Геотермальные тепловые насосы - альтернативные технологии для экономичного отопления дома

Геотермальные тепловые насосы - пока что редкость для обычных российских типовых квартир. А вот в Европе подобные системы уже более двух десятков лет надежно и энергоемко трудятся в зданиях средней и большой площади, торговых центрах, гостиницах и жилых многоэтажках. Секрет популярности – в уникальном принципе действия и высокой экологичности.

Что такое тепловые насосы?

Тепловые насосы представляют собой компактные, экономичные и экологически чистые установки, позволяющие получать тепло для отопления и горячего водоснабжения от возобновляемых низкопотенциальных источников, таких как грунтовые и артезианские воды, озера, реки, моря, грунт, земные недра – буквально из того, что есть под ногами. Тепловой насос по сути - это холодильник наоборот (кстати, и шума от него примерно столько же): он забирает тепло отовсюду, где можно, и передает его потребителю.

Благодаря уникальным техническим характеристикам, автономности и высокой энергоэффективности тепловые насосы медленно и верно приходят на смену традиционным отопительным котлам. Технология использования тепла, рассеянного в окружающей среде, оказалась поразительно эффективной: затраты в 1 кВт электроэнергии в приводе насоса дают на выходе до 5-6 кВт тепловой энергии. Таким образом, буквально из воздуха можно бесплатно получать до 60% отопительной энергии. А это уже принципиально новый подход к отоплению загородных домов, кемпингов и мини-производств.

Справедливости ради, стоит заметить: стопроцентная отдача от оборудования будет при хорошем утеплении построек, где коэффициент теплопотерь составляет не более 70 Вт/кв. м.

Отопление тепловыми насосами: экономия в цифрах

Вот сравнительный расчет. Для дома с отапливаемой площадью 300 метров и хорошим утеплением (теплопотери 70 Вт/кв. м), учитывая потребность в горячей воде на 4 человека, в год необходимо около 50000 кВт/ч тепловой энергии. Если рассматривать вариант добычи этой энергии из газа, то подсчет будет следующим: с одного кубического метра природного газа получают около 8 кВт тепловой энергии. При КПД газового котла в 90%, мы получим 8*0.9=7.2 кВт тепловой энергии из одного кубического метра. Итого за год будет затрачено 7000 кубических метров природного газа. Для этого же дома среднегодовой коэффициент эффективности теплового насоса будет около 3,5. Итого за год будет затрачено 14200 кВтч электроэнергии. Переводя расчеты в суммы, с учетом роста цен на энергоносители, в нашем случае стоимость 1 кВт тепла, полученного от теплового насоса, обойдется дешевле более чем в 3 раза. Как видим, это уже ощутимая экономия.

Принцип действия теплового насоса

Принцип работы тепловых насосов един: забирая тепло окружающей среды, они преумножают его и используют для отопления, нагрева воды или кондиционирования. Конструкция оборудования обеспечивает диапазон температур от - 25°C до + 40С.

А вот источников у тепловых насосов может быть несколько: воздух, вода, в том числе сточная, река, грунт, скальная порода, выход теплого воздуха из системы вентиляции или системы охлаждения какого-либо промышленного оборудования, одним словом, использовано может быть все, что имеет температуру от 1°C. В зависимости от «расходников», различают и разные типы насосов: «воздух-воздух», «вода-воздух», «вода-вода» и другие.

Схема работы теплового насоса

Рассмотрим схему работы системы на примере использования в качестве источника энергии грунта земельного участка. Все ее элементы объединены в контур. Теплоноситель, циркулирующий по горизонтальному или вертикальному коллектору (полиэтиленовым трубам), забирает тепло из грунта и передает в тепловой насос, установленный в доме. Далее это тепло отбирается уже теплообменником теплового насоса и передается воздуху, который, в свою очередь, по системе распределенных воздуховодов поступает в помещения дома, или воде, циркулирующей в системе отопления.

При использовании горизонтального внешнего контура, укладываемого в землю, специальной подготовки почвы не требуется. При значительных глубинах промерзания грунта обычно используют вертикально расположенные теплообменники, так называемые вертикальные грунтовые зонды. В этом случае бурят скважины глубиной 30-150 м и опускают туда петли из пластиковой трубы - теплообменники. Метр длины вертикального теплообменника снимает от 30 до 100 Вт тепловой мощности, в зависимости от грунта. Зазор между стенками скважины и трубой коллектора заполняется бентонитом для улучшения теплопередачи и повышения прочности зонда. Остановка агрегата не приводит к поломкам или замерзанию жидкостей. Как правило, при оптимальном расчете установка контура не оказывает заметного влияния на зеленые насаждения и не портит ландшафт, компактна и быстро монтируется.

Тепловые насосы работают и реверсивно. В холодное время года оборудование трансформирует тепло для системы отопления. Летом, наоборот, "холод" используется, чтобы создать необходимый климат в помещениях дома. Фанкойлы подключаются к внешнему коллектору по аналогичному принципу. При пассивном охлаждении компрессор теплового насоса не работает, и теплоноситель просто циркулирует между скважиной и фанкойлами - холод из скважины напрямую поступает в систему кондиционирования. Если пассивного охлаждения недостаточно, в системе кондиционирования используется холод, производимый тепловым насосом. При этом автоматически включается компрессор теплового насоса, и теплоноситель дополнительно охлаждается.

Еще плюсы применения геотермальных тепловых насосов

Все оборудование практически взрыво- и пожаробезопасно: нет топлива, открытого огня, опасных газов – нет опасности взрыва и воспламенения. Но главное достоинство альтернативного оборудования - в его экологичности. Поскольку возобновляемая энергия окружающей среды используется без сжигания топлива, системы с тепловыми насосами позволяют примерно на 60% уменьшить выброс в атмосферу CO₂, NO и других химических соединений.

Еще один плюс – долговечность при высокой рентабельности. Системы с тепловыми насосами – рекордсмены по продолжительности срока службы: от 30 и более лет. Небольшое количество механических компонентов обеспечивает большую надежность. Полипропиленовые трубы, применяемые в трубопроводах, служат без проблем до 50 и более лет. При эксплуатации система не потребует к себе особого внимания. Она согреет холодной зимой, принесет прохладу жарким летом, и круглый год будет снабжать горячей водой ванну, сауну, бассейн. Тепловые насосы не страдают «болезнями»  традиционных приборов – им не требуется заправка фреоном, отсутствуют сложности при запуске. Они чрезвычайно просты и удобны в применении. Система трудится в автоматическом режиме, а до капитального ремонта пройдет 10-15 отопительных сезонов.

Обслуживание установок тепловых насосов заключается в сезонном техосмотре и периодическом контроле режима работы. Срок окупаемости оборудования не превышает 2-3 отопительных сезонов.

По материалам журнала «Стройка. Уральский выпуск»