Тепло в кредит

Тепловой насос МГТСТ-120 теплопроизводи-
тельностью 120 кВт ("ИНСОЛАР -ИНВЕСТ") "ТЕПЛОСЕРВИС"
Для подачи большого количества тепла ТН легко подключаются по каскадной схеме "ТЕПЛОСЕРВИС" Вмодели ТН марки Greenline F40 (IVT) мощностью 40 кВт использованы пластинчатые теплообменники IVT
Тепловой насос (слева) удачно вписался в интерьер кухни в обвязке котельной применена бивалентная система- ТН вместе с электрическим настенным котлом Вконструкции теплового насоса марки Robust использован компрессор типа scroll (THERMIA)

Модель насоса Diplomat (THERMIA) мощностью 12кВт с встроенными ТЭНами полностью обеспечивает потребности семьи из четырех человек в горячей воде и отопление брусового дома площадью 180м²

Варианты раскладки грунтовых коллекторов: в болоте; в твердом грунте ("ТЕПЛО-СЕРВИС") Иногда поверх мелких траншей делают песчаную насыпь

Скважину под зонд допустимо бурить даже на границе участка IVT-компактный коллектор "разогревает" грунт летом

"ТЕПЛОСЕРВИС" Сборка теплосъемных петель с распределитель-
ными коллекторами. Вокруг них позже будет возведен смотровой колодец из бетона "ТЕПЛОСЕРВИС"
Укладка ветвей подводного коллектора вручную Распределительные коллекторы для подводных теплосъемных петель "ТЕПЛОСЕРВИС"
Грузы для притапливания труб в воде Кзаполненному водой зонду подвешивают тяжелую гильзу-якорь и осторожно опускают его в только что пробуренную скважину Скважины для зондов бурят на расстоянии не ближе чем 2м от стен дома, чтобы не повредить фундамент

Варианты размещения распредколлекто-
ров: в приямке перед зданием и в доме Стальные трубопроводы в оголовке вертикального зонда типа "труба в трубе" не отличаются долговечностью, зато могут быть легко заменены на новые Место ввода труб теплового контура в котельную через пол запенят, засыплют керамзитом для утепления и зацементируют после отладки системы Обвязку отопительного контура часто делают из медных труб Коллекторы системы отопления "ТЕПЛОСЕРВИС" Трубы обвязки контуров и участки вводов теплоизолируют Вобоих контурах расширительные баки обязательны Вариант конструкции узла ввода в котельную от полевого распределитель-
ного коллектора Вторичные контуры двух ТН подсоединили к отопительным магистралям параллельно, используя полипропиле-
новые трубы

При использовании тепловых насосов приходится применять панельные стальные радиаторы увеличенной площади из-за пониженной температуры воды

С самого детства мы втайне верим, что в Новый год произойдет какое-нибудь чудо, хотя бы маленькое. Аведь на свете уже существует чудо, которое приносит огромную пользу людям, но мы его упорно не замечаем. Речь идет о тепловых насосах. Они умеют собирать крохи тепла из замерзшей земли, из-под льда или из морозного воздуха и создавать за счет этого комфортный микроклимат в доме.

Зимняя стужа за окном невольно заставляет задуматься о надежном отоплении. Для обитателей миллионов загородных домов, куда не дотянулись тепловые трубы от районных котельных, это острейшая проблема. Ведь на ДЕЗ не пожалуешься и власти в бездействии не обвинишь. Между тем можно бесперебойно получать дешевое тепло и горячую воду круглый год. Ивсе благодаря тепловым насосам (ТН). Они известны уже 150лет, а в частных домах применяются лишь 30лет.

