Идею «холодильника наоборот», как образно называют тепловой насос, сформулировали ещё в середине 19 века. Принадлежит она известнейшему британскому физику Кельвину, но первый работающий агрегат в 1855 году спроектировал и собрал австрийский изобретатель Петер Риттер фон Риттингер. За прошедшие полтора столетия с лишним конструкция, равно как и используемые материалы, существенно изменилась, но принцип остался прежним: за счёт большого объёма тепла меньшей температуры можно получить меньшее количество тепла большей температуры. Источником низкопотенциального тепла при этом могут быть, например, атмосферный воздух, горная порода, грунт, вода, в том числе канализационные стоки. 

Сточные воды на нужды отопления

Именно сточные воды фигурируют в нескольких реализованных в Иркутской области проектах по использованию промышленных теплонасосных установок. Например, группа «Илим» в 2008 – 2010 годах установила теплообменники, позволяющие утилизировать вторичное тепло стоков отбелки целлюлозы, на Усть-Илимском лесопромышленном комплексе. С этим проектом, обошедшимся в 5,65 млн. долларов, компания участвовала в первом конкурсе на продажу квот на выбросы парниковых газов в рамках Киотского протокола, который два года назад проводил Сбербанк России. 

Ещё одна теплонасосная установка финской компании Scancool (в настоящее время принадлежит фирме Oilan), чья мощность составляет 1,44 Гкал в час, была запущена в сентябре прошлого года в Байкальске. В качестве источника низкопотенциального тепла для неё используются стоки Байкальского целлюлозно-бумажного комбината: они охлаждаются с 17 до 7 градусов тепла, при этом подпиточная вода в системе теплоснабжения города нагревается с 5 до 65 градусов. 

Впрочем, перспективы использования тепловых насосов не ограничиваются промышленностью – их с тем же, если не большим, успехом можно применять в ЖКХ. «Представьте Иркутск или любой другой город, который потребляет тепло с температурой 80 – 90 градусов, а в канализацию сливает воду с температурой 20 – 30 градусов, – приводит пример директор инженерного центра «Альтер Энерго», являющегося официальным представителем концернов Viessmann и Oilon в Байкальском регионе, Михаил Донцов. – Это вторичное тепло, в принципе, можно отбирать, причём речь идёт о больших объёмах – это примерно 20 – 30% тепла, которое вырабатывают ТЭЦ и другие теплоисточники». 

От трёх до шести

Конечно, стоимость бытового теплонасоса может показаться высокой – в среднем около 7 тыс. евро, или, в пересчёте на отечественные деньги, примерно 280 тысяч рублей. Но установка использует дармовое вторичное тепло и в том случае, если электроэнергия для её работы обходится дёшево, а её мощность высока, она довольно быстро окупается. Важную роль здесь играет такой показатель теплового насоса, как коэффициент преобразования, или, как его называют англоязычные специалисты, coefficient of performance: иными словами, сколько киловатт-часов тепла получается из одного киловатт-часа электроэнергии. У современных теплонасосов он колеблется от трёх до шести. У самодельной установки, собранной учёными для Байкальского музея ИНЦ СО РАН, он ниже – около двух, но даже это позволило сократить расходы на отопление и электроснабжение здания в Листвянке. 

Срок окупаемости бытового теплонасоса в среднем составляет от пяти до семи лет. «Конечно, он будет разным в Иркутске, Улан-Удэ и Чите, ведь стоимость электроэнергии в городах разная, – отмечает Донцов. – Но надо понимать, что срок службы установки велик, и тут уместно сравнить её с холодильником, который может проработать и двадцать, и двадцать пять, и тридцать лет. Вдобавок теплонасосная установка обладает важным свойством – она не требует регулярного технического обслуживания, если только не возникнет поломки». 

Мощность бытовой установки при этом может варьироваться от 5 кВт до 5 МВт в том случае, если в качестве хладагента используется фреон, и доходить до 20 МВт при использовании аммиака. Конечно, в последнем случае она окажется несколько сложнее технически, да и класс опасности у аммиака выше, так что теплонасос потребует постоянного надзора. Однако эффективность будет выше: если насос на фреоне даёт на выходе теплоноситель с температурой до 60 – 65 градусов, то при использовании аммиака речь идёт уже о 80 градусах по Цельсию. КПД промышленных установок тоже несколько выше, чем у бытовых, но и цена, соответственно, больше. «Тут всё зависит от принципиальной схемы теплонасоса, используемых материалов и оборудования», – поясняет наш собеседник. В среднем стоимость составляет 18 – 22 млн. рублей за мегаватт. 

«В режиме обкатки»

В случае с «умным» домом в 251-м квартале Ангарска, который сдали в строй в марте нынешнего года, речь идёт о существенно меньшей сумме: строительство двухэтажного здания вместе со всей высокотехнологичной начинкой обошлось в 46,5 млн. рублей. Помимо солнечного коллектора, стеклопакетов и энергосберегающей системы освещения, в нём установили тепловой насос Viessmann Vitocal потребляемой электрической мощностью 9 кВт с коэффициентом преобразования 4,3. Он работает от тепла земли, точнее грунта под зданием, а в первичном контуре применяется рассол – нетоксичный антифриз вроде используемого в фармацевтике пропиленгликоля.

«Делать какие-то выводы об эффективности работы установки пока рано – её запустили только весной», – отвечает директор «Альтер Энерго» на вопрос о том, как показал себя теплонасос. Тем не менее технологию могут взять на вооружение при строительстве других «умных» домов – о возможности их возведения заявляют не только в Ангарске, но и в Иркутске и даже посёлке Магистральный Казачинско-Ленского района. В России существует ещё несколько проектов по использованию тепловых насосов для нужд ЖКХ и промышленности, но они пока находятся, по выражению Донцова, «в режиме обкатки». «Где-то они показали себя получше, где-то – похуже», – резюмировал он. Но даже там, где тепловые насосы ещё не применяются, они, несомненно, докажут свою эффективность. И особенно высока она может оказаться в тех регионах, где насчитывается немало геотермальных источников, например в Республике Бурятия. А на побережье Байкала, где предъявляются повышенные требования к экологической безопасности, они могут стать незаменимым источником тепла для обогрева многочисленных турбаз.