Активная заинтересованность в альтернативных технологиях энергетической экономии возникла на фоне сокращения природного ресурсного потенциала, которое привело к увеличению стоимости топливных материалов, а также пересмотру тарифной политики для предприятий и населения. Вместе с тем высокий экологический уровень данных технологий дал мощный толчок их востребованности по всей планете. Организация инженерных систем на основе теплонасосного оборудования популяризировалась как в западных государствах, так и на территории Российской Федерации. Такие системы являются высокопроизводительными и эффективными с экономической точки зрения. В частности, использование одного киловатта электричества позволяет тепловому насосу сгенерировать порядка трех-четырех киловатт тепловой энергии.
На сегодняшний день с помощью теплонасосного оборудования отапливают не только объекты малоэтажного строительства, но и высотные жилые дома, офисные здания, отели и целые коттеджные поселки. Кроме того, тепловые насосы обеспечивают горячей водой бассейны и охлажденным воздухом здания производственного, общественного и жилого назначения.
Отопительную систему на базе теплового насоса геотермального типа представляют связанные между собой теплообменниками технические компоненты:
- наружная геотермальная часть;
- отопительная система, получающая тепловую энергию от наружной части, извлекающей низкопроизводительное тепло из природного источника;
- теплонасосное устройство, состоящее из контура с хладагентом, транспортировку которого регулирует компрессорное оборудование и автоматическая система.
Для установки теплонасосного оборудования под ключ не нужно строить специальное помещение-котельную. Единственным необходимым мероприятием является дополнительный энергетический источник (ветровой, дизельный, бензиновый или любой другой генератор), обеспечивающий бесперебойную подачу электричества в непредвиденных ситуациях.
Особенности монтажа геотермального теплового насоса на примере загородного дома
Наглядным примером является рассмотрение отопительной системы с возможностью отдельной подачи горячей воды в помещения объекта малоэтажного строительства, площадь которого составляет 130-250 квадратных метров.
Задействованный тепловой насос имеет номинальную тепловую производительность (в оптимальных теплоизоляционных условиях) порядка двенадцати-пятнадцати киловатт. Установленное в тепловом насосе компрессорное оборудование требует потребления около четырех киловатт электроэнергии. В случае достаточной площади земельной территории и соответствующих гидрогеологических условий отопительную систему представляет горизонтально расположенный геотермальный контур. Если брать для расчета тепловую производительность на уровне двенадцати киловатт, наружный контур будет иметь длину порядка четырехсот метров. Что касается общей длины земляного канала, в который будет помещен контур, она составляет двести метров. В случае предполагаемой тепловой производительности на уровне пятнадцати-шестнадцати киловатт наружный контур будет иметь длину около шестисот метров. Нужно учитывать, что монтажные операции предполагают выдержку расстояния между трубопроводами контура на минимальном уровне 0,8 метра при монтажной глубине полтора метра. Уменьшить гидравлическое сопротивление контура можно путем его разделения на петли. Длина каждой из них должна составлять двести метров. Соединение контурных петель возможно благодаря коллектору, который расположен в помещении и, в свою очередь, соединяет петли с тепловым насосом.
Если площади земельной территории недостаточно для размещения стандартного горизонтального геотермального контура, тогда возможна реализация альтернативного варианта, выполненного в виде скважин глубиной тридцать-пятьдесят метров с горизонтальными промежутками. После того как контурные трубопроводы окажутся в скважинах, в них закачивают буровой раствор или бетонит. Организация геотермальных скважин не предполагает наличия обсадных трубопроводов, которые используются в водяных скважинах, поэтому такое бурение требует меньших капиталовложений. Скважины для теплонасосного оборудования производительностью двенадцать киловатт имеют минимальную общую длину 150 метров.
Геотермальный контур, выполненный в виде скважин
В случае недалекого расположения открытого водоема рекомендуется организация гидравлического контура по причине исчезновения потребности в буровых операциях. Однако целостность такого контура может быть нарушена во время перемещения по водоему плавательных средств или рыболовных мероприятий.
Особенности монтажа тепловых насосов "воздух-воздух"
Тепловые насосы воздушного типа используются в южных регионах Российской Федерации по причине серьезного падения их производительности в условиях отрицательного температурного режима (ниже пяти градусов по Цельсию). В связи с этим подобными устройствами оснащают системы с двумя энергетическими источниками. Так, теплонасосное оборудование воздушного типа имеет производительность на уровне семидесяти-восьмидесяти процентов от предельных нужд в зимний период. В условиях максимального снижения температуры происходит активация вспомогательного теплового источника (например, жидкостного котельного оборудования или электрического нагревателя), который способен восполнить дефицит производительности теплового насоса. Если наступают сильные морозы, пользователь может столкнуться с обледенением вентилятора, из-за чего отопительная система перестает функционировать. Для возобновления ее работоспособности нужно дождаться, пока оттает вентилятор.
