Исследование эффективности использования геотермальной теплонасосной установки в климатических условиях российских регионов

Abstract

В настоящее время сложилось мнение, что отопление с использованием тепловых насосов эффективно только в регионах с теплым климатом. В работе произведена оценка показателей работы теплонасосных установок (ТНУ) для шести типичных российских регионов с ГСОП от 2526 до 10360. Так как затраты энергии в теплонасосном цикле зависят от разности температур холодного и горячего теплоносителя, для расчета использовалась фактическая среднесуточная температура наружного воздуха за 2014‒2023 г. Предложена методика термодинамического расчета теплонасосного цикла и определения энергопотребления при различной температуре наружного воздуха в моновалентном и бивалентном режимах. Для оценки эффективности использовались три показателя: среднегодовые затраты энергии в фактических климатических условиях; стоимость жизненного цикла проекта, включающее сумму затрат на сооружение ТНУ с грунтовым теплообменником и затраты электроэнергии за время эксплуатации; затраты первичного топлива, которые предложено рассчитывать с использованием показателей работы энергосистем регионов. Сделан вывод, что ТНУ могут использоваться для отопления при любом климате, так как их эффективность зависит не от температуры наружного воздуха, а от принятого температурного графика системы отопления. В более холодных регионах эффективность тепловых насосов несколько ниже не из-за более низких температур, а из-за того, что большая доля дней отопительного сезона приходится на температуры, близкие к минимальным для этого региона. Во всех регионах, с учетом стоимости в них энергоносителей, затраты на электроэнергию при отоплении ТНУ ниже, чем стоимость тепловой энергии централизованного теплоснабжения, но почти в два раза больше по сравнению с газовым или твердотопливным отоплением. При сравнении затрат при использовании 79 фреонов наиболее энергоэффективными во всех регионах оказались одинаковые соединения, что подтверждает независимость параметров работы ТНУ от климатических условий.