Преимущества и недостатки геотермальных тепловых насосов
Опыта массовой и, главное, продолжительной эксплуатации тепловых насосов в России немного. Пользователи разделились на два противоположных лагеря: на тех, кто хвалит систему отопления (сюда же стоит отнести продавцов и монтажников) и противников, столкнувшихся с трудностями эксплуатации или недобросовестными компаниями-установщиками.
На основании отзывов можно сделать выводы о достоинствах и недостатках тепловых насосов.
| Преимущества | Недостатки |
| Низкий расход электроэнергии, на 1 кВт потраченной электроэнергии получают 2,5-3,5 кВт (в реальности) и до 7 кВт (в идеале) тепловой мощности | Большие финансовые вложения на этапе проектирования и монтажа |
| Возможность установки в любой местности – в зависимости от региона применяют грунтовые, водяные или воздушные контуры забора внешнего тепла | Необходимость дополнительных источников тепла при температуре воздуха ниже 25°С |
| Реверсивность – система работает на обогрев зимой и охлаждение летом | Опасность для почвенных микроорганизмов – грунт охлаждается, гибнут бактерии, снижается плодородие почвы |
| Универсальность – можно использовать для отопления дома, нагрева воды для повседневных нужд или воды в бассейне | Системы эффективны только при оборудовании «тёплого пола» – теплоноситель греется до 50°С, этого недостаточно для эффективной работы радиаторов |
| Долговечность – зарубежный опыт говорит о 30-50 годах эксплуатации до замены оборудования | Низкая эффективность при небольшом разбросе температур теплоносителя во внешнем контуре и среде прокладки (грунт, вода) |
| Минимальные затраты на техническое обслуживание | |
| Полная автоматизация процесса | |
| Экологическая безопасность – нет вредных выбросов | |
| Для работы потребуется только наличие электричества |
Достоинства проявляются при качественном проектировании, верном выборе оборудования, соблюдении правил монтажа.
Расчет стоимости 1 кВт энергии
Затраты на электроэнергию рассчитываются исходя из окупаемости системы в течение нескольких лет эксплуатации. Итоговая сумма складывается:
- из сметной цены комплектующих;
- монтажа и пусконаладочных работ;
- стоимости электроэнергии для работы теплового и циркуляционных насосов.
Соотношение затраченной электрической энергии к полученной тепловой составляет 1 к 5. В зависимости от условий монтажа, региона эксплуатации пропорция может меняться.
Точное значение можно получить только после профессиональной оценки. Минимальная стоимость системы геотермального обогрева начинается от 500 тыс. рублей. При средней цене электроэнергии в 5 руб./кВт окупаемость наступает на 7-8 год использования. Заявленный срок работоспособности такого вида отопления при правильном обслуживании доходит до 30 лет. Геотермальные системы выгоднее и безопаснее электрических на длинной временной дистанции.
Способы устройства контуров.
Сделать систему геотермального отопления своими руками довольно сложно. Необходимо рядом с домом оборудовать замкнутую систему труб на значительной глубине (иногда до нескольких сотен метров). В зависимости от глубины расположения теплообменника и теплопроводности грунта, выбирается конструкция теплообменника.
Существует три способа устройства наружного контура теплообменника.
 | |
Наиболее эффективно располагать теплообменник со скважинным насосом вертикально. Такое устройство потребует специального оборудования и высоких затрат на бурение скважин глубиной 50-200 метров, но за 100 лет службы геотермального отопления, полученный результат оправдает расходы.
Горизонтальный теплообменник располагается под землей ниже уровня промерзания почвы. Основным недостатком является наличие большой площади участка под коллектор. Здание площадью 200 м2, потребует участок земли в 500 м2, а трубы теплообменника необходимо будет располагать на расстоянии 1-2 метров от кроны деревьев.
