Выбор насоса для отопления в частном доме: разновидности, особенности монтажа насосов

В процессе обустройства частного дома владельцы нередко устанавливают самотечные системы отопления. Их работа основывается на естественной способности жидкости к циркуляции, создаваемой под влиянием изменения масс теплой и холодной воды, которая подается в систему.

Если небольшие дома эти системы в состоянии эффективно отапливать, то для более крупных жилых строений они становятся непригодны. Решить проблему можно путем монтажа циркуляционного насоса в уже установленную отопительную систему.

Основное назначение этой установки состоит в обеспечении равномерной подачи теплоносителя к каждому элементу системы обогрева.

Для чего необходимо подключение насоса?

С покупкой или завершением строительства частного дома проблемы у владельца не заканчиваются. Если в нем установлена автономная система отопления, то следует быть готовым к тому, что не все участки системы будут получать в равном количестве тепловую энергию.

Вполне ожидаемой будет ситуация, при которой радиаторы, расположенные на максимальном удалении от котла, постоянно остаются теплыми. И оставлять это так не следует.

Среди возможных путей решения этой проблемы можно выделить следующие:

• устройство системы отопления «с нуля», оборудованной трубопроводом большего диаметра;
• установка насосного оборудования в уже функционирующую систему отопления.

Хотя, выбрав первый вариант, можно получить ощутимый эффект, все же затраты на его реализацию заметно выше по сравнению с установкой насоса в отопительную систему. К тому же этот процесс является очень трудозатратным. Причина этого заключается в том, что владельцу придется выполнить демонтаж старых труб, что потребует серьезных усилий.

Второй вариант представляется более предпочтительным не только по причине отсутствия аналогичных сложностей. На его реализацию требуется меньше финансов и времени.

Решение врезать в систему отопления помпу будет самым правильным. Помимо того, что температура во всех помещениях не будет падать ниже установленного уровня, можно будет навсегда забыть о таком неприятном явлении, как воздушные пробки, при появлении которых внутри труб ухудшается циркуляция воды.

Всем, кто имел возможность попользоваться циркуляционными насосами, понимают, какую они способны принести пользу. По этой причине об использовании такого метода задумываются все больше владельцев, ведь после подключения помпы к отопительной системе им становится проще поддерживать благоприятный тепловой режим в доме и в то же время удается не думать о проблемах, с которыми сталкиваются собственники, не имеющие такого оборудования в своем доме.

Особенности выбора насоса

Осознав всю полезность присутствия насоса в отопительной системе, первым делом следует определиться с типом устройства. Следует иметь в виду, что решить поставленную задачу можно, если выбираемый прибор и не будет обладать впечатляющей мощностью.

Если купить чересчур мощный насос, то последствия такого решения вас вряд ли обрадуют. Помимо сильного шума вы заплатите за него слишком высокую цену, а пользоваться всеми его возможностями не сможете. До того, как вы начнете рассматривать модели насосов, вам следует понять, какой мощностью он должен обладать.

На мощность влияют такие характеристики, как:

• диаметр трубопровода;
• уровень напора теплоносителя;
• температура воды.

Понять, какой будет норма расхода теплоносителя, проходящего сквозь замкнутый контур системы отопления, довольно просто. Для этого нужно выяснить норму расхода воды для котла и сопоставить полученные значения.

Мощность котельной установки и пропускная способность теплоносителя — это ключевые параметры, которые обязательно нужно учитывать. Также нужно определить норму расхода теплоносителя для каждого в отдельности радиатора и кольца отопительной системы.

При расчете мощности нужно исходить из того, какой объем воды в минуту должен поступать, что она смогла поддерживать требуемую температуру.

Имейте в виду, что не меньшее значение на характеристики мощности насосной установки оказывает длина трубопровода. Здесь нужно придерживаться следующего правила: на каждые 10 метров системы обогрева должно приходиться порядка 0,5 м насосного напора.

Разновидность насосов

Еще до того, как вы начнете знакомиться с особенностями монтажа насоса для отопления в частном доме, не помешает узнать, какие существуют виды этих установок.

Самыми распространенными считаются два типа:

• «сухие»;
• «мокрые».

Особенность первых состоит в том, что в процессе эксплуатации исключается их взаимодействие с теплоносителем. Что касается «мокрых» насосов, то они все время находятся в воде, обеспечивая ее циркуляцию.

Во время использования «сухих» помп возникает сильный шум. По этой причине подобные насосы для отопления дома являются не лучшим решением. Эти агрегаты желательно устанавливать на крупных предприятиях, в фирмах и производственных цехах.

Для владельцев загородных домов и иных частных строений оптимальным вариантом станут именно модели, постоянно погруженные в воду.

Чаще всего они изготавливаются в бронзовых или латунных корпусах, содержащих нержавеющие элементы, что защищает систему от повреждения в результате длительного контакта с водой.

Чтобы в каждом помещении вашего дома поддерживалась комфортная температура, вы должны уяснить, как должен выполняться монтаж насосного оборудования.

Подготовка к монтажу

Прежде чем приступить к монтажу помпы, следует выполнить подготовительные работы, которые в рассматриваемом случае являются обязательными .

Начальный этап установки

Во избежание сложностей во время установки насоса для отопления дома и в целях экономии времени желательно приобрести в магазине модель, которая уже будет иметь необходимые разъемные резьбы. Так вам не придется тратить дополнительное время и силы на то, чтобы найти подходящие крепления и соединения. Позаботьтесь и о наличии необходимых гаечных ключей, с помощью которых вы будете монтировать крепления.

Завершив подготовительные мероприятия, следует ознакомиться с инструкцией к насосу и схемой его монтажа. Если вы сомневаетесь, что справитесь с этой задачей, имеет смысл поручить эту работу опытным специалистам.

Подбираем место для установки насоса

Какой бы вариант подключения насоса для отопления частного дома вы ни выбрали, нужно позаботиться о том, что к нему был обеспечен свободный доступ для обслуживания. А необходимость в этом у вас, скорее всего, возникнет.

Раньше в магазине продавались «мокрые» помпы, чьи элементы довольно быстро выходили из строя вследствие длительного контакта с водой. Однако с каждым годом технологии становятся все совершеннее, в результате чего сегодня доступны системы, иных конфигураций, которые надежно защищены и от влаги, и от критических температур. Благодаря этому насос можно установить не только на подающем, но и на обратном трубопроводе, не опасаясь выхода из строя установки раньше положенного срока.

Важной задачей является увеличение уровня давления на участке всасывания. Решить ее можно путем размещения оборудования рядом с местом подключения расширительного бака в зоне спадающего трубопровода отопления.

Вы должны принять все необходимые меры, чтобы насос смог справиться с сильным напором горячей воды. В противном случае это может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Правила установки

После ознакомления с основными теоретическими аспектами монтажа насоса на отопление можно переходить к самой работе. И чтобы она была выполнена без последствий, необходимо помнить о некоторых правилах установки:

1. Позаботьтесь об установке с левой и правой стороны помпы специальных шаровых кранов. Они принесут вам пользу тогда, когда потребуется выполнять техническое обслуживание системы либо демонтировать насосное оборудование.
2. Приобретите фильтр и установите его в систему. Благодаря ему установка будет защищена от мелких частичек, которые могут негативно повлиять на работу самой помпы и отдельных ее элементов.
3. Не забывайте, что в наших системах отопления циркулирует вода, содержащая разные примеси. Поэтому советуем предпринять соответствующие меры защиты.
4. Позаботьтесь об установке клапана, который размещают над отопительным байпасом. Выбрать можно как ручной, так и автоматический вариант — большого значения это не имеет. Если ваша отопительная система будет оборудована таким приспособлением, то вы сможете решить проблему с воздушными пробками, появления которых вам не избежать.
5. Убедитесь, что клеммы помпы обращены строго наверх.
6. Обратите внимание на тип агрегата. Если вам придется иметь дело с «мокрой» моделью, то его монтаж следует выполнять строго горизонтально. При несоблюдении этого требования он не сможет полностью погрузиться в воду. Вследствие этого возникнет риск повреждения рабочей поверхности аппарата. И тогда толку от установки насоса в отопительную систему не будет.
7. Всем креплениям и соединениям необходимо обеспечить надежную защиту, для чего на них наносят герметический состав. Так вы добьетесь того, что все узлы будут работать максимально долго.
8. Проверьте, как размещены в системе отопления насос и крепления. Они должны быть установлены последовательно и в соответствии с технологией монтажа.

Принцип монтажа насоса

На первом этапе из системы удаляют отопительную жидкость и выполняют прочистку, если в этом имеется необходимость. Далее производится врезка насоса — это нужно сделать в специально подготовленном для этого месте. Закончив работы по установке системы, в трубопровод подают воду.

Очень важно убедиться в отсутствии неисправностей и отклонений в работе. Если что-нибудь подобное будет обнаружено, это сразу же нужно устранить. Далее выполняется очистка от излишков воздуха, используя для этого центральный винт.

Подключать помпу допускается лишь к уже работающей системе, которая должна быть заполнена теплоносителем и очищена от воздуха. Минимизировать участие со стороны владельца в работе насоса можно путем установки модели типа автомат. Вдобавок ко всему это обеспечит ему защиту на случай нарушения правил эксплуатации.

Имейте в виду, что из системы придется удалять излишки воздуха каждый раз, когда потребуется включить насос. Для выполнения этой работы вручную следует применять специальные клапаны, которые должны быть заранее размещены по обеим сторонам теплового насоса.

Выполнить правильный монтаж насоса вы сможете при условии, что вами будут соблюдаться все правила и особенности подключения подобного оборудования.

Имейте в виду, что подобная работа требует максимально серьезного отношения, так как это в конечном итоге повлияет на то, насколько комфортно будет находиться в вашем доме. Объективно оценивайте свои силы. Если у вас есть сомнения насчет того, что вы сможете все сделать правильно, воспользуйтесь услугами профессионала.

Причины поломки циркуляционных насосов

Со временем каждый насос отопления начинает хуже работать и в итоге выходит из строя. И чаще всего подобное происходит по следующим причинам:

• ошибки, допущенные во время монтажа насоса. Валу двигателя обязательно нужно придать горизонтальное положение. Если этого не сделать, то это приведет к образованию скопления воздуха, из-за чего устройство может сломаться;
• ошибки при размещении клеммного модуля либо подводки кабеля;
• пренебрежение процедурой удаления из системы излишков воздуха;
• неэффективное удаление из системы твердых частиц.

Имейте в виду, что для устранения любой поломки циркуляционного насоса необходимо обладать специфическими навыками и знаниями. По этой причине заниматься ремонтом таких агрегатов должны профессионалы.

Заключение

Чтобы на порядок повысить качество обогрева в частном доме, следует не только правильно выбрать насос для отопления, но и произвести грамотную его установку. Соблюдение технологии его монтаж поможет сэкономить время и деньги и поддерживать в каждом помещении дома комфортный микроклимат.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Как выбрать циркуляционный насос для отопления? Монтаж.

Использование отопительных систем с естественной циркуляцией теплоносителя, кроме того, что малоэффективно, оно нуждается в выполнении обязательных требований и ограничений. Поэтому владельцам частных домов или загородных коттеджей придется узнать, как выбрать циркуляционный насос для отопления, для того чтобы обеспечить равномерную доставку теплоносителя по всем трубам и радиаторам системы.

Содержание этой статьи

В зависимости от типа самой системы: одно- или двухконтурной, могут одновременно эксплуатироваться несколько циркулярных насосов (помп), например, один для горячего водоснабжения и один или несколько для отопления, количество которых определяется, прежде всего, площадью дома, а также необходимостью автономной организации теплоснабжения отдельных помещений в доме или общественном здании.

По данной теме есть похожая статья — Как прочистить канализацию в домашних условиях?

Почему нужен насос для отопления в частном доме?

Традиционная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя – малоэффективна, потому как жидкости приходится постоянно преодолевать сопротивление, что замедляет ее оборачиваемость. Поэтому в котел теплоноситель возвращается уже охлажденным, что требует дополнительных затрат энергоносителей для ее подогрева до нужной температуры.

Реконструкция с использованием труб меньшего диаметра способна лишь частично решить проблему, к тому же расходы в этом случае несравнимо выше, чем стоимость циркулярного насоса, который применяется для принудительного нагнетания в трубопровод системы теплоносителя, обеспечивая ему одинаковую скорость движения на всех участках.

Принцип действия помпы в системе достаточно прост и основан на законах термодинамики: на входе теплоноситель принудительно всасывается в систему, а на выходе, за счет создаваемой крыльчатками циркулярного насоса центробежной силы, выталкивается.

Автономные системы отопления частных домов, как правило, изначально проектируются с учетом эксплуатации насоса, но если модернизировать старую, то ее эффективность возрастет на 25-35%, при этом существенно сократится потребление энергоносителей.

Достигается это за счет ускоренной оборачиваемости теплоносителя в системе, который совершив полный цикл, возвращается в котел, не растратив всю свою тепловую энергию. Поэтому и усилий для его подогрева требуется меньше, а значит – происходит экономия энергоносителя.

Организация системы с принудительной циркуляцией теплоносителя обязательно предполагает, что будет установлен байпас для циркуляционного насоса, которому отводится выполнение таких функций:

• возможность переключения системы в режим естественной циркуляции, например, при отключении электроэнергии или необходимости проведения ремонтных работ на определенном участке;

• в качестве устройства для регулирования температуры в помещении.

Как правило, система с принудительным циркулированием теплоносителя предполагает в каждом помещении установку байпаса, монтаж которого производится в комплекте с фильтром и запорными клапанами, а в некоторых случаях и с автоматическим клапаном для отвода воздуха (альтернативой крана Маевского).

Так как в частных домах средней площади чаще всего устанавливаются циркулярные насосы так называемого «мокрого» типа, установка байпаса должна выполняться горизонтально, при этом его диаметр должен совпадать с размером трубы, к которой он подключается, а также и с диаметром запорного клапана.

Циркуляционные насосы для систем отопления: виды и типы

Рынок циркулярных насосов довольно обширен, но независимо от фирмы производителя, все их можно отнести к одному из следующих типов устройств с:

• сухим ротором;
• мокрым ротором.

Кроме того, отличаются они между собой и по типу питания: переменное, с напряжением 220 В, так и постоянное – 12В, которое часто обеспечивает источник бесперебойного питания для циркуляционного насоса, установленный в котельной.

Отличаются насосы также и способом удаления воздуха:

• автоматическим;
• принудительным, ручным.

Аппараты с автоматическим воздухоудалением более удобны в эксплуатации, так как не требуют вмешательства человека, точнее, поиска специалиста для выполнения этого вида работ.

Поэтому, даже более практично, выбирать для частного, особенно расположенного за городом, дома модели с автоматическим удалением, несмотря на то, что их цена выше.

Для регулирования температуры в помещении, предназначены байпасы, но в тех случаях, когда требуется уменьшить или увеличить потребление электроэнергии, то для этого предназначены:

• переключатель, расположенный на корпусе;
• автоматика для циркуляционного насоса отопления, позволяющая эксплуатацию аппарата в зависимости от температуры на улице в автономном режиме.

«Сухие» насосы

В насосах с «сухим» ротором отсутствует прямой контакт теплоносителя с двигателем, а погруженной в жидкость является только крыльчатка, изолированная от ротора прокладками и уплотнительными кольцами.

Такое конструктивное устройство прибора обеспечивает ему высокий КПД (более 80-85%, в зависимости от модели), но и гарантирует наличие постоянного шума. Поэтому для частных домов такой вариант малопривлекателен, за исключением очень больших объектов, на которых есть возможность расположения котла в отдельном помещении, максимально удаленном от жилых комнат.

Охлаждение в аппаратах этого типа происходит за счет отдачи тепла ребристой поверхностью корпуса в окружающую среду, а также вентилятора, расположенного в задней части прибора.

Как правило, данный тип циркулярных насосов наиболее востребован на больших объектах, прежде всего, общественного назначения.

Еще одним существенным недостатком является необходимость проведения регулярного обслуживания: для того чтобы не допустить стирания рабочих деталей двигателя, необходимо периодически обновлять и добавлять смазку.

Насосы с «мокрым» ротором

Для загородных коттеджей или частных домов с автономным отоплением применяются циркулярные насосы с «мокрым» ротором, отличающиеся от первых тем, что у них в теплоноситель погруженными оказывается не только крыльчатка, но и сам двигатель. В этом случае, жидкость теплоносителя обеспечивает выполнение двух функций:

1. охлаждает двигатель;
2. играет роль своеобразной смазки.

Основным потребительским достоинством данного типа аппаратов является тихий режим работы, но при этом существенным недостатком выступает значительно более низкий КПД, редко превышающий 60%.

Когда стоит вопрос о том, какой насос выбрать для отопления частного дома, то стоит обратить внимание и на такое преимущество «мокрых» помп, как большой моторесурс, а также отсутствие необходимости в постоянном обслуживании. Поэтому для объектов с небольшим объемом теплоносителя этот тип циркулярных насосов является самым оптимальным выбором.

Несмотря на то что крыльчатка и сам ротор постоянно соприкасаются с жидкостью теплоносителя, опасности в развитии коррозии на их элементах невысокая. Происходит это потому, что производятся они из специальных материалов, не подверженных разрушению в результате действия агрессивных сред.

А постоянное охлаждающее воздействие со стороны теплоносителя, наоборот, благоприятно отражается на долговечности аппарата.

Конструкция циркулярного насоса и его принцип действия

Основное и единственное назначение циркулярного насоса для системы отопления – обеспечивать принудительным способом движение теплоносителя по трубам и радиаторам, в том числе и преодоление возникающего сопротивления в замкнутом контуре.

Конструктивно состоит из следующих основных элементов и узлов:

• корпуса, изготавливаемого из нержавеющих видов металла: стали, латуни, чугуна и других, а также различных сплавов;
• электродвигателя, приводящего в движение ротор;
• стального или керамического ротора;
• вала с крыльчаткой.

Независимо от марки этот прибор должен быть надежным и в этом лидером являются западноевропейские марки.

Хотя рынок наводнен и изделиями из Поднебесной, значительно уступающим первым по качеству, при этом разница в цене не является столь критичной.

Поэтому, если существует необходимость в монтаже циркулярного насоса, то лучше всего выбирать между датским Grundfos или немецким Wilo, а также можно обратить внимание, например, на итальянские марки, стоимость которых ниже в 1,5-2 раза.

Как влияет принцип работы системы отопления на выбор насоса

Недостаточно знать, что эксплуатация циркулярного насоса способна существенно сократить расходы на отоплении дома, надо обязательно учитывать все необходимые критерии при его выборе. И прежде всего, следует определиться с типом самой системы отопления, ее характерными особенностями.

Эту работу можно провести и самостоятельно, но учитывая, что подбор насоса производиться не на один сезон, лучше обратиться к специалисту.

Итак, до того как остановиться на конкретной марке насоса, нужно определиться с:

• типом системы отопления. Если существующая сеть имеет естественную циркуляцию, то рекомендуется установка «мокрого» насоса мощностью до 50-60 Вт. Для систем с принудительной работой, потребуется более мощный аппарат – до 80 Вт и то при условии наличия уклона, а без него – следует обращать внимание на приборы свыше 90 Вт;

• отапливаемой площадью и объемом циркулирующего в системе теплоносителя. Естественно, с ростом этих параметров, нужно уделять внимание более мощным насосам. Но для того чтобы рассчитать точную мощность аппарата – потребуется помощь теплотехника. Иногда организация отопительной системы предполагает, что будет производиться установка дополнительного насоса в систему отопления, например, для увеличения мощности или отдельно для теплого пола;

• ограничением на предельный уровень шума – именно из-за этого параметра для частных домов, без возможности установки насоса в отдельном помещении на максимальном удалении от жилых комнат, не рекомендуется использовать аппараты с «сухим» циклом работы;

• техническим состоянием существующей системы отопления. К новой системе можно подключить любой аппарат, но для сетей, которым от 15-20 лет и более, следует учитывать наличие примесей в теплоносителе. К расчетной мощности стоит прибавить дополнительные 25-35%, особенно если планируется установка насоса с «мокрым» двигателем. Но, при возможности, для старых систем лучше подходят насосы с сухим двигателем, так как, из-за закрытой конструкции, они менее чувствительны к качеству теплоносителя.

Обязательно нужно учитывать и вид топлива, на котором работает котел, а также его конструктивные особенности, в том числе и уровень температуры теплоносителя на выходе и входе.

