Характеристика рынка тепловых насосов «воздух — вода»
Тепловые насосы «воздух — вода»используют тепло атмосферного воздуха для нагрева воды, идущей на нужды отопления и горячего водоснабжения.
Во многих странах применение тепловых насосов, позволяющих сократить потребление ископаемого топлива и уменьшить загрязнение атмосферного воздуха, официально признано использованием возобновляемых источников энергии. Поддержка программ по энергосбережению и сохранению окружающей среды способствует значительному росту рынка тепловых насосов.
В 2017 году мировой спрос на тепловые насосы «воздух — вода» достиг 2,66 миллиона единиц оборудования. Основными потребителями стали Китай, Япония и страны Европы (68,8, 16,8 и 10,8% общего объема продаж соответственно).
Япония была пионером производства и применения тепловых насосов «воздух — вода» и на сегодняшний день накопила огромный опыт в этой сфере. Помимо создания собственного рынка теплонасосных водонагревателей EcoCute Япония способствовала распространению тепловых насосов в Европе. Можно сказать, японские технологии стали основой нового сегмента мирового рынка и вдохнули новую жизньв консервативную отрасль отопительного оборудования.
В последние годы в Китае усилилась роль государства в экологическом регулировании. Национальная программа «Электричество вместо угля» способствовала бурному росту продаж тепловых насосов «воздух — вода» на севере страны. Очевидным доказательством сокращения загрязняющих выбросов в атмосферу стало очищающееся от смога небо Северного Китая.
Способность не только обеспечивать комфортное отопление, но и способствовать решению экологических проблем, связанных с сжиганием ископаемого топлива, делает тепловые насосы весьма перспективным видом оборудования и позволяет ожидать дальнейшего роста и популярности в будущем. Свидетельством растущих темпов развития этого сегмента рынка служит увеличение количества новых моделей тепловых насосов в экспозиции крупных международных отраслевых выставок.
Основные рынки
Европа
Новости производителей 9По оценке JARN, европейский рынок тепловых насосов «воздух — вода» в 2017 году вырос на 12,1% по сравнению с показателями предыдущего года и достиг объема 287 000 единиц оборудования. 54% из этого объема приходятся на Францию, следом идут Германия и Италия, доля которых в совокупности составляет 21%. Таким образом, эти три государства обеспечивают три четверти европейских продаж тепловых насосов «воздух — вода».
Рынок отопительного оборудования в Европе сформировался давно, долгое время на нем преобладали решения, в основе которых лежит сжигание ископаемого топлива. Сегмент тепловых насосов в регионе продолжает расти, несмотря на ряд негативных факторов — сокращение государственных субсидий, застой в экономике, снижение цен на нефть и рост тарифов на электроэнергию.
Не в последнюю очередь это связано с политикой Европейского союза, направленной на защиту окружающей среды и развитие альтернативной энергетики. Стремясь сократить объемы парниковых выбросов, Великобритания разработала Инициативу RHI — теплоснабжения за счет возобновляемых источников энергии. Французское правительство представило новый регламент по энергопотреблению зданий RT2012. Оба документа способствуют развитию рынка тепловых насосов «воздух — вода».
Лидером по величине субсидий на покупку тепловых насосов является Германия. Во Франции субсидии привязаны к стоимости приобретаемого оборудования и включают в себя возвраты по налогам.
Ситуация с продажами тепловых насосов в секторе замены действующего оборудования складывается не лучшим образом. Сила привычки, усугубленная падением цен на нефть, заставляет многих европейцев продолжать пользоваться традиционными отопительными котлами. Совсем иная картина в секторе оснащения новостроек: там у теплонасосных систем есть все шансы стать наиболее распространенным решением для водяного отопления и горячего водоснабжения.
Спрос в секторе замены оборудования удовлетворяется местными производителями отопительных приборов. Наилучшая возможность проникнуть в этот сектор для азиатских компаний — покупка местных производителей. Как только возникнет потребность заменить существующие котлы на нечто более энергоэффективное и экологичное, спрос на тепловые насосы «воздух — вода» испытает резкий скачок.
