Тепловой насос — современный высокотехнологичный прибор, в основе работы которого лежит тот же принцип, что и в системах парокомпрессионного и абсорбционного охлаждения: перенос тепла от менее нагретого тела или среды к более нагретому телу. Разница лишь в том, что результат работы систем охлаждения — понижение температуры тела или среды, у которых тепло отбирается, а задача отопительных приборов, использующих принцип теплового насоса, — нагреть тело или среду, к которым тепло переносится. Во многих современных системах кондиционирования имеется возможность изменять направление парокомпрессионного цикла, переключаясь из режима охлаждения на обогрев и обратно.
В зависимости от источника тепла тепловые насосы делятся на геотермальные, воздушные и использующие производное (вторичное) тепло. Первые работают с тепловой энергией почвы, грунтовых вод или наземных водоемов, вторые забирают тепло из атмосферы, третьи способны утилизировать энергию, выделяющуюся в ходе производственных процессов и хозяйственной деятельности, например, тепло канализационных стоков.
Самый распространенный тип тепловых насосов — компрессионные. Они состоят из компрессоров, конденсаторов, испарителей и используют свойство хладагента поглощать тепло при расширении и отдавать — при конденсации. Также встречаются абсорбционные тепловые насосы, в которых рабочее тело (хладагент) поглощается абсорбентом, а затем выделяется при более высокой температуре.
Даже в морозы температура почвы на определенной глубине не опускается ниже нуля. За счет тепла земли тепловые насосы «грунт — вода» способны нагревать воду. Их конструкция предусматривает прокладку трубопроводов-коллекторов, по которым циркулирует теплоноситель, забирающий тепло почвы.
Тепловой насос «вода — вода» использует тепло водоема или подземной скважины для нагрева воды, например, в системах отопления и горячего водоснабжения частных домов.
В устройствах «вода — воздух» тепло наземных водоемов или грунтовых вод передается воздуху.
Пример теплового насоса «воздух — воздух» — кондиционер в режиме обогрева. Для отопления помещений используется тепло наружного воздуха. Его же используют и водонагреватели «воздух — вода».
Тепловые насосы, источником тепла для которых служит воздух, обладают общими преимуществами — компактностью, удобством установки и отсутствием необходимости в бурении скважин и прокладке трубопроводов. Недостатки у них тоже общие — они могут работать только в мягком климате. При температуре наружного воздуха ниже —15оС их эффективность приближается к нулю.
Рост популярности тепловых насосов связан с такими их свойствами, как:
- Экономичность. Чтобы передать в отопительную систему 1 киловатт тепловой мощности, установке требуется в среднем лишь
0,2–0,36 киловатта электрической мощности. - Удобство перехода из режима отопления зимой в режим кондиционирования летом.
- Надежность. За работу теплового насоса отвечает автоматика, и система не нуждается в специальном обслуживании.
- Экологичность. Тепловой насос не сжигает топливо и не выбрасывает в атмосферу двуокись углерода (СО2), окись азота (NOx), диоксид серы (SO2). В современных тепловых насосах используются экологически безопасные хладагенты.
- Безопасность. Топливо не используется, опасные смеси и газы не выделяются, узлы системы не нагреваются выше 90оС, а значит, нет причин для пожара.
- Компактность. Тепловые насосы довольно компактны и практически бесшумны.
Наиболее развитый рынок тепловых насосов — государства Европы. Не отстают и другие экономически развитые страны, заинтересованные в энергосбережении, — США, Япония, Австралия. Популяризации тепловых насосов способствуют высокие цены на ископаемое топливо, государственные программы, поощряющие замену традиционных котлов экологичным и энергосберегающим оборудованием, а также, что немаловажно, мягкий климат, подходящий для эффективной беспрерывной работы таких устройств.
США
Чтобы снизить затраты на энергоносители и популяризировать тепловые насосы, правительство США приняло закон, обязывающий строительные компании устанавливать их во всех новых построенных зданиях.
Кроме того, в США широко используется солнечная энергия для отопления и подогрева воды для бытовых нужд. Объединение теплового насоса с солнечными коллекторами повышает продуктивность системы отопления в несколько раз.
Япония
В Японии оценили не только практичность и технологичность, но и энергоэффективность тепловых насосов. Тщательное изучение работы этих устройств показало их безвредность для здоровья человека, экологическую безопасность и отсутствие чрезмерной нагрузки на электросеть.
Японцы — известные любители горячих ванн и, чтобы сэкономить на электроэнергии, часто вынуждены нагревать воду в ночное время, когда действует не такой высокий тариф, как днем.
