Бум тепловых насосов и перспективы использования природных хладагентов

• 03 Июня 2023

«Золотой век» тепловых насосов

Тепловые насосы имеют ключевое значение для достижения углеродной нейтральности (нулевого баланса выбросов диоксида углерода), вот почему промышленность последние несколько лет наращивает их производство.

Одновременно с этим правительства разных стран водят субсидии, чтобы стимулировать спрос.

Свидетельством вступления в золотой век тепловых насосов стал рост глобальных продаж устройств этого типа на 11% по итогам 2022 года. Это был уже второй год подряд, ознаменованный двузначным показателем роста, которому способствуют рост цен на природный газ и стремление сократить парниковые выбросы.

В Европе в 2022 году продажи тепловых насосов составили около 3 миллионов единиц оборудования, показав рекордный рост почти на 40% по сравнению с предыдущим годом. Особенной популярностью пользовались модели «воздух-вода», так как они могут использоваться вместе со стандартными радиаторами отопления и водяными системами «теплый пол».

Северная Америка лидирует по суммарной мощности тепловых насосов для отопления, установленных на сегодняшний день. В США тепловые насосы впервые опередили по продажам газовые котлы после многих лет практически равного роста.

Большинство бытовых устройств в стране представляют собой модели «воздух-воздух» в составе центральных систем кондиционирования. Это более мощные устройства по сравнению с теми, что используют в Азии, где чаще всего используется по одному прибору на каждую комнату.

В Китае, несмотря на замедление темпа роста продаж, в 2022 году было продано больше тепловых насосов, чем в любой другой стране мира.

В Австралии и Новой Зеландии тепловые насосы «воздух-воздух» уже являются наиболее распространенными отопительными приборами. Проникновение в регионы с более холодным климатом растет благодаря повышению эффективности.

Штаб-квартиры пяти крупнейших производителей тепловых насосов расположены в Азиатско-Тихоокеанском регионе. При этом около половины производственных мощностей этих компаний находятся за его пределами.

В целом, тепловые насосы, использующиеся в качестве основного нагревательного прибора, покрывают около 10% мировой потребности в отоплении помещений.

Это соответствует более 100 миллионам домохозяйств, и значит, согласно последним данным Международного энергетического агентства (МЭА), тепловые насосы сегодня используются в каждом десятом доме, нуждающемся в значительном количестве тепла.

Для выполнения всех национальных климатических и энергетических обязательств, принятых в мире, доля тепловых насосов, задействованных в отоплении помещений, к 2030 году должна вырасти примерно до 20%.

Эта цель вполне достижима при сохранении темпов роста числа новых установок, наблюдавшихся в последние два года. Однако для достижения углеродной нейтральности к 2050 году необходимо, чтобы рост продаж в текущем десятилетии превысил 15% в год.

По данным МЭА, тепловые насосы продолжают устанавливаться, в основном, в новостройках и ранее построенных частных домах, рассчитанных на одну семью. Для сохранения устойчивого роста необходимо сосредоточиться, в первую очередь, на многоэтажных многоквартирных домах и объектах коммерческой недвижимости. Нужно также ускорить модернизацию существующих зданий с целью повышения их энергоэффективности, чтобы избежать установки тепловых насосов избыточной мощности и гарантировать максимально возможную эффективность их работы.

Это снизит капитальные и эксплуатационные расходы для потребителей и уменьшит нагрузку на энергосистемы, особенно, в сочетании интеллектуальным управлением для более гибкой работы.

Чтобы подстегнуть продажи тепловых насосов, были приняты меры финансового поощрения, продолжающие действовать более чем в 30 странах мира. Суммарно на эти страны приходится более 70% мировой потребности в отоплении зданий. По данным МЭА, многие программы стимулирования были впервые приняты или усилены в 2022 году.

В интервью журналу Fortune генеральный директор компании Johnson Controls International (JCI) Джордж Оливер назвал тепловые насосы одним из трех компонентов, которые «навсегда изменят нашу жизнь» в ближайшие семь лет (два других — совершенствование оборудования и системная цифровизация).

— Простая замена нефти и газа тепловыми насосами обеспечит огромную экономию энергии и средств, повысит энергетическую безопасность и ускорит декарбонизацию, — добавил он, отметив, что при производстве электричества с использованием возобновляемых источников энергии отопление станет безвыбросным.

В начале 2023 года Johnson Controls, базирующаяся в Ирландии, приобрела компанию Hybrid Energy — поставщика систем централизованного и промышленного теплоснабжения на основе аммиачных тепловых насосов.

