Отопление офиса тепловым насосом «воздух-вода» Viessmann Vitocal 100-S

Тема тепловых насосов в России окружена мифами — Интернет пестрит статьями и видео о том, что их использование невыгодно, что модели «воздух-вода» и «воздух-воздух» вообще неэффективны в средних широтах. Действительно, вопрос применения тепловых насосов сложный, требующий учёта многих факторов и «подводных камней». И потому так ценен практический опыт людей, способных объективно рассчитать расходы на эксплуатацию теплового насоса и сроки окупаемости. В данной статье мы рассмотрим опыт Инженерного Центра «Термоконсалт», специалисты которого провели эксперимент по отоплению здания тепловым насосом в собственном офисе.

Инженерный Центр «Термоконсалт»

Исходные данные

Объект — двухэтажное офисное здание, расположенное в Московской области, в деревне Федюково Подольского городского округа. Отапливаемая площадь строения составляет 300 м2. Здание возведено из блоков «Теплостен», которые обеспечивают его качественное утепление (с учётом площади остекления максимальные теплопотери составляют 12–14 кВт).

Основная проблема теплоснабжения здания — отсутствие дешёвого топлива для котлов. Газ не подведён, а стоимость газификации, по оценкам владельцев, превысила бы 1,5 млн рублей. В таких условиях первоначально было решено отапливать офис при помощи дизеля — для этих целей установили жидкотопливный котёл Kiturami Turbo‑30. Однако по итогам отопительного сезона 2017/2018 гг. стало ясно, что затраты на топливо велики. Пришлось искать более экономичную альтернативу жидкотопливному котлу. Как раз в этот момент, в 2018 году, компания Viessmann вывела на российский рынок свой новый тепловой насос «возду-х­вода» Vitocal 100‑S. На нём и остановили свой выбор владельцы здания, и тепловой насос стал первой моделью этой линейки, установленной в России.

Объект – офисное здание – располагается всего в 50 м от ближайшей газовой магистрали, но подключение к ней невозможно. А доступная магистраль – значительно дальше, и потому стоимость газификации здания оказалась очень высока. В таких ситуациях приходится искать другие способы отапливать здание, не прибегая к газовым котлам

Теплогенераторы

После модернизации системы отопления в офисе стало четыре теплогенератора, основной — тепловой насос Vitocal 100‑S. Поскольку для модели «воздух­-вода» рабочей средой, откуда насос черпает тепловую энергию, является воздух, то по принципу работы он схож со сплит­-системами. То есть состоит из двух отдельных блоков, соединённых трубками, по которым циркулирует хладагент. Наружный блок внешне мало чем отличается от такового у сплит-системы, в его корпусе находятся самые шумные части — вентилятор и компрессор с теплообменником. Внутренний же блок Vitocal 100‑S более похож на котёл и даже по дизайну соответствует линейке настенных котлов Viessmann. В теплообменнике внутреннего блока происходит нагрев теплоносителя, который далее поступает в контуры системы отопления. У теплового насоса высокие показатели энергоэффективности, не в последнюю очередь благодаря инверторному компрессору наружного блока.

Преимущество Vitocal 100‑S — наличие встроенного многофункционального контроллера, который фактически берёт на себя управление системой отопления. Потенциально он способен регулировать контур ГВС, вентиляции, несколько контуров отопления, поддерживает погодозависимое управление, программирование режимов работы системы. Контролирует другие теплогенераторы с тем, чтобы обеспечить заданные параметры температуры и сделать это с минимальными затратами (например, в домах с двух­ и трёхтарифными приборами учёта электроэнергии контроллер может более интенсивно работать в ночное время, запасая тепло в буферной ёмкости, чтобы днём, когда электроэнергия дороже, тратить её меньше). Предусмотрены возможности удалённого управления по сети Интернет и масса других полезных функций. Не всё из перечисленного пригодилось при реализации отопления на рассматриваемом объекте, но многое специалисты компании успешно используют в повседневной работе системы отопления.

