Реферат: Продвижение прогрессивных систем энергосбережения в Украине в сегменте (ТН) тепловых насосов

ННОУВсемирный технологический университет

Программа MBAStart

Магистерскаяаттестационная работа по программе MBA Start

Продвижениепрогрессивных систем энергосбережения в Украине в сегменте (ТН) тепловыхнасосов

Автор: Cултангулов ДамирМиниахметович

студент группы 080505

Научный руководитель:

Смирнова Светлана Михайловна

Работадопущена к защите решением Методического Совета программы MBA Start _____ февраля2010 г.

2010 г.

г. Москва

Содержание

Введение

Раздел 1. Сущность тепловых насосов как нового товара нарынке современных отопительно-нагревательных бытовых систем

1.1 Назначение и область применения тепловых насосов вавтономных системах теплообеспечения современных коттеджей

1.2 Основные характеристики бытовыхтепловых насосов для автономных систем теплоснабжения

1.3 Исследование конкурирующих видовтепловых насосов для автономных систем теплоснабжения

Раздел 2. Исследование спроса и предложения на рынкеотопительно-нагревательной бытовой техники (сегмент тепловых насосов) в Украине

2.1 Анализ маркетинговой среды сбытовой деятельности ООО «Олчеми

2.2 Анализ товарного ассортимента тепловых насосов ООО „Олчеми“и обеспечения трех уровней реализуемого товара

2.3 Анализ перспектив продвижения тепловых насосов ООО „Олчеми“на рынке тепловых насосов Украины и формирование управленческой проблемыбизнес-проекта расширения рынка

Раздел 3. Технико-экономические расчеты схем продвижениятепловых насосов на рынке отопительно-нагревательной бытовой техники в Украинес использованием банковского кредита

3.1 Оценка емкости, географии прогнозного рынка сбыта иструктуры прогнозных каналов сбыта тепловых насосов в Украине

3.2 Бизнес-идея проекта усовершенствования каналов сбыта ООО „Олчеми“по продвижению тепловых насосов на рынке Украины

3.3 Финансово-экономический анализ эффективности бизнес-проектаООО „Олчеми“ по продвижению тепловых насосов на рынке Украины

3.4 Резюме бизнес-проекта ООО „Олчеми“ дляинвесторов

Заключение

Библиография

Приложения

Введение

По прогнозам МировогоЭнергетического комитета (МИРЭК), к 2020 г. в развитых странах миратеплоснабжение будет осуществляться с помощью тепловых насосов [7]. Тепловойнасос использует тепло, рассеянное в окружающей среде: в земле, воде, воздухе(его специалисты называют низкопотенциальным теплом.) Затратив 1 кВтэлектроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4 кВт тепловой энергии.

Теплонасосные установки,осуществляя обратный термодинамический цикл на низкоки-пящем рабочем веществе,черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды,повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в1,2...2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива.Применение теплонасосных установок — это и сбережение невозобновляемыхэнергоресурсов, и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращениявыбросов СО2 (парникового газа) в атмосферу. Тепловые насосы вышли из недрхолодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводамихолодильного машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низкихтемператур с энергетикой.

Теплонасосные установкицелесообразно использовать при переходе к децентрализован-ным системамтеплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепло-ваяэнергия генерируется вблизи ее потребителя, а топливо сжигается вне населенногопункта (города). Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологийтеплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городови в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных,потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасоснымиустановками.

Важнейшая особенностьтеплонасосных установок — универсальность по отношению к виду используемойэнергии (электрической, тепловой). Это позволяет оптимизировать топлив-ныйбаланс энергоисточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менеедефи-цитными.

Еще одно преимуществотеплонасосных установок — широкий диапазон мощности (от долей до десятков тысячкиловатт), перекрывающий мощности любых существующих теплоис-точников, в томчисле малых и средних ТЭЦ.

В США, Японии, Германии,Швеции, Швейцарии, Австрии, Финляндии такие установки внедряются простоскоростными темпами. Настоящим лидером использования тепловых насосов являетсявсе-таки Швеция, осуществляющая тотальную программу их внедрения. В этой странедля работы тепловых насосов используется вода Балтийского моря с температурой+4 °С. Станция мощностью 320 МВт расположена на шести баржах, причаленных кберегу. К настоящему времени в мире эксплуатируются свыше 15 млн. тепловыхнасосов мощностью от нескольких киловатт до сотен мегаватт, а рынок ежегодныхпродаж составляет около миллиона установок.

Применение и особеннопроизводство тепловых насосов в Украине развивается с большим опозданием.Пионером в области создания и внедрения тепловых насосов в бывшем СССР былВНИИхолодмаш. В 1986-1989 гг. ВНИИхолодмашем был разработан рядпарокомпрессионных тепловых насосов теплопроизводительностью от 1 7 кВт до 11,5МВт двенадцати типоразмеров „вода-вода“ (в том числе морская вода вкачестве ИНТ для тепловых насосов теплопроизводительностью 300… 1000 кВт),»вода-воздух" (тепловые насосы на 45 и 65 кВт). Большая частьтепловых насосов этого ряда прошла стадию изготовления и испытания опытныхобразцов на пяти заводах холодильного машиностроения. Четыре типоразмеравыпускались серийно (тепловые насосы теплопроизводительностью 14; 100; 300;8500 кВт). Общий их выпуск с 1987 г. и почти до 1992 г. может быть оценен в3000 единиц. Тепловая мощность действующего парка этих тепловых насосовоценивается в 40 МВт.

