Использование традиционных кондиционеров и обогревателей требует больших энерго- и финансовых затрат, а также пагубно сказывается на окружающей среде. Технологические достижения привели к появлению новаторских способов обогрева домов. «РБК Тренды» подготовили обзор новейших систем, которые позволяют не только эффективно отапливать дома, но и снижать затраты на энергию.
Геотермальные тепловые насосы
Для геотермального теплового насоса источником тепловой энергии выступает грунт — его температура ниже глубины промерзания практически круглый год составляет от +5 до +10 °С. Также известные как грунтовые тепловые насосы, они аккумулируют это тепло, а затем подают его наверх по системе труб, а это тепло распределяется по всему дому. Тепловая энергия собирается помещенным в грунт коллектором, накапливается в теплоносителе и передается в тепловом насосе хладагенту через испаритель, где хладагент переходит в газообразное состояние.
Компрессор всасывает хладагент и сжимает его, при этом сильно повышается давление и температура хладагента. Горячий хладагент поступает в конденсатор — теплообменник, а затем в отопительную систему. Такой процесс использования естественного тепла снижает потребность в энергии для обогрева.
Объем мирового рынка геотермальных тепловых насосов оценивается в $11,97 млрд и, по прогнозам, будет расти на 5,6% в период с 2024 по 2030 год. Разработками для домохозяйств занимаются такие компании, как Stiebel Eltron, Dandelion, Water Furnace и другие.
Подобные решения предлагают и российские предприятия. Например, компания Thermex Energy разрабатывает тепловые насосы, в том числе для частных и многоквартирных домов. Помимо обогрева помещения они обеспечивают подогрев воды, бассейнов и кондиционирование летом. Установка систем занимает до 14 дней, а управлять ими можно удаленно через мобильное приложение. А Уральский завод тепловых насосов предлагает решения на базе фреона в качестве хладагента для обогрева коттеджей, баз отдыха и глэмпингов.
Воздушные тепловые насосы
Эти насосы работают схожим образом, но аккумулируя тепло из воздуха снаружи дома. Большинство современных моделей ориентированы на регионы с умеренной зимой, однако компании разрабатывают и более продвинутые решения. Первые такие модели уже прошли испытания в рамках проекта Cold Climate Heat Pump Challenge Министерства энергетики США. Задачей проекта была разработка энергоэффективных насосов, которые могли бы хорошо работать в тех штатах, где бывают настоящие холодные зимы.
Свои решения в рамках проекта представили компании Carrier, Lennox и Bosch. Компании задействовали в работе насоса сочетание пара, жидкости и компрессор с переменной скоростью, чтобы извлекать больше тепла из наружного воздуха при падении температуры. За счет этого устройство использует больше хладагента за один раз, перемещая больше энергии. Компрессор с переменной скоростью позволяет тепловому насосу быстрее прокачивать этот хладагент, когда температура ниже. Как объясняют разработчики, технология работает, как наддув двигателя автомобиля. Они утверждают, что современные тепловые насосы могут эффективно работать при температуре на поверхности до -23 °C. В Bosch дополнительно внедрили в насос программу управления электрическими нагрузками в периоды пикового потребления.
Свою разработку представила и LG. Тепловой насос Residential Cold Climate Heat Pump, разработанный специально для холодных регионов, может эффективно работать при температурах до -35 °C, сохраняя 70% мощности, а при -25 °C он работает на полную мощность. Она также оснащена инверторным компрессором, который использует экологичный хладагент.
В России воздушные насосы предлагают такие компании, как Thermex Energy, дилеры «ПромАвтоматика», Viessmann и другие. В Thermex Energy обещают рабочий диапазон температуры от -25 °С до +35 °С, а также высокую энергоэффективность — до 3 кВт тепла на 1 кВт электричества
Лучистое напольное отопление
Это система отопления, которая находится под поверхностью пола и представляет собой сеть теплопроводящих элементов. Такой обогрев может быть двух типов:
- электрическим, в котором используются маты из электропроводящего пластика, установленные под полом;
- гидравлическим, когда в качестве проводника тепла применяется горячая вода, циркулирующая по пластиковым, железным или медным трубам под полом.
