Отгрузка осуществляется с главного офиса в Москве.

В регионах офисов НЕТ, доставка осуществляется ТК «Деловые линии».

Эволюция тепловых насосов

21.12.2022

Последние 50 лет активно ведётся внедрение тепловых насосов. Технология улучшается, расширяется сфера применения. Тепловой насос представляет собой аппарат, способный превращать энергию с низким потенциалом в тепло. Совершенствование технологии, изучение её возможностей, экспериментальные работы позволили обнаружить ошибки реализации, а также выявить и закрепить положительные качества. Экскурс в недавнюю историю тепловых насосов наглядно показывает, как сместились приоритеты развития, как изменились требования рынка и что улучшилось в самой технологии.

Появление и становление в 70-е и 80-е годы 20 века

В семидесятых годах идея использования тепловых насосов пережила свой новый расцвет. Период отмечен возросшим интересом к технологии. Проведено множество исследований, реализовано большое число экспериментов, воплощён целый ряд интересных проектов.

Одна из перспективных разработок — тепловые насосы, берущие тепло из грунтового источника. Характеризуются относительно небольшой глубиной залегания и наличием трубки-змеевика с прямым расширением. Правительство Швеции, а именно Департамент Энергетики оказывал такому типу проектов существенную финансовую поддержку, из бюджета страны на них выделялись значительные средства.

Щедрое вливание денег привело к росту интереса к технологии и уже в начале 80-х годов сфера её применения сильно расширяется. А в середине десятилетия более сотни мощных насосов, от 1 МВт и более, надёжно функционируют, обеспечивая энергией комплекс централизованного отопления. В тот же период в частных домах применены и успешно работают более 100 тысяч небольшой мощности.

Одновременно с внедрением, идёт изучение перспектив развития технологии. Работой на будущее заняты шведские ВУЗы. Это Чалмерский институт технологий, Королевский институт технологий, ряд исследовательских организаций. Грунтовые агрегаты для получения тепла тщательно изучаются в Техническом институте города Ланда.

Значимым успехом в восьмидесятых годах было составление и издание единого руководства, содержащего полную, доступную на тот момент, информацию о тепловых насосах. Были показаны аспекты хранения энергии, основы охлаждения, подробно разобраны все разновидности тепловых систем. Широко освещалось в руководстве и применение принципов математического моделирования для расчёта тепловых систем. Многие модели до сих пор успешно применяются при анализе и проектировании комплексов отопления, берущих тепло из грунтовых источников.

Ещё одной вехой развития можно назвать постройку в Стокгольме одного из крупнейших тепловых насосов, производительность которого составила порядка 250 мегаватт. Будучи подключённым к центральному отоплению города, этот агрегат давал до двух третей тепла, необходимого такому крупному городу как Стокгольм.

Однако, в восьмидесятые годы не придавали такого, как сейчас, значения защите окружающей среды. Никого не интересовало истощение озонового слоя и не возникало трудностей с применением хладагентов.

Ещё одной особенностью времени было то, что исследования в области технологии тепловых насосов шли непрерывно. Усилия шли не только на изучение новых перспективных направлений, но и на отслеживание работы уже функционирующих агрегатов. Это позволило получить большое количество информации, оказавшей значительное влияние на дальнейшее развитие тепловых систем.

Конец 80-х, начало 90-х — обвал рынка тепловых насосов. Отказ от хладагента

После бурного роста и развития произошёл сильный спад. Спрос на тепловые насосы упал, многие фирмы разорились и были вынуждены покинуть отрасль. Одной из причин краха стало снижение интереса государства к теме тепловых насосов, уменьшение бюджетного финансирования. Другая причина — ощутимое повышение стоимости топлива, мазута. Использовать тепловые насосы стало слишком дорого и многие домохозяйства были вынуждены от них отказаться.

Внес свою лепту и отказ от применения фреона. В Швеции начали запрещать вещества, оказывающие разрушительное влияние на озоновый слой, что также ударило по фирмам производителям оборудования. В качестве меры поддержки была развёрнута исследовательская программа национального масштаба, направленная на поиск альтернативных видов хладагентов. Разработки шли успешно и вскоре удалось найти замену всем их основным видам. Для R12 это стал R143. Для R502 были подобраны заменители R404A и R507. Вместо R22 стали использовать R407C.

Теперь, когда технология была хорошо изучена, выделены её достоинства, удалось найти и побороть некоторые недостатки, пришло время улучшения. Так в начале 90-х годов правительство организовало конкурс, где главный приз доставался изобретателям самого эффективного теплового насоса.

Было предложено множество проектов, многие из них оказались далеки от совершенства. Но задача была выполнена — акция спровоцировало новую волну интереса к данному типу отопительных систем. Рынок ожил, в продаже появились комплексы оборудования «воздух-воздух». Они хоть и не совсем подходили для суровых климатических условий Скандинавского полуострова, но оказали значительное влияние на дальнейшее развитие рынка тепловых систем.

Кроме воздушного отопительного оборудования были предложены системы с пластинчатыми теплообменниками. К их достоинствам относится малое количество используемого хладагента. Усовершенствования коснулись и вспомогательного оборудования. Компрессоры стали более производительными, их характеристики давления были оптимизированы для использования в системах с тепловыми насосами.

