Геотермальное отопление дома

Безусловное преимущество отопления подземным теплом — высокий и стабильный, независимый от внешней температуры SСОР (среднесезонный коэффициент преобразования электроэнергии в тепловую), по сравнению с воздушными тепловыми насосами. СОР у грунтовых насосов — 4-4,5 (у «воздушников» — 3,5-4). Вместе с тем, ТН «вода-вода» будут эффективнее (их SСОР — 5 и выше).

Показатель СОР у геотермальных насосов более стабилен, поскольку температура грунта, начиная с 3,5 метров, практически не меняется, а на 7-10 метрах уже стабильна. 

Однако, у них есть и недостатки, или скорее нюансы, связанные с установкой и эксплуатацией.

1. Для установки насоса нужно много ничем не застроенной земли. 

Особенно это актуально для горизонтальной укладки, где на большом пространстве раскладываются подземные трубы. На нем не должно быть капитального строительства и растений с разветвленной корневой системой. Для зондового насоса это меньшая проблема, поскольку зонды можно разместить в разных частях участка. 

2. Грунтовые работы — дорогие, и без них при установке не обойтись. 

Это увеличивает первичные затраты в 2-3 раза, по сравнению с затратами на установку теплового насоса «воздух-вода». Стоимость работ будет зависеть от типа грунта. Отметим, что попытки устройства геотермального отопления в Украине, и в частности в Киеве, могут привести к тому, что вы обнаружите на участке скалистые породы, из-за чего система еще больше подорожает.

3. Геотермальные ТН реже имеют функцию активного охлаждения (с помощью компрессора). 

У таких насосов чаще имеется только функция пассивного охлаждения — то есть, они отбирают температуру грунта (10-12°C). Ввиду того, что они не могут уменьшить ее, в систему будет подаваться 18-19°C, и такой тип охлаждения осуществляется через конструкции — полы, стены, потолки. В таком случае есть риск появления точки росы, и этот фактор нужно учитывать при проектировании. 

При пассивном охлаждении летом не получится поддерживать желаемый микроклимат — можно поддерживать только разницу между внешним и наружным микроклиматом в 6-7°C.

Следует отметить, что геотермальные насосы с активным холодом все же выпускаются — но редко, и их стоимость высокая.

По принципу работы отопление геотермальной скважиной за счет тепла земли мало отличается от функционирования других тепловых насосов.

Любой ТН меняет физическое состояние хладагента (фреона) внутри контура, влияя на него с помощью испарителя, компрессора, конденсатора и расширительного клапана, передает ему определенную температуру, которая в свою очередь нужна непосредственно в системе отопления. Грунт — стабильный источник энергии, ее можно отбирать на протяжении всего года для отопления и охлаждения. Ограничения для использования земли есть, но о них мы подробнее поговорим далее. 

СОР геотермального теплового насоса составляет 4-4,5. Это означает, что при работе из 1 кВт затраченной энергии вы получаете 4-4,5 кВт тепловой. 

Принцип работы внутренних блоков всех видов тепловых насосов одинаков. 

1. Есть испаритель (внешний блок для воздушных тепловых насосов). У грунтовых насосов — это внутренний теплообменник. В испарителе фреон (хладагент) отбирает низкопотенциальную энергию у грунта. 

​

2. Автоматика ТН регулирует работу так, чтобы хладагент попадал в испаритель с меньшей температурой, чем температура контура грунта.

3. Температура из скважин подается на теплообменник, испаритель определяет ее температуру через датчик: например, при 12°C в грунте будет подавать 8-9°C.​

4. Проходя через испаритель, фреон отбирает это низкопотенциальное тепло и нагревается на 2-4°C. Поднагретый теплоноситель попадает в компрессор — в основную рабочую часть теплового насоса. Задача компрессора — поднять температуру хладагента до необходимой для системы отопления путем увеличения давления фреона. 

5. В компрессоре, благодаря процессу сжатия, температура повышается до необходимой для системы — 35-55°C, диапазон температур, зависит от модели ТН. Чем ниже эта конечная температура — тем эффективнее работа теплового насоса. 

6. Нагретый в результате сжатия хладагент попадает в конденсатор (теплообменник работающий на систему), который передает температуру в систему отопления — на теплые полы и стены, фанкойлы, радиаторы. 

7. Далее температура хладагента снижается, он попадает на расширительный клапан и резко теряет давление, тем самым теряя температуру до необходимой разницы между фреоном и испарителем. Работа расширительного клапана также управляется автоматикой. Этот цикл повторяется постоянно.

