Опыт применения геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов | Архив С.О.К. | 2021 | №2

Опыт применения геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов | Архив С.О.К. | 2021 | №2 Для дачи

Вариант #2. особенности теплонасосов «вода-вода»

Геотермальная система «вода-вода» использует в работе тепловую энергию водного ресурса. Это является возможным потому, что на большой глубине температура воды, как и грунта, остается довольно высокой и круглогодично сохраняет стабильные постоянные показатели.

Принципиальной конструкционной разницы между теплонасосом «грунт-вода» и «вода-вода» нет. Но самых меньших финансовых и трудовых затрат требует комплекс, обустроенный на базе открытого водоема. Для монтажа не нужны масштабные буровые мероприятия.

Трубный материал с теплоносителем просто оснащают грузом, погружают в воду и посредством соединительных коммуникаций подключают к домашней отопительной системе.

Однако, такой вариант возможен лишь в том случае, когда земельный участок вплотную прилегает к воде и все коммуникационные части системы находятся под контролем хозяев. Если к открытому водоему доступа нет, используют потенциал грунтовых вод.

Правда, это влечет за собой серьезные земельные работы и сооружение сложных конструкций, например, дополнительного колодца, предназначенного для сброса проходящей через теплообменный узел воды.

Обычно установки типа «вода-вода» монтируют там, где нет возможности подключить центральные коммуникации или использовать иные виды теплоносителей.

Специалисты утверждают, что альтернативное отопление такого типа исключительно эффективно в современных постройках, имеющих минимальный показатель теплопотерь.

Если дом хорошо утеплен, защищен от сквозняков, сырости и проникновения морозного воздуха или построен с применением современных теплоизоляционных технологий, стоимость системы отопления существенно снижается из-за открывшейся возможности приобрести насосное оборудование гораздо меньшей мощности.

Вариант #3. обустройство систем «воздух-вода»

Теплонасос «воздух-вода» использует для работы самый доступный, неограниченный и возобновляемый природный энергетический ресурс – воздух. Функционирует оборудование посредством вентиляторов и испарителей, объединенных в единый комплекс.

Наибольшую эффективность проявляет при температуре до -15°C. При более агрессивных показателях теряет существенную часть мощности.

Агрегат исключительно удобен тем, что не требует от владельцев частного дома наличия спецтехники для монтажа и проведения сложных работ по установке.

Не нуждается в выемке земли, бурении скважин и прочих трудоемких мероприятиях. Легко монтируется и не занимает большого количества места. Может корректно функционировать, располагаясь на крыше жилого помещения.

К главным плюсам оборудования относится практически бесшумная работа и возможность повторного использования тепла, вышедшего из обогреваемого помещения в форме отработанного воздуха, воды, газа, дыма и пр.

Обслуживание системы владельцы осуществляют самостоятельно:

  • чистят вентиляторные лопасти и защитные решетки на испарительной установке от пыли, мелкого мусора и листьев;
  • смазывают компрессор специальным составом, указанным в инструкции производителем;
  • меняют масло в силовых узлах (вентилятор, компрессор) с определенной периодичностью;
  • проверяют целостность силового кабеля питания и медного трубопровода, по которому хладагент циркулирует в системе.

Помимо этих действий изготовители насосного оборудования настоятельно советуют клиентам контролировать состояние тепловых датчиков, отражающих функционирование блока управления.

Их необходимо протирать, аккуратно удаляя с поверхности пыль и масляные пятна. Это продлит «жизнь» системы воздух-воздух и сделает процесс эксплуатации более простым и комфортным.

Как подобрать геотермальный насос

Главным требованием при геотермальном отоплении с использованием теплового насоса, является определение соответствия условий для установки станции. Не в каждом доме удастся установить ГН. Ограничения применимости в основном связаны с рельефом, глубиной пролегания грунтовых вод, общей площади приусадебного хозяйства, наличием расположенного рядом со зданием водоема и т.д.

