Отопление индивидуальных домов тепловым насосом.
Технология отопления и горячего водоснабжения индивидуальных домов с помощью тепловых насосов, уже довольно популярная в развитых странах дальнего зарубежья, стала находить применение и в Молдове. Более чем 30-летний опыт успешной эксплуатации тепловых насосов за рубежом, в том числе – в странах, климатические условия которых схожи с молдавскими, подтвердил высокую надежность и эффективность данного оборудования. Это, а также рост тарифов на энергоносители позволяют говорить о перспективности его применения и в нашей стране.
На данный момент специалисты компании ALTAL Grup, занимающиеся данным оборудованием, уже могут поделиться небольшим, но реальным опытом применения теплонасосных установок в коттеджах. Типовым объектом, оснащенным тепловым насосом, можно считать загородный дом площадью около 200–250 м2.
Внешний контур.
Выбирая теплоснабжение от теплового насоса, пользователь желает, чтобы данная установка покрывала все потребности в тепле. В условиях большинства регионов нашей страны обеспечить это можно, только используя источники низкопотенциального тепла с достаточно высокой температурой в любое время года: грунт ниже уровня промерзания, воды подземных источников и открытых водоемов. А тепловые насосы типа «воздух–вода» могут применяться лишь в сочетании с другим теплогенератором – электрическим, газовым, жидко- или твердотопливным котлом (бивалентный режим).
Уже можно говорить, что, как и за рубежом, наибольшее применение в Молдове получат тепловые насосы типа «грунт–вода» (отметим: такое название корректно только для установок с вертикальными зондами или горизонтальным коллектором) и «вода–вода» (где используется тепловая энергия открытых водоемов). Внешний контур тепловых насосов типа «грунт–вода»– комплект петель из полимерных (PE) труб с циркулирующим незамерзающим теплоносителем. Утечка жидкости не должна представлять экологической опасности при попадании в грунтовые воды, поэтому для заполнения внешнего контура следует использовать качественные сертифицированные теплоносители.
Преимущество горизонтального коллектора – относительно невысокие затраты на его организацию: около 1-2,5 тыс. Евро для теплового насоса мощностью 13 кВт. Однако для его организации необходим свободный земельный участок площадью около 4,5 сотки, на котором в дальнейшем нельзя сажать деревья.
Вертикальный зонд размещается в специально пробуренной скважине глубиной от 60 до 100 м. Для установки указанной мощности он обойдется гораздо дороже – примерно в 110-160 Лей на метр скважины. Однако этот вариант безальтернативен, если на приусадебном участке нет места для размещения коллектора.
Проектируя внешний контур теплонасосной установки типа «грунт–вода» с горизонтальным коллектором, необходимо учитывать структуру и состав почвы, от которых зависит удельный теплосъем (для различных поверхностных грунтов его значение составляет от 10 до 40 Вт/м2). В случае с горизонтальным коллектором (в наших условиях он прокладывается на глубине 1,7±0,2 м) соответствующие данные можно получить на этапе закладки фундамента дома или выкопав шурф определенной глубины.
Удельный теплосъем вертикального зонда также сильно зависит от плотности породы и расположения водоносных пластов (диапазон – от 30 до 100 Вт/м). За информацией о геологических структурах логично обратиться к специализированным компаниям, занимающимся бурением на воду в районе, где находится объект (тем более, что при реализации проекта без участия буровиков не обойтись). На этапе предварительного проектирования можно оперировать средними значениями удельного теплосъема для пород различной плотности и содержанием грунтовых вод (значения приводятся в пособиях производителей теплонососных установок). Точное конструкторское решение может приниматься производителем работ лишь непосредственно на месте, при бурении скважины.
По опыту зарубежных инжиниринговых компаний, работы по обустройству горизонтального коллектора также следует производить с привлечением специализированных строительных предприятий, владеющих соответствующей техникой (экскаватор) и трудовыми ресурсами. Чаще всего для организации внешнего контура теплонасосной установки используются полимерные трубы РЕ 20 или РЕ25 (а компании UNIPLAST, Кишинев), цена РЕ трубы от 3.76 до 6 Лей за метр. Рабочий диапазон температур первичного теплоносителя позволяет применять трубу для холодного водоснабжения. Номинальное рабочее давление трубы для горизонтального коллектора – 10, для вертикального зонда – 16 бар. Шаг укладки коллектора – 0,6 м.
Еще один способ получение низкопотенциального тепла с помощью тепловых насосов типа «грунт–вода» – укладка коллектора на дне открытого водоема (там, где это возможно). Метод представляется им весьма перспективным – в силу простоты реализации. Источником низкопотенциального тепла для тепловых насосов типа «вода–вода» служат грунтовые воды: вода забирается из одной неглубокой скважины, проходит через тепловой насос и сбрасывается во вторую скважину. Такой вариант позволяет получить больше тепла, но редко применим на практике – из-за проблем с качеством и количеством (для теплового насоса мощностью 13 кВт требуемый расход составляет 2,8 м3/ч) воды в течение многих лет.
