Отопления многоквартирного жилого дома тепловым насосом.

1. Краткий обзор технологии. Обоснование возможной экономии. Преимущества и недостатки.
2. Обзор текущего положения с отоплением и ГВС в многоквартирных домах.
3. Концепция модернизации. Некоторые особенности, на которые нужно обратить внимание.
4. Капитальные затраты, финансирование и окупаемость проекта.
5. Заключение.

1. Краткий обзор технологии. Обоснование возможной экономии. Преимущества и недостатки

Энергия из воздуха? Это не фантастика, а технология, причем уже довольно старая и отлаженная.
Даже когда за окном отрицательная температура, воздух содержит тепловую энергия и наша технология позволяет ее извлечь и обогреть ею наши жилища.
Использование теплонасосной технологии позволяет извлечь тепло из воздуха, и с помощью хладагента передать это тепло отопительной воде в здании. Современные воздушно-водяные агрегаты позволяют извлекать тепло из воздуха даже при температуре -25 С.

Часто применяют избитый штамп – воздух бесплатен! Но, честно говоря, нам все еще нужно электричество. Дело в том, что для «переноса» тепла мы используем компрессоры, которые приводятся в движение электродвигателями.

Итак, воздух, прогоняемый мощными вентиляторами через наружный теплообменник, передает свое тепло хладагенту, который затем, прокачивается через второй теплообменник, где хладагент отдает тепло отопительной воде. Вот так, дважды передавая тепло, мы нагреваем воду в отопительной системе дома.

Фокус в том, что электрической энергии на прокачку хладагента и передачу одной единицы тепла (например 1 Гкал) нужно затратить меньше, чем энергии, необходимой на «генерацию» тепла за счет сжигания газа или нагрева ТЭНов.

Говоря языком денежных единиц, благодаря особенностям теплонасосной технологии, стоимость «перенесенной» гигакалории меньше, чем стоимость гигакалории, полученной при сжигании газа, «сжигании» электроэнергии в электрокалориферах и даже «купленной» у теплосети города.

К сожалению, у технологии наряду преимуществами, имеются и недостатки. Так, например, при снижении температуры окружающего воздуха, теплопроизводительность установки падает. Это связано с теплофизическими процессами, происходящими в холодильной машине и особенностями самого хладагента, которые в основном влияют на снижение теплопроизводительности на низких температурах окружающего воздуха.
А вот дом, при снижении температуры, будет требовать все больше и больше тепла, потому что будут расти тепловые потери через стены, окна, двери и т.д.

Это, пожалуй, главный недостаток воздушно-водяных тепловых насосов, который также объясняет необходимость построения бивалентной (с двумя источниками тепла) системы теплообеспечения дома в нашей климатической зоне (восточная Украина).

Основными параметрами воздушно-водяных тепловых насосов являются:
Номинальная тепловая мощность, кВт
Номинальная потребляемая электрическая мощность, кВт
Номинальный ток, А
Температурный диапазон работы , град С
Расход воды, м. куб/час
Максимальная температура воды, град С
КОП – коэффициент преобразования.

Остановимся на некоторых характеристиках, заслуживающих отдельного внимания.

Главным параметром, который «связан» с деньгами, является КОП.
КОП (СОР на английском Coefficient of Performance) или коэффициент преобразования, который показывает, как эффективно мы используем электроэнергию для переноса тепла из воздуха.
Если КОП равен 3.0 , то это значит, что 1 кВт электрической энергии был потрачен для «прокачки» в здание 3 кВт тепловой энергии или, если хотите 3*0,86 ккал/час.
Переведя это в гигакалории, которые вы привыкли видеть на своем внутридомовом счетчике, можно утверждать, что при КОП равном 3.0 на «прокачку» 1 Гкал нужно потратить
1163 кВт*час/КОП=387,7 кВт*ч электроэнергии.

Какой тариф за электроэнергию для вашего многоквартирного дома? Сколько гигакалорий вы использовали для отопления в последнем месяце?

Например, дом на 117 квартир по адресу Клочковская 191а израсходовал в феврале 2017 года 164 Гкал тепла, поставленного от городской теплосети.

