Водонагреватели на базе теплового насоса СО2

Водонагреватели на базе теплового насоса СО2 помогают Японии снизить выброс парниковых газов и сократить энергозатраты. Поскольку экологически чистая энергия является приоритетным вопросом повестки дня, все готовы предпринимать решительные шаги.

Не секрет, что японцы питают пристрастие к горячим ваннам. Это верно до такой степени, что нагрев воды составляет почти 30 % от общего бытового энергопотребления в Японии и оказывает значительное влияние на возможность страны соответствовать требованиям Киотского протокола. В ответ Япония прибегла к водонагревателям на базе тепловых насосов СО2 – данное решение позволило населению существенно снизить потребление энергии и сократить выброс СО2.

Решение состоит из теплового насоса и накопителя горячей воды. Особенным его делает применение СО2 в качестве хладагента. Известный как натуральный охладитель, СО2 имеет более низкий GWP (индекс глобального потепления) по сравнению с CFC хладагентами (фреонами). Это также прекрасный способ повторно использовать обычные отходы.

Правительство Японии твердо уверено в необходимости тепловых насосов СО2 и видит их важный вклад в программу выполнения требований Киотского протокола, согласно которому страна должна добиться 6-процентного снижения выбросов СО2 по сравнению с уровнем 1990–91 годов в течение ближайших пяти лет. Правительство выделяет субсидии, с тем чтобы помочь домовладельцам приобрести водонагреватели на базе тепловых насосов СО2 и установить 5,2 млн единиц оборудования в течение 2010 финансового года. Реализация данной программы позволит Японии достичь более чем 10 % от общего объема снижения выбросов СО2, запланированного к 2018 году.

Интерес к этому продукту быстро распространился за пределы Японии, более 600 тысяч единиц данного вида оборудования уже было продано в Европе. Потенциал мирового рынка огромен, поскольку требования к эффективному росту энергопотребления при снижении выбросов СО2 становятся все более жесткими.

Вода может нагреваться до 90 °С при экономии электроэнергии до 65 % по сравнению традиционными электрическими водонагревателями. Нагревать воду таким способом также на 80 % дешевле, нежели использовать коммунальную систему газоснабжения Японии.

Еще одним фактом является то, что, избегая сжигания природного топлива в целях нагрева воды, становится возможным вполовину сократить выбросы СО2. Водонагреватель на базе теплового насоса СО2 состоит из теплового насоса и накопителя горячей воды. Компоненты соединяются последовательно, парообразный хладагент СО2 циркулирует в системе. Система получает две единицы энергии из температуры окружающего воздуха на каждую единицу потраченной электроэнергии, то есть в результате производится более трех единиц энергии горячей воды.

Энергия для хладагента собирается из окружающего воздуха при помощи теплообменного аппарата. Центробежный вентилятор обычно используется для обеспечения воздушного потока. СО2 нагревается приблизительно до 100 °С и давлении 10 МПа при помощи газового компрессора, в этих условиях формируется сверхкритический поток. Энергия нагретого хладагента затем передается воде при помощи теплообменника, таким образом, получается горячая вода. На этой стадии температура входящей воды может быть 5 °С и выше. Эжектор или расширительные клапаны применяются для снижения давления на хладагент, позволяя охлаждать его и превращать в газообразный СО2.

В настоящее время в Японии около 25 компаний производят нагреватели на базе тепловых насосов, на конец октября 2009 года количество единиц установленного оборудования достигло 2 млн. Многие производители планируют осуществить запуск данного оборудования в Европе и других странах мира.

Решение от компании Альфа Лаваль:

Ключевым продуктом компании Альфа Лаваль, предназначенным для рынка водонагревателей на базе тепловых насосов СО2, является паяный пластинчатый теплообменник APX10. Это идеальное ценовое решение для чувствительного к занимаемой площади рынка товаров. Данный аппарат способен заменить собой более крупные, сложные и дорогостоящие теплообменники.

Однако Питер Нобель, руководитель подразделения OEM и бизнес центра BHE, считает, что рынок водонагревателей на базе тепловых насосов СО2 – это лишь один кусок большого пирога.

«Существует очень большой рынок Японии, в перспективе – Европы и США, на котором более энергетически эффективное новое жилищное строительство формирует потенциал для использования тепловых насосов СО2, – говорит он. – Однако есть и более широкие возможности применения связанных с СО2 продуктов. Мы разрабатываем теплообменные аппараты для СО2 применений, рассчитанные на более высокие мощности, и отмечаем интерес рынка к этому продукту. Варианты применений включают в себя холодильный транспорт и системы охлаждения для супермаркетов»

По словам г-на Нобеля, вероятно, что развитие этих применений будет стимулироваться за счет политического давления, направленного на снижение вредного воздействия на окружающую среду.