Геотермальное отопление дома. Как правильно выбрать и расчет стоимости под ключ.
Ускорившееся строительство собственных домов в стране, постоянное изменение цен на основные энергоносители вызвали появление альтернативных источников энергии, в том числе, на возобновляемой основе. Один из видов – это применение методов геотермальной энергетики.
Основные составляющие систем геотермального отопления.
Принцип извлечения тепла, использующегося для обогрева здания, основан на отборе геотермальной энергии из земли, воды или окружающего воздуха. Тепло там накапливается в тёплый период года и отдаётся в холодное. Процесс обмена энергиями осуществляется посредством теплового насоса.
Способ нагрева.
Работу теплового насоса и всей системы обогрева можно рассмотреть на принципе функционирования холодильной установки – так, рука, поднесённая к задней стенке холодильника на несколько секунд, ощущает тепловые потоки, исходящие от змеевика.
Цепочка обмена энергией выглядит.
продукты с положительной температурой, размещенные внутри холодильного агрегата, охлаждаются, отдавая своё накопленное тепло внутрь полости морозильной камеры.
нагретый воздух, в свою очередь, производит теплообмен со стенками холодильной камеры.
энергоноситель, в данном случае, фреон, циркулирующий по трубкам, вмонтированным в корпус, полученное тепло переносит на внешний змеевик.
система рассеивает избыток тепла в окружающее пространство, а охлаждённый фреон проходит до компрессора, где расширяется и снижает свою температуру до определённых отрицательных значений и цикл повторяется снова.
Если заменить «продукты» на «землю», то получается система обогрева дома, но в значительно увеличенных размерах. При этом можно заметить, что единственный, внешне подведённый источник дополнительной энергии, это электричество, необходимое для работы компрессора.
Отсюда следует вывод, что энергоэффективность всей тепловой системы определяется количеством затрат на не восполняемую часть энергии, в случае с тепловым насосом, это электричество, необходимое для его функционирования.
Источником тепла, получаемого от солнца, выступают земля, вода из водоёма или окружающий воздух. В последнем случае, термальное устройство целесообразно устраивать в районах с положительными круглогодичными температурами.
Энергоэффективность геотермальных тепловых насосов.
В упрощённом виде система геотермального отопления здания представляет собой три независимых контура, по которым циркулирует теплоноситель.
Внешний контур . вынесенный за пределы здания, переносит тепловую энергию, взятую от окружающей среды.
Средний – расположен в корпусе насоса и служит для передачи внешней энергии на внутреннюю обогревательную систему. Носитель, проходя испаритель, передаёт 4–8°C тепла низкокипящему хладагенту, отчего последний вскипает, переходя в газообразное состояние. При сжимании в компрессоре, газ переходит в жидкость, при этом выделяется теплота, разогревающая фреон до температуры 70–100°C.
Внутренний контур – это собственно отопительная система здания, получающая тепло от разогретого фреона.
Примерную тепловую мощность насоса можно рассчитать по формуле.
где J, удельная теплоёмкость воздуха в Дж/м³К (при 22°C равна 1205.
t время нагрева за один час, равное 3600.
T1-T2, разность температур теплоносителей в градусах Цельсия.
L, объём обогреваемого помещения в м.
С подставленными известными коэффициентами формула примет вид.
1. Здание с помещениями из жилых комнат 12м², 15м² и 20м², кухни-столовой 16м², коридора и сантехнических помещений общей площадью 30м² со средней высотой потолка 2,8м имеет внутренний объём 260м³. Тогда для нагрева в течение часа до температуры 25°C, с входящими значениями теплоносителя, равными 5°C, понадобится.
2. Примерное соотношение затраченной электроэнергии на работу теплового насоса и полученной тепловой энергии составляет 1 к 5.
То есть за один час работы компрессора будет расходоваться.
3. За один месяц в 30 дней затраты электроэнергии составят.
250,85кВт*2,50руб/кВт* = 627 рублей/ месяц.
Полученные данные – это чисто теоретические значения, не учитывающие ряд факторов.
здание должно быть хорошо утеплено.
существуют потери через стены, потолок, двери, окна, вентиляцию.