Как правило, внешний контур теплонасосной установки типа «грунт–вода» включает несколько змеевиков горизонтального коллектора или петель вертикального зонда. Они объединяются коллекторами, которые рекомендуется располагать снаружи дома – в специальных шахтах или приямках – таким образом, чтобы они были доступны для осмотра. По желанию заказчика или для удобства монтажа коллекторы могут быть размещены и внутри дома.
Поскольку температура теплоносителя в подводящих и обратных трубопроводах внешнего контура ниже, чем внутри дома, они должны быть теплоизолированы – для защиты от образования конденсата.
Подключение и размещение тепловых насосов.
Как и в других странах с более мягким климатом, в Молдове тепловые насосы типа «грунт–вода» способны полностью удовлетворять потребности индивидуального дома в тепле. Режим эксплуатации теплонасосной установки без дополнительного источника тепла называется моновалентным. Тепловой насос бытовой мощности может оснащается встроенным резервным электрическим нагревателем. Он может работать как вместо теплового насоса, так и параллельно с ним, например, покрывая нехватку тепла в наиболее холодные дни года. Поскольку в данном случае используется один и тот же энергоноситель, такой режим эксплуатации называется моноэнергетическим.
Эксплуатирующиеся в моновалентном и моноэнергетическом режимах тепловые насосы для коттеджа требуют двухфазного питания для ТН мощностью до 16 кВт и трехфазного питания для установок мощностью свыше 16 кВт. Отметим: мощность, потребляемая теплонасосной установкой, относительно невелика и значительно меньше, чем у электрического котла той же производительности. Если лимит мощности, выделенной на дом, не превышен, никаких специальных разрешений на использование теплового насоса в нашей стране не требуется.
За рубежом установка каждого теплового насоса требует регистрации. Государство поощряет примененение систем возобновляемой энергии в частном секторе и обязательно для вновь вводимых зданиях с покрытием до 65% теплоэнерго установками. При этом, работает закон государственной дотации при покупке и установке ТН и других систем возобновляемой энергии. В данном случае, аргументом для возврата затрат (от 35% до 65%, в зависимости от страны) является фактура.
Размещение теплового насоса в доме не столь жестко регламентировано, как в случае с газовым отопительным котлом. Основной фактор – снижение шумового воздействия на обитателей коттеджа: не следует располагать аппарат вблизи спален. Пол должен быть прочным (желателен бетонный фундамент), горизонтальным и ровным. Подключение к насосу труб внешнего контура и системы отопления рекомендуется выполнить гибкими напорными шлангами.
Комплекс мер по борьбе с шумом зависит от основания, на которое устанавливается тепловой насос и типа системы отопления (напольное или радиаторное). В подвале достаточно просто установить аппарат на ровный бетонный пол. Само помещение, где располагается тепловой насос, должно быть теплым (непромерзающим).
Система отопления.
В домах, обогреваемых тепловым насосом, предпочтение отдается низкотемпературным системам, главным образом, напольному отоплению или (что является лучше и можно использовать ТН как для производства тепла, так и для кондиционирования (система климатизации)).. При использовании «теплого пола» коэффициент преобразования тепла (отношение отдаваемой тепловой мощности к потребляемой электрической) равен 4,5, а для радиаторных систем (которые также применяются) – 3, очень эффективна система на фанкойлах (до 4.8-5.2). Находят применение и смешанные («теплый пол» и фанкойлы) решения.
На рис. показана одна из типовых схем, реализованная в коттедже площадью 230 м2 с напольным отоплением. Мощность теплонасосной установки – 16,1 кВт. Потребляемая электрическая мощность – 3,6 кВт. КПТ – 4,6. Площадь грунтового коллектора – 500 м2. Длина трубы коллектора – 800 м (четыре петли по 200 м), внутренний диаметр трубы – 25 мм.
Рассматривается тепловой насос типа «грунт–вода» с максимальным количеством встроенных элементов: в нём предварительно установлены заполненный компрессорный контур, регулятор с функциями погодной компенсации, пассивного или активного охлаждения, циркуляционный насос отопления, смесительный клапан ГВС с приводом, все необходимые датчики температуры. В комплект поставки входит группа безопасности отопительного контура. Тепловой насос нагревает теплоноситель до 60°С.
Применен, также, напольный 300-литровый водонагреватель для тепловых насосов. Внутри него располагается два трубчатых медных теплообменников (один контур для ТН, другой - для системы солнечного водонагревания или других источников тепла). Дополнительно применены датчики, термометр, магниевый анод для оптимальной защиты от коррозии, установлен ТЭН на 2,5 кВт. Теплоизоляция 50 мм пенополиуретаном обеспечивает минимальные потери тепла.
Об автоматике. Стандартный контроллер теплового насоса осуществляет полный контроль работы ТН, погодозависимое регулирование температуры в доме (система климатизации). Контроллер имеет очень гибкую систему настроек. При подключении датчика комнатной температуры возможно регулирование температуры воздуха в доме: как независимо от уличного датчика, так и совместно с ним. Автоматика поддерживает работу с двумя температурными контурами отопления.
Дополнительно в программе поставок предусмотрены устройства, позволяющие тепловому насосу в летнее время работать как рекуперационная установка и (или) центральный кондиционер. Возможен и нагрев воды в бассейне.