Примером может служитьсозданный в этот период тепловой насос мощностью 5 МВт на базе центробежногокомпрессора для теплонасосной установки целлюлозно-бумажного комбината ПО«Светогорск» (Карелия). Эта установка общей тепловой мощностью 27 МВтутилизировала теплоту сбросной воды с температурой 30...35 °С охлаждающейсистемы технологических аппаратов в цехах и повышала до 75...80 °С потенциалсбросной воды, которая использовалась в системе теплоснабженияцеллюлозно-бумажного комбината и г. Светогорска.

Хорошо зарекомендовалисебя холодильно-нагревательные машины типа ТХУ для молочных ферм, которыеутилизировали теплоту охлаждаемого молока для технологических нужд. В этотпериод институтом был разработан целый ряд принципиально новых тепловых насосов- абсорбционных, компрессионно-резорбционных, компрессионных, работающих набутане и воде в качестве рабочего вещества и др.

Последующий период поизвестным причинам характеризовался спадом спроса на такое новое энергетическоеоборудование, каким являются тепловые насосы. Многие освоенные машины и новыеразработки оказались невостребованными.

В Украине тепловые насосытолько-только начинают появляться. Если солнечные батареи и ветровыеэлектрогенераторы широко известны, то о тепловых насосах мало что известно дажев среде строителей, а уж потребители и вовсе довольствуются лишь слухами. Самыхраспространенных два: что это слишком дорогое удовольствие и что так попростуне бывает, потому что все очень уж хорошо получается.

Актуальность темыаттестационного ислледования состоит в необходимости разработки стратегииразвития нового направления в деятельности предприятия по поставке холодильнойтехники иностранных производителей ООО «Олчеми» в Украине – поставкеиностранного оборудования и технологий эффективного использования энергии,которое приобретает всё большее значение: потребитель заинтересован вэкономичном расходовании своих средств и заботе об окружающей среде, неотказываясь при этом от комфорта.

Предметом аттестационногоисследования являются текущее состояние, а также перспективы развития спроса ипредложения тепловых насосов на рынке отопительной техники в Украине.

Объектом аттестационногоисследования является перспективная продукция компании ООО «Олчеми» — это компактные экономичные и экологически чистые системы отопления, позволяющиеполучать тепло для горячего водоснабжения и отопления коттеджей за счет использованиятепла низкопотенциального источника (тепло грунтовых, артезианских вод, озер,морей, грунтовое тепло, тепло земных недр, солнечная энергия) путем переносаего к теплоносителю с более высокой температурой.

Целями аттестационногоисследования являются:

1. Исследованиетеоретических и практических аспектов продвижения прогрессивных системэнергосбережения на рынок;

2. Анализ текущегосостояния и разработка перспективных предложений организации каналовэффективного продвижения прогрессивных систем энергосбережения в сегментетепловых насосов импортного производства на рынке отопительной техники вУкраине.

Для реализации целей аттестационногоисследования управленческой проблемы компании в работе, согласно рекомендациямпрограммы МВА-Start, был поставлен ряд следующих задач:

— получить более глубокоепредставление об особенностях рынка прогрессивных систем отопления;

— охарактеризоватьинструменты маркетингового продвижения данного вида товара;

— разработать планпроведения конкретных мероприятий по повышению эффективности распределениятоваров.

Среди концептуальныхмоделей, которые были использованы при проведении исследования, отметимследующие:

1) Продвижение товаранаходится в прямой зависимости от канала его сбыта.

2) Конкурентноепреимущество – основа успешного развития бизнеса.

3) Персональныепокупатели, как один из основных и эффективных участников процесса продвиженияпрогрессивных энергосберегающих систем.

4) Использование принципаПарето в оптимизации каналов сбыта.

При построении методологииисследования учитывалось, что так как целью нашего исследования является поискновых путей, разработка новых гипотез, то тип исследования является изучающим. Вкачестве общего подхода к исследованию был использован индуктивный подход,который характеризуется построением теории в зависимости от результатовнаблюдения за практической реальностью.

Стратегией исследования былоизучение практической ситуации (кейс-стади), после чего на основании полученныхданных сформулировано, какие из возможных моделей развития событий наиболееэффективны для достижения поставленной цели.

При проведенииисследований были использованы качественно-количественные методы, позволяющиепонять суть проблемы и осуществить некоторую количественную оценку ситуацию.

По этапам можно выделитьследующие методы исследований:

1. На первом этапе — кабинетноеисследование, работа с государственными и ведомственными статистическимиданными, направленными на изучение различных примеров эффективного внедренияпрогрессивных систем энергосбережения в отечественном и зарубежном рынках.

2. На втором этапе — методстатистических наблюдений для сбора сведений о коньюнктуре рынка прогрессивныхэнергосберегающих систем.

3. На третьем этапе — моделированиеэффективной деятельности компании по успешному продвижению прогрессивных системэнергосбережения на рынке.

