Серверные и дата-центры с их тепловыделением, станки в промышленных цехах, вентиляция как таковая — все эти источники сбросного тепла могут стать базой для работы тепловых насосов. Итог — бесплатная горячая вода, дешёвое отопление и, как результат, снижение стоимости владения объектами.
Когда речь заходит о тепловых на-
сосах, в российской профессио-
нальной среде и тем более среди
заказчиков инженерных систем
до сих пор чаще всего всплыва-
ет устоявшийся образ — дорогое
бурение скважин, геотермальные
зонды, долгие сроки окупаемости
и сомнительная практическая вы-
года. В массовом сознании на этом
знание о тепловых насосах неред-
ко и заканчивается. Подобный
стереотип складывался годами
и, к сожалению, стал настоящимбарьером для внедрения техно-
логии. Между тем, возможности
тепловых насосов куда шире, чем
простая геотермия, а источники
энергии для них могут добывать-
ся вовсе не сложным и затратным
бурением, а использованием са-
мых разных процессов, которые
уже происходят на любом совре-
менном предприятии или здании.
Мы живём в условиях, когда сто-
имость генерации традиционной
энергии растёт до уровней, кото-рые трудно игнорировать. Напри-
мер, создание гигакалории сегод-
ня обходится примерно в двадцать
миллионов рублей, а мегаватт
электрической мощности — в трид-
цать пять — пятьдесят миллио-
нов. На этом фоне использование
тепловых насосов, работающих
на «бросовом тепле», перестаёт
быть экзотикой и превращается
в прагматичное решение, которое
позволяет не только экономить,
но и выстраивать более рацио-
нальную энергетику объекта.ИСТОЧНИКИ СБРОСНОГО ТЕПЛА
Самый простой и наглядный при-
мер скрытых возможностей те-
пловых насосов — это использо-
вание их в системе вентиляции.
Когда по нормативам в здании
должна работать приточно-вы-
тяжная установка, и в большин-
стве случаев весь тёплый воздух,
который уже был нагрет за счёт
внутренних процессов, просто
выбрасывается на улицу. В ряде
старых зданий невозможно по-
ставить классические пластинча-
тые или роторные рекуператоры,
а потому обогрев улицы стано-
вится нормой. Между тем вы-
тяжной воздух — это постоянный
и бесплатный источник энергии,
который идеально подходит для
работы теплового насоса. Так, при
расходе вытяжки в десять тысяч
кубометров в час можно пере-
давать до 150 киловатт тепловой
энергии, а коэффициент преобра-
зования (COP) превышает 5. Это
означает, что один вложенный
киловатт электроэнергии превра-
щается в пять и более киловатт
тепла, которые можно направить
на отопление помещений или
на подогрев горячей воды.
Другой пример — серверные
и дата-центры. Они работают кру-
глосуточно, и тепловая нагрузка
от серверов составляет сотни ки-
ловатт. Чаще всего это тепло «глу-шится» кондиционерами, которые
сбрасывают его в атмосферу. При
этом в том же здании параллель-
но расходуются средства на ото-
пление и горячее водоснабжение.
Если вместо кондиционирования
внедрить тепловой насос, можно
развернуть энергообмен и тогда
тепло от серверов будет не поте-
ряно, а направлено в систему ото-
пления или ГВС. Для владельца
это означает прямое снижение
эксплуатационных расходов и бо-
лее низкую стоимость владения
объектом.
Особенно ярко потенциал сброс-
ного тепла проявляется в про-
мышленности. Практически каж-
дый современный станок требует
системы охлаждения. Лазерная
резка, индукционная сварка, ги-
дравлические прессы, производ-
ство пластиковой тары — все эти
устройства и процессы выделяют
тепло, которое безвозвратно рас-
сеивается в атмосферу через чил-
леры. Но чиллер и тепловой насос
в капитальных затратах сопоста-
вимы, так как на этапе проектиро-
вания инвестор всё равно обязан
заложить систему охлаждения.
Разница лишь в том, что чиллер
безвозвратно выбрасывает энер-
гию, а тепловой насос возвраща-
ет её в виде тепла для жизнеобе-
спечения. Получается, что вопрос
окупаемости в привычном смысле
вообще исчезает, ведь владелецзавода всё равно должен купить
оборудование, и, выбирая тепло-
вой насос, он получает дополни-
тельный источник тепла без до-
полнительных инвестиций.
В этих примерах тепловой насос
выступает не как сложная или
дорогостоящая альтернатива,
а как рациональный инструмент
использования того, что уже есть.
