Промышленные тепловые насосы

Плюсы и минусы альтернативного отопления на производстве

Для работы теплового насоса используется только электроэнергия, которая необходима для компрессора ТН и циркуляционных насосов во внешнем теплообменнике и системе отопления. Обогрев здания осуществляется за счет восполняемых источников энергии. Отсюда возникает следующий ряд преимуществ использования ТН:

• Долгий срок службы — ресурс оборудования составляет 20–25 лет, скважины и установленные теплообменники могут эксплуатироваться в течение 50–100 лет.
• Безопасность — отсутствие процессов горения и химической коррозии исключает риск взрыва или пожара в здании. Для установки теплового насоса не требуется отдельная котельная.
• Экономичность — более 80% энергии на работу ТН берется из возобновляемых природных ресурсов, остальное — затраты электроэнергии. ТН не зависит от роста цен на минеральное топливо или газ, что дополнительно исключает проблемы доставки и хранения топлива. 
• Универсальность — установка мощного теплового насоса позволяет организовать отопление здания зимой и охлаждение летом. Кроме того, ТН могут использоваться для нагрева воды для ГВС.

Среди отрицательных сторон установки промышленного теплового насоса отмечаются:

• Высокая цена на оборудование — цена промышленных тепловых насосов превышает газовые или электрические котлы аналогичной мощности. Кроме того, при установке ТН требуются дополнительные затраты на установку внешнего теплообменника.
• Сложность установки — для работы теплового насоса необходимо установить внешний теплообменник и настроить систему отопления. Монтаж ТН сопровождается сложными инженерными и земельными работами, что также увеличивает стоимость проекта.
• Наличие промышленной сети — для мощных тепловых насосов требуется подключение к сети 380 В, что может потребовать установку дополнительного трансформатора на производственном объекте. К сети 380 В рекомендуется подключать ТН с электропотреблением от 3.5 кВт/ч. 
• Наличие аварийного источника энергии — в бюджет проекта также требуется закладывать цену генератора, способного покрыть пусковые токи компрессора и насосов ТН в случае отключения электроэнергии. Без генератора зимой магистрали ТН могут замерзнуть при длительном отсутствии энергопитания.

Тепловые насосы показывают наибольшую эффективность при обогреве крупных производственных помещений и превосходят все остальные варианты альтернативного отопления. Так на каждый затраченный кВт/ч электроэнергии, промышленные ТН выдают до 4.5–5 кВт/ч тепла, что при отоплении крупных зданий быстро окупает оборудование и затраты на установку.  

Как работает промышленный тепловой насос?

Принцип действия ТН основан на преобразовании низкопотенциальной тепловой энергии природных ресурсов для получения полезного тепла, используемого для отопления здания и нагрева воды для ГВС. Получение тепловой энергии, способного обогреть большое здание, происходит за счет 2 адиабатных и 2 изотермических процессов, что возможно благодаря устройству ТН. Конструктивно тепловые насосы состоят из следующих элементов:

• Компрессор — увеличивает давление в компрессорном контуре, что приводит к преобразованию фреона из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Это сопровождается большим выбросом тепловой энергии, которая аккумулируется конденсатором. 
• Конденсатор — теплообменник, забирает тепло от теплоносителя в компрессорном контуре и передает к системе охлаждения или блоку ГВС.
• Дроссель — расширительный клапан, который стоит после конденсатора. Дроссель позволяет снизить давление фреона в системе, что снижает его температуру и позволяет конденсироваться обратно в жидкое состояние.
• Испаритель — теплообменник, который принимает охлажденный фреон и подогревает его за счет источника низкопотенциального тепла. Далее фреон поступает в компрессор для сжатия, и цикл повторяется.

Конденсатор и испаритель представляют собой буферные баки, в которых происходит теплообмен между фреонов в компрессорном контуре и теплоносителями извне. Компрессорный контур всегда герметичный, внешний теплообменник и система отопления могут отличаться. Отличием бытовых тепловых насосов от промышленных считается тип используемого компрессора. Для промышленных систем используется винтовой и спиральный компрессор, которые имеют больший КПД и более устойчивы к высоконагруженным условиям работы. Также у промышленных ТН более масштабный внешний теплообменник, а система отопления может представляться сразу несколькими устройствами.

Что может использоваться для получения тепла?

Для работы теплового насоса может использоваться любой источник низкопотенциального тепла — чаще всего применяется:

• Геотермальная энергия — теплообменник размещается в грунте или естественном водоеме, расположенном на территории промышленного комплекса.
• Тепло воды — в качестве источника тепла могут использоваться шахтные или сточные воды, оборотная жидкость в технологических линиях, техническая вода.
• Атмосферный воздух — тепло аккумулируется из воздуха на улице, либо из системы вентиляции.
• Паразитное тепло — в качестве теплообменника применяется промышленное оборудование, которое при работе выделяет тепло. Например, промышленные холодильные установки, мощные компрессоры или вибросито, т. д.

