Аналіз перспектив повітряних теплових насосів

Аналіз перспектив повітряних теплових насосів в Росії

16-05-2011 у 16:13

Стаття А. В. Суслова «Про затребуваність, працездатності та окупностіповітряних теплових насосів в умовах Росії», опублікована в журналі «Холодильна техніка» № 12 у 2009 році, на наш погляд, заслуговує особливої уваги українських споживачів, так як наведені в ній доводи на користь використання повітряних теплових насосів в Росії цілком і повністю застосовні і до наших кліматичних умов. Не будемо забувати про географічному положенні, а також враховувати при порівнянні більш м'які кліматичні умови на території України.

Успіх настільки активно обговорюваних сьогодні на всіх рівнях заходів з енергозбереження в чому залежить від того, наскільки вони будуть зрозумілі і прийняті безпосереднім споживачем. Між тим на дохідливій для рядового споживача рівні нічого, крім обов'язкової заміни звичайних освітлювальних приладів на енергозберігаючі, здається, не пропонується. В той же час не менш значний ресурс енергозбереження вже давно і буквально повсюдно в прямому і в переносному сенсах просто «витає в повітрі». Парадоксально те, що, хоча багатьом вже доводилося чути про економію та інших вигоди цього ресурсу, скористатися ним не дозволяє спотворене уявлення про його реальних технічних можливостей у Росії.
З моменту презентації в нашій країні в кінці 2006 р. сплитсистемы фірми Daikin Altherma – першої, офіційно позіційованої в якості повітряного теплового насоса, призначеного для цілорічного теплопостачання в умовах російського клімату, минуло вже три роки.
Досвіду практичного застосування низькотемпературних повітряних теплових насосіву нас тоді не було, бажаючих стати першопрохідцями або спростувати реальність відкрилася перспективи, враховуючи авторитет виробника, тоді не знайшлося. Сама можливість існування подібного обладнання викликала сумніви. Найбільш прийнятним здавалося обмежитися обережним судженням, що якщо ця техніка взагалі працездатна на території Росії, то для практичного використання підходить хіба що для Сочі, а для інших регіонів, мабуть, буде дуже мало ефективна. Крім того, вона, найімовірніше, дорожче традиційного теплового обладнання, а тому виразної комерційної перспективи сама ця тема мати у нас не може.
Надалі такий підхід набув статусу офіційного, формує суспільне відношення до теми, і відсунув можливість освоєння низькотемпературних повітряних теплових насосів для нас до першого успішного практичного досвіду використання в період опалювального сезону 2008-2009 рр. суперобогревателя Zubadan. З цього моменту і бере початок у Росії практика використання повітряних теплових насосів для теплопостачання.

Європейський ринок ТН

Оскільки низькотемпературні повітряні теплові насоси прийшли до нас з Європи, де вони з'явилися трохи раніше, цікава ситуація на європейському ринку теплових насосів з 2005 р. На другому форумі Європейської асоціації теплових насосів – European Heat Pump Association (EHPA), що відбувся у травні 2009 р. в австрійському місті Лінц, було представлено доповідь про дослідження ринку за останні роки, заснований на статистиці по семи країнах: Австрії, Фінляндії, Франції, Німеччини, Норвегії, Швеції та Швейцарії. Згідно з цим дослідженням динаміка європейського ринку теплових насосів в цілому і по кожній з семи названих країн виглядає наступним чином (рис. 1).

За останні чотири роки в Європі відбувся 121%-ний приріст загального обсягу продажу теплових насосів, забезпечений в основному Францією, Німеччиною і трьома Скандинавськими країнами. Загальний обсяг продажу теплових насосів в семи європейських країнах досяг в 2008 р. 547 000 одиниць. І те, що найбільший приріст – 50% – припав на рік початку кризи, є, мабуть, природним суспільним відгуком на глобальний економічний виклик і показує, що теплові насоси – суто специфічна сфера, на яку повсюдний економічний спад діє позитивним чином.
Криза підвищує актуальність використання теплових насосів, а отже, і їх затребуваність.
На рис. 2 наведено діаграми, що демонструють зростання популярності теплових насосів в даних країнах в 2005-2008 рр.

