energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2019-12-1-45-49energsecurity-620Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSЦелесообразность замены водяного отопления на воздушное с использованием тепловых насосовExpediency of substitution of water heating with air heating involving use of heat pumpsМартыновА. В.MartynovA. V.КутькоН. Е.KutkoN. E.

кафедра ПТС

Department IHES

KutkoNY@mpei.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University Moscow Power Engineering Institute (NRU MPEI)Russian Federation2019100420191214549Copyright © Мартынов А.В., Кутько Н.Е., 20192019Мартынов А.В., Кутько Н.Е.Martynov A.V., Kutko N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/620

Рассмотрена целесообразность замены водяного отопления и перехода на воздушное отопление, которое может осуществляться с использованием тепловых насосов (ТН) типа «воздух-воздух». Отсутствие водяных трубопроводов повышает надежность систем отопления. Кроме повышенной надежности, теплонасосные системы обеспечивают комфортные условия потребителям в межсезонные периоды, когда централизованное водяное отопление отключается.

В ТН типа «воздух-воздух» в качестве низкопотенциального источника тепла (НПИТ) используется воздух окружающей среды. При низких температурах воздуха коэффициент трансформации μ составляет около 2-х, при повышении температуры воздуха μ возрастает до 3÷4, что обеспечивает высокую экономичность систем отопления на базе тепловых насосов. Отопительный сезон, как правило, можно разбить на два периода. Один период характеризуется наиболее высокими температурами воздуха окружающей среды (–5÷8°С). Этот период весьма продолжительный и при теплых зимах может составлять около 4000 часов за отопительный период и более. В этот период тепловой насос работает эффективно при коэффициенте трансформации более 4. Другой период, когда температура окружающей среды опускается ниже –10÷ –20°С, длится, как правило, небольшое количество часов, которое от общего количества часов отопительного периода составляет около 15÷18%. В этот период эффективность теплового насоса уменьшается до μ=1,9÷2. Однако и при такой эффективности тепловой насос выдает в 2 раза больше тепла, чем потребляет электроэнергии.

Таким образом, в регионах с длительным периодом стояния температур –5÷8°С в отопительный сезон воздушное отопление на базе ТН может быть предпочтительнее водяного отопления.

Expediency is considered of substitution of water heating and transition to air heating that can be implemented with “air-air” type heat pumps (HP). The absence of water pipelines raises the reliability of heating systems. In addition to improved reliability, heat pumping systems ensure comfortable conditions for consumers at intervals between the heating seasons, when the central water heating is disabled.

The “air-air” type HP use the ambient air as a low-grade heat source (LGHS). At low air temperatures, transformation ratio μ is about 2 and would rise to 3÷4 at higher air temperatures, which ensures high cost-efficiency of heating systems based on heat pumps. The heating season can generally be divided into two periods. One of the periods is characterized by the highest ambient air temperatures (–5÷8°С). This period is rather long and, in warmer winters, can last for about 4000 hours per heating season, or longer. This is the period, when the heat pump operates efficiently at a transformation ratio above 4.

The other period, when the ambient temperature falls below –10÷ –20°С, generally lasts for a small number of hours, which makes about 15÷18% of the total duration of the heating season. At this period, the efficiency of the heat pump would decrease to μ =1.9÷2. Yet, even with such an efficiency, a heat pump delivers twice as much heat as the electric power it consumes.

Therefore, in regions with a long period of temperatures within the range of –5÷8°С during a heating season, air heating based on HP can be advantageous compared to water heating.

Воздушное отоплениетепловой насоскоэффициент трансформациинадежностькомфортностькондиционированиеAir heatingheat pumptransformation ratioreliabilitycomfortair conditioningReferencesСоколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. Издательство МЭИ. Москва 2001;: 472.Sokolov Ye. Ya. Cogeneration and heat supply systems. MPEI Publishing House. Moscow 2001;: 472.Энергосбережение в учреждениях РАН: Сборник научнопрактических и научно методических материалов./ Под общ. ред. акад. Фортова В. Е. – М., "Амипресс" 2001.Power-saving in the RAS institutions: Collection of practical science and methodological materials./ Under general editorship of Acad. Fortov V. Ye. – M., "Amipress" 2001. (In Russ.)Малкин В. А. Тепловые насосы большой мощности на юге России. Энергосовет 2016;: 2(44): 67–71.Malkin V. A. High capacity heat pumps in the south of Russia. Energosovet. 2016;: 2(44): 67–71. (In Russ.)Федосеев В. Н., Зайцева И. А., Андреева О. Р., Острякова Ю. Е., Целовальникова Н. В. Оценка энергоэффективности работы воздушного теплового насоса на фреоне. Международный научноисследовательский журнал 2016; 11–4 (53): 130–135.Fedoseyev V. N., Zaytseva I. A., Andreyeva O. R., Ostryakova Yu. Ye., Tselovalnikova N. V. Assessment of energy effi ciency of freon-based air heat pump. International Research Journal. 2016; 11–4 (53): 130–135. (In Russ.)Петраков Г. Н., Строгней В. Н., Мартынов А. В. «Применение тепловых насосов в теплоснабжении», Воронеж: ГОУ ВПО «Воронежский гос.техн. университет» 2007;: 259.Petrakov G. N., Strogney V. N., Martynov A. V. Application of heat pumps in heat supply. Voronezh: GOU VPO Voronezh State Technical University. 2007;: 259. (In Russ.)Огуречников Л. А. Энергетическая и экономическая эффективность теплонасосного воздушного отопления. Холодильная техника 2015; 11: 43–47.Ogurechnikov L. A. Energy and cost effi ciency of heat pump air heating. Kholodilnaya Tekhnika. 2015; 11: 43–47. (In Russ.)Гашо Е. Г., Козлов С. А., Пузаков В. С. Тепловые насосы в современной промышленности и коммунальной инфраструктуре Москва 2017;: 203.Gasho Ye. G., Kozlov S. A., Puzakov V. S. Heat pumps in modern industry and utility infrastructure. Moscow, 2017;: 203. (In Russ.)Воздушные тепловые насосы: Издательский центр «АкваТерм»; Москва 2012;: 110.Air heat pumps: Aqua-Therm Publishing House; Moscow, 2012;: 110.Петросян А. П. Применение воздушных тепловых насосов для отопления зданий. Энергосбережение 2015; (4): 54–61.Petrosyan A. P. Application of air heat pumps for heating supply of buildings. Energosberezheniye. 2015; (4): 54–61. (In Russ.)Гусева Е. Я., Королева Н. А. Энергоэффективность в системах кондиционирования воздуха с применением испарительного охлаждения, С.О.К. 2018; (8): 74–77.Guseva Ye. Ya., Korolyova N. A. Energy effi ciency in air conditioning systems involving use of evaporative cooling, C.O.K. 2018; (8): 74–77. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.