Коэффициенты энергоэффективности COP, EER, SCOP и SEER и их значение в выборе системы отопления

КПД (коэффициент полезного действия)

КПД (коэффициент полезного действия) отражает соотношение затрат энергии на выработку тепла к полезному теплу идущему на обогрев жилища. Грубый расчет КПД отопления осуществляется по формуле η = А/Q, где А – затраченная энергия, Q – полезная теплота. Но, она не учитывает множества нюансов, которые следует принимать в расчет. Любая система отопления использует расходные материалы (топливо или электроэнергию), которые обеспечивают нагрев теплоносителя. Зная теплотворную способность разных видов топлива или расход электроэнергии на обогрев единицы площади, можно сравнить энергетический потенциал отопительной системы. В сравнительной таблице представлены приблизительные значения теплотворности и стоимость наиболее эффективных источников энергии, используемых в отоплении:

КПД газового конденсационного котла составляет 100%+, обычного газового котла составляет 90 – 92%, для котла на солярке это будет около 90%, значение для твердотопливного котла на пеллетах составит 75 – 80%, а электрический котел даст все 98%. Нехитрые расчеты показывают, что несмотря на высокий КПД и теплотворность электрического котла, стоимость используемого источника энергии слишком высока для того, чтобы он стал приоритетным оборудованием для отопления дома. Дизтопливо и природный газ делят 2 и 3 места по экономичности обогрева, а древесные пеллеты оказываются более выгодным вариантом. А установка газового котла связана с определенными условиями и согласованиями при том, что безопасная эксплуатация требует тщательного контроля.

Сегодня у собственников частных домовладений набирает обороты популярность отопления с помощью сплит-систем с «зимней» функцией обогрева при сильном морозе, а также тепловыми насосами, использующих перенос тепла с улицы в помещение.Следует учитывать, что КПД таких систем обогрева не имеет фиксированного значения и очень сильно зависит от температуры воздуха на улице, из которого система получает тепловой потенциал.

Еще один важный аспект энергоэффективности заключается в учете тепловых потерь в помещениях, которых невозможно избежать в практической эксплуатации. Полезное тепло уходит через стены, оконные переплеты, потолочные перекрытия, пол, а также расходуется на инфильтрацию, представляющую неконтролируемый воздухообмен, возникающий через невидимые глазу щели в строительных конструкциях. Кроме того нужно учитывать и контролируемые потери тепла через систему вентиляции. Величина тепловых потерь зависит от разницы температур в помещении и на улице и при сильном морозе значительно возрастает. В сети можно найти множество онлайн-калькуляторов, которые помогут определить значение безвозвратных потерь тепла. Не вдаваясь в подробности математических формул, можно подсчитать примерное значение тепловых потерь в помещениях разной площади с учетом толщины и типов разных материалов стен и отделочных материалов.

Расчет базовых коэффициентов охлаждения EER и обогрева COP

При покупке кондиционера или теплового насоса обязательно обращайте внимание на такую важную характеристику, как потребление электроэнергии. В руководстве пользователя и на табличке этих тепловых преобразователей указаны такие параметры, как ERR и COP, которые являются общепризнанными международными показателями, использующимися во всех странах, чтобы исключить путаницу с маркировкой техники. Эти коэффициенты условно сопоставимы с КПД отопительных приборов, работающих на ископаемом топливе, но оцениваются не в процентах, а обычным числом. Чем выше значение коэффициента, тем лучше, потому что вы будете затрачивать на единицу работы меньше энергоресурсов. Коэффициент энергетической эффективности ERR (Energy Efficiency Ratio) представляет собой моментальный индекс производительности устройства при работе в режиме охлаждения. Он вычисляется как отношение холодопроизводительности прибора QX к полной потребляемой мощности Nпотр.:

EER= QX/Nпотр.

Коэффициент энергоэффективности обогрева COP (Coefficient of Performance) отображает тепловой индекс равный мощности обогрева QT деленной на мощность потребления Nпотр.:

COP= QT/Nпотр.