Как правильно выбрать водяной насос для отопления

Таким образом, выбирая циркулярный насос, следует обращать внимание на такие его технические характеристики:

• мощность;
• предельный температурный уровень;
• внутреннее давление, отвечающее за напор. Для одноэтажных домов данный критерий не столь важен, но при отоплении многоэтажных объектов, на этот параметр нужно обращать пристальное внимание. Находиться в прямой зависимости с диаметром труб в системе и о данном показателе сообщает специальная маркировка 30, 40, 80 и так далее, обозначающая высоту подъема теплоносителя в дециметрах, соответственно на 3, 4 или 8 м;
• производительность аппарата, представляющую собой объем теплоносителя, перекачиваемого за единицу времени и зависящего от мощности котла, расхода насоса и температуры воды в подающей трубе и в обратной;
• объем расхода электроэнергии, а также возможности регулирования этого параметра с помощью переключателя. На корпусе, как правило, указывается наибольшее потребление, хотя многие «бытовые» модели не имеют регулировки и обладают усредненными показателями.

Но перед тем как сделать окончательный выбор, специалисты рекомендуют ориентироваться не на пиковые показатели, так как в таком режиме аппарат работает исключительно мало времени, лучше во внимание принимать усредненные значения и тогда не будет слышно шума от движения теплоносителя в трубах.

К тому же такой подход позволит сэкономить на этапе покупки, а также и во время эксплуатации.

Как выбрать газовый котел отопления? — здесь больше полезной информации.

Расчет необходимого напора и объемной подачи, видео:

Основные требования к монтажу циркулярного насоса

До того как установить циркуляционный насос в систему отопления, следует выполнить соблюдение нескольких правил, чтобы эффективность от использования этого аппарата была максимальной. К ним относятся:

• установка расширительного бачка с учетом того, чтобы его уровень был минимум на 1 м выше, чем самая высокая точка системы отопления;
• обязательно следует снабдить каждый радиатор системой отвода воздуха: автоматической или при помощи крана Маевского;
• в каждом помещении должен иметься в наличии байпас, позволяющий осуществлять в критических случаях обход системы, например, при отключении электричества, хотя лучше установить бесперебойник, который полностью исключит или сведет к минимуму такие нештатные ситуации.

Вас заинтересует эта статья — Печи для дома на дровах длительного горения.

Кроме того, если решено проводить работы самостоятельно, потребуется освоить минимальные навыки проведения расчетов. Для этого можно учитывать что:

• на 1 кВт мощности насос способен перекачать приблизительно 1л теплоносителя;
• в среднем на каждые 10 м контура требуется мощности напора равного 0,6 м, следовательно, если вся длина равна 100 м, то необходимо приобретать аппарат с маркировкой 60;
• также нужно знать, что средняя скорость движения жидкости составляет около 1,5-2 м/с.

Но выполняя самые простые расчеты, не следует забывать принимать во внимание и диаметр труб, соблюдая принцип: чем она тоньше, тем мощнее насос.

Установка циркуляционного насоса, видео:

Установка насоса в систему отопления частного дома

Лучше всего устанавливать циркулярный насос одновременно с монтажом всей системы отопления. Но так как необходимость в эксплуатации этого прибора существует и в уже действующих системах, то следует остановиться именно на этом варианте.

1. Сначала нужно подготовить «поле действия», для чего потребуется освободить систему от теплоносителя. Также заранее следует подготовить все необходимые инструменты и расходные материалы.
2. Далее надо изготовить резьбовые соединения на трубах с учетом диаметра отверстий насоса.
3. Перед тем как установить прибор, сначала монтируют перед ним фильтр для очистки. Отсутствие этого элемента непосредственно на работу не влияет, но вероятность того что уже в скором времени потребуется ремонт циркуляционного насоса, достаточно велика, так как грязь и частицы песка выведут из строя прибор.
4. Для того чтобы правильно установить насос, обязательно нужно обращать внимание на стрелку, нанесенную на корпус прибора: она должна совпадать с направлением движения теплоносителя.
5. Обязательной является и установка на входном и выходном патрубке кранов, так называемой, запорной арматуры и обратного клапана, а также байпаса, наличие которых значительно облегчает выполнение ремонтных и обслуживающих работ.
6. Как правило, насос монтируется в горизонтальном положении. Для «мокрых» двигателей – обязательно, а для «сухих» – предпочтительно.
7. После выполнения всех работ по установке, нужно проверить надежность соединений и выполнить пробный запуск системы, для чего ее следует заполнить теплоносителем.
8. Заполнение системы рекомендуется проводить при помощи нижней трубы – это способствует тому, что весь воздух, находящийся в трубах, поднимется вверх в расширительный бачок, через который и будет удален из системы.

Циркулярный насос можно устанавливать как на обратную трубу, так и на подающую. В первом случае он будет работать в более щадящем режиме, так как на него не будут воздействовать высокие температуры теплоносителя.

Но установка на подающей трубе – наиболее эффективна, потому как большинство современных приборов способны выдерживать температуру жидкости более 105-110 °C. В основном, насосы с «мокрым» двигателем устанавливаются на подаче, а с «сухим» – на обратке.

расчет параметров и выбор оборудования

Начиная с древних времен человек стремился обеспечить комфортные условия в своем жилище. В каменный век — это просто костер, горевший в пещере, затем с развитием технологий строительства появились дома и печи в них. Развивалась наука, появлялись новые технологии, росли возможности техники. Достижения теплоэнергетики и ряда смежных наук позволили создать современные отопительные системы — тепловые насосы и котлы, использующие энергию газа, нефти и электричества. Отопительные системы частных домов являются автономными.

Автономные системы обогрева

Известно несколько разновидностей автономных систем обогрева. Это системы с котлами, использующими газ, твердое или жидкое топливо, и входящие в моду тепловые насосы. Самая простая из них — система с открытым расширительным баком, она энергонезависима и монтируется с учетом обеспечения естественной циркуляции воды. Труба горячей воды от котла поднимается вверх для создания напора внутри системы, а затем горячая вода распределяется по приборам отопления.

Реальная эксплуатация «открытых» систем показала, если применить нагнетательный насос для отопления, то ускоряется нагрев помещения, увеличивается эффективность и снижаются расходы. Насос устанавливается в «обратку» вблизи котла. Подходящий насос для отопления для дома купить можно в магазине или заказать в сети.

Антифриз в таких системах не используется из-за значительного испарения в открытом баке (расширительном). Теплоноситель — вода. Для уменьшения отложений на внутренних стенках трубопроводов лучше использовать смягченную воду с небольшим количеством растворенных минеральных веществ.

Если же система отопления предназначена для двух или трехэтажного дома, то в таком случае возникают дополнительные проблемы, которые требуют решения. В такие системы отопления входят значительное число батарей отопления, разветвлений, задвижек и других элементов, которые будут создавать значительное гидравлическое сопротивление.

Расчет параметров насоса

Для создания необходимого напора и преодоления гидродинамического сопротивления системы применяют насосы для отопления частных домов, которые обеспечат активную циркуляцию теплоносителя. Чтобы система отопления работала эффективно нужно выполнить расчет циркуляционного насоса. Он позволит осуществить оптимальный подбор насоса для отопления частного дома и обеспечить в нем комфортные условия.

Основные задачи нагнетательного насоса:

1. создание такой величины давления в системе, которая преодолеет гидравлическое сопротивление;
2. обеспечить достаточное количество теплоносителя.

Исходя из этих предпосылок, насосы на отопление в частном доме подбираются только после расчета необходимого количества тепла для дома и гидравлического сопротивления контура. На основании расчетов приобретаются циркуляционные насосы для отопления частных домов цена, и качество обычно соответствуют наилучшему соотношению.

Для расчета производительности применяется формула вида — Q=0,86R/TF-TR, где:

• Q — необходимый расход куб. м/час;
• R — выбранная тепловая потребность, кВт;
• TF — TR = 20.

Величина (R) может иметь следующие величины:

1. нормативы для частных домов — 100 Вт/м2;
2. для многоэтажных домов — 70 Вт/м2;
3. заводские помещения — 30-50 Вт/м2;
4. помещения с очень хорошей теплоизоляцией — 30 Вт/м2.

Гидравлическое сопротивление системы

Расчет производительности и гидравлического сопротивления дают ответ на такой вопрос — как правильно подобрать насос для системы отопления и обеспечить ее эффективную работу в отопительный сезон.

Для расчета применяется формула такого вида — H=1,3*(R1L1+R2L2+Z1+….+ZN)/10000, в которой:

• L1,L2 — общая длина линий трубопровода — м;
• R1, R2 — падение давления на подаче и «обратке» — Па/метр;
• Z1,…..ZN — сопротивление элементов системы — Па.

В технических паспортах узлов и элементов системы указывается гидравлическое сопротивление комплектующих. Для основных элементов оно составляет:

1. котел — 1-2 кПа;
2. тепломер — 1-15 кПа;
3. вентиль — 5-10 кПа;
4. смеситель — 1-15 кПа;
5. фильтр (новый) — 15-20 кПа;
6. водонагреватель — 2-10 кПа;
7. обратный клапан — 5-10 кПа.

Выбор насоса

Нагнетательные насосы для отопления частных домов как выбрать подходящий? Ошибиться трудно, ведь современные насосы для отопления для дома цена, которых в высшей степени соответствует наилучшему соотношению цена/качество — трехскоростные.

Возможность изменения скорости вращения двигателя изменяет производительность насоса в широких пределах.

Скорости переключаются рычагом, но некоторые типы насосов можно подключить к датчикам температуры и обеспечить автоматическую регулировку производительности прибора.

Вышеописанный расчет только один из вариантов. Известны и другие методы расчета. Все методики рассчитывают работу контура при максимальной нагрузке, значит, в реальности нагрузка будет несколько ниже, поэтому можно приобретать насосы для отопления частных домов цена которых меньше, а характеристики несколько хуже расчетных. Более мощный насос тоже не следует покупать, ведь расходы увеличатся, а работа системы не станет лучше.

Полезные советы специалистов

Приобрести циркуляционный насос можно в магазинах или заказать в интернете. Перед покупкой желательно получить консультацию специалиста по системам отопления. Обычно менеджеры, которые реализуют насосы различных фирм, знают о них все. От вас они могут потребовать некоторые исходные данные, которые помогут сделать оптимальный выбор. Обычно спрашивают о том, какой котел будет установлен, величину общей площади жилища, наличие утепления дома, этажность и т. п.

Советы специалистов, которые помогут сделать выбор:

• лучше справляются с нагрузкой насосы с «мокрым» ротором;
• дольше работают модели с корпусами из бронзы, латуни или нержавеющей стали;
• в случае появления шума в системе нужно проверить отсутствие воздуха в системе;
• при запуске включить максимальные обороты двигателя насоса.

Альтернативное отопление

В постоянной борьбе с ростом цен был изобретен так называемый тепловой насос. Он энергию из воздуха, из грунта и из воды. Его принцип действия довольно прост. Тепловой насос работает как холодильник наоборот. Поэтому альтернативное отопление частного дома тепловой насос обеспечит полностью, если сделаны правильные расчеты на основании термодинамики. Расчеты сложные и их лучше поручить специалисту. При этом следует знать, что тепловой насос, извлекая тепло из внешней среды, передает его через компрессор в отопительную систему.

Отопительная система имеет все элементы обычной — батареи, краны, смесители, насос для отопления в частном доме и другие, а роль котла отопления взял на себя компрессор, который является источником тепла. Таким образом, и для альтернативной системы отопления, в виде теплового насоса, все атрибуты и элементы сохраняются, за исключением котла. Но отопительный котел можно легко присоединить к системе для резерва, на случай поломки теплового насоса. Но, подбор насоса для отопления дома нужно произвести для обеспечения циркуляции воды.

Виды тепловых насосов

Сама идея об извлечении и использовании тепла окружающей возникла давно, но ее активное претворение в жизнь тепловых насосов началось недавно. Их активному внедрению способствовали появившиеся надежные и производительные циркуляционные насосы для отопления частных домов, с успехом используются в тепловых насосах. Для хорошей работы теплового насоса нужно перекачивать большие объемы теплоносителя для извлечения тепла из грунта или водоема в тепловой насос.

Следовательно, насос для системы отопления частного дома цена и производительность которого выбраны оптимально, хорошо работают не только в газовых системах отопления, но успешно применяются в тепловых насосах.

Существующие тепловые насосы классифицируются по методу извлечения тепла.

Окончательный подбор насоса для системы отопления частного дома делается на основании довольно сложных расчетов. Различают три основных вида:

1. воздушный — абсорбирует тепло из воздуха;
2. геотермальный — отбирает тепло из грунта, наземных и подземных вод;
3. вторичного тепла — отбор тепла с канализации или центрального отопления, применяется в промышленности.

Исходя из технических возможностей подбирается насос для отопления в частном доме, и его установка. Для создания автономной системы наиболее предпочтителен второй вариант — геотермальный тепловой насос. Тип насосов может быть замкнутым или открытым. Второй способ применяется при наличии больших объемов чистой воды, т. к. после отъема тепла вода выливается назад в водоем.

В настоящее время можно купить тепловой насос для отопления дома, геотермальный, один из трех типов:

• насос геотермальный водный;
• насос геотермальный с глубинным расположением коллектора;
• насос геотермальный горизонтальный.

Прежде чем купить геотермальный насос для системы отопления частного дома нужно проконсультироваться у специалистов и сделать предварительные расчеты. Многие интернет-магазины предлагают выезд специалиста, бесплатный расчет за 24 часа и доставку. А если будет заказана установка насоса в систему отопления частного дома, фирма обеспечит гарантийное обслуживание и бонусы при покупке теплового насоса.

Окупить тепловой насос для отопления в частном доме цена которого значительно выше цены систем стандартного отопления, потребуется несколько лет. Но если учесть большой срок работы подобного оборудования и отсутствие платы за тепло, то экономическая выгода очевидна. Спрос на тепловые насосы для отопления дома увеличится, и они станут конкурировать с газовым отоплением при уменьшении цены покупки и установки. Благодаря неоспоримым преимуществам геотермального отопления — тепловой насос для системы отопления частного дома оправдан экономически.

характеристики и правила монтажа — Рамблер/новости

Говоря образно, циркуляционный насос в отопительной системе – это сердце. Прибор предназначен для того, чтобы разгонять тепло по всему дому. От качества этого оборудования напрямую зависит напор воды и её прогрев во всей отопительной системе. Но как правильно выбрать циркуляционный насос для отопления частного дома? Каким производителям стоит доверить атмосферу в доме? Только в онлайн-журнале Homius.ru вы найдёте достоверную информацию о каждом производителе и сможете самостоятельно подсчитать траты на оборудование. В этой статье рассмотрим каких конструкций он бывает, правила выбора под технические характеристики отопительной системы. Сразу же оговоримся, что будем разбирать насос для отопления, но немного коснёмся и его разновидности, которую используют в системе горячего водоснабжения.

Циркуляционный насос для системы отопления

Содержание статьи

1 Для чего нужен в системе отопления циркуляционный насос

2 Конструктивные особенности циркуляционного насоса

3 Принцип работы циркуляционного насоса

4 Виды циркуляционных насосов

4.1 Циркуляционный насос с мокрым ротором

4.2 Циркуляционный насос с сухим ротором для котла отопления

4.3 Насос для системы горячего водоснабжения

5 Технические характеристики циркуляционных насосов для системы отопления

6 Как выбрать циркуляционный насос для отопления частного дома исходя из технических характеристик

6.1 Как провести расчёт мощности циркуляционного насоса для системы отопления

6.2 Расчёт напора

6.3 Расчёт производительности

7 Калькуляторы расчёта параметров насоса

7.1 Калькулятор производительности

7.2 Калькулятор напора

8 Обзор производителей и лучших моделей

8.1 Циркуляционные насосы Willo

8.2 Циркуляционный насос Grundfos

8.3 Насосы Джилекс

9 Правила установки циркуляционного насоса в систему отопления частного дома

10 По какой цене можно купить циркуляционный насос для отопления

Для чего нужен в системе отопления циркуляционный насос

Основное назначение насоса – обеспечить равномерное и постоянное движение тепла по кругу замкнутой отопительной системы от котла по всему периметру строения. В некоторых системах циркуляционные насосы не нужны. Обычно если контур дома несложный, то тепло по трубам будет распределяться само, без дополнительного нагнетания. Нагретая вода движется вверх, холодная вниз, согласно законам физики. При этом сам контур собирают под небольшим углом. Нарушили угол – получите систему, которая отапливать дом не будет.

Установка специализированного котла решает это проблему на корню. Нет необходимости следить за углом наклона подачи воды и её циркуляцией. Насос решит проблему. Кипяток поступит во все радиаторы, в независимости от того, на каком расстоянии они находятся от отопительного котла, при этом температура будет равномерной даже в отдалённых секциях дома.

Система отопления с циркуляционным насосом

Минус – необходимость подключать насос к электросети, а значит, установка прибора потребует дополнительных расходов на электричество. Кроме того, при отключении света насос работать не будет.

Конструктивные особенности циркуляционного насоса

В конструкцию насоса входят традиционные элементы, характерные для любой системы, выполняющей нагнетательную функцию:

крыльчатка, насаженная на вал;

электродвигатель.

Циркуляционный насос в этом плане не исключение. В его структуре точно такие же элементы. Единственное отличие – в перегородке между электродвигателем и корпусом прибора. На фото ниже хорошо видны все детали циркуляционного насоса.

Циркуляционный насос в разобранном виде

Надо отметить и тот факт, что в разных насосах производители устанавливают разные блоки управления. В одних моделях устанавливается электронное плато, которое контролирует весь процесс перекачки теплоносителя, в других вместо него монтируется обычный конденсатор, а в клеммную коробку регулятор скорости.

Принцип работы циркуляционного насоса

Работа насоса основывается на таком физическом явлении, как давление центробежной силы. Во время вращения лопастей водный патрубок создаёт разряжение, а выводной – компрессионное давление. Вакуум обеспечивает непрерывную циркуляцию и помогает равномерному всасыванию воды в систему отопления.

Важное замечание! Вал прибора обязательно необходимо установить в горизонтальной плоскости!

Циркуляционный насос в разрезе, где хорошо видно перемещение теплоносителя, показанное стрелками

Виды циркуляционных насосов

Производители предлагают две разновидности циркуляционных насосов:

Отличаются они друг от друга тем, что в первом ротор контактирует с теплоносителем, за счёт него производится охлаждение прибора, во втором такого контакта нет.

Циркуляционный насос с мокрым ротором

В такой конструкции присутствует специальный стакан, который герметично разделяет ротор электродвигателя и статор с обмотками. Последние при соприкосновении с водой тут же перегорают. Так что стакану, его качеству, уделяется особое внимание.

Устройство циркуляционного насоса роторного типа

Сам ротор полностью находится в водной среде, она является и охладителем, и смазкой для подшипников. При этом такое состояние деталей позволяет поглотить воде все вибрационные звуки, поэтому такие насосы работают тихо. Именно это стало причиной того, что приборы с мокрым ротором так популярны среди потребителей, которые выбирают циркуляционные насосы для бытовых систем отопления.

К достоинствам данной разновидности можно добавить:

небольшие габариты и вес;

минимальное потребление электричества;

достаточно длительный срок эксплуатации;

простая настройка;

лёгкий ремонт.

Что касается недостатков, то надо отметить, что коэффициент полезного действия у них небольшой – 50%. Это связано с тем, что ротор преодолевает сопротивление воды, которая находится в его камере.

Внимание! Важный момент – это правильная установка насоса. Он должен монтироваться на трубопровод так, чтобы его вал строго располагался в горизонтальной плоскости. Только в таком случае вода сможет проникнуть к подшипникам через уплотнительную гильзу.

Циркуляционный насос с мокрым ротором, где ротор от статора отделён герметичным стаканом

Циркуляционный насос с сухим ротором для котла отопления

В этой конструкции отсек с электродвигателем отделён от камеры нагнетания специальными уплотнительными кольцами из нержавеющей стали или керамики, а также резиновыми манжетами. Внутри корпуса остаётся лишь часть вала ротора, на который насажена крыльчатка. В процессе использования может наступить истирание уплотнителей. За этим необходимо строго следить.

Циркуляционный насос с сухим ротором консольного типа

Что касается плюсов и минусов приборов с сухим ротором, то они показывают довольно неплохой КПД – до 80%. В зависимости от модели они устанавливаются на трубопроводы, расположенные в разных плоскостях. Но именно такие насосы обладают большими габаритами и весом. И ещё один существенный недостаток –оборудование данного типа издаёт много шума и сильно вибрирует. Сегодня производители предлагают две модели данного типа циркуляционных насосов:

Консольные. У них вход теплоносителя производится через патрубок, который располагается по радиусу крыльчатки, а выход по оси вала.