Найбільший попит на теплові насоси відзначений у жителів Скандинавських країн:

• найбільш забезпеченою вуглеводневими енергоносіями Норвегії;
• найпрогресивнішою в Європі в плані ТН Швеції;
• самої энергобережливой Фінляндії.

Тому логічний і однозначна важливий для нас висновок:
Використання теплових насосів актуальніше там, де потрібно і відповідно витрачається більше тепла, в першу чергу в країнах з холодним кліматом.
Росія ж залишається сьогодні вже єдиною країною, яка ніяк не бере участь в цьому процесі і не має до неї практично ніякого відношення.

Ринок повітряних ТН в країнах Північної Європи

До кінця минулого століття вважалося, що в країнах з холодним кліматом тільки теплові насоси, що використовують грунт як джерело низькопотенційного тепла, підходять для цілорічного теплопостачання. Поява на початку 2000-х років в Європі низькотемпературних повітряних теплових насосів докорінно змінило це судження, а відповідно і структуру ринку. В останні роки на європейському ринку повітряні теплові насоси впевнено витісняють набагато дорожчі за первинними витратами грунтові більш логічно виправдану для них нішу, переважно у великі теплонасосні установки.
У 2008 р. частка продажу повітряних теплових насосів в Європі за рахунок відповідного скорочення продажів ґрунтових теплових насосів зросла порівняно з 2005 р. з 26 до 63%.
Розглянемо, як ця тенденція проявилася в Скандинавських країнах.
4-5 червня 2009 р. в Осло пройшла найбільша в Норвегії конференція в галузі поновлюваних джерел енергії під примітним для нас назвою «Дні північного теплового насоса» (Nordiske Varmepumpedager). Центральною темою були відповідні досягнення і досвід скандинавських країн.

Ринок повітряних теплових насосів в Швеції

У презентації першої в Європі лабораторії, акредитованій для випробувань теплових насосів, Шведського технічного дослідницького інституту (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut), наведено графік, який ілюструє хронологію вдосконалення повітряних теплових насосів (рис. 3).

На графіку показано, як з роками підвищувався показник енергоефективності повітряних теплових насосів (коефіцієнт перетворення ?) при найбільш характерному для країн з холодним кліматом перепаді зовнішньої і внутрішньої температур (+2/+20°C). Стає зрозуміло, що настільки вражаючий зростання популярності сучасних повітряних теплових насосів досягнуто тому, що ? вдалося підвищити мало не вдвічі – до рівня 3,5 і вище, а температуру експлуатації, яку можна гарантувати європейським споживачам, довести до -25 і навіть -30°С.
За даними Шведської асоціації теплових насосів (SVEP), із загального числа наявних у Швеції понад 1350000 теплових насосів понад 700000 було встановлено після 2000 р. В 1998-1999 рр. частка теплових насосів «повітря–повітря» взагалі не помітна на тлі ґрунтових, що складали тоді основу шведського ринку. Але вже в 2005 р. теплові насоси «повітря–повітря» стає явно більше, ніж грунтових.
У 2008 р. (рис. 4) на 81% повітряних теплових насосів, проданих у Швеції, припадає лише 19% грунтових (співвідношення більше ніж 4:1 на користь повітряних).

Ринок повітряних теплових насосів у Фінляндії

Якщо в 2001 р. з 30 000 теплових насосів, проданих у Фінляндії, всього лише 5000 були теплові насоси «повітря–повітря», то до 2003 р. їх стає явно більше. Статистика продажів за останні чотири роки представлена в таблиці 1.

Тут в 2008 р. співвідношення повітряні/ґрунтові теплові насоси стає вже 7:1, незважаючи на незліченну безліч озер – дешевого, легко мобилизуемого і надійного джерела низькопотенційного тепла для теплових насосів. Поява буквально в останні роки низькотемпературних повітряних теплових насосів повітря–вода» стало причиною бурхливого зростання попиту на них, з одного боку (приріст за 2008 р. 456%!), і деякого падіння продажу теплових насосів на витяжному повітрі (-12%) – з іншого. Приріст продажів ґрунтових теплових насосів (42%), мабуть, ініційований сприятливим ставленням у суспільстві до самої технології в цілому.