На фото. Внутренний наружный блок EcoCute (спереди) и резервуар для горячей воды (сзади).
Для японских компаний, выпускающих тепловые насосы «воздух — вода», Европа — очень важный рынок. Развивая уже достигнутый здесь успех, производители из Японии готовят почву для дальнейшего роста продаж. Отвечая на ужесточение норм, касающихся фторсодержащих парниковых газов, они продвигают в Европуводонагреватели EcoCute, использующие в качестве хладагента CO2, а также тепловые насосы на R32. Японская ассоциация индустрии кондиционирования воздуха и охлаждения (JRAIA) и Японский центр технологии тепловых насосов и теплоаккумуляторов (HPTCJ) продвигают использование бытовых нагревателей воды — тепловых насосов Eco Cute с использованием природного хладагента CO2
На рынок тепловых насосов «воздух — вода» выходят и европейские производители котельного оборудования. Многие из них организуют выпуск наружных блоков таких тепловых насосов совместно с азиатскими производителями систем кондиционирования воздуха.
Япония
По данным Японской ассоциации индустрии холода и кондиционирования воздуха (JRAIA), рынок тепловых насосов «воздух — вода» в Японии в 2017 году достиг объема в 437 000 единиц оборудования, что на 3,9% больше показателей предыдущего года.
Разработанные в 2001 году водонагреватели EcoCute изначально предназначались только для обеспечения ванных и кухонь горячей водой. Сегодня эти многофункциональные устройства способны также отапливать помещения, нагревая воду для теплого пола. К январю 2018 года суммарные продажи EcoCute достигли 5,79 миллиона единиц оборудования. Согласно долгосрочному прогнозу, сделанному в июле 2015 года, к 2030 году эта цифра вырастет до 14 миллионов.
Росту спроса способствует распространение технологии тепловых насосов за пределами Японии. Японские производители осваивают не только европейский, но и австралийский, и североамериканский рынки. Кроме того, наблюдается тенденция к использованию водонагревателей EcoCute на объектах коммерческого назначения.
Китай
Чтобы справиться с загрязнением воздуха, ставшим особенно серьезной проблемой на севере страны, Китай запустил программу «Электричество вместо угля». Эта программа способствует развитию рынка тепловых насосов «воздух — вода», объем которого в 2017 году JARN оценивает в 1,83 миллиона единиц оборудования, что на 41% превышает показатели 2016 года.
Китайский рынок продолжает расти, в том числе территориально, охватывая не только северные, но и южные регионы. Тепловые насосы «воздух — вода» используются и для отопления вновь построенного жилья, и для обеспечения горячей водой объектов коммерческой недвижимости.
Помимо специализированных предприятий производство тепловых насосов начали и ведущие китайские производители кондиционеров воздуха. Сейчас они заняты разработкой инверторных моделей данного оборудования. Огромный спрос способствовал появлению крупных производителей, которые сегодня нацеливаются на зарубежные рынки. Китайский же рынок от иностранных производителей защищают более низкая себестоимость отечественной продукции и субсидирование местных компаний государством.
США
В 2017 году объем рынка тепловых насосов «воздух — вода» с интегрированным баком в США составил 89 000 единиц оборудования.
Теплонасосные моноблоки и сплит-системы пока не очень распространены в Северной Америке.
В продажах бытовых водонагревателей, объем которых составляет 8–10 миллионов единиц оборудования ежегодно, доля тепловых насосов незначительна.
Основные марки тепловых насосов в США — :
General Electric, Paloma, A. O. Smith, Air-Generate,Electrolux, Bosch и Stiebel Eltron.
Многие из них производят оборудование для американского рынка в Китае на условиях OEM.
Азиатско-Тихоокеанский регион
Рынок бытовых водонагревателей на основе тепловых насосов «воздух — вода» в Юго-Восточной Азии пока не сформировался, однако подобное оборудование все чаще демонстрируется на проходящих в регионе тематических выставках.