Экономичные водонагреватели на основе тепловых насосов «воздух — вода», эффективной работе которых способствует климат региона, сделали горячие ванны доступнее. Правительство же, заинтересованное в сокращении потребления электроэнергии и уменьшении вреда, наносимого природе, субсидирует покупку и установку тепловых насосов.
Швеция
Стокгольм стал первым городом Швеции, перешедшим на отопление тепловыми насосами. Источником тепла для них служат воды Балтийского моря. В населенных пунктах, расположенных далеко от побережья, широко применяются воздушные тепловые насосы.
Швеция стала лидером по внедрению тепловых насосов, чему способствуют государственные дотации на их установку.
Италия
В Италии продажи тепловых насосов с каждым годом растут как в денежном выражении, так и в пересчете на единицы оборудования.
Важную роль здесь играют фискальные стимулы, призванные обеспечивать стабильность экономики и вовлекать новых людей и компании.
В стране действует
Еще один фактор, способствующий распространению тепловых насосов, — их частое использование в проектах по реконструкции зданий.
В 2016 году в Италии было продано более 30 000 тепловых насосов «воздух — вода». В 2017 году продажи выросли до 33500 единиц оборудования, что в денежном выражении соответствовало 130 миллионам Евро.
Прогноз на 2018 год — 156 миллионов евро и 38 000 единиц оборудования. Данные по продажам за прошедшее время и прогноз до 2020 года представлены на графиках, полученных в ходе исследования, проведенного специалистами «Литвинчук Маркетинг» и Eurasian Research Group.
Основные покупатели теплонасосных установок в Италии — монтажные организации, на их долю приходится 60% продаж, за ними идут дистрибьюторы с 32%. Реже всего покупают тепловые насосы подрядчики — 5% и конечные потребители — 3%.
В сегменте тепловых насосов — сплит-систем на рынке Италии лидирует компания Daikin с брендом Rotex. Следом идет продукция Ygnis Italia. Доли прочих производителей не превышают 5%. В целом на долю 6 ведущих производителей тепловых насосов — сплит-систем (Daikin, Ygnis Italia, Mitsubishi Electric, Clivet, BAXI, Nibe), — приходятся 75% продаж в этом сегменте.
Лидер в сегменте моноблочных тепловых насосов — Aermec. Среди продукции этого типа стоит выделить Ariston Nimbus — моноблочную гибридную систему, подключающуюся к существующему котлу. Система оснащена интеллектуальным управлением под названием Sensys, что позволяет переключаться между источниками энергии.
На долю 7 ведущих компаний (Aermec, RIELLO, Carrier Italia, Rhoss, Climaveneta, Viessman, BAXI) приходится 77% продаж в сегменте.
В сегменте установок «воздух — вода» со встроенным баком первенство принадлежит компании Ariston. В ее ассортименте, в частности, представлен прибор Nuos с возможностью напольного и настенного монтажа, который способен использовать тепло как наружного воздуха, так и воздуха в помещении.
На 5 ведущих компаний (Ariston, Ygnis Italia, BAXI, Fiorini, Nibe) приходится 75% продаж в данном сегменте.
Франция
Французский рынок тепловых насосов «воздух — вода» в 2017 году вырос лишь на 1,9% по сравнению с 2016 годом — до 170 000 единиц оборудования.
В денежном выражении объем продаж составил почти 340 миллионов евро.
Главной областью применения тепловых насосов во Франции являются бытовые водонагреватели на базе установок «воздух — вода», второй по популярности сегмент — устройства для водяного отопления помещений. Другие виды теплонасосных установок в стране не очень распространены.
В перспективе ожидается рост рынка в среднем на 6,8% в год за счет поддержки строительства нового жилья.
Тепловые насосные установки «воздух — вода», обеспечивающие потребность в ГВС, только недавно появились на рынке, но уже успели хорошо зарекомендовать себя. Ожидается, что в 2018 году во Франции будет продано до 96 300 таких устройств.
Продажи сплит-систем «воздух — вода» прогнозируются на уровне 72 000 единиц оборудования. Привлекательность таких устройств — в низком уровне шума внутреннего модуля, соединенного с наружным блоком лишь фреонопроводом. Никаких проемов в стене и прокладки воздуховодов не требуется.
В сегменте моноблочных тепловых насосов «воздух-вода» ожидается продолжение снижения объема продаж.
На 2017 год продажи для монтажных организаций и дистрибьюторов составляли 75%. При этом доля дистрибьюторов немного снизилась в пользу строительных компаний и строительных магазинов, что особенно заметно в сегменте бытовых тепловых насосов для нагрева воды. Однако дальнейшему росту продаж через сетевые строительные магазины, поставщиков или веб-сайты препятствует невозможность воспользоваться налоговой скидкой при покупке через эти каналы сбыта.
Ведущий производитель тепловых насосов типа сплит-системы во Франции — компания Atlantic. Ее модели Loria могут использоваться как только для отопления, так и для отопления и нагрева воды. Во II квартале 2017 года компания представила новую линейку оборудования под названием Extensa. Наиболее популярная модель Daikin — HP Altherma. Она была перепроектирована так, чтобы сделать наружный блок более компактным и защитить теплообменник от обледенения. Внутренний гидравлический модуль системы может быть установлен на стене или объединен с резервуаром для воды. В 2017 году Hitachi представила линейку тепловых насосов Yutaki S — сплит-системы мощностью до 14 киловатт с использованием инверторных технологий и новым компрессором.
На 8 ведущих компаний (Atlantic, Daikin, Panasonic, Mitsubishi Electronic, De Dietrich, Sofath, Oertli, Hitachi) приходится 83% продаж в данном сегменте.
В сегменте французского рынка моноблочных тепловых насосов представлена продукция множества компаний. Устройства этого типа выпускают как производители кондиционеров, так и поставщики отопительного оборудования.
6 ведущих компаний (Carrier, CIAT, Chaffoteaux, Panasonic, Techibel, Atlantic) делят 50% данного сегмента.
Тепловые насосы «воздух — вода» со встроенным баком на рыке Франции представлены продукцией более 10 производителей, однако этот тип теплонасосных установок не пользуется особой популярностью.
Россия
В 2006 году компания Daikin представила на российском рынке тепловые насосы, но востребованность этого оборудования в нашей стране оказалась невелика.
Максимум спроса на тепловые насосные установки в России пришелся на 2013 год, когда было продано 1800 единиц оборудования.
В 2017 году объем рынка не превышал 850 тепловых насосов. 130 из них составили аппараты «воздух — вода» для отопления и горячего водоснабжения общей стоимостью 495 000 долларов США. Кроме того, были проданы 280 установок для подогрева воды в бассейнах на сумму 178 000 долларов.
Сегмент очень мал и с каждым годом становится меньше. Собственного производства тепловых насосов в Российской Федерации нет, а импортные системы очень дороги, так что увеличение продаж этой техники не прогнозируется.
Какие же факторы препятствуют росту популярности тепловых насосов в России?
Во-первых, большие капитальные затраты. Установка газового или электрического котла сравнимой тепловой мощности обойдется до 8 раз дешевле. Тепловой насос, в свою очередь, требует проектирования с нуля, очень часто — проведения дорогостоящих буровых работ. Затратными получаются и монтаж, и пусконаладка. Кроме того, если речь о насосе «грунт — вода», то на участке, занятом горизонтальным коллектором, нельзя будет возводить никаких сооружений и высаживать деревья или кустарники.
Из-за высоких удельных капиталовложений тепловые насосы устанавливают для обеспечения базовой части отопительной нагрузки, покрывая заключительную тепловую нагрузку наиболее экономичным нагревателем. Доля теплового насоса в покрытии общей тепловой нагрузки зависит от температуры воздуха в регионе, схемы теплоснабжения помещений и цен на электроэнергию.
Во-вторых, эффективно пользоваться тепловыми насосами в России не позволяют суровые зимы с температурой ниже —10оС. На случай морозов приходится дополнительно устанавливать «классический» обогреватель — будь то котел или камин. Естественно, что возникает вопрос: а нужен ли дорогостоящий прибор, не способный обеспечить потребителя теплом тогда, когда оно особенно нужно?
Наконец, вызывают сомнения обещания производителей, что заказчик сможет вернуть затраты в течение 7 лет и весомо экономить в дальнейшем. Дело в том, что конечная стоимость оборудования и затраты на его монтаж зависят от многих факторов. Так, грунтовую тепловую установку, согласно опыту многих стран, вообще не имеет смысла устанавливать на малых и средних объектах. Так что, прежде чем делать выбор в пользу теплонасосной установки, нужно убедиться, хватит ли вам ресурсов, площади и терпения.
С одной стороны, в России есть все предпосылки к тому, чтобы последовать примеру других стран в применении тепловых насосов. Это и рост цен на ископаемое топливо и электроэнергию, и обеспокоенность проблемой глобального потепления, и активное развитие малоэтажного строительства. Однако к высоким капитальным затратам и длительной окупаемости, по сравнению с традиционными системами автономного теплоснабжения — газовыми и электрическими котлами — большинство потребителей не готовы ни материально, ни психологически. Исправить ситуацию может помощь со стороны государства.
Марк Курза, Eurasian Research Group в сотрудничестве с «Литвинчук Маркетинг»
