Автономное теплоснабжение фермерского хозяйства

Существует большое разнообразие тепловых установок, в качестве источника первичной теплоты у которых может служить воздух, грунт или водоем. Использование тепловых насосов с различными типами коллекторов накладывает своего рода ограничения на их использование. При использовании теплового насоса воздух-вода в районах с температурой наружного воздуха в зимние месяцы ниже -20°С, необходимо устанавливать дублирующий источник теплоты на более холодные месяцы. Проанализировав показатели температуры воздуха наиболее холодной пятидневки по выбранным городам, получили, что только в двух регионах (вблизи городов Сочи и Петропавловск-Камчатский) температура воздуха не опускается ниже -20°С, что делает возможным использование воздушного теплового насоса для покрытия потребности в теплоснабжении частного дома в этих городах.

Тепловой насос с грунтовым коллектором можно применять только в случае, если температура грунта на уровне прокладки коллектора не опускается ниже 0°С (то есть нет перехода грунта в мерзлое состояние (промерзание)), даже в зимний период времени. Так в 9 городах (Псков, Санкт-Петербург, Астрахань, Сочи, Салехард, Петропавловск-Камчатский, Владивосток, Красноярск, Екатеринбург) из 11 проанализированных есть возможность прокладывать горизонтальный грунтовый теплообменник на глубине 1,6 м, так как глубина промерзания почв расположена выше этой величины.

Россия – территория с наибольшим распространением вечной мерзлоты. В зоне многолетнемерзлых грунтов находится более 60% территории страны; в основном это территория Средней и Восточной Сибири и северной части Дальнего Востока. На вечной мерзлоте стоят Магадан, Анадырь, Якутск, Мирный, Норильск, Игарка, Надым, Воркута, на границах с Читой также имеются острова вечной мерзлоты. Город Якутск расположен в районе вечной мерзлоты, грунт промерзает на достаточно большую глубину, что делает невозможным использование тепловой системы с горизонтальным коллектором в районах с вечной мерзлой и, в частности, в Якутске. Читинская область имеет часть территории в районе вечной мерзлоты, где глубина промерзания почвы превышает 3,2 метра, что делает также нецелесообразным применение установки с горизонтальным коллектором в Читинской области в качестве источника теплоты для обогрева помещении.

На Российском рынке представлены тепловые насосы зарубежных производителей, так как отечественный рынок теплонаносной техники только формируется. Наиболее дешевыми производителями ТН являются такие страны как Китай, Чехия и США. Тепловые установки, производимые в Германии и Швеции, являются наиболее дорогими. По проведенным расчетам, стоимость 1 кВт тепловой геотермальной установки у зарубежных производителей составляет 19 996 рублей, стоимость воздушной тепловой установки незначительно превышает данную сумму и составляет 20 505 рублей.

Сравнение затрат на установку геотермальных и воздушных коллекторов с учетом затрат на транспортировку, монтаж и наладочные работы показывает, что тепловой насос с вертикальным расположением грунтового контура является наиболее дорогостоящим - 102 279 руб. на 1 кВт мощности оборудования, далее следует тепловой насос с горизонтальным расположением грунтового контура - 79 674 рублей. Наиболее дешевой является воздушная теплоустановка с 44 383 рублей за 1 кВт, так как в качестве источника теплоты используется наружный воздух и не требуются дополнительные затраты на раскопку траншей, поэтому стоимость ТН снижается и определяется только ценой самого насоса и монтажных работ.

Срок окупаемости (СО) ТН прямо пропорционален капитальным затратам на его установку и обратно пропорционален экономии денежных средств, которая равна затратам на отопление. Тарифы на тепловую энергию в городах России сильно отличаются, так цена 1 Гкал энергии в Санкт-Петербурге составляет 1050 руб., а в г. Петропавловск-Камчатский - 3580 руб. (т.е тарифы разнятся в 3 раза).

Наименьший срок окупаемости по проведенным подсчетам просматривается в восточных регионах России, где затраты на централизованное теплоснабжение достаточно высоки. Минимальный срок окупаемости в Петропавловск-Камчатском для геотермального насоса с горизонтальным контуром составляет 7 лет, для тепловой установки с вертикальным коллектором – 9 лет, далее следуют Якутск (СОвер. = 13 лет)) и Красноярск (СОгор. = 15 лет, СОвер. = 22 года). Максимальный срок окупаемости тепловых установок в Санкт-Петербурге (СОгор. = 34 года, СОвер. = 47 лет) и Пскове (СОгор.= 33 года, СОвер. = 46 лет), Сочи (СОгор. = 31 год, СОвер. = 41 год).

Отопление с помощью воздушных тепловых насосов возможно только в двух городах из одиннадцати рассмотренных, а именно в Сочи и в Петропавловск-Камчатском, сроки окупаемости тепловых установок в этих городах составляют 10 лет и 2 года соответственно.

Срок службы теплового насоса ограничивается только сроком службы компрессора, как единственного устройства, содержащего движущиеся части, срок службы которых составляет 25 лет. По истечении этого срока компрессор должен быть заменен. Срок эксплуатации коллекторов достигает 50 лет. В таблице ниже представлены расчеты денежных затрат (ДЗ) на теплоснабжение в течение 25 лет с использованием различных источников тепловой энергии: централизованного теплоснабжения (ДЗЦТС); электрического, твердотопливного и дизельного котла (ДЗЭК, ДЗТТ, ДЗДТ), воздушного теплового насоса (ДЗТН.В), ТН с горизонтальным и вертикальным коллектором (ДЗТН.Г, ДЗТН.U).

У большинства из рассмотренных городов срок окупаемости тепловой установки меньше срока ее эксплуатации (25 лет). Это позволяет получить прибыль от 171 126 руб. (Астрахань, при использовании тепловой установки с горизонтальным коллектором) до 2 992 380 руб. (Петропавловск-Камчатский, при использовании воздушного теплового коллектора) за 25 лет использования ТН.

В климатических условиях Санкт-Петербурга и Пскова ни один из видов тепловых насосов не окупается. В данном случае следует рассмотреть варианты теплоснабжения с помощью других источников энергии. Из таблицы выше видно, что в Санкт-Петербурге тепловой насос с горизонтальным коллектором недоокупится на 285 653 руб. и на 720 706 руб. с вертикальным коллектором. При сравнении с другими источниками тепловой энергии получается, что использование ТН, даже если срок их окупаемости больше срока эксплуатации, является экономически выгоднее, так как затраты за 25 лет (недоокупаемость) при этом будут меньше затрат на теплоснабжение дома при использовании других установок за этот же период.

Результаты расчета эффективности применения тепловых насосов, выполненные с учетом температурных ограничений (температура наружного воздуха tн ⩾ -20 °C и температура грунта tг > 0°C) и срока эксплуатации тепловых насосов (25 лет), показывают целесообразность и эффективность их применения на территории России. опубликовано econet.ru

 Автор: Е.А. Муравлева