4. На четвертом этапе — разработкареального плана работы по эффективному продвижению товара.

Исходя из должностныхполномочий, предоставленных автору руководством компании, все необходимыеданные и возможности для проведения всех этапов исследования предоставленыавтору в полном объеме.

Этические ограничения. Всвязи с достаточно ясной и прозрачной целью исследования и отсутствиемкаких-либо скрытых задач, этических проблем возникнуть не должно. Все участникиисследования заранее проинформированы о целях и задачах исследования.Исследовательский процесс не несёт вреда всем тем, кто участвовал висследовании и не затрагивает их чувство собственного достоинства. Общепринятыестандарты морали и этикета не нарушаются.

Раздел 1. Сущностьтепловых насосов как нового товара на рынке современныхотопительно-нагревательных бытовых систем

1.1 Назначение и областьприменения тепловых насосов в автономных системах теплообеспечения современныхкотеджей

Ни для кого не секрет,что подтвержденных запасов ископаемого топлива — нефти, при современном уровнеотечественной добычи, осталось на 40 — 50 лет [26]. Похожая ситуация снефтяными запасами и в других странах. Цены на топливо неуклонно растут. ВУкраине с ее холодными зимами и длительными отопительными периодами, две третиэнергии, потребляе-мой на душу населения, расходуется на теплоснабжение (большечем в любой другой стране).

В складывающейся ситуациитолько использование возобновляемых источников энергии (солнца, ветра, теплаземли и т. п.) позволит решить надвигающуюся проблему энергоснабже-ния жилища.Известно очень много систем, использующих альтернативную энергию длятепло-снабжения зданий, но, как правило, это отдельные установки, являющиесядополнением к тра-диционным системам энергоснабжения или очень сложные вреализации и просто нереальные с экономической точки зрения системы, о чем исвидетельствует отсутствие таковых. Одним из основных достоинств даннойразработки является её доступность для широкого потребителя.

На рисунке 1.1.представлена схема «Автономный дом» уникальной полностью автоном-нойсистемы энергоснабжения дома, которая позволяет вести строительство практическив любом месте, не заботясь о дальнейшей подводке электросети и доставкетоплива. Система разрабатывалась с учетом многолетних данных Гидрометцентра игарантирует круглогодично комфортную температуру в помещении, а такжебесперебойное электроснабжение бытовых приборов, включая электроплиту [30].

Основным источникомэлектроэнергии является ветрогенератор, а источником тепла тепловой насос исолнечные коллекторы. Управление системой осуществляетсявысокоинтел-лектуальной АСУ и является важнейшим элементом системы.

Экономические расчетысистемы энергоснабжения коттеджа показывают, что затраты на установку системыокупятся в среднем за три-четыре года и, в дальнейшем владелец недвижи-мостинавсегда забудет о том, что за тепло и электроэнергию нужно платить.

Помимоэкономической независимости человек обретает географическую свободу выбора местапроживания, руководствуясь при этом красотой окружающего будущее жильеландшафта, а не близостью энергетической «трубы».

Системаавтономного энергоснабжения от возобновляемых источников энергии «АвтономныйДом» представляет собой полностью автономную систему энергоснабжения,которая позволяет вести строительство жилых и производственных помещенийпрактически в любом месте, независимо от близости линий электропередач иналичия топлива.

Основныетехнические характеристики системы [30]:

— Количествопроизводимой электроэнергии — 7500 кВт/час в месяц ( Излишки элект-роэнергиипосредством теплового насоса переводятся в тепловую энергию. Для производстватакого количества электроэнергии дизельным электрогенератором потребуется сжечь30 тыс. литров топлива);

— Максимальнаяэлектрическая мощность — до 60 кВт;

— Средняятепловая мощность — 30 кВт (что эквивалентно количеству тепла, получаемого присжигании 3500 л дизельного топлива в отопительных котлах).

Эффективностьэнергоснабжения за счет возобновляемых источников энергии наиболеецелесообразно сравнивать именно с энергоснабжением дизельнымиэлектрогенераторами и котлами, так как только эти традиционные источникиэнергии не привязаны к энергосетям и магистралям, а иначе пришлось бы учитыватьстоимость их прокладки. Общее количество энергии, вырабатываемое системойавтономного энергоснабжения за год в условиях Украины эквивалентно энергииполучаемой при сжигании как минимум 33,5 т солярки стоимостью на сегодняшнийдень более 125 000 грн… Одна установка «Автономный Дом» в состоянииобес-печить теплом и электричеством до 1000 м2 жилья, что соответствует,например, кондомини-уму на пять семей.

Областьприменения системы:

— Жилищноестроительство (коттеджи, усадьбы и т.д.);

— Сельскоехозяйство (фермерские хозяйства и т.д.);

— Небольшиепредприятия и сборочные производства;

— Освоениеновых территорий (удалённые районы, острова и т.д.);

— Охрана государственнойграницы (дальние армейские гарнизоны, погранзаставы, сеть ПВО, службыберегового наблюдения).

В Европе созданиеавтономных систем пока находится на уровне проектирования. Един-ственный,известный на сегодняшний день проект «Concept House» принадлежиткрупнейшей шведской строительной корпорации NCC (www.ncc.se). Ориентировочнаястоимость одного до-ма NCC, оборудованного системой автономногоэнергоснабжения, составляет 75 млн. шведских крон, что, по их собственномузаключению, слишком дорого.