"КОРСА"
Обустройство котельной с помощью теплового насоса и шкафа теплового пункта ("КОРСА"), содержащего всю арматуру, монтажную обвязку и циркуляционные насосы первичного и вторичного контуров Эти устройства популярны на всем земном шаре, кроме России. Причем население развитых стран использует их не только для отопления домов и получения горячей воды. Они (хотя и не все модели) также способны создавать прохладную атмосферу в помещении и работать в системе принудительной вентиляции, подогревая холодный свежий воздух или осушая комнатный. Иделает это не огромный грохочущий технический монстр, а скромное устройство, напоминающее холодильник. Оно может стоять в углу вашей кухни (внешний вид позволяет) или занимать 2-3м² в небольшой котельной. Но главное- в другом. Примерно70 % энергии для создания комфортного климата в доме ТН своим владельцам просто дарит. Бесплатно! Потому что сам забирает ее у окружающей природы- из воздуха, земли или воды. Разве это не чудо? Не ленитесь, используйте его! О том, как "оно" работает, мы писали в N6 "ИВД" за 2005г.

Заметим, что само устройство энергию не вырабатывает, а лишь транспортирует от источника низкотемпературного тепла (ИНТ) на более высокий температурный уровень.

«Не промахнись, Асунта!»

Рынок ТН у нас весьма скромен. Модели для водяного отопления предлагают IVT, MECMASTER, THERMIA, NIBE (Швеция), VIESSMANN, STIEBEL ELTRON (Германия), OCHSNER (Австрия), CARRIER, AERTEC, FHP (США), CLIMAVENETA (Италия), PZP KOMPLET, G-MAR (Чехия), GEOTHERMIX (Канада). Для воздушного отопления модели типа "грунт- воздух" поставляет только FHP. Отрадно, что в ряду отечественных производителей ("ЭКИП", "НПФ ТРИТОН", РЗП, "НПО "ЭНЕРГИЯ") появился новичок- компания "КОРСА". Она предлагает восемь моделей типа "грунт- вода" мощностью 11-34,5кВт по цене примерно 9,2тыс.руб. за 1кВт.

Своеобразие рынка ТН заключается в том, что нельзя указать пальцем на приглянувшийся агрегат, как, например, на чайник. Модели представлены только в каталогах, но их нет на складе. Ваш выбор лишь положит начало обсуждению. Специалист фирмы тщательно ознакомится с домом (или проектом), чтобы определить теплопотери здания, и участком, чтобы оценить его термодинамический потенциал. По рекомендациям профессионала выбранную вами модель могут существенно изменить, подогнав ее параметры под потребности дома (как костюм по фигуре). ТН будут создавать на заводе, по сути, на заказ. Иполучите вы его черезмесяц.

Котельная с ТН несложна в обвязке. Тепловой насос соседствует с рабочим верстаком («ТЕРМОТЕХ-М») Но первичный выбор крайне важен (это как пристрелочный выстрел у снайпера). Успех дела зависит от того, насколько грамотно будут согласованы параметры самого ТН, системы сбора низкопотенциального тепла (первичного контура) и системы отопления дома (вторичного контура).

Во-первых, ТН рекомендуется применять для низкотемпературных систем отопления (Европа перешла на них при использовании любых видов энергии). Наиболее выгодные варианты- напольное водяное или воздушное отопление, в которых теплоноситель выше 35С не нагревают по медицинским соображениям. Во-вторых, дом следует тщательно теплоизолировать, сведя потери с привычного российского уровня 100Вт/м² до "цивилизованных" 50-60Вт/м², чтобы не получалось по пословице: «Собираем крохами, а теряем ворохами».

Кроме того, рекомендуется использовать ТН в так называемых бивалентных системах отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Термин означает, что в системе помимо ТН работает второй поставщик тепла. Причин его применения две: физическая и экономическая. Потребитель часто нуждается в более горячей воде, чем может "предложить" насос. Типичная ситуация: вам требуется вода c температурой 75-85С, чтобы провести санитарную обработку водонакопителя. Или, допустим, вы задумали встроить ТН в существующую вы- сокотемпературную систему отопления (идея спорна, но осуществима).