Наружные блоки всех трёх тепловых насосов, отапливающих офис. Слева – тепловой насос «воздух-вода» Viessmann Vitocal 100-S, справа – два тепловых насоса «воздух-воздух» C&H

У Vitocal 100‑S довольно обширный модельный ряд, включающий тепловые насосы не только разной мощности, но и с разным набором функций. Например, есть «реверсивные» модели, которые способны поставлять в систему отопления холод. Или со встроенными электронагревательными вставками для догрева теплоносителя в период экстремальных для теплового насоса холодов (чтобы компенсировать нехватку тепла). Но в офисе «Термоконсалт» установлен тепловой насос в базовом исполнении — AWB­М 101.А12 теплопроизводительностью 12 кВт, без электронагревательной вставки и без функций охлаждения. В ТЭНе не было необходимости, поскольку в офисе уже был подходящий резервный источник тепла — котёл на жидком топливе, а функции охлаждения помещений приняли на себя другие агрегаты — два установленных в дополнение к Vitocal 100‑S тепловых насоса типа «воздух­-воздух» марки С&H. Выполненные в виде сплит-­систем, они передают полученное из уличного воздуха тепло не воде в системе отопления, а непосредственно воздуху в помещении. От обычных кондиционеров они отличаются тем, что специально адаптированы для работы на нагрев и потому рассчитаны на эксплуатацию при низких температурах снаружи здания. Впрочем, как и кондиционеры, эти тепловые насосы могут и охлаждать, так что в летние месяцы поддерживают комфортную прохладу в офисе. Внутренние блоки тепловых насосов размещены на разных этажах — один (тепловой мощностью до 5,2 кВт) расположен внизу, в торговом зале, другой (на 7 кВт) смонтирован наверху. Дизельный котёл Kiturami Turbo‑30, отапливавший здание ранее, тоже остался в офисе, но уже в качестве резервного котла на случай нехватки тепла в особо сильные морозы.

Наружный блок Vitocal 100-S установили на высоких опорах, чтобы обеспечить достаточно места под ним для скапливающегося при оттаивании льда

Система отопления

Vitocal 100‑S снабжает теплом два контура отопления, подключённых через насосные группы. Один контур — радиаторный, не требующий подмеса остывшего теплоносителя. Второй — со смешиванием, питающий часть радиаторов, а также систему тёплого пола небольшой площади. В целом систему отопления офиса можно назвать низкотемпературной — расчётные температуры контуров отопления 50/35 оС. Нагрева воды для системы ГВС за счёт системы отопления в здании нет — с этой функцией справляется электрический водонагреватель ввиду небольшого потребления.

В системе отопления предусмотрена также компактная буферная ёмкость Vitocell 100. Она установлена на стене рядом с Vitocal 100‑S, в корпусе, похожем на сам тепловой насос (за исключением того, что у ёмкости, конечно, нет контроллера). Основная задача Vitocell 100 в данном случае — обеспечить минимальный запас тепла для режимов периодического оттаивания теплообменника наружного блока.

Управляет системой отопления встроенный контроллер теплового насоса Vitocal 100‑S — Vitotronic 200. В офисе реализовано погодозависимое регулирование температуры подачи (в соответствии с теплопотерями здания). В любой момент на дисплее контроллера можно увидеть и температуру теплоносителя в системе, и показания датчика уличной температуры, размещённого снаружи здания.

Автоматика насоса контролирует также жидкотопливный котёл и подключает его в бивалентном режиме, когда температура воздуха на улице падает ниже –17 оС.

Внутренний блок теплового насоса Viessmann Vitocal 100-S смонтирован прямо в торговом зале. Справа – буферная ёмкость, хранящая запас нагретого теплоносителя на случай оттаивания наружного блока. Слева – щиток с приборами учёта электроэнергии, установленный специально для эксперимента

Эксперимент и его итоги

Одно из направлений деятельности Инженерного Центра «Термоконсалт» — подбор оборудования, проектирование и обслуживание систем отопления, поэтому специалисты компании подошли к установке теплового насоса не только как к решению проблемы теплоснабжения собственного офиса, но и как к эксперименту. На протяжении всего отопительного сезона инженеры наблюдали за работой теплового насоса, фиксировали и решали проблемы, возникавшие в ходе эксплуатации, снимали и публиковали видео.