Мы привыкли считать, что ис-
точником может быть только гео-
термальное поле или наружный
воздух, но практика показывает,
что энергопотоки, которые мы
ежедневно теряем, зачастую ока-
зываются куда надёжнее и до-
ступнее.СРАВНЕНИЕ С АЛЬТЕРНАТИВАМИ
Чтобы оценить реальные пер-
И ЭКОНОМИКА
спективы тепловых насосов,
важно сопоставить их с теми ре-
шениями, которые сегодня наи-
более распространены. Первое,
что обычно приходит в голову —
это воздушные тепловые насосы
(«воздух-воздух»). Их эффектив-
ность в ряде случаев оправдана,
но нормативы (в частности, СП
525) требуют стопроцентного ре-
зервирования мощности таких
систем, ведь при отрицательных
температурах наружного воздуха
они не могут гарантировать ста-
бильную работу. Для заказчика этоозначает необходимость двойных
инвестиций — и в тепловой насос,
и в резервную систему, которая
будет страховать его в морозы.
Совсем иначе выглядит ситуация,
когда источником энергии высту-
пает сбросное тепло. Здесь тем-
пература всегда положительная,
источник постоянный и предска-
зуемый. В таких условиях резер-
вирование уже не требуется, и си-
стема тепловых насосов может
рассматриваться как гарантиро-
ванный базовый источник энер-
гии круглый год.
Не менее показателен и другой
пример — сравнение чиллера
и теплового насоса. Чиллеры, как
правило, размещаются на улице,
требуют постоянной очистки кон-
денсаторов и регулярного техни-
ческого обслуживания. Тепловой
насос устанавливается внутри
здания, в тепловом пункте, и ра-
ботает с меньшими эксплуатаци-
онными издержками.
Экономический эффект особенно
заметен, если взглянуть на при-
меры внедрения. В частности,
на заводе HES в Доброграде
«суммарная» система рекупера-
ции позволяет получать бесплат-
ную горячую воду круглый год для
столовой и душевых. Отопление
производственных помещений
в пиковые морозы обходитсяв символические пятнадцать ты-
сяч рублей в месяц при общей
площади предприятия полто-
ры тысячи квадратных метров.
В среднем же расходы на ото-
пление и горячее водоснабжение
составляют около десяти тысяч
рублей в месяц, и это при тари-
фе на электроэнергию девять ру-
блей за киловатт-час. Для многих
владельцев производств такие
цифры прозвучат невероятно,
но именно они демонстрируют
реальную экономику решений
на базе тепловых насосов.
По сути, в большинстве случа-
ев вопрос «окупаемости» здесь
теряет смысл. Если систему ох-
лаждения всё равно необходимо
закладывать, то выбор в пользу
теплового насоса автоматически
обеспечивает дополнительный
ресурс в виде тепла. Инвестиции
не удваиваются, а начинают рабо-
тать эффективнее, что особенно
важно в условиях роста стоимости
традиционной энергетики.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
Тепловой насос как инженер-
ОСОБЕННОСТИ
И ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
ное решение не является чем-то
принципиально новым или слож-
ным в монтаже. Его установка
ничем не отличается от проекти-
рования обычного чиллера — этоте же температурные диапазоны
работы на уровне 7–12 градусов,
тот же принцип подключения че-
рез гидравлический разделитель
или буферную ёмкость в зависи-
мости от конкретного решения.
Именно поэтому при переходе
на тепловой насос не возникает
дополнительных барьеров — это
привычная задача для проекти-
ровщиков и монтажных органи-
заций.
Тем не менее у оборудования
HES есть важные отличия, ко-
торые формируют его ценность.
Во‑первых, это программное
обеспечение и контроллеры соб-
ственного производства. Внешне
ТН сопоставимы с известными
европейскими аналогами, но на-
чинка у них уникальная. Про-
граммное обеспечение создава-
лось в России, адаптировано под
специфические задачи работы
не только на тепло, но и на холод,
поддержки режимов активной
рекуперации, гибкой интеграции
в комбинированные системы ото-
пления и охлаждения.
В контроллерах реализован це-
лый набор функций, делающих
эксплуатацию более надёжной.
Это управление электронны-
ми расширительными клапана-
ми, защита компрессора по току
и температуре, встроенный те-
пловой счётчик, который в реаль-ном режиме времени фиксирует
коэффициент преобразования си-
стемы.
Важное преимущество — и воз-
можность дистанционного мони-
торинга: интернет-подключение
и управление через Wi-Fi позво-
ляют видеть историю параметров
работы за год и более.
Следующий уровень развития —
это использование искусствен-
ного интеллекта. По сути, это
переход от привычной интернет-
диагностики к проактивной си-
стеме обслуживания. Контроллер
анализирует текущие данные,
замечает отклонения и зара-
нее формирует предупреждения.
Если, например, из-за качества
воды начинает загрязняться те-
плообменник, система заранее
фиксирует эту тенденцию и за две
недели до возможного отказа са-
мостоятельно отправляет сигнал
сервисной компании. В резуль-
тате не владелец звонит в пани-
ке в разгар жары или морозов,
а сервисник сам выходит на связь
и предлагает решение, пока про-
блема ещё не возникла.
Искусственный интеллект в те-
пловых насосах HES работает
не только с прогнозом поломок.