Вертикальные. У них и входной патрубок, и выходной располагаются по радиусу рабочего органа.

Уплотнительные кольца, закрывающие отсек нагнетания теплоносителя от отсека электродвигателя

Насос для системы горячего водоснабжения

Чем отличается циркуляционный насос для ГВС от прибора для отопления? В первую очередь материалом, из которого он изготавливается. У первого это обычно латунь, у второго чугун. Это связано с тем, что в системе ГВС температура воды не превышает +65°С, в отопительной системе она достигает +95°С. Производительность насосов на отопление выше, чем для ГВС. Это и есть отличительные особенности двух типов циркуляционных насосов.

Внимание! Установить прибор для отопления можно на системы водоснабжения. А вот насос для ГВС устанавливать в отопительную сеть нельзя.

Циркуляционный насос для системы горячего водоснабжения

Технические характеристики циркуляционных насосов для системы отопления

На что необходимо обращать внимание при подборе циркуляционного насоса:

Производительность. Это способность насосного оборудования перекачивать определённый объём теплоносителя в течение одного часа. Единица измерения – м³/час.

Напор, он же гидравлическое сопротивление. Этот параметр обозначает, на какую высоту насос может поднять жидкость.

Температура перекачиваемого теплоносителя. Производители предлагают разные значения данного параметра, но своё предпочтение лучше отдать тем, у которых он равен +110°С.

Соединительные параметры. В этом плане насос подбирают по диаметру трубопровода, который должен соответствовать диаметру патрубков прибора.

Как выбрать циркуляционный насос для отопления частного дома исходя из технических характеристик

Как мы помним, основная задача циркуляционного насоса – распределить равномерно техническую воду по всем радиаторам. Причём, важнейшее условие, сохранение стабильной высокой температуры в сетях.

Характеристики разных моделей циркуляционных насосов

В этом случае потребителю необходимо обращать внимание на мощность прибора. Существуют определённые нормы. Обычно исходят из того, что на 10 м² площади обогреваемых помещений должно уходить 1 кВт тепловой энергии, при этом высота потолка до трёх метров. К примеру, если общая площадь отапливаемых помещений составляет 100 м², то на отопление такого дома потребуется 10 кВт тепла. То есть, именно такой мощностью и выбирается отопительный котёл.

Как провести расчёт мощности циркуляционного насоса для системы отопления

Итак, как можно самостоятельно провести расчёт мощности циркуляционного насоса. Для этого используется простая формула:

R – это тепловая мощность котла, измеряемая в кВт;

TF – это температура теплоносителя на входе в отопительную систему, то есть после котла;

TR – это температура теплоносителя на выходе из системы, в трубе до котла.

Зная данные параметры, а они указаны в паспорте отопительного котла, можно самостоятельно сделать расчёт. Есть более простой вариант, как подобрать циркуляционный насос для отопления. Для этого можно воспользоваться таблицами, которые легко найти в интернете.

Таблица подбора циркуляционного насоса в зависимости от мощности котла

Расчёт напора

Напор рассчитывается по следующей формуле:

H = (R х L + Z) / p х V, где:

R – это гидравлическое сопротивление горизонтального участка, варьируется в диапазоне 100 150 м;

L – общая длина трубопровода отопительной системы;

Z – это сопротивление каждого элемента системы отопления: вентили, задвижки, обратные клапаны и прочее (значение табличное), здесь используется сумма всех значений;

P – плотность теплоносителя;

V – скорость перемещения воды в системе.

Что касается длины трубопровода, то его придётся измерить. Причём не полениться, а пройтись по всему дому, так как план его не всегда точно отражает реальные размеры. Считаем так: на каждые 10 м длины необходимо 0,6 напора насоса. Что касается скорости перемещения теплоносителя, то она в основном зависит от производительности. При этом у каждой модели может быть несколько разных скоростей, которые переключаются вручную. К примеру, на шильдике прибора может быть указано три скорости, которые соответствуют трём значениям мощности и напора.

Скорость вращения, об/мин

Насос с ручным переключателем скоростей

Внимание! Многие производители сегодня выпускают циркуляционные насосы, которые сами в автоматическом режиме переключают скорость вращения вала и крыльчатки. Соответственно, переключаются производительность и напор.

Добавим, что прибор, работающий в автоматическом режиме, экономит потребление электроэнергии на 40%.

Расчёт производительности

Здесь используется другая формула:

Q = N : (1,16 х Δt), где:

N – это мощность котла отопления;

Δt – это разница температур на выходе и входе в котёл;

1,16 – это теплоёмкость воды.

Самый сложный параметр – разница температур. Замерять ничего не надо. Здесь применяются значения, подобранные опытным путём. К примеру, для радиаторной системы отопления берётся 20°С, для системы «тёплые полы» 5°С.

Вариации циркуляционных насосов разного типа

Калькуляторы расчёта параметров насоса

Получить правильные параметры, к примеру, производительность и напор насоса, помогут специальные калькуляторы, которые позволяют максимально точно провести расчёты. Для наших читателей мы подготовили лучшие из них.

Калькулятор производительности

Здесь всего лишь два поля ввода данных: мощность котла отопительной системы и тип отопительного оборудования. Вставляете и нажимаете кнопку – рассчитать требуемую минимальную производительность насоса.

Payment options Защита от спама Введите код с картинки Отправить результат мне на почту

Калькулятор напора

Здесь также два поля ввода данных: длина контура отопительной системы и тип используемой запорной арматуры. И опять-таки ниже нажимаете кнопку – рассчитать требуемый минимальный напор насоса.

Payment options Защита от спама Введите код с картинки Отправить результат мне на почту

Обзор производителей и лучших моделей

Сегодня на рынке большое разнообразие моделей насосов разной мощности и сборки. Здесь и отечественные модели, и зарубежные. Выбрать не всегда просто, поэтому рассмотрим несколько производителей, а также их модели.

Циркуляционные насосы Willo

Это немецкий производитель с огромной историей (150 лет). Немецкое качество известно во всём мире, так что, выбрав эти модели, можно сказать, вы вкладываете деньги в долгосрочную и качественную эксплуатацию. С 1996 года представительство этой компании открыто в России.

Характеристики

Соединение с трубой

Производительность – 2,7 м³/ч.

Мощность двигателя – 20 Вт.

Резьбовое однодюймовое соединение – универсальное.

Крыльчатка из полипропилена, подшипники металло графитовые, функция деблокирования автоматическая.

Производительность – 3 м³/ч.

Мощность – 68 Вт.

Резьбовое 1½ (универсальное).

Производительность – 31 м³/ч.

Мощность – 600 Вт.

Фланцевое соединение.

Циркуляционный насос Grundfos

Международная компания, головной офис которой географически расположен на территории Дании. На российском рынке с 60-х годов прошлого столетия, а правильнее сказать Советском.

Характеристики

Производительность – 3,4 м³/ч.

Мощность – 34 Вт.

Резьбовое 1½ (гориз.)

Гарантийный срок службы до 5 лет, экономичность в плане потребления электроэнергии до 20%, по сравнению с другими производителями.

Производительность – 2,72.

Мощность – 45 Вт.

Резьбовое – 2 дюйма (гориз.)

Производительность – 9,3.

Мощность – 163.

Насосы Джилекс

Отечественный производитель, качество производимого им насосного оборудования не уступит европейским аналогам.

Характеристики

Производительность – 3.

Резьбовое – 1 дюйм.

Мокрый ротор, три скорости переключения.

Производительность – 3,8.

Мощность – 100.

Производительность – 8.

Мощность – 245.

Резьба – 1 дюйм.

Известный китайский бренд. Насосы этой марки славятся качеством и демократичной ценой. На российском рынке с 1996 года.

Характеристики

Производительность – 3,96.

Резьбовое – 2 дюйма.

Нориловая крыльчатка, способная выдерживать температуру до +1500°С, корпус чугунный или бронзовый, вал и подшипники из алюминиевого сплава.

Производительность – 2,4.

Резьба – 1 дюйм.

Производительность – 3,6.

Правила установки циркуляционного насоса в систему отопления частного дома

Есть два основных требования, которые надо обязательно учитывать, проводя монтаж циркуляционного насоса в систему отопления:

Установка производится на обратном контуре около котла.

Монтаж производится с помощью крепления байпас.

Первое в «обратке» идёт понижение температуры. Такая вода даёт насосу небольшую передышку, поэтому не следует перегревать прибор. Есть ещё один момент, который касается открытой системы отопления, если в ней циркуляционный насос устанавливается на контуре подачи. Именно в таком расположении внутри котла начнёт образовываться вакуум, который приведёт к закипанию агрегата, что негативно скажется на всей системе.

Правильная установка циркуляционного насоса в системе отопления

Крепления байпас помогут легко произвести замену насоса без необходимости демонтажа системы. Поэтому установку циркуляционного насоса рекомендуется проводить именно с помощью этой системы креплений. При этом обязательно не забыть до и после точки крепления прибора установить отсекающие вентили. И ещё один момент. Внутри котла отопления и труб в процессе работы скапливаются грязь и накипь, которые негативно влияют на качественное состояние агрегата. Очень важно установить фильтр грубой очистки.

По какой цене можно купить циркуляционный насос для отопления

Цены насосов для отопления будут зависеть от технических характеристик прибора и производителей. В последнем случае лучше выбирать проверенные бренды, которые уже зарекомендовали себя. В таблице можно сравнить цены и характеристики и подобрать более приемлемый для себя вариант.

Обратите внимание, что модель Yonos PICO 15/1-4 из всех описанных циркуляционных насосов для отопления является самой маленькой, но стоит она дороже более мощных агрегатов. Компактность одно из существенных преимущество, за которое иногда приходится платить.

Один из самых маленьких циркуляционных насосов — размером со спичку

Итак, в этой статье мы подробно рассмотрели циркуляционные насосы для отопления, их виды и модели, технические характеристики. Познакомились с основными проблемами, которые могут подстерегать при подборе и установке оборудования самостоятельно. Кроме этого, изучили тонкости подключения и разобрались, как правильно подключить насос.

Если у вас возникли ещё какие-то вопросы, задавайте в комментариях.

Насосы для отопления частного дома

Без тепла в доме невозможен уют. Во все времена люди использовали различные способы обогрева жилища. Современная система отопления состоит из множества элементов, важное место среди которых занимает насос. Как определиться с выбором типа насоса и его параметров? Какую роль играет насос в отоплении дома?

Зачем нужен насос в системе отопления?

Если ответить на этот вопрос коротко – для обеспечения циркуляции теплоносителя. В старых системах отопления насосы не применялись, а теплоноситель перемещался по трубам естественным образом, под действием физических законов. Современные технологии позволили усовершенствовать этот процесс, включив в систему отопления насос для принудительного движения теплоносителя. Это позволяет обогревать большие дома с разветвленной системой отопительных трубопроводов и радиаторов. Кроме этого там, где используются

насосы для отопления частных домов, цена, которую хозяин платит за энергоноситель, может уменьшиться до 30%.

Какие насосы используются в системах отопления?

Циркуляционный насос для отопления служит для поддержания нужного давления в системе. Он представляет собой корпус, в который помещены ротор электродвигателя и крыльчатка. Вращение крыльчатки создает избыточное давление жидкости на выходе и разрежение на входе. За счет этого происходит движение теплоносителя. Это оборудование бывает двух типов:

1. С «сухим» ротором. В этом исполнении крыльчатка, контактирующая с водой, изолирована при помощи уплотнителей от ротора электродвигателя.
2. С «мокрым» ротором, когда и крыльчатка и ротор помещены в теплоноситель. Он служит для смазки и охлаждения двигателя.

Наиболее часто в быту применяется водяной насос для отопления с мокрым ротором. Его преимущества в следующем:

• Практически бесшумная работа – это особенно важно, ведь часто такой насос устанавливается в непосредственной близости от жилых помещений;
• Конструкция не нуждается в обслуживании;

Различаются также диаметры трубопровода, с которыми совместим насос и длина корпуса прибора. Стандартные размеры трубопровода для отопления в нашей местности 1 дюйм (25 мм) и 11/4 дюйма (32 мм). Обычно бытовые циркуляционные насосы «мокрого» типа выпускаются длиной 130 или 180 мм.

Ключевые параметры выбора

Знание основных параметров поможет купить насос для отопления точно соответствующий вашей системе. Их два: производительность и напор. Условно считается, что каждый киловатт мощности котла равняется 1 литру воды, проходящей через систему в минуту. Проведя простой расчет, делаем вывод, что если в системе применен котел мощностью 20 кВт, то производительность насоса должна быть не меньше 1,25 м3/ч.

Необходимый напор приблизительно получаем из расчета, что на каждые 10 м. п. трубопровода нужно 0,6 м напора + 10-15% запаса на потери. Конечно, чтобы получить точные данные, нужно учесть все особенности конкретной системы, сделать это может только специалист, после измерений и расчетов. Мы же хотим, чтобы у вас сложилось представление о циркуляционных насосах, их роли в системе отопления и приблизительное понимание принципов подбора этого оборудования.

Циркуляционный насос отопления — нужен или нет?

 

Довольно часто случается, что старая отопительная система, работающая на принципе естественной циркуляции теплоносителя —  воды, перестает справляться с обогревом  дома. Иногда, отопительная система изначально спроектирована неправильно и требует намного больше топлива (газ, уголь, дрова и т.д.). Возможно Вы этого и не замечали, но сравнив затраты топлива на обогрев похожего дома у соседа — понимаете, что «где то что-то у Вас неправильно». Можно ли увеличить КПД существующей отопительной системы без больших затрат. В большинстве случаев — да.

Одной из причин уменьшения КПД отопительной системы может быть постепенное изменение схемы отопления в результате ремонтных работ и переделок, а также обрастание внутренних стенок ржавчиной и накипью. В результате происходит уменьшение диаметров труб и повышение шероховатости внутренних стенок, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления отопительной системы и пропаданию циркуляции в ней полностью, или на некоторых участках. Система с естественной циркуляции должна иметь уклон по всей длине магистрали. Уклон этот может измениться уже через год-два после постройки дома в результате  просадки фундамента.  

Радикальное средство лечения такой отопительной системы – полная переделка. Но это не всегда возможно, более того, сопряжено со значительными затратами и последующим восстановительным ремонтом помещения.

Другой способ — ограничиться минимальным хирургическим вмешательством – врезкой циркуляционного насоса.

Современные циркуляционные насосы для небольших частных домов недороги, надежны, бесшумны и экономичны, поэтому установить насос в отопительную систему стоит и в профилактических целях, для оживления старой гравитационной отопительной системы с естественной циркуляцией и придания ей жизнеспособности и второй молодости.

Почти всегда, после установки насоса в систему отопления, Вы получите прирост КПД котла. Кроме того помещение нагревается в несколько раз быстрее и равномерно. Особенно ощутимо в межсезонье, когда котел включается не постоянно а по необходимости. Все помещения будут прогреваться быстро и равномерно. Все это экономит затраты топлива и довольно существенно.

Основные  преимущества установки циркуляционного насоса в систему отопления

• увеличение КПД системы;
• быстрое прогревание воздуха во всех помещениях, увеличение отапливаемой площади;
• выравнивание температурных показателей в трубопроводе;
• исключение завоздушенности труб;
• уменьшенный расход топлива;
• возможность установки полотенцесушителей, термостатов;
• применение труб малого диаметра;
• небольшая стоимость оборудования и установки. 

Циркуляционный насос – это возможность быстро повысить качество обогрева дома без демонтажа всей системы и больших финансовых трат.

Единственный минус такого решения, это зависимость работы насосного оборудования от электричества, но проблема, как правило, решается подключением ИБП для циркуляционного насоса.
Другой способ — установка насоса по байпасной схеме. Тогда при отсутствии электричества Вы можете переключиться на работу контура без насоса. Эта схема подробнее будет рассмотрена ниже.

Установка насоса в систему отопления частного дома оправдана как при создании новой, так и при модификации уже существующей системы отопления. Системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя, обеспечивают более быстрый и равномерный прогрев всех участков водяного контура, независимо от удаленности от водогрейного агрегата.

Куда  установить циркуляционный насос?

Если у Вас твердотопливный котел, то, при врезке насоса в существующую систему, устанавливать его лучше всего на обратку, рядом с котлом, чтобы на него не оказывала отрицательное влияние слишком большая температура воды в подаче из котла, разожженного на полную мощность. Чтобы сохранить способность работы котла без циркуляционного насоса, устанавливать насос желательно по  байпасной схеме –  это обводной участок  магистрали, предусматривающий возможность переключения отопительной системы на естественную циркуляцию, в обход насоса.

Байпасный узел можно изготовить самому, или приобрести готовый, они часто  имеются в продаже на рынках, полукустарного изготовления. Не бойтесь, что он не подойдет к купленному Вами насосу. Достаточно измерить установочный размер разрыва байпасного узла, между шаровым краном и фильтром, предназначенный для установки насоса.  Он должен составлять 180 миллиметров.

Стандартный размер циркуляционного насоса составляет ровно 180 миллиметров. Существуют и короткие версии, 130 миллиметров, предназначенные для установки в насосные блоки быстрого монтажа, но в обычной розничной сети такие насосы практически не встречаются.

Важно! При использовании байпасной схемы для установки насоса, отвод на расширительный бак и предохранительный клапан ОБЯЗАТЕЛЬНО врезайте до или после вентилей, отсекающих насосный или байпасный участок. Расширительный бак и предохранительный клапан не должны оказаться отсечены от отопительной системы при любой схеме работы, насосной или естественной!

Что необходимо сделать перед установкой насоса в систему отопления?

Итак, как Вы помните, у вас старая отопительная система, полная шлама и ржавчины, который необходимо по возможности удалить. В большинстве случаев доступна только элементарная промывка. Просто слить воду из системы недостаточно, так как ее слив осуществляется через сливной кран небольшого диаметра. При этом вода по системе двигается очень медленно, потому что основные диаметры трубопроводов гораздо больше диаметра сливного крана и весь шлам и ржавчина спокойно оседают в трубе.

 

Больше всего склонны к засорению стальные трубы. Это обусловлено их шероховатой поверхностью, которая с годами становится только всё более неидеальной. Полипропиленовые, пластиковые, оцинкованные трубы более гладкие и менее восприимчивы к оседанию на них ржавчины – её просто смывает потоком теплоносителя. 

Поэтому, когда вы вскрыли обратный трубопровод,  вырезав участок под установку насоса, промойте систему, подключив ее к водопроводу через  шланги. Постарайтесь обеспечить максимальный проток через отопительную систему, с максимально возможным напором. Хорошего скоростного потока в трубах большого диаметра Вам все равно создать не удастся, так что потратьте на промывку чуть большее время, чем хотелось бы, пусть вытечет максимально возможное количество шлама и ржавчины. 

Как выбрать циркуляционный насос для установки в отопительную систему с естественной циркуляцией?

Важный момент, которому необходимо уделить некоторое внимание. При конструировании новых систем насосы подбирают, отталкиваясь от общей тепловой мощности отопительной системы, определяют необходимый для такой мощности общий проток (расход) теплоносителя через систему и к нему приравнивают необходимую производительность циркуляционного насоса.

Далее рассчитывают общее гидравлическое сопротивление отопительной системы и вычисляют необходимый напор циркуляционного насоса. Полные расчеты сложны и для небольшого частного дома не нужны.  Для небольших домов (да и для больших тоже) существует  упрощенные и доступные даже для полностью неподготовленных людей методики расчета. В интернете довольно много методик — выбирайте какая вам больше нравится и рассчитайте параметры для выбора насоса.
Тепловую мощность уже существующей отопительной системы определить еще проще – посмотрите ее на шильдике  отопительного котла.

 Для зданий, относительно небольшой площади, существует методика расчета насоса без формул. Самостоятельно подобрать мощность циркуляционного насоса можно следующим образом:

• По производительности котла. Расчет циркуляционного насоса для системы отопления частного дома выполняют, принимая во внимание, что 1 кВт мощности водогрейного оборудования соответствует коэффициенту пропускной способности равной 1 л/мин. Соответственно, для котла на 25 кВт, потребуется установить насос с показателем от 1500 л/час.
• Расчет напора циркуляционного насоса системы отопления. В технической документации указывается параметр напора в метрах водяного столба. По данному параметру можно определить длину водяного контура и подсчитать необходимое количество насосов в системе.
  Считается, что для 10 п.м. трубопровода, необходимо 0,6 м напора водяного столба. Оптимальный выбор насоса для 1 этажного дома — это стандартные модели с 6 м. в. ст. Станции подойдут для помещений с трубопроводом до 100 п.м.
  Если напора недостаточно, устанавливают второй насос или подбирают более мощную модель. Этот же принцип расчетов используют при выборе насоса для 2-х этажного дома.