Говоря проще, эти коэффициенты показывают количество тепла и холода, производимого кондиционером на единицу потребленной электроэнергии в данный конкретный период времени. Для бытовых кондиционеров и сплит систем значение EER колеблется в пределах 2.2 – 3.5, а показатели COP несколько выше: от 2.4 до 4. Это обусловлено тем, что работающее оборудование вырабатывает больше тепла, чем холода, что стало для недобросовестных производителей основанием использовать маркетинговые хитрости. Они стали писать на своей продукции лишь более высокое значение коэффициента COP, совсем не указывая EER. Приведем пример конкретных значений указанных на табличке к устройству. При одних и тех же условиях кондиционер может иметь значение коэффициентов EER – 3.2 и COP – 3.6. Это означает, что на 1 кВт потребленной электроэнергии он произведет 3.2 кВт холода или 3.6 тепла.

Оба индекса рассчитываются для номинального режима в стандартных условиях, что позволяет быстро оценить эффективность работы оборудования на охлаждение или нагрев помещения. При этом замеры значений выполнялись на максимальной нагрузке работы оборудования, а в качестве базовых условий для измерения показателей коэффициентов энергоэффективности по стандарту ISO 5151 принималась наружная температура окружающего воздуха +35 °C для режима охлаждения и +7 °C для режима обогрева.

С поправкой на сезон: коэффициенты SEER и SCOP и действующие классы энергоэфективности

Система определения энергоэффективности оборудования, базирующаяся на коэффициентах EER и COP, действовавшая до 2013 г., до каких-то пор всех устраивала. В соответствии с ней каждому числовому диапазону коэффициента соответствовала одна из 7 букв класса энергоэффективности (от A до G):

Но с появлением директивы Евросоюза ErP (Energy related Products), направленной на приоритетное использования возобновляемых источников энергии и жесткий контроль энергосбережения, потребовался пересмотр правил игры.

По нововведенной классификации классы теперь распределяется в диапазоне от A до D, а в экономичной «зеленой» зоне теперь находятся устройства, ограниченные буквами А с «плюсами» и без и B, что составляет 5 классов:

Добавление буквы S (season) к аббревиатуре коэффициента, говорит о том, что сейчас актуальным и более точным параметром является оценка экономичности работы устройства в течение одного сезона, а не как в случаях COP и EER точечно в данный момент. Новая система классификации энергоэффективности на основе сезонных (среднегодовых) коэффициентов SEER и SCOP позволила учитывать работу техники в разных климатических условиях. Поскольку расчеты этих коэффициентов проводятся для разных температур эксплуатации, полученные значения более достоверно отражают эффективность работы кондиционера. Вступившие сейчас в силу изменения выделяют в Европе 3 географические зоны с теплым, умеренным и холодным климатом, которые следует учитывать при работе в режиме обогрева:

Условия расчетов выявляют и скрытые доселе преимущества моделей с инверторным управлением. которые непрерывно работают с частичной нагрузкой, позволяя сэкономить до 40% на эксплуатационных расходах за счет пониженного потребления электроэнергии.

Основным показателем затрат на сезонное отопление является такая характеристика, как градусо-сутки отопительного периода, которая рассчитывается по формуле:

ГСоп = (tВН – tОП) * ZОП,

где tВН обозначает температуру воздуха, поддерживаемую в помещении, tОП — среднюю уличную температуру в отопительный период, ZОП — продолжительность отопительного сезона (ОС). Для вычисления принимаем температуру в помещении равную 20 °C, а продолжительность отопительного сезона считаем по дням, когда температура на улице не превышает +8 °C. Исходные показатели отличаются по разным городам страны и зависят от их географического положения на карте.

В наших климатических условиях можно рассмотреть разницу в затратах на отоплении на примере таких городов как Киев, Львов и Одесса:

Табличные показатели демонстрируют, что разница эксплуатационных расходов на отоплении в средней полосе на 25% больше, чем на юге страны.

В наших климатических условиях можно рассмотреть разницу в затратах на отоплении на примере таких городов как Санкт-Петербург, Москва и Сочи.

Обширная география и множество различий климатических условий показывают, насколько велика разница в эксплуатационных расходах на отопление в разных городах страны. И это только в европейской зоне без учета суровых условий севера и Сибири. По таблице сравнения хорошо видно, что жители обеих столиц в зимний период потратят на обогрев жилья примерно в 2.5 раза больше средств, чем жители курортного Сочи.

