Геотермальна система опалення є видом опалення, в якому джерелом енергії виступає земля.
Геотермальний тепловий насос відбирає тепло із землі, середня температура якої є стабільною протягом усього року та дорівнює +12°С. У порівнянні з геотермальним тепловим насосом повітряний тепловий насос є менш стійким до температури, оскільки температура зовнішнього повітря постійно коливається, відповідно, знаходиться в діапазоні від -22°С до +6°С.
Геотермальне опалення є низькотемпературною системою, тому для її реалізації необхідно виконати розміщення системи теплої підлоги по максимально можливій площі будинку.
Насамперед, тепла підлога – це комфорт для людини, тому що обігрів приміщення відбувається рівномірно по всій його площі. Однак варто відзначити, що тепла підлога не є повноцінною системою опалення, а вважається константою для реалізації системи на базі теплового насоса.
Температура підлоги повинна бути в діапазоні від +24°С до +26°С, що є комфортною температурою для стопи людини.
Важливо, що система теплої підлоги має високу теплову інерцію. Це означає, що для системи необхідно забезпечити тривалий час нагрівання та охолодження його поверхні. Таким чином, при постійних перепадах температур, що є актуальним для українського мікроклімату, тепла підлога сильно нагріється і не зможе швидко опустити свою температуру, що створить дискомфорт для стопи людини.
Тому, щоб запобігти появі цієї ситуації, необхідно встановити додаткові пристрої:
Фанкойли – ефективний пристрій, який здатний віддавати холод чи тепло, залежно від пори року.
Внутрішньопідлогові конвектори – прилад, основною функцією якого є обігрів приміщення. Однак, якщо ви придбаєте внутрішньопідлогові конвектори бренду Kampmann HK, вони нададуть мешканцям функцію охолодження у літній період.
Радіатори – пристрій, принцип дії якого полягає у обігріві житла.
Найбільш раціональний варіант використання теплового насоса буде в тандемі з фанкойлами, що дозволить отримувати тепло та прохолоду, залежно від пори року. Фанкойли славляться своєю роботою, оскільки здатні швидко генерувати тепло чи холод. Фахівці компанії Альтер Ейр рекомендують наступні бренди фанкойлів, яким ми довіряємо: IDM; Vaillant; Stiebel Eltron.
Функція холоду в геотермальному тепловому насосі може бути двох видів:
Пасивне охолодження – режим холоду, коли рідина з первинного контуру (у більшості випадків первинний контур являє собою вертикальні свердловини, в яких розташовані зонди) циркулює і надалі завдяки фанкойлам відбувається охолодження житла. При роботі теплового насоса в режимі пасивного охолодження компресор вимкнений і не споживає електроенергію.
Активне охолодження. Геотермальний тепловий насос відбирає холод із землі, який накопичувався у зимовий період. У разі коли температура теплоносія всередині системи вище +9-10°С включається компресор. Робота компресора полягає у зниженні температури теплоносія до +7°С, щоб надалі здійснити функцію охолодження будинку.
Також для пасивного охолодження будинку можна використовувати систему холодних стін та стелі, де відбувається охолодження самої поверхні. Дана система має схожість із системою теплої підлоги, тільки трубопроводами відбувається циркуляція не теплого теплоносія, а холодного. При цьому необхідно відзначити, що пасивне охолодження, використовуючи холодні стіни та стелю, раціонально застосовувати, коли зовнішня температура повітря не перевищує +26°С. Як показує практика, середня температура в літній період становить +21°С, відповідно, за такої температури мешканці зможуть отримати ефективну роботу системи холодних стін і стелі. Однак при цьому необхідно виконати такі пункти:
високий рівень енергоефективності житла;
наявність системи вентиляції із рекуперацією тепла;
встановлені якісні склопакети.
Але при реалізації системи потрібно дотримуватися температурного режиму подачі води, вологості, щоб уникнути появи конденсату на стінах або стелі, оскільки це може призвести до появи цвілі.
У разі коли зовнішня температура повітря становить +30°С, то температура повітря в приміщенні буде приблизно +27°С. Тому, пасивне охолодження не зможе надати мешканцям оптимальну температуру в приміщенні, тому щоб повноцінно охолоджувати приміщення необхідно скористатися фанкойлами (активне охолодження).