Основные паспортные показатели циркуляционного насоса — производительность, напор и расход. В первую очередь, должен интересовать расход, он определяется по формуле:

Q= N/(t2-t1)

N – мощность теплогенераторной установки. Если нет шильдика, очень и очень приближённо можно взять за основу усреднённые данные потребности в тепловой энергии на отопление — 0,1 кВт/м2, помноженное на отапливаемую площадь в м2.
t1 – температура теплоносителя на входе (обратка), в среднем 65 ºС
t2 – расчётная температура теплоносителя на выходе (подача), для обычных систем в среднем 90 ºС.

Напор насоса приближённо определяют, исходя из показателя 100 Вт мощности на квадратный метр площади.

Осталось учесть еще один важный момент – особенность установки насоса в систему с естественной циркуляцией.

Для системы с принудительной, насосной циркуляцией у Вашей старой системы очень толстые трубы. При конструировании новых отопительных систем, диаметр труб выбирают таким, чтобы скорость потока в них была в диапазоне от 0,4 до 1,5 метров в секунду. При меньшей скорости из системы не будет удаляться воздух и воздушные пузыри так и останутся висеть в трубах, при большей скорости потока возможно гудение труб и ускоренный износ элементов отопительной системы. Большая скорость с гудением в трубах Вам не грозит, а вот очень маленькая, с плохо удаляющимся из системы воздухом вполне вероятна.

Но не все так плохо. У Вас ведь система с хоть и плохой, но естественной циркуляцией и система промыта! Поэтому подбирать насос исходя из диаметра труб нет никакой необходимости, просто возьмите модель насоса на одну ступеньку выше в номенклатуре. 

Как установить насос в систему отопления частного дома

Перед владельцами загородных домов часто возникает вопрос о равномерном распределении тепла по всему дому.

Достичь такого теплового эффекта можно двумя путями:

Если рассматривать эти два способа с точки зрения экономической выгоды, то первый вариант окажется более затратным и весьма недешевым. Установка циркулирующей помпы окажется эффективным и сравнительно недорогим средством для равномерного обогрева вашего дома.

Поговорим более подробно о том, что представляет собой насос этого вида, и как произвести его монтаж.

Назначение

Этот тип агрегатов предназначается для принудительного оборота теплоносителя в замкнутой отопительной системе.

Давление, которое создается циркулирующим насосом, должно эффективно справляться с гидравлической нагрузкой всех элементов системы отопления.

Поэтому, чтобы обеспечить необходимый напор для циркуляции теплоносителя, нужно правильно подойти к выбору циркуляционной помпы.

Принцип расчета

Для обеспечения максимального комфорта в доме нужно правильно рассчитать необходимое количество тепловой энергии.

Установка теплонасоса для отопления частного дома: https://6sotok-dom.com/dom/otoplenie/ustanovka-teplonasosa-dlya-doma.html

Этот расчет производится на основе следующих моментов:

• погодные условия в данном регионе;
• коэффициент теплопроводности стройматериалов, из которых построен дом;
• устройство конструкций пола и перекрытий жилища;
• теплопроводные свойства окон;
• размещение строения относительно сторон света и прочее.

Результатом вычислений должен оказаться объем подачи теплоносителя в отоплении, который измеряется в кубических метрах в час. Этот показатель и станет основополагающим при выборе циркуляционного насоса.

Выбор циркуляционного насоса должен происходить согласно следующим важным критериям:

• способность устройства поднять теплоноситель на определенную высоту, которая называется напором и измеряется в метрах;
• способность за определенный период перекачивать некоторый объем теплоносителя, которая измеряется в м3/час (это основной параметр насоса).

Виды насосов

Зная, по каких параметрам и критериям выбирать помпу, немаловажным также будет являться и выбор определенного типа циркуляционного насоса.

Принято различать два вида этого устройства:

Циркуляционный насос «мокрого» типа

1. 1. «Мокрый». Особенностью помп этого вида является тот фактор, что ротор вместе с крыльчаткой погружается в теплоноситель, который одновременно выполняет функции охлаждения и смазки.Ротор и статор разделены между собой металлическим сосудом, что, в свою очередь, обеспечивает надежную герметичность. Отличительным свойством этого вида насосов является бесшумность, что позволяет их практично использовать в бытовых отопительных системах.

Помпы «мокрого» вида достаточно экономичные и легкие в обслуживании устройства,       гарантийный срок работы которых достаточно продолжительный. Однако, эти насосы имеют       один недостаток – коэффициент полезного действия составляет всего 50%.

Выбор насоса для отопления частного дома: https://6sotok-dom.com/dom/otoplenie/vybor-teplonasosa-dlya-doma.html

1. «Сухой» циркуляционный насос

   «Сухой». Принцип работы устройств этого вида заключается в том, что ротор полностью не взаимодействует с теплоносителем.

   Достигается это благодаря нержавеющим кольцам, которые при работе притягиваются друг к другу, создавая при этом тонкую пленку, которая надежно герметизирует соединение.Примечательной особенностью циркуляционных насосов «сухого» типа является их коэффициент полезного действия, который составляет 80%. Недостатком же является их большая шумность.

Имейте в виду: для установки сухого циркулирующего насоса необходимо оборудовать отдельное звукоизолирующее помещение.

Насосы «сухого» вида принято разделять на следующие типы:

• вертикальные;
• горизонтальные;
• блочные.

Но какой бы вид циркуляционной помпы ни был выбран, главный момент заключается в том, чтобы выполнить следующее: правильно осуществить врезку насоса в отопительную систему.

Выбор места врезки

Каждый специалист по отопительному оборудованию имеет свое видение, где устанавливать циркуляционный насос, причем их мнения могут существенно различаться.

Проанализировав суждения многих сантехников, смело можем дать совет: циркулирующую помпу необходимо устанавливать непосредственно возле отопительного котла на обратном трубопроводе.

Такое расположение связано с тем, что в этом месте отопительной системы наименьшее скопление воздуха, который может негативно сказываться на работоспособности насоса. (Статью о возможных неполадках и ремонте циркуляционного насоса своими руками читайте здесь).

Схема и нюансы сборки

Врезка циркуляционного насоса в отопительную систему должна осуществляться с помощью байпаса или обводки. Байпас – это параллельный к основному трубопровод, на который врезается циркуляционный агрегат.

Обвод выполняется с той целью, что в случае неисправности помпы или отключения электричества, отопительная система могла работать в автономном режиме.

Важный момент: размер труб байпаса должен быть меньшим, чем диаметр основного трубопровода.

Обвод состоит из следующих элементов:

1. Двух запорных кранов, которые находятся по обе стороны от насоса (в случае поломки устройства можно перекрыть запоры, и демонтировать помпу для устранения неисправностей)
2. Фильтр грубой очистки вмонтирован для того, чтобы очищать теплоноситель от засоряющих примесей, которые могут повлиять на бесперебойную работу теплоносителя.

Преимущества и особенности монтажа теплового насоса вода-вода: https://6sotok-dom.com/dom/otoplenie/teplovoj-nasos-voda-voda.html

Возьмите на заметку: при установке насоса стоит обращать внимание на направление движение теплоносителя в системе. Как правило, на корпусе помпы указана стрелка для правильного монтажа.

Итак, зная все характеристики циркуляционных насосов, а также нюансы монтажа, можно выделить в общем случае следующие этапы установки:

• расчет необходимой тепловой энергии для обогрева дома;
• выбор циркулирующего насоса согласно расчетам;
• выбор места врезки помпы;
• подключение байпаса с насосом в систему;
• закачка теплоносителя;
• запуск отопительной системы и стравливание воздуха через центральный винт помпы.

Всегда нужно придерживаться правил установки и эксплуатации насосных агрегатов, в противном случае никто не будет гарантировать правильное распределение тепловой энергии по вашему уютному жилищу.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь подробно объясняет, как правильно установить циркуляционный насос в систему отопления дома:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Тепловые насосы для жилых домов в США: частный экономический потенциал и его выбросы, здоровье и влияние энергосистемы

Чтобы избежать наихудших последствий изменения климата, мировая экономика продолжает искать возможности для сокращения выбросов парниковых газов. Одна из таких возможностей — электрификация, когда энергоемкие виды деятельности переключаются с использования ископаемого топлива на чистую электроэнергию. В жилом секторе основным способом электрификации является замена существующих нагревателей нефти, природного газа, пропана или неэффективных резистивных электрических нагревателей тепловыми насосами, что заменяет потребления ископаемого топлива на месте на использование электроэнергии.Такое переключение может снизить выбросы парниковых газов или других загрязняющих веществ при условии, что в течение срока службы устройства электричество, используемое для его питания, будет достаточно чистым, чтобы иметь более низкие выбросы, чем при прямом сжигании ископаемого топлива.

Тепловые насосы — это реверсивные кондиционеры. Летом они действуют как кондиционеры. Зимой они реверсируют поток хладагента, поглощая тепло снаружи и отводя его внутрь здания.Электричество используется для механической работы по перемещению тепла, а не для его производства. Отношение количества тепла, которое в конечном итоге доставляется в отапливаемое пространство, к количеству энергии, поставляемой в виде электричества, обычно намного больше единицы. Даже с учетом того факта, что выработка электроэнергии за счет сжигания угля или природного газа менее эффективна, чем сжигание природного газа в домашней печи, переход на тепловой насос обычно снижает чистые выбросы парниковых газов в здании.Таким образом, во многих исследованиях изучается, в какой степени 100% внедрение тепловых насосов снизит чистые выбросы парниковых газов во многих частях мира [1].

Использование тепловых насосов для бытовых нужд, однако, имеет последствия, выходящие за рамки сокращения выбросов парниковых газов. Это может увеличить ущерб здоровью, вызванный определенными загрязнителями воздуха. Хотя бытовые печи и котлы часто производят больше чистых выбросов парниковых газов, чем тепловые насосы, они часто производят меньше вредных для здоровья загрязнителей, таких как SO ₂ , NO _x и PM _2.5 , чем производится, когда такое же количество тепла доставляется путем выработки электричества и использования его для питания теплового насоса [2]. Внедрение теплового насоса может затруднить эксплуатацию электрической сети, поскольку внедрение крупномасштабного теплового насоса может значительно увеличить пиковую потребность в электроэнергии [3]. И его частные затраты могут перевесить его общественные выгоды, потому что тепловые насосы дороже в установке, чем печи или бойлеры, а электричество часто дороже, чем топливо, такое как природный газ [4].Учитывая эти последствия, в данном исследовании исследуются частные и государственные компромиссы при внедрении тепловых насосов, а также оценивается, как эти компромиссы меняются по мере того, как увеличивается использование тепловых насосов, тепловые насосы становятся дешевле, а электросеть становится чище.

В литературе исследуются эффекты внедрения тепловых насосов с использованием различных структур моделирования энергопотребления. Эти схемы обычно включают моделирование энергопотребления дома до и после внедрения теплового насоса. Путем прогнозирования цен на энергию и оценок выбросов на эти профили потребления энергии исследование оценивает затраты и / или выбросы дома как до, так и после внедрения теплового насоса.Хотя эта общая стратегия уместна, в литературе обнаруживается множество недостатков, которые снижают полезность метода в качестве руководства для принятия решений.

Многие исследования, например, не в состоянии изучить компромиссы между экономикой, пиковым спросом на электроэнергию, ущерб здоровью и выбросами парниковых газов или показать, как эти компромиссы влияют на потенциал внедрения тепловых насосов. Ханова и Доулатабади оценивают чувствительность сокращения выбросов CO ₂ от перехода на наземные тепловые насосы к интенсивности выработки электроэнергии CO ₂ , затратам на энергию и эффективности теплового насоса [5].Управление энергетических исследований и разработок штата Нью-Йорк считает, что бытовые потребители, как правило, не видят выгоды от перехода на электрические тепловые насосы, но переход снизит выбросы CO ₂ и принесет пользу коммунальному предприятию за счет смещения спроса с летнего пика [6 ]. Ни в одном из исследований не рассматривается влияние на выбросы других загрязнителей. Уэйт и Моди оценивают влияние (частичной) электрификации отопления на пиковое потребление электроэнергии в системе, но не принимают во внимание какое-либо воздействие на окружающую среду [3].Кауфман и др. обнаружили, что при сочетании технологических усовершенствований и климатической политики тепловые насосы могут быть конкурентоспособными по стоимости по сравнению с газовыми печами в различных климатических условиях США [7]. В некоторых исследованиях изучаются аспекты этих компромиссов, но не учитываются капитальные затраты на тепловые насосы [1, 8], изменения в пиковом спросе на электроэнергию [9] и / или монетизированный ущерб от критериев загрязнителей воздуха [1, 8, 10, 11]. Без полного учета этих компромиссов трудно проанализировать плюсы и минусы различных темпов внедрения тепловых насосов, поэтому большинство исследований игнорируют это обсуждение, анализируя влияние только 100% внедрения тепловых насосов [1, 10, 12].

Еще одним недостатком является невозможность моделирования выбросов домов и электросетей с почасовым разрешением. Во многих исследованиях моделируется потребление энергии домашним хозяйством в годовом [13] или сезонном [9] масштабе времени. Аналогичным образом, во многих исследованиях используются годовые или усредненные коэффициенты для количественной оценки выбросов из электрических сетей [1]. Без использования почасового разрешения эти исследования не могут точно зафиксировать суточные и сезонные колебания потребности в отоплении, производительности теплового насоса, выбросов в электросети или пикового спроса на электроэнергию, которые влияют на компромиссы при внедрении тепловых насосов.

Большинство предыдущих анализов также предполагают статическую сеть: их анализ выгод и затрат действителен только для электрической сети, как и во время анализа. Фактически, электрическая сеть США имеет [14], и, если текущие предложения по политике будут успешными [15], будет продолжать становиться значительно чище в течение срока службы теплового насоса, установленного сегодня. В этом анализе мы учитываем быструю очистку электросети. В соответствии с «Прогрессивным» сценарием исследования Национальной Оценки Электрификации Института Электроэнергетики (EPRI) за 2018 год, мы предполагаем, что выбросы CO ₂ и ущерб здоровью в электрических сетях снизятся на 45% и 75% в период с 2017 по 2032 год [16]; что ущерб от выбросов CO ₂ оценивается в 40 долларов за тонну [17]; стоимость и производительность теплового насоса статичны.Мы также учитываем утечку метана при добыче, транспортировке и распределении природного газа, которая затрагивает как бытовые печи, так и газовые электростанции.

Литература также неадекватно отражает разнообразие жилищного фонда, регионов электросетей и климатических условий. Многие исследования анализируют внедрение тепловых насосов путем моделирования отдельных типов зданий [2, 13, 18, 19] или нескольких архетипов зданий [10], которые не могут адекватно охватить разнообразие зданий в жилом жилищном фонде.Хотя в других исследованиях используются вероятностные методы для создания сотен или тысяч имитационных моделей зданий, чтобы более тщательно отразить разнообразие жилищного фонда, они сосредоточены на отдельных электрических сетях и климатических условиях [1, 8]. Без моделирования разнообразия домов, регионов электросетей и климатических условий с помощью одного и того же метода моделирования эти исследования не позволяют адекватно исследовать разнообразие ситуаций, которые делают внедрение тепловых насосов столь нюансированным.

Из-за этих недостатков в литературе не полностью исследуются последствия внедрения тепловых насосов.Он не уравновешивает экономические, электросетевые, медицинские и климатические компромиссы при внедрении тепловых насосов, а также не учитывает полную стоимость и преимущества высоких темпов внедрения тепловых насосов.

В этом исследовании мы устраняем описанные выше пробелы. Мы учитываем неоднородность нынешнего жилищного фонда страны и то, как эта неоднородность взаимодействует с различиями в региональных электрических сетях и климате. Мы учитываем как капитальные, так и эксплуатационные затраты на переоборудование тепловых насосов в современные дома.Мы также оцениваем ущерб здоровью, ущерб от выбросов парниковых газов и влияние на пиковый спрос на электроэнергию. Мы оцениваем, как меняются выгоды и затраты от внедрения теплового насоса по мере увеличения проникновения теплового насоса (т. Е. Мы не предполагаем 100% проникновения). Наш анализ также признает, что в отсутствие политики скорость принятия, вероятно, будет определяться частными выгодами для пользователей. Мы учитываем тот факт, что сеть будет развиваться в течение срока службы тепловых насосов, установленных сегодня. Наконец, мы проводим анализ чувствительности, чтобы оценить влияние климатической политики (например,грамм. налог на выбросы углерода) и ускоренное снижение интенсивности выбросов в энергосистему. Для этого мы исследуем экономические компромиссы, выбросы и пиковый спрос при внедрении тепловых насосов для 400 местных репрезентативных домов в каждом из 55 городов, чтобы спросить, как затраты и выгоды от внедрения тепловых насосов меняются с увеличением проникновения. Мы спрашиваем, какой уровень внедрения тепловых насосов является экономичным, учитывая сегодняшний жилищный фонд, электросеть, цены на энергию и технологию тепловых насосов, при условии, что домовладельцы минимизируют свои затраты.И мы исследуем, какие политики, инновации и технологические усовершенствования можно использовать для более широкого внедрения тепловых насосов.

Отвечая на эти вопросы, данный анализ заполняет пробел в исследованиях, который не позволяет полностью понять последствия широкого распространения тепловых насосов. Заполнение этого пробела в исследованиях позволяет нам лучше понять потенциал внедрения тепловых насосов и проблемы, препятствующие более высокому уровню внедрения. Это помогает определить, на чем следует сосредоточить текущие усилия по стимулированию внедрения тепловых насосов: как с точки зрения географического положения, так и с точки зрения характеристик здания.Это также помогает нам разработать прогнозы того, как новая политика и инновации могут изменить баланс выгод и затрат на электрификацию отопления.

Чтобы количественно оценить затраты и выгоду от внедрения тепловых насосов в континентальной части США, мы следуем пятиступенчатому методу.

На шаге 1 мы моделируем потребление энергии в жилых домах. Мы используем инструмент ResStock от NREL, чтобы создать виртуальный фонд из 400 домов для каждого из 55 городов. Мы моделируем потребление энергии в этих домах с помощью программного обеспечения для моделирования зданий EnergyPlus.В результате получено 22 000 смоделированных годовых 8760 часовых профилей потребления природного газа, мазута, пропана и электроэнергии на уровне домашних хозяйств.

На шаге 2 мы используем общедоступные данные для количественной оценки затрат на энергию, ущерба здоровью и выбросов CO ₂ этих профилей потребления. Мы умножаем потребление электроэнергии на предельные выбросы CO ₂ , факторы предельного ущерба для здоровья и цены на электроэнергию на уровне штата. Мы умножаем объем сжигания топлива в домах на уровень выбросов CO ₂ , сезонные факторы ущерба здоровью и среднегодовые цены на топливо на уровне штата.Результаты показывают годовую стоимость энергии, годовые выбросы CO ₂ и годовой ущерб здоровью, связанный с каждым из 22 000 энергетических профилей домашних хозяйств.

На шаге 3 мы вычисляем частную и государственную чистую приведенную стоимость (ЧПС), полученную в результате использования каждым домохозяйством теплового насоса. Для каждого смоделированного дома мы заменяем существующую систему отопления тепловым насосом с воздушным источником тепла. Модель EnergyPlus, лежащая в основе анализа ResStock, автоматически определяет размер теплового насоса. Мы выбираем рабочие характеристики теплового насоса (HSPF / SEER), как описано в разделе выше.Затем мы повторно моделируем энергетические профили дома и пересчитываем их затраты, ущерб здоровью и выбросы. Для каждого дома частная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса равна экономии затрат на энергию за вычетом амортизированной стоимости установки теплового насоса. Для каждого дома общественная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса равна базовому климатическому ущербу и ущербу для здоровья за вычетом климатического ущерба теплового насоса и ущерба здоровью.