Ринок повітряних теплових насосів в Норвегії

У ретельно і скрупульозно підготовленої презентації Норвезької асоціації теплових насосів NOVAP була представлена буквально поштучна статистика продажів по кожному з типів теплових насосів за 17 років.
Крім конкретних фактичних даних вказані роки, в які проводилися акції підтримки галузі (1992, 2003, 2006). Слід зауважити, що акції мали епізодичний характер і стосувалися в основному найбільш дорогих в установці ґрунтових теплових насосів, частка яких на норвезькому ринку завжди була досить незначна. Для повітряних теплових насосів в даний момент підтримка полягає в розстрочку до трьох років, протягом яких відсоток по розстрочці компенсується за рахунок отриманої економії.
Дані про продажі в останні 4 роки зведені в таблиці 2.

Співвідношення продажу повітряних і підземних теплових насосів в Норвегії в 2008 р. дійшло до рекордних 24:1.
Реакція ринку Норвегії на появу низькотемпературних повітряних теплових насосів повітря–вода» підтверджує тезу про те, що у цього типу теплових насосів на ринку країн Північної Європи перспективи особливо обнадійливі (рис. 5).

Ринок повітряних теплових насосів в Естонії

Для повноти аналізу розглянемо ситуацію на ринку теплових насосів ще однієї північної країни – Естонії, яка офіційно не брала участь в конференціях в Лінці і Осло, але де також є національна асоціація з тепловим насосам – ESPEL. Динаміка і структура ринку теплових насосів в Естонії, зафіксовані також вкрай акуратно, наведені в таблиці 3.

За рівнем продажів на 10 000 жителів Естонія посідає четверте місце в Європі. У структурі продажів очевидна та ж тенденція – спад продажу теплових насосів на витяжному повітрі на тлі впевненого зростання систем «повітря–вода». При тому, що за останні чотири роки продажу теплових насосів «повітря–повітря» збільшилися більш ніж у 8 разів, досягнувши в процентному відношенні шведського рівня, продажу ґрунтових теплових насосів виросли менш ніж удвічі, а в 2008 р. в цьому сегменті спостерігався помітний спад продажів (-11,8%).
Естонія, як ми бачимо, анітрохи не випадає із загальної статистики країн Північної Європи, остаточно підтверджуючи неочевидний раніше, але особливо важливий для майбутнього російського досвіду висновок :
Суворість клімату не є обмеженням для застосування сучасних повітряних теплових насосів, оскільки в країнах Північної Європи вони найбільш широко затребувані, а їх частка в загальному обсязі ринку зростає найшвидшими темпами.

Повітряні теплові насоси в Росії

Однак при обговоренні теми часто доводиться стикатися з скоріше емоційним судженням про те, що по-справжньому холодна країна в Європі тільки одна – Росія, а решта якщо і холодні, то лише «помірно». В офіційному рейтингу самих холодних європейських країн Росія стоїть на першому місці, так як в ній відзначена найнижча температура (-55°C, Комі, Усть-Щугер). Але, на щастя, клімат у нас досить різноманітний, а в Комі проживає лише незначна частина населення. Оскільки працездатність і доцільність низькотемпературних повітряних теплових насосів в умовах Підмосков'я обгрунтовані теоретично і підтверджені практично, то і в інших регіонах РФ вони тим більш працездатні і доцільні, про що свідчать дані таблиці 4.

Потенційний ринок тільки цих регіонів РФ приблизно в півтора рази більше спільного ринку країн Північної Європи. Оцінити потенціал такого ринку можна, виходячи хоча б з того, що, наприклад, у Фінляндії в 2008 р. одних тільки теплових насосів «повітря–повітря» було продано на суму близько 75 млн євро.
Температура зрідження R410A, застосовуваного в низькотемпературних повітряних теплових насосах, при атмосферному тиску близько -52°C. якщо при використанні повітряних теплових насосів в Усть-Щугере ще можна вести мову про якісь обмеження, то в більш обжитих районах питання про обмеження виключено категорично навіть на теоретичному рівні.

