Выбор рациональных источников тепла для доступного жилья

В. Ф. Гершкович, канд. техн. наук, лауреат премии НП «АВОК», «Энергоминимум», Киев

Больше всего приходится платить за тепловую энергию. Поэтому главной проблемой теплоснабжения доступного жилья будет выбор рационального источника тепла.

В регионах, где единственным источником тепловой энергии является природный газ, расходы на теплоснабжение уже в ближайшее время будут непомерно высокими, независимо от того, будет ли он сжигаться в топках котлов крупных районных котельных или в горелках квартирных теплогенераторов. Постоянный рост цен на природный газ изначально и объективно предопределен ограниченностью его запасов в недрах Земли и ориентироваться на использование этого вида топлива в долговременной перспективе однозначно не следовало бы.

Там, где системы централизованного теплоснабжения переориентированы или намерены переориентироваться на сжигание угля, а также местных видов топлива, включая древесные отходы городских парков, пригородных лесов и полезащитных лесных полос, бытовой мусор и другие отходы, новые жилые дома рационально подключать к этим сис-темам.

Если централизованные системы теплоснабжения уже разрушены, целесообразно рассмотреть возможность использования для теплоснабжения новых жилых домов тепловых насосов.

Казалось бы, применение такого относительно дорогого оборудования, каким является тепловой насос и все связанные с ним вспомогательные устройства, было бы более уместно в домах элитного класса. Но, оказалось, что в относительно недорогих домах городского типа тепловые насосы могут применяться более эффективно.

Во-первых, дома для доступного жилья не будут слишком высокими, потому что самый простой способ уменьшить стоимость современных зданий связан с уменьшением их этажности. А это означает, что вертикальные грунтовые теплообменники для тепловых насосов глубиной до 100 м впишутся в земельные участки, отведенные для строительства невысоких строений.

Во-вторых, удельные тепловые потери домов для доступного жилья, отнесенные к одному квадратному метру общей площади, будут меньше, чем в домах элитного класса, из-за относительно невысоких потолков и стандартного остекления. В зданиях для небогатых людей не будет ни витражей от пола до потолка, ни остекленных пентхаусов.

Наконец, в плотно заселенных жилых домах можно ожидать более высокого уровня бытовых тепловыделений, что позволит сократить выработку тепловой энергии тепловыми насосами.

Рассмотрим утепленный по современным нормам жилой дом с системой отопления, удельная тепловая мощность которой составляет 50 Вт/м², а потребление тепловой энергии равно 100 кВт•ч/м²•год (или 86 000 ккал/м²•год). Удельную, отнесенную к одному киловатту тепловой мощности, стоимость устройств, обеспечивающих отопление дома при помощи теплового насоса, отнимающего тепло от вертикальных грунтовых теплообменников, приближенно оценивают величиной 1 долл. США/кВт, а это означает, что удорожание строительства, связанное с применением тепловых насосов, составит около 50 долл. США/м². Даже если удастся уменьшить стоимость одного квадратного метра до 1 000 долл. США, то на долю тепловых насосов придется всего лишь около 5 % от той цены.

Предположим, в упомянутом доме была запроектирована газовая котельная, тогда в ней только на отопление пришлось бы израсходовать за год 86 000 ккал/м²•год. При теплотворной способности природного газа 8 000 ккал/м³ и коэффициенте полезного действия газового котла 92 % удельное потребление газа в здании составит 86 000 / (8 000 • 0,92) = 11,7 м³/м²•год. В Европе бытовые потребители платят за газ от 0,5 до 1 долл. США/м³, и цены постоянно растут. Теперь, когда уже нет сомнений в том, что уровень внутренней цены на газ стремится сравняться с европейским, будем вести расчет на ближайшую перспективу и примем среднее значение равным 0,75 долл. США/м³. Таким образом, житель газифицированного дома уже через несколько лет будет вынужден платить за газ, расходуемый только на отопление, 11,7 • 0,75 = 8,77 долл. США/м²•год.

Предположим, что рассматриваемый дом будет отапливаться тепловым насосом со средним коэффициентом преобразования, равным 4. В течение отопительного периода тепловой насос израсходует 100 / 4 = 25 кВт•ч/м²•год. Примем в расчет среднеевропейский тариф 0,1 долл. США/кВт•ч. Нетрудно посчитать, что удельная плата за энергию, используемую теп-ловым насосом, составит 0,1 • 25 = 2,5 долл. США/м²•год.

Таким образом, применив тепловой насос, можно сократить эксплуатационные затраты на энергоносители в 8,77 / 2,5 = 3,5 раза. При этом единовременные затраты на строительство дома возрастут примерно на 5 % (рисунок).

Сопоставление капитальных затрат на строительство одинаковых домов с газовым отоплением и с тепловым насосом, а также эксплуатационных затрат па отопление этих домов

Если удельные затраты на энергоносители при теплонасосном отоплении сократятся на 8,77 - 2,5 = 6,27 долл. США/м²•год, а капитальные затраты, как было оценено выше, возрастут на 50 долл. США/м², то к тому времени, когда природный газ будет продаваться по цене 0,75 долл. США/м³, простой срок окупаемости дополнительных капитальных затрат составит около  8 лет.

Такой период окупаемости не представляется чрезмерно продолжительным, поскольку он намного короче срока возврата кредитов, на которые обычно возводятся здания. Кроме того, практика применения энергоэффективных технологий в развитых странах мира демонстрирует особый подход к проблемам, связанным с энергетической безопасностью государств. Оградить обитателей современного здания от пагубной и неустойчивой конъюнктуры топливного рынка ценою удорожания строительства всего лишь на 5 % – это ли не цель, к которой стоит стремиться?

Современный подход к энергетическим проблемам характерен учетом широкого круга критериев, которыми оценивается выгодность или невыгодность применения энергосберегающей техники. Это не только срок окупаемости, но и экологическая чистота технического решения, его вклад в развитие новых технологий и влияние на рынок труда, имея в виду прежде всего обеспечение новых рабочих мест, связанных с созданием современных образцов отечественной техники.

Новое доступное жилье, независимо от того, будет ли оно строиться за деньги государства или на средства граждан со средним достатком, должно возводиться исходя из понимания задачи обеспечения энергетической безопасности государства, строящегося жилого дома и всех его жителей. Наиболее полно эти задачи может решить тепловой насос, если он будет запроектирован грамотно и рационально.