На шаге 4 мы количественно оцениваем процент жилищного фонда, который выиграет от внедрения теплового насоса.С чисто частной точки зрения затрат сюда входят все дома, для которых внедрение теплового насоса дает положительную частную чистую приведенную стоимость. С общественной точки зрения мы также включаем любой дом, положительная общедоступная NPV которого превышает отрицательную частную NPV, т. Е. где чистый положительный (частный + государственный) NPV может быть достигнут за счет стимулирования внедрения тепловых насосов с помощью субсидии.

На шаге 5 мы используем почасовые профили электроэнергии в домах, чтобы количественно оценить влияние внедрения теплового насоса на пиковый спрос на электроэнергию.Для каждого из 55 городов мы используем профили электроэнергии из шага 1 для расчета совокупного спроса на электроэнергию для 400 базовых домов. Затем мы выполняем тот же расчет с использованием обновленных профилей электроэнергии для всех домов, определенных на шаге 4 как пользователей тепловых насосов. Сравнивая совокупный профиль базового потребления электроэнергии с совокупным профилем, который включает пользователей тепловых насосов, мы можем количественно оценить, как внедрение тепловых насосов меняет профиль электроэнергии в жилых домах для каждого города, включая то, как внедрение тепловых насосов меняет пиковую потребность в электроэнергии в жилых домах.

Следуя этим пяти шагам, мы объединяем проверенный инструмент моделирования энергопотребления жилых зданий, общедоступные данные о стоимости, ущербе для здоровья и выбросах CO ₂ , а также экономические расчеты, чтобы определить дома на всей континентальной части США, где внедрение тепловых насосов снижает экономические затраты. стоимость и денежный ущерб окружающей среде. В разделах ниже представлены дополнительные сведения о различных компонентах этого метода.

2.1. Моделирование энергопотребления зданий

Мы моделируем энергопотребление 400 домов в каждом из 55 городов с помощью ResStock [20].ResStock — это база данных характеристик жилья. Он описывает эти характеристики жилья с использованием распределений вероятностей, которые зависят от местоположения дома, площади в квадратных футах, урожая и других характеристик. Такой подход позволяет ResStock вероятностно создать виртуальный фонд из сотен домов, распределение старинных домов, площадь в квадратных футах, изоляция чердаков, инфильтрация воздуха, эффективность HVAC, качество окон и другие характеристики точно отражают качество фактического жилищного фонда.

Затем мы загружаем эти модели домов ResStock в программу моделирования энергопотребления зданий EnergyPlus. EnergyPlus использует строительные характеристики дома и погодные данные для определения размера кондиционера / печи / теплового насоса в доме и расчета его почасового годового графика работы / профиля энергопотребления.

Другие академические исследования использовали аналогичные методы. Protopapadaki и др. [8] и Asaee и др. [12], например, используют вероятностные методы для создания большой выборки виртуальных домов для передачи в инструмент моделирования энергопотребления зданий.Некоторые исследования также используют сам инструмент ResStock [1].

Чтобы уменьшить вычислительные затраты на моделирование такого большого количества домов, мы предприняли два шага, чтобы минимизировать количество домов, которое нам нужно было моделировать для каждого города. Мы основали наш анализ на результатах моделирования из NREL, где 80 000 домов моделируются в ResStock и сообщаются характеристики эффективности каждого дома и годовое потребление энергии для отопления, охлаждения и других конечных целей. Во-первых, мы уменьшили степени свободы модели.Мы использовали регрессионный анализ, чтобы определить характеристики, которые мало повлияли на годовые потребности в отоплении или охлаждении. Для этих характеристик — например. эффективность посудомоечной машины, эффективность стиральной машины — мы оценили все дома одинаково. Мы также удалили редкие характеристики — например, окна с тройным остеклением, которые встречаются в очень небольшом подмножестве домов.

Во-вторых, мы использовали эти обновленные характеристики для моделирования 1000 домов для Питтсбурга, Далласа и Сан-Франциско и сравнили годовые потребности этих домов в отоплении с 4500 домами, указанными в наборе данных NREL для каждого из этих городов.Произведя случайную выборку подмножеств этих 1000 смоделированных домов, мы оценили соответствие r-квадрата между кумулятивными функциями плотности годовой потребности в отоплении и охлаждении между симуляциями NREL и нашими симуляциями. См. Результаты этих сравнений в SI (доступны на сайте stacks.iop.org/ERL/16/084024/mmedia). Мы пришли к выводу, что, моделируя 400 домов, мы можем рассчитывать уловить 88–96% колебаний годовой потребности в отоплении, которые будут отражены в модели, в которой используется 4500 домов.Мы определили, что уменьшение количества симуляций, например, до 300, значительно снизит это соответствие, а увеличение количества симуляций, например, до 500, приведет к увеличению вычислительных затрат без значительного улучшения подгонки. Подробнее см. SI.

Чтобы количественно оценить энергетические последствия внедрения теплового насоса, мы смоделировали каждый из 22 000 домов как с их базовой технологией HVAC, так и с модификацией теплового насоса. Мы модернизируем каждый дом воздушным тепловым насосом на 8,5 HSPF, 14,3 SEER в соответствии со стандартами Министерства энергетики [21].Энергоэффективность теплового насоса изменяется в зависимости от температуры окружающей среды, при этом более низкие температуры приводят к снижению эффективности теплового насоса. Инструмент EnergyPlus использует файлы погоды окружающей среды с хронологическими значениями нормальной температуры за каждый час. Когда тепловая нагрузка превышает мощность теплового насоса, что может происходить при низких температурах окружающей среды, когда производительность теплового насоса ниже, инструмент EnergyPlus предполагает, что тепловой насос работает как резистивный нагреватель (т. Е. С COP, равным 1).

2.2. Моделирование городов

Мы моделируем жилищный фонд 55 городов континентальной части США.Мы предположили, что климатические выбросы и выбросы из электросети будут важными индикаторами ценности внедрения тепловых насосов. Таким образом, мы выбрали города, представляющие различные климатические условия и регионы электросетей. Климатические регионы определены с использованием данных проекта Building America Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии США [22]. Регионы электрических сетей определяются как субрегионы, используемые Североамериканской корпорацией по надежности электроснабжения (NERC) [23].

Чтобы выбрать города, мы начали с моделирования одного города для каждой комбинации климатического региона и региона электрической сети.Затем мы добавили дополнительные города, чтобы лучше представить (а) районы с большим населением и жилым фондом и (б) климатические / электрические регионы с большими географическими границами. Используя эти рекомендации, мы решили смоделировать жилищный фонд 55 городов, показанных на рисунке 1.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 1. 55 серых кружков представляют города, смоделированные в нашей модели. Города были выбраны так, чтобы представлять различные регионы электрических сетей, как определено в [23], и различные климатические регионы, как определено в [22], в пределах каждого региона электросетей.Черные линии и текст показывают границы каждого региона NERC, его название и средний климат + интенсивность ущерба здоровью (в долларах США / МВтч).

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Чтобы представить все 80 миллионов домов на одну семью в жилом секторе США, мы масштабируем моделированный жилищный фонд: мы масштабируем 400 смоделированных домов каждого города, чтобы представить общее количество домов в близлежащих регионах города, как определено данные из программы NREL ResStock.В больших густонаселенных регионах, таких как Сан-Франциско, Бостон и Лос-Анджелес, каждый смоделированный дом масштабируется до примерно 10 000 домов реального мира. В небольших и малонаселенных регионах, таких как Гудленд, Канзас, Карибу, штат Мэн и Мидленд, штат Техас, каждый смоделированный дом масштабируется до 500 домов. В среднем каждый смоделированный город представляет 1,45 миллиона домов, и каждый дом масштабируется до 3600 домов.

2.3. Ущерб для климата и здоровья

Мы рассчитываем выбросы и связанный с ними ущерб для климата и здоровья как от сжигания ископаемого топлива в каждом городе, так и от потребления электроэнергии в каждом регионе электрической сети.

Для каждого региона электрической сети мы используем коэффициенты предельных выбросов и ущерба здоровью, которые варьируются в зависимости от сезона и времени суток. Эти факторы составляются с использованием методов, разработанных Siler-Evans и др. [24], и сообщаются Центром Карнеги-Меллона по принятию решений в области климата и энергетики (CEDM) [25]. Для выбросов CO ₂ коэффициенты указываются в килограммах-CO ₂ / МВт-ч потребления электроэнергии. Чтобы монетизировать этот ущерб, наносимый климату, мы умножаем эти факторы на социальную стоимость углерода в размере 40 долларов за тонну CO2 ₂ .Что касается ущерба здоровью, выбросы SO ₂ , NO x и PM _2,5 монетизируются с использованием методов, разработанных Heo и др. [26], и указываются в единицах потребления электроэнергии $ / МВтч. Умножив почасовое потребление электроэнергии каждым домом на сезонный / часовой климат в электросети и ущерб здоровью, мы можем рассчитать годовой ущерб от выбросов в электрическую сеть, вызванный каждым домом.

Чтобы учесть утечку парникового газа метана из инфраструктуры природного газа, мы оцениваем количество утечки метана на МВт-ч выработки электроэнергии в каждом регионе NERC и переводим в эквивалентные выбросы CO ₂ через потенциал глобального потепления (GWP). метана.Например, мы обнаружили, что в 2017 г. штаты, входящие в западный регион (WECC) электрической сети США, потребляли 1,45 млн. Кубических футов природного газа в электроэнергетическом секторе [27]. Мы предполагаем, что на каждый миллион кубических футов израсходованного природного газа в атмосферу попадает 0,023 миллиона кубических футов метана [28]. Умножив эту скорость утечки на 1,45 миллиона кубических футов израсходованного природного газа, преобразовав в тонны и умножив на GWP, равный 28 [29], мы оценим, что энергетический сектор WECC 2017 года способствовал утечке метана в размере 18.6 Мт CO ₂ -эквивалент. Разделив эти 18,6 Мт на 724 ТВтч электроэнергии, произведенной в штатах WECC [27], мы вычислим коэффициент скорости утечки метана 25,7 кг МВтч ⁻¹ . Таким же образом мы рассчитываем коэффициенты утечки метана для других регионов НКРЭ. Мы используем значение GWP за 100 лет для метана, равное 28. Хотя были предложения использовать значения GWP за 20 лет, недавние исследования показывают, что преимущества этой альтернативы через 20 лет переоценены [30].

В этом исследовании мы называем различные регионы электросетей с низким, средним или высоким уровнем выбросов по сравнению с другими субрегионами электросети США. Мы основываем эти различия, вычисляя средний ущерб. Как описано выше, мы рассчитываем ущерб, предполагая, что SCC составляет 40 долларов США за тонну CO ₂ [17], а для PM _2,5 , NO _X и SO ₂ , используя методы, разработанные Siler-Evans . и др. [24] и сообщается CEDM [25] в каждом регионе и классифицирует их следующим образом: <35 $ / МВтч = низкий; 35–50 $ / МВтч = средний; > 50 $ / МВтч = высокая.Для получения дополнительной информации см. Рисунок 1.

Поскольку срок службы теплового насоса составляет 15 лет [31, 32], мы предполагаем, что выбросы во всех электрических сетях США уменьшатся в течение срока службы теплового насоса. Чтобы зафиксировать этот эффект, мы используем прогнозы выбросов электрических сетей из Национальной оценки электрификации EPRI [16]. Мы используем «прогрессивный» сценарий этого исследования (баланс между «консервативным» и «трансформирующим» сценариями исследования), чтобы предположить, что с 2017 по 2032 год (а) энергия угля снизится на 75% с 1200 ТВтч до 300 ТВтч и (b ) CO ₂ Интенсивность выбросов снизится на 45% с 850 фунтов МВтч ⁻¹ до 450 фунтов МВтч ⁻¹ .Мы предполагаем, что большая часть вреда здоровью от угольной энергетики [33]. Таким образом, мы предполагаем, что для каждого региона сети ущерб здоровью снизится на 75%, а выбросы CO ₂ — на 45% к 2032 году. Мы предполагаем линейный тренд.

Для сжигания топлива для отопления мы рассчитываем выбросы CO ₂ , SO ₂ , NO _x и PM _2,5 , генерируемые различными технологиями отопления, и монетизируем эти выбросы с использованием коэффициентов ущерба для конкретного города. Мы используем данные Агентства по охране окружающей среды [34] для количественной оценки выбросов CO ₂ для каждого вида топлива для отопления.Для количественной оценки выбросов NO _x и PM _2,5 для каждого вида топлива мы используем данные Брукхейвенской национальной лаборатории [35]. Мы применяем стехиометрические расчеты, предполагая, что в выхлопных газах содержится 3% O ₂ , чтобы рассчитать килограмм выбросов на 1 миллиметров БТЕ топлива для газовых и мазутных обогревателей с различными показателями энергоэффективности. Установив линию тренда для этих данных, мы разработали линейную модель выбросов NO _x и PM _2,5 в зависимости от используемого топочного топлива и эффективности использования энергии.Мы предполагаем, что пропан и природный газ имеют схожие характеристики выбросов. Эти расчеты аналогичны методу оценки выбросов NO _x и PM _2,5 , используемому Вайшнавом и др. [2]. Для выбросов SO ₂ мы используем данные из [36] и предполагаем, что содержание серы в мазуте составляет 0,0015% [37]. Используя эти расчеты, мы разработали серию моделей для расчета кг / ммBtu CO ₂ , SO ₂ , NO _x и PM _2.5 выбросов, генерируемых каждой из различных существующих технологий отопления, имеющихся в домах ResStock.

Чтобы учесть утечку парникового газа метана в инфраструктуру природного газа, мы оцениваем количество утечки метана в расчете на один терм природного газа, потребляемого для отопления, и преобразуем его в эквивалентные выбросы CO ₂ через ПГП метана. Мы предполагаем, что на каждый терм природного газа, израсходованный на отопление, в атмосферу уходит 0,023 терма метана [28].Используя плотность энергии природного газа, мы переводим термины в килограммы и умножаем на 28 — ПГП метана [29] — чтобы рассчитать коэффициент 1,27 кг CO ₂ -эквивалента на терм израсходованного природного газа.

Чтобы монетизировать ущерб здоровью SO ₂ , NO _x и PM _2,5 , мы используем модель ущерба здоровью EASIUR. EASIUR — это модель пониженной сложности, которая использует регрессионный анализ для аппроксимации результатов более сложной модели химического переноса CAMx.Используя онлайн-инструмент EAISUR, мы вводим географические координаты каждого города, чтобы получить денежный ущерб здоровью для каждого из трех загрязнителей, представленных в единицах $ / кг. Эти данные представлены в 24-часовых профилях за три сезона. Спроецируя эти профили ущерба на сезонное, почасовое потребление энергии каждого из этих видов топлива для каждого дома ResStock, мы оцениваем стоимость ущерба здоровью, вызванного сгоранием топлива. Обратите внимание, что ущерб может значительно варьироваться в зависимости от города, и что в регионах с меньшим населением и погодными условиями, которые быстро рассеивают и разбавляют концентрации загрязняющих веществ, ущерб здоровью от этих выбросов, как правило, будет ниже, потому что меньше людей будет подвергаться воздействию загрязняющих веществ по сравнению с густонаселенный город с разными погодными условиями.Чтобы монетизировать выбросы CO ₂ , мы предполагаем, что социальные издержки углерода составляют 40 долларов за тонну CO ₂ .

В ходе анализа чувствительности данного исследования мы скорректируем факторы, наносящие ущерб здоровью и климату для электросети, а также социальную стоимость углерода, чтобы увидеть, как они влияют на общественную чистую приведенную стоимость внедрения тепловых насосов. Что касается электросети, мы предполагаем, что ущерб, нанесенный климату и здоровью, уменьшается с одинаковой скоростью. Если, например, выбросы CO ₂ в электрическую сеть снизятся на 50% от базовой линии, мы предполагаем, что ущерб здоровью электросети также снизится на 50%.Таким образом, например, за счет уменьшения выбросов из электрических сетей и увеличения социальных затрат на углерод, общественная чистая приведенная стоимость внедрения тепловых насосов будет иметь тенденцию к увеличению. Затем для любых домов, в которых положительная государственная ЧПС превышает отрицательную частную ЧПС, мы предполагаем, что дом будет использовать тепловой насос при получении субсидии, чтобы свести частную ЧПС к нулю.

2.4. Экономика

Мы используем показатель NPV для количественной оценки общего положительного или отрицательного изменения стоимости энергии, ущерба для климата, ущерба здоровью и капитальных затрат.Мы рассчитываем чистую приведенную стоимость внедрения теплового насоса как с частной, так и с общественной точки зрения, как показано в уравнениях (1) и (2).

, где C _{энергия} — это годовая стоимость электроэнергии, газа, мазута или пропана в доме, C _{здоровье} — ежегодный ущерб здоровью, вызванный критериями загрязнителей воздуха, связанных с потреблением энергии в доме, C _климат — это ежегодный ущерб климату, вызванный выбросами CO ₂ , связанными с потреблением энергии домом, а K _{тепловой насос} — чистые капитальные затраты на замену существующего обогревателя дома на тепловой насос.Кроме того, i равняется процентной ставке, а n равняется количеству лет, в течение которых рассчитывается NPV. Мы используем i = 7% и n = 15 лет, чтобы представить срок службы теплового насоса и процентную ставку, которую можно было бы получить, вложив этот капитал в другое место. В других исследованиях тепловых насосов используется тот же расчет NPV с аналогичными процентными ставками и сроками службы [2, 10].

Затраты на энергию рассчитываются путем умножения годового потребления природного газа, мазута, пропана или электроэнергии каждым домом на цену энергии.Цены на энергию представляют собой среднегодовые розничные значения, опубликованные Управлением энергетической информации США [38], и различны для каждого вида топлива и для каждого штата США. Мы предполагаем, что эти базовые цены на топливо сохранятся на протяжении всего периода исследования, хотя цены, которые видят потребители, могут вырасти в зависимости от цен на углерод, предполагаемых в некоторых сценариях. Наше предположение об исторических годовых и средних ценах по штату является ограничением анализа. Однако, учитывая потенциально огромную неопределенность будущих цен на энергоносители [39], это упрощающее допущение упрощает определение воздействия жилищного фонда, структуры производства электроэнергии, налоговой политики и технологических усовершенствований.Ущерб здоровью и климату рассчитывается по методике, описанной в разделе 2.3.

Чистые капитальные затраты на тепловой насос, K _heatpump , рассчитываются, как показано в уравнении (3).

, где C _{тепловой насос} — стоимость покупки и установки теплового насоса, C _{воздуховодов} — стоимость установки воздуховодов, C _замена — стоимость замены существующего нагревателя на аналогичный. технология.Таким образом, чистая стоимость теплового насоса K _heatpump представляет собой дополнительные затраты на замену существующего обогревателя дома на тепловой насос вместо его замены аналогичной технологией. То есть мы предполагаем, что домовладельцы, скорее всего, купят тепловой насос всякий раз, когда их существующий обогреватель подходит к концу, и его нужно будет заменить либо на новый аналогичный обогреватель, либо на новую систему теплового насоса.

Капитальные затраты на тепловой насос и затраты на замену существующего нагревателя взяты из Национальной базы данных мер по повышению эффективности жилищного строительства [40].Данные о стоимости воздуховодов взяты из компиляции обзоров затрат, предоставленных [41]. Мы предполагаем, что каждая из этих затрат варьируется в зависимости от характеристик существующего дома.

Мы рассчитываем стоимость установки теплового насоса с использованием коэффициента 143,30 $ / кВт мощности во всех случаях плюс фиксированная стоимость, которая варьируется от 3300 до 4800 долларов. Для домов с существующими централизованными системами кондиционирования мы предполагаем фиксированную стоимость 3300 долларов США, которая представляет собой среднее значение, указанное для замены существующей системы теплового насоса новой системой теплового насоса.Для домов с существующими печами и плинтусами, но без централизованной системы кондиционирования, мы предполагаем фиксированную стоимость в размере 3700 долларов США, что является средним значением, указанным для установки системы теплового насоса с нуля. Для домов с существующими котлами мы учитываем дополнительные трудозатраты по демонтажу гидравлического радиаторного оборудования и предполагаем фиксированную стоимость в 4800 долларов, что является самым высоким показателем для установки системы теплового насоса с нуля.

Мы рассчитываем стоимость воздуховодов как 0 долларов для домов, в которых уже есть центральные системы воздуховодов.В противном случае мы используем фиксированную стоимость, которая зависит от площади дома. Модель ResStock имеет четыре отдельных ящика для площади дома. Мы используем стоимость 1500 долларов для домов площадью менее 1500 квадратных футов, 3000 долларов для домов площадью от 1500 до 2500 квадратных футов, 4500 долларов для домов площадью от 2500 до 3500 квадратных футов и 6000 долларов для домов с площадью больше чем 3500 квадратных футов.