Особенно полезен "помощник" при первичном запуске ТН в холодном доме. Чаще всего в качестве "второго" используют электронагревательное устройство (ТЭН или электрокотел). Во многих моделях ТЭНы (мощностью 3-12кВт) уже встроены в конструкцию. Воду, предварительно нагретую насосом, они легко доводят до нужной температуры. Проблема в другом: где найти эти дополнительные киловатты электроэнергии. Если применяется моновалентная система, то все нужды обеспечивает только ТН (или каскад ТН). Но воду в систему ГВС придется подавать при температуре до 45С (и в большом объеме), чтобы не создавать «санаторий» для бактерий.

Чаще всего бивалентную систему применяют по экономическим соображениям. Доля второго источника тепла в годовых энергозатратах составляет 10-15%, и в целом проект удешевляется. «Помощника» выбирают, исходя из самого доступного вида топлива. Это может быть небольшой газовый, дизельный, электрический или даже дровяной котел.

Тем не менее для работы в моновалентном режиме рынок предлагает линейку ТН мощностью до 100кВт.

Если невозможно получить нужную электрическую мощность от муниципальной сети, можно смонтировать на крыше солнечную фотопанель. Вместе с ТН она обеспечит круглогодичное отопление дома Об экономичности применения ТН имеет смысл поговорить подробнее. Она не такая ошеломляющая, как кажется при чтении рекламных буклетов. Действительно, около 70% тепла ТН предлагает даром, хотя и не без "но". Во-первых, с очевидной выгоды предложения свою ренту взимают поставщики оборудования. Аих аппетиты законами себестоимости явно не регулируются (сравните конструктивную сложность двигателя автомобиля и насоса при равной цене). Во-вторых, затраты на обустройство первичного контура сбора тепла составляют 70-150% от стоимости оборудования. В-третьих, сильно сказываются местные цены на электричество и источники альтернативного тепла. Экономия от ТН возникает за счет уменьшенных расходов на энергоносители, амортизацию (срок службы оборудования- 30лет, первичного контура- 50лет) и сервисное обслуживание. Всреднем капитальные вложения в ТН достигают 20-40,5тыс.руб. за 1кВт мощности и по отношению к дизельным котлам окупаются через 3-7лет. По данным специалистов МЗТА, применять ТН не менее выгодно, чем газовое отопление. Расчеты показали, что насос через 18-20лет начинает даже приносить выгоду. Никакое другое конкурирующее оборудование на это не способно- оно за такой срок просто физически выходит из строя.

Параметры грунтовых коллекторов из труб РЕ, м

Греющие метры

У нас самым распространенным источником низкотемпературного тепла является грунт. Из него тепло забирают почвенными теплосборниками двух типов: а) горизонтальными грунтовыми коллекторами; б) вертикальными геотермальными зондами. Вних находится незамерзающий теплоноситель, который, нагреваясь от грунта, переносит тепло к испарителю ТН с помощью циркуляционного насоса. Исследования, проведенные компанией «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», показали, что достаточно эффективный теплосъем можно осуществлять почти по всей территории России. Какой тип теплосборника предпочтителен для конкретного участка, решает специалист.

Грунтовые коллекторы. Они собирают тепло, накопленное в верхних слоях почвы (глубина- 5-20м) в результате солнечного излучения (прямой нагрев, осадки, тепло воздуха). Радиационное излучение Земли, идущее из глубин, не превышает 0,12Вт/м² и погоды не делает.

На поле уложен грунтовой плоский коллектор, состоящий из шести петель. Каждая из них имеет смотровой колодец в месте подсоединения к распределитель-
ному коллектору Теплосъем зависит от состава и структуры грунта. Лучших результатов достигают, если в нем много воды, твердых минеральных составляющих типа кварца и мало воздушных пор. Мощность теплосъема составляет 10-40Вт/м² (при шаге размещения труб 0,5-0,7м). Отвод тепла сопровождается охлаждением области вокруг труб коллектора вплоть до их замерзания. Морозы снаружи усиливают эту опасность. При интенсивном теплоотборе достичь баланса тепла, отведенного из коллектора в насос и поступившего из прилегающих массивов земли, не удается из-за низкой теплопроводности грунта. Стабильный процесс "отвода- подвода» тепла возникает, по данным «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», только на пятый год эксплуатации оборудования. При этом тепловая мощность насоса снижается. Установки, в которых ТН летом направляет избыточное тепло дома обратно в коллектор и далее в грунт на хранение, есть, но у нас почти не используются.

Для эффективной работы системы специалисты, исходя из особенностей грунта на участке, предлагают разнообразные конструкции коллектора. Из двух основных групп- плоских и спиралеобразных- у нас пока приживаются первые. Трубы укладывают в траншеи, располагая их на плоскости в виде змейки, петли, спирали. После проверки герметичности системы траншеи засыпают землей. Глубина заложения труб, шаг их размещения и схема раскладки представляют собой ноу-хау фирм. Площадь участка, необходимого для закладки теплосборника, в 2-3 раза превосходит отапливаемую площадь дома. Использовать эту территорию приходится только под газон или цветник.

Когда коллектор расположен на большом расстоянии от дома, их соединяют между собой трубами диаметром до 140мм, чтобы снизить гидравлическое сопротивление Теплосборники выполняют из труб РЕ ПНД диаметром 25-40мм, рассчитанных на давление 6-10бар. Оцинковка недопустима. Общую длину трубы разбивают на отрезки по 100-200м. Их укладывают отдельными петлями (контурами) и подключают к двум распределительным коллекторам- подающему и обратному. Контуры выполняют только из целого куска трубы, без соединений, лежащих под слоем земли. Важно, чтобы они имели одинаковое гидросопротивление, иначе менее «зажатый» может замерзнуть. Ведь антифриза через него потечет больше и отбор тепла станет более интенсивным.

Распределители могут располагаться как вблизи дома (в бетонном приямке), так и в самом здании. Следует обеспечить доступ к соединениям и теплоизоляцию труб в месте ввода в дом и на отрезке не короче 3м перед домом. Вкачестве теплоносителя в контурах используют 30%-й раствор пропиленгликоля или этиленгликоля, реже- спиртовые растворы.

Геотермальные зонды. Они извлекают тепло с больших глубин, где температура грунта более стабильна (около 10С). Зонд опускают в скважину диаметром 110-150мм и глубиной до 100-150м. Каждый метр его длины позволяет отвести в зависимости от свойств грунта 30- 100Вт тепловой мощности.

Основание U-образного геотермального зонда с ушком для подвешивания "якоря" ("ИЦ "СОЛНЕЧНАЯ ТЕХНИКА") Главное достоинство зондов- маленькая установочная площадь. Недостаток- дороговизна бурильных работ (до 1тыс.руб. за 1пог.м).

Распространены два вида конструкций вертикальных коллекторов: труба в трубе и U-образная труба. Впервом случае пластиковая труба (диаметром 32-50мм) проходит по оси стальной трубы (диаметром 100-120мм), которая заварена внизу и снабжена присоединительным фланцем наверху. Такая конструкция успешно сопротивляется подвижкам грунта и обеспечивает хорошую теплопередачу, однако сложна в сборке. Ведь отрезки стальной трубы приходится сваривать не только очень надежно (не дай бог протечет антифриз!), но и быстро, чтобы не успели осыпаться стенки скважины.

Трубы зонда соединяют с металлическим основанием, заполняют водой и опрессовывают под давлением 6 атм для проверки герметичности Во второй конструкции пластиковые трубы (РЕ) диаметром 25- 40мм герметично соединяются внизу, образуя длинный U-образный канал, заполненный антифризом. Такие петли чаще всего используют парами, но в зонде их может быть и больше. Трубы опрессовывают жидкостью и в заполненном виде опускают в скважину. После этого пространство вокруг зонда заполняют бурильным раствором или бетонито-цементной смесью (для защиты труб от механических повреждений и лучшей теплопередачи). Если скважина будет проходить через водоносные слои, на осуществление работ надо получить разрешение властей. Этих хлопот можно избежать, если глубину скважин уменьшить до 20-40м, а их количество- увеличить, располагая не ближе чем в 5м друг от друга. Наверху трубы по траншее подводят к дому.

Все теплосборники снабжают расширительным баком, воздухоотводчиком и вентилями для заполнения антифризом. Главное условие согласованной работы контура ИНТ с тепловым насосом- обеспечение такого расхода теплоносителя, который указан в паспорте ТН.

Солнце, воздух и вода

Немало солнечной энергии запасено в воздухе и воде. ТН, забирающие тепло из воздуха, вполне эффективны в южных районах. Всредней полосе их применение ограничено. Дело в том, что зимой они могут работать лишь в составе бивалентных систем и при температуре не ниже 0...-5С. При более сильных морозах их мощность резко снижается. Да еще вентилятор обледеневает, и приходится, остановив насос, оттаивать наледь.

Водовоздушный ТН марки EN-070 (FHP) в составе климатической установки дома обеспечивает его горячей водой и нагревает/ охлаждает воздух Вода- более привлекательный вид ИНТ, чем воздух. Вней больше стабильного тепла. Известны две схемы работы с ней. Согласно первой, воду закачивают в ТН из полноводной скважины и, отобрав тепло, сбрасывают в другую скважину. Для частных домов такая технология малопригодна: нужный водоносный слой не везде найдешь- дорого, да и разрешение на бурение получить непросто. Авот вторая- использование тепла не промерзающих до дна рек, озер или болот- более перспективна. Закинул в речку свой "невод" (петлю или несколько из той же трубы РЕ), притопил на дне грузами- и собирай бесплатные киловатты. Хотя пошевелить пальцем и мозгами здесь тоже придется. Воду, вероятно, надо будет фильтровать, иначе песок быстро превратит испаритель в сито. Еще разумнее между ТН и теплособирающим контуром поставить промежуточный теплообменник- он примет на себя всю "грязную" работу. При этом мощность установки немного снизится, зато надежность повысится. Далее понадобится обеспечить теплоизоляцию труб, идущих от контура к дому. Инаконец, сам ТН должен принадлежать к разновидности "вода- вода».

Перегоним Европу?

Приемный распределительный коллектор, сваренный из полипропиленовых труб, может стоять в доме Отопительная система, питаемая от ТН, строится по специфическим схемам. Это связано с пониженной температурой нагрева воды (до 60С) на конденсаторе и лимитированным (по условию прочности узлов) давлением конденсации паров хладона. Отопление рассчитывают как низкотемпературное. Радиаторы при этом приходится ставить не секционные, а стальные панельные, к тому же увеличенной площади. Перепад температур (Т) на входе и выходе радиаторов принимают в диапазоне 4-7С; в наших системах Т=20(10)С. Оказывается, так выгоднее и для радиаторов, и для ТН. Средняя температура воды в радиаторе повышается, теплоотдача усиливается. Если же охлаждать очень горячий конденсатор тепленькой водичкой из "обратки", штатный режим работы агрегата нарушается и мощность падает. Чтобы этого не произошло, приходится увеличивать скорость циркуляции воды в контуре отопления. Расход в нем по сравнению с классическими системами увеличивают вдвое. Значит, нужно подбирать соответствующее оборудование: циркуляционный насос, трубы, фитинги. Кроме того, проблемы возникают из-за разных концепций регулирования мощности- выдаваемой ТН и потребляемой системой отопления. Ведь охлаждающую воду на конденсатор (из "обратки") необходимо подавать обильно, непрерывно, с постоянной температурой. Ау отопления свои заботы: температуру в комнатах надо постоянно регулировать. Путей для этого два: изменять либо расход воды (например, термостатом на радиаторах), либо ее входную температуру (используя смесительные узлы). Оба создают неприемлемые условия для ТН: или обратной воды мало, или она очень холодная. Поэтому на запросы системы "побольше/поменьше тепла" тепловой насос отвечает однообразно: "включился/выключился". Но число включений в 1ч ограничено (иногда до 3 раз) из-за перегрузки компрессора.

Пластинчатый теплообменник на входе в ТН не пропускает в него загрязнения почвенной воды Эти противоречия разрешаются при совершенствовании конструкций ТН и схем отопительных систем. Так, появились компрессоры, допускающие до 60 включений в 1ч или плавно меняющие свою мощность (инверторные) в моделях типа "воздух- вода". Другое направление связано с повышением теплоаккумулирующей способности системы отопления и здания. Ведь чем больше в них запаса тепла, тем дольше они остывают и реже включается насос. Самый распространенный (но не самый дешевый) способ реализации этой идеи- установка в сети теплоаккумулирующего бака, от которого питаются и отопительный контур, и цепь ГВС. ТН нагревает в нем воду ночью, используя дешевый тариф на электроэнергию, а днем включается лишь изредка. Этот бак помогает также покрыть пиковый спрос на горячую воду. Схема очень привлекательна для владельцев деревянных домов или построек с каркасным мансардным этажом.

Еще одна идея заключается в создании гидравлической развязки потоков воды через ТН и систему отопления. Проще всего это можно сделать, расположив параллельно последнему стояку системы отопления байпасную линию, но только за стояком. Тогда все, что не протечет через радиаторы (если вы "зажмете" на них термостаты), пройдет через этот байпас, и тепловой насос получит нужный поток охлаждающей воды. Схема пригодна (хотя и не очень экономична), когда в доме только один отопительный контур, иначе будет сложно гидравлически сбалансировать контуры. Более универсален другой способ. Всоответствии с ним отопительную систему с отдельным циркулирующим насосом подключают к ТН через термогидравлический распределитель или буферный накопитель (при объеме более 300л он работает как аккумулятор тепла, о котором говорилось ранее). Тогда и контуров отопления (поэтажные, бассейн, теплые полы, зимний сад ит.д.) можно делать много, и температуру в них регулировать независимо, и ТН будет работать стабильно.

Выбор окончательного решения остается за специалистом, но обсуждать его он будет с вами. Надеемся, что наша статья поможет подготовиться к такому разговору.

Схема пассивного охлаждения дома на базе ТН и фанкойлов: а- фанкойл; б- датчик температуры; в-циркуляционный насос; г-байпасная линия; д-трехходовой вентиль; е-ТН; ж-отводная линия; з-почвенный коллектор.
Схемы подключения ТН: а- с байпасом; б- с буферным накопителем 1- контур ИНТ; 2, 4, 7, 9- циркуляционные насосы; 3- ТН; 5- система отопления; 6- байпасная линия; 8- буферный накопитель; 10- бойлер; 11- ТЭН.
Схема преобразования энергии в ТН: а- тепло контура ИНТ; б- энергия паров хладона; в- электрическая энергия для компрессора; г- тепловая энергия на выходе ТН; 1- испаритель; 2- компрессор; 3- конденсатор; 4- дроссель.
Схема работы воздушного ТН в режиме охлаждения: а- испаритель; б- дросселирующий вентиль; в- кран реверса; г- конденсатор; д- компрессор; е- вода из ИНТ.

Редакция благодарит компании «ТЕПЛОСЕРВИС», «ТЕРМОТЕХ-М», «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», «КОРСА», «ИЦ «СОЛНЕЧНАЯ ТЕХНИКА», «ГЕОТЕХ-К», «ТН-СЕРВИС» за помощь в подготовке материала.

• Источник: Журнал «Идеи вашего дома»№102

Материал подготовил

Виктор Полухин

Фото

Дмитрий Минкин

Фото

Олег Семенов