Самое удачное место длявнедрения системы «Автономный Дом», – конечно же – ос-рова,недоступные ни для линий электропередач, ни для газопровода. Завозить на нихдизельное топливо или уголь дорого и крайне неудобно. Именно по этой причине,из 6500 островов Аландского архипелага между Финляндией и Швецией заселенотолько 65, а из 3000 греческих островов – 200. Поэтому самый короткий иабсолютно точный ответ на вопрос о перспектив-ных рынках сбыта – «всеострова земного шара».

Основныеузлы автономной системы энергоснабжения:

— ветрогенераторнаяустановка — источник электроэнергии;

— солнечныйколлектор — плоские радиаторы с селективным покрытием, преобразующие солнечнуюэнергию в тепловую;

— тепловойнасос — преобразователь низкопотенциальной энергии (теплота земли, водо-емов,сточных вод и т.д.);

— тепловой аккумулятор — термоизолированная емкость с водой.

Основным источникомэлектроэнергии для обеспечения работы системы отопления, горячего и холодноговодоснабжения, а также для питания бытовых электроприборов являетсяветрогенератор. Предлагаемые на сегодняшний день многими зарубежными ироссийскими производителями ветрогенераторы для нормальной работы требуютслишком большие ветроресурсы (для выхода на номинальную мощность обычнотребуется скорость ветра 10 — 14 м/с). К сожалению, большая часть нашей страныне обладают такими ветроресурсами, поэтому нами разработана ветрогенераторнаяустановка, оптимизированная под ветроресурсы нашего регги-она. Для обеспечениябесперебойности питания используется аккумуляторная батарея и инвер-ор.Управление работой всей системы энергоснабжения здания обеспечиваетсяавтоматической системой управления.

Источникомтепла системы отопления является гелиосистема, включающая в себя блок солнечныхколлекторов и аккумулятор тепла. Антифриз, нагреваемый в солнечном коллекторе,посредством теплообменника передает теплоту воде в аккумуляторе. Энергиязапасается в лет-ний период и отбирается в холодное время года. В качествеотопительных приборов в данной системе применены так называемые <теплыеполы>, которые в отличии от традиционных ра-диаторов эффективно работаютдаже при низких температурах теплоносителя. Система отопления включает в себяаккумулятор тепла, расширительный бак, циркуляционный насос, теплообменныйаппарат, управляемый трехходовой вентиль и отопительные приборы. Теплообменныйаппарат служат для догрева теплоносителя тепловым насосом перед подачей на«теплые полы».

Самымважным узлом в данной системе является тепловой насос, обеспечивающий работусистемы горячего водоснабжения, утилизацию теплоты сточных вод и догревтеплоносителя основной системы отопления, а также в определенных условиях можетвыполнять роль основного генератора тепла.

Основнымдостоинством данной системы является полная автономность и практическитроекратная надежность, т.е. даже при выходе из строя любого из узлов, системакомпенсирует потери за счет перераспределения нагрузок в других узлах.

Совместнаяработа основных узлов позволяет более полно использовать возможности каждого изних и практически полностью исключить влияние неблагоприятных погодных условийи пиковых режимов (день — ночь и т.п.).

Основныеэлементы системы отопления включают в себя:

— аккумулятортепла;

— отопительныеприборы («теплые полы»);

— управляемыйтрехходовой вентиль;

— теплообменныйаппарат;

— циркуляционныйнасос;

— датчик температурытеплоносителя.

Работа системы отопленияопределяется условиями эксплуатации и зависит от времени года. Можно выделитьдва основных режима: летний и зимний.

Летний период (отоплениеотключено).

В данном режиме работыотключаются отопительные приборы («теплые полы») и система входит врежим накопления тепловой энергии, который в свою очередь определяется целымрядом дополнительных параметров. В дневное время суток основным источникомэнергии для нагрева аккумулятора тепла служит солнечный коллектор, а приработающем ветрогенера-торе дополнительным источником становится тепловойнасос. Если температура в аккумуля-торе ниже 60? С, включается насос,обеспечивающий циркуляцию теплоносителя аккумулятора через теплообменныйаппарат в котором расположена часть конденсатора теплового насоса, что иобеспечивает нагрев. При отсутствии солнца или в ночное время этот режимстановится ос-новным. Все процессы в системе отопления регулируютсяавтоматической системой управле-ния.

Отопительный сезон.

Переход системы отопленияв основной режим заключается в подключении отопитель-ных приборов и циркуляциитеплоносителя между аккумулятором и отопительными прибора-ми. Температура навходе отопительных приборов устанавливается в определенной зависи-мости оттемпературы наружного воздуха и контролируется датчиком температуры. Регули-ровкуи поддержание необходимой температуры обеспечивает трехходовой регулирующийвентиль, управляемый АСУ, путем подмешивания теплоносителя из обратногоколлектора на вход системы. При работающем тепловом насосе поступлениетеплоносителя из аккумулятора полностью прекращается, что позволяет сэкономитьзначительное количество энергии запасен-ной в аккумуляторе.