Мы рассчитываем стоимость замены существующего нагревателя на аналогичную технологию, используя линейное уравнение: C _замена = a + bx , где x — мощность существующего нагревателя в кВт.Уравнение зависит от базового топлива [40]. Для газовых обогревателей используем 2500 + 13,3 x . Для подогревателей жидкого топлива мы используем 4100 + 13.3 x . Для пропановых обогревателей используем 3800 + 13,3 x . А для резистивных электронагревателей мы используем 1600 + 170,6 x .

2,5. Расчет пикового спроса

Мы рассчитываем изменение пикового спроса в зависимости от скорости внедрения теплового насоса для каждого города, используя четыре шага. Во-первых, мы рассчитываем частную чистую приведенную стоимость для каждого дома, когда в нем установлен тепловой насос.Во-вторых, мы сортируем дома в порядке увеличения частного NPV. В-третьих, мы объединяем профили потребления электроэнергии в домах, чтобы соответствовать интересующей нас процентной ставке по внедрению тепловых насосов. Например, в выборке из 400 домов потребность в электроэнергии для 30% -го коэффициента внедрения теплового насоса будет равна потребности в электроэнергии 120 домов с самой высокой частной ЧПС, установившей тепловой насос, плюс потребность в электроэнергии других 280 домов, сохраняющих их базовая технология отопления. В-четвертых, мы вычисляем 99-й процентиль итогового агрегированного профиля электроэнергии.Мы выбрали 99-й процентиль, чтобы обеспечить некоторую свободу действий, учитывая, что многие трансформаторы и другая электроника распределительных сетей могут превышать свою номинальную мощность на небольшое количество часов в год.

Сравнивая пиковую потребность в электроэнергии до внедрения теплового насоса с пиковым спросом на электроэнергию после внедрения теплового насоса, мы можем рассчитать процентное изменение пикового спроса для различных уровней внедрения тепловых насосов.

Наш анализ пикового спроса предполагает, что дополнительное тепло обеспечивается резистивным нагревом (т.е.е. тепловой насос, работающий с COP 1). Ясно, что пиковый спрос может быть уменьшен (а частная экономика тепловых насосов может быть улучшена), если дополнительное тепло будет обеспечиваться за счет природного газа [3]. Однако использование природного газа в качестве резервного тепла противоречит цели декарбонизации посредством электрификации. На практике Уэйт и Моди [3] пришли к выводу, что при использовании тепловых насосов с двумя источниками энергии только 1% и 2% тепловой энергии может потребоваться за счет природного газа. Однако неясно, будет ли распределительная сеть природного газа экономически жизнеспособной при такой низкой загрузке.

Хотя существуют некоторые данные, помогающие количественно оценить стоимость, например. в долл. США / кВт — чтобы укрепить сеть для удовлетворения пикового спроса, мы решили избежать монетизации увеличения пикового спроса. Есть много распределительных и электрических сетей, у которых есть избыточные мощности по передаче и распределению. В этих городах повышенный спрос на электроэнергию может быть выгодным, поскольку он увеличивает коэффициент использования существующей инфраструктуры передачи и распределения, а более высокие пиковые потребности могут быть легко удовлетворены за счет дополнительной пропускной способности линии.Вместо того, чтобы пытаться количественно оценить резервную мощность передающих и распределительных сетей каждого города, мы сообщаем только об изменениях пикового спроса и оставляем оценку и монетизацию этой информации экспертам по конкретной ситуации в каждом городе.

3.1. Частные экономические выгоды поддерживают утроение внедрения тепловых насосов в США с 11% до 32% односемейных домов

Мы обнаружили, что 16,7 млн ​​домов — или 21% жилого фонда односемейных домов в США — могли бы сегодня получить экономическую выгоду от замены своих домов. существующий обогреватель с тепловым насосом.Добавьте к этому 8,7 миллиона домов, в которых уже есть тепловые насосы, и общий показатель внедрения тепловых насосов в США может вырасти до 32% только за счет частных экономических выгод.

Частная экономическая выгода для этих 16,7 миллионов домов составляет 7,1 миллиарда долларов в год, как показано на рисунке 2. Эта частная выгода включает 12,0 миллиардов долларов ежегодной экономии энергии за вычетом амортизированных затрат на модернизацию технологии теплового насоса. Общественная выгода от внедрения этого теплового насоса составляет 0,6 миллиарда долларов в виде предотвращения ущерба здоровью и 1 доллар.7 миллиардов предотвращенных климатических повреждений ежегодно. Годовые выбросы CO ₂ в жилищном секторе снизились на 8,3% с 506 млн т до 464 млн т.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Уровень внедрения существующих тепловых насосов составляет 11% существующих домов на одну семью в США. Частный NPV, рассчитанный исходя из годовых и средних цен на электроэнергию и газ по штату, применения тепловых насосов положителен еще для 21% домов в США.Польза для здоровья от внедрения теплового насоса значительно различается. Климатические выгоды в основном увеличиваются с внедрением тепловых насосов: только в 1,7 миллиона домов (2,1% жилого фонда США) внедрение тепловых насосов увеличивает выбросы CO ₂ . Тем не менее, затраты на борьбу с загрязнением воздуха могут быть высокими: хотя 22,4 миллиона домов (28% жилищного фонда США) имеют затраты на борьбу с загрязнением от 0 до 200 долларов за тонну СО ₂ , есть 5,1 миллиона домов (6% жилищного фонда США) с стоимость борьбы с выбросами превышает 1000 $ / тCO ₂ .Эти оценки основаны на исторических данных о работе сети и предположениях о том, что в течение 15 лет эксплуатации теплового насоса выбросы CO ₂ из электросети уменьшаются на 45%, а ущерб здоровью — на 75%. Частные и социальные издержки снизятся, если сеть станет чище быстрее, чем предполагалось в нашем анализе, или если в будущем будут установлены тепловые насосы.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Мягкий климат (смешанный и прибрежный) имеет наибольший потенциал для внедрения тепловых насосов, как показано на рисунке 3.В этом климате зимние температуры достаточно мягкие, чтобы поддерживать эффективную работу теплового насоса, а лето достаточно жаркое, чтобы получить значительные выгоды от высокоэффективного кондиционирования воздуха теплового насоса. С другой стороны, дома в холодном климате получают наименьшие выгоды от внедрения тепловых насосов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 3. Внедрение тепловых насосов, потенциал субсидий и общественный ущерб зависят от региона электросети и температуры климата.На рисунке 1 изображена карта, показывающая различные регионы электросетей и климатические регионы.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.2. Полное внедрение теплового насоса снижает CO

₂ на 160 Мт при чистых ежегодных затратах в размере 25,2 миллиарда долларов.

Поскольку проникновение теплового насоса превышает 60%, совокупный климатический ущерб продолжает снижаться, в то время как совокупные частные расходы и ущерб здоровью стремительно растут. Если бы во всех частных домах были установлены тепловые насосы, это снизило бы выбросы CO ₂ в жилых домах до 346 Мт — сокращение на 160 Мт или 32%, что составляет 6 долларов.4 миллиарда ежегодных климатических выгод. Хотя это благоприятное воздействие на климат является значительным, оно обходится дорого: ущерб здоровью составляет 4,9 миллиарда долларов, а частные экономические издержки — 26,7 миллиарда долларов. Используя эти цифры, совокупная годовая стоимость 100% внедрения тепловых насосов в континентальной части США составляет минус 25,2 миллиарда долларов, не считая затрат на создание инфраструктуры распределения электроэнергии для удовлетворения повышенного пикового спроса на электроэнергию.

Более того, внедрение теплового насоса увеличивает выбросы CO ₂ на 2.1% домов в США и затраты на борьбу с выбросами превышают 1000 долларов США за тонну CO ₂ для 6% домов в США. Исходя из этих цифр, может быть трудно оправдать очень высокие темпы внедрения тепловых насосов.

3.3. Частные и общественные результаты обычно совпадают.

Учитывая текущую электросеть, технологии и цены на энергию, всякий раз, когда дом в США заменяет свой существующий обогреватель на тепловой насос из-за частных экономических выгод, внедрение теплового насоса обычно приносит пользу общественному здравоохранению и климату. также.См. Синие незатененные части рисунка 3.

Во многих случаях внедрение теплового насоса приводит к общественному ущербу, т. Е. где общественная чистая приведенная стоимость внедрения теплового насоса отрицательна. Но в большинстве случаев это относится к домам, которые не любят тепловые насосы, т. Е. дома, где ЧПС внедрения теплового насоса в частных компаниях отрицательна, и внедрение теплового насоса предположительно маловероятно. См. Красные заштрихованные части рисунка 3.

Однако бывают случаи, когда внедрение теплового насоса создает частную экономическую выгоду, но наносит ущерб обществу.См. Синие заштрихованные части рисунков 3 и 4. Это несоответствие частных и общественных результатов происходит почти исключительно для домов, которые в настоящее время отапливаются пропаном. Эффект сосредоточен в областях электрической сети с более высоким уровнем излучения и в более холодных частях областей сети со средним уровнем излучения. Пропан относительно чистый, но дорогой. Обычно замена пропанового обогревателя тепловым насосом имеет экономический смысл. Но в более холодном климате, где тепловые насосы будут работать с меньшей эффективностью, а в электрических сетях с более высокими выбросами, переключение с пропана на тепловой насос часто увеличивает ущерб от выбросов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Внедрение тепловых насосов, потенциал субсидий и общественный ущерб зависят от базового топлива для отопления, региона электросети, температуры климата и характеристик жилья. Выводы основаны на текущем жилищном фонде, а повреждения электросети основаны на исторической сети и предположении, что эти убытки уменьшаются, как описано в разделе 2.3.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.4. Парето-оптимальная политика может расширить внедрение тепловых насосов с 32% до 37% домов.

Есть много домов, в которых внедрение тепловых насосов принесет пользу обществу, но внедрение тепловых насосов маловероятно, поскольку частная чистая приведенная стоимость отрицательна. Политика может стимулировать эти дома к установке тепловых насосов. Политика может, например, (а) определять дома, в которых общественная выгода от внедрения теплового насоса превышает частные потери, и (б) субсидировать капитальные затраты на тепловой насос, чтобы свести частные убытки к нулю.Мы классифицируем подмножество домов, в которых эта политика возможна, как «потенциальные субсидии», как показано на рисунках 3 и 4.

Эта категория потенциальных субсидий охватывает почти каждый город в данном исследовании и включает еще 3,8 миллиона домов. Такая политика будет стоить 2,6 миллиарда долларов — годовая амортизированная стоимость — 280 миллионов долларов — и увеличит выгоды для здоровья и климата на 190 и 405 миллионов долларов в год соответственно.

Как показано на рисунке 2 и подтверждено Дэвисом [11], многие дома в США могут получить стимул для внедрения теплового насоса с помощью небольшой субсидии.Однако мы показываем, что только небольшой процент этих тепловых насосов будет давать выгоды от выбросов, превышающие их стоимость субсидий.

3.5. Темпы внедрения тепловых насосов зависят от региона электросети, климата, характеристик жилья и базового топлива для отопления.

Возможно, наиболее важным показателем того, приносит ли пользу использование теплового насоса в доме, является текущее топливо для отопления. Переключение отопления дома с природного газа на тепловые насосы редко приносит пользу, особенно в холодном климате, где почти нет домов, где такое переключение имеет смысл.Если есть возможность выгодной замены нагревателей природного газа тепловыми насосами, то это будет в домах средней эффективности (1970–1989 гг.) В жарком или мягком климате.

Замена домов, в которых используются электрические нагреватели сопротивления, на тепловые насосы почти всегда дает явную пользу. Замена электрического резистивного нагревателя тепловым насосом становится более привлекательной в больших (> 1500 SF), менее эффективных (<1990 г.) домах в более холодном климате и регионах с более высокими выбросами в электросетях.

Дома, отапливаемые мазутом, почти всегда приносят пользу обществу от внедрения тепловых насосов. Но это обычно приводит к частным экономическим потерям домовладельца. Почти 65% домов, отапливаемых мазутом, находятся в холодном климате, где уровень использования тепловых насосов выше 20% маловероятен, если домовладельцы будут выбирать свой режим отопления исключительно по стоимости. Наибольшие возможности для замены нагревателей жидкого топлива тепловыми насосами связаны с небольшими (<1500 SF) домами с меньшей эффективностью (<1990 г.).

Замена пропанового обогревателя тепловым насосом, как обсуждалось ранее, часто экономична для домовладельца, но ухудшает качество воздуха. Это особенно верно в электрических сетях с высоким уровнем выбросов, т.е. MRO и RFC — где расположено почти 50% домов, отапливаемых пропаном.

3.6. Ущерб здоровью подрывает климатические преимущества в 28% потенциальных модификаций тепловых насосов

Внедрение тепловых насосов в США почти всегда снижает выбросы CO ₂ : только 1,7 миллиона (2,1%) домов в США внедрение тепловых насосов приводит к повышению CO ₂ выбросов.См. Рисунки 2 и 5. Таким образом, рассматривая тепловые насосы исключительно как средство обезуглероживания, имеет смысл стремиться к очень высокому уровню внедрения.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 5. Изменение климата и ущерб здоровью, причиненный каждым домом, использующим тепловой насос. Каждая точка представляет собой один смоделированный дом. В большинстве случаев использование теплового насоса снижает ущерб, наносимый климату, но увеличивает ущерб здоровью.Четкие линейные полосы точек в верхнем правом квадранте показывают модернизацию электрических резистивных нагревателей для отдельной электрической сети. Отношение ущерба здоровью к ущербу, наносимому парниковыми газами, довольно постоянно для конкретной электросети. Расстояние, которое проходит конкретная точка по этой линейной полосе, зависит от того, сколько электроэнергии экономится при переключении с электрического резистивного нагревателя на тепловой насос.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Однако то же отношение не действует в отношении ущерба здоровью.Внедрение тепловых насосов часто увеличивает ущерб здоровью, вызванный такими загрязнителями воздуха, как SO ₂ , NO _x и PM _2,5 . По сравнению с электростанциями, бытовые печи и котлы работают при более низких температурах горения и более строгих нормах качества воздуха. То есть электростанции производят значительно больше вредных веществ, загрязняющих воздух, чем бытовые обогреватели. Хотя внедрение теплового насоса переносит загрязнение географически из городских домохозяйств в сельские районы, где, как правило, расположены электростанции и меньше людей может подвергаться загрязнению, чистый рост загрязняющих веществ и способность этих загрязняющих веществ часто перемещаться на многие сотни миль приводит к увеличению вреда для здоровья в целом.Как показано на рисунке 5, такая ситуация — когда внедрение тепловых насосов увеличивает общий ущерб здоровью — имеет место для 47,5 миллионов домов в США, или 67% жилищного фонда без тепловых насосов. Михалек и др. [42] и Голландия и др. [43] наблюдают аналогичный сдвиг в повреждениях, когда легковые автомобили электрифицированы.

Для 26,1 миллиона таких домов климатические выгоды от внедрения теплового насоса превышают ущерб для здоровья. Это дает положительную чистую общественную ценность. Таким образом, вред для здоровья от внедрения теплового насоса часто перевешивается преимуществами для климата.

Однако есть много других домов, для которых верно обратное: преимущества для климата от внедрения тепловых насосов затмеваются ущербом для здоровья. Из 69,6 миллиона домов, в которых использование тепловых насосов приносит пользу климату, 19,7 миллиона причиняют вред здоровью, превышающий их климатические преимущества. Это дает отрицательную чистую общественную ценность.

Общественные выгоды от внедрения тепловых насосов могут быть улучшены за счет снижения выбросов в энергетическом секторе определенных загрязнителей воздуха.Этого можно достичь, например, за счет более строгого регулирования загрязняющих веществ на электростанциях, например. посредством обессеривания, каталитического восстановления, электростатических пылеуловителей и поэтапного отказа от угля [44].

3,7. Потребности в укреплении сети невелики, за исключением высоких темпов внедрения тепловых насосов в холодном климате.

Помимо увеличения ущерба здоровью, еще одной потенциальной проблемой для очень высоких темпов внедрения тепловых насосов является стоимость укрепления электрической сети для надежного удовлетворения более высокого пикового спроса на электроэнергию [ 8].На рисунке 6 показано, как уровень внедрения тепловых насосов влияет на пиковый спрос на электроэнергию в каждом городе. Многие города видят удовлетворяемые потребности в укреплении энергосистемы. При 100% внедрении тепловых насосов мы обнаруживаем, что в 24 из исследованных городов, представляющих 41% жилищного фонда США, пиковый спрос на жилье увеличивается на 50% или меньше. Более того, в городах с жарким климатом — где потребность в охлаждении приводит к пиковому потреблению электроэнергии, а новый тепловой насос может обеспечить повышение эффективности охлаждения по сравнению с существующим в доме кондиционером — может даже увидеть, что внедрение теплового насоса приведет к снижению пикового спроса на электроэнергию в жилищах.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 6. В жарком климате тепловой насос часто заменяет менее эффективный существующий кондиционер, что снижает общую пиковую потребность в жилом помещении. В холодном климате тепловой насос часто заменяет топку или котел, работающие на ископаемом топливе, что увеличивает общий пиковый спрос населения. Определения «сторонников тепловых насосов» и «потенциала субсидий» см. На рисунке 3.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Тем не менее, при 100% внедрении тепловых насосов мы обнаруживаем, что в 24 из исследованных городов, представляющих 44% жилого фонда США, пиковый спрос на электроэнергию в жилищном секторе увеличивается более чем на 100%. Эти города, как правило, находятся в более холодном климате, где тепловой насос должен регулярно работать при очень низких температурах, что снижает производительность теплового насоса.

Однако при более низких темпах внедрения тепловых насосов большинство городов заметят лишь небольшие изменения в пиковом спросе на электроэнергию в жилых домах.При показателях внедрения тепловых насосов, показанных для категорий «сторонников тепловых насосов» и «потенциального субсидирования» на рисунке 3, мы обнаруживаем, что пиковый спрос в жилищном секторе в некоторых случаях увеличивается на 40%, а в большинстве городов — менее чем на 20%. Многие распределительные сети могут иметь избыточную мощность, чтобы справиться с этим увеличением без необходимости каких-либо обновлений.

3.8. Анализ чувствительности

Наши результаты основаны на предположениях, изложенных выше и подробно описанных в разделе 2: сеть становится значительно чище в течение срока службы теплового насоса, установленного сегодня.Результаты этого анализа могут измениться, если эти допущения изменятся. В следующем разделе мы обсудим чувствительность темпов внедрения тепловых насосов к выбросам в электросети и социальным затратам на углерод, а также к стоимости и эффективности технологии тепловых насосов.

3.9. Более высокие социальные затраты на углерод должны сопровождать более чистые электрические сети.

Мы моделируем последствия внедрения тепловых насосов за 15 лет и предполагаем, что выбросы из электрических сетей — как CO ₂ , так и загрязняющие вещества — уменьшатся с течением времени.Тем не менее, выбросы в электросети могут падать быстрее или медленнее, чем мы предполагаем. Социальная стоимость углерода — цена или экономические внешние эффекты, представляющие денежный ущерб, причиненный выбросами углерода, — также может возрасти в будущем.

Каждое из этих изменений повлияет на общественную чистую приведенную стоимость внедрения теплового насоса. Более чистые электрические сети и более высокие социальные затраты на углерод обычно будут стимулировать декарбонизацию, которую обеспечивают тепловые насосы. Рисунок 7 иллюстрирует этот эффект.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 7. Снижение выбросов из электрических сетей не сможет стимулировать высокие темпы внедрения тепловых насосов, если в первую очередь не увеличатся социальные издержки углерода. Уровень внедрения тепловых насосов включает 11% существующих домов с существующими тепловыми насосами, 21% домов, в которых тепловые насосы используются исключительно в личных целях, и дома, в которых субсидирование внедрения тепловых насосов обеспечит чистую общественную выгоду. Обратите внимание, что крайняя левая часть оси x — где средние выбросы в электросети за 15 лет приближаются к нулю — маловероятна, если вообще возможна.Полная ось абсцисс исследуется для иллюстрации.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Используя наши текущие допущения о социальных затратах на выбросы углерода в 40 долларов за тонну, более чистая электрическая сеть с меньшим количеством CO ₂ и критериями выбросов загрязняющих веществ не стимулирует более широкое внедрение тепловых насосов. Для многих домов внедрение теплового насоса означает небольшое сокращение выбросов CO ₂ , значительный ущерб здоровью и / или большие частные экономические затраты.Все эти проблемы противоречат аргументам в пользу тепловых насосов как средства рентабельной глубокой декарбонизации.