Vitocal 100‑S разместили на стене прямо в торговом зале «Термоконсалт» — чтобы клиенты могли ознакомиться с его работой. Наружный блок Vitocal 100‑S установлен вне здания, на специально смонтированной для него конструкции из стального профиля. Высота блока над землёй обусловлена особенностями его работы в сильные морозы. Дело в том, что при низких температурах воздуха влага в наружном блоке замерзает и образует ледяную корку. Чтобы наледь не парализовала работу теплового насоса, он периодически переключается в особый режим оттаивания — перестаёт работать на нагрев и кратковременно подаёт тепло в наружный теплообменник. Лёд тает, вода стекает вниз на землю и там снова замерзает. В результате льда может накапливаться много, и, чтобы это не стало проблемой для наружного блока, его подняли над землёй. Он закреплён при помощи виброопор, которые гасят вибрацию, характерную для такого оборудования. Вибрацию могут передавать и фреонопроводы, ведущие внутрь здания, так что их уложили с использованием демпфирующих петель. Над наружным блоком смонтировали козырёк для защиты техники от осадков.

Согласно концепции Viessmann, тепловой насос в доме – основной источник тепла и потому должен управлять всей системой отопления и вспомогательными теплогенераторами. Контроллер Vitotronic 200, которым оснащён Vitocal 100-S, всё это умеет, а ещё поддерживает погодозависимое управление, дистанционный контроль по сети Интернет, диспетчеризацию и ещё множество функций

В ходе эксперимента возникла проблема сильного обмерзания наружного блока Vitocal 100‑S при низких уличных температурах. Впоследствии выяснилось, что перед запуском тепловой насос недостаточно заправили хладагентом, и именно нехватка рабочей жидкости — причина образования наледи. После дозаправки проблема больше не возникала.

Для определения энергопотребления тепловых насосов в начале отопительного сезона в торговом зале смонтировали щиток с приборами учёта электроэнергии, через которые и были запитаны Viessmann Vitocal 100‑S и оба C&H. Таким образом, удалось получить «чистые» данные расхода энергии без поправок на питание освещения, оргтехники и других потребителей в офисе. Причём приборы показывали не только «набежавшие» киловатты за весь срок эксплуатации, но и текущее энергопотребление оборудования в момент наблюдения.

Эксперимент стартовал 1 ноября, а итоги подвели в начале марта. За этот период резервный источник тепла — жидкотопливный котёл — работал только в самую холодную семидневку и за весь отопительный период использовал около 160 л дизельного топлива. Остальное время тепловые насосы обеспечивали комфортную температуру воздуха в офисе самостоятельно. Автоматика Vitocal 100‑S позволила также высчитать коэффициент JAZ за этот период. В отличие от коэффициента COP, определяющего отношение произведённого тепла на 1 кВт потреблённой электроэнергии в конкретный момент времени и при заданных условиях, JAZ характеризует среднюю энергоэффективность оборудования за весь год. Для теплового насоса фактически это соотношение всей потреблённой и выработанной энергии. В случае Vitocal 100‑S, работавшего в офисе «Термоконсалт», коэффициент JAZ составил 2,4 (то есть на 1 кВт затраченной электроэнергии в систему отопления было передано 2,4 кВт тепла) только за отопительный сезон, и это без учёта более благоприятных для теплового насоса тёплых месяцев межсезонья и лета.

Окупаемость

Срок окупаемости тепловых насосов — один из самых острых вопросов, вызывающих бурные дискуссии среди и пользователей, и профессионалов. И в случае моделей геотермальных («рассол­вода» и «вода­вода») в расчётах фигурируют немалые цифры расходов на монтаж, обустройство скважин и земляных контуров. С тепловыми насосами «воздух­вода» гораздо проще: ни копать, ни бурить землю для них не нужно, а значит, монтаж обходится дешевле. Но, в свою очередь, когда заходит речь о таких моделях, пользователей начинает беспокоить другое — а хватит ли производительности такого теплового насоса зимой, ведь известно, что при низких температурах энергоэффективность «воздушных» тепловых насосов падает. Специалисты «Термоконсалт» провели расчёты и замеры, и вот что получилось.