Опалення із землі має такі недоліки:
Геотермальне опалення має багато переваг:
економічно вигідний пристрій, оскільки вам не доведеться купувати таку сировину, як газ чи дрова, які постійно зростають у ціні;
високий показник СОР (Coefficient Of Performance) – коефіцієнт ефективності обігріву та EER (Energy Efficiency Ratio) – коефіцієнт ефективності охолодження. Геотермальний тепловий насос здатний перетворити з 1 кВт електрики до 6 кВт тепла, що є вигідним рішенням, отримуючи функції охолодження, опалення та ГВП (гаряче водопостачання);
у зимовий період часу мешканці будинку зможуть отримати функцію опалення, у літній – охолодження, а також незалежно від періоду року – нагрівання води для ГВП;
геотермальне опалення є безпечним та екологічним;
повністю автономна система, що дозволяє мешканцям дистанційно керувати та контролювати параметри мікроклімату у житлі.
Геотермальне опалення складається з таких основних елементів:
компресор – пристрій, який забезпечує стиск холодоагенту, щоб підвищити його тиск і температуру;
випарник – апарат, призначений для забору тепла навколишнього середовища при низькій температурі холодоагенту;
конденсатор – пристрій, принцип дії якого полягає у передачі тепла від гарячого холодоагенту до теплоносія опалювального контуру;
розширювальний клапан – терморегулюючий вентиль (ТРВ), який здатний різко знижувати тиск холодоагенту.
Геотермальний тепловий насос – це універсальний пристрій, який здатний виконати 3 функції: опалення, охолодження та ГВП, при цьому не дивлячись на період року та температуру навколишнього середовища. Виходячи з цього, свердловина виконує функцію як холоду, так і тепла, працюючи як конденсатор або випарник у тому чи іншому випадку. Відповідно до цього, в літній період часу, коли тепловий насос працює на охолодження будинку, відбувається забір тепла з житла та транспортується під землю. Під землею відбувається процес охолодження теплоносія за рахунок стабільної температури землі, яка є нижчою за теплоносій. Після цього охолоджений теплоносій транспортується у внутрішній блок теплового насоса і відбувається процес охолодження житла.
Розглянемо принцип дії геотермального теплового насоса, що виконує опалення будинку:
Кипіння холодоагенту
Як ми вже говорили раніше, температура ґрунту під землею є постійною у будь-яку пору року і становить +12°С. При цьому встановивши вертикальні зонди, маємо постійну циркуляцію теплоносія у вигляді розсолу (незамерзаюча рідина). Таким чином, теплоносій забирає тепло землі та транспортується у випарник. У випарнику розсіл, вже нагрітий до максимально можливої температури при циркуляції занурювальних зондів, стикується з холодоагентом нижчої температури. Виходячи з цього, тепло від більш нагрітого теплоносія передається менш нагрітому холодоагенту. Після чого холодоагент переходить із рідкого стану в газоподібний.
Стиснення холодоагенту
Холодоагент надходить у компресор, де відбувається його стиск, при цьому підвищується температура і тиск фреону.
Конденсація
Холодоагент з високою температурою надходить у конденсатор, де відбувається передача тепла від холодоагенту до опалювальних контурів. На цьому етапі холодоагент змінює свій агрегатний стан, переходячи з газу в рідину.
Розширення
Хладагент проходить через ТРВ, де його температура та тиск знижуються. Після цього цикл повторюється до того часу, поки система опалення та ГВП не отримають необхідний обсяг тепла.
Залишіть заявку, спеціалісти компанії підберуть оптимальну систему для вашого житла
Перш за все, перед тим як розпочати монтаж системи опалення на базі геотермального теплового насоса, необхідно виконати підбір геотермального поля. Підбір здійснюється за принципом: 1 погонний метр труби може приблизно зняти 40 Вт теплової енергії.
Наприклад, зробивши теплорозрахунки, вибрали потужність геотермального теплонасоса, що дорівнює 10000 Вт. Щоб дізнатися довжину контуру необхідно поділити потужність теплового насоса на кількість тепла з погонного метра. Таким чином, 10000/40 = 250 метрів труби. Так як в середньому одна свердловина бурить у районі 70 метрів, то 250/70 = 3,6, округляючи у велику сторону отримаємо 4 свердловини.