Согласно опубликованному в ноябре 2022 года «Всемирному докладу о состоянии фонда зданий», здания ответственны почти за 40% всех выбросов, связанных с производством энергии. Это означает, что движение строительного сектора в направлении углеродной нейтральности в значительной степени поспособствует предотвращению изменения климата, заметил Оливер.

По его словам, при использовании новейших технологий и достаточном финансировании углеродная нейтральность зданий может быть достигнута уже к 2040 году, на десять лет раньше предельного срока, установленного Парижским соглашением.

Bosch инвестирует более миллиарда евро в разработку и производство тепловых насосов, стремясь обогнать рынок

До конца текущего десятилетия компания Bosch планирует потратить более миллиарда евро на расширение своей европейской сети разработки и производства тепловых насосов.

Около 255 миллионов из этой суммы пойдут на новую производственную площадку в Добромеже в Нижнесилезском воеводстве Польши. Начало строительства запланировано на 2024 год, старт производства – на конец 2025/ начало 2026 года.

Немецкий производитель также усилит свои действующие объекты. На старейшей площадке Bosch Group в Айбельсхаузене, Германия, к примеру, в следующем году начнут выпускать «особенно тихие» внутренние блоки на хладагенте R290 (пропане).

С 2019 года ассортимент тепловых насосов Bosch вырос вдвое, а разработанные ранее модели были модифицированы и усовершенствованы. Помимо Айбельсхаузена, Bosch разрабатывает и производит тепловые насосы в Авейру (Португалия), Траносе (Швеция) и Вернау (Германия). В Израиле Bosch участвует в совместном предприятии по выпуску реверсивных тепловых насосов с компанией Electra Industries.

Тепловые насосы – основная область роста для подразделения Bosch Home Comfort Group, ранее известного как Bosch Thermotechnology. В 2022 году подразделение увеличило продажи тепловых на 54%. По грубым прогнозам, к 2025 году европейский рынок вырастет на 20% по сравнению с сегодняшним объемом.

— Что касается Европейского союза, то в этой динамичной среде мы ожидаем исключительно высокий рост, и ставим перед собой цель расти значительно быстрее рынка. Наш новый завод в Польше поможет достижению этой цели вместе с уже существующими производственными площадками, — заявил генеральный директор Bosch Home Comfort Group Ян Брокманн.

Природные хладагенты

В конце апреля, накануне начала тройных переговоров — «триалога» — между Европейской комиссией, Европарламентом и Советом ЕС по вопросу пересмотра Регламента по Ф-газам, был опубликован доклад «Соблюдение современных требований Регламента по Ф-газам, программы REPowerEU и ограничений ПФАС при помощи тепловых насосов на природных хладагентах».

В докладе подчеркивается важность использования бытовыми тепловыми насосами, распространение которых предусмотрено программой отказа от ископаемого топлива REPowerEU, наиболее безопасных для природы и климата хладагентов, подходящих для парокомпрессионной технологии, а именно – природных хладагентов.

На самом деле, отмечается в докладе, более активное продвижение таких систем на рынок дает Европе шанс подтвердить мировое лидерство в области защиты климата и окружающей среды, избавив отрасль охлаждения и отопления от фторсодержащих хладагентов, среди которых – озоноразрушающие вещества, парниковые газы и опасные для здоровья поли- и перфторалкильные соединения (ПФАС). Опрошенные компании уже планируют увеличить производство, чтобы выполнить задачи REPowerEU, не попав при этом под возможные ограничения нового Регламента по Ф-газам и готовящегося запрета ПФАС.

В докладе подчеркивается высокая степень готовности различных производителей к использованию природных хладагентов в тепловых насосах «воздух-вода», особенно в моноблочных моделях. Наиболее популярен в качестве хладагента пропан (R290), однако некоторые компании продвигают и системы на CO₂ (R744). В докладе также рассматриваются исследования эффективности систем с малой заправкой и обновление стандартов безопасности, которые должны поспособствовать более широкому внедрению природных хладагентов и в тепловых насосах «воздух-воздух».

Помимо ужесточения норм Регламента по Ф-газам, в докладе рассматриваются перспективы использования фторсодержащих хладагентов с учетом готовящегося запрета ПФАС, и делается вывод: «ГФУ — это не вариант!»

Наиболее распространенные хладагенты для систем «воздух-вода» в Европе

Примечание: значения ПГП для чистых веществ взяты из 6-го Оценочного доклада МГЭИК

Доклад включает перечень моделей на пропане, представленных на недавней отраслевой выставке ISH 2023, а также содержит высказывания представителей индустрии о перспективах развития рынка тепловых насосов.