Многие страны региона относятся к государствам с развивающейся экономикой, и им приходится фокусироваться сразу на двух целях — промышленном развитии и снижении энергопотребления. В этой ситуации разумным решением представляется государственная инициатива по продвижению энергоэффективного теплонасосного оборудования. Если подобные инициативы, стимулирующие приобретение тепловых насосов, будут реализованы в условиях ужесточения природоохранного законодательства, рынок ожидает существенный рост. В Австралии, где действуют одни из самых строгих в мире законов об охране окружающей среды, тепловые насосы «воздух — вода» (в частности, водонагреватели EcoCute) все чаще используются как альтернатива традиционным электрическим водонагревателям.
Европа ускоряет переход на новые хладагенты, вводя в действие систему квот, объектами которой становятся все хладагенты, используемые в оборудовании для отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и холодоснабжения.
Из-за квотирования резко поднялась цена на R410A. Это создало проблемы не только для сегмента кондиционеров воздуха, но и для тепловых насосов.
Потенциал глобального потепления (ПГП) R32 составляет лишь треть ПГПR410А. Объем хладагента, необходимый для производства одного и того же количества тепла, у R32вчетверо меньше, чем у R410A.
В связи с этим ряд компаний приступил к производству тепловых насосов «воздух — вода» на R32. Однако использование этого хладагента в тепловых насосах большой мощности по-прежнему сопряжено с проблемами, вызванными действующим в большинстве европейских стран запретом на установку теплонасосных сплит-систем с заправкой R32, превышающей 1,84 кг. Некоторые компании применяют в качестве хладагента пропан и диоксид углерода.
Компрессоры для тепловых насосов:
В тепловых насосах применяются компрессоры самых разных типов:
поршневые,
ротационные,
спиральные,
винтовые.
Чаще всего речь идет о тандемных спиральных и двухступенчатых ротационных устройствах, способных обеспечить температуру конденсации около 90°C, что позволяет получать довольно горячую воду даже в холодном климате.
Кроме того, все чаще встречаются чиллеры с возможностью работы в режиме теплового насоса, созданные на основе компрессоров центробежного типа. Растет число чиллеров — тепловых насосов на базе безмасляных центробежных компрессоров с магнитной подвеской.
Чиллер с тепловым насосом
Чиллер с тепловым насосом — это холодильная машина, которая работает на тепло (помимо работы на холод). При работе на отопление вода входит в тепло охлажденная, выходит — нагретая.
Энергетические проблемы современного общества с успехом решаются с помощью новейших климатических систем, предоставляющих:
высокие показатели коэффициента полезного действия,
удобство в эксплуатации,
сравнительно невысокую цену на установку,
быструю окупаемость.
Одним из самых распространенных вариантов такого оборудования для больших площадей является чиллер с тепловым насосом.
Источником тепловой энергии используется, например, наружный воздух или почва. Это низкотемпературные источники.
Потреблять тепло может быть система отопления или система горячего водоснабжения – высокотемпературные потребители.
Чтобы система была приведена в действие, используется дополнительная внешняя энергия (механическая, электрическая, химическая, пр.)
Типы
Современная промышленность расширяет выпуск подобного оборудования, потому что оно зарекомендовало себя как высокоэффективное. Чиллер для отопления, например, используется сегодня в большинстве крупных торговых предприятий и других больших общественных помещениях, требующих комфортных условий пребывания. Высокий коэффициент энергоэффективности данных систем климат контроля позволяет обеспечивать нормальные температурные условия с наименьшими энергозатратами. На рынке представлены различные типы тепловых насосов:
Сорбционные и струйные тепломашины;
Термоэлектрические насосы (автохолодильники);
Парокомпрессионные установки
Особенности работы теплового насоса
Опираясь на второй закон термодинамики и на ее фундаментальные положения, описанные в цикле Карно, смонтирована замкнутая система, заставляющая тепло перемещаться в прямом и обратном направлении (от низкотемпературного источника к высокотемпературному потребителю). Такое оборудование может быть и кондиционером, и обогревателем. Замкнутый цикл позволяет использовать и функцию охлаждения, и функцию нагрева. В компрессионных тепловых насосах используется механическая энергия, а источником питания является электричество.