Системы второго типа обычно применяются при строительстве нового объекта, а электрические можно установить в любой момент. Плюс такого обогрева в том, что он обеспечивает поток тепла снизу вверх, а не от потолка или стен, что приводит к равномерному его распределению и большей энергоэффективности жилища. Плюс такая система исключает появление в доме холодных зон, куда не доходит тепло от обычных радиаторов. Еще одна выгода такого обогрева — он совместим с различными типами напольных покрытий, включая плитку, камень, дерево и ковры. Система работает бесшумно, практически не требует обслуживания и не накапливает пыль и аллергены. Кроме того, современные системы теплых полов можно интегрировать с устройствами умного дома.
Объем мирового рынка напольного отопления оценивается в $4,51 млрд, и ожидается, что он будет расти на 6,4% в год до 2030 года. Подобные системы предлагают такие компании, как Danfoss, WapmUp, Uponor и другие. WarmUp разработала системы теплых полов, интегрированные с умным термостатом 6iE Smart Wi-Fi, а также систему Foil, которая подходит для ковров, ламината, инженерной древесины и других сложных покрытий и не требует выравнивания.
В России подобные системы разрабатывают такие компании, как TeploPuls и «Теплолюкс». Последняя предлагает, в том числе, вариант мобильного теплого пола, который не требует установки и может размещаться под обычным ковром.
Инверторы
Отопление на базе инверторов — это система электрических конвекторов с инверторным (переменным) принципом регулирования мощности работы. Такими системами можно удаленно управлять через мобильное приложение. Отличие ее от обычного конвектора состоит в том, что мощность работы обогревателя не фиксированная, а переменная и автоматически изменяется в зависимости от разницы между текущей и установленной температурами. Кроме того, такие системы более экологичны, им не требуются помещения для котельной и хранения топлива, а также они не нуждаются в техническом обслуживании. Современные инверторные системы могут питаться, в том числе, и за счет солнечной энергии.
Ожидается, что рынок инверторов вырастет с $18,9 млрд до $39,6 млрд к 2028 году при среднегодовом темпе роста 16%. Спрос на инверторы стимулирует развитие зеленой энергетики, а также более широкое распространение электромобилей, которые также можно заряжать от систем. Tesla уже не первый год предлагает инверторы Powerwall 2, которые преобразуют в тепло солнечную энергию. Устройства поддерживают Wi-Fi, Ethernet и сотовую связь с обновлениями по беспроводной сети, а управляются через приложение Tesla. Они способны работать при температурах от -30 °C до 45 °C. В 2023 году компания официально запустила функцию Charge on Solar, которая позволит заряжать электромобили от ее инверторов. В 2023 году Tesla опубликовала отчет, в котором утверждается, что Powerwall обходится дешевле традиционного резервного генератора.
Инверторные системы становятся все более популярными и в России. Специалисты Московского энергетического института подсчитали, что инверторы позволяют снизить энергопотребление на 40%. В стране такие системы разрабатывает, к примеру, компания Ballu. Она предлагает линейку конвекторов Evolution Transformer System с технологией блока управления digital Inverter, которые можно устанавливать как на стены, так и на пол. Разработчик утверждает, что при использовании таких систем можно сэкономить до 70% электроэнергии.
Мини-сплиты
Мини-сплиты или мини-кондиционеры без воздуховодов обеспечивают отопление при низком энергопотреблении. Они состоят из внутреннего блока обработки воздуха и наружного компрессора, что позволяет устанавливать такие системы в разных комнатах. Внутренний блок с тепловым насосом обычно монтируется на стене или потолке. Он подключается к приводу с силовым кабелем, трубкой хладагента, всасывающей трубкой и сливом конденсата. В режиме обогрева система извлекает тепло из наружного воздуха даже при низкой температуре и переносит его в помещение. Процесс теплопередачи облегчается циркулирующим между внутренним и наружным блоками хладагентом. Преимущество мини-сплитов в том, что каждым таким блоком можно управлять отдельно, обеспечивая нужную температуру в разных зонах дома. Кроме того, они интегрируются в систему умного дома. Помимо прочего, современные системы включают модернизированные фильтры для очистки воздуха.
