показателей нет, дополнительно ставят электрический котёл (если хватает электроэнергии) или заготавливают дрова. Опять негативный результат! Поэтому хочется повторить: если производители дорожат своей репутацией, они обязаны следить за каждым объектом, оснащённым их оборудованием.
Ещё одна проблема — это пресловутые «самоучки». Приведём пример: водо-водяной насос на 450 кВт в Челябинской области для отопления санатория от воды озера. Проект невероятно дорогой. Причём его много раз переделывали. Итоговая стоимость — более миллиона долларов. В тепловом насосе установили на одной линии шесть компрессоров, что с точки зрения конструкции холодильной машины в принципе недопустимо. Теплообменник-испаритель не соответствует проектной мощности. В результате ничего не работает, и исправить это «добро» невозможно. Разразился скандал. «Финита ля комедия», как говорится.
А вот ещё один пример. Объект в Московской области — жилой многоквартирный дом площадью около 3500 м². Здесь установлены 16 компрессоров от холодильных витрин, покрытые льдом и снегом, и некая бочка, опутанная медными трубочками, плюс что-то похожее на щит управления с торчащими в разные стороны проводами. При создании этого технического «шедевра» её авторы явно пренебрегли действующими нормативными актами в сфере проектирования и производства оборудования подобного уровня. В явном виде нарушен ГОСТ Р 12.2.142–99 «Системы холодильные холодопроизводительностью свыше 3,0 кВт»: отсутствует запорная и предохранительная арматура, автоматика безопасности. Электрооборудование не соответствует нормам Правил устройства электроустановок (ПУЭ), правилам пожарной безопасности и представляет явную опасность для обслуживающего персонала. Пусковые конденсаторы не имеют стационарных мест крепления и просто валяются рядом с компрессорами, подверженные воздействию влаги от конденсата. Система защиты, автоматизации и управления оборудованием вызывает много вопросов, кроме пусковых реле и простейших автоматов класса С другая защита от перегрузок и аварийных режимов не предусмотрена, что может привести к разрыву трубопроводов и травмам персонала. Незакреплённые компрессоры держатся на тоненьких медных трубах, что является нарушением и опять же может привести к травмированию персонала и порче всей системы в целом при аварийной ситуации. Данное оборудование как минимум опасно для использования. Эксплуатация в таком виде по действующим правилам недопустима!
В данном случае речь идёт уже об административной ответственности. Продавцы квартир утверждают, что эта конструкция является «ноу-хау» и способна отапливать 3500 м² жилья с копеечной платой за коммунальные услуги. Люди верят, покупают квартиры, а потом получают огромные счета за отопление электрокотлами, которыми объект фактически отапливается на самом деле, и опять формируется негативный имидж тепловых насосов.
Некоторые компании увлекаются излишним применением технологий прямого испарения. В качестве теплосборных элементов они используют медные трубки, помещённые в грунт на глубину, доходящую до 30 м! При этом игнорируется общеизвестные в холодильной технике проблемы с подъёмом масла и масляным голоданием компрессора. Масло, которое попадает вместе с фреоном на глубину 30 м, там и остаётся. За неделю работы перемораживается земля, и система останавливается. За это время автор «творения» успевает подписать приёмосдаточный акт на выполненные работы, получить свои деньги и «смыться». Включаются предусмотрительно установленные электрокотлы. Вот и всё энергосбережение! Но зато получается «дешёвый» теплосбор. Вместо того, чтобы бурить нормальные скважины, создавать проверенную и надёжную гидравлическую систему, таким вот нехитрым способом некоторые игроки рынка пытаются конкурировать с добросовестными монтажными организациями.
Я беседовал с представителем Европейской ассоциации тепловых насосов (European Heat Pump Association, EHPA) по поводу этой технологии «прямого испарения». Им были высказаны те же самые сомнения о возможности её массового применения. Данная технология имеет право на применение только в особых случаях, когда это обосновано расчётами и проектом. В Европе уже давно от неё отказались, а в нашем суровом российском климате, при котором требуется длительная «щадящая» нагрузка на грунт, она вообще неприменима.