Тепловой насос:

— Тепловойнасос является основным компонентом данной автономной системы энерго-снабженияи задействован практически во всех режимах. Его высокая эффективность позволяетнаиболее рационально использовать излишки вырабатываемой ветрогенераторомэнергии и в сочетании с дешевой солнечной энергией обеспечивает полнуюавтономность энергообеспече-ния здания.

Одним изосновных режимов работы теплового насоса — приготовление горячей воды. Днем,при включении источником тепла становится солнечный коллектор, что существеннопо-вышает эффективность процесса приготовления горячей воды.

Так какосновное потребление горячей воды связано, как правило, с приемом ванны илидуша, то в системе предусмотрен утилизатор тепла сточных вод ванной комнаты,который яв-ляется еще одним источником тепла при производстве горячей воды. Досброса в канализацию сточная вода попадает в утилизатор, где происходит отбор ивозврат тепла, что позволяет зна-чительно снизить затраты на приготовлениягорячей воды.

Всистеме также предусмотрена принудительная система вентиляции с рекуперациейтепла.

Приработающем ветрогенераторе основной нагрузкой теплового насоса является сис-темаотопления:

— летомпроизводится нагрев теплового аккумулятора при условии, что температура теп-лоносителяв нем ниже 60oС;

— в отопительный периодтепловой насос работает непосредственно на отопительные приборы, что позволяетсущественно экономить запасы тепла аккумулятора.

Гелиосистема представляетсобой замкнутый контур, в который помимо солнечного коллектора входиттеплообменник, размещенный в тепловом аккумуляторе, циркуляционный насос ирасширительный бак.

Основным источникомэлектроэнергии является ветрогенераторная установка соответ-ствующей мощности,подключенная к сетевому регулятору, который обеспечивает всю системунеобходимой энергией и осуществляет постоянный контроль состоянияаккумуляторных бата-рей. Регулятор контролирует степень разряда аккумуляторныхбатарей и в случае необходимос-ти направляет часть энергии на подзарядкубатареи. В случае, когда вырабатываемой энергии недостаточно (например,недостаточная сила ветра), регулятор направляет в систему недоста-ющую энергиюот аккумуляторной батареи через инвертор, который преобразует постоянноенапряжение батареи в переменное с промышленной частотой и тем самымобеспечивает посто-янство потребляемой мощности.

Управление системойэнергоснабжения здания полностью автоматизировано. Автомати-ческая система управлениявыполнена на базе компьютера с соответствующими интерфейсами и программнымобеспечением и питается от отдельной аккумуляторной батареи, что сущест-венноповышает ее надежность. На вход АСУ в реальном масштабе времени поступаютсигналы всех датчиков системы; полученная информация обрабатывается специальнымпрограмм-мным обеспечением, что и определяет дальнейшее поведения всехэлементов системы.

Принцип работы тепловогонасоса вытекает из работ и описания цикла Карно, опухликованного в егодиссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил Виль-ямТомсон (лорд Кельвин) в 1852 г. под названием «умножитель тепла». Онапоказывала, как холодильную машину эффективно использовать для отопления.Подобная машина была построена в Швейцарии. Томсон заявил, что его ТН способендавать необходимое тепло при ис-пользовании только 3% энергии, затрачиваемой наотопление [22].

Дальнейшее развитиетеплонасосные установки получили только в 20-30-х годах двадца-того века, когдав Англии была создана первая установка для отопления и горячего водоснабже-нияс использованием тепла окружающего воздуха. Затем несколько демонстрационныхустано-вок создали в США. Первую крупную теплонасосную установку в Европе ввелив действие в Цюрихе в 1938-1939 гг. В ней использовались тепло речной воды,ротационный компрессор и хладогент. Она обеспечивала отопление ратуши водой стемпературой 60° С при мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования теплас электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. Летом установка работалана охлаждение. С 1939 по 1945 гг. было создано ещё 9 подобных установок, чтобысократить потребление угля, некоторые из них успешно проработа-ли более 30 лет[22].

Итак, в 1824 г. Карновпервые использовал термодинамический цикл для описания про-цесса, и этот циклостаётся фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффектив-ностиТН. Теплонасос требует затраты работы для получения тепла при низкойтемпературе и отдачи его при более высокой.

Тепловойнасос — этотермотрансформатор, преобразующий низкопотенциальную энер-гию окружающей среды,непригодную для использования в отопительных системах, в высоко-потенциальную,которая служит для отопления помещений и нагрева воды в системе ГВС. Ана-лог теплового насоса — холодильник —сегодня есть в каждом доме. В холодильной камере холодильник забирает тепло отпродуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в окружающую средучерез радиаторную решетку на задней стенке. А тепловой насос забирает тепло уокружающей среды и передает его в систему отопления. Британский физик УильямТомсон, изобретатель теплового насоса, назвал его «умножителем тепла [25].

/>

Схематично тепловой насос можно представить ввиде рабочего контура, состоящего из четырех основных элементов, — испарителя,компрессора, конденсатора и сбросного клапана. К рабочему контуру примыкаетпервичный (внешний) контур, в котором циркулирует рабочее вещество (вода,антифриз или воздух), собирающее тепло окружающей среды, и вторичный – вода всистемах отопления и горячего водоснабжения здания (рис.1.2).

