Почему выгодно отапливать дом тепловым насосом: расчет затрат

А вы знаете, что в Московской области затраты на отопление дома с помощью электричества, сжиженного газа или дизеля примерно одинаковы? И если у вас нет подключения к магистральному газу, то снизить эксплуатационные расходы в данном случае можно только одним единственным способом - установить тепловой насос. Давайте вместе ознакомимся с зарубежным опытом эксплуатации тепловых насосов и рассчитаем экономическую целесообразность того или иного типа отопления. Поехали! Итак, вы собираетесь построить или у вас уже есть загородный дом. Совершенно очевидно, что его нужно будет отапливать в холодное время года. Рассмотрим дом расположенный в Московской области (в других областях стоимость энергоносителей может быть иной). В качестве источника тепловой энергии вы можете выбрать: • Печное отопление (дрова, пеллеты) • Магистральный газ • Электричество • Сжиженный газ (пропан-бутан) в газгольдере • Дизельное топливо Если у вас современный комфортабельный дом, то печное отопление сразу отпадает по причине того, что оно не может работать в автоматическом режиме без присутствия человека и это источник вредных частиц PM2.5 . Даже не касаясь таких моментов как пожароопасность и низкий КПД. Вычёркиваем печное отопление. С магистральным газом всё просто и сложно одновременно. С одной стороны это самый дешёвый источник тепловой энергии, а с другой - с очень высокой стоимостью подключения. В Московской области стоимость подключения составляет примерно 500 000 рублей (часть стоимости подключения может быть включена в стоимость участка). А вот с электричеством, сжиженным газом и дизельным топливом получается более интересная картина. Стоимость этих энергоносителей в настоящий момент: электрическая энергия стоит примерно 3,9 рубля за 1 кВт·ч, пропан-бутановая смесь стоит 23 рубля за 1 литр, а стоимость дизеля 40 рублей за литр. Сделаем расчёт теплотворной способности этих источников тепла: Пропан-бутановая смесь СПБТ (Сжиженный углеводородный газ СУГ). Удельная теплота сгорания СУГ 45,2 МДж/кг или, с учетом плотности 27 МДж/литр, и учитывая КПД газового котла 90%, получим, что при сжигании 1 литра вырабатывается 24,3 мДж энергии, или в более привычных единицах - 6,75 кВт·ч/л.Стоимость 1 литра СУГ - 23 руб. Следовательно 1 кВт·ч тепловой энергии полученный таким способом будет стоить: 3 рубля 40 копеек. Дизельное топливо Удельная теплота сгорания дизельного топлива - 42 МДж/кг; или, с учетом плотности, 33,6 МДж/литрТ.е. 1 литр дизельного топлива выделит 9,33 кВт·ч энергии или 8,397 кВт·ч с учётом 90% КПД котла. Стоимость 1 литра дизеля - 40 руб. Следовательно 1 кВт·ч тепловой энергии полученный таким способом будет стоить: 4 рубля 28 копеек. Электричество КПД любого электрического нагревателя близко к 100%.Следовательно 1 кВт·ч тепловой энергии полученный таким способом будет стоить: 3 рубля 90 копеек. В реальности можно попытаться найти дизель или пропан-бутановую смесь дешевле, но законы физики обмануть не получится. Дешёвое топливо будет низкого качества и итоговый КПД будет гораздо ниже. В итоге всё равно получится, что стоимость этих источников тепловой энергии примерно одинакова. А если не видно разницы - зачем платить больше и усложнять систему? Поэтому единственным аргументом установки газгольдера или дизеля является нехватка выделенной электрической мощности. Что в свою очередь говорит о том, что-либо у вас очень большой дом, либо он плохо утеплён. Итого мы пришли к тому, что фактически для отопления стоит использовать либо магистральный газ, либо электричество. Сделаем расчёт теплотворной способности: Магистральный газ Удельная теплота сгорания (низшая) газа G20 (природный газ) - 34,02 МДж/мТ.е. 1 м G20 при сгорании выделит 34,02 МДж или 9,45 кВт·ч энергии. КПД котла возьмём 92%.Стоимость 1 м магистрального газа - 7 рублей. Следовательно 1 кВт·ч тепловой энергии полученный таким способом будет стоить: 80 копеек. То есть можно сделать вывод, что эксплуатационные расходы на отопление магистральным газом в 4,75 раз ниже, чем отопление электричеством. Хороший аргумент в пользу магистрального газа, если не учитывать стоимость его подключения. Но что делать, если магистральный газ в принципе отсутствует? Нужно использовать тепловой насос! Весь секрет заключается в том, что тепловой насос будет стоить столько же, сколько установка газгольдера с газовым котлом или бочки под топливо с дизельным котлом. Но тепловой насос способен дать в среднем в 3 раза больше тепловой энергии, чем потребляет электрической. Вы просто устанавливаете тепловой насос и сразу же начинаете платить за отопление в 3 раза меньше. Следовательно 1 кВт·ч тепловой энергии полученной от теплового насоса будет стоить: 1 рубль 30 копеек. И это уже сопоставимо со стоимостью магистрального газа! Когда стоит применять тепловой насос • Отсутствует техническая возможность подключить магистральный газ • Стоимость подключения магистрального газа слишком высока • Имеется лимит выделенных электрических мощностей • Большие теплопотери (здание имеет недостаточное утепление) Удивительно, но факт: чем хуже утеплён дом - тем выгоднее использовать тепловой насос. Ограничение по применению теплового насоса одно - очень низкая стоимость электрической энергии, менее 1,5 руб/кВт·ч. При такой низкой стоимости электрической энергии нет никакого экономического смысла устанавливать тепловой насос т. к. можно просто использовать прямой нагрев электричеством. Принцип работы Я уже неоднократно рассказывал как устроен тепловой насос , поэтому не буду повторяться. Если коротко, то тепловой насос переносит тепловую энергию от источника низкопотенциальной тепловой энергии в систему отопления. Затраты энергии идут только на работу компрессора, который сжимает хладагент в системе. Поэтому полезная производительность тепловой машины в полном соответствии с законами термодинамики складывается из энергии затраченной на работу по сжатию и перенесённой энергии. То есть полезная производительность всегда больше 1. Источником низкопотенциальной энергии может быть: грунт, вода, воздух. Многие представляют тепловой насос как сложное и дорогостоящее устройство закопанное в грунт. На самом деле тепловым насосом является даже обычный бытовой холодильник. В холодильнике тепловая энергия забирается из внутреннего объёма и переносится на заднюю стенку. Виды тепловых насосов «Вода (грунт, водоём) - вода» Такие системы характеризуются очень высокими капитальными затратами (зачастую превосходящими стоимость подключения магистрального газа, если имеется такая возможность). Если использовать в качестве источника тепловой энергии водоём с проточной водой, то фактически вы можете получить неограниченное количество тепловой энергии. Но если источником тепла будет грунт, то возможно его замораживание после нескольких отопительных сезонов (требуется точный расчёт теплопроизводительности системы). «Воздух-вода » и «Воздух-воздух» Такие системы характеризуются низкими капитальными затратами и это их главное преимущество. В качестве источника тепловой энергии они используют уличный воздух, объёмы которого не ограничены. Единственным ограничением таких систем является очень низкие температуры окружающей среды: ниже -30°C (для эксплуатации в таких условиях требуется установка дополнительного электрического нагревателя). Давайте рассмотрим эти системы подробнее: Тепловой насос «воздух-воздух» Преимущества: · Отопление зимой · Охлаждение летом (при необходимости) · Совмещение с приточно-вытяжной вентиляцией · Низкая стоимость оборудования Недостатки: · Нельзя греть воду Тепловой насос «воздух-вода» Преимущества: · Отопление зимой · Нагрев воды для бытовых нужд · Возможность создания гибридной системы отопления (подключение альтернативных источников тепловой энергии) Недостатки: · Приточно-вытяжная вентиляция будет отдельной системой · Для функции охлаждения требуется установка фанкоилов · Высокая стоимость оборудования Таким образом тепловые насосы «воздух-воздух» являются самыми доступными отопительными приборами из всех существующих типов тепловых насосов. Средний срок окупаемости теплового насоса «воздух-воздух» в Московской области составляет от 3 до 6 лет (зависит от величины теплопотерь дома - чем больше дом, тем быстрее окупается тепловой насос). Тепловые насосы в Европе Страшно представить, но в 2018 году в Европе было установлено 1,3 миллиона тепловых насосов. Первая пятёрка стран выглядит так: Франция (275 тысяч), Италия (200 тысяч), Испания (120 тысяч), Швеция (108 тысяч), Норвегия (101 тысяча). Всего в работе сейчас находится почти 12 миллионов тепловых насосов. Только вдумайтесь в эту цифру - 12 миллионов тепловых насосов. Отчёт EHPA (european heat pump association) за 2018 год: Распределение продаж по типам тепловых насосов: «Вода-вода» - 99 389 шт. «Воздух-воздух» - 596 049 шт. «Воздух-вода» - 547 277 шт. Обратите внимание, что воздушные тепловые насосы составляют более 90% от всего объёма тепловых насосов проданных в 2018 году! Тепловые насосы в Швеции и Норвегии Обратим особое внимание на использование тепловых насосов в скандинавских странах. Источник: Nordic approach to EU’s Heating and Cooling Strategy (Jenni Patronen, Eeva Kaura and Cathrine Torvestad) .Сегодня в Швеции установлено более 1 миллиона тепловых насосов, в основном в домах на одну семью. Тепловые насосы в основном заменили прямое электрическое отопление, электрические котлы и дизельные котлы, в некоторой степени древесину и пеллеты, и в очень ограниченной степени также центральное отопление. Швеция нам интересна потому, что климат очень похож на Московскую область. Кстати, а вот какой климат в Московской области согласно Строительная климатология СП 131.13330.2012 (Актуализированная версия СНиП 23-01-99) и СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий (Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003): Кашира (Московская область) Температура холодной пятидневки с обеспеченностью 0.92 -27 С Продолжительность отопительного периода 212 сутокСредняя температура воздуха отопительного периода -3.4 СУсловия эксплуатации помещения БКоличество градусо-суток отопительного периода (ГСОП) 4960.8 °С·сут Климат Московской области позволяет эффективно использовать воздушные тепловые насосы. Коэффициент полезной производительности (COP) воздушных тепловых насосов составляет от 2 до 4 в зависимости от температуры окружающей среды. И при средней температуре воздуха в отопительный период -3,4 С тепловой насос будет в 3 раза дешевле, чем прямой нагрев электричеством, дизель или сжиженный газ. Сравним экономическую выгоду от использования теплового насоса с другими источниками тепловой энергии: Примеры домов, отапливаемых тепловыми насосами в Московской области Мой собственный одноэтажный дом из газобетона площадью 72 м. Построен в 2012 году. Отсутствует магистральный газ и имеется лимит электрических мощностей (1 фаза 5 кВт). Стоимость оборудования: 150 000 рублей Ежегодная экономия: 35 000 рублей Двухэтажный каркасный дом Ивана Константинова площадью 230 м. Построен в 2016 году. Отсутствует магистральный газ и очень большая площадь дома для отопления электричеством (с учётом подключения 3 фаз общей мощностью 15 кВт). Стоимость оборудования: 230 000 рублей Ежегодная экономия: 72 000 рублей Доказано практикой Воздушные тепловые насосы это самый эффективный способ отопления при отсутствии магистрального газа. И чем дороже стоит электрическая энергия - тем выгоднее использовать тепловой насос. В этом году мы с Иваном начали заниматься системами отопления на базе воздушных тепловых насосов и системами приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла «под ключ». Преимущественно работаем с системами «воздух-воздух» т. к. такие системы доступнее и экономически целесообразнее, чем системы «воздух-вода». Пример такой системы можно посмотреть здесь . Стоимость системы отопления на базе теплового насоса и приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором для одноэтажного дома из газобетона площадью 116 м «под ключ» в этом конкретном доме составила 725 тысяч рублей. Всё про эксплуатацию теплового насоса в моём доме с 2013 по 2019 год Установка теплового насоса (часть 1) Воздушное отопление (часть 2) Воздушное отопление, электрика и всё остальное Испытания воздушного теплового насоса Опыт использования кондиционера для обогрева загородного дома Все правда о тепловых насосах Как обогреть дом с помощью кондиционера: 5 лет эксплуатации « Кондиционер как единственный источник тепла не работает! « Ответ на видео Владимира Сухорукова (канал «Тепло-вода») о тепловых насосах Остались вопросы? Задавайте их в комментариях.