Экономический расчет тепловых насосов

Основной задачей экономического расчета тепловых насосов является получение сведений о целесообразности применения проектируемой теплогенерирующей установки, определение сроков окупаемости оборудования и показателей эффективности. Самым основным показателем эффективности использования теплового насоса является отопительный (преобразовательный) коэффициент – СОР. Он равен отношению уровня теплопроизводительности гелиоустановки к электрической мощности потребляемой компрессором.

Подобное выражение может быть записано в таком виде:

 СОР = Qr /N,

где:

Qr – тепловая энергия, вырабатываемая теплогенератором для обогрева и ГВС;

N – электрическая мощность, потребляемая системой.

Известно, что тепловой насос может работать не только в режиме теплогенератора, но и является прекрасным кондиционером в жаркое время года (это становится возможным при переключении трехходовых клапанов). В таком случае для расчета экономической эффективности применяется коэффициент охлаждения (EER). Он равняется отношению холодопроизводительности к электрической мощности, потребляемой компрессором ТН. Формула для его расчета имеет следующий вид:

EER = Qc / N,

где:

Qc – тепловая энергия, извлекаемая из помещения.

Необходимо учитывать, что коэффициент преобразования в тепловом насосе будет более высоким в случае, когда разность температур источника и приемника тепла будет минимальной. Поэтому важными мероприятиями по увеличению СОР и EER является теплоизолирование помещений, использование энергии сточных вод, применение систем вентиляции рекуперационного типа, использование многотарифных приборов учета электроэнергии (в бивалентном режиме).

Порой тепловой насос может одновременно выполнять функции охладителя и отопителя (к примеру, обеспечение теплом системы ГВС и кондиционирование помещений). В таком случае общий коэффициент экономического эффекта может быть определен по формуле:

СОР + EER = (Qr + Qс) / N.

В таких случаях коэффициент экономической эффективности может достигать значения 10 – 12. Конечно, добиться таких показателей довольно сложно и обычно коэффициент преобразования находится в диапазоне от 3,5 до 7. Фактически это означает, что для обогрева или охлаждения помещений, затрачивая 1 киловатт электрической мощности можно получить до 7 киловатт тепловой энергии.

Очень важным критерием экономического расчета является определение срока окупаемости всей установки. Эта операция выполняется, как правило, на основании проектных расчетов и дает сведения о целесообразности использования гелиоустановки  в каждом отдельном случае. В общем виде экономический анализ может быть выполнен в следующей последовательности. Во-первых, определяется экономия текущих расходов при эксплуатации ТН:

Э = q ^* (Т_т/? -Т_э/?),

где:

Т_т  —  тариф на традиционные энергоносители (газ, пар, электроэнергия);

Т_э – тариф на электроэнергию;

? – коэффициент производительности теплового насоса (СОР);

? – КПД традиционных теплогенераторов и нагревателей;

q – объем тепловой энергии, необходимой для отопления и ГВС при использовании ТН за период всего отопительного сезона (кВт/час). Этот параметр может быть определен из соотношения:

где:

Nс – мощность системы отопления (Вт);

S – количество градусо-суток за весь отопительный период;

tв – средняя температура воздуха внутри помещения (°С);

tн— средняя температура наружного воздуха за время отопительного сезона(°С).

Далее необходимо рассчитать уровень капитальных затрат на покупку и установку (с сопутствующими мероприятиями) требуемого теплового насоса. Это можно сделать по следующей формуле:

К = 0,9 * V * Nc,

где:

К – капитальные затраты (грн; руб);

V – курс валюты (например грн/USD, руб/USD);

Nc – тепловая мощность отопительной системы, записанная в Ваттах.

Тогда ориентировочный период окупаемости альтернативной гелиоустановки на базе применения теплового насоса может быть определен по формуле:

Таким образом, может быть определена основная величина экономического расчета. Однако применение современных тепловых насосов в схемах отопления и ГВС способно принести и некоммерческую выгоду своим владельцам. Так, применение представленных теплогенераторов позволяет сделать объект недвижимости энергонезависимым и автономным.  Не стоит также забывать и об экологической составляющей, ведь в режиме работы ТН не происходит выделений продуктов сгорания. Также подобные системы безопасны и надежны. Причем могут использоваться как в моновалентном режиме, так и выступать дополнительным источником тепловой энергии. Ну и, безусловно, необходимо отметить престижность использования тепловых насосов, в комплексе с высокотехнологичными системами управления.