Схематически принцип работы чиллера с тепловым насосом можно представить в таком виде, представленном на рисунке:
Если источником тепла в парокомпрессионной установке является окружающая среда, то система будет складываться из таких основных частей:
конденсатора,
дроссельного клапана,
испарителя,
компрессора
В качестве рабочего тела используется хладогент (фреон). В результате механического воздействия происходит изменение давления, и хладогент переходит из жидкого состояния в газообразное или наоборот. При низком давлении хладогент кипит при довольно низкой температуре. Это дает возможность переносить тепло от низкотемпературного источника энергии (окружающего воздуха, почвы или воды). Хладогент в газообразном состоянии поступает в компрессор.
Здесь происходит механическое воздействие – сжатие, сопровождающееся значительным повышением температуры. После этого хладогент поступает в конденсатор. Здесь происходит процесс конденсации при высоком давлении. Конденсация приводит к выделению тепла, которое передается теплоносителю системы отопления. При прохождении дроссельного клапана давление снова снижается. Температура хладоагента падает. Это последний этап цикла – хладогент снова готов к закипанию и отбору тепла. Описанный цикл на 80% состоит из возобновляемой энергии. Для работы теплового насоса используется только 20% дополнительной энергии (электрической).
Применение чиллера для отопления
Современная промышленность расширяет выпуск подобного оборудования, потому что оно зарекомендовало себя как высокоэффективное. Чиллер для отопления, например, используется сегодня в большинстве крупных торговых предприятий и других больших общественных помещениях, требующих комфортных условий пребывания. Высокий коэффициент энергоэффективности данных систем климат контроля позволяет обеспечивать нормальные температурные условия с наименьшими энергозатратами.
Чиллер с тепловым насосом с воздушным охлаждением (спиральные компрессоры), серия ACDS(HP)GW
Чиллер для нагрева или охлаждения теплоносителя (воды) может подключаться напрямую, а может иметь соединение со специальной буферной зоной. Чтобы точно определиться с конструкцией, необходимо перед покупкой оборудования заказать проект с расчетами для конкретного предприятия или помещения, получить консультацию.
Чиллер для нагрева воды может обеспечить горячим водоснабжением с комфортной температурой до 60 градусов Цельсия. Такие системы могут применяться в школах, офисах, больницах, в производственных цехах. Они полностью безопасны и исключительно надежны. Санитарно-гигиенические требования, которые приняты действующими Правилами и ГОСТами, полностью выполняются при использовании данного оборудования.
Чиллер для обогрева, который также используют в системах кондиционирования и холодоснабжения, подразделяют на такие типы:
Чиллер в воздушным охлаждением конденсата;
Чиллер с водяным охлаждением конденсата;
Чиллер с выносным конденсатором.
Производительность холода в таких системах может достигать мощности 1300 кВт.
Чиллер на обогрев площади от 400 м² до 20 тыс. м² можно приобрести для обеспечения теплом и горячей водой, а также создания комфортной температуры в жаркое время года. Возможен отдельный монтаж или соединение с имеющимися инженерными системами. Данное оборудование способно работать в автоматическом режиме. Высококвалифицированные специалисты, которые рассчитают, установят и произведут отладку обучат обслуживающий персонал и дадут необходимые гарантии. Преимущества установки таких систем очевидны. Это экономия, энергосбережение, надежность, безопасность использования и комфорт в эксплуатации.
Японские производители создали тепловые насосы «воздух — вода», приспособленные к работе в холодном климате. Они сохраняют высокую теплопроизводительность при температуре наружного воздуха до —15°C , а тепловые насосы «воздух — воздух» до —30°C.
