Большинство хозяев загородных домов, решая проблему отопления, попадают в зависимость от того или иного источника энергии. Если в коттедже установлен электрический котел, то хозяин становится заложником не только тарифов на электроэнергию, но и состояния электрических сетей. А это состояние, как известно, нередко оставляет желать лучшего. Газовые и жидкотопливные котлы завязаны на давление в трубе или наличие солярки в накопительной емкости; да и твердотопливные страдают тем же недостатком.
Примечание
В последнее время особую ценность приобретает такая разновидность отопительного оборудования, как тепловые насосы. Топлива, как такового, для них не требуется, а источник тепла практически неиссякаемый. Потому что этот источник — земля. На глубине температура грунта постоянна и всегда на несколько градусов выше нуля. Этот низкотемпературный потенциал и используется тепловым насосом.
Может ли этот потенциал когда-нибудь иссякнуть? Не может. Возможны ли перебои с поступлением такой энергии? Нет. А значит, мы получаем по-настоящему независимый и неиссякаемый источник тепловой энергии, которой можно отапливать индивидуальный дом. Но это не единственное достоинство тепловых насосов.
Просто, как все гениальное
Для начала отметим, что тепловой насос позволяет отапливать дом без малейшего загрязнения окружающей среды. Сжигание угля и солярки в экологическом отношении небезопасно, даже использование газа влечет за собой вредные выбросы. Здесь же никаких выбросов, поскольку принцип работы таких отопительных систем не предполагает образования вредных веществ.
Для начала перечислим агрегаты, из которых состоит типичный тепловой насос. Это теплообменник (испаритель), повышающий давление компрессор и конденсатор. Они связаны между собой замкнутым трубопроводом, в котором циркулирует хладагент. В одной части цикла этот хладагент представляет собой жидкость, в другой — газ, то есть в процессе циркуляции он меняет агрегатное состояние.
Источник тепла в данном случае нельзя использовать непосредственным образом. Посудите сами: если температура земли составляет 5–10 градусов, то как можно напрямую подключиться к такому «источнику»? Тем не менее, поскольку температура окружающей среды в холодное время года еще ниже, использовать можно и этот источник. То есть отбирать излишек тепла у земли (или воды — тут нет разницы), чтобы затем нагревать воздух в помещении.
Примечание
Принцип действия теплового насоса основан на правильно организованном обмене теплом. Трубопровод укладывается, допустим, в землю или на дно озера, где температура стабильна и, как правило, выше нуля. По трубам циркулирует охлажденный теплоноситель, который нагревается на несколько градусов. Затем он поступает в теплообменник (испаритель), где отдает полученное тепло во внутренний контур теплового насоса, заполненный хладагентом.
Носитель имеет очень низкую температуру кипения и, проходя через испаритель, меняет агрегатное состояние, превращаясь из жидкости в газ. Процесс протекает при низком давлении и низкой температуре: -50С. Далее газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается до состояния высокого давления и высокой температуры, после чего поступает во второй теплообменник — конденсатор. И уже там происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из трубопровода системы отопления. Отдав тепло системе отопления, хладагент охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время как нагретый теплоноситель в системе отопления нагревает воздух в доме.
После этого хладагент может быть охлажден дополнительно — с тем чтобы его тепло поступило в систему отопления и еще больше повысило температуру теплоносителя. Осуществляется эта операция с помощью сабкулера — устройства, обеспечивающего извлечение дополнительной энергии. Лишь затем хладагент (использованный, так сказать, по полной программе) через редукционный клапан снова попадает в испаритель, а далее во внешний контур системы, и цикл повторяется.
Возможно, кому-то это объяснение покажется сложным, хотя на самом деле принцип работы прост, как все гениальное. Главное: извлечь природное тепло, которое у нас буквально под ногами, после чего его можно использовать.
В реальном измерении
Впрочем, от одного лишь изложения принципа действия нам, как говорится, ни тепло ни холодно. Вся эта теория должна быть адаптирована к конкретному участку и иметь реальное и предметное наполнение.