в конструкции теплообменников необходимо применять материалы с высоким коэффициентом теплопередачи.
не учтена сезонность.
имеется ли возможность дополнительного расхода горячей воды для бытовых нужд.
в работу подземных контуров могут быть оказаны влияния со стороны подземных вод и другие явления.
Поэтому, при реальных расчётах, требуется закладывать повышающий коэффициент непредвиденных расходов, равный 1,2–1,5. Для приведённого выше примера, реальные затраты на электроэнергию составят 300–375 кВт/мес. (750–937,5 руб/мес.
Как выбрать геотермальной тепловой насос.
Кроме текущих расходов, перед организацией такого вида отопления, целесообразно рассчитать необходимую мощность оборудования, это понадобится для выбора насоса и комплектующих.
Как видно из вышеприведённых расчётов, определяющий фактор – это внутренний объём обогреваемого здания, а, точнее, объём необходимых для обогрева помещений. Для поддержания небольшой положительной температуры (5–10°C) в зимнее время во вспомогательных помещениях, мощность оборудования можно увеличить на 10–15.
Увеличенная мощность теплового насоса, может дать дополнительный источник горячей воды для бытового использования, на кухне или в ванной комнате.
После анализа всех возможных затрат тепловой энергии внутри дома, рассчитывается минимальная требуемая мощность оборудования. Целесообразно заложить добавочный коэффициент прочности в диапазоне 1,2–1,25.
Большинство производителей производят тепловые насосы с шагом изменения мощности в пределах 10–20%, поэтому особых затруднений выбор оборудования не составит.
Тепло из земли.
Большинство систем геотермального отопления получает тепло из земли, накопленное там за период тёплого времени. Для этого трубы, в которых циркулирует низкокипящий теплоноситель, заглубляют в грунт.
При наличии свободной площади на участке применяется горизонтальная укладка, в противном случае внешний контур погружается в вертикально пробуренные скважины.
Горизонтальная укладка.
При устройстве горизонтального контура, необходимо учесть глубину промерзания почвы. Для большей части европейской России, Южного и Среднего Урала, части юга Сибири, а также Приморского края эти показатели не превышают 2–2,5 метров. Как правило – эта глубина составляет 0,6–1 метр.
Труба под внешний теплоноситель укладывается в предварительно прорытые траншеи, глубиной 1,5–2,0 метра. К концу холодного сезона температура там не опускается ниже +1– -1°C, что вполне достаточно для образования перепада в 4–5°C.
Это позволяет поддерживать комфортный климат в помещении со значениями 20–25°C. Средняя длина труб составляет около 500 метров и её длины хватает для отопления дома площадью 250–350м.
Расчёт необходимых потребностей в размерах коллектора осуществляется из соотношения 20–25Вт с одного метра трубы. Зная полезную тепловую мощность можно определить длину заглубленного контура. Для вышеприведённого примера, с учётом коэффициентов теплопередачи, размеры трубы составят не менее 300–350 метров.
Объём земляных работ значителен, поэтому целесообразно воспользоваться услугами стороннего траншеекопателя. В случае перекрещивания коллектора со сточной системой, последнюю можно углубить на 30–50 см ниже, нежели основная траншея.
С целью повышения эффективности системы отопления и нехваткой свободной площади устраиваются многоуровневые контуры. То есть применяются несколько рядов, расположенных по высоте на 70–100см друг от друга.
Вертикальная укладка.
Такая система используется при ограниченных свободных площадях, но она более эффективна, нежели горизонтальная система. Впрочем, все полезные результаты могут быть сведены на нет более дорогим монтажом. Система может использовать погружные зонды или водозаборные скважины.
В грунте выполняются две или более вертикальные скважины, в которые опускаются внешние контуры, по одной трубе течёт отработанный теплоноситель, по другой, подогретый теплом земли. Глубина скважин может достигать 40–70 метров.
Эффективный отбор тепла достигает в среднем около 50–55Вт, что почти в 2 раза больше по сравнению с горизонтальным контуром. Но конструкция коллекторов более сложна, например, применяется коаксиальная труба, это одно изделие меньшего диаметра находится внутри другого.