Чем выгоднее отапливать и окупаемость теплового оборудования

Расходную часть любой системы отопления можно разбить на следующие составляющие, которые зачастую определяют выбор типа оборудования:

• первоначальные единоразовые затраты на покупку, монтаж оборудования и обустройство специального помещения котельной;
• эксплуатационные затраты на отопительный сезон и сервисное обслуживание.
• потребность подключения к газовой сети и бюрократическая волокита, связанная со всеми согласованиями; сложность монтажа и эксплуатации устройства.

Разовые затраты на покупку и монтаж теплового оборудования

Стоит принять во внимание, что при покупке котла отопления следует учесть не только стоимость основного оборудования, но и затраты на обвязку, прокладку дымохода, а в некоторых случаях и обустройство отдельного помещения (котельной). В этом плане у электрических котлов, которые не нуждаются в дополнительных расходах при вводе в эксплуатацию, несомненное преимущество.

Особо следует отметить проблемность бюрократической волокиты, связанную с подключением газовых котлов. Перед установкой нужно разработать проект, который не удасться сделать своими силами, для чего следует обращаться в профильную проектную организацию, имеющую на это лицензионные полномочия. Все технические условия и детали проекта должны пройти согласование с соответствующими органами газовой службы, а в дальнейшем все работы по монтажу должны выполняться сертифицированными специалистами. Обязательно должен быть заключен контракт на индивидуальную поставку газа для отопительных нужд. После прохождения «всех кругов ада» нужно получить итоговое заключения специалиста газовой конторы о том, что все сделано правильно и котлом можно пользоваться. Это все долго, хлопотно и накладно, поэтому перед тем как ввязываться в эту историю, есть смысл подумать, а «стоит ли игра свеч»?

У котлов на твердом топливе, независимо от типа расходного ресурса, существует другая проблема. Загрузку топлива приходится выполнять вручную, а это очень тяжело физически. Немного выручает бункерная подача, но все равно ручной труд никто не отменял. Фактически, выбирая твердотопливный котел, нужно готовиться к тому, что вы будете истопником-кочегаром в собственной домашней котельной. И хорошо, если вас кто-то сможет подменить, когда вы приболели или плохо себя чувствуете.

Тепловые насосы, использующие внешнее тепло применяются не только для обогрева дома, но и снабжения его горячей водой. Тепловые насосы типа «грунт-вода» обладают высоким коэффициентом энергоэффективности, хорошей теплоотдачей, но нуждаются в сложных и дорогостоящих работах по бурению скважин и прокладке коммуникаций. Обычно, пуско-наладка такого оборудования по затратам превышает их стоимость, поэтому если вы считаете, что лучше потратиться на монтажные работы, чтобы сэкономить на эксплуатации, то это хорошее решение. Тепловая техника типа «вода-вода», использующая тепло геотермальных источников, также требует расходов на прокладку водозаборных коммуникаций и обслуживание насосов, но она переваривает больше электроэнергии, чем грунтовые модели и, соответственно, коэффициенты отдачи ещё лучше.

Современные тепловые насосы «воздух-воздух» и «воздух-вода» также обладают наивысшими коэффициентами энергопотребления класса А++, поэтому финансовые затраты по сравнению с отоплением газом меньше в среднем в 2 раза, а по сравнению с электрическим отоплением в 4 раза. Тепловые насосы «воздух-вода» представляют собой оптимальные решения с минимумом вложений в монтажные работы, но очень зависимы от температуры внешнего воздуха. Они наилучшим образом раскрывают свой потенциал в системах поверхностного отопления (теплые полы и стены), требующих температуру в системе отопления от 30 – до 35 °C.

Кондиционеры с возможностью обогрева и тепловые насосы класса «воздух-воздух» не очень продуктивны в качестве полноценной замены тепловой техники для радиаторного отопления. Расходы на монтаж таких устройств — самые низкие, а стоимость покупки кондиционера с обогревом или насоса лишь в 1.5 выше, чем котла отопления, поэтому такая техника довольно быстро окупается. Но исходя из специфики работы этого оборудования, его лучше использовать в теплых регионах с мягким климатом.

Расходы на эксплуатацию и срок окупаемости

Кроме источника тепловой энергии, который служит расходным материалом, на потребление в отопительный сезон будут влиять:

• характеристики здания: его площадь, геометрия, и, даже, направление по сторонам света;
• уровень энергоэффективности здания. Это, говоря простым языком, качество теплоизоляции помещений: чем лучше они будут утеплены, тем меньше потребуется энергии для их обогрева;
• климатическая зона. Этот аспект мы рассмотрели ранее. Совершенно очевидно, что чем выше температура «за бортом», тем меньше вы будете тратиться на обогрев;
• сезонный коэффициент преобразования тепла (см. выше);
• расходы на сервисное обслуживание.