Всі труби, які розташовуються від свердловини до котельні, повинні бути оснащені власним манометром і після чого зводяться в колектор. *Манометр необхідний для вимірювання тиску рідини. У разі падіння тиску, манометр покаже низькі показники, відповідно до чого, свердловину перекривають, оскільки вона вважається недійсною.
Геотермальний тепловий насос здатний працювати як на функцію опалення, так і на функцію охолодження.
Режим опалення.
У зимовий період часу, коли на конструкцію будівлі впливають низькі температури та приміщення починає остигати, геотермальний тепловий насос включається на функцію обігріву будинку. Таким чином, із будинку забирається холод, який транспортується тепловим насосом у землю. Після чого тепло, яке є у землі, забирається через спеціальний теплообмінник. Далі, завдяки компресору, відбувається догрівання теплоносія до оптимальної температури та його транспортування до приміщення. Важливо, що невід'ємною частиною при реалізації системи геотермального опалення є правильність розміщення свердловин. Так як при включенні теплового насоса на режим тепла пристрій постійно транспортує більш прохолодний теплоносій в свердловину, щоб надалі його нагріти і отримати в будинку тепло. Згодом земля починає охолоджуватись і з +12°С температура може опуститися до 0°С. Тому прийнятна відстань між свердловинами повинна бути не менше 6 метрів, щоб уникнути нашарування свердловин і поява вимерзання землі. Впроваджуючи свердловини на відстані 6 метрів один від одного, відбуватиметься регенерація землі, тобто грунт встигатиме відтавати або нагріватися.
Режим охолодження.
У літній період, щоб у приміщенні був необхідний для людини мікроклімат, геотермальний тепловий насос працює на систему охолодження. Таким чином, із приміщення забирається тепло та транспортується в землю. Як ми згадували раніше, в зимовий період із землі забиралося тепло і накопичувався холод. Виходячи з цього, енергія холоду, яка накопичувалася весь зимовий період у землі, транспортується через теплообмінник та передається приміщенню.
Встановлення геотермального насоса з горизонтальним теплообмінником підходить для будинків, що розташовані на великих ділянках. Так як площа труб, розташованих під землею, може бути набагато більшою, ніж розмір житла, що опалюється. Укладання труб відбувається на рівні 1,5 метрів від землі. Тому, основними недоліками є:
для розміщення горизонтального теплообмінника необхідно провести досить великий обсяг земляних робіт. У випадку коли площі для прокладання труб недостатньо, наші фахівці пропонують розмістити вертикальний теплообмінник;
неефективна система, оскільки земля не встигає регенеруватися, відповідно може відбуватися її вимерзання;
неможливо зробити насадження рослин, оскільки грунт буде гарячим або холодним, що є непродуктивним з точки зору їх зростання.
Вертикальний теплообмінник є найпопулярнішим варіантом для підземного опалення будинку. Для установки теплообмінника необхідно пробурити свердловину. Після цього відбувається використання занурювального зонда, де циркулює розчин незамерзаючої рідини, яка поглинає геотермальну енергію. Завдяки теплообміннику відбувається передача енергії у фреоновий контур теплового насоса. Опалення геотермальним насосом є довговічнім, надійним та відрізняється наявністю постійного теплового режиму порядку +12°С.
Установка теплообмінника проводиться у водоймище, де надалі використовується теплова енергія води. Монтаж контуру труб здійснюється глибше за зону промерзання. Основною перевагою водорозміщеного теплообмінника є те, що немає потреби проводити складні земляні роботи для встановлення занурювальних зондів. Однак, суттєвим недоліком є необхідність постійного доступу до водойми для розміщення теплообмінника, який повинен знаходитись неподалік будинку. Оскільки, чим далі від водяного теплового насоса знаходиться водоймище, то нижче ККД агрегату.
Реалізація геотермальної опалювальної системи є досить дорогим рішенням, оскільки необхідно виконати ряд земляних робіт та грамотно провести монтаж. Але важливо відзначити, що фінансові вкладення з боку замовника у монтаж геотермального опалення швидко компенсуються завдяки низьким експлуатаційним витратам на утримання тепла, холоду та ГВП.