Установка теплообменника в водоеме на большой глубине, не доступной для промерзания, не потребует проведения дорогостоящих и утомительных земляных работ и позволит реализовать идею геотермального отопления своими силами. Поэтому, именно такой вариант правильнее всего принять к исполнению, если водоем расположен не далее, чем в 100 метрах от дома.
Внешний контур геотермального отопления собирается из полиэтиленовых труб. Расчеты ведутся с учетом соотношения 40-50 Вт тепловой энергии на один метр коллектора. При производительности насоса 10 кВт, потребуется бурить скважину протяженностью около 160-200 метров. В некоторых случаях для получения расчетной глубины, выгоднее вместо одной большой скважины бурить несколько неглубоких. Чтобы сохранить ландшафт участка, применяется технология кластерного бурения скважин из одного места в разных направлениях.
Преимущества и недостатки ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ.
С появлением новых технологий открывается доступ к использованию энергетического потенциала земли практически каждому человеку, имеющему свой собственный дом, давая возможность использовать геотермальное отопление в частном секторе. Земля аккумулирует в себе до 98% всей солнечной энергии, попадающей на ее поверхность. Поэтому даже в зимнюю пору года в глубине земли остается достаточно много тепла для обогрева зданий, нужно только направить его в систему отопления дома при помощи специального оборудования.
 | |
Стоимость на приобретение и монтаж оборудования для геотермального отопления довольно высока, а затраченные средства окупаются примерно за 5-8 лет. Такое обстоятельство смущает тех, кто не готов к высоким капитальным расходам на подготовку и монтаж эффективного оборудования для обогрева дома.
Плюсы геотермального отопления:
- повсеместность и доступность геотермальной энергии;
- экологичность;
- возобновляемый источник;
- низкие затраты на эксплуатацию.
Геотермальная энергия совершенно не требует финансовых трат, но для ее доставки требуется затратить электроэнергию на работу теплового насоса.
Основным элементом геотермальной системы отопления является тепловой насос, размером приблизительно со стиральную машину, который подключается к 2-м контурам. Внутренний контур подключен к системе отопления дома, состоящей из обычных радиаторов и труб. Внешний контур подключается к теплообменнику, находящемуся под землей или под водой, а внутри контура циркулирует теплоноситель.
Теплоноситель внешнего контура принимает температуру среды и поступает к тепловому насосу, настраиваемому на обогрев или на кондиционирование помещения. Накопленная в тепловом насосе энергия передается к внешнему контуру при охлаждении или к внутреннему при обогреве.
Тепловой насос, берем от жизни все!
Новые технологии с каждым днем все больше и больше упрощают жизнь людей, внося в нее комфорт и тепло. Иногда в прямом смысле этого слова, как и в случае с тепловым насосом. Это устройство забирает низко потенциальную энергию у источника и перекачивает ее потребителю, чаще всего имеющему большую температуру. Тепло можно забирать практически у всего вокруг: воздуха, грунта, водоемов. Энергоисточники с постоянно пополняющимся ресурсом особенно привлекают, во-первых, своей стабильностью, а, во-вторых, бесплатностью. Несмотря на это, тепловые насосы мало распространены в России. В Европе же, давно используют эту технологию, уповая на ее эффективность.
1. Теплообменник, который также называют внешним контуром. Различные виды теплообменников характеризуются средой, в которой их прокладывают (грунт, водоемы).
2. Тепловой насос – «сердце» отопительной системы. Работает по принципу холодильной машины, то есть забирает тепло у среды, и, в нашем случае, отдает потребителю.
3. Внутренний контур охватывает само здание. По нему подается нагретая вода.