Предварительные расчеты и проектную документацию составляет специалист компании, продающей отопительное оборудование. При выборе подходящей модели, обращают внимание на следующие параметры:

  • СОР – под сокращением, принятым во многих странах мира, скрывается соотношение, указывающее на рентабельность установки, а точнее производительность насоса по отношению к затраченному электричеству. Так, СОР 3 означает, что на каждый 1кВт электроэнергии, необходимой для поддержания работы устройства, будет произведено 3 кВт тепловой энергии.
  • Укладка геотермального контура – производительность прямо влияет на общую площадь уложенного в грунт трубопровода. Для предварительных расчетов, будет достаточно умножить общую отапливаемую площадь на 3. Полученный результат укажет на то, какие размеры участка будут необходимы для укладки контура.
  • Функциональные возможности. Дом, оборудованный геотермальным тепловым насосом, отапливается зимой, и при условии приобретения дополнительного оборудования, охлаждается летом. Чтобы это стало возможным, дополнительно устанавливаются сплит системы.

КПД геотермального насоса намного выше, чем у любого другого отопительного оборудования. Своевременные модели имеют коэффициент СОР равный пяти. Для сравнения, электрокотел вырабатывает на каждый 1 кВт, 0.09-0.99 кВт тепловой энергии.

Как устроено?

Принцип работы геотермального отопления подразумевает использование тепловых насосов. Они действуют по классическому циклу Карно, беря глубоко внизу холодный теплоноситель и получая взамен нагретый до 50 градусов поток жидкости внутри отопительной системы. Аппаратура работает с коэффициентом полезного действия от 350 до 450% (это не противоречит фундаментальным физическим законам, почему – будет сказано позже). Стандартный тепловой насос обогревает дом или иное здание за счет тепла земли на протяжении 100 тысяч часов (именно таков средний промежуток между профилактическими капитальными ремонтами).

Нагрев до 50 градусов выбран неслучайно. Именно такой показатель по результатам специальных расчетов и при изучении практически реализованных систем был признан наиболее эффективным. Поэтому земляное отопление, использующее поток энергии из недр, в основном дополняется не радиаторами, а теплым полом или воздушным контуром. В среднем, на 1000 Вт энергии, приводящей в работу насос, удается поднять наверх примерно 3500 Вт тепловой энергии. На фоне безудержного роста стоимости теплоносителя в магистральной сети и иных способов отопления это очень приятный показатель.

Геотермическое отопление образовано тремя контурами:

  • грунтовым коллектором;
  • тепловым насосом;
  • собственно, греющим комплексом дома.

Коллектором называется подборка труб, которые дополнили насосом для рециркуляции. Теплоноситель во внешнем контуре имеет температуру от 3 до 7 градусов. И даже такой незначительный внешне разброс позволяет системе эффективно решать поставленные задачи. Для передачи тепла используют либо этиленгликоль в чистом виде, либо его смесь с водой. Полностью водные контуры подземного обогрева встречаются редко.

Причина проста – та вода, которая встречается в достаточно разогретом слое почвы, быстро разъедает оборудование. И даже такую жидкость можно найти далеко не в любом произвольно взятом месте. Выбор конкретного теплоносителя определяется конструктивными решениями инженеров. Насос подбирается в зависимости от устройства остальных частей системы. Поскольку глубина скважины (уровень заложения оборудования) определяется природными условиями, решающие отличия между типами геотермальных систем связаны с устройством коллектора в грунте.

Горизонтальная структура подразумевает расположение коллектора под линией промерзания почвы. В зависимости от конкретной местности это означает углубление на 150-200 см. Такие коллекторы могут оснащаться различными трубами, как медными (с внешним слоем из ПВХ), так и сделанными из металлопластика. Чтобы получить от 7 до 9 кВт тепла, придется уложить не менее 300 кв. м коллектора. Такая методика не позволяет приближаться к деревьям более чем на 150 см, а по окончании монтажа придется благоустраивать территорию.

Еще для дачи:  Забор в Сумах — Сравнить цены и купить на Flagma.ua

Вертикально выставленный коллектор подразумевает бурение нескольких скважин, причем обязательно устремленных в разные стороны, и каждую ведут под своим углом. Внутри скважин располагаются геотермальные зонды, тепловая отдача от 1 пог. м достигает примерно 50 Вт. Нетрудно подсчитать, что для идентичного количества тепла (7-9 кВт) придется поставить 150-200 м скважин. Преимущество в этом случае не только в экономии, но и в том, что ландшафтная структура территории не изменяется. Надо будет только выделить небольшой участок для монтажа кессонного блока и для выставления концентрирующего коллектора.

Нагреваемый от воды контур практичен, если можно вывести наружный узел обмена теплом в озеро или пруд на глубину от 200 до 300 см. Но обязательным условием будет расположение водоема в радиусе 0,1 км от отапливаемого строения и площадь водного зеркала минимум 200 кв. м. Существуют также воздушные теплообменники, когда получение тепла внешним контуром происходит из атмосферы. Подобное решение отлично проявляет себя в южных областях страны и не требует никаких земляных работ. Слабости системы – низкий КПД при морозе в 15 градусов и полная остановка, если температура понизится до 20 градусов.

Ключевые преимущества геотермальных тепловых насосов

Эффективность и экономичность в течение всего года. Выработка до 5 кВт тепла на 1 кВт затрачиваемой электрической энергии и, соответственно, экономия на платежах за отопление и ГВС до 80% в сравнении с прямым электроотоплением, получение «холода» для кондиционирования с минимальными издержками.

Независимость от газовой сети и больших электрических мощностей, от поставок и систем хранения сырья. Геотермальные тепловые насосы быстро монтируются и не требуют регулярного специализированного обслуживания.

Безопасность и комфорт. Здесь нет процессов горения, дымохода; не нужны ёмкости для хранения топлива; отсутствуют специальные требования к котельному помещению; система занимает небольшую площадь и не требует ручных операций.

Надёжность. Высокий уровень автоматизации и автономности работы, срок службы до 25 лет, возможность дистанционного мониторинга и диагностики.

Экологичность. Геотермальные тепловые насосы используют до 80% возобновляемой энергии и не производят выбросов CO2 в месте установки.

Российский рынок тепловых насосов стабильно развивается. Одна из самых перспективных точек роста рынка — применение геотермальных систем отопления на коммерческих и инфраструктурных объектах с ограниченным доступом к инженерным коммуникациям (центральному теплоснабжению, газу, электричеству).

Ввиду высоких тарифов на энергоносители для юридических лиц и стремления организаций к повышению автоматизации и автономности энергоснабжения зданий использование геотермальных тепловых насосов в данном сегменте является оптимальным и с экономической, и с эксплуатационной точек зрения.

Опыт применения геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов | Архив С.О.К. | 2021 | №2
Фото 2. Здание МБОУ «Житковская СОШ»

Монтаж и установка геотермального отопления

Основная сложность относительно монтажа геотермального оборудования связана с установкой контура теплообменника в грунте-земле. Хотя в интернете можно найти большое количество советов как выполнить эти работы самостоятельно, практика показывает, что большинство советов невозможно применить без специального профильного образования, следовательно, все работы должны выполнять профессиональные монтажники, являющиеся представителями производителя.

После обращения к специалистам, геотермальные системы отопления частных домов за счет тепла земли устанавливаются в следующие несколько этапов:

    1. Выезд инженера на дом. Во время первого визита берутся пробы грунта, определяются особенности местности и принимается решение о наиболее эффективном монтаже геотермальной системы. На эффективность установки может влиять также источник предполагаемого тепла. Более производительным считается монтаж теплообменников на дне водоема или у истоков термических источников.
    1. Заключение договора и приобретение необходимого оборудования. Расценки могут существенно отличаться в зависимости от сложности проведения монтажных работ и других нюансов. Но в среднем, если выбран качественный немецкий производитель, стоимость установки будет приблизительно равняться его цене. Приобретение под ключ установки Vaillant для дома в 350 кв. м. обойдется приблизительно в 21 тыс. $
    1. Монтажные работы. Отопление частного дома подземными геотермальными источниками тепла, а точнее, его эффективность во многом зависит от правильного проведения работ на этапе монтажа. После того как водяные теплообменники будут установлены в грунт, выполняется подключение к геотермальной установке и системе отопления дома.
  1. Пуско-наладочные работы. Инженер запускает систему и выполняет точную регулировку устройства. После настройки подписывается Акт о сдаче работ.

Согласно действующему законодательству, предприятие устанавливающее оборудование, может предоставить дополнительные гарантийные обязательства при условии оплаты этих услуг. Такие гарантии обойдутся еще в дополнительную 1000 $.

Перевод здания школы на геотермальное отопление

В конце 2020 года мы реализовали знаковый проект по переводу среднеобразовательной школы в посёлке Житково Выборгского района Ленинградской области на отопление на базе геотермальных тепловых насосов. Житковская школа стала первым в регионе образовательным учреждением, оборудованным геотермальной системой отопления.

До реализации проекта удалённое от центральных сетей кирпичное здание школы 1965 года постройки общей площадью 1150 м² (фото 2) отапливалось электрическими конвекторами, установленными в каждом помещении. Расчётные теплопотери здания — 112 кВт. Годовые затраты на отопление составляли в среднем около 3,5 млн рублей (электроэнергия по тарифу для юридических лиц) и являлись ключевой статьёй затрат на содержание здания.

Для сокращения эксплуатационных затрат и повышения безопасности системы для учеников и преподавателей было решено перевести школу на геотермальное отопление. Комплексный проект включил в себя устройство геотермального контура, монтаж теплового узла на базе геотермальных тепловых насосов Thermex Energy и монтаж внутренней радиаторной системы отопления. Все работы были выполнены менее чем за два месяца (ноябрь — декабрь) без остановки учебного процесса.

Источником низкопотенциальной тепловой энергии для объекта выступает геотермальный контур — на прилегающей к зданию школы территории пробурено 14 скважин по 145 м, в которые заведены геотермальные зонды (ПНД-труба диаметром 40 мм с U-образным наконечником).

14 зондов сведены в единый геотермальный колодец, где установлен коллектор с ротаметрами и запорной арматурой. Соединение геоколлектора с тепловым узлом внутри здания выполнено из ПНД-труб диаметром 90 мм. В качестве теплоносителя в геоконтуре мы использовали безопасный для человека и окружающей среды пропиленгликоль.

Тепловой узел (фото 3) включил следующие основные элементы: каскад на базе трёх геотермальных тепловых насосов Thermex Energy Pr- 35, вспомогательный электрокотёл мощностью 21 кВт, буферная ёмкость объёмом 1000 л, а также насосное оборудование. Суммарная тепловая мощность теплонасосной установки при работе на радиаторную систему отопления составляет 112 кВт (при B0/W55, то есть при температуре теплоносителя в геотермальном контуре на входе в испаритель 0°C и температуре теплоносителя в контуре системы отопления на выходе из конденсатора  55°C).

Опыт применения геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов | Архив С.О.К. | 2021 | №2
Фото 3. Каскадная теплонасосная установка в МБОУ «Житковская СОШ»

Двухкомпрессорные геотермальные тепловые насосы Thermex Energy Pr- созданы для независимости и экономичности в вопросах теплоснабжения крупных жилых и коммерческих зданий с ограниченным доступом к центральным коммуникациям. Модельный ряд включает девять моделей мощностью от 12 до 56 кВт с возможностью объединения в каскад до 16 единиц.

Серия Pr- обладает расширенным встроенным функционалом: отопление (управление двумя независимыми контурами отопления), нагрев горячей воды (два режима — постоянно и только ночью), пассивное охлаждение (кондиционирование), нагрев бассейна, погодозависимое регулирование, управление вторым источником тепла, термическая дезинфекция бойлера.

Базовая комплектация включает два современных спиральных компрессора, теплообменники увеличенной площади, полную заводскую электроподготовку, встроенное УЗО, двухступенчатую систему блокировки при превышении нагрузок, две встроенные защиты от низкого качества электроснабжения, пять встроенных защит тепловой установки, русскоязычный контроллер с графическим дисплеем.