«Хромой» сервис
Большая проблема — это сервисное обслуживание. Продавцы, производители, монтажники в большинстве случаев оставляют своё оборудование без дальнейшего сервиса. Продали, получили деньги, а дальше «хоть потоп». На нынешнем этапе развития российского рынка тепловых насосов сервис — это ответственность всех участников процесса, особенно производителя (пока). Очень много обращений из всех регионов Российской Федерации с просьбой помочь исправить содеянное кем-то. Только порой помочь-то уже и нечем. Даже на больших многоквартирных домах, которые строятся по государственным и муниципальным программам, таких примеров масса. Они есть в городах Бийске и Ангарске, на Дальнем Востоке, на Камчатке, в Дагестане.
Причём главное, что в случаях, когда оборудование по какой-либо причине перестаёт работать, управляющая компания, как правило, не хочет даже разбираться. Появляются «добрые дяди» из местных теплосетей и предлагают жильцам МКД подписать заявление о подведении теплотрассы от местной котельной. И в итоге так и происходит: «теплосети» подводят теплотрассу, граждане платят по местным тарифам, причём и зимой, и летом. Вот и вся экономия. А тепловые насосы, как впрочем, и все энергосберегающие технологии, начинают хором ругать в СМИ, как в региональных, так и в федеральных. Появляются публикации о том, что тепловые насосы в РФ вообще не работают. Подобные заявления приходится слышать даже на больших форумах и конференциях.
Это позор, это наш с вами позор! С этим надо что-то делать. Даже руководство города Москвы, например, в Троицком и Новомосковском административных округах (ТиНАО), и слышать ничего не хочет о тепловых насосах, вообще ни в каком виде. Потому что на их территории есть объект — малоэтажный посёлок, где установлено 30 геотермальных тепловых насосов. Из-за отсутствия управляющей компании, сервиса и элементарного обучения со стороны производителя посторонние люди перенастраивали и издевались над этими тепловыми насосами, загоняли в режимы выше их возможностей, перемораживали грунт, и все они вышли из строя (прежде всего компрессоры). Людям продавали энергоэффективное жильё, обещая экономию на текущих платежах за коммунальные услуги, а в результате они платят за отопление и горячую воду огромные деньги, поскольку обогреваются электричеством! В результате это место уже назвали «кладбищем тепловых насосов».
Бывают случаи, когда в погоне за показной энергоэффективностью бездумно оснащают объекты всеми видами энергосберегающего оборудования. Например, в Рязанской области есть МКД площадью 650 м², построенный по губернаторской программе расселения ветхого жилья, в котором установлен высокотемпературный тепловой насос «Корса» мощностью 22 кВт для работы только осенью и весной. Кроме того, там ещё установлено целое поле солнечных коллекторов и солнечных батарей. Только ветряка не хватает. И в итоге не работает ничего. Солнечные вакуумные коллекторы, предназначенные для системы ГВС, летом взрываются от отсутствия циркуляции и достаточной нагрузки, а зимой от них нет никакого толка, так как тепла от них недостаточно для приготовления горячей воды. Солнечные батареи накапливают электроэнергию в аккумуляторах, и она никуда не расходуется.
Кроме того, всё это зимой надо чистить от снега. Тепловой насос, рассчитанный на переходные сезоны и работу при плюсовой температуре, не включается, потому что рядом с домом (впритык) стоит газовая котельная. Её запуск и выключение оформляется обычно актом, но никому не хочется этим заниматься по нескольку раз за зиму для того, чтобы включить вместо неё тепловой насос. Это частная котельная, и жильцы дома платят за тепло по местным тарифам. А дом формально называется энергоэффективным и установленное оборудование — энергосберегающим. Просто насмешка. Было много публикаций на эту тему — из-за того, что граждане, проживавшие ранее буквально в бараках, платили за тепло меньше, чем в этом «энергоэффективном» доме. В данном случае, конечно, это вина проектной и монтажной организаций, которые это всё создали. Несмотря на наши многократные предложения исправить содеянное на этом объекте, наша инициатива не нашла отклика ни в областном Минстрое, ни тем более в проектном институте, потому что никому это не нужно, кроме нас и несчастных жителей энергоэффективного дома. Монтажники же вместе с обещанным сервисом скрылись в неизвестном направлении.
