Геотермальные тепловые насосы

ГЕОТЕРМАЛЬНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Известно, что поверхностный слой грунта, расположенный ниже уровня промерзания, может служить постоянным источником тепловой энергии. Так, в умеренных широтах уже на глубине 2,5–3 м температура не опускается ниже 6–10 °С даже в зимнее время. Этого достаточно, чтобы использовать геотермальное тепло для обогрева помещений. А отобрать его у земли можно с помощью тепловых насосов. Это оборудование в настоящее время получило широкое применение во всем мире. Во многих странах, увидев перспективу в достаточно дешевом и экологичном получении тепла для обогрева, приняли директивы о стимулировании внедрения тепловых насосов в ЖКХ.

Принцип действия теплового насоса основан на физических процессах передачи тепла от теплоносителя при его сжатии и сходен с принципом работы кондиционеров – только в обратном направлении. Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле: теплоноситель, нагреваемый в грунте или водоеме, подается в тепловой насос, где тепло отбирается и передается в систему отопления. Электрическая энергия при этом затрачивается на компрессию и перекачивание жидкости.

ДОСТОИНСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Тепловые насосы обладают следующими достоинствами:

– низкое энергопотребление: у тепловых насосов (ТН) высокий КПД (от 300% до 700%, по сравнению с электрическими обогревателями той же мощности); на 1 кВт затраченной электрической энергии в тепловом насосе получается 3–7 кВт тепловой энергии;

– долговечность системы: максимальный срок эксплуатации грунтового коллектора-зонда (теплосборника) оценивается в 50–100 лет, отопительного контура в доме – 30–50 лет. Срок службы компрессора – 15 лет, и он легко заменяется по истечении срока эксплуатации. Некоторые производители устанавливают срок службы компрессоров в часах: у поршневых компрессоров он составляет около 75 000 рабочих часов, а у скроллкомпрессора 100 000 часов;

низкие эксплуатационные расходы: обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима их работы;

– отсутствие затрат на приобретение, доставку и хранение топлива;

– высвобождение территории, необходимой для размещения котельной;

– компактность, современный дизайн, возможность установки ТН в доме, не нарушая целостности интерьера;

– безопасность, экологичность, автоматизированность;

– широкий спектр предлагаемого оборудования мощностью от нескольких кВт до десятков МВт, возможность забирать тепло от различных источников тепла: грунта, воды, промышленных стоков, воздуха.

Среди недостатков тепловых насосов прежде всего стоит отметить их достаточно высокую стоимость, превосходящую стоимость котельного оборудования аналогичной мощности на 20–50%. Кроме того, требуются значительные затраты на монтаж грунтовой коллекторной части ТН, особенно при установке вертикальных коллекторов – зондов, поскольку стоимость буровых работ в России достаточно велика. Зато все затраты окупаются в процессе эксплуатации ТН за счет низкой потребляемой электроэнергии, большого срока службы оборудования и незначительных эксплуатационных расходов. По некоторым оценкам, капитальные вложения в ТН достигают 20–40,5 тыс.руб. за 1 кВт мощности и по отношению к котлам на дизельном топливе окупаются через 3–7 лет. Есть мнение, что применять ТН не менее выгодно, чем газовые котлы (при наличии магистральных газопроводов), при этом ТН гораздо экологичнее.

КОЛЛЕКТОРЫ–ТЕПЛОСБОРНИКИ

В широтах Северо-Западного региона самым распространенным источником низкотемпературного тепла является грунт. Из него тепло забирают почвенными теплосборниками двух типов: горизонтальными грунтовыми коллекторами или вертикальными геотермальными коллекторами-зондами.

Горизонтальные грунтовые коллекторы собирают тепло, накопленное в верхних слоях почвы (глубина их установки 5–20 м). Теплосъем зависит от состава и структуры грунта. Лучших результатов достигают, если в грунте много воды, твердых минеральных составляющих типа кварца и мало воздушных пор. Мощность теплосъема составляет 10–40 Вт/м2 (при шаге размещения труб 0,5–0,7 м).

Недостатки этого способа: отвод тепла сопровождается охлаждением области вокруг труб коллектора вплоть до их замерзания. Стоит учитывать, что площадь участка, необходимого для закладки теплосборника, может в 2–3 раза превосходить отапливаемую площадь дома, а использовать эту территорию приходится только под газон или цветник.

Производителями предлагаются разнообразные конструкции грунтовых коллекторов: плоские и спиралеобразные. Определиться с оптимальным типом коллектора лучше при помощи специалиста и рекомендаций фирм-изготовителей. Глубина заложения труб, шаг их размещения и схема раскладки также рекомендуются производителями и во многом зависят от конкретных условий земельного участка.

Геотермальные коллекторы-зонды извлекают тепло с глубин, где температура грунта более стабильна (около 10 °С). Зонд опускают в скважину диаметром 110–150 мм и глубиной до 100–150 м. Каждый метр длины зонда позволяет в зависимости от свойств грунта отвести 30–100 Вт тепловой мощности.

Главное достоинство зондов – небольшая установочная площадь. Недостаток – дороговизна бурильных работ.

Распространены два вида конструкций вертикальных коллекторов: труба в трубе и U-образная труба. Достоинства и недостатки есть у каждого типа, здесь большую роль играет выбор производителя и качество исполнения коллекторов-зондов.

Если скважина будет проходить через стратегические водоносные слои, то на осуществление работ надо получить разрешение властей. В Северо-Западном регионе к таким слоям относятся воды гдовского горизонта, расположенные на глубине ниже 140 м под уровнем моря.

Согласований с инстанциями можно избежать, если устанавливать геотермальные коллекторы на глубину 20–100 м, увеличив их количество. При этом скважины рекомендуется располагать не ближе чем в 5 м друг от друга. Возможна установка геотермальных коллекторов-зондов под фундаментом дома. Есть конструкции, позволяющие устанавливать зонды прямо в сваях под домом.

ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ

Система отопления, выполненная при помощи тепловых насосов, имеет ряд особенностей. Так, эффективность работы такой системы очень сильно зависит от того, насколько грамотно будут согласованы параметры самого теплового насоса, системы коллекторов и системы отопления дома.

Требуется отметить, что тепловые насосы рекомендуется применять для низкотемпературных систем отопления. Наиболее выгодные варианты – напольное водяное или воздушное отопление, в которых теплоноситель имеет температуру не выше 35 °С. Кстати, по мнению европейских ученых, эта температура теплоносителя наиболее комфортна для человека и пригодна по медицинским показаниям. Хотя в настоящий момент уже появились насосы, способные поставлять тепло температурой 52–57 °С, что достаточно близко к температуре, привычной нам по отечественным параметрам отопления – до 80 °С. С помощью тепловых насосов возможно также производить воду с температурой до100 °С, однако в этом случае эффективность системы будет хуже. Здесь действует правило: чем ниже температура теплоносителя в системе отопления, тем выше будет КПД системы с ТН. Так, при устройстве радиаторного отопления системы с ТН КПД составляет 3,0–3,2, а в случае напольного отопления – 4,0–4,5.

Не следует забывать, что для достижения значительной энергоэффективности от использования тепловых насосов, следует выполнить работы по теплоизоляции дома, доведя показатели теплопотерь до 50–60  Вт/м2 (во многих российских домах приблизительная цифра теплопотерь составляет 100 Вт/м2 – МДС 41-4.2000 «Методика определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения»).

В условиях неблагоприятных климатических условий и довольно длительного холодного периода (сентябрь–май) рекомендуется использовать тепловые насосы в так называемых бивалентных системах – отопление и горячее водоснабжение, в которых, помимо теплового насоса, работает второй источник тепла: встроенный ТЭН или небольшой котел, при помощи которых можно нагревать воду до 75–80 °С. Эта вода пригодится для системы ГВС и санитарной обработки (очистки от бактерий) системы низкотемпературного отопления.

Также полезен дополнительный источник тепла при первичном запуске ТН в холодном доме.

Еще одна особенность построения системы отопления с ТН: для оптимальной работы системы приходится увеличивать примерно вдвое скорость циркуляции воды в контуре отопления. Значит нужно подбирать соответствующее оборудование: циркуляционный насос, трубы, фитинги. Кроме того, требуется согласовать мощность, выдаваемую ТН и потребляемую системой отопления – ведь хочется регулировать температуру в доме в зависимости от сезона и погоды. И простым закручиванием вентиля эту проблему уже не решить – требуется регулировать нагрев воды при помощи ТН, используя компрессоры с повышенным количеством циклов «вкл/выкл». Решать эту задачу также призвана автоматика, встраиваемая в ТН.

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

Производители продолжают совершенствовать конструкции ТН, предлагают оптимальные схемы устройства отопительных систем, рассчитанных на их применение. Продолжается повышение энергоэффективности оборудования, разрабатываются и внедряются автоматические системы управления и дополнительные элементы сервиса. Программное обеспечение систем обладает расширенной функциональностью, например, алгоритмом адаптации.

Выпускаются ТН с компрессорами, допускающими до 60 включений в час или плавно меняющими свою мощность (инверторные), что способствует оптимальному потреблению электроэнергии. Другое направление развития рынка ТН связано с повышением теплоаккумулирующей способности системы отопления и здания. Самый распространенный способ – установка в отопительной сети теплоаккумулирующего бака, теплоноситель в котором нагревается ТН или ТЭНом в экономичном режиме. Еще одна тенденция – использование ТН не только для отопления домов и получения горячей воды, но и для охлаждения и осушения воздуха в помещении.

Тепловые насосы, рассчитанные на обогрев значительной площади (например, многоквартирного дома),могут  укомплектовываться теплообменниками горячего газа для удовлетворения потребностей в горячей бытовой воде. Производители ТН небольшой мощности для приготовления горячей воды и уничтожения бактерий могут встраивать в систему электрический котел.

РЫНОК ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

В настоящее время тепловые насосы достаточно широко представлены на российском рынке. Из иностранных компаний ТН для отопления предлагают: OCHSNER, WEIDER, HELIOTHERM (Австрия), VIESSMANN, STIEBEL ELTRON, DANFOSS (Германия), CARRIER, AERTEC, FHP (США), CLIMAVENETA (Италия), GEOTHERMIX (Канада), ECONAR, HYDRON MODULE, KLIMATE MASTER (США), PZP KOMPLET, G-MAR (Чехия), IVT, MECMASTER, THERMIA, NIBE (Швеция), DAIKIN, SANYO, PANASONIC, MITSUBISHI (Япония) и др. Среди отечественных производителей можно назвать «КОРСА», НПФ «ТРИТОН», НПО «ЭНЕРГИЯ», РЗП, ЭКИП и др.

Модели разных компаний различаются по производительности, комплектации, функциональности, предоставляемым гарантиям. Конкретный выбор лучше делать со специалистом, который, прежде всего, оценит термодинамический потенциал вашего земельного участка, проведет оценку теплопотерь вашего дома. Многие компании по рекомендациям специалистов могут подобрать и даже изменить параметры системы ТН под потребности конкретного дома.

Отметим, что правильно выполненное решение по установке системы с тепловым насосом всегда эффективно обеспечит в доме требуемое тепло и необходимое количество горячей бытовой воды.

Обстановка в мире

В США, согласно нормам, закрепленным Федеральным законодательством, при строительстве новых общественных зданий должны использоваться исключительно геотермальные тепловые насосы. В Швеции более 400 000 домов уже обогреваются тепловыми насосами. До 2011 г. правительство страны будет выплачивать субсидию в размере 12 000–20 000 шведских крон (1800–3000 долларов США) за замену электрических систем отопления геотермальными тепловыми насосами. В мире, по прогнозам Мирового Энергетического Комитета (МЭК), к 2020 г. доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.

 

Мы реализуем теплообменники, компрессоры и прочее холодильное оборудование с 2001 года. 10 лет для компании – возраст, достаточный для того чтобы набраться опыта и иметь силы продолжать развиваться дальше;

Мы не только поддерживаем долгосрочное взаимовыгодное сотрудничество с партнерами за счет отличных условий, но и привлекаем новых поставщиков, предоставляющих нам холодильные машины, воздухоохладители и испарители под реализацию;

Нам доверяют дилерские полномочия производители с мировым именем, известные высочайшим качеством и надежностью холодильного оборудования и сопутствующих систем обслуживания.