Контроллер Vitotronic 200, среди прочего, рассчитывает и коэффициент энергоэффективности теплового насоса JAZ. За период отопительного сезона для Vitocal 100-S, установленного в офисе ИЦ «Термоконсалт», этот коэффициент составил 2,4

Поскольку сначала здание отапливал дизельный котёл, определить затраты на теплоснабжение при его использовании было несложно. За отопительный сезон 2017/2018 гг. израсходовали около 6500 л дизельного топлива, что по ценам того времени (39 руб./л) обошлось примерно в 253 000 рублей.

За сезон 2018/2019 гг. на электропитание тепловых насосов ушло 12 295 кВт*ч. При стоимости 6,2 руб. за 1 кВт*ч (а тарифы для офисных зданий почти вдвое выше, чем для частных домов) затраты на электроэнергию составили 76 300 руб. Жидкотопливный котёл за этот отопительный сезон проработал недолго и израсходовал всего 160 л дизельного топлива, что при стоимости 40 руб./л (в 2019 году) обошлось в 8000 руб. Итого за топливо и электроэнергию пришлось заплатить 84 300 руб.

Если сопоставить эксплуатационные расходы двух сезонов, то нетрудно убедиться, что использование тепловых насосов как основного источника тепла и жидкотопливного котла «на подхвате» выгоднее примерно на 160 000 руб. при очень высокой стоимости электроэнергии.

А что же окупаемость стартовых затрат? Ведь расходы на электроэнергию это одно, а стоимость самого оборудования — другое. Здесь тоже можно посчитать. Vitocal 100‑S тип A12 мощностью 12 кВт обошёлся компании примерно в 420 000 руб. Это самый дорогой тепловой насос из трёх установленных, но и самый производительный, а кроме того, в комплект входит высокотехнологичный контроллер, который отдельно обошёлся бы недёшево. Затраты на покупку двух тепловых насосов «воздух­воздух» составили 60 000 и 80 000 руб. Монтаж оборудования был выполнен сотрудниками компании, так что его стоимость можно не учитывать (заметим, что на рынке монтаж тепловых насосов «воздух-­воздух» и «воздух-­вода» обходится заказчику недорого, всего в 10 000–15 000 руб.).

Итого общие стартовые затраты составили 560 000 руб. При экономии 160 000 руб. за каждый отопительный сезон тепловые насосы должны окупиться за 3,5 года эксплуатации.

Стоит также отметить, что в отличие от дизельного либо газового котла регламентное обслуживание теплового насоса обойдётся в несколько раз дешевле.

Станислав Митюшин, генеральный директор Инженерного Центра «Термоконсалт»

Как давно вы работаете с оборудованием Viessmann? Какие преимущества сотрудничества с этой компанией могли бы отметить?

Вопрос заставил задуматься. С одной стороны, 15 лет — не так уж много, а с другой — практически вечность. И в течение этих лет мы — пользователи, инженеры, специалисты, производитель — не только общаемся, но фактически дополняем друг друга, набираемся опыта, обучаемся. Это, кстати, один из важных положительных моментов работы компании Viessmann — подобное взаимодействие, открытость, желание развиваться. Выражаясь современными терминами, Viessmann уже не только производитель, а нечто большее — эко­среда, круг общения «производитель­специалист­пользователь». И всё это опирается, конечно, на современное надёжное и технологичное оборудование, немецкие технологии, безупречную поддержку.

Какое оборудование Viessmann пользуется наибольшей популярностью у ваших клиентов?

Мы работаем с различными заказчиками, устанавливаем оборудование в многоквартирных и частных домах, в том числе таун-хаусах, и различных промышленных и офисно­-складских помещениях. Для каждого здания, каждой конкретной ситуации есть наиболее подходящее инженерное решение, и задача специалистов — правильно применить ту или иную модель. В большинстве случаев в модельном ряду Viessmann можно найти оптимальный вариант. Конечно, если говорить о количестве, то наибольшим спросом пользуются настенные газовые котлы, причём вследствие повышения стоимости газа в последнее время растут и продажи конденсационных моделей. Для промышленных и офисных зданий сегодня наиболее востребованы многокотловые каскадные установки с настенными конденсационными котлами большой мощности — ввиду небольшого веса и малых габаритов, а также существенной экономии газа они приходят на смену громоздким и устаревшим напольным котлам. Всё чаще заказчики хотят получить современное и комфортное управление своими приборами, в том числе через Интернет, удалённо.