Испаритель – пластинчатыйтеплообменник, где с одной стороны циркулирует холодный жидкий хладагент(вещество с низкой температурой кипения, обычно фреон), а с другой сторо-ны напротивотоке циркулирует рабочее вещество первичного контура.

Первичный контур – это контур снизкопотенциальной тепловой энергией (энергия, температуры которой недостаточнодля непосредственного нагрева отопительного контура). В качестве источникаэнергии первичного контура может быть использовано тепло грунта (грунтовыезонды с антифризом), грунтовых вод (две скважины: подающая и поглощающая),наружного воздуха и т.п.

В испарителе хладагент забирает теплопервичного контура, закипает и испаряется. Соответственно понижаетсятемпература выхода первичного контура.

Компрессор всасывает газообразныйхладагент, сжимает его, резко повышая таким образом его температуру. Горячийгазообразный хладагент выталкивается в конденсатор.

Конденсатор — по устройству такой жетеплообменник, как и испаритель, где со стороны рабочего контура циркулируетгорячий хладагент, а со стороны вторичного контура – вода или антифриз.

Горячий хладагент, вступая в тепловойконтакт с теплоносителем системы отопления или водой из системы горячеговодоснабжения (ГВС), конденсируется, передавая свое тепло системе отопления илиГВС. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда за счет перепададавлений продавливается через сбросной клапан в испаритель. Температура его приэтом резко понижается. После этого рабочий цикл начинается сначала.

Наиболее широкоеприменение тепловой насос нашёл в домашнем теплоснабжении и кондиционированиивоздуха, в особенности, в США, где требуется круглогодичное кондицио-нирование:охлаждение в летние месяцы и нагрев в зимние. Реверсивный тепловой насос, реша-ющийобе задачи, выпускается уже более 30 лет, он экономичен и надежен.

По данным на 1997 год из90 миллионов тепловых насосов, установленных в мире, 4,28 миллиона аппаратовсмонтировано в Европе. Немного, по сравнению с 57 миллионами систем, имеющимисяв Японии, где такое оборудование является основным в обеспечении отопленияжилого фонда [26].

В Соединенных Штатахнасчитывается 13,5 миллионов установленных агрегатов, а еще толькоразвивающийся китайский рынок достиг уровня 10 миллионов систем.

Использованию ТН в миреуделяется серьезное внимание как весьма перспективному энергосберегающемунаправлению. Однако решение вопросов эффективности, выбора типа ТН, масштабов иобластей их оптимального использования в разных странах различается и являетсядалеко не однозначным.

Например, в Европе 77%установленных тепловых насосов используют наружный воз-дух в качестве источникатепла, хотя в Швеции, Швейцарии и Австрии преобладают тепловые насосы,забирающие тепло из грунта.

В Норвегии на конец 1999года насчитывалось в эксплуатации 27 200 теплонасосных установок. Из вновьустановленных в стране в 1999 году теплонасосных установок 67% исполь-зовали вкачестве источника тепла окружающий воздух, 12% – отработавший воздух, 19% – во-дуи грунт [26].

По прогнозам мировогоэнергетического комитета (МИРЭК) к 2020 году в развитых странах 75% системотопления и горячего водоснабжения будет использовать тепловые насосы. Следуетотметить, что ни в одной стране фирмы-изготовители тепловых насосов не входят врынок без специальной государственной поддержки, которая имеет разные формыльгот (нало-говые, кредитные и т.д.), которые постепенно уменьшаются по мереразвития отрасли. Успехи в развитии техники теплонасосного отопления за рубежомобнадеживают отечественных энтузи-астов этого направления и сулят благоприятныеперспективы [18].

Основное отличиетеплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических,газовых или дизельных котлов, заключается в том, что при производстве тепла 75%энергии берется из окружающей среды, а остальные 25% — это электрическаяэнергия, не-обходимая для работы компрессора теплового насоса. Тепловой насос „выкачивает“солнечную энергию, накопленную за теплое время года в окружающей среде. То естьдля производства 4 кВт тепловой энергии Вам необходимо затратить всего лишь 1кВт энергии электрической -налицосущественная экономия на оплатеэлектроэнергии.

Соотношение вырабатываемой тепловойэнергии и потребляемой электрической энергии называется коэффициентомтрансформации (или КПД теплового насоса), и служит показателем эффективностиего работы. Современные тепловые насосы компании Viessmann имеют высо-кийкоэффициент трансформации — от 2 до 7 в зависимости от используемого источникатепло-вой энергии и применяемой системы отопления. Чем меньше разницатемператур между при-родным источником тепловой энергии и подачей отопительногоконтура, тем коэффициент трансформации больше. Это фактически означает, что60-75% потребностей здания в тепло-снабжении тепловой насос обеспечиваетбесплатно, и тепло обойдется Вам в среднем в 4,5 раза дешевле, чем прииспользовании электрических обогревателей.

За последние годы количество новыхинсталлированных тепловых насосов (ТН) с элек-трическим приводом возрасталовесьма и весьма динамично. С одной стороны, это обусловлено тем, что ТН(тепловой насос) особенно хорошо выполняет требования законодательства поэнергосберегающей технике, и, с другой стороны, тем, что с точки зрениякомфорта и эксплуа-тационных расходов ТН (теплового насоса)обладаетсущественными преимуществами в сравне-нии с обычными системами отопления.