100 м2
200 м2
300 м2
В расчётах заложено отопление площадь до 100 м2
Эконом
| Монтажные работы | |
| Комплектующие и материалы: | Италия, Словакия, Китай |
| Трубы: | Полипропиленовые (прокладка двухтрубная) |
| Радиаторы: | Алюминиевые секционные |
| Котёл: | Настенный Protherm (Словакия) или Baxi (Италия) |
| Тёплый пол: | Нет |
| Регулирование температуры: | Ручное на радиаторах |
| Срок выполнения работ: | 7-9 дней |
| бурение геотермальной скважины: | 2 скв. по 80 м |
| 445 000 р. |
Стандарт
| Монтажные работы | |
| Комплектующие и материалы: | (Словакия, Италия, Германия) |
| Трубы: | Полипропиленовые/Сшитый полиэтилен |
| Радиаторы: | Стальные панельные Kermi |
| Котёл: | Protherm (Словакия) или Baxi (Италия) |
| Тёплый пол: | 20 м2 |
| Регулирование температуры: | Автоматическое/ручное на радиаторах |
| Срок выполнения работ: | 9-13 дней |
| бурение геотермальной скважины: | 2 скв. по 80 м |
| 495 000 р. |
| Монтажные работы | |
| Комплектующие и материалы: | (Италия, Германия) |
| Трубы: | Сшитый полиэтилен |
| Радиаторы: | Стальные панельные Kermi |
| Котёл: | Vaillant (Германия) или Buderus (Германия) |
| Тёплый пол: | 50 м2 |
| Регулирование температуры: | Автоматическое на радиаторах |
| Срок выполнения работ: | 10-15 дней |
| бурение геотермальной скважины: | 2 скв. по 80 м |
| 535 000 р. |
Принципы работы ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ.
Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы обычного холодильника, только дает обратный эффект. На определенной глубине, температура земли всегда имеет плюсовую температуру, и чем глубже скважина, тем выше температура.
Примечание: тепловую энергию, получаемую в из земли, использует система геотермального отопления, оснащенная специальным тепловым насосом.
Для функционирования системы геотермального отопления необходимо на поверхности установить тепловой насос, а в скважину опустить теплообменник. Проходя через тепловой насос, грунтовая вода нагревается, отдавая свое тепло теплообменнику для обогрева промышленных или бытовых помещений.
Основным преимуществом геотермального отопления, является то, что на работу теплового насоса тратится 1 кВт электроэнергии, а на выходе получается до 6 кВт тепловой энергии. Обычный электрический прибор отопления преобразовывает 1 кВт электроэнергии примерно в 1 кВт тепловой энергии. По этой причине геотермальное отопление гораздо более энергоэффективно и быстро окупается.
Достоинства и недостатки геотермальных обогревателей
Системы с использованием тепловой энергии грунта и воды выгодны, потому что:
- ресурс тепла практически неиссякаем;
- конструкция надежна;
- стабильна температура нагревания;
- высокая безотказность и безопасность эксплуатации.
Единственный минус такого отопления — сложность в монтаже и высокая стоимость работ.
Несмотря на это, окупаемость системы и существенная экономия в дальнейшем обеспечена.
Геотермальное отопление подходит для зданий и сооружений разного целевого использования. Минимально необходимое количество дорожающей электроэнергии делает систему перспективной к дальнейшему удешевлению и массовому использованию.
Мне нравитсяНе нравится
На сколько выгодно использование тепловых насосов?
Мы уже убедились, что тепловой насос это экологично, безопасно, удобно и высокотехнологично. Но все же, насколько его использование
выгоднее по сравнению с другими видами отопительного оборудования? Для того чтобы понять, какой способ отопления подходит
именно Вам, можно заполнить специальную расчетную таблицу. В таблице перечислены основные виды топлива и учтены все затраты:
стоимость самого топлива, оборудования, монтаж, техобслуживание и так далее. Критерием служит суммарная стоимость всех
затрат за период эксплуатации оборудования. Внеся в таблицу персональные данные, можно оценить стоимость отопления для
Ваших условий. В нашей стране появляется все больше людей, по достоинству оценивающих преимущество энергосберегающих технологий.
А следовательно, растет качество и профессионализм Компании «АкваГео Холдинг», готовой качественно и в срок воплощать
в жизнь подобные проекты.
