Геотермальный тепловой насос. Как не «зарыть» деньги в своем огороде

Со все возрастающим интересом владельцы частных домов в Украине, рассматривают использование геотермальных насосов, как альтернативу газовому котельному отоплению в своих домах. В связи с удорожанием природного газа для населения и коррупции в сфере газового хозяйства (имеются ввиду сложности с проведением газа к участку владельца), многие хозяева не планируют даже заводить газ на участок и, либо хотят устанавливать твердотопливные котлы, либо осуществляют отопление при помощи электрокотлов. Но и эти энергоресурсы дорожают, плюс, не всегда достаточно выделенной мощности для полноценного отопления всех помещений (имеется ввиду отопление с помощью электрокотла). Отопление при помощи, так называемых, твердотопливных котлов также несёт ряд неудобств для владельца. Нужно регулярно, с определенным периодом, подбрасывать дрова либо пелеты в топку такого котла, также необходимо удалять сажу из топки, в общем за таким оборудованием нужен надзор. Если же твердотопливная котельная полностью автоматизированна, то она обойдётся владельцу в кругленькую сумму, которую нужно будет выложить сразу, и эта сумма будет измеряться десятками тысяч долларов, что уже соразмерно с установкой на участке геотермального насоса.

Теперь остановимся по подробнее на том, что это за оборудование. Тепловым насосом принято называть такое устройство, с помощью которого осуществляется отбор тепла у более холодной среды, и перенос его в более тёплую среду. Геотермальный тепловой насос осуществляет отбор тепла из скважин (они бывают разных глубин и направлений бурения, в зависимости от грунта в которых их бурят). Хладагент (теплоноситель,в основном используют в качестве теплоносителя водный раствор пропиленгликоля или этиленгликоля) подаётся в скважины, где осуществляется нагрев до температуры грунта. Температура может колебаться от шести и до двенадцати градусов Цельсия, в зависимости от времени года. Дальше хладагент охлаждается до примерно минус двух градусов в теплообменнике теплового насоса и отдаёт своё тепло ещё одному хладагенту уже внутри теплового насоса (часто в качестве таких хладагентов выступает летучее соединение на основе аммиака R416, R407, R22 и некоторых других). Схема работы такая же, как и в обычном кондиционере, который включён в режиме обогрева.

Теперь разберёмся подробнее, зачем все это нужно, и в чем заключается преимущество насоса по сравнению с электрокотлом. Понятно, что основное преимущество заключено в экономии электроэнергии. На 1 киловатт выделенного тепла электрокотел затратит 1 киловатт электроэнергии, в то время, как тепловой насос на 3-4 киловатта тепла также затратит примерно 1 киловатт электроэнергии. Отопление на основе Теплового насоса относится к низкотемпературному отоплению (температура теплоносителя не выше 42 градусов Цельсия, а следовательно, и потери тепла будут меньше, поскольку дельта между температурой внешней среды и температурой теплоносителя будет меньше, и как следствие скорость теплопередачи тоже будет ниже. Экономия существенная, и это ещё не все преимущества Теплового насоса.

В летний период прибор сможет и охлаждать помещения в режиме так называемого пассивного холода. Прохлада из скважин, накопленная за отопительный период, будет доставляться в дом, и такое кондиционирование обойдётся владельцу в копейки, по сравнению с системой кондиционирования соответствующей мощности. При использовании одних и тех же устройств отдачи тепла (тёплые полы и тёплые стены), необходимо не допустить выпадение росы на охлаждаемые поверхности, дельта температур воздуха внутри охлаждаемых помещений и температур непосредственно поверхностей, должна отличаться, не более четырёх градусов Цельсия.

Существенное преимущество в потреблении электроэнергии, достигается при работе теплового насоса в паре с тепловым аккумулятором (утеплённый резервуар с подогретым теплоносителем). Аккумулятор тепла просто незаменим в периоды, когда отопление работает не на полную мощность (демисезонный период). В случае использования аккумулятора, насос будет включаться периодически и не будет постоянно использоваться. В то время, как теплоноситель будет примерно одинаковой температуры, и будет постоянно подаваться в системы отдачи тепла (тёплые полы, тёплые стены, радиаторы и т.п.). Радиаторы и другие устройства теплоотдачи, в случае использования в качестве источника тепла Теплового насоса, следует расчитывать под низкотемпературную систему отопления (площадь устройств теплоотдачи будет большей, по сравнению с высокотемпературными системами отопления).

Также не следует забывать, что Тепловой насос часто используется и для нагрева воды для горячего водоснабжения. Подогрев теплоноситель, он переключится в режим нагрева воды. Поэтому не понадобится отдельный прибор для нагрева горячей воды.

Но, все эти преимущества возможны только при грамотном планировании такой установки на всех этапах, от проекта, и до монтажа насоса и котельной на объекте заказчика. Особое внимание следует уделить исследованиям грунта на местности, где планируется эксплуатация Теплового насоса (геодезия местности где планируется эксплуатация последнего). Также в обязательном порядке нужен проект по данной установке, не следует полагаться на опыт монтажников и экономить на этом. Основная ценность такого проекта — это теплорасчеты. Заказчик такого проекта, будет иметь возможность получить прогноз потребления теплоресурсов и сможет прогнозировать растраты и целесообразность использования такой теплоустановки. Он получит расчеты по окупаемости Теплового насоса. Опытные проектанты таких систем отопления, при выборе проектного решения, будут учитывать рекомендации производителя Теплового насоса. Составят грамотное техническое задание для заказчика, это позволит определить изначальные данные установки, определит степень ответственности проектной организации, монтажников и непосредственно заказчика.

Основные проблемы, с которыми сталкиваются люди, эксплуатирующие такие установки, можно поделить на несколько основных типов:

  1. Проблемы, связанные с теплопередачей (нагревом теплоносителя) в скважинах. При не достаточном количестве скважин и не соблюдении расстояния между ними, а так же при игнорировании особенностей грунта, может возникать такая ситуация, при которой грунт вокруг скважин будет интенсивно замерзать и теплопередача будет замедляться или совсем остановиться. При этом КПД Теплового насоса значительно уменьшится. Проблемы могут проявиться не в первый год эксплуатации, а на следущий или даже через несколько лет. Чтобы это предотвратить, необходимо в летний период эксплуатировать установку в режиме пассивного холода, скважины при этом будут нагреваться, и грунт вокруг них тоже. Как следствие, в следующем отопительном сезоне тепловыделение от скважин будет такое же интенсивное, как и в первый год эксплуатации.
  2. Проблемы, связанные с внутренней разводкой теплооборудования в доме. Такие проблемы часто встречаются, когда систему отопления реконструируют в низкотемпературную для эксплуатации в паре с Тепловым насосом. Зачастую, радиаторы и другие теплоотдающие элементы системы отопления, не подвергают ни каким изменениям, а только меняют котёл на Тепловой насос. В этом случае теплоноситель, с более низкой температурой не прогревает помещения в достаточной степени, и приходится принудительно поднимать температуру на выходе из насоса, а это ведёт к понижению КПД последнего.
  3. Проблемы, связанные с неправильным подбором мощности Теплового насоса. Мощность насоса может быть завышена, либо занижена. При занижении мощности, внутренние помещения так и не прогреются до заданной температуры, плюс насос будет эксплуатироваться в экстремальном режиме и может выйти из строя. Если в такой котельной будет предусмотрен альтернативный источник тепла, для, либо резервирования Теплового насоса, либо догрева теплоносителя при падении мощности насоса, то КПД такой системы отопления существенно упадёт, уменьшиться и целесообразность использования Теплового насоса. При завышении мощности насоса с тепловыделение проблем не будет, но КПД такой системы отопления будет ниже, по сравнению с системой, где были правильно произведены расчеты мощности Теплового Насоса. Поскольку, компрессор такого насоса будет потреблять больше электроэнергии, чем это необходимо.