Безусловно, основными критериями выбора теплового оборудования будут его стоимость и примерные затраты в отопительный сезон с учетом существующих рыночных цен.

Чем дешевле отапливать дом: расчетная таблица

Для оценки стоимости расходов на отопление в холодный сезон взят пример обогрева хорошо утепленного частного (40 см газоблок + 10 см пенопласт + 20 см утепление крыши + 10 см стиродур по полу, двухкамерные стеклопакеты) дома общей площадью 300 м2. Среди соискателей на лучшую систему отопления электрический, газовый и твердотопливный котел на пеллетах с загрузочным бункером, а также воздушный тепловой насос с водяным внуренним контуром. Все отопительное оборудование имеет мощность 15 кВт, которое соответствует общей площади обогрева. По условиям расчет выполнялся для умеренного климата со среднесуточной температурой -5 °C для всего сезона и продолжительностью отопительного сезона 150 дней.

Как показывает таблица, в украинских реалиях битву за самый доступный вариант отопления, исходя из эксплуатационных расходов на сезон, выигрывает тепловой насос, а ближе всего к нему «подобрался» твердотопливный котел.

Для оценки стоимости расходов на отопление в холодный сезон взят пример обогрева хорошо утепленного частного (40 см газоблок + 10 см пенопласт + 20 см утепление крыши + 10 см стиродур по полу, двухкамерные стеклопакеты) дома общей площадью 300 м2. Среди соискателей на лучшую систему отопления электрический, газовый и твердотопливный котел на пеллетах с загрузочным бункером, а также воздушный тепловой насос. Все отопительное оборудование имеет стандартную мощность 15 кВт, которое соответствует общей площади обогрева. По условиям расчет выполнялся для умеренного климата со среднесуточной температурой -5 °C для всего сезона и продолжительности отопительного сезона 150 дней.

Если вас не пугает долгий и тернистый путь сбора необходимой разрешительной документации и «хождений по мукам», то очевидным выбором с точки зрения экономичной эксплуатации при нынешних ценах на энергоносители является газовый котел. А по энергоэффективности ему «дышит в спину» более современный и экологичный тепловой насос.

Наиболее низкая цена электрического котла стоимостью около 1000 долларов на практике перекрывается неподъемными расходами из-за высокого и постоянно растущего тарифа на электроэнергию (см. выше). Да, у него будет быстрая окупаемость (1 – 2 года), но целесообразность покупки при больших затратах на отоплении оправдана лишь тогда, когда в доме нет подвода газа, невозможно установить твердотопливный котел или просто нет средств на покупку теплового насоса (6200 долларов).

Стоимость газового или твердотопливного котла (от 1000 до 2000 долларов) представляет собой «золотую середину» по первоначальным затратам, монтажу и эксплуатации. Отопительный котел — это испытанное временем оборудование с высокой теплотворностью, которое полностью может обеспечить домочадцев теплом и горячей водой круглый год. А еще у него плюс в том, что котел уместен в любом климате. Средний срок окупаемости данных тепловых приборов зависит, прежде всего, от площади отапливаемых помещений и составляет 6 – 10 лет.

Сплит системы с функцией отопления и тепловые насосы являются хорошим средством резервного или дополнительного отопления в средней полосе, а также неплохим вариантом обогрева жилья в южных районах страны. Окупаемость таких приборов составляет 2 – 4 года для кондиционеров и 5 – 8 лет для теплового насоса. Это очень короткий срок по сравнению с долгим и безотказным ресурсом данного оборудования, составляющим десятки лет.

Более прогрессивными, но пока мало распространенными являются системы электрического обогрева, на восполняемых источниках энергии — солнце и ветре. Здесь многое будет зависеть от розы ветров на вашем участке и количества солнечных дней в году. А еще такое оборудование достаточно дорогое и окупится не скоро, несмотря на «бесплатные» природные ресурсы.

Если в зоне застройки случаются перебои с подачей газа и электричества, то стоит рассмотреть вариант с комбинированным отоплением, используя несколько источников обогрева, которые смогут заменить друг друга в аварийный период.