Для организации отопления крупных промышленных объектов чаще всего используются тепловые насосы бивалентного типа, где для нагрева теплоносителя применяется несколько источников тепла.

Какая система отопления эффективна для производства?

Мощность промышленных тепловых насосов позволяет организовать систему отопления любого типа. К наиболее популярным решениям относятся:

• Радиаторное отопление — наиболее бюджетный тип отопления, подходящий для установки в зданиях с большой площадью.
• Теплый пол — наиболее эффективная, однако трудозатратная система отопления. Чаще всего теплый пол размещается в административных зданиях.
• Фанкойлы — используются крупных или изолированных помещениях. Фанкойлы подходят для зданий, в которых необходимо выдерживать определенную температуру в каждой комнате.

Схема отопления зависит от площади здания, конфигурации помещений, а также высоты потолков. Для промышленных зданий наиболее эффективной системой считается комбинация радиаторного отопления и фанкойлов, которые подключаются отдельным контуром к конденсатору ТН.

Что нужно знать при выборе промышленного теплового насоса?

Подбирая ТН, необходимо учитывать теплопотери здания, а также съем тепла, который можно получить, используя доступные источники альтернативной энергии. Важно, чтобы мощность теплового насоса покрывала все теплопотери помещения и обеспечивала стабильную температуру — для этого рассчитывается коэффициент производительности ТН (СОР). Коэффициент производительности представляет собой отношение вырабатываемого тепла к потребляемой электроэнергии, на что влияет:

• Тип компрессора — для промышленных ТН обычно выбирают системы с винтовым или спиральным компрессором, инверторные не способны работать долгое время под высокой нагрузкой. Винтовые компрессоры эффективно подходят для отопления больших помещений, спиральные характеризуются большим КПД, но стоят больше.
• Размещение теплообменника — при расчетах учитывается глубина залегания и удаленность внешнего контура от компрессора ТН, тип и объем используемого теплоносителя, энергоэффективность источника энергии. Для воздушных, водяных и геотермальных ТН алгоритмы расчетов отличаются.
• Особенности расположения — в зависимости от условий местности, магистрали внешнего теплообменника могут нуждаться в утеплении, а сам корпус ТН — в установке дополнительной шумоизоляции. Для моделей с открытым забором воды из водоема также устанавливается вспомогательный буферный бак, предупреждающий риск замерзания воды в магистралях.
• Автоматика системы — при выборе также требуется учитывать функциональность электроники: количество режимов, возможность удаленного управления через Wi-Fi, настройка времени работы и производительности. Системы, предусматривающие точную настройку, более эффективны и быстрее окупаются.

Рекомендуется выбирать тепловые насосы с мощностью на 15–20% большей, чем требуется для покрытия всех хозяйственных нужд предприятия. Запас по мощности не позволит работать тепловому насосу в полную силу при пиковых нагрузках, что положительно отразится на сроке службы системы. Отдельно при выборе ТН нужно рассчитать мощность дополнительных потребителей. Например, систему принудительной вентиляции, подключаемой к фанкойлам или блок ГВС, обеспечивающий нагрев воды для технических нужд. На каждую подключаемую систему рекомендуется закладывать до 12–15% мощности от общей производительности теплового насоса.

Обслуживание промышленных ТН

Для корректной работы промышленного теплового насоса обслуживание системы проводится дважды в год. Обслуживание ТН заключается в проверке состояния магистралей теплообменников, а также компрессорного контура. При необходимости проводится настройка автоматики и дозаправка магистралей фреоном и антифризом. Для теплообменников с открытым забором воды из скважины или водоема обязательно проводится химический анализ, а также смена фильтров грубой очистки и системы обратного осмоса. При наличии в системе фанкойлов, обязательно проводится чистка воздухозаборников и вентиляции.

Что в итоге?

Производственные здания характеризуются высокими теплопотерями, что возникает из-за большой площади отопления и высокими ценами на утепление. Установка промышленного теплового насоса — грамотное инвестиционное вложение, которое позволит снизить энергозатраты предприятия и сэкономить на производственных расходах.


Промышленные ТН в среднем окупаются за 4–6 лет эксплуатации. В зависимости от мощности предприятия и занимаемой площади, установка ТН позволяет экономить до 400–600 000 рублей в месяц. Подобный результат достигается благодаря отоплению за счет возобновляемых источников энергии, а также сокращению суммарных расходов электроэнергии, поскольку за обогрев здания, кондиционирование и ГВС будет отвечать одна система.