Ожидается, что рынок мини-сплитов вырастет с $26,27 млрд в 2023 году до $45,4 в 2032-м при среднегодовом темпе роста 6,27%. Согласно подсчетам, такие системы позволяют сэкономить до 30% энергии.
Производством мини-сплитов занимаются такие компании, как Lennox, Fujitsu, Hitachi, Toshiba и другие. Например, Hitachi предлагает систему airHome Multi Pro, которая объединяет пять мини-сплитов с наружным блоком. Подобные системы доступны и в России.
Вентиляторы с рекуперацией тепла
Такие вентиляторы используют процесс теплообмена между входящим и исходящим потоками воздуха. Этот процесс минимизирует потери тепла. Система включает в себя два вентиляционных канала, идущие рядом и разделенные теплообменником. Один канал выносит застоявшийся теплый воздух изнутри дома наружу, а другой подает свежий прохладный воздух снаружи в дом. Теплообменник, расположенный между этими каналами, облегчает передачу тепла от исходящего во входящий поток. Зимой это позволяет нагревать поступающий в дом воздух и снижать нагрузку на систему отопления. Например, если температура в помещении составляет +25 °C, а на улице -25 °C, то при коэффициенте полезного действия рекуператора в 80% в помещение поступит воздух температурой +15 °C. Помимо энергоэффективности, вентиляторы позволяют улучшить качество воздуха в помещении и снизить влажность.
Аналитики ожидают, что рынок вентиляторов с рекуперацией тепла вырастет с $5,89 млрд в 2024 году до $8,56 млрд в 2034-м. Подобные системы выпускают компании Panasonic, Daikin, Mitsubishi и другие. А итальянская Sudwind предлагает вентиляторы с настраиваемыми фильтрами пыльцы, пыли и т. д. В России подробные системы разрабатывают компании TURKOV и ZilantVent. А компания Royal Clima предлагает компактные настенные рекуператоры с опциями фильтрации воздуха, которые могут работать при температуре до -40 °C.
Умные термостаты
Чтобы сделать работу системы отопления более эффективной, можно использовать для управления ею умный термостат. Современные модели с интеграцией искусственного интеллекта позволяют не только устанавливать графики обогрева, но и запоминают предпочтения жильцов. Термостат может заранее подогреть определенную зону в доме, «зная», что хозяин скоро вернется с работы. Такие устройства способны самостоятельно принимать решения по регулировке температур, учитывая графики и предпочтения жильцов, погоду за окном и даже цены на электроэнергию. Наконец, современные термостаты включают поддержку голосовых помощников и приложений, и их работой можно управлять удаленно или с помощью голосовых команд. Они также интегрируются в системы умного дома, что обеспечивает согласованность работы всех устройств.
Объем мирового рынка интеллектуальных термостатов в 2024 году оценивался в $4,99 млрд, и ожидается, что он будет расти на 18,5% до 2030 года. Такие устройства производят компании General Electric, Siemens и другие. Например, корпорация Carrier представила интеллектуальный термостат с функциями удаленного доступа, геозонирования и интеллектуального планирования, что позволяет пользователям оптимизировать потребление энергии. А компания ecobee предлагает Smart Thermostat Premium — не просто термостат, а систему мониторинга дома, которая предупреждает о неисправностях отопления, необходимости заменять воздушные фильтры и даже об открытом слишком долгое время окне.
В России тоже производят умные терморегуляторы. Компания Electsmart предлагает устройства для управления системами теплых полов, а производитель Salus выпускает термостаты iT600 Smart Home, которые собирают данные о температуре и управляют устройствами обогрева через приложение. Из этого приложения работу всех терморегуляторов можно запрограммировать на поддержание различных температур в разное время суток, а также на каждый день недели.
Читайте также:
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.