Принцип монтажа воздушного теплового насоса
Тепловой насос является универсальным устройством, то есть адаптирован к любой отопительной системе. При этом максимальная эффективность подобного оборудования достигается при взаимодействии с "теплым полом". Потребляя один киловатт электричества, тепловой насос производит в диапазоне четырех-пяти киловатт тепловой энергии. Для сравнения традиционный радиатор использует один киловатт электрической энергии с целью отдачи чуть больше трех киловатт тепла.
Тепловой насос и "теплый пол"
Организация системы отопления "теплый пол" предполагает задействование полиэтиленовых трубопроводов, имеющих препятствующий диффузии слой. Диаметр каждого такого трубопровода обычно составляет шестнадцать миллиметров. Подробности, связанные с принципом установки трубопроводов и интервалом их расположения, устанавливаются при разработке проектной документации. Например, стандартная организация отопительной системы в двухэтажном жилом здании предполагает:
- поэтажный монтаж системных контуров на пять или шесть петельных единиц,
- соединение теплового насоса с коллекторами системы "теплый пол" посредством PEXили PPRтрубопроводов.
Вместе с тем предусматриваются два варианта установления температурного режима в помещениях. Первый из них предполагает поэтажный монтаж индивидуальных температурных датчиков. Более дорогостоящий вариант связан с установкой датчика в каждом отдельном помещении.
Организация ГВС
Также существует два варианта организации системы горячего водоснабжения с использованием теплового насоса. В первом случае речь идет об электрическом водонагревателе, который интегрирован с циркуляционной петлей вспомогательного устройства теплового обмена, имеющегося в теплонасосном оборудовании. Такое решение позволяет снять перегрев в системе. Вместе с тем нагнетаемый компрессором хладагент позволяет изменить температуру воды до семидесяти градусов Цельсия. Вторым вариантом является косвенно функционирующий водонагреватель, за счет которого температура воды подымается до пятидесяти градусов Цельсия даже в том случае, если не работает отопительная система.
Тепловой насос, построенный на базе спирального компрессорного оборудования, устройств теплообмена пластинчатого типа и компонентов автоматического управления, также состоит из двух циркуляционных насосов (один обслуживает наружный контур, а второй – отопительную систему), предохранительных клапанов и автоматического отводчика воздуха. При этом тепловой насос монтируется без задействования специального оборудования. В помещениях, где организована достаточная звуковая изоляция, рациональна установка теплонасосного оборудования, имеющего компрессор поршневого типа.
От чего зависит стоимость установки теплового насоса
На цену монтажа влияет тип оборудования. Установка воздушного теплонасоса по объему работ и стоимости сравнима с установкой обычного кондиционера. Подключение геотермального оборудования более затратно, т. к. требует бурения скважин и прокладки геотермального контура.
Вкратце о монтаже тепловых насосов:
Автоматическое управление теплонасосным оборудованием возможно благодаря:
- Электронному термостату, поддерживающему температуру теплоносителя на определенном уровне.
- Контроллеру, способному контролировать функционирование теплового насоса в зависимости от метеорологической обстановки. Кроме того, он позволяет контролировать работу насоса дистанционно. Такая автоматика может иметь дополнительные функции, например, интегрировать теплонасосное устройство с системой "умный дом" или выполнять контрольные операции посредством цифровых гаджетов.
Установка горизонтально расположенных коллекторов требует:
- Проведения земляных операций.
- Монтажа трубопроводов и горизонтально расположенного коллектора.
- Тестовых мероприятий. В таком случае проверяется герметичность трубопроводов и их испытание на соответствие требованиям по функциональному давлению.
При бурении геотермальной скважины необходимо:
- Провести буровые операции.
- Монтировать геологический зонд.
- Выполнить тестовые мероприятия.
- Тампонировать скважину.
Установка водного коллектора заключается в:
- Проведении земляных операций. На данном этапе выкапываются направляющиеся к водоему каналы.
- Установке трубопроводов в донном пространстве водоема.
- Проверке герметичности и пусконаладочных мероприятиях.
Тепловой узел обустраивается следующим образом:
- Устанавливается соединительный коллектор наружного контура.
- Проверяется герметичность трубопроводов коллектора и определяется их функциональное давление.
- Соединяются трубопроводы с тепловым насосом.
- Устанавливается котельное оборудование.
- Устанавливается система автоматического управления.
- Подключается наружный контур, отвечающий за сбор низкопотенциальной тепловой энергии.
- Подключается отопительная система.
- Тестируется система автоматического управления.
На финальном этапе установки отопительной системы с использованием теплового насоса осуществляются мероприятия по пуску и настройке системы, в процессе которых:
- В контур закачивается теплоноситель.
- Индивидуальные узлы отопительной системы подвергаются тестированию.
- Запускается отопительная система и проверяется функционирование датчиков.
- Регулируется и настраивается автоматическое оборудование с последующим повторным запуском отопительной системы.