Чем вас так привлёк Vitocal 100‑S? Что отличает эту модель от аналогов других производителей, в чём её особые преимущества?

На протяжении более чем 10 лет слежу за развитием тепловых насосов на европейских рынках, за различными технологическими решениями, появлением новинок, динамикой их стоимости. В маркетинге есть правило 5P: people-­product­-price-­promotion­-place — потребитель­-продукт-­цена-­продвижение-­место. Сочетание этих факторов обеспечивает успех тому или иному продукту на рынке. Учитывая возрастающее в стране стремление к экономии затрат на отопление, появление именно такого продукта для нашего рынка абсолютно обоснованно. Стоит признать — в России подобные устройства присутствуют давно, но уровень их цен практически в два раза выше, нежели стоимость данной модели. Именно стоимость тепловых насосов и являлась сдерживающим фактором развития. Появление же недорогого Viessmann Vitocal 100‑S фактически предопределило дальнейшее активное развитие в стране данного сегмента оборудования. Потому что для его работы не требуется газификация здания, стоимость которой, кстати, так высока, что подчас превышает стоимость теплового насоса. Кроме того, для установки теплового насоса «воздух-­вода» не нужны сложные и дорогостоящие земляные работы, а получаемое тепло обходится потребителю значительно дешевле, чем тепло от иных видов топлива, и фактически приближается к затратам на газ. На мой взгляд, это очень удачная модель. И наш эксперимент, а, поверьте, мы провели самые строгие и жёсткие тесты (инженерам ведь наиболее интересна именно экстремальная эксплуатация), показал, что прибор реально работает, соответствует нашим запросам, обеспечивает отопление.

В вашем офисе реализована система управления Vitoconnect. Что она позволяет делать и как вы используете её возможности?

Стоит отметить, что фактически мы уже становимся испытательным полигоном «Виссманн». Это, кстати, очень интересно мне как инженеру. Ну а серьёзно — это одно из новых устройств, шлюз, который даст пользователю возможность удалённого управления. Причём его можно будет использовать и с большинством ранее выпущенных моделей — котлов или тепловых насосов. А сервисным организациям Vitoconnect обеспечит возможность контроля наличия ошибок, более глубокую настройку и диагностику.

Помимо вашего собственного офиса, вы устанавливали тепловые насосы ещё на нескольких объектах у клиентов. Насколько перспективно это направление отопительного оборудования в ближайшем будущем?

У нас есть примеры установок, причём одна из них тоже работает в жёстких рамках эксперимента, но сегодня пока рано говорить о нём подробно. На всех наших объектах, где эксплуатируются тепловые насосы, мы продолжаем наблюдения и сбор статистики. В этом и заключается одно из преимуществ нашего Инженерного Центра: мы не только продаём и устанавливаем оборудование, мы также и сами его используем в своём собственном офисе. Если обобщить весь наш опыт, то тепловые насосы полностью оправдали ожидания и клиентов, и наши собственные. Более того, уже есть несколько заказчиков, которые переходят именно на тепловые насосы, отказываясь от сжиженного газа.

Распространено мнение, что тепловые насосы «воздух­-воздух» и «воздух-­вода» нерационально использовать в широтах с отрицательными температурами в зимнее время. Ваш личный опыт говорит об обратном. Какие нюансы стоит учитывать покупателям, выбравшим тепловые насосы такого типа для отопления, чтобы использовать их с наибольшей выгодой и не остаться без тепла в экстремальные морозы?