Вартість геотермальної системи опалення під ключ залежить від кількох пунктів:
Під кожну оселю вартість розраховується індивідуально. Наприклад, ціна геотермальної системи опалення для будинку 250 м2 починатиметься від 25 000 доларів.
На сьогоднішній день геотермальна система опалення окупиться за 6 років за наявності таких факторів:
Щоб приблизно розрахувати терміни окупності енергоефективних рішень, порівняємо вартість експлуатації систем на геотермальному тепловому насосі та газовому котлі. Для цього скористаємося техніко-економічним аналізом інженерів Альтер Ейр для одного з будинків площею 550 м2.
Параметр | Значення |
---|---|
Опалювальна площа будинку | 550 м2 |
Теплова потужність системи опалення | 26,00 кВт |
Холодильна потужність системи охолодження, Qсх | 27,00 кВт |
Проєктна температура найхолоднішого п'ятиденного періоду, tзовн.5 | –22°С |
Розрахункова температура внутрішнього повітря, t в | 22°С |
Середня температура опалювального періоду, t о.п. | –0,1°С |
Тривалість опалювального періоду Z о.п. | 176 діб |
Кількість градусо-діб Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.) | 3890 град.-діб |
Добове споживання води на ГВП | 0,65 м3 |
Температура горячої води | 45°С |
Теплотворна здатність природного газу | 8 кВт м3 |
Денний тариф "Київоблєнерго" | 1,68 либо 0,9 грн кВт/ч |
Тариф на газ для населення з 10.01.2020 р. | 6,91 грн/м3 |
Опалювальна площа будинку
Опалювальна площа будинку
Теплова потужність системи опалення
Теплова потужність системи опалення
Холодильна потужність системи охолодження, Qсх
Холодильна потужність системи охолодження, Qсх
Проєктна температура найхолоднішого п'ятиденного періоду, tзовн.5
Проєктна температура найхолоднішого п'ятиденного періоду, tзовн.5
Розрахункова температура внутрішнього повітря, t в
Розрахункова температура внутрішнього повітря, t в
Середня температура опалювального періоду, t о.п.
Середня температура опалювального періоду, t о.п.
Тривалість опалювального періоду Z о.п.
Тривалість опалювального періоду Z о.п.
Кількість градусо-діб Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.)
Кількість градусо-діб Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.)
Добове споживання води на ГВП
Добове споживання води на ГВП
Температура горячої води
Температура горячої води
Теплотворна здатність природного газу
Теплотворна здатність природного газу
Денний тариф "Київоблєнерго"
Денний тариф "Київоблєнерго"
Тариф на газ для населення з 10.01.2020 р.
Тариф на газ для населення з 10.01.2020 р.
Опалювальна площа будинку
550 м2
Теплова потужність системи опалення
26,00 кВт
Холодильна потужність системи охолодження, Qсх
27,00 кВт
Проєктна температура найхолоднішого п'ятиденного періоду, tзовн.5
–22°С
Розрахункова температура внутрішнього повітря, t в
22°С
Середня температура опалювального періоду, t о.п.
–0,1°С
Тривалість опалювального періоду Z о.п.
176 діб
Кількість градусо-діб Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.)
3890 град.-діб
Добове споживання води на ГВП
0,65 м3
Температура горячої води
45°С
Теплотворна здатність природного газу
8 кВт м3
Денний тариф "Київоблєнерго"
1,68 либо 0,9 грн кВт/ч
Тариф на газ для населення з 10.01.2020 р.
6,91 грн/м3
ТН грунт-вода
Газовий котел + мультиспліт система
Споживання тепла на місяць, кВт∙год розраховуємо за формулою: ΣQміс= 24 ∙ Qсо·S·a·b·c/(tв - tзовн5).
Qсо – теплова потужність системи опалення, кВт;
S – розрахункова кількість градусо-діб опалювального періоду;
а – коефіцієнт, що дорівнює 0,8, який враховується для громадських будівель, обладнаних приладами автоматичного зменшення теплової потужності у неробочий час;
b - коефіцієнт, що дорівнює 0,9, який враховується при використанні термостатичних клапанів з термоголовками;
с – коефіцієнт, що дорівнює 1,0, який враховується для будівель, що проєктуються без улаштування пофасадного автоматичного регулювання
Споживання тепла на місяць для нагрівання гарячої води з 10 до 45°С розраховуємо за формулою: ