Тепловой насос – установка, способная даже зимой эффективно трансформировать тепло, накопленное землей, до температурного уровня, пригодного для обогрева домов или промышленных зданий. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может использоваться тепло естественного происхождения (наружный воздух, тепло грунтовых, артезианских и термальных вод, рек, озер, морей) или техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов). При этом электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости.

Патент на технологию тепловых насосов был выдан еще в 1912 году в Швейцарии. Дальнейшее свое развитие она получила только в 20-х и 30-х годах прошлого века, когда в Англии была создана первая установка, предназначенная для отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха.

К сегодняшнему дню геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде, странах ЕС и Китае. Насосы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах.

Так, в США ежегодно производится около 1 миллиона тепловых насосов, из них более половины работают в жилищно-коммунальном секторе. При строительстве новых общественных зданий в проект обязательно закладывается установка тепловых насосов,  эта норма закреплена Федеральным законодательством США.

В Швеции 50% всего отопления обеспечивают тепловые насосы. Источником низкопотенциального тепла служат в основном очищенные сточные воды, морская вода и сбросная вода промышленных предприятий. Наиболее крупная станция находится в Стокгольме: теплонасосные установки размещены на баржах, причаленных к берегу, и перекачивают тепло вод Балтийского моря (средняя температура морской воды + 8) в систему теплоснабжения города. Себестоимость тепловой энергии от этой установки на 20 % ниже себестоимости тепла, вырабатываемого котельными.

В настоящее время в Германии выделяется самая крупная среди развитых стран государственная дотация из бюджета: за 1 кВт тепловой мощности пущенного в эксплуатацию теплового насоса выплачивается 300 марок. И это при том, что по производству экономичных индивидуальных котлов на жидком и газообразном топливе для централизованного и индивидуального теплоснабжения Германия занимает одно из первых мест в мире.

С учетом проблем энергетической и экологической безопасности, ежегодного роста цен на энергоносители и других факторов, эти технологии все шире внедряются в мировую практику и позволяют обеспечить высокий уровень замещения ископаемого топлива, экологическую чистоту и независимые от поставщиков топлива схемы энергообеспечения. Среди нетрадиционных источников тепловые насосы – одно из перспективных направлений в области энергосбережения, позволяющее «черпать» энергию из возобновляемой внешней среды. По прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%

Российский же рынок тепловых насосов, как отмечают специалисты, до сих пор пребывает в стадии становления. Отдельные установки действуют в различных регионах, обеспечивая теплом дома отдыха, школы, больницы. Но основными покупателями до сих пор остаются частные лица –  домовладельцы, которые умеют считать деньги и не желают платить лишнего при эксплуатации своего жилья.

ЕСЛИ ГОРА НЕ ИДЕТ К МАГОМЕТУ…

«За тепловыми насосами будущее», - уверен  , инженер холодильных установок по образованию, ученый-практик с 45-летним стажем работы на крупнейших ГРЭС и ТЭЦ в России и за границей, разработчик первого на Дальнем Востоке теплового насоса.

«Мы только в начале большого пути, уже пройденного другими странами со схожими климатическими условиями. Если бы Россия, подобно США, Канаде, Германии, Франции, Норвегии, Швеции и Финляндии стимулировала использование тепловых насосов, то, уверен, нашлось бы немало предпринимателей, решивших наладить производство теплонаносных установок. Нужна продуманная государственная политика по внедрению в России новейших технологий обеспечения потребителей дешевым и экологичным теплом. Обязательно должна проводиться системная информационная работа в обществе. Нефть и газ закончатся в обозримом будущем, а опасность атомных станций после аварии в Японии очевидна. Что остается? Альтернативные источники энергии! И наиболее перспективное направление здесь – геотермальная энергетика», - уверен Виталий Камышев.

Его разработки в области возобновляемой энергетики хорошо известны профильным специалистам, теплонасосная установка его конструкции притягивает внимание иностранцев во время международных выставок энергосберегающих технологий, но отдавать свое детище на сторону инженер не желает. Отечество же, демонстрируя на уровне национального Агентства по энергосбережению и возобновляемым источникам энергии, а также Министерства регионального развития заинтересованное внимание к работе ученого-практика, стимулировать на государственном уровне внедрение прогрессивной технологии не торопится.

«Инертность власти и консерватизм – вот основные причины того, что тепловые насосы у нас в стране не так широко распространены», – сетует Виталий Камышев, но руки опускать не собирается. Он мог бы зарабатывать неплохие деньги, собирая установки для частных домов, но «бытовой» уровень мелок для инженера, привыкшего мыслить куда как более крупными категориями. «Мне бы хотелось создать пул, объединить людей, способных продвигать идеи применения этой технологии в России. Успех столь активно обсуждаемых сегодня на всех уровнях мер по энергосбережению во многом зависит от того, насколько они будут поняты и приняты непосредственным потребителем.

Поэтому я решил обратиться к наиболее активной части нашего общества – предпринимателям. И не ошибся», –  уверен он. 

В августе 2012 года его предложение по использованию возобновляемых источников энергии  попало к директору компании «Дальстройдеталь» Александру Пожидаеву, который в то время как раз рассматривал варианты организации отопления производственных строений. Годом ранее «Восточный Порт» прекратил подачу тепла от  котельной Угольного комплекса сторонним потребителям, и обогрев электрокотлами здания в 1000 квадратных метров обошелся предприятию почти в миллион рублей. Строительство же собственной котельной – дело затратное и небыстрое, требуются многочисленные разрешения-согласования, плюс для ее работы в регионе должны быть свободные электромощности.  

На установку же теплового насоса никаких разрешений не требуется. К тому же теплонасос конструкции Виталия Камышева по эффективности работы и себестоимости вырабатываемой тепловой энергии превосходит заграничные аналоги. «Европейский тепловой насос имеет коэффициент преобразования, при котором на 1 кВт израсходованной электроэнергии вырабатывают 3 кВт тепла. А мы получаем 5, – объясняет разработчик. – В России проект принимается к исполнению, если он окупается в течение 5 лет, в Европе – 10, а моя установка окупает себя за 2 года. Да, тепловой насос, его монтаж, дороже традиционных котельных, но если принять в расчет, что себестоимость моей «альтернативной» гигакалории всего 600 рублей (при краевом тарифе 3067 рублей 70 копеек), а сервисного обслуживания установка требует не больше, чем холодильник, можно сделать вывод, что именно выгоднее потребителю».

ХОЛОДИЛЬНИК НАОБОРОТ

Именно так для образности и красоты речи обычно называют тепловые насосы. Виталий Камышев предпочитает другое сравнение. «Представьте, - говорит он, - что заднюю стенку холодильника опустили в ведро с водой. Вода нагреется. Вот вам и тепловой насос. Дело в том, что холодильник не производит холод, он отводит тепло из воздуха, который находится внутри камеры, за счет этого греет воздух в комнате».

Технически это выглядит так. Тепловой насос состоит из трех основных агрегатов: испарителя, компрессора и конденсатора. Они связаны между собой замкнутым трубопроводом, по которому циркулирует хладоагент (фреон), используется озонобезопасный фреон нового поколения, имеющий очень низкую температуру кипения. Источником тепла в тепловом насосе может выступать грунт, скалистая порода или вода. Проходя по трубопроводу, уложенному в земле, или по дну водоема, охлажденный теплоноситель нагревается на несколько градусов. В испарителе он отдает свое тепло во внутренний контур насоса, заполненный хладоагентом, который при этом переходит из жидкого состояния в газообразное, а оттуда попадает в компрессор, сжимающий его. Так газ становится горячим. Далее он поступает в конденсатор, где отдает свое тепло теплоносителю из обратного трубопровода, который несет его к приборам отопления. Температура хладоагента падает, он становится жидким и снова попадает в испаритель. Цикл повторяется.

Теплонасосная установка может быть установлена локально и использоваться для отопления отдельных зданий – частных коттеджей и городских многоэтажек, закладываться в проект новостроя или монтироваться в уже существующую внутридомовую систему теплоснабжения, было бы решение собственников жилья! А может, как в Швеции, работать в системе централизованной подачи тепла потребителям.

«Я знаю, в это трудно сходу поверить, но весь наш город может отапливаться морем! Представьте: переоборудованная под работу с тепловыми насосами котельная напротив пляжа Прикумск во Врангеле могла бы обеспечить теплом и горячей водой весь район Береговой за счет тепла бухты, - говорит Александр Пожидаев. – Сейчас просчитываем проект перевода на отопление низкопотенциальным теплом детского сада, расположенного в этом же микрорайоне. Учитывая,  что по нормам Ростехнадзора не допускается обогрев жилых и общественных зданий котельными, расположенными в подвалах этих зданий, замечательно вписался бы тепловой насос в схему теплоснабжения театра кукол в Находке.

Большие возможности открываются в области взаимодействия с водоканалом: по трубе гонится полторы  тысячи кубов воды в час низкопотенциального тепла! Уже существующие сети водоканала можно использовать как теплосъемный контур и подавать тепло в дома, такие эксперименты уже были. В сети холодного водоснабжения температура воды зимой 5-7 градусов, и этого вполне достаточно для отопления с помощью теплонасосных установок. Мы берем два градуса геотермального тепла из низкопотенциального источника,  преобразуем его тепловым насосом в 60 градусов тепла и подаем в систему отопления домов».  

В настоящее время специалисты компании «Дальстройдеталь» собрали и запустили для себя тепловой насос мощностью 33 кВт тепловой энергии, завершают монтаж теплонасосной установки, которая будет в Амурской области отапливать производственные здания площадью 10 000 квадратных метров, в работе заказ на изготовление и установку теплового насоса в Охотске для отопления площади 50 000 квадратных метров. «Это первые установки такой мощности на Дальнем Востоке», – комментирует Виталий Камышев и добавляет, что, пожалуй, именно в Находке нашел единомышленников, способных оценить и продвигать идею.

С подачи Виталия Камышева и Александра Пожидаева альтернативной энергетикой заинтересовались студенты ДВФУ Виктор Ребров и Иван Попков. С идеей внедрения тепловых насосов в энергетику Приморья они приняли участие в городском конкурсе бизнес-проектов и заняли первое место. В процессе подготовки к конкурсу написали компьютерную программу, позволяющую быстро и точно рассчитывать мощность теплонасосной установки в соответствии с заданными параметрами.

Наталья Дубровина

Ссылка на источник:  Журнал "Технология дела"