Для предотвращения обледенения при минусовых температурах используются такие решения, как теплоаккумуляторы, обогрев через байпасный контур, нагревательные спирали. Технология парожидкостного впрыска позволяет поддерживать поток хладагента на необходимом уровне даже при очень низкой температуре наружного воздуха.
Модели двойного действия
Реверсивные тепловые насосы «воздух — вода», недавно появившиеся на рынке, способны не только нагревать, но и охлаждать воду. Это решение обеспечивает максимальный комфорт как в зимнее, так и в летнее время.
Зональный контроль
Некоторые модели тепловых насосов «воздух — вода» могут иметь два контура и способны обслуживать сразу два помещения с различной потребностью в обогреве. Обеспечивая подачу двух потоков воды с разной температурой, они могут использоваться как для независимого обогрева, так и для охлаждения двух помещений или зон одного помещения.
Интегрированные тепловые насосы «воздух — вода»
Еще одна разработка — интегрированные системы, объединяющие тепловые насосы и фотоэлектрические панели. Такие системы позволяют более эффективно использовать электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, управляя энергопотреблением теплового насоса.
В районах с холодным климатом, таких как Северная Европа, где температура наружного воздуха может опускаться до —40°C, эффективным способом получения горячей воды могут стать гибридные системы, объединяющие газовый котел и тепловой насос «воздух — вода». Уже установленный котел можно использовать для эффективного дополнительного нагрева. Ряд производителей представил на рынке интеллектуальные системы управления, позволяющие подключить тепловой насос к действующей системе отопления и горячего водоснабжения на базе газового котла. Если условия не позволяют использовать тепловой насос, включается газовый котел, обеспечивая непрерывное функционирование системы теплоснабжения.
«Умные» тепловые насосы
Некоторые производители предоставляют услуги облачного сервиса для удаленного управления работой и энергопотреблением тепловых насосов «воздух — вода». Подключившись к облачному серверу, пользователь получает полный контроль над устройством из любой точки планеты. Данная технология позволяет сэкономить электроэнергию, повысить уровень комфорта, добиться более гибкого управления ресурсами.
Быстрый рост производства электроэнергии из возобновляемых источников привел к диспропорции между подаваемой и требуемой электрической мощностью. Для решения этой проблемы тепловые насосы «воздух — вода» с функцией управления распределением энергии обеспечивают более гибкое регулирование энергопотребления. Данная функция позволяет изменять алгоритм работы прибора по сигналу контроллера.
В настоящее время созданы разнообразные внутренние блоки для тепловых насосов «воздух — вода», отличающиеся как назначением, так и функциональными возможностями.
В регионах с холодным климатом требуемую тепловую мощность могут обеспечить радиаторы без вентиляторов, передающие тепло путем излучения. Комфортная температура при этом поддерживается без создания воздушных потоков, что существенно снижает энергопотребление и уровень шума.
В ассортименте многих производителей имеются внутренние блоки «все в одном», способные охлаждать и отапливать помещение, а также подавать горячую воду. Такие устройства отличаются компактностью и простотой обслуживания.
Новая серия чиллеров, оптимизированных для работы в режиме теплового насоса
Компания HITEMA (Италия) представляет новую серию чиллеров SBS-HP, специально разработанных для работы в режиме теплового насоса. Модульная конструкция моделей позволяет получать установки требуемой производительности.
В случае аварии ремонт поврежденного модуля можно проводить, не останавливая всю установку в целом. При необходимости мощность уже смонтированной установки можно увеличить, добавив дополнительные модули.
Управление модулями SBS-HP в многомодульной холодильной установке производится блоком pCO5 с контроллером при помощи функции master — slave («ведущий — ведомый»). Модули оснащены двумя вертикальными спиральными компрессорами, расположенными последовательно, что позволяет организовать двухступенчатое регулирование производительности.
Концепция модульности
Новая серия чиллеров SBS-HP компании HITEMA (Италия) специально разработана для работы в режиме работы теплового насоса. Эта серия чиллеров обладает рядом достоинств, таких как модульность, упрощенное обслуживание, основа для развития производства.
Заказчик может использовать модульную конструкцию базовых моделей, что позволяет объединять установки различной производительности, получая, таким образом, требуемую мощность охлаждения по проекту.
В связи с тем, что обслуживание возможно только в поврежденном модуле, без остановки оборудования, облегчается обслуживание / ремонт чиллера.
Так же такие чиллеры могут служить основой для будущего. Уже изготовленная и смонтированная холодильная установка может быть увеличена по мощности в случае увеличения потребности в холодоснабжении. Для увеличения номинальной мощности всего чиллера на основе уже имеющейся модели возможно объединение гидравлических контуров установок.
Компрессор:
Вертикальные спиральные компрессора расположены последовательно (имеют 2 шага регулирования для каждой модели).
Технология впрыска: пара обеспечивает высокую температуру жидкости при низкой температуре окружающей среды.
Индивидуальный контроллер для управления впрыском связан с канальным датчиком температуры в блоке управления компрессоров.
Точное отслеживание инжекции пара на распределительной линии впрыска.
Индивидуальный контроллер для управления впрыском пара, связанный с NTC-датчиком (канальный датчик температуры) в блоке управления компрессоров.
Размораживание:
Зазор между пластинами оребрения испарителя расширен для уменьшения образования инея, толщина самих пластин увеличена для улучшения характеристик теплообмена, диаметр трубы уменьшен для снижения расхода хладагента.
V‑образная форма испарителя позволяет предотвратить намерзание инея на пластинах за счет более быстрого стекания капель, управление пуском и остановкой обратного цикла оттайки оптимизировано.
Воздушный испаритель в чиллерах SBS-HP имеет увеличенный зазор между ребрами для уменьшения образования инея, увеличенную толщину ребер для улучшения характеристик теплообмена, маленький диаметр трубы для снижения расхода хладагента.
Все модели серии SBS-HP снабжены электронным расширительным вентилем.
Имеются версии чиллеров в малошумном исполнении (LNJ) со звукоизоляцией компрессоров и вентиляторов, а также в версии со сверхнизким уровнем шума с акустически изолированным шкафом для холодильного контура, вентиляторами EC и AxiTop и виброзащитным основанием для установки компрессоров.
Шум:
Чиллеры серии SBS-HP изготавливаются в различных шумовых версиях. Предусмотрено исполнение установок в малошумной версия (LNJ) с звукоизоляцией компрессоров и вентиляторов, а так же сверхнизкая шумовая версия (SLN) с акустическим изолированным шкафом для холодильного контура, вентиляторами EC и AxiTop и основанием для компрессоров для избежания распространения вибраций.
Чиллеры серии SBS-HP работают на озонобезопасном хладагенте R 410A, по запросу возможно изготовление установок на других экологически безопасных хладагентах.
В Рыбинске Ярославской области 23-24 апреля проходит XII Международный технологический форум «Инновации. Технологии. Производство», на котором представители промышленности, науки и […]
11 октября 2018 года состоялся запуск космического корабля «Союз МС-102». К сожалению, полёт продлился всего 180 секунд. Из-за аварии ракета-носитель […]
Андрей Сергеевич Сойнов возглавит филиал ПАО «Яковлев» — Иркутский авиационный завод (входит в Объединенную авиастроительную корпорацию Госкорпорации Ростех). До этого назначения Андрей Сойнов […]
В авиапарке Томской областной клинической больницы (ОКБ) начал работу самолёт ТВС-2МС. Борт размещён в посёлке Колпашево и используется для выполнения […]
TCL привезла на выставку MCE 2026 в Милане новые кондиционеры с ИИ — они ориентированы на комфорт, улучшение качества воздуха в доме и снижение энергопотребления. Среди ключевых новинок — серия […]