/>

Рис.1.3. Структурабытового теплопотребления населения [18]

В суммарномэнергопотреблении для жилых домов доля тепловой энергии играет решающую роль:86 % потребности в энергии частных домашних хозяйств приходится на отопление иприготовление горячей расходной воды и покрывается большей частью за счёт газаи нефти. Так как наличие этих ископаемых энергоносителей ограничено во времени,то требуются альтернативные источники энергии. В этой связи регенеративные, иливозобновляемые энергии – в частности ТН (тепловой насос) – сыграют в будущемважнейшую роль. И особенно потому, что в наших широтах для них совпадаютпредложение и спрос, что лишь с большими оговорками можно сказать обиспользовании солнечной энергии.

Назначение тепловогонасоса — точно так же, как вода не течёт вверх, тепло всегда пере-текает толькоот горячего (источник тепла) к холодному (приёмник тепла). Таким образом, что-быиспользовать для отопления и ГВС низкопотенциальное тепло из окружающей среды,т.е. из грунта, воздуха или из грунтовых вод, необходимо это тепло „перекачать“на более высокий уровень. Контур хладагента позволяет „качать“ теплона более высокий температурный уро-вень. Сердцем ТН (теплового насоса) являетсяциркуляционный контур хладагента, работаю-щий с помощью компрессора. Попринципу конструкции он идентичен контуру хладагента холодильников, испытанныхвременем и практикой использования, и поэтому также сопос-тавим с ними попоказателю высокой надёжности. Лишь выполняемая задача у него полностьюпротивоположна, а именно: внутри холодильника тепло отбирается у охлаждаемыхпродуктов и отдаётся с тыльной стороны аппарата в помещение, а ТН (тепловойнасос) отбирает тепло из окружающей среды (воды, земли, воздуха) и передаёт егов отопительную систему.

Принцип функционированиятеплового насоса приведен на рис.1.4

/>

Рис.1.3. Принципиальнаятепловая схема работы теплового насоса [29]

В закрытом контурепроисходит поочерёдное испарение, сжатие, конденсация (сжижение) и расширениерабочего вещества – хладагента, закипающего уже при невысокой температуре.

1.Испаритель — виспарителе находится жидкий хладагент низкого давления. Его темпе-ратура ниже,чем температура источника тепла. Поэтому тепло от источника тепла передаётсяхладагенту, что приводит к испарению хладагента.

2.Компрессор — газообразныйхладагент сжимается в компрессоре до высокого давления и при этом настолькосильно нагревается, что температура хладагента после компрессии ста-новитсявыше температуры, необходимой для отопления и ГВС. Кроме того, энергия приводакомпрессора тоже преобразуется в тепло и „перетекает“ к хладагенту.

3.Конденсатор — оченьгорячий хладагент высокого давления отдаёт в конденсаторе всё своё тепло, тоесть тепло, полученное от источника тепла, а также тепло энергии приводакомпрессора в систему отопления (перепад тепловых потенциалов). При этомхладагент сильно охлаждается и снова становится жидким.

4.Расширительный клапан — затем хладагент проходит через расширительный клапан и снова возвращается виспаритель. В расширительном клапане происходит декомпрессия до первоначальногодавления. Цикл завершился.

Режимы эксплуатациитепловых насосов — ТН(тепловой насос) для отопления помещений – в зависимостиот типовых условий – могут эксплуатироваться самыми разнообразными способами.Выбор того или иного режима работы должен ориентироваться, прежде всего, на ужеимеющиеся в здании или планируемые системы отдачи тепла и на выбранный источниктепла:

1). Моновалентный режим

О моновалентном режимеэксплуатации речь идёт тогда, когда ТН(тепловой насос) покрывает всюпотребность в тепле для отопления и ГВС. Оптимальными для этого являются такиеисточники тепла, как грунт и грунтовые воды, так как эти источники тепла почтинезави-симы от наружной температуры и поставляют вполне достаточно тепла дажепри низких тем-пературах.

2). Бивалентный режим

В бивалентном режиме,наряду с ТН(тепловым насосом) всегда применяется второй теплогенератор, чащевсего – уже имеющийся жидкотопливный котёл. В прошлом для одно- и двухсемейныхдомов этот вид эксплуатации имел огромное значение, прежде всего – в сочета-ниис воздушно-водяным ТН(тепловым насосом). При этом основное теплоснабжение выпол-нялосьТН(тепловым насосом), а, начиная с наружной температуры, например, ниже 0°C, кработе подключался жидкотопливный котёл. Из экономических соображений –поскольку всегда требуется два теплогенератора – такие системы сейчас неполучают широкого распространения и реализуются лишь в отдельных редкихслучаях.

По виду теплоносителя во входном ивыходном контурах насосы делят на шесть типов: „воздух—воздух“, „воздух—вода“,»вода —воздух", «вода—вода», «ЗЕМЛЯ—воздух», «ЗЕМЛЯ—вода».Найбольшее распространение в наших широтах получило два вида тепловых насосов, аименно: «воздух—вода»,«земля—вода».