Он страхует от ошибок монта-
жа, автоматически регистрирует
и рассылает все параметры, ведётархив, что делает эксплуатацию
предсказуемой. Для заказчика
это означает спокойствие, так как
оборудование не просто работает,
а «думает» на шаг вперёд. Здесь
мы приходим к мысли, что техно-
логическая ценность тепловых
насосов сегодня определяется
не только компрессорами и те-
плообменниками, но и уровнем
цифровой среды, которая их со-
провождает.КЕЙСЫ И ПРИМЕРЫ
Лучше всего о реальной ценности
технологий говорят не расчёты,
а примеры внедрения. Завод HES
в Доброграде, о котором речь шла
выше, изначально проектировал-
ся с учётом принципа полной ути-
лизации сбросного тепла. Здесь
собраны воедино все возможные
источники, начиная от энерговы-
деления станков индукционной
сварки, лазерной резки, конвейе-
ров, испытательных стендов, вен-
тиляционных систем и до геотер-
мальных скважин. Совокупность
этих потоков позволяет решать
сразу несколько задач — отопле-
ние и охлаждение производствен-
ных помещений, нагрев горячей
воды для столовой и душевых, до-
грев и доохлаждение вентиляции.
Результаты говорят сами за себя.
Горячая вода для бытовых нужд
получается круглогодично и пол-ностью бесплатно. Для коллек-
тива предприятия это многие
десятки литров в день, и всё это
обеспечивается исключительно
за счёт утилизации энергии, ко-
торая в ином случае выбрасыва-
лась бы наружу.
Другой интересный пример —
системы активной рекуперации
в вентиляции. Летом тепловые
насосы работают в режиме ре-
верса, используя вытяжной воз-
дух для охлаждения приточки,
зимой — наоборот, для её нагре-
ва. Такой подход позволяет от-
казаться от дополнительных ис-
точников холода в тёплый период
и существенно сократить расходы
на подогрев в холодный. Да, есть
ограничения. Например, при тем-
пературах ниже минус пятнадцати
эффективность системы снижает-
ся, но даже с учётом этого в боль-
шинстве случаев можно достигать
коэффициента преобразования
выше пяти. Там, где классические
пластинчатые или роторные ре-
куператоры по конструктивным
причинам невозможны, активная
система с тепловым насосом ста-
новится оптимальным выбором.
Эти кейсы показывают, что те-
пловой насос перестаёт быть
«альтернативой» и становится
полноценным элементом ин-
женерной экосистемы здания
или производства. Его задача —не просто охлаждать или обогре-
вать, а перераспределять энер-
гию так, чтобы каждый киловатт
работал дважды, а то и трижды.
И чем сложнее объект, тем боль-
ше возможностей для реализа-
ции такого подхода.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Опыт использования тепловых на-
сосов на реальных объектах по-
казывает, что там, где вчера энер-
гия терялась впустую, сегодня она
может стать источником тепла
и горячей воды. Примеры внедре-
ний — от серверных помещений
до производственных цехов — на-
глядно демонстрируют, что со-
временные технологии позволяют
существенно снижать эксплуата-
ционные расходы и стоимость вла-
дения объектом. И чем выше растёт
цена традиционной генерации, тем
более рациональными становятся
решения на базе ТН.Но отдельные проекты — это
лишь одна сторона медали. Что-
бы такие решения не оставались
единичными примерами, а стали
массовой практикой, требуется
работа более широкого масштаба.
Эту роль берёт на себя, в частно-
сти, Ассоциация производителей
тепловых насосов. В её соста-
ве — специалисты, готовые ана-
лизировать реальные проекты,
помогать заказчикам избегать
избыточных затрат, давать объек-
тивную оценку параметров и по-
казывать, как встроить тепловые
насосы в систему энергоснабже-
ния предприятия.
Ассоциация объединяет опыт
заводов‑изготовителей, компе-
тенции проектировщиков и ин-
женерных компаний, а также на-
учные ресурсы ведущих вузов.
Она занимается просвещением,
вырабатывает методические под-
ходы, делится статистикой ужереализованных проектов. Для по-
требителя это означает не только
доступ к конкретным технологи-
ям, но и уверенность в том, что
за ними стоит сообщество экс-
пертов, способных помочь на всех
этапах — от проектирования
до эксплуатации.
И в этом видится главный вектор
развития отрасли, показывающий,
что сами по себе теплонасосные
технологии — инструмент эконо-
мии и повышения энергоэффек-
тивности, а в сочетании с отрас-
левой поддержкой и экспертной
работой они обеспечивают устой-
чивый путь к снижению энерго-
затрат и повышению надёжности
инфраструктуры. Так формирует-
ся новое понимание инженерных
решений как части единой стра-
тегии, которая делает будущее
промышленного и коммерческого
секторов более предсказуемым
и экономически разумным.
↑Работает навигация по страницам↑