Необходимо соблюдать герметичность. Все трубы требуется теплоизолировать, система обрастает различной арматурой.
В этом случае используется забор тепла от подземных вод, что значительно повышает тепловую эффективность системы отопления. Это происходит благодаря более высокой температуре влаги и значительному коэффициенту теплообмена.
При такой системе геотермального отопления необходимы минимум две скважины, одна – заборная, другая – сбросовая. Понадобятся скважинные насосы, и, соответственно, дополнительная энергия для их питания. Кроме этого, с целью предотвращения замораживания воды, целесообразно использовать предохранительный теплообменник.
При выборе этого способа понадобится периодически, один раз по истечении сезона менять рабочие скважины местами. Для этих целей необходимо запастись ещё одним скважинным here.
Большой плюс этой системы – минимальное количество земляных работ и большая теплоотдача.
Повысить эффективную отдачу тепла можно применив солнечные коллекторы, которые нагреваясь в солнечную погоду, могут передавать дополнительное тепловую энергию для нагрева грунта.
Стоимость геотермального отопления и цена его монтажа.
Общие капиталовложения в систему отопления складываются из нескольких частей.
цена теплового насоса.
цена комплектующих.
монтаж и пусконаладочные работы.
текущие затраты на электроэнергию в течение отопительного сезона.
Цена теплового насоса.
На рынке России представлена продукция импортного и отечественного производства.
Henk, отечественный производитель, расположенный в Подмосковье. Представляет линейку тепловых насосов различной мощности и производительности. Число выпускаемых моделей доходит до 82 шт. Цена на продукцию начинается с 243000 рублей.
Mammoth, производитель из США. Поставляет на рынок России около двух десятков насосов. Стоимость от 2800 долларов.
NIBE, шведская компания. Цена на грунтовые модели исходит от 485000 рублей.
Waterkotte, немецкая фирма. Стоимость комплекта из насоса и блока для ГВС начинается от 680000 рублей.
Цена комплектующих.
В состав комплектующих геотермальной системы отопления входят (основные элементы.
Полипропиленовая труба для внешнего контура Ø32 или 40мм. Средняя цена за метр начинается с 35 рублей.
Труба для «тёплого» пола из сшивного полиэтилена диаметром 16мм со стоимостью от 45 руб/м.
Антифриз и тосол в качестве теплоносителей. Цена на первый 100–180 руб/литр, на второй 100–200 руб/литр.
Кроме этого, необходимы различные краны, клапаны, теплоизоляторы для труб и другое.
Стоимость монтажных работ.
Основные и существенные затраты при укладке внешнего контура – это производство земляных или бурильных работ. Траншею глубиной до 1,5 метров и длиной до 300 метров можно выполнить своими силами с помощью, например, гастарбайтеров или «деревенского» тракториста.
С укладкой труб и засыпкой общая стоимость внешних работ составит 120000–240000 рублей. То же самое, но с бурением, может увеличиться до 250000–600000 рублей.
Услуги по оборудованию геотермального отопления под ключ.
Список некоторых фирм и их услуг.
Геометро, на рынке с2006 года. Стоимость отопления под ключ начинается с 400000 рублей. Работают с американскими тепловыми насосами Mammoth.
Теплодаром, обеспечивает полное комплектование дома отопительной системой. Например, стоимость «под ключ» для дома полезной площадью 120м² составит 550000 рублей.
Геотепло, работают с несколькими производителями тепловых насосов. Цена монтажных и пусконаладочных работ начинается с 580000 рублей.
Как не получить иллюзии теплового насос.
Одна из основных причин – это снижение стоимости как оборудования, так и монтажных работ. Если с насосом дела по экономии обстоят сложнее, единственный путь, занизить мощность, то с работами гораздо проще.
можно выполнить траншею не той глубины или (и) малой длины.
пробурить скважину недостаточной глубины.
использовать некачественные трубы или другого диаметра.
вмешательство в конструкцию зонда и другие подобные причины.
Применение геотермального отопления сулит существенные выгоды в процессе эксплуатации, экономия на внешних источниках энергоносителей и почти полная независимость от электроэнергии, но требует значительных начальных инвестиций.