А что такое тепловой насос?
Это прибор, который буквально выкачивает из земли или воды тепло. И направляет его в систему отопления и горячего водоснабжения.
При работе теплового насоса энергия тратиться не на прямой нагрев систем отопления, а на перекачку тепла из окружающей
среды в дом. Таким образом, основное преимущество теплового насоса перед привычными способами отопления – экономичность.
Прибор потребляет на 80% меньше энергии чем, например, традиционные электрокотлы. Но кроме экономии владелец теплового
насоса получает комфорт, прибор оснащен климат контролем и работает в автоматическом режиме. Так же экологичность, так
как отсутствуют какие-либо выбросы в окружающую среду. Удобство при установке, монтаж не требует никаких согласований и
бумажной волокиты. Безопасность, в тепловом насосе ничего не горит, он взрыво- и пожаробезопасен. Кроме того, работой насоса
можно управлять на расстоянии при помощи интернета или телефона.
Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов
Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:
- технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
- стоимости оборудования и монтажных работ;
- сроков эксплуатации установленного оборудования;
- эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.
В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.
Изначальные и эксплуатационные расходы
В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:
- насоса необходимой мощности;
- труб внешнего контура;
- дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
- труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
- запорной и регулирующей аппаратуры;
- монтажных и пусконаладочных работ.
Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.
Так выглядит типичная «котельная» с тепловым насосом.
Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.
Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:
- сухой песок отдаёт 10 Вт/м длины трубы диаметром 25 мм;
- сухая глина – 20 Вт/м;
- влажная глина – 25 Вт/м;
- глина с большим содержанием грунтовых вод – до 35 Вт/м.
Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:
- осадочные породы отдают 20 Вт/м;
- каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
- подземные воды – до 70 Вт/м.
Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м3/час.
В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.
В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.
Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.
Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей
Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.
| Тепловой насос «грунт-вода» | Магистральный газ | Электричество | Газгольдер | |
| Стоимость оборудования и монтажа, тыс. руб. | 570-1 500 | 200-300 (с подключением) | 20-60 | 180-250 |
| Срок эксплуатации | До 50 | До 50 с заменой котла через 10 лет | 7-10 | 30 |
| Амортизационные расходы, тыс. руб. в год | 15-30 | 5-8 | 4-6 | 8-10 |
| Эксплуатационные расходы за год, тыс. руб. | 20-40* | 30-40 | 100-200* | 50 |
| Общие расходы в отопительный период с учётом амортизации, тыс. руб. | 40-70 | 45-55 | 110–210* | 60-70 |
*— взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.
В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.
Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.
Принцип функционирования геотермальных отопительных систем
Геотермальный обогрев получает тепловую энергию из недр земли. На уровне ниже глубины промерзания грунт имеет стабильный показатель температуры от 4 до 10 градусов. Жидкость течет по контуру, забирая тепло земли и передавая его в установку с тепловым насосом. Там теплоноситель охлаждается по принципу холодильника и вновь отправляется на глубину в грунт или водоем. Тепловой контур в грунте монтируется:
- горизонтально в плоскости ниже глубины промерзания;
- вертикально в скважины;
- по дну водоема, если расстояние до дома не превышает 100 м — редкий способ.
Горизонтальный метод требует большого приусадебного участка перед домом, необходимы сложные ландшафтные работы.
Наиболее распространен вертикальный метод установки с бурением скважин от 50 до 300 м.
Энергия воздуха может использоваться в теплых регионах — при температуре ниже 15 градусов эффективность резко снижается.
Как же работает современный тепловой насос?
Людям не посвященным, может показаться что, тепловой насос, это техническая диковинка, которую редко увидишь. На самом деле,
сегодня с тепловым насосом знаком даже ребенок. Поскольку обычный, домашний холодильник, это тоже тепловой насос. Только
тут наоборот, он выкачивает тепло из морозильной камеры и отдает его трубчатой решетке радиатору за задней стенкой холодильника.
Которая от этого становиться теплой, а иногда даже горячей. Охлаждая морозильную камеру, холодильник согревает комнату,
в которой установлен. Таким образом, холодильник по сути не устройство по созданию холода, а скорее машина для переноса
тепла из одного места в другое. Тепловой насос имеет почти туже конструкцию, только более мощный и автоматизированный.
Устройство и принцип работы геотермального отопления
Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.
В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.
Схематический принцип работы теплового насоса.
В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.
Альтернативный способ организации посредством перекачки грунтовых вод.
В состав геотермальной системы отопления входят:
- Непосредственно тепловой насос с компрессором, испарителем, конденсатором и дроссельным клапаном.
- Контур низкотемпературного тепла.
- Контуры обогрева помещений (водяной или жидкостный) и подогрева воды.
В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:
- Теплоноситель внешнего контура перекачивается по трубам. За время движения жидкость нагревается на несколько градусов от тепла земли, воды или воздуха.
- Внешний контур проходит через теплообменник-испаритель, где нагревает хладагент, например, фреон, который испаряется. Кроме того, хладагент поступает в испаритель через капиллярное отверстие и резко расширяется, что также способствует нагреванию.
- Компрессор сжимает нагретый хладагент, ещё больше повышая температуру фреона.
- Горячий сжатый хладагент поступает в конденсатор, где, охлаждаясь и превращаясь из пара в жидкость, отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, циркулирующему уже по трубам отопления. Другой вариант — нагревает воздух, который распределяется по помещениям.
- Далее хладагент вновь поступает в испаритель, где нагревается новой порцией теплоносителя, циркулирующего во внешнем контуре.
Часто задают вопрос: откуда получается КПД тепловых насосов 300-700%. Это происходит благодаря тому, что теплоноситель внешнего контура выходит из насоса имея температуру от -15°C до +7оС и нагревается грунтом (водой, воздухом) до на 2-8°С, т.е. «забирает» часть энергии из внешних источников. Хладагент в насосе испаряется не только за счёт работы компрессора, но и из-за поступившего извне тепла.
Откуда именно тепловой насос может черпать энергию?
Источником тепла может быть любой объект, который имеет температуру выше 1 градуса по Цельсию. Незамерзающий грунт на
глубине, вода в реке или озеро подо льдом, вода в море вода из скважины, канализационные стоки и так далее. Этого тепла
хватит для того, чтобы выдавать на выходе до 60 градусов. Для получения наибольшей эффективности теплового насоса необходимо
правильно обустроить геотермические источники тепла. К наиболее часто применяемым источникам тепла относиться геотермический
грунтовый зонд. Чтобы его использовать на приусадебном участке, необходимо пробурить вертикальную скважину. Глубина которой
определяется по тепловой потребности дома и зависит также от места геологических особенностей грунта. В эту скважину
вставляется зонд, содержащий специальную жидкость теплоноситель, который получает тепло из грунта и передает его к тепловому
насосу. Нередко вместо вертикальных геозондов применяются геозонды наклонные. Их использование обусловлено рядом причин.
Например, местом установки, так как не на всех земельных участках есть возможность уйти на большую глубину при бурении
скважин. Горизонтальные грунтовые коллекторы так же используют тепло земли, но не через глубинные скважины, а через большое
геоколлекторное поле, которое укладывается ниже границы замерзания грунта. Если есть грунтовые воды, то рекомендуется
применение колодезной установки, из которой теплая вода с температурой 10 градусов направлена к тепловому насосу, где
отбирается часть тепла, охлажденная примерно до 3 градусов вода возвращается в грунт. Для получения энергии используется
также уличный воздух. Он выступает в роли источника низкопотенциального тепла. Отобранное тепло передается к тепловому
насосу, который работает на повышение температуры. Затем тепло поступает в систему отопления.