Еще для дачи:  Карта сайта — Москва | ФС-Групп

В качестве внутренней системы отопления в здании школы были смонтированы более 100 низкотемпературных радиаторов (с увеличенной площадью теплообмена), оборудованных термоголовками для покомнатного регулирования. Температурный график системы 55/45°C.

Ключевыми фактором принятия решения в пользу геотермального отопления в большинстве случаев являются экономическая целесообразность, то есть будущая экономия на платежах за отопление и сроки окупаемости первоначальных вложений, а также надёжность, простота эксплуатации системы и безопасность.

Достичь высоких показателей эффективности работы и отказоустойчивости на данном объекте позволяет комплекс технических и программных решений, реализованных в тепловых насосах Thermex Energy Pro:

1. Погодозависимое регулирование в базовой комплектации. Изменение температуры подачи теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха в сочетании с использованием логарифмической зависимости для расчёта температуры подающей линии контура отопления обеспечивает повышение эффективности:

2. Ступенчатое управление мощностью. Каскад из трёх двухкомпрессорных тепловых насосов даёт шесть ступеней мощности всей установки. Нагрузка распределяется в каскаде равномерно с учётом суммарной наработки каждого компрессора: вторая ступень в тепловом насосе включается только при условии, что в остальных тепловых насосах включён хотя бы один компрессор.

3. Отсечение неработающего фреонового контура. В геотермальных тепловых насосах Thermex Energy Pr-35 реализованы два независимых холодильных контура. При задействовании только одного из них второй отсекается соленоидным клапаном, что позволяет не допустить раздвоения потока перед нагревом и дальнейшего смешения тёплого и холодного потоков. Всё это позволяет снизить энергопотребление оборудования минимум на 12,5% при частичных нагрузках.

4. Управление вторым источником тепла. Данная функция тепловых насосов Thermex Energy позволила включить в схему в качестве седьмой ступени мощности вспомогательный электрический котёл на 21 кВт для покрытия пиковых теплопотерь здания школы в самые холодные периоды.

Данное решение позволило без ощутимых потерь в эффективности и экономичности снизить капитальные затраты на устройство геотермальной системы отопления на 30% в сравнении с вариантом, когда вся необходимая тепловая мощность покрывается тепловыми насосами.

По итогам реализации проекта ежегодные затраты на отопление школы снизятся на 70–75%. Согласно предварительным расчётам, значение сезонного показателя эффективности SCOP на данном объекте составит ориентировочно 3,7. Дополнительным плюсом является высокий уровень автоматизации теплонасосной установки и возможность дистанционной диагностики, что избавляет систему от необходимости проведения регулярного сервисного обслуживания.

Благодаря вышеописанным преимуществам и результатам проект перевода социально-значимого объекта на геотермальное отопление привлёк внимание общественности и был широко освещён в федеральных и региональных средствах массовой информации, что свидетельствует о растущем интересе к энергоэффективным решениям и способствует общей популяризации технологии.

Опыт применения геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов | Архив С.О.К. | 2021 | №2
Фото 4. Испытательный стенд на производстве ООО «Термекс Энерджи»

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли.

В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат.

Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться. Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.


То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

Последовательность работ

Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин. И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления. В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.

Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий, конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе. Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники. Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.

Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки». Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка. В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).

Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры. Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%. Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.

Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм. Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта.

Преимущества и недостатки геотермальных отопительных насосов

Отзывы о геотермальных насосах теплоснабжения и реальный опыт эксплуатации, помогают выявить сильные и слабые стороны оборудования. К недостаткам геотермального насоса можно отнести:

  • Высокие нормативные требования к геотермальным тепловым насосам, а точнее прилегающей территории. Станция не может быть установлена в любой местности. Первоначально потребуется провести геологическую разведку, и определить, будет ли целесообразно использовать ГН или лучше выбрать другой источник тепловой энергии.
  • Стоимость – не каждый хозяин частного дома, в состоянии выложить за приобретение и установку насосного оборудования порядка 350-500 тыс. руб. Некоторые банки предлагают льготное кредитование на приобретение оборудования, также можно воспользоваться государственной помощью (если она предусмотрена).
  • Изменения в геотермальном контуре в первый год эксплуатации – уложенные трубы проседают, что приводит к уменьшению скорости циркуляции пропиленгликоля. В результате, снижаются показатели теплоотдачи и характеристики СОР. Поэтому, через год эксплуатации проводится аудит первичного водяного контура, что часто неудобно и приводит к дополнительным расходам на облагораживание территории.
Еще для дачи:  Бетонный забор (46 фото): универсальное ограждение из бетона и железобетонных плит, выбор краски для панелей забора

Вот практически и все недостатки геотермального насоса. Теплонасос, в противовес этому, обладает достоинствами, перевешивающими существующие минусы:

  • Экономичность – сравнение затрат на газ, твердое топливо и на электричество, расходуемые традиционными котлами отопления, покажет, что ГН является более выгодным. Причем, экономическая выгода настолько существенна, что позволяет окупить затраты на покупку и установку модуля уже через 4-5 лет.
  • Функциональность – существует возможность использования геотермального оборудования для отопления и кондиционирования помещений. Если учесть, что в летнее время года теплонасос будет продолжать работать как кондиционер и обеспечивать дополнительную экономию электроэнергии, становятся очевидным, целесообразность приобретения.
  • Длительный срок эксплуатации – сам теплонасос сможет проработать и 100 лет, но отдельные узлы потребуют ремонта уже через 30-50 лет. После проведения ремонтных работ, можно будет продолжить использовать оборудование в обычных условиях эксплуатации.

Геотермальные насосы в странах ЕС устанавливают не только в жилых помещениях. Некоторые крупные промышленные центры, отапливают с помощью тепла, отдаваемого грунтом или водой. Большой опыт эксплуатации показывает экономическую выгоду и целесообразность вложения средств в тепловые геотермальные установки.

Применение и преимущества геотермальных тепловых насосов

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от низкопотенциального источника к системе отопления. Это надёжная, экономичная и экологичная альтернатива классическим источникам тепла, использующая для отопления и нагрева горячей воды возобновляемую энергию из окружающей среды (грунт, воздух, вода).

Концепция теплового насоса была разработана в середине XIX века, а практическое применение оборудования для отопления началось с 1940-х годов. Сегодня мировой рынок тепловых насосов уверенно растёт — например, ежегодные объёмы продаж только на территории Европы составляют более одного миллиона агрегатов, из них порядка 100 тыс. — геотермальные.

Опыт применения геотермальных тепловых насосов для отопления коммерческих и инфраструктурных объектов | Архив С.О.К. | 2021 | №2
Фото 1. Тепловой узел на базе геотермального теплового насоса Thermex Energy

Для геотермальных тепловых насосов низкопотенциальным источником тепла выступает грунт, температура которого ниже глубины промерзания практически весь год составляет от  5 до 10°C. Тепловая энергия собирается заглублённым в почву геотермальным контуром, накапливается в теплоносителе и передаётся в тепловом насосе хладагенту через испаритель, где хладагент переходит в газообразное состояние.

Компрессор всасывает хладагент и сжимает его, при этом сильно повышается его давление и температура. Горячий хладагент поступает в конденсатор — теплообменник, в котором происходит передача тепла, полученного из окружающей среды в отопительную систему.

Геотермальные тепловые насосы применяются для решения задач отопления, нагрева горячей воды и охлаждения в индивидуальных жилых домах, таунхаусах, многоквартирных домах, на разнообразных коммерческих объектах (от отелей и турбаз до магазинов и АЗС, фото 1), в производственных и складских зданиях, на объектах инфраструктуры (школы, вокзалы и пр.), а также для утилизации бросового тепла.

Производители геотермальных насосов

При выборе отопительной геотермальной техники, немаловажную роль играет подбор производителя. Если учитывать качество и надежность оборудования, то лучшие тепловые насосы выпускают немецкие производители.

Стабильно хорошие отзывы заслуживают модели, предлагаемые следующими производителями:

  • Viessmann – продукция компании отличается высокой производительностью. В частности, насосы Vitocal 300-G/-W Pro способны развивать мощность до 290 кВт. Максимальный нагрев теплоносителя 60°С. Станции Viessmann укомплектовываются интегрированными накопительными емкостями, для обеспечения нужд ГВС, различной вместимостью.
  • Buderus – в отличие от предыдущего производителя, компания делает акцент на бытовых приборах отопления, мощностью до 60 кВт. Подача теплоносителя с температурой 65°С. Шум от геотермального насоса Buderus всего 40 дБ, благодаря специально сконструированной изоляции. Можно спокойно эксплуатировать теплонасос непосредственно в доме, рядом с жилыми помещениями.
  • Vaillant – компания предлагает все типы геотермальных насосов. Отдельно разработаны серии для укладки водяного коллектора на дно водоема, использования геотермальных зондов и укладки контура ниже точки промерзания. Теплоноситель на выходе прогревается до 60°С. Максимальная производительность 46 кВт. Недостатком продукции компании Vaillant является скромный выбор ГН, что, впрочем, компенсируется высоким качеством продукции.
  • Stiebel Eltron – продукция компании предназначена для частичной и полной компенсации потребностей жилых помещений в тепле. Все модели интегрируются в систему вентиляции и в летнее время года работают на охлаждение. Максимальная производительность ГН Stiebel Eltron 98 кВт.

Ассортимент выпускаемой продукции огромен. При выборе лучше ориентироваться на мнение специалиста.

Способ #2. теплонасос из кондиционера

Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.

Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.

Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.

Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.

В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.

На сайте есть серия статей по изготовлению тепловых насосов своими руками, советуем ознакомиться:

  1. Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки
  2. Как сделать тепловой насос воздух-вода: схемы устройства и самостоятельная сборка

Утилизация тепла сточных вод для отопления административного здания кос

Среди областей применения геотермальных тепловых насосов с наиболее высокими показателями эффективности и, соответственно, экономичности отопления стоит выделить утилизацию бросового тепла, в частности, тепла сточных вод, температура которых весь год держится на высоком уровне.

В практике нашей команды есть несколько подобных реализованных проектов. Один из них — устройство системы отопления административного здания площадью 570 м² на станции канализационных очистных сооружений в Ленинградской области. Ввиду специфики деятельности комплекс канализационных очистных сооружений расположен на значительном удалении от населённого пункта и инженерных коммуникаций.

Основным источником тепла в реализованной схеме отопления является геотермальный тепловой насос номинальной теплопроизводительностью 42 кВт, смонтированный в тепловом узле здания АБК. Тепловой насос осуществляет отопление объекта, обеспечивая температуру в подающем трубопроводе до  58°C. В качестве резервного источника тепла использован электрокотёл.

В качестве низкопотенциального источника тепла на объекте выступают сточные воды с температурой не ниже 12°C в зимний период. В сточные воды погружен теплообменник из нержавеющей стали, который обеспечивает отбор низкопотенциального тепла (фото 5).

Теплообменник спроектирован и изготовлен на основании тщательного анализа химического состава воды, скорости потока и особенностей монтажа. Установка теплообменника произведена на раму таким образом, чтобы обеспечить удобный доступ для обслуживания в межсезонье.

Предусмотрено резервирование циркуляционных насосов с возможностью ротации и автоматическим переключением на резервные. Между теплообменником и тепловым насосом в тепловом узле смонтирована теплотрасса, по которой циркулирует водный раствор пропиленгликоля.

Система отопления данного здания спроектирована с учётом температурного графика 55/45°C, смонтированы низкотемпературные радиаторы, оборудованные термоголовками для покомнатного регулирования. Температура подачи теплоносителя регулируется по погодозависимому графику.

За счёт высокой температуры сточных вод на объекте достигается повышенная эффективность работы теплонасосной установки: в моменте значение коэффициент COP доходит до 6,0, а среднегодовой показатель SCOP составляет 4,5. По итогам перевода здания с электроотопления на отопление с использованием тепла сточных вод годовые затраты на отопление сократились на 80%.

Оцените статью
Дача-забор
Добавить комментарий