Для ОСББ это стоило 164*1243 грн = 203852 грн. Дополнительно 43,9 Гкал было израсходовано домом на приготовление горячей воды. Это составляет примерно 27 % от расхода теплоносителя на отопление.
Если бы этот дом использовал теплонасосную установку для отопления, то расход электроэнергии составил бы 164*387,7 кВт*ч = 63582,8 кВт*ч. При тарифе 1,68 грн/кВт*ч это составит 106819 грн за февраль. Разница – 47,6%, то есть почти половина!

Отдельного внимания заслуживает разница в стоимости ГВС в зимнее и летнее время.

Если в отопительный период (с октября по апрель), более-менее все ясно, и соотношение расходов такое же, как и для отопления, равное 47,6%, то в летний период картина будет несколько другая! Причина в том, что холодильная машина в летний период работает на нагрев с очень неплохим КОП, доходящим в некоторых моделях до 5-5,5.

Если дом будет потреблять горячую воду в том же количестве, что и зимой, и тратить примерно 40 Гкал на ГВС, то расход электроэнергии на работу воздушно-водяной установки будет другой. Летом установка PROMETHEUS PA-120 CНE имеет КОП на уровне 4.0-4,2 (см. таблицу). Если сравнить расходы в месяц на ГВС, то получим следующее:

Тепловые сети 40*1243=49720 грн
Теплонасосная установка 40*1163 кВт*час/4.0 (КОП)= 11630 кВт*ч*1.68 грн/кВт*ч= 19538 грн

Разница составит (49720-19538)/49720=60,7 %

Итак, мы видим, что разница составляет 60,7% от расходов, которые платят жильцы на сегодня, благодаря высокой эффективности работы машины в летний период.
В денежном выражении за каждый месяц жильцы могут получить экономию 49720-19538=30182 грн.

За 6 месяцев примерно 181092 грн.

Добавим сюда потенциальную экономию в холодные месяцы отопительного сезона с октября по апрель и получим, примерно следующие цифры:

Тепловые сети 40*1243= 49720 грн
Теплонасосная установка 40*1163 кВт*час/2.8 (КОП)= 16614*1,68= 27912 грн
За 6 месяцев отопительного периода чистая экономия в денежном выражении составит 167472 грн.
В целом за год расходы на ГВС составят 167472+181092=348564 грн.
За подогрев воды для ГВС дом заплатит тепловой сети примерно 49720*12=596640 грн.

К сожалению, КОП воздушно-водяных агрегатов ЛЮБЫХ производителей зависит от температуры окружающего воздуха и он (КОП) равен 3.0 для установок PROMETHEUS при температуре воздуха от +0 С до +3С. Так например, для температуры воздуха -5 град С, КОП нашей установки на 120 кВт PROMETHEUS PA-120 CНE равен 2.73!
Строго говоря, тепло-производительность и КОП воздушно-водяных установок постоянно изменяются в зависимости от погоды и с этим нужно просто смириться. Для простоты расчетов, подбора оборудования и оценки экономической эффективности, можно использовать некие усредненные данные, ну например среднемесячную температуру воздуха и КОП для этой температуры.

Таблицу КОП для установки PROMETHEUS PA-120 CНE приводим ниже:

модель PA-120 CНE
Температура воздуха(℃) Тепловая мощность, кВт Потребляемая мощность, кВт COP
-20 52,75 29,31 1,8
-17 58,8 31,06 1,89
-15 68,12 32,42 2,1
-10 81,75 32,87 2,49
-7 86,76 33,18 2,62
-5 91,24 33,33 2,74
-3 93,94 33,55 2,8
0 98,24 33,78 2,91
3 108,13 34,16 3,17
5 113,3 34,31 3,3
7 119,76 34,53 3,47
13,5 131,35 34,83 3,77
20 140 35,4 3,95
22,5 152,74 36,57 4,18
25 165,65 39,21 4,22

2. Обзор текущего положения с отоплением и ГВС в многоквартирных домах.

Теплоснабжение многоквартирных домов производится за счет централизованной подачи теплоносителя от городских тепловых сетей и в тех домах, которые оборудованы узлом учета, оплата производится за потребленные гигакалории. Данная система отопления не является замкнутой и имеет некоторые особенности, на которые необходимо обратить внимание.

  1. Невозможность регулирования температуры теплоносителя.
  2. Подача теплоносителя на этажи осуществляется насосами тепловой сети.
  3. Уменьшение потребления тепла возможно только за счет уменьшения расхода отопительной поды (закрывание задвижки).
  4. Присутствуют разные схемы обеспечения ГВС, а именно – приготовление на месте и централизованная подача.
  5. Расход тепловой энергии в доме зависит от состояния теплоизоляции наружных стен, качества окон, наличия не выявленных утечек тепла.

Проводимая политика повышения энергоэффективности жилья приводит к тому, что уже сейчас многие дома сильно отличаются по уровню тепловых потерь. Различие можно заметить по цифрам потребленной тепловой энергии в пересчете на кв. метр общей площади многоквартирного дома. Так например, дом на 117 кв. по адресу ул. Клочковская, 191а израсходовал в феврале 164 Гкал на 12000 кв. метров отапливаемой площади, что составляет 0,01367 Гкал/кв. метр.  В доме применена горизонтальная поэтажная система разводки, современные металлопластиковые окна, фасад окрашен термоизолирующей краской немецкого производства. Приготовление горячей воды для нужд ГВС производится в ИТП посредством пластинчатого теплообменника.

Итак, как мы видим, использование домового тепло-счетчика и утепленные фасады дают ощутимую экономию средств для жильцов. Но есть и не совсем очевидная выгода от использования счетчика и утепления фасадов.

Все дело в том, что снижение тепловых потерь в таких домах в совокупности с использованием теплового счетчика, позволяет использовать теплоноситель с более низким температурным потенциалом (более низкой температурой отопительной воды) и, позволяет поэтому, перейти на следующий уровень повышения энергетической эффективности вашего дома, а именно – использование источника низко-потенциальной энергии (воздуха) для нужд отопления и ГВС!

3. Концепция модернизации. Некоторые особенности, на которые нужно обратить внимание.

Для многоквартирных домов, оснащенных домовыми теплосчетчиками и оформленными в виде ОСББ, возможно обеспечить еще более ощутимую экономию средств на отопление и ГВС!

В этих домах есть все условия для установки теплонасосной установки воздушно-водяного типа на крыше здания. Установка теплового насоса в систему отопления позволит существенно сэкономить средства на отопление и приготовление горячей воды.

Концепция такой модернизации включает в себя создание двухвалентной системы отопления дома, на основе теплового насоса типа воздух-вода, установленного на крыше здания и подсоединенного к существующей системе теплоснабжения дома.

Основным теплогенерирующим агрегатом в системе предусматривается – тепловой насос.

Для компенсации недостатка мощности воздушно-водяного теплового насоса предусмотрено потребление отопительной воды из городской сети по прибору учета.  Регулирование времени и количества теплоносителя осуществляется интеллектуальной системой управления, в зависимости от факторов погоды, необходимой температуры в квартирах и т.д.

Теплонасосная установка предлагается модульного типа, состоящая из 2-3 модулей, позволяющих более оптимальное маневрирование мощностью в зависимости от погоды и сезона (зима-лето).

Модульная схема, кроме всего прочего, обеспечивает более высокую надежность, длительный ресурс и удобство бесперебойного ремонта и обслуживания такого теплового пункта. Так например, для дома на ул. Клочковской 191а, с теплопотерями на уровне 260 кВт при -5С на улице, потребуется модульная установка, состоящая из 3-х агрегатов PROMETHEUS PA-120 CHE, общей установленной мощностью 273 кВт при – 5 С окружающего воздуха. Потребление электроэнергии такой установки в режиме максимальной нагрузки может достигать 95 кВт.

При снижении тепловой нагрузки в межсезонье и летом, предполагается отключение части агрегатов, что позволит еще более оптимизировать энергозатраты и повысить общую экономическую эффективность. Вес модульной установки PROMETHEUS PA-120 CHE (Commercial Heating EVI) из 3-х модулей составит около 4,5 тонн.

Как известно, приготовление горячей воды для нужд ГВС потребляет до 30 % энергии от затраченной на отопление. Это существенно и к нашей радости, теплонасосная установка может полностью решить проблему обеспечения дома горячей водой. При этом, в летний период, эффективность использования электрической энергии для нагрева теплоносителя заметно выше, чем в зимний, и модульная схема позволит оптимально использовать мощность и долговечность оборудования. Если сравнивать с бытовым электробойлером, которые жильцы часто используют для получения горячей воды при отсутствии центрального горячего водоснабжения, то теплонасосная установка производит ГВС в 4,2 раза дешевле в летний период и в 2,7 раза дешевле зимой. По сравнению с ГВС от теплосети, эффективность та же, что и для отопления, по сезону примерно 50 %. Поэтому, использование такой установки не только возможно для нужд ГВС, но и нужно для повышения общей экономической эффективности и снижения срока окупаемости в целом. В доме на Клочковской 191 а, примерно 30 квартир используют электробойлеры для ГВС. Это создает дополнительную нагрузку на электросеть дома, не менее 60 кВт электроэнергии в пиковые периоды (утром и вечером). При переходе на горячую воду, приготовленную с помощью теплонасосной установки, потребность в использовании бойлеров отпадет.

Место установки модульного теплового насоса возможно на грунте, со стороны глухой стены здания или на крыше здания. Выбор места установки определяется уровнем шума в 60 дБ(А) от вентиляторов, в основном, а так же необходимостью прокладки водяных трубопроводов до ИТП здания.

Энергоснабжение теплонасосной установки необходимо обеспечить из расчета примерно треть (1/3) от установленной тепловой мощности. Так, например, установка тепловой мощностью 260 кВт потребует подвода электричества, мощностью примерно 86 кВт.

При недостатке лимита, выделенного снабжающей организацией по договору с ОСББ, необходимо обратиться за увеличением лимита и техническими условиями в снабжающую организацию.

При работе теплового насоса в режиме отопления в зимнее время, происходит периодичное обмерзание наружного теплообменника (испарителя), и переход установки в режим кратковременной оттайки. При этом производится достаточно большое количество воды, требующей отвода. В случае монтажа на крыше здания, отвод конденсата от наружного теплообменника и сброс в ливневую канализацию дома должен быть обеспечен системой снеготаяния, во избежание замерзания воды  в трубах на крыше дома.

Установка требует периодического осмотра и обслуживания специалистом. Так, например, подлежит контролю состояние и загрязненность теплообменников, состояние компрессоров и давление хладагента в системе. Особое внимание требуется в период цветения тополя, поскольку пух забивает теплообменники и существенно снижает мощность установки.

Гарантийный срок эксплуатации, как правило – 2 года.

Внешний (примерный) вид модульных и не только теплонасосных установок можно посмотреть на фото ниже:

4. Капитальные затраты, финансирование и окупаемость проекта.

Модернизация системы отопления многоквартирного дома – достаточно сложная задача. Выполнять модернизацию без проектирования невозможно, поэтому на первом этапе должно быть этап проектирования. На этом этапе будут даны ответы на вопросы, какой именно мощности нужен агрегат, какой лимит потребляемой электроэнергии необходимо обеспечить для его работы.

Условно, вы можете выбрать несколько поставщиков, например – именитого итальянского производителя или не известного из Китая. У каждого решения есть свои плюсы и минусы. Так, например, итальянские (европейские) агрегаты заметно дороже, но имеют более длинную историю производства и как следствие, более интеллектуальную систему управления агрегатами.

Нужно иметь в виду, что и современные китайские агрегаты имеют очень высокий уровень. В их производстве используются комплектующие самых именитых мировых брендов и все самые новейшие достижения науки, сделанные в сфере холодильной техники и технологии.

Некоторые китайские производители холодильного оборудования даже купили европейские заводы, чтобы получить доступ к технологиям высочайшего уровня.

Итак, ориентировочное решение для дома на 117 квартир на базе итальянской установки будет стоить заказчику:

  1. Стоимость агрегата примерно 67 000 евро на 260 кВт  при минус 5 С.
  2. Общая стоимость проекта, включая монтаж 100-110 тыс евро.
  3. Стоимость проекта при использовании 2-х агрегатов по 130 кВт каждый, увеличивается на 10 тыс евро и составит, примерно 110-120 тыс. евро.

Стоимость проекта на базе агрегатов,  произведенных в Китае для Украины, может быть на 10-20 % процентов ниже в итоге. Нужно отметить, что процесс монтажа и наладки оборудования в обоих случаях идентичен, поэтому стоимость работ по монтажу больше зависит от монтажной организации, чем от производителя агрегатов.

Так например, для дома на 117 квартир можно использовать 3 агрегата PROMETHEUS PA-120 CНE, ориентировочной общей стоимостью в Украине 57 тыс евро, по 19 тыс за один, что в итоге на 10 тыс меньше, чем итальянский аналог при том, что несмотря на его китайское происхождение, он собран из комплектующих лучших мировых, европейских и американских производителей.

На примере дома ул. Клочковская 191 а можно посмотреть приблизительную окупаемость проекта.

Для простоты расчета примем общую стоимость проекта 100 тыс евро и курс евро 30 грн.

Сразу оговоримся, цель данного прикидочного расчета – дать общее представление о суммах и сроках окупаемости.

Итак 3 млн – общая стоимость проекта.

Из них 2 млн 100 тыс – это собственно стоимость самой установки и 900 тыс – стоимость всех работ по проектированию, монтажу и пуску в эксплуатацию.

Государство обещает компенсировать до 80% от стоимости самого оборудования за счет источников разных бюджетов, что составит 1 млн 680 тыс гривен (80% от 2млн 100 тыс)

Остальную сумму, а именно 1 млн 320 тыс грн необходимо будет оплатить самим жильцам этого дома или ОСББ.

Как было отмечено ранее, расходы на отопление и ГВС вместе (оплата тепловой сети) составляют в среднем 250 тыс грн в месяц и переход на воздушно-водяную систему отопления позволит экономить примерно 50% от этой суммы.

Отопительный сезон длится около  6 месяцев и поэтому сумма, сэкономленная за отопительный сезон одного года может составить  250*50%*6= 750 тыс грн.

Добавим сюда сумму экономии от ГВС в летнее время, которая как мы показали выше составит около 60% и получим 50 тыс грн*60%=30 тыс грн/месяц. За 6 месяцев 180 тыс грн.

Общая экономия средств за год составит в денежном выражении, при сегодняшних ценах, 930 тыс грн.

Помните, мы говорили, что жильцам нужно оплатить только 1 млн 320 тыс грн за установку?

Так вот, экономия , полученная за один календарный год от эксплуатации теплонасосной установки может составить 930 тыс грн. Другими словами, жильцы полностью вернут свои средства, уплаченные за агрегат и его монтаж за 1,5 года примерно.

Всего полтора года!

Примерный период окупаемости проекта на базе итальянской установки составит 18 месяцев, то есть около 1,5 лет!

Использование китайской установки может сократить срок окупаемости проекта на 20% и составит 15 месяцев примерно!

Итак,  использование для отопления и ГВС установки PROMETHEUS PA-120 CHE   для дома на ул. Клочковской 191а, примерный срок окупаемости установки не более 15 месяцев.

5. Ваши следующие шаги.

Итак, беглый взгляд на вопрос модернизации системы отопления многоквартирного дома на базе модульной теплонасосной установки типа воздух-вода, позволяет сделать однозначный вывод о его целесообразности в современных условиях и при таких тарифах!

Практически, конкретную стоимость проекта можно будет узнать только после этапа проектирования, когда будут известны все детали и спецификация проекта. На основании рабочего проекта будет составлена смета работ и получена полная его стоимость, включая возможную плату за увеличение лимита подводимой к дому электрической мощности.

К сожалению, проектирование предполагает достаточно большой объем работы и его невозможно сделать без финансирования. Полное ТЭО так же возможно сделать при наличии проекта.