Бум тепловых насосов и перспективы использования природных хладагентов

«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.

Тепловые насосы «воздух-вода» в Европе, и компании, выпускающие тепловые насосы на природных хладагентах

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.