Конец 90-х годов 20 века — возвращение популярности тепловых насосов

Начавшийся процесс возрождения рынка продолжался и во второй половине десятилетия. Особую популярность приобрели агрегаты небольшой мощности, устанавливаемые, как правило, в новых домах. Основной тип такого оборудования — это системы, получающие тепло за счёт вытяжного воздуха, они обеспечивали рекуперацию тепла для комплексов снабжения горячей водой, что соответствовало строительным нормативам того времени.

Впоследствии требования к термоизоляции сооружений ужесточались, что привело к снижению нагрузки на системы отопления и тепловые насосы смогли обеспечивать около половины требуемой мощности комплекса отопления, другая половина обеспечивалась электрическими нагревателями. Такое решение стало стандартным для небольших и средних жилых зданий.

Научно-технические организации, исследовательские институты, производители, эксплуатирующие коммунальные организации стали тесно сотрудничать, чтобы улучшать тепловые насосы, повышать эффективность их работы, совершенствовать технологию, делать оборудование более экономичным. Также решались вопросы стандартизации и системного применения. Были разработаны разнообразные программы в рамках которых изучались вопросы повышения теплопередачи, уменьшение количества хладагента, оптимизация работы насосов и компрессоров, совершенствование системы управления. Кроме того, исследовалось влияние массового использования тепловых насосов на электросети.

2001-2005 годы — развитие рынка, совершенствование тепловых насосов

Рынок стал устойчивым, с постоянным спросом и предложением. Одним из наиболее востребованных типов тепловых насосов стала разновидность с грунтовым источником. Такие системы активно применялись в маленьких жилых домах, рассчитанных на одну семью. Контроль мощности стал стандартной функцией, внедрённой в контур управления оборудованием.

Государство начинает финансировать программы направленные на уменьшение потребления мазута и на реконструкцию жилых зданий, где использовалось отопление электричеством. Повсеместно устанавливаются тепловые насосы работающие по системе «воздух-вода». Широко применяются новые, усовершенствованные модели. Они привлекают своей относительно невысокой стоимостью, а также активно применяются в домах, где отсутствуют условия для бурения. В обществе открывается обсуждение вопроса о потреблении тепловыми насосами электричества. В это же время обостряется борьба за рынок отопления между производителями теплоснабжениях систем на биотопливе и сторонниками централизованного отопления.

Продолжают совершенствоваться конструкции тепловых насосов, применяемых в домах. Системы управления уже более удобны, они оснащаются адаптивными датчиками, позволяющими автоматически подбирать температуру нагрева. Оптимизируется работа оборудования, снижается время простоя между циклами. Теплообменники становятся более эффективными за счёт уменьшения поперечного сечения пропускных каналов, увеличения поверхностей теплоотдачи. Применяются более надёжные и производительные циркуляционные насосы. Используются спиральные компрессоры. Применяется только универсальный хладагент R407 C. Постепенно растёт производительность установок.

2006-2010 годы

Конструкция тепловых насосов продолжает улучшаться. Повсеместно применяются компрессоры и насосы переменной скорости. Популярной становится система пассивного охлаждения. Управление оптимизируется за счёт использования интеллектуальных систем, которые обеспечивают контроль и распределения тепла. Востребованы становятся тепловые комплексы с электрическим обогревом, в которых передача тепла осуществляется с помощью водяной системы. Потребители чаще приобретают оборудование мощностью 25-40 кВт для отопления небольших частных домов. Для отопления промышленных и офисных сооружений применяются установки мощностью от 200 кВт с грунтовым источником. Для этого бурятся крупные скважины, глубиной от 3 тысяч метров. Кроме них функционируют сотни более мощных систем с открытым контуром.

Большие усилия были приложены для формирования стандартов. Определена маркировка, подобраны универсальные хладагенты натурального происхождения. В их число вошли R407C и R404A, а также R410A и R134А.

Спрос на тепловые насосы расширяется. Более 30% частных домохозяйств Швеции используют их для отопления. Применяются самые разнообразные системы. Это и «воздух-воздух», «воздух-вода», с грунтовым источником и различные другие модели. Требования в области энергоэффективности заставляют производителей проводить исследования и улучшать оборудование.

Развитие после 2010 года

Уже к 2012 году в Западной Европе и США эксплуатировалось более 35 миллионов тепловых насосов, ежегодно производилось более полутора миллионов. К 2019 году же количество используемых в частных и многоквартирных домах отопительных систем на базе тепловых насосов, существенно выросло.

В 2020 году, в Германии впервые за всё время, тепловых насосов было смонтировано больше, чем газовых котлов. Также, согласно статистике, в 2021 году в ФРГ их продажи выросли почти в два раза, по сравнению с 2018 годом, и составили 154 тысячи штук. В мире продажи в 2021 достигли показателя в 4,1 миллиона штук, что на 20 процентов выше показателя предыдущего года. Продолжается активный рост основных рынков: европейского, китайского, японского. В Европе речь уже идёт о том, что тепловой насос должен стать стандартом отопительных систем.

Развитие, совершенствование технологии тепловых насосов происходит во всём мире. Процесс идёт достаточно равномерно во всех регионах. Существует четыре или пять крупных производителей, таких как ClimateMaster, которые производят оборудование для известных брендов климатической техники. Все компании ведут активные исследования, которые позволили бы им получить конкурентные преимущества, сделав продукцию ещё более привлекательной для потребителя: недорогой, экономичной, эффективной. Они знают, что покупателей также интересует надёжность отопительных систем и доступность технического обслуживания. А дальнейшее развитие технологии тепловых насосов будет зависеть от требований, формируемых потребительским спросом.

Выберите ваш регион:
x