Для преодоления этих проблем требуется нечто большее, чем очистка электросети — это требует, чтобы общество придавало большее значение ущербу, причиненному выбросами CO ₂ , т.е. более высокая социальная стоимость углерода. Однако, если и то, и другое произойдет одновременно, умеренное увеличение стоимости углерода и сокращение выбросов из энергосистемы могут усилить аргумент в пользу значительного внедрения тепловых насосов.Например, если выбросы в сеть упадут на 35% ниже наших предположений, а социальные издержки на выброс углерода достигнут 300 долларов за тонну CO ₂ , то чистая выгода для общества может быть достигнута за счет внедрения тепловых насосов на уровне 75%.

3.10. Более низкие затраты на тепловой насос должны сопровождаться более высокой эффективностью теплового насоса.

Приведенный выше анализ описывает эффекты замены базовой технологии отопления дома тепловым насосом 8,5 HSPF, 14,3 SEER. Эта замена обходится домам в среднем в 6600 долларов по сравнению со стоимостью замены существующего обогревателя на ту же технологию.Но стоимость и эффективность тепловых насосов могут меняться в зависимости от проекта, стимулов или технологических исследований и разработок.

Изменения в стоимости и эффективности тепловых насосов повлияют как на частную, так и на государственную чистую приведенную стоимость внедрения тепловых насосов. Более дешевые тепловые насосы увеличивают чистую приведенную стоимость использования тепловых насосов в обществе и сокращают экономию энергии, необходимую для того, чтобы сделать их привлекательным вариантом. Более эффективные тепловые насосы имеют более низкие затраты на электроэнергию. Рисунок 8 иллюстрирует эти эффекты.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 8. Снижение затрат улучшает влияние эффективности теплового насоса на скорость внедрения. Уровень внедрения тепловых насосов включает 11% домов с существующими тепловыми насосами и домов, в которых внедрение теплового насоса дало бы положительную частную чистую приведенную стоимость.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Мы показываем, что более высокая эффективность теплового насоса действительно улучшает показатели внедрения тепловых насосов, но с уменьшением отдачи. Это уменьшение отдачи особенно заметно при более высоких затратах на установку.Например, при базовой стоимости повышение эффективности теплового насоса мало повлияет на общие показатели внедрения.

Если затраты снизятся — например. из-за технологических достижений, мягкого снижения затрат или субсидий — тогда убывающая отдача от более эффективных единиц будет менее заметной. Например, политика, направленная на покрытие некоторых дополнительных затрат на тепловые насосы с более высоким КПД, может быть эффективным способом одновременного снижения затрат и повышения эффективности.

В нашей статье представлена ​​более подробная картина преимуществ и затрат на внедрение тепловых насосов, чем в предыдущих исследованиях.В то время как прошлые исследования выявили целые регионы, где тепловые насосы приносят общественные или частные выгоды или убытки [2], мы обнаружили, что в большинстве климатов и для большинства типов домов проникновение тепловых насосов ниже, чем это социально оптимально (т. Е. Общественное + частное, ЧПС> 0). В соответствии с предыдущими исследованиями экологического воздействия отопления [2] и электрификации транспортных средств [42], мы обнаружили, что электрификация часто сокращает выбросы парниковых газов. Однако преимущества этих сокращений могут быть сведены на нет увеличением ущерба, наносимого загрязнителями, которые вносят более непосредственный вклад в краткосрочную смертность.Предыдущие исследования показывают, что полная электрификация резко увеличит спрос на энергосистему, и предполагают, что решением может быть продолжение использования природного газа для обеспечения небольшого количества тепла [3]. Мы показываем, что, хотя пиковый спрос на электроэнергию вряд ли резко возрастет, если тепловые насосы будут использоваться только теми, кто этим экономит деньги, более высокие уровни проникновения резко увеличивают пиковую потребность в электроэнергии. Это потребует творческой адаптации электроэнергетической системы, включая распределенную генерацию и реагирование на спрос (см., Например, [45]).

Хотя наш метод моделирования дает общую картину государственных и частных затрат и выгод от внедрения тепловых насосов, он имеет два основных недостатка, которые можно было бы исправить в будущем.

Мы изучаем энергоэффективность элементарным способом. Модель ResStock предоставляет множество характеристик, по которым можно оценить энергоэффективность различных смоделированных домов, например. инфильтрация воздуха, оконный тип, утепление чердака. Тщательное исследование этих характеристик и их влияния на внедрение тепловых насосов выходит за рамки настоящего исследования.Вместо этого мы используем год постройки дома, т.е. винтаж — как показатель энергоэффективности. Это предположение согласуется с тем, как разработан ResStock, потому что вероятность того, что случайно сгенерированный дом будет иметь качественную утепление, окна, изоляцию чердака и другие качества, увеличивается, если его винтаж моложе. Винтаж — это также показатель, который политики могут легко использовать при разработке политики. Однако политическая инициатива по поощрению внедрения тепловых насосов вполне может сопровождаться стремлением улучшить качество жилищного фонда.Действительно, дома будущего могут быть спроектированы с учетом электрификации и эффективности, и это может изменить баланс выгод и затрат на тепловые насосы. В будущей работе следует оценить совокупные выгоды и затраты на такую ​​модернизацию с использованием тепловых насосов.

Высокие темпы внедрения тепловых насосов, а также политика, развитие технологий и инновации, необходимые для их достижения, окажут значительное влияние на электросети и на энергетические рынки. Мы предполагаем постоянные значения цен на топливо, предельных выбросов в сеть, цен на электроэнергию и капитальных затрат на тепловые насосы.В действительности, по мере того, как скорость внедрения тепловых насосов увеличивается, а электрическая сеть становится чище, эти переменные могут изменяться по-разному. Например, затраты на тепловой насос могут снизиться из-за большей экономии на масштабе производства и опыта установщиков тепловых насосов, электрическая сеть может стать чище быстрее из-за углеродной политики, а цены на топливо могут измениться по мере снижения спроса на это топливо со стороны жилого сектора. Наше предположение об исторических годовых и средних ценах по штату является ограничением анализа.Однако, учитывая потенциально огромную неопределенность будущих цен на энергоносители [39], это упрощающее допущение упрощает определение воздействия жилищного фонда, структуры производства электроэнергии, налоговой политики и технологических усовершенствований. Более полное исследование могло бы изучить эти разные чувствительности, чтобы лучше понять неопределенность нашего решения.

Хотя эти недостатки могут повлиять на некоторые ценности наших результатов, мы не ожидаем, что они повлияют на основные выводы этого исследования.Внедрение тепловых насосов — это многогранная проблема, охватывающая несколько секторов и отраслей энергетики, но наш анализ охватывает достаточно этой сложности, чтобы дать обоснованную оценку государственных и частных затрат и выгод от внедрения тепловых насосов в США. Наконец, хотя мы пытаемся учесть тот факт, что сеть, вероятно, станет чище в течение срока службы тепловых насосов, установленных сегодня, очевидно, что существует потребность в других подходах, которые прогнозируют влияние на выбросы структурных изменений в сети [46, 47] или даже произвести альтернативные оценки выбросов от существующей электросети [48].

Применение теплового насоса хорошо сочетается с декарбонизацией. В некоторых случаях такое согласование является слабым — для 8% домов в США внедрение тепловых насосов либо увеличивает выбросы CO ₂ , либо влечет за собой очень высокие затраты на сокращение выбросов. В то время как универсальное внедрение тепловых насосов в США имеет сомнительную ценность, очень высокие темпы внедрения, составляющие 80–90%, могут рентабельно снизить выбросы парниковых газов.

Однако с учетом текущих цен на энергию, прогнозов выбросов в электросети и технологии тепловых насосов мы считаем такие высокие темпы внедрения маловероятными.С частной экономической точки зрения, мы обнаружили, что внедрение теплового насоса дает чистую экономическую выгоду для 21% односемейных домов в США. При включении домов с существующими тепловыми насосами это составляет 32%. С точки зрения общественного благосостояния, мы обнаружили, что комбинированная чистая приведенная стоимость для климата и здоровья при внедрении тепловых насосов является положительной для 70% жилищного фонда США, не использующего тепловые насосы. Эта ставка может снизиться, если учесть стоимость укрепления электрической сети для удовлетворения повышенного пикового спроса на электроэнергию: последствия, с которыми столкнутся многие города.

Таким образом, мы находим преимущество тепловых насосов в качестве инструмента декарбонизации, но есть много препятствий для достижения высоких показателей внедрения. Однако наш анализ показывает ключевые технологии, политику и стратегические идеи для преодоления этих препятствий, причем все они применимы не только к США, но и к другим странам или юрисдикциям:

• В первую очередь обращайтесь к мягкому климату: внедрение тепловых насосов в смешанном и прибрежном климате (см. Рисунок 1) демонстрирует сильный частный экономический потенциал и ограниченный ущерб обществу.Особенно это касается электрических сетей со средним уровнем выбросов. Более того, в городах с мягким климатом меньше шансов увидеть резкий рост пикового спроса на электроэнергию или связанных с этим затрат на укрепление сети.
• В последнюю очередь обращайтесь к холодному климату: внедрение тепловых насосов в холодном климате (см. Рисунок 1) свидетельствует о слабом частном экономическом потенциале и значительном ущербе для общества. Более того, в городах с холодным климатом более вероятно резкое увеличение пикового спроса на электроэнергию и связанных с этим затрат на укрепление сетей.Исключением является установка теплового насоса для замены электрического резистивного нагревателя: такая модернизация обычно снижает затраты домовладельцев, снижает выбросы и снижает пиковое потребление электроэнергии.
• Ускорение сокращения выбросов в энергетическом секторе: усилия по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по критериям электростанций и по созданию генераторов с нулевым или низким уровнем выбросов углерода укрепят общественные аргументы в пользу внедрения тепловых насосов. Чем быстрее будут продвигаться эти усилия, тем более выгодными станут высокие показатели внедрения тепловых насосов.Там, где существующей технологией является мазут или резистивное нагревание, переход на тепловые насосы, вероятно, будет экологически и экономически выгодным даже при существующих электрических сетях.
• Оплата затрат на технологию тепловых насосов средней эффективности: небольшое снижение капитальных затрат и небольшой выигрыш в эффективности могут значительно повысить скорость внедрения. Это может быть достигнуто с помощью такой политики, как отраслевое обучение для снижения затрат на установку, исследования и разработки для снижения стоимости технологий, субсидии, которые отдают предпочтение более эффективным установкам, или вознаграждения, которые стимулируют чистое сокращение выбросов CO ₂ .
• Сосредоточьтесь на соответствующих нишах жилищного фонда: некоторые типы домов больше выигрывают от внедрения тепловых насосов, чем другие. Например, в США модернизация с использованием природного газа кажется наиболее перспективной в домах средней эффективности (урожай 1970–1989 гг.), Модернизация с использованием нефти и пропана в небольших (<1500 SF), старых (до 1990-х годов) домах, а также в электрических домах. модернизация резистивных нагревателей в больших (> 2500 SF), старых (до 1970-х годов) домах.

Целевые стратегические, технологические и политические инициативы могут способствовать широкому распространению тепловых насосов и глубокой электрификации сектора отопления жилых помещений.По мере того, как электрическая сеть становится чище, эта электрификация приведет к большему сокращению выбросов CO ₂ .

(PDF) Воздушные тепловые насосы и их роль в шведской энергетической системе

Воздушные тепловые насосы и их роль в шведской энергетической системе

Итаи Даниэльски *, a, Morgan Frölinga

a Экотехнологии, Департамент инженерии и Устойчивое развитие, Университет Средней Швеции,

83125 Эстерсунд, Швеция

* Автор для переписки: [email protected], Тел: +46 (0) 63-165416,

Реферат

Новые тепловые насосы с воздушным источником могут обеспечивать тепловую энергию из наружного воздуха при температуре от

до -20 ° C. В результате их можно было использовать в течение большинства дней в году, даже в холодном северном климате

. Недостатком тепловых насосов с воздушным источником является снижение эффективности по мере того, как наружный воздух

становится холоднее, что приводит к снижению подачи тепла в то время, когда оно наиболее необходимо. Несмотря на обратную зависимость

между КПД и температурой наружного воздуха, только в 2010 году тепловые насосы с воздушным источником были установлены в

57000 частных домов в Швеции, что составляет 3% от общего фонда отдельно стоящих домов.

Это делает воздушные тепловые насосы самой продаваемой технологией отопления для частных домов в Швеции.

в течение 2010 г., что в 1,6 раза больше, чем количество установок тепловых насосов, использующих грунт, и в 3 раза больше, чем

, чем количество подключений отдельно стоящих домов. к централизованному теплоснабжению в течение того же года.

Подобные тенденции наблюдаются и в других странах Северной Европы.

В этом исследовании сравнивается использование воздушного теплового насоса с другими существующими коммерческими технологиями

в частных домах и анализируется влияние на использование первичной энергии, на конечное использование энергии, на производство электроэнергии

и на рентабельность домовладельцев.Было обнаружено, что преобразование существующих электрических отапливаемых отдельно стоящих домов

в Швеции на централизованное теплоснабжение с ТЭЦ на биомассе или каменным тепловым насосом

могло бы сократить использование ресурсов, что могло бы принести пользу Швеции как обществу. Преобразование

Шведских отдельно стоящих домов с электрическим отоплением в районное отопление или печь на гранулах может снизить потребность в электроэнергии и выровнять

нагрузочную кривую спроса на электроэнергию. Это принесет пользу коммунальным предприятиям электроснабжения, поскольку может обеспечить источник питания

.Однако экономическая эффективность является одним из важнейших факторов, побуждающих владельцев частных домов

выбирать меры по повышению энергоэффективности. По этой причине домовладельцы, скорее всего, получат выгоду от

установки тепловых насосов с воздушным источником тепла.

1. Введение

Большая часть шведских жилых домов была построена в 1960-х и 1970-х годах, при этом

новых построенных домов закончились во время нефтяного кризиса 1973 года (Статистическое управление Швеции 2012a).

До нефтяного кризиса цены на ископаемое топливо и электроэнергию были относительно низкими, а сохранение энергии в зданиях не имело большого значения. Нефть и электричество широко использовались в качестве источников энергии

для отопления помещений и бытового водоснабжения. При более высоких ценах на ископаемое, многие из

особняков были преобразованы в биомассу и тепловые насосы. Установлено

сетей централизованного теплоснабжения, которые в настоящее время обеспечивают помещения и горячее водоснабжение 92% многоквартирных домов

и только 27% от общего числа 1.9 миллионов отдельно стоящих домов. Частные дома

имеют самый высокий уровень конечного потребления энергии в секторе услуг для отопления помещений и нагрева воды (Шведское энергетическое агентство

2011a) и в четыре раза выше потребление электроэнергии по сравнению с

многоквартирными домами (Статистическое управление Швеции, 2012). Электроэнергия по-прежнему является наиболее распространенной формой из

энергии, используемой для отопления и горячего водоснабжения в отдельно стоящих зданиях. Густавссон и Йоэльссон (2010)

обнаружили, что выбор энергоносителя для конечного использования имеет большее влияние на экономию первичной энергии

, чем меры по энергосбережению, предпринятые для тепловой оболочки зданий.В добавлении

меры по энергосбережению были менее рентабельными при переходе на более энергоэффективную систему отопления

.

Тепловые насосы были доступны с 70-х годов, но они получили большой прорыв только в период

2005 (Новацки 2007) и были установлены в основном в частных домах. Около 46% от

Дома с тепловым насосом: «Он производит горячую воду, когда на улице холодно» | Счета за электроэнергию

Джон и Кэрол Дид , Thriplow, Cambs
«В январе 2020 года у нас был установлен тепловой насос с воздушным источником, и это оказалось действительно хорошим решением», — говорит Джон Дид, бывший маркетолог. руководитель в автомобильной промышленности.

Дид и его жена Кэрол начали рассматривать варианты домашнего отопления для своего отдельно стоящего дома с четырьмя спальнями 1970-х годов, когда стало ясно, что их 25-летний масляный котел «на последнем издыхании».

«Мы учли затраты, а также воздействие на окружающую среду, и это исключило возможность возобновления использования нефти — [она] неустойчивая в цене, затрудняет доставку и, конечно, вредно для окружающей среды», — говорит он. Они остановились на электрическом тепловом насосе, чтобы максимально использовать свой тариф на экологически чистую электроэнергию, и запланировали солнечные панели, которые они установили за лето.Дом уже получил изоляцию от пустотелых стен, изоляцию на чердаке и двойное остекление.

«Первым приятным сюрпризом было то, как приятно было держать весь дом, площадью около 1700 квадратных футов, при 20 градусах в течение всего дня, особенно когда Ковид ограничивал нас в нашем доме намного дольше, чем обычно», — говорит Дид. «Вторым приятным сюрпризом стали эксплуатационные расходы».

После значительных первоначальных затрат солнечные панели пары теперь вырабатывают более чем достаточно электроэнергии для работы теплового насоса Mitsubishi, по сравнению с оплатой 900 фунтов стерлингов в год за нефть.Тепловой насос стоил 14 000 фунтов стерлингов; государственная субсидия в размере 8400 фунтов стерлингов, подлежащая выплате в течение семилетнего периода, оставляет чистую стоимость в размере 5600 фунтов стерлингов.

«Он не более шумный, чем котел, и то, как он нагревает воду по трубам при низкой температуре воздуха на улице, остается загадкой, но мы возьмемся за это!»

«Полезен, как шоколадный пожарный»

Альф Мангера, Блэкберн
«Это была самая большая ошибка, которую я совершил за долгое время», — говорит Альф Мангера, молодежный работник из Блэкберна, о своем решении подойти. тепловой насос в его дом незадолго до Рождества.

У моего товарища есть двойной насос с подогревом пола — он отлично работает. Я бы не стал снова рассматривать тепловой насос, пока технология не улучшится.

Мангера купил свой новый дом девять лет назад и с тех пор провел ремонт, включая новую изоляцию, тройное остекление и солнечные батареи. «Я очень энергичен. Поэтому следующим шагом было получение теплового насоса с воздушным источником тепла », — говорит он.

Он считает, что его установщик предложил модель теплового насоса, которая не была достаточно мощной, чтобы согреть дом после наступления холодной зимы.В дни, когда температура была выше 5 ° C, устройство с одним насосом могло поддерживать тепло в доме, но в дни ниже 5 ° C «оно было так же полезно, как шоколадное огневое ограждение».

Энергопотребление Мангеры выросло с 500 единиц электроэнергии в месяц до более чем 2000 единиц, и «всем было холодно», — говорит он. Позже установщик признал, что двойной насос, возможно, подошел бы лучше, и предложил модернизировать модель, но Мангера сказал установщику «убрать его, если они также не установят теплый пол».

«Я говорил с другими об их тепловых насосах — есть несколько хороших моделей Mitsubishi — но я чувствую, что мне дали дешевую копию», — говорит он. «У меня есть друг, и он это сделал; у него в новостройке двойной насос с подогревом пола, и он отлично работает », — добавляет он. «Я бы не стал снова рассматривать тепловой насос, пока технология не улучшится».

«Технологии постоянно совершенствуются»

Mark Food, Felsted, Essex
«У нас был установлен наш первый тепловой насос около 10 лет назад, и это было ужасно», — говорит Марк Фуд из Felsted в Эссексе.В течение семи лет воздушный тепловой насос, который, по его словам, был «плохо установлен и плохо построен», изо всех сил пытался сохранить тепло в доме 1930-х годов с четырьмя спальнями в холодную погоду и вызывал жалобы соседей на шум.

«Сегодня мы установили« Роллс-Ройс с тепловыми насосами », и это великолепно», — говорит Фуд. Он говорит, что насос источника воздуха нового поколения, созданный Mitsubishi, способен поддерживать тепло во всем доме и производить достаточно горячей воды для семьи из четырех человек. В целом семья, вероятно, тратит 140 фунтов стерлингов в месяц на электроэнергию, что в целом соответствует оценке комбинированного счета за газ и электричество в большом доме.«И вы вообще этого почти не слышите», — говорит Фуд.