Можна лише зауважити, що континентального клімату Євразії крім більш холодних зим притаманне ще й більш спекотне літо, що робить використання повітряних ТН для значної частини території Росії ще доцільніше з-за необхідності кондиціонування.
Всупереч широко чомусь поширеній у нас думку при -20°C в повітрі залишається ще більше 85 % тепла, яке є в ньому при +20°C. При -20°C у більшості сучасних повітряних теплових насосів охолодження знижується на 40%, а в особливо просунутих – всього лише на 15%. Сучасні низькотемпературні повітряні теплові насоси тестуються виробником в основному при зовнішніх температурах до -15°C не тому, що це обґрунтований межа їх технічних можливостей, а тому, що этотуровень обумовлений міжнародними стандартами. Серії, що йдуть з Азії на ринок північних країн, і, зрозуміло, повітряні теплові насоси місцевого виробництва проходять тестування при температурах до -20, -25, -26, -28°C, а іноді і до -30°C.
Завдяки так довго тривалому у нас періоду індиферентності до теми вітчизняний ринок сьогодні є найбільш привабливим тому, що, по-перше, досі залишається абсолютно недоторканим, а по-друге, тому, що сьогодні нам доступні самі останні, самі досконалі зразки цієї техніки.

Економічне обґрунтування доцільності застосування повітряних теплових насосів в Росії

Аналіз тарифів на електроенергію в європейських країнах, де теплові насоси застосовуються вже масово, і в тих, де поки ще немає, не дозволяє встановити якусь очевидну зв'язок між тарифами і рівнем продажу.

Середні тарифи на електроенергію станом на січень 2005 р.

• Фінляндія—7,92 євро/100 кВт·год
• Естонія—5,76 євро/100 кВт·год
• Литва—6,09 євро/100 кВт·год
• Латвія—7,09 євро/100 кВт·год

Оскільки рівень європейських тарифів близький до тарифів російських постачальників, вітчизняного споживача при експлуатації теплових насосів чекає така ж економія, яка цілком влаштовує жителів північних країн.
Але в Росії є і ще один сущетвенный довід – це плата за придбання додаткової електричної потужності (вартість підключення), яка сьогодні дуже висока.
Вартість тепла при використанні низькотемпературних повітряних теплових насосів, доступних на російському ринку, перебуває в межах від 500 до 1000 євро за 1 кВт теплопродуктивності (в залежності від типу, технічних характеристик і бренду). А покупка додаткової електричної потужності, необхідної для опалення звичайними електронагрівачами, у багатьох випадках обходиться значно дорожче і для багатьох споживачів сьогодні вже вкрай важкодоступна, якщо доступна взагалі. Тому, встановлюючи низькотемпературний повітряний теплові насоси, споживач приблизно втричі економить на придбання необхідної електричної потужності. Суми, про які йде мова, обчислюються на підставі даних, аналогічних наведеним нижче для Москви.

Розміри плати за приєднання до електричних мереж менше 1 кВ ВАТ «МОЕСК» на території Москви на 2009 р.

• В межах Садового кільця – 102 338 руб/кВА
• Між Садовим і третім транспортними кільцями – 91 566 руб/кВА
• Між третім транспортним кільцем і МКАД – 78 978,92 руб/кВА
• За межами МКАД – 61 622,82 руб/кВА

Говорити в Росії про окупності теплових насосів як про досягнутому результаті, в багатьох випадках можна вже на момент прийняття рішення про їх встановлення за умови, якщо мова йде про повітряних теплових насосах.
Таким чином, сучасні повітряні теплові насоси в кліматичних умовах європейської території Росії придатні для експлуатації без будь-яких обмежень і їх використання не менш вигідно, ніж в будь-якій з країн Північної Європи.
Застосування повітряних теплових насосів вигідніше покупки необхідної додаткової електричної потужності, що виправдовує вибір теплового насоса вже на момент прийняття рішення.
Найбільша економія щорічних витрат на теплопостачання буде там, де клімат холодніший і де довший опалювальний сезон.
Хоча освоєння низькотемпературних повітряних теплових насосів і почалося без участі Росії, ігнорувати їх переваги надалі неприпустимо, особливо в умовах кризи.