Исследователи Штутгартского университета и Университета Ройтлингена разработали методику выбора состава и очерёдности мероприятий по модернизации здания с гибридной теплонасосной системой. Расчёт для муниципального спортивного зала показал, что сроки выполнения мероприятий заметно влияют на теплопотребление и экономику проекта в целом.
В рассматриваемой схеме новый тепловой насос «воздух–вода» работает совместно с существующим котлом на ископаемом топливе. Котёл покрывает остаток тепловой нагрузки до тех пор, пока другие мероприятия не снизят энергопотребность на отопление до уровня, при котором её полностью обеспечивает тепловой насос. Методика объединяет технико-экономическую оценку мероприятий с детальным моделированием работы гибридной системы на каждом этапе модернизации.
Схема методики: моделирование гибридной теплонасосной системы и технико-экономическая оценка мероприятий. Иллюстрация: Штутгартский университет, Energy Reports (CC BY 4.0), перевод — редакция «СОК»
Рассматриваются пять мероприятий: установка теплового насоса «воздух–вода», утепление кровли, утепление наружных стен, замена окон и устройство вентиляции с рекуперацией теплоты. Для каждого варианта объединения мероприятий в пакеты и их очерёдности рассчитывается энергопотребность на отопление на каждом этапе, а моделирование определяет доли нагрузки, покрываемые тепловым насосом и котлом. С учётом капитальных и эксплуатационных затрат затем вычисляются чистая приведённая стоимость (NPV), срок окупаемости и модифицированная нормированная стоимость — как для отдельных мероприятий, так и для дорожной карты в целом.
«При пяти мероприятиях теоретически возможна 541 дорожная карта с разными вариантами объединения в пакеты и очерёдности. На практике число реалистичных вариантов ограничивают, например, условия финансирования», — пояснил ведущий автор исследования Тим Шаффитцель (Институт энергетической экономики и рационального использования энергии Штутгартского университета).
Методику применили к муниципальному школьному спортивному залу полезной площадью 888 м² в Ройтлингене, который используется также для массовых мероприятий. Здание построено в 1975 г. Теплоснабжение здания обеспечивает жидкотопливный котёл тепловой мощностью 339 кВт, установленный в 2002 г.; теплота распределяется через стальные трубчатые радиаторы и систему вентиляции, работающую без рекуперации теплоты.
Исследователи ограничили пакет двумя мероприятиями и потребовали выполнить установку теплового насоса и утепление кровли в течение первых двух этапов — чтобы как можно раньше сократить выбросы и подготовить кровлю к монтажу фотоэлектрической станции. Эти ограничения сократили число вариантов с 541 до 18, из которых для детального анализа выбрали три сценария.
| Сценарий | 2026 г. | 2028 г. | 2030 г. | NPV, €/м² |
|---|---|---|---|---|
| Сценарий 1 | ТН + вентиляция с рекуперацией | утепление кровли | утепление стен + замена окон | 76,94 |
| Сценарий 2 | ТН + утепление кровли | вентиляция с рекуперацией | утепление стен + замена окон | 80,25 |
| Сценарий 3 | утепление кровли + вентиляция с рекуперацией | ТН | утепление стен + замена окон | 89,71 |
ТН — тепловой насос «воздух–вода»; NPV — чистая приведённая стоимость.
Наибольшую чистую приведённую стоимость — 89,71 €/м² — показал сценарий 3. Авторы объясняют это значительным снижением энергопотребности на отопление уже на первом этапе за счёт одновременного утепления кровли и устройства вентиляции с рекуперацией теплоты. В этом же сценарии получено наименьшее суммарное теплопотребление за период модернизации. Все мероприятия, кроме утепления стен, оказались экономически оправданными.
«Примечательно, что нормированная стоимость сэкономленной энергии и замены системы отопления (LCSE/LCCH), а также NPV значительно сильнее зависят от изменения капитальных затрат, чем от колебаний цен на энергоносители», — отметил Т. Шаффитцель. По его словам, на экономику проекта существенно влияет и подбор мощности теплового насоса.
Результаты исследования опубликованы в журнале Energy Reports (Elsevier).
