Выгодно ли использовать тепловые насосы для отопления?
1. Оценка возможных условий применения воздушных тепло-насосных систем
Возможные условия применения определяются тремя основными факторами:
А) Минимально-возможной наружной температурой применения;
Б) Принципиальной экономической выгодой применения;
В) Максимальной единичной тепловой мощностью системы;
Таким образом для тепло-насосных систем типа ESVMO-SF можно выделить следующие ограничения к применению потрем перечисленным факторам:
А) Минимально-возможная температура применения теплонасосных систем −25’С. Следовательно, целесообразность применения данной системы ограничивается регионами, где общее время стояния температуры ниже −25’С, будет таким, чтобы срок окупаемости для данной системы не превысил половину планируемого срока службы (определяется практикой эксплуатации и средне-статистической необходимостью замены периферийных элементов системы). Планируемый срок службы системы определяется ресурсом компрессора (по практике эксплуатации порядка 10 лет). Таким образом при расчете срока окупаемости системы для разных регионов, ограничиваем максимальную цифру пятью годами.
Резюме: Применимо только для регионов, где годовое время работы данной системы обеспечивает срок окупаемости не более лет (см. раздел 3)
Б) Применимо для мест с отсутствием центрального газоснабжения, так как средняя стоимость газа по стране 5,5 руб/м 3 при теплотворной способности газа 33 310 кДж/м 3 и среднем КПД его использования 0,7. Таким образом, можем посчитать стоимость одного кВт*ч тепла при газовом отоплении: Сгаз=5,5*3600/(33310*0,7)=0,85 руб/(кВт*ч). Один кВт*ч при электрическом отоплении при этом будет стоить, при среднем тарифе по стране 4,04 руб/кВт*ч. Максимальный коэффициент трансформации тепла для воздушных тепловых насосов 4,45. Таким образом получаем:
Следовательно, при наличии газа мы не можем физически получить выгоду при применении теплового насоса с учетом того, что коэффициент трансформации будет ниже для минимальных температур.
Резюме: Применять только для мест с отсутствием централизованного газоснабжения.
В) Максимальная единичная тепловая мощность тепло-насосной системы 15,5кВт. Количество данных систем должно быть не более того, которое обеспечит вероятность выхода из строя одной из систем 10%. С тем расчетом, чтобы производить ремонт в самом худшем случае не чаще одного раза в год (исходя из среднего срока службы 10лет).
Вероятность выхода из строя компрессорного оборудования (самого ненадежного элемента системы) составляет порядка 2% (из практики эксплуатации). Следовательно количество систем, для того, чтобы обеспечить вероятность выхода из строя одной из них, не более 10%, должно составлять: 10/2=5.
Резюме: Целесообразность применения данной системы ограничивается необходимой тепловой мощностью 80 кВт.
2. Расчет энергетической эффективности для различных регионов
Для полного охвата диапазона климатических данных страны возьмем четыре основных региона:
- Москва
- Краснодар
- Мурманск
- Якутск
- Новосибирск
Рассчитаем для данных регионов экономию потребления электрической энергии на один кВт*ч выработки тепловой энергии по сравнению с электрическим отоплением с учетом изменения сезонных нагрузок, фактически по средне-сезонным нагрузкам.
Средне-сезонные нагрузки будут рассчитаны по периодам работы системы отопления для различных регионов. Периоды определялись исходя из минимальных градиентов температур (не более 3С между соседними периодами). В расчет по каждому региону берутся все периоды, среднемесячная температура которых ниже 8’С согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Таким образом для различных регионов можем определить:
Таблица 1 — Параметры периодов работы системы отопления по регионам