Попробую без технических терминов ответить на столь обширный вопрос, хотя любой конкретный случай специалистам надо рассматривать отдельно, учитывая все детали и особенности. Для периодов самой холодной пятидневки (а теплопотери рассчитывают именно для этих пяти дней из семи месяцев отопительного сезона) при использовании тепловых насосов «воздух­вода» следует предусматривать либо встроенные электронагреватели, либо дополнительный источник тепла, например электро­ или жидкотопливный котёл. Расходы на прямой электронагрев или дизельное топливо за эту пятидневку на фоне семи месяцев отопительного сезона несущественны. Модели «воздух­-воздух» (сплит­-системы), как правило, успешно работают при температурах –25/–30 оС, модели «воздух-­вода» обычно расcчитаны на работу от –20/–25 оС. При строительстве дома следует очень серьёзно подойти к вопросам утепления, определить тип и температурные режимы системы отопления. Существует стойкое заблуждение, что низкотемпературное отопление — исключительно тёплые полы. Это не так: даже радиаторное отопление может быть рассчитано для работы в температурном режиме 50/30. Общим для всех тепловых насосов, использующих скрытую в морозном воздухе теплоту, является комплекс мер по борьбе с конденсатом, возникающим под наружным блоком, и образованием наледи. Это и гидроизоляция, и соблюдение минимальной высоты размещения наружного блока над грунтом (не менее 600 мм). Поскольку компрессор создаёт в процессе работы вибрационные колебания, необходимо использовать поглощающие вибрацию опоры и крепления трубопроводов. В целом каких­-либо серьёзных требований больше не существует, а установка подобных моделей в большей степени напоминает монтаж кондиционера. Ну и конечно, каждый имеет возможность в любое время приехать к нам в офис и понаблюдать за работой прибора, пощупать, потрогать, убедиться в его работоспособности. Это уже не волшебство, а сплав технологий и знаний, которые сегодня каждый может приобрести и использовать.

В настоящее время с тепловыми насосами связано много мифов. Можете опровергнуть какие-­либо из них?

Миф первый: тепловой насос — новинка техники с неизвестным сроком службы. Это заблуждение — тепловой насос уже давно и повсеместно присутствует в жизни каждого из нас. Холодильник на кухне, кулер для воды в офисе и кондиционер — тоже тепловые насосы. Понимание такого положения вещей снимает множество сопутствующих вопросов. Теперь что касается обслуживания. Холодильник на кухне требует особой заботы?

Миф второй: из морозного воздуха нельзя получить тепло, потому что откуда ему там взяться зимой? Ответ на подобный вопрос, если не вдаваться в глубокие физические обоснования, очень прост — если на улице не –273 оС, значит, воздух тёплый. Конечно, модели тепловых насосов «воздух­-воздух» или «воздух­-вода», которые обеспечивают отопление в морозы –20 или –25 оС, специально рассчитаны для таких режимов и технически отличаются от широко применяемых кондиционеров, обеспечивающих только прохладу летом.

Миф третий: тепловой насос — это дорого и неэффективно. Пожалуй, именно наш эксперимент доказал обратное. Для начала — стоимость подключения газоснабжения превышает стоимость теплового насоса «воздух­-вода». Убедительно? Не нужно никаких земляных работ на участке, бурения скважин — фактически «закапывания» денег. При эксплуатации оборудования за его обслуживание вы ничего не платите. Заметим, стоимость тепловой энергии, получаемой при использовании магистрального газа, в пересчёте на 1 кВт составляет в среднем 70 коп., при этом есть обязательные сопутствующие платежи за обслуживание и поверки оборудования, что в итоге составит 1,1–1,3 руб. При использовании теплового насоса (при тарифе на электроэнергию 3,83 руб.) — 1,59 руб. Вполне сопоставимо. Иные распространённые виды топлива — дизель и сжиженный газ обойдутся в несколько раз дороже — примерно 4,5–5,5 руб. за 1 кВт тепловой энергии.

И напоследок добавлю, что вне зависимости от типов теплогенераторов (котёл, печь, тепловой насос) и отопительных приборов главным остаётся вопрос качественного утепления вашего дома. Наш эксперимент показал, что возможно построить здание из недорогих материалов с высокими энергосберегающими показателями. Именно качественная тепло­изоляция дома позволит существенно снизить затраты на отопление, при этом не имеет принципиального значения, отапливаете вы дом радиаторами или тёплыми полами, печью, котлом или тепловыми насосами.

Редакция благодарит директора по развитию Инженерного Центра «Термоконсалт» Олега Попова
и генерального директора Станислава Митюшина за предоставленный материал.

Сайт компании: www.thermoconsult.ru

Сайт компании «Виссманн»: www.viessmann.ru

Октябрь 2019 г.

Объект опубликован в объединённом выпуске «Лето 2019»
журналов «Инструменты» + «Всё для стройки и ремонта» + «GardenTools»
серии «Потребитель».

Архив всех выпусков в pdf-формате смотрите здесь.