Большинство статей о возобновляемом отоплении описывают то, что должно работать в теории. Эта статья описывает то, что уже несколько лет работает на нашей собственной крыше. В исследовании, опубликованном в Energy Proceedings (т. 61, 2025; doi:10.46855/energy-proceedings-12108), исследователи Университета имени Неджметтина Эрбакана, Solimpeks и ее НИОКР-стартапа Innorma R&D оценили систему теплового насоса с солнечной поддержкой, обеспечивающую круглогодичный климат-контроль административного здания площадью 1637 м² в Конье (Турция).
Что было построено?
На крыше установлено 298 коллекторов: 78 фотоэлектрических модулей (по 270 Вт каждый) и 220 гибридных коллекторов PVT, каждый с электрической мощностью 270 Вт и тепловой 550 Вт, — установленная мощность 21 кВт (эл.) PV плюс 59 кВт (эл.) PVT. Коллекторы работают совместно с двенадцатью теплоаккумуляторами по 1 м³ и тремя воздушными тепловыми насосами по 50 кВт с фанкойлами, поддерживая в здании целевую температуру 24 °C во все четыре сезона, а избыток электроэнергии отдается в сеть.
Климат Коньи делает объект непростым испытательным стендом: высота 1028 м над уровнем моря, полузасушливый климат, жаркое сухое лето, холодная снежная зима — и один из лучших в Турции солнечных ресурсов, примерно 1650–1700 кВт·ч/м² годовой солнечной радиации.
Как система справляется с зимой и летом?
Две сезонные стратегии обеспечивают продуктивность коллекторов круглый год:
| Сезон | Стратегия | Эффект | | --- | --- | --- | | Зима | Теплая вода из баков-накопителей циркулирует через коллекторы PVT | Растапливает снег на поле коллекторов, предотвращая потери от затенения | | Лето | Активное охлаждение PVT отводит тепло от элементов | Более высокая электрическая выработка и полезная тепловая мощность для теплового насоса |
Это симбиоз PVT и теплового насоса на практике: рекуперированное низкопотенциальное тепло коллекторов повышает температуру источника теплового насоса и увеличивает его сезонный коэффициент преобразования, а охлаждаемые PV-элементы вырабатывают больше электроэнергии. Как работает такое сопряжение в общем случае, объясняет наш ответ о PVT как источнике тепла для теплового насоса.
Что показали данные за четыре года?
С 2020 по 2023 год система теплового насоса полностью покрывала потребность здания в отоплении — потребление природного газа, ранее составлявшее около 650 МВт·ч, было полностью исключено. Тепловая выработка достигала пика в самые холодные месяцы (более 107 000 кВт·ч и в декабре, и в январе), что соответствует среднемесячным наружным температурам в Конье 0,1–2,1 °C. В летние месяцы система достигала SCOP 6,2–11,4, а по сравнению с традиционными системами на ископаемом топливе исследование сообщает об общем приросте эффективности примерно на 66 % и сокращении выбросов CO₂ примерно на 65 %.
Платформа SCADA в реальном времени контролирует всю установку и управляет ею: температуры в баках-накопителях, температуры в помещениях по зонам, массовые расходы, метеоданные, сведения о неисправностях и сезонный режим работы, с дистанционной настройкой уставок и расходов. Исследование относит стабильную работу системы в разные сезоны на счет этого уровня мониторинга вместе с охлаждением PVT, управляемым по температуре.
Почему этот пример важен?
Во-первых, это результаты измерений, а не моделирования: результаты получены по четырем годам работы с записью данных в SCADA и опубликованы в рецензируемом издании. Во-вторых, он демонстрирует в масштабе здания то, что требования директивы EPBD к зданиям с нулевыми выбросами предпишут новому строительству по всей Европе с 2028–2030 годов: отопление без ископаемого топлива на основе сочетания солнечной энергии и теплового насоса. И в-третьих, он показывает, что такой подход масштабируется за пределы односемейных домов — офисы площадью в тысячи квадратных метров могут работать совсем без газового котла.
Исследование финансировалось в рамках совместного конкурса CET Partnership Joint Call 2023 (Cetp-FP-2023-00114), а система продолжает работать — и записывать данные — на нашей крыше в Конье. Дальнейшая работа распространит анализ на другие климатические условия и долгосрочную технико-экономическую эффективность.