Итого, несмотря на всю красочную рекламу, которую наши производители, продавцы и монтажники дают в Интернете (она просто вся набита чудесами о тепловых насосах), «сарафанное радио» работает жёстко и безжалостно. И оно, к сожалению, в большинстве случаев даёт самые плохие отзывы о тепловых насосах.
Немного оптимистических строк. Всё перечисленное выше, к счастью, не что иное, как «болезни роста». За рубежом было нечто похожее. Развитие технологий геотермальных насосов началось в Европе в 1973–1978 годах, когда в результате кризиса на Ближнем Востоке энергоносители стали очень дороги, и крупнейшие потребители нефти Европа и США начали искать пути экономии энергоресурсов. Вначале малая геотермальная энергетика была доступна только состоятельной прослойке населения, но год от года инженеры искали возможности для снижения себестоимости техники. Оборудование тогда было пока ещё несовершенным, качество низким, и распространение тепловых насосов замедлилось. Были и претензии от потребителей, и судебные разбирательства, и банкротства фирм. Волна увлечения тепловыми насосами схлынула, когда углеводороды стали дешеветь. Но позже, уже в 1990-х годах, когда энергоносители опять подросли в цене, и люди осознали, что они загрязняют окружающую среду, эта технология стала опять востребованной. В Европе появилась Ассоциация тепловых насосов, была организована специальная лаборатория, которая проверяет на добровольной основе продукцию каждого производителя на предмет соответствия его оборудования паспортным характеристикам. Выдаётся соответствующий сертификат, и потребитель теперь уверен, что приобретаемый им, например, геотермальный или водо-водяной тепловой насос является именно таковым, а отнюдь не промышленным холодильником или чиллером.
Конечно, сегодня необходимо разрабатывать новые стандарты по тепловым насосам. Помимо того ГОСТа, который существует (как перевод с немецкого), надо создавать отечественные, более подробные и современные стандарты, нормативы и правила. В их отсутствие иногда даже трудно привлечь к ответственности недобросовестных продавцов или установщиков, которые не понимают, что тепловой насос — это не бытовой холодильник.
Всё вышесказанное приводит к выводу, что нужно действовать и как можно быстрее. Например, в качестве одного из методов дисциплинирования участников рынка можно использовать формирование «чёрного списка» недобросовестных установщиков, производителей или монтажных организаций. Кроме того, необходимо обратиться в Правительство РФ с предложением о необходимости создания современной нормативной базы для тепловых насосов, разработки методики стимулирования потребителей и производителей тепловых насосов как энергосберегающего, экологичного источника теплоснабжения. В качестве стимулирования можно применять повсеместно скидку на тариф электроэнергии, если дом отапливается тепловыми насосами, аналогично применяемой для зданий с электроплитами или с отоплением на основе электронагревателей. С учётом того, что Министерство энергетики согласилось с тем, что тепловой насос является электрическим нагревательным прибором, можно было бы внести изменение в законодательство, которое позволило бы и мелким потребителям электричества для тепловых насосов, в том числе частникам, понизить тариф на 30 % в соответствии с законом.
Также необходимо разработать нормативную базу для буровых работ по геотермальному контуру. Создавая геотермальное поле, мы всё время находимся на грани соблюдения требований Закона о недрах. Да, существует мнение, что можно бурить водоносный известняк, и это, мол, недорого. Но дело тут не в цене вопроса, а в том, что на это нет разрешения. Особенно это касается случаев, когда некоторые монтажные организации создают системы, отбирающие тепло из воды артезианской скважины, поднимая воду наверх, а потом сливают её тоже в скважину, но в другой горизонт. Это точно криминальный случай.
Несколько лет назад для получения разрешения на геотермальное бурение с замкнутым контуром нам удалось получить письмо от Мособлэкспертизы о том, что они не возражают против бурения для установки геозондов, если это не нарушает Закон о недрах и Градостроительный Кодекс. Конечно, этот вопрос крайне важен, и решать его надо на государственном уровне. Необходимо законодательно упростить получение разрешения на бурение для зондов до водоносного слоя.
Источник: https://www.c-o-k.ru/articles/teplovye-nasosy-prakticheskiy-opyt-vnedreniya-i-problemy-rynka