Помогает наличие полов с подогревом, которые идеально подходят для тепловых насосов, и то, что задняя надставка построена в соответствии с более энергоэффективными стандартами, чем требовалось в прошлом. Food предполагает, что многие негативные впечатления о тепловых насосах, вероятно, связаны со старыми, плохо установленными моделями в домах с плохой изоляцией.

«Технологии постоянно улучшаются. Хитрость заключается в том, чтобы оставить тепловой насос работать на третьей или четвертой передаче — вам не нужно возиться с ним — и он поддерживает высокую температуру.«

« Мне казалось, что мы должны что-то сделать »

Том Кисс, Брайтон
« Я установил тепловой насос в моем последнем доме, и мне он очень понравился, — говорит Том Кисс, веб-дизайнер из Брайтона. «Я скучаю по нашему тепловому насосу! Я считаю, что они просто фантастические, и я без сомнения установлю их в своем новом доме ».

Когда мы разобрались с этим, было несколько пугающих историй, которые были немного подавляющими, но мы провели наше исследование

Tom Kiss

Kiss выбрал тепловой насос с воздушным источником для своей викторианской террасы в начале 2019 года, после того, как « долгая, медленная смерть нашего газового котла », уже установив внутреннюю изоляцию стен и переоборудовав чердак.

«В то время это казалось трудным решением, — говорит он. «Когда мы изучили это, было несколько пугающих историй, которые были немного удручающими, но мы провели свое исследование. Как относительно привилегированная семья среднего класса нам казалось, что мы должны это сделать, потому что мы могли себе это позволить ».

Благодаря государственной субсидии высокая первоначальная стоимость теплового насоса по сравнению с котлом имеет больше смысла, говорит Кисс. Он заплатил немногим более 8 500 фунтов стерлингов за модель Mitsubishi EcoDan мощностью 8,5 кВт и смог потребовать 6300 фунтов стерлингов от государственного поощрения за использование возобновляемых источников тепла в течение семи лет.В результате чистая стоимость составила 2264 фунта стерлингов — или меньше суммы 2700 фунтов стерлингов, которую он получил на установку нового газового котла. Новый владелец дома теперь собирает выплаты по гранту.

Поцелуй говорит, что его ранние опасения по поводу шума или того, что радиаторы, работающие от теплового насоса, не будут такими горячими, оказались необоснованными. По его словам, для радиаторов «неэффективно и не обязательно» быть очень горячими, чтобы поддерживать в доме постоянную температуру 21 ° C, а насос был установлен «буквально рядом с нашей задней дверью, и мы не могли этого слышать».

Отопление жилых домов: потенциал технологий тепловых насосов с воздушным источником в качестве альтернативы твердому и жидкому топливу

Основные моменты

•

Воздушные тепловые насосы могут предложить значительную экономию по сравнению с центральным отоплением, работающим на жидком топливе.

•

Возможны значительные сокращения выбросов в атмосферу и климат в жилых помещениях.

•

Сопутствующие выгоды для здоровья и окружающей среды оцениваются до 100 млн евро в год.

•

Результаты могут быть полезны для политических вмешательств на рынке жилья для поддержки изменений.

Реферат

Международные обязательства в отношении парниковых газов, возобновляемых источников энергии и качества воздуха требуют рассмотрения альтернативных технологий отопления жилых помещений.На жилищный сектор в Ирландии приходится примерно 25% спроса на первичную энергию, при этом примерно половина первичного отопления домов осуществляется за счет нефти и 11% — за счет твердого топлива. Замена использования масла и твердого топлива технологией воздушного теплового насоса (ASHP) может обеспечить экономию домашних хозяйств, сокращение выбросов и снижение воздействия на здоровье. По оценкам экономического анализа, 60% домов, использующих масло, потенциально могут обеспечить экономию в районе 600 евро в год с учетом как текущих, так и годовых капитальных затрат.Сценарный анализ показывает, что грант в размере 2400 евро может увеличить потенциальное потребление нефти потребителями нефти на 17% пунктов, в то время как более высокая цена на нефть, как и в 2013 году, может еще больше увеличить потребление потребителями мазута на 24%. При комбинированном сценарии цены на нефть и гранта выбросы CO ₂ сокращаются более чем на 4 миллиона тонн в год, а выбросы твердых частиц PM _2,5 и NO _X от нефти и торфа сокращаются почти до нуля. Соответствующие выгоды для здоровья и окружающей среды оцениваются примерно в 100 млн евро в год.Представлены анализы чувствительности, оценивающие влияние альтернативных ставок дисконтирования и технологических показателей. Это исследование подтверждает потенциал технологии ASHP, а также определяет и учитывает соображения разработки политики в отношении тенденций цен на нефть, доступа к капиталу, адресности грантов и покрытия транзакционных издержек.

Ключевые слова

Жилой

Отопление

Выбросы

Нефть

Тепло

Насос

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2016 Авторы.Опубликовано Elsevier Ltd.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Почему выбирают геотермальный тепловой насос для вашего дома

Если вы подумываете о замене существующей системы отопления, подумайте о переходе на геотермальный тепловой насос. Тепловые насосы
намного более энергоэффективны, чем традиционные печи, что делает их более доступным выбором. Если ваша печь стареет или вы подумываете о модернизации
на более энергоэффективный вариант, ознакомьтесь с этими фактами о геотермальных тепловых насосах.

Они энергоэффективны и являются экологически чистой альтернативой

Геотермальные тепловые насосы — невероятно энергоэффективный способ обогрева и охлаждения вашего дома, поэтому воспринимайте их как инвестиции в ваш дом. В среднем
геотермальный тепловой насос может стоить от 10 000 до 30 000 долларов. Точная цена во многом зависит от условий вашей почвы и размера участка
, потому что система устанавливается под землей.

Однако, когда ваша система заработает, вы ежемесячно экономите деньги на обогреве и охлаждении.В среднем вы сэкономите от 30 до 60 процентов на расходах на отопление и от 20 до 50 процентов на расходах на охлаждение по сравнению с традиционной системой. Кроме того, в отличие от традиционных печей и кондиционеров, тепловой насос не выбрасывает опасные газы в окружающую среду.

Подобно традиционной печи с принудительной подачей воздуха, геотермальному тепловому насосу необходимы каналы для транспортировки воздуха. Поддерживайте эти воздуховоды в хорошем состоянии (крепежные отверстия, добавление изоляции
и очистка воздуховодов), чтобы еще больше повысить эффективность.

Они более эффективны, чем тепловые насосы с воздушным источником

При покупке теплового насоса у вас может возникнуть соблазн приобрести тепловой насос с воздушным источником, поскольку они более доступны по цене. Однако они
не так эффективны или эффективны, как геотермальные установки. Следовательно, такой экономии вы не получите. Поскольку они менее эффективны, в зависимости от того, где вы живете, вам может потребоваться резервная печь с тепловым насосом с воздушным источником для особенно холодных зим.

Воздушные тепловые насосы менее эффективны и эффективны, потому что они забирают тепло из воздуха, что трудно сделать зимой, потому что воздух
холодный.Следовательно, системе, возможно, придется приложить больше усилий, чтобы найти нагретый воздух для надлежащего обогрева вашего дома.

Однако геотермальные системы забирают тепло из земли. Они используют заполненные жидкостью трубы, которые зимой поглощают тепло от земли и отводят тепло из дома летом. Это позволяет им работать с КПД от 300 до 600 процентов. Системы с воздушным источником могут достигать уровня эффективности только от 175 до 300 процентов.

Они надежны и долговечны

Геотермальные тепловые насосы могут быть дорогими, но вам не придется долго менять свои.Обычная печь с принудительной подачей воздуха, вероятно, прослужит от 15
до 20 лет (при надлежащем уходе). Чтобы поддерживать систему, вам необходимо содержать ее в чистоте, смазывать и регулярно проверять.

Воздушный тепловой насос ненамного лучше, срок службы около 15 лет, при хорошем обслуживании. Самая большая причина, по которой тепловой насос с воздушным источником
не может прослужить долго, заключается в том, что он подвергается воздействию элементов. Система хранится снаружи, над землей, что делает ее уязвимой для ветра, льда, дождя и
мусора.

Геотермальные тепловые насосы имеют агрегат внутри дома и снаружи. Внутренние компоненты прослужат около 25 лет при хорошем обслуживании.
Однако внешний вид — это то, где вы видите настоящую прочность. Поскольку внешние компоненты хранятся под землей, они хорошо защищены и могут прослужить до 50 лет и более. Скорее всего, вам нужно будет обслуживать внутренние компоненты, но внешние части не требуют особого внимания.

Если ваша печь стареет или вам просто нужна более экологичная альтернатива, геотермальные тепловые насосы — отличный выбор.Они дороги, но сэкономят вам деньги на отоплении и охлаждении, и служат долго. Если вам нужна дополнительная информация о геотермальных тепловых насосах, свяжитесь с нами. в Bruce MacKay Pump and Well Service, Inc., сегодня.

Водонагреватели с тепловым насосом — Petersen Plumbing

Что такое водонагреватель с тепловым насосом?

Старомодный водонагреватель емкостного типа работает за счет прямого теплообмена. Газовое пламя нагревает воду прямо над ним, или электрический ток, проходящий через элемент, нагревает воду, в которую он погружен.Но водонагреватель с тепловым насосом (также известный как гибридный водонагреватель) работает по другому принципу, он больше похож на кондиционер или холодильник на кухне. Тепловой насос работает, собирая окружающее тепло и перемещая его из одной области в другую. Возможно, вы заметили, что если положить руку на правильное место сбоку или сзади холодильника, он будет чувствовать тепло на ощупь. Змеевики холодильника переносят тепло изнутри ящика во внешнюю комнату, оставляя внутреннюю часть коробки значительно более прохладной, чем температура в комнате, и оставляя пространство вокруг холодильник, чтобы немного нагреться в процессе.Точно так же водонагреватель с тепловым насосом перемещает тепло из воздуха вокруг водонагреватель в воду, хранящуюся внутри резервуара. При правильных условиях водонагреватель с тепловым насосом более эффективен. эффективны и менее затратны в эксплуатации, чем старые водонагреватели, к которым мы привыкли, потому что в них используется то, что уже существует — температура в комнате, в которой он находится — чтобы сделать за нас часть работы.

Оценки что вода с тепловым насосом может ежегодно экономить среднему домохозяйству от 30% до 50% энергии, чем обычный водонагреватель. будет потреблять.Для вас, покупателя, это напрямую означает снижение счетов за коммунальные услуги! Для коммунальных предприятий это означает меньший спрос на энергосистему и меньшую потребность в строительстве новых электростанций и инфраструктуры. Энергосбережение просто имеет смысл для наших семей, для наших финансов и для наших сообществ!

Это, конечно, НЕ означает, что водонагреватель с тепловым насосом подходит для любой ситуации.

Стоимость

Водонагреватель с тепловым насосом стоит дороже, чем стандартный водонагреватель старого образца.К счастью, многие местные коммунальные службы в районе Юджин и Спрингфилд предоставляют гранты и значительную финансовую помощь для покрытия первоначальной стоимости обогревателя.

Размер

Ваш новый водонагреватель с тепловым насосом, вероятно, будет больше, чем ваш старый, он будет выше и, вероятно, шире. Часть Причина этого в том, что ВСЕ новые водонагреватели больше, чем были раньше. И расстаться Разница в размерах, конечно же, связана с теплообменником в верхней части водонагревателя с тепловым насосом.

Расположение

Отчасти из-за разницы в размерах ваш новый водонагреватель с тепловым насосом, возможно, придется установить на новом месте в вашем доме. Но размер, конечно, не единственный фактор. Новый обогреватель необходимо разместить в неотапливаемом помещении, которое должно быть достаточно теплым. круглый год, чтобы теплообменники работали эффективно, и вокруг него должен быть достаточный беспрепятственный воздушный поток для обменники функционируют должным образом. Министерство энергетики США рекомендует:

«Водонагреватели с тепловым насосом требуют установки в местах с температурой 40–90 ° F (4.4–32,2 ° C) круглый год и обеспечьте не менее 1000 кубических футов (28,3 кубических метра) воздушного пространства вокруг водонагревателя ».

Petersen Plumbing не рекомендует , а не устанавливать один из этих обогревателей в туалете, в очень маленькой комнате или в отапливаемом помещении. часть дома. Эта последняя часть может нуждаться в некотором объяснении: мы не считаем экономически целесообразным тратить деньги на отопление. комнату, только для того, чтобы разместить в ней водонагреватель, который будет охлаждать комнату во время работы. Это просто слишком неэффективно.Мы предпочитаем устанавливать водонагреватели с тепловым насосом в неотапливаемом подвале или гараже, в защищенном месте, которое не будет замерзнуть, но что вы не тратите деньги на отопление.

После того, как вы убедитесь, что у вас есть достаточно места для установки обогревателя, нужно учесть еще несколько вещей.

Шум

Водонагреватели с тепловым насосом издают больше шума, чем старые водонагреватели, так как двигатель вентилятора издает шум при дутье воздух через катушки. В идеале обогреватель должен быть установлен в таком месте, где этот шум не будет беспокоить обитателей конструкции.

Замена трубопроводов и электропроводки

Если он не будет установлен в том же помещении, что и старый обогреватель, вам нужно будет заново прокладывать некоторые трубопроводы, чтобы холод вода может достигать водонагревателя, а нагретая вода может достигать светильников с нового места. Кроме того, вам понадобится для прокладки трубопровода конденсата от обогревателя к внешней стороне дома — как и все кондиционеры, водонагреватели с тепловым насосом образуют конденсат, для удаления которого необходимо безопасное место. И вам наверняка понадобится электрик для прокладки проводки на новое место расположения обогревателя.

Менеджмент

Водонагреватель с тепловым насосом часто называют «гибридным» нагревателем, поскольку он может работать в нескольких режимах: от полного от режима теплового насоса, при котором электрические элементы не используются вообще, до гибридного режима, в котором нагреватель может использовать оба тепловых насоса. и электрические элементы в полностью включенный электрический режим, в котором элементы обеспечивают все тепло. Вы можете переключаться между режимы в течение дня и недели в зависимости от температуры окружающей среды и вашей потребности в горячей воде.Неудивительно, Режим теплового насоса — самый экономичный, а электрический режим — самый неэффективный. Но если у вас много людей в доме и внезапная потребность в горячей воде, вы будете рады, что она есть! Итог, водонагреватель теплового насоса будет вероятно, займут немного больше вашего внимания, чем старые обогреватели типа «установил и забыл».

Связь с вашим новым обогревателем и управление им

Большинство водонагревателей с тепловыми насосами, производимых в наши дни, выглядят как «умные устройства», они предназначены для подключения к ваша сеть Wi-Fi и может контролироваться и контролироваться через приложение на вашем телефоне или онлайн через Интернет.В этом есть некоторые серьезные последствия для безопасности !! Petersen Plumbing СИЛЬНО предлагает, чтобы специалист по компьютерным сетям оценил домашней сети и поможет настроить новый водонагреватель конфиденциально и безопасно. Мы не компьютерные консультанты путем торговли, и мы не несем ответственности за безопасность вашей компьютерной сети или ваших личных данных. Мы знаем несколько местных компьютерные консультанты, которым мы доверяем и которых используем сами. Не стесняйтесь отправлять нам электронное письмо, если вы хотите знать, кого мы используем и рекомендуем.

При МИНИМУМ , пожалуйста, убедитесь, что вы изменили имя пользователя по умолчанию и пароль, связанный с водонагревателем. и ваш онлайн-аккаунт. Используйте надежный уникальный пароль, а НЕ используйте пароль, который легко угадать или который вы когда-либо использовались где-либо еще.

Итог

Водонагреватели с тепловым насосом очень популярны в наши дни. Существует множество государственных и частных программ, чтобы помочь им доступен практически для всех. Они могут экономить электроэнергию, они могут сэкономить вам деньги в долгосрочной перспективе и, как и большинство современных технологии — они требуют немного больше размышлений и планирования для безопасной и надежной работы.

Просто позвоните нам по телефону 541-343-9339, если вы хотите, чтобы компания Petersen Plumbing помогала вам спланировать и установить новый водонагреватель!

---

Текущие программы скидок, доступные в вашем регионе:

Прочие изделия для водонагревателей от Petersen Plumbing

Полезные ссылки

Отличная инфографика

• Новые Федеральные энергетические стандарты водонагревателей вызвали всплеск энергии в новых конструкциях и технологиях водонагревателей. Вот классная инфографика от U.С. Министерство энергетики.

Разные ссылки

Водонагреватели с тепловым насосом | Building America Solution Center

Вкладка «Соответствие» содержит информацию как о программе, так и о коде. Язык кода взят из выдержки и кратко изложен ниже. Чтобы узнать точный язык кода, обратитесь к соответствующему коду, который может потребовать покупки у издателя. Хотя мы постоянно обновляем нашу базу данных, ссылки могли измениться с момента публикации. Если вы обнаружите неработающие ссылки, обратитесь к нашему веб-мастеру.

Водонагреватель ENERGY STAR Ключевые критерии продукта

Чтобы иметь маркировку ENERGY STAR, электрические водонагреватели должны иметь коэффициент энергии ≥ 2,0 и номинальную мощность в первый час ≥ 50 галлонов в час. Исходя из имеющихся сегодня на рынке продуктов для электрического водонагревания, это может быть достигнуто только с помощью HPWH. Кроме того, электрические водонагреватели должны иметь гарантию ≥ 6 лет на герметичную систему и соответствовать требованиям безопасности UL 174 и UL 1995.

Домашние заметки DOE Zero Energy Ready

Требования Национальной программы по обеспечению нулевого энергопотребления для дома Министерства энергетики США, Приложение 2, гласят, что водонагреватели должны иметь сертификат ENERGY STAR. Дома, следующие по предписанному пути, должны соответствовать этому требованию. Дома, следующие по Пути производительности, должны соответствовать уровню производительности целевого дома, построенного в соответствии с требованиями, указанными в Приложениях 1 и 2.

Дома, оборудованные бензобактовым водонагревателем для всего дома, отвечающим требованиям ENERGY STAR, или водонагревателем с тепловым насосом, отвечающим требованиям ENERGY STAR, освобождаются от требований к солнечному нагреву воды в Контрольном списке готовности к возобновляемой энергии требований национальной программы для дома с нулевым потреблением энергии.

См. Вкладку «Соответствие» для получения информации о соответствующих нормах и стандартах, а также о критериях соответствия национальным программам, таким как программа DOE Zero Energy Ready Home, ENERGY STAR Certified Homes и Indoor airPLUS.

DOE Zero Energy Ready Home (Версия 07)

Приложение 1 Обязательные требования.
Приложение 1, пункт 1) Сертифицировано в рамках программы сертифицированных домов ENERGY STAR или программы строительства новых многоквартирных домов ENERGY STAR.
Приложение 1, пункт 4) Системы подачи горячей воды (распределенные и централизованные) должны соответствовать требованиям к эффективности проектирования или водонагреватели и арматура должны соответствовать критериям эффективности.

Приложение 2 Дом, готовый к нулевому энергопотреблению Министерства энергетики США, Целевой дом.
Программа Zero Energy Ready Home Министерства энергетики США позволяет строителям выбирать предписывающий или производительный путь. Согласно предписаниям DOE Zero Energy Ready Home, строители должны соответствовать или превосходить минимальную эффективность HVAC, указанную в Приложении 2 требований национальной программы (Rev 07), как показано ниже. Путь производительности DOE Zero Energy Ready Home позволяет строителям выбирать индивидуальную комбинацию показателей для каждого дома, которая по своим характеристикам эквивалентна минимальному индексу HERS смоделированного целевого дома, который соответствует требованиям Приложения 2, а также обязательным требованиям Zero Выставка Energy Ready Home 1.

Приложение 2, Водонагреватель) Уровни ENERGY STAR для коэффициента энергии системы:

• Системы газ / пропан объемом ≤ 55 галлонов, EF = 0,67
• Системы газ / пропан емкостью> 55 галлонов, EF = 0,77
• Электросистемы отдельно стоящих жилых домов, EF = 2,0
• Электросистемы в многоквартирных домах, EF = 1,5
• Для жидкотопливных водонагревателей использовать EF = 0,60

Федеральный стандарт водонагревателей

Новый Федеральный стандарт по водонагревателям, который вступает в силу в 2015 году, требует EF около 2.0 для всех новых накопительных электрических водонагревателей емкостью более 55 галлонов (Федеральный регистр 2010 г.). Это постановление фактически обяжет использование HPWH в приложениях с большими потребностями в горячей воде и где электричество будет использоваться для нагрева воды.

.

No related posts.