а) Тепловые насосы воздух-вода

Тепловые насосы «воздух-вода»используются в 2 –х схемах(рис.1.7):

1. Заборвоздуха в подвале дома.

2. Заборвоздуха через внешние выносные сплит-модули.

Источник тепла: воздух. Тип теплового насоса: воздух/вода

Воздух – наименее затратный источник тепла в плане освоения –имеется в неограниченном количестве, его «разработка» не требуетпроведения дополнительных работ. Современные тепловые насосы воздух/вода можноэксплуатировать почти круглый год (до -15ºС). При более низкой температуреокружающего воздуха установка не покрывает теплопотребность здания, и еенеобходимо использовать в сочетании с другим источником тепла или электро-нагревательнойвставкой в бойлере. В случае использования теплового насоса воздух/вода расчетпараметров источника тепла задается конструкцией или размером установки.Требуемое количество воздуха подается вентилятором, встроенным в установку, наиспаритель через воздушные каналы.

/>

Рис.1.7. Вариантыустановки теплового насоса «воздух- вода» [32]

Воздушно-водяные тепловые насосымогут с технической точки зрения точно так же, как геотермические тепловыенасосы, эксплуатироваться круглогодично. Для этого в моновалентном режиме припроектных условиях, например, при –15 ˚C наружной температуры тепловойнасос должен обеспечивать максимальную «греющую» мощность. Так как «греющая»мощность сильно уменьшается с падением температуры источника тепла, то этодовольно часто обусловливает необходимость применения больших агрегатов ивысоких инвестиционных затрат. Поэтому для работы воздушно-водяных тепловыхнаосов, как правило, начиная с некоторой определённой температуры наружноговоздуха, подключают параллельно работающий дополнительный термоэлектрическийнагреватель. В холодные дни он покрывает пиковую нагрузку. Однако из-за большойразницы температур в холодные дни и из-за низких коэффициентов мощностивоздушно-водяного тепловой насос, обусловленных этой разницей температур,получаются существенно меньшие значения годовых коэффициентов эффективности всопоставлении с геотермическими тепловыми насосами. Поэтому воздушно-водяныетепловые нас-сы пригодны особенно для регионов с относительно высокиминаружными температурами в середине года или в уже построенных одно- идвухсемейных домах, для которых потребовались бы существенные затраты наинженерно-техническое освоение грунтового источника тепла.

Использование тепла из отработавшеговоздуха помещений для эксплуатации теплового насоса возможно с помощьюспециального приточно-вытяжного оборудования для отработавшего воздуха. Приэтом главный агрегат такого оборудования следует инсталлировать по возможностина чердачном этаже здания и вытягивать воздух встроенным вентилятором из кухни,ванной комнаты и туалета. За счёт вытяжки создаётся разрежение в квартире, инаружный воздух может свободно поступать внутрь помещений сквозь специальныеотверстия в наружной стене. В главном агрегате, т.е. в коллекторе дляотработавшего воздуха помещений находится теплообменник, который отбираеттепловую энергию из отработавшего воздуха, прежде чем отвести его за пределыздания. Это тепло подводится через теплообменник в систему ТНУ и обусловливаетнепосредственное повышение коэффициента мощности теплового насоса во времяэксплуатации, так как теплоноситель предварительно подогревается коллектором.При остановке теплового насоса энергия накапливается в источнике тепла иобеспечивает его регенерацию.

В таком режиме коллектор используетизбыточное тепло из отработавшего воздуха помещений для поддержания контуратеплового насоса.

Применение коллектора отработавшеговоздуха помещений предполагает точное планирование вентиляционной установки иособую герметичность ограждающих конструкций здания. После монтажа агрегатанеобходимо провести тестирование дома на герметичность.

б) Тепловые насосы земля-вода

Тепло из грунта можнополучать по-разному. Специалисты подразделяют здесь источники тепла,использующие тепловую энергию приповерхностных слоёв грунта, и источники,использующие глубинное геотермическое тепло.

Приповерхностное тепло –это солнечное тепло, накапливаемое грунтом сезонно и используемое с помощью такназываемых геотермических грунтовых коллекторов, которые укладываютсягоризонтально на глубине от 1,20 м до 1,50 м.

Геотермическое теплостремится из глубины земных слоёв к поверхности и используется с помощью геотермическихзондов. Зонды инсталлируются вертикально на глубину до 150 м.

Обе системыхарактеризуются высокой и относительно стабильной температурой в течение всегогода. Это обусловливает высокие к.п.д. во время эксплуатации теплового насоса(высокий годовой коэффициент эффективности). Кроме того, эти системы работают взакрытых контурах, что обеспечивает высокую надёжность и минимальные затраты наобслуживание. В таком закрытом контуре циркулирует смесь воды и антифриза(этиленгликоля). Эту смесь называют также «рассолом».

Существуют два видатепловых насосов «земля-вода»:

1. Грунтовые коллекторы(рис.1.5б)

2. Грунтовые зонды(рис.1.5а)

/>

Рис.1.5. Схема тепловогонасоса «земля – вода» с грунтовым вертикальным зондом (а) и грунтовымвертикальным коллектором(б) [32]