Трубопровод прокладывается на глубине 1–1,5 м. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами должно составлять около метра. Подготавливать грунт при этом не требуется — он и так поделится естественным теплом. Хотя, конечно, в одних грунтах этот процесс идет интенсивнее, чем в других. Желательно использовать участок с влажным грунтом, лучше всего — с близко подходящими грунтовыми водами. Хотя и сухой грунт не будет помехой для устройства системы, нужно только увеличить длину трубопровода.
Примерное значение тепловой мощности, приходящейся на один метр трубопровода, — 20–30 Вт. Простой арифметический подсчет подскажет, что для установки теплового насоса производительностью 10 кВт потребуется уложить в землю контур длиной 350–450 м. Для этого подойдет участок площадью около 400 кв. метров.
Примечание
Следует ли укладывать трубопровод ниже уровня промерзания почвы? Специалисты считают, что это не является обязательным требованием, оптимальная глубина — 1–1,5 м. При этом никакого вредного воздействия на садово-огородную или ландшафтную растительность трубопроводы тепловых насосов не оказывают.
В некоторых местах нашего региона (в частности, на севере Карельского перешейка) наблюдается выход на поверхность скальных пород. Так вот, их тоже можно использовать для сбора природного тепла. При этом в скале бурится тепловая скважина глубиной несколько десятков метров и диаметром 10–15 см, в нее устанавливают трубопровод, имеющий форму буквы «U». Принцип действия теплового насоса с вертикальным коллектором точно такой же, как уложенного в землю горизонтально.
Кроме того, можно эксплуатировать глубинное тепло естественных водоемов. В этом случае контур укладывается на дно водоема. Поскольку внешний контур сравнительно короткий, а температура воды в водоеме даже зимой не опускается ниже плюс четырех градусов, коэффициент преобразования энергии тепловым насосом высокий. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на метр трубопровода, — 30 Вт, а значит, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт в озеро необходимо уложить 300-метровый контур. Чтобы трубопровод не всплывал, на шланг навешивают специальные грузы.
Наконец, тепловой насос может «сосать» тепло и из той воды (относительно теплой), которая сбрасывается в канализацию, а также из выбросов вентиляции и дымовых газов. Словом, всякое тепло можно поставить на службу.
Отметим также реверсивный характер работы подобной системы. То есть в холода тепловой насос, как и положено, обеспечивает отопление дома и нормальное функционирование системы горячего водоснабжения. А летом он может отдавать излишек скапливающегося в доме тепла грунту.
Понятно, что столь непростую систему рассчитать и установить самостоятельно не представляется возможным. Помогут специализированные фирмы, имеющие все необходимые лицензии. Следует обратить внимание, что тепловые насосы — это не газовые котлы, которые поставляются на рынок сотнями фирм. Профессионально ими пока занимаются немногие компании. Только их специалисты помогут осуществить выбор оптимального теплового источника, рассчитать параметры будущей системы, а затем установить оборудование и наладить его эффективную работу.
Экономический аспект
Если говорить о моделях бытовых тепловых насосов, то рынок сейчас предлагает уже довольно широкий выбор. Можно встретить тепловые насосы шведских компаний IVT, MECMASTER, THERMIA, австрийской OCHSNER, немецких VAILLANT, VIESSMANN и STIEBEL ELTRON, итальянской CLIMAVENETA, а также ряда других фирм. Газовый котел VAILLANT можно выбрать на сайте www.teplomatica.ru/kotly/gazovye/vaillant-gaz.html. Это оборудование различается по принципу действия, мощности, ну и, конечно, по стоимости. Но для всех типов тепловых насосов характерны общие особенности, которые надо помнить при выборе.
Следует знать, что тепловой насос оправдывает себя только в хорошо утепленном здании: чем теплее дом, тем больше выгода. Вторая особенность заключается в том, что наиболее выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Имеется в виду, в частности, обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель не должен быть горячее 35°С.
А вот чем более горячую воду агрегат готовит для выходного контура, тем меньшую мощность он развивает и тем больше расходует электричества. Кроме того, для большей эффективности практикуется эксплуатация тепловых насосов с дополнительным генератором тепла. Нередко мощность теплового насоса 70–80% от расчетной отопительной. Она будет покрывать все потребности дома в тепле до тех пор, пока уличная температура не опустится ниже определенной, например -10°С. За этим температурным порогом в работу включается второй генератор тепла — небольшой электронагреватель или, допустим, жидкотопливный котел. Оптимальный вариант, исходя из возможностей домовладельца и особенностей домашней инженерии, поможет выбрать специалист.
Еще надо помнить, что работает такое тепловое оборудование с использованием электричества. Однако, затрачивая один киловатт электрической энергии, вы имеете на выходе 3–4, а то и 5 кВт энергии тепловой, то есть выгода здесь очевидна.
Что касается стоимости таких систем отопления, то она варьирует в довольно широких пределах. Например, тепловой насос мощностью 10–11 кВт может стоить примерно 6–7 тыс. евро, а если его мощность 15–20 кВт, то цена будет 10 тыс. евро и выше. Хотя можно найти и довольно мощный тепловой насос по сравнительно скромной цене — тут все зависит от производителя. Как утверждают те, кто давно эксплуатирует такое оборудование, оно окупается за несколько отопительных сезонов. После чего вы пользуетесь теплом внешних источников практически бесплатно.
Неслучайно тепловые насосы уже давно с успехом применяют в Америке и Европе, причем как для отопления индивидуальных домов, так и для теплоснабжения крупных городов. В частности, они обогревают Стокгольм, а в качестве источника тепла служит Балтийское море. Так что, думается, у этого неиссякаемого источника большое будущее.
Слово экспертам
Мнение специалиста
Ярослав Трубинов, генеральный директор компании «Северо-Западный Строительный Трест»
Основные преимущества геотермального отопления — использование бесплатной энергии окружающей среды, высокий КПД, низкий уровень шума благодаря высококачественной звукоизоляции. Этот способ отопления позволяет значительно экономить пространство, а оборудование не требует периодического обслуживания (первый профилактический осмотр необходимо провести лишь через 10 лет после начала эксплуатации). Не нужны площади (емкости) для хранения топлива, поскольку компрессор теплового насоса питается от электрической сети. Специалисты нашей компании рекомендуют использовать дополнительную, чрезвычайно полезную функцию тепловых насосов — возможность нагревать и пастеризовать воду для бытовых нужд. Для этого клиенту необходимо лишь место, чтобы установить 300-литровый бак для хранения воды. Следует отметить, что собственникам строящихся домов и неразработанных участков стоит задуматься об установке теплового насоса уже на этапе проектирования и строительства, так как для геотермального коллектора требуется незастроенный земельный участок в два-три раза больше отапливаемой жилой площади.
Олег Прохоров, генеральный директор ООО «ТеплоСервис»
Вдополнение к перечисленным способам укладки трубопроводов хотелось бы особо отметить компакт-коллектор. Компакт-коллектор – это устройство сбора тепла из грунта. Существуют участки, размеры которых слишком малы для монтажа трубопровода в грунт, а использование скважины — слишком дорого. Компактный коллектор поможет решить эту проблему. Его змеевидная форма обеспечивает максимальный эффект от минимальной площади. Так, для теплового насоса мощностью 10 кВт площадь укладки земляного контура с использованием компакт-коллектора составит около 60 м. Идеальным решением для экономии затрат владельцам котельных на дизельном топливе или электричестве будет воздушный тепловой насос. Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, он имеется везде и в неограниченном количестве. Одним из преимуществ при выборе такого теплового насоса является простая схема монтажа с уже работающим котлом и отсутствие трубопроводов. Тепловой насос работает продуктивно до температуры минус 20°С, после чего переходит на управление дизельным или электрокотлом.