Завершает доклад анализ важности прямых выбросов в рассматриваемом подсекторе, которые, если не принять мер по их уменьшению, экспоненциально увеличатся в глобальном масштабе и будут препятствовать общемировым и региональным усилиям по сдерживанию глобального потепления и сохранению окружающей среды.

Пример комплексного решения на основе теплового насоса

На выставке EuroShop, проходившей в Дюссельдорфе, Германия, с 26 февраля по 2 марта 2023 года, немецкий производитель Viessmann Group представил уже известную комплексную систему тепло- и холодоснабжения на пропане и CO₂ (R290/R744) ESyCool green, дополненную фотоэлектрическими панелями и термоаккумулятором.

В основе системы ESyCool green, предназначенной для магазинов и обеспечивающей холодоснабжение, охлаждение и обогрев помещений, горячее водоснабжение и управление энергопотреблением, — тепловой насос Tecto EC Pro на R290 от компании Viessmann.

Добавление солнечных панелей и аккумулятора холода призвано повысить энергетическую независимость операторов магазина, сделав их максимально самодостаточными. Это подразумевает включенность в энергосеть, позволяющую магазину продавать сети произведенную электроэнергию. В качестве альтернативы избыток энергии может накапливаться термоаккумулятором для последующего использования.

По словам Джонни Микельсена, технического менеджера Viessmann, система ESyCool green в настоящее время не имеет аналогов на рынке.

Благодаря модульности система может масштабироваться для удовлетворения потребностей магазинов различной площади, пояснил производитель, добавив, что минимизировать энергопотребление магазина позволит применение различного дополнительного оборудования.

— Заказчики могут выбирать различные вариант в соответствии со своими требованиями, возможностями для размещения оборудования и географическим положением, — заявили в компании.

В центре системы — герметичный теплонасосный модуль Tecto EC Pro на пропане, способный обеспечить 24 кВт холодильной мощности и до 34 кВт тепловой мощности при температуре окружающего воздуха 25°C. Каждый блок содержит 2,4 кг пропана, и, по заявлению производителя, требует на 90% меньше хладагента по сравнению с традиционными системами.

Тепловой насос устанавливается снаружи здания и подключается к контуру вторичного теплоносителя, обслуживающему среднетемпературные холодильные шкафы и камеры. Вторичный контур также соединен с субкритической холодильной установкой на CO₂, удовлетворяющей потребность магазина в низкотемпературном холоде.

Тепло, отводимое от установки на CO₂, используется для отопления помещения посредством потолочных кассетных блоков, а также для производства горячей воды. Тепловой насос системы способен обеспечить дополнительный нагрев при необходимости.

Для охлаждения помещения понадобится дополнительный модуль теплового насоса.

В 2022 году система ESyCool green, включающая пропановый тепловой насос, ледяной термоаккумулятор и фотоэлектрические панели, была смонтирована и введена в эксплуатацию на одной из заправочных станций Circle K в Дании.

По словам Микельсена, несмотря на то, что показатели производительности и энергосбережения установки пока не определены, Circle K уже приобрела еще две системы. Интерес к ним проявляется и на международном уровне, в частности, в Канаде.

ESyCool green подходит как для новых магазинов, так и для переоборудования уже существующих, она разработана, чтобы помочь владельцам обеспечить более полный контроль над энергопотреблением, уменьшить их расходы и сократить углеродные выбросы. Кроме того, магазины получают достоверную и детальную информацию об энергопотреблении и выбросах, помогая выявлять возможности для еще большего уменьшения воздействия на окружающую среду.

Производитель заявляет, что по сравнению с новейшими комплексными системами на CO₂ (R744) ESyCool может повысить энергоэффективность небольших магазинов на величину до 20%. Дополнительное энергосбережение достигается при использовании фирменных холодильных шкафов и камер Viessmann, добавляют в компании.

По заверениям Микельсена, с учетом экономии энергии срок окупаемости ESyCool должен составить 6–7 лет.

Дополнительные материалы:

• Доклад МЭА о тепловых насосах (англ. яз)
• Всемирный доклад о состоянии фонда зданий за 2022 год (pdf)
• Delivering Today on EU F-gas, REPowerEU and PFAS Restriction with Natural Refrigerant Heat Pumps / «Соблюдение современных требований Регламента по Ф-газам, программы REPowerEU и ограничений ПФАС при помощи тепловых насосов на природных хладагентах» (pdf, англ. яз)

Источник статьи – сайт Проекта Арктического совета по выводу озоноразрушающих веществ и фторсодержащих газов в рыбохозяйственном секторе Мурманской области: Бум тепловых насосов и перспективы использования природных хладагентов