Важно отметить, что у грунтовых ТН компрессоры имеют низкую модуляцию. Им не нужны сильно модулирующие компрессоры — чаще всего используются ступенчатые компрессоры с небольшой модуляцией. Из-за этого для грунтовых насосов предусматривают большие буферные емкости для накапливания энергии. Например, какое-то количество тепла, которое не требуется системе в данный момент, передается и сохраняется в буфере. 

Как уже было отмечено, на установку отопления от земли стоимость довольно высокая ввиду сложных земляных работ. Сначала проводятся исследования грунта, потом бурятся скважины или укладывается землетепловой коллектор. После этого сам тепловой насос устанавливается в доме, и к нему подключаются отопительные приборы - тепловые полы, внутрипольные конвекторы и т. д. На последнем этапе производятся пусконаладочный работы.

Расскажем про некоторые аспекты, о которых стоит знать при установке внешних элементов системы. 

1. Любой способ укладки — внешние зонды, горизонтально уложенные трубы, теплообменник в водоеме — должны предусматривать то, что труба защищена. После ее установки лучше отказаться от грунтовых или водяных работ, высадки растений, строительства. Любая поломка или повреждение труб ведет к дорогостоящим ремонтам.
   
   
2. Для грунтовых тепловых насосов всегда есть риск потери скважины. Объясним механизм: бурится скважина, труба опускается в нее на разные глубины — 30-100 м. В зависимости от качества бурения, самой трубы, скорости работы, знания монтажников, есть риск потери 1-2 зондов на этапе монтажа (во время опускания, проверки давления и т.д). 
   
   
3. Расчет тепловых нагрузок — самый важный этап, так как зонды должны иметь разумный запас, чтобы тепловой насос не выморозил скважину и просто не привел к ее полной потере.

При установке геотермального отопления риски человеческого фактора всегда выше, и их нельзя предусмотреть на этапе проектирования.

Как мы убедились, вы можете использовать тепло земли для обогрева дома - цена этого вопроса зависит от многих факторов. 

• Производитель. Чем более известный, чем большую долю на рынке занимает — тем дороже оборудование. При этом, не всегда оно будет самым качественным, но за счет имени цена растет.

​

• Мощность. Естественно, чем мощнее тепловой насос — тем дороже он будет стоить. Хорошая новость в том, что цена растет не пропорционально, и более мощные агрегаты имеют более выгодное соотношение цены к продуктивности.

​

• Комплектация. Чем больше аксессуаров и элементов у системы — тем она дороже. Например, мы уже упоминали про буферные емкости, которые стоит предусмотреть для ТН. 

​

Поскольку мощность грунтовых тепловых насосов оправдана большой площадью и начинается с 15-20, иногда с 30 кВт, стоимость самого насоса будет примерно равна цене «воздушника». Но к деньгам, потраченным на насос, нужно добавлять стоимость грунтовых работ. Покупая за 15 тысяч евро 20-киловаттный насос, нужно быть готовым вложить 10-15 тысяч евро в грунтовые работы и внешние зонды (это без учета денег, потраченных на облагораживание территории после таких работ).

Таким образом, окончательная стоимость системы геотермального отопления — это цена ТН, умноженная на 1,5-2.

Как правило, клиенты, рассматривающие геотермальное отопление дома, больше обеспокоены комфортом, экологичностью, расходом энергоресурсов, современными технологиями и расширенным управлением системы, а не окупаемостью. 

Если все же поднимать вопрос окупаемости, всегда имеет значение, с чем сравниваются те или иные системы. Если на участке нет газа — получение разрешения, проведение и установка газового котла могут стоить столько же, сколько и сам ТН. Если электричество дорогое, и есть разрешение только на 15 кВт — «воздушник» не подойдет, нужно ставить грунтовой, у которого выше СОР. Таких нюансов много. 

Среди факторов, которые повышают окупаемость насоса, выделим следующие:

• расчет и установка низкотемпературной системы отопления с теплыми полами и фанкойлами;
  
  

• хороший конструктив здания;
  
  
• наличие приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией;
  
  
• использование всего функционала ТН — обогрева, охлаждения, ГВС.
  

Для грунтового типа насоса важен первоначальный расчет, поскольку его установка относится к капитальному строительству. Не со всеми насосами так — например, «воздушник» легко снять, заменить и даже перевезти на новое место. 

Мощность геотермального ТН будет равняться мощности зондов, в которые уложена труба. Изменить это количество нельзя. Это не просто условная схема, а капитальное решение, замена такого оборудования — дорогостоящий вопрос. 

Также при расчете системы нужно помнить, что чаще всего грунтовые ТН не имеют функции активного холода и нужно обеспечить систему охлаждения с кондиционерами.