На что следует обращать внимание при

Виробничо-практичний журнал
Водопостачання та водовідведення, №4, 2009 р.
На что следует обращать внимание при планировании
применения тепловых насосов для нужд водоканалов
С.В. Чернявский
ООО «Первоисточник
В настоящей статье кратко рассмотрены основные моменты, на которые
следует обращать внимание при разработке схемы теплоснабжения на базе
тепловых насосов для нужд водоканалов, в рамках реализации
мероприятий по энергосбережению и защите окружающей среды.
Вопросы рационального использования энергоресурсов из года в год
приобретают все большую актуальность во всех сферах деятельности в
Украине. Не обходят они и сектор ЖКХ, и в частности водоканалы.
Приятно осознавать, что на сегодняшний день большинство
специалистов коммунальных хозяйств Украины знакомы с принципами
функционирования тепловых насосов и уже нет необходимости, лишний
раз обосновывать эксплуатационные и экономические преимущества
тепловых насосов, по отношению к традиционным системам отопления и
горячего водоснабжения. Единственным ограничением массового
применения систем с теплонасосным оборудованием является,
значительная величина первоначальных капиталовложений. Окупаемость
этого оборудования, рассчитываемая в каждом конкретном случае, может
составлять от 3 до 8 лет. Период окупаемости зависит от многих факторов
как прямых, так и косвенных:
1. От качества (температуры) и количества первичного источника
тепла, его доступности (затратности освоения);
2. От доступности на объекте традиционных энергоносителей, и от
ожидаемого роста стоимости электроэнергии и топлива;
3. От квалификации персонала, разрабатывающего тепловую схему и
производящего подбор оборудования;
1
4. От качества монтажа основного оборудования;
5. От годового коэффициента мощности теплового насоса (отношение
полезной тепловой мощности за год к потребленной за год
электрической мощности);
6. От номинальной мощности теплового насоса. Чем выше мощность
теплового насоса, тем ниже капиталовложения на 1 кВт
получаемой тепловой мощности. (Так, для теплового насоса
мощностью 10 кВт приведенная стоимость 1 кВт тепловой энергии
будет составлять более 1000 Евро, для теплового насоса
мощностью 100 кВт – около 300 Евро);
7. От наличия в Украине гарантийного и сервисного обслуживания
используемого теплового насоса и вспомогательного
оборудования;
8. От других специфических для каждого водоканала факторов.
В конечном счете, техническая возможность и экономическая
целесообразность (окупаемость) применения теплового насоса для каждого
конкретного случая должна определяться индивидуально. Не следует
также забывать об экологическом эффекте при использовании теплового
насоса, когда полностью исключаются вредные выбросы в окружающую
среду.
Освоение первичного источника тепла
Одним из основных преимуществ в использовании теплонасосной
установки для любого водоканала является наличие дешевого первичного
источника тепла – это низкопотенциальное тепло канализационных стоков
и/или тепло поступающей воды системы водоснабжения города. Конечно,
качество (под которым понимается температура) данных источников тепла
различное для каждого водоканала и зависит от его региона и
температуры глубинных вод (в тех случаях, когда водоснабжение города
осуществляется от скважин). В целом, по Украине, можно говорить о
средней температуре источника тепла в зимний период около 8°С.
2
Исключением можно считать некоторые регионы Украины. Так,
например, аномально высокая температура скважинной воды в г. Полтаве
(18-20)°С положительно сказывается на температуре сточных вод, которая
в зимний период на очистных сооружениях не снижается ниже 17°С.
Благодаря этому тепловые насосы, установленные на
КП «Полтававодоканал», имеют коэффициент мощности 5 [1], чего
практически нельзя достичь для большинства водоканалов с температурой
сточных вод менее 10°С, без значительной модернизации существующей
системы отопления (т.е. без дополнительных капиталовложений).
По отношению к количественной характеристике первичного
источника тепла можно констатировать, что количество тепла в
канализационных стоках и воде систем водоснабжения водоканалов в
значительной степени превышает количество, необходимое для
организации отопления и горячего водоснабжения административнобытовых корпусов очистных сооружений и водозаборных станций
(собственных нужд предприятия). Однако, в некоторых случаях,
необходимо компенсировать цикличность подачи ЦНС и КНС путем
использования дополнительных буферных емкостей (аккумуляторов
тепла).
Одним из ограничений при отборе тепла от канализационных стоков
является минимальная температура, при которой еще возможна
жизнедеятельность бактерий. Данное обстоятельство необходимо
учитывать при проектировании системы в целом и, в случае
необходимости, производить отбор тепла уже на очищенных стоках.
Теплосъем с первичного источника тепла на очистных сооружениях
может быть организован двумя способами:

через полиэтиленовые трубы теплового коллектора; или

через промежуточный теплообменник из нержавеющей стали
(проектируется и изготавливается под заказ в Украине, или
подбирается из представленного ассортимента теплообменного
оборудования поставщика теплового насоса).
Выбор того или иного способа зависит от конкретных условий и
осуществляется при проектировании системы. У каждого способа есть свои
3
плюсы и минусы. Так, например, для теплового насоса с тепловой
мощностью 100 кВт общая длина полиэтиленовых труб будет составлять
порядка 1500 метров (теплосъем составляет 4050 Вт с метра погонного
трубы) [2]. Основным недостатком такой системы является громоздкость
конструкции. С другой стороны, организация теплосъема через
промежуточный теплообменник при достаточно компактной установке
оборудования требует дополнительных затрат электроэнергии на работу
циркуляционного насоса, что приведет к снижению коэффициента
мощности теплового насоса примерно на 0.4.
Очередность проведения мероприятий, направленных на снижение
эксплуатационных затрат и повышения качества теплоснабжения
Следует заметить, что перед принятием решения о переходе на
систему теплоснабжения с применением теплового насоса, необходимо
произвести энерго-аудит здания для выявления первоочередных
энергосберегающих мероприятий. Так как парк зданий водоканалов в
основном относится к постройкам 70-80-х годов, то, как правило, до
перехода на низкотемпературную систему отопления с тепловым насосом,
экономически целесообразнее сначала провести мероприятия,
направленные на уменьшения тепловых потерь зданий путем утепления
ограждающих конструкций (замена окон, утепление кровли и/или
фасадов). В некоторых случаях, без проведения мероприятий по
утеплению здания, реализовать систему отопления с использованием
теплового насоса не представляется возможным из-за ограничения по
максимальной температуре на подаче в систему отопления 55÷65°С
(зависит от производителя теплового насоса).
Так, например, при проведении энерго-аудита административнобытового корпуса очистных сооружений одного из водоканалов было
показано, что замена оконных конструкций и утепление кровли
отапливаемых помещений снизит общие теплопотери здания более чем в
два раза.
Кроме того, как правило, в зданиях постройки 70-80-х годов в
качестве отопительных приборов используются чугунные радиаторы. Такая
4
устаревшая система распределения тепла не в состоянии обеспечить
требуемую по существующим нормам температуру в помещениях, равную
20°С [3] при условии установки низкотемпературного источника тепла, в
качестве которого применяется тепловой насос. Наиболее оптимальной
отопительной системой для низкотемпературного источника тепла является
водяной теплый пол. Однако, ввиду большей стоимости самой системы
водяного теплого пола и работ по ее монтажу, для снижения начальных
затрат и обеспечения требуемой отопительной нагрузки помещений
рекомендуется увеличивать теплоотдающую поверхность радиаторов и
повышать эффективность теплоотдачи путем замены устаревших чугунных
радиаторов на современные стальные панельные.
В дополнение к вышесказанному, следует отметить, что применение
тепловых насосов для внутренних нужд водоканалов следует
рассматривать как комплексное энергосберегающее мероприятие, а не как
единичную замену существующего котельного оборудования на
теплонасосную установку.
Литература:
1. А.И. Сердюк, «Полтававодоканал» вновь удивил Украину.
Виробничо-практичний журнал «Водопостачання та
водовідведення», №2, 2009 г.
2. Geothermal Heat Pumps. A Guide for Planning and Installing. Karl
Ochsner, Landon, Earthscan, ISBN-13:978-1-84407-406-8, 2008.
3. Державні будівельні норми України. Конструкція будинків і споруд.
Теплова ізоляція будівель. ДБН В.2.6-31:2006.
5