Модернизации системы отопления офисного здания 400 м кв. на базе теплового насоса.

Краткая характеристика объекта.

Офисное здание из газоблока, утепленное 50 мм пено-полистиролом.
Окна – металлопластиковые, энергосберегающие пакеты.
Кровля – скатная. Повсеместно реализованы водяные теплые полы.

Существующая система отопления.

Существующей отопление построено на базе электрокотла, установленной мощностью 55 кВт. Поскольку здание еще не эксплуатировалось, данных о фактическом расходе электроэнергии нет.

Концепция возможной модернизации.

Предлагается создать би-валентную (состоящую из 2х теплогенераторов) систему отопления, построенную на базе воздушно-водяного теплового насоса и уже существующего электрокотла. Алгоритм использования – совместная работа на низких температурах, когда мощности  теплового насоса не будет хватать для покрытия растущих теплопотерь здания, примерно на температурах ниже -15 С.

Конструктивно, каждый агрегат PSA 18 GE   или PSA 18 PME  представляет собой сплит систему, состоящую из 2 блоков каждый – наружного и внутреннего гидравлического блока. В состав каждого из них входит компрессор (Copeland) и теплообменник пластинчатого типа (Multistack USA), обеспечивающий подогрев отопительной воды в системе за счет передачи тепла из окружающего воздуха, посредством фреона.

Каждый агрегат снабжается выносным пультом управления, позволяющим управлять каждым из них отдельно. Внешний вид двух вариантов 18 кВт машин на фото:

Методика подбора оборудования.

Для корректного и оптимального, по соотношению стоимость/экономическая эффективность,  воздушно-водяного теплового насоса необходимо определить тепловые потери здания за отопительный период. Из-за отсутствия фактических данных, зададим их на основании экспертной оценки, произведенной с учетом конструктивных особенностей здания и данных, полученных с уже фактически действующих объектов в 2016-2017 отопительном сезоне.

Тепловые потери данного здания (современного, утепленного пенополистиролом) должны быть на уровне 30-35 Вт/кВ метр площади здания.

За один месяц отопительного периода, для здания 400 м кв это составит 0,035кВт/кв м*400м кв *30 дн*24 час = 10080 кВтч

Мощность электрического котла, необходимая для покрытия таких тепло-потерь должна быть равна не менее  20 кВт.

Для подбора необходимой мощности теплового насоса нам необходимо сделать следующие допущения:

1. Подбор оборудования делается для задачи снижения расходов на отопление и является результатом разумного компромисса между стоимостью и расходами.
2. Средне-сезонная температура окружающего воздуха для подбора принимается для Харькова на уровне – 0 С.
3. Подбор производится из расчета работы системы отопления в бивалентном режиме, при обязательном наличии электрокотла в системе, который добавит дефицитную мощность в случае снижения внешней температуры.

Итак,  воздушно–водяной тепловой насос для здания с тепловыми потерями 10080 кВтч  в месяц, при температуре наружного воздуха – 0 С, рекомендуется в следующих вариантах:

Вариант 1. PSA 15 PME – 2 шт, мощностью по 12,41 кВт каждый, при температуре 0 С окружающего воздуха и температуре отопительной воды (теплоносителя) 45 С на подающем трубопроводе. Общая тепловая мощность такой установки составит 24,82 кВт.

Вариант 2. PSA 15 GE – 2 шт, с такой же примерно мощностью.

Вариант 3. PSA 18 PME -1 шт, и дополнительно PSA 9 PME общей тепловой мощностью – около 15,62+7,62= 23,24 кВт

Вариант 4.  PSA 18 GE или PSA 18 PME – 1 шт,  мощностью 15,62 кВт при 0 С и температуре носителя 45 С. Дефицит мощности в 5 — 6 кВт покрывается электрокотлом.

Для реализации совместной работы 2х теплонасосных агрегатов и электрокотла необходимо предусмотреть установку буферной емкости, которая будет аккумулировать теплоноситель от всех теплогенераторов.

Финансирование и окупаемость проекта.

Ориентировочная стоимость реализации проекта составит:

1. Теплонасосные агрегаты в количестве 2х шт – 4204 долл каждый, всего 8408 долл.
2. Монтажные и проектные работы – около 1500 долл.
3. Буферная емкость на 300 л с изоляцией 400 долл

Итого: 10308 долл или 278316 грн.

Посчитаем примерную окупаемость проекта за счет разницы в потреблении электроэнергии электротла и теплового насоса. Для удобства расчета и достоверности, положим КОП теплового насоса на температуры 0-4 С около 2,9.

За один месяц отопительного периода электрокотел израсходует, как было показано выше,

10080 кВтч электроэнергии.

Согласно сайту Харьковоблэнерго http://www.oblenergo.kharkov.ua/consumers/tarifs/tarifi-na-elektroenergiyu-na-kviten-2017-roku

Стоимость 1 кВтч эл энергии для юридических лиц составляет 2,16 грн с НДС за 1 кВтч, что в итоге составит:   10080*2,16 = 21773 грн в месяц.  

Теплонасосная установка потребит в месяц энергии на компенсацию тепловых потерь в количестве 10080 кВтч/ КОП (2,9) = 3476 кВтч.

3476 * 2,16 = 7508 грн в месяц.

Экономия за 1 месяц отопительного периода составит 21773-7508= 14265 грн.

За 6 месяцев отопительного сезона около 85590 грн

Итак, при стоимости проекта 278316, примерная окупаемость проекта за счет разницы в текущих платежах за электроэнергию составит:

278316/85590 = 3,25 сезона.

Другими словами, средства, вложенные в модернизацию системы отопления полностью вернутся владельцу здания примерно за 3 отопительных сезона.

Примечание: Задача экономии средств на отопление с помощью теплового насоса, может быть успешно решена и при установке только 1 агрегата и буферной емкости, например 18 кВт агрегат и буферная емкость, для совместной работы электрокотла и теплового насоса.

В этом случае существенная экономия средств на отопление все равно будет достигнута, срок окупаемости несколько сократится, примерно до 2-2,5 сезонов, но при этом, вырастет доля энергии, которая будет вырабатываться электрокотлом в течение отопительного периода.

Стоимость проекта для Варианта 4 (один тепловой насос) составит примерно:

4346 долл – стоимость агрегата PSA 18 GE

400 долл буф емкость

1200 долл – монтажные работы

Итого стоимость проетка 5146 долл или 138942 грн

Экономия за месяц, с учетом долей работы электрокотла составит 75% от 14265 грн, что составит около 10969 грн.

За сезон  65814 грн.

Окупаемость для 1 установки составит 138942/65814 = 2,1 сезона

Вывод:  Применение бивалентной схемы использования теплонасосной установки дает существенную экономию средств, затрачиваемых на отопление здания.

Окупаемость проекта из 2 агрегатов – 3 сезона

Окупаемость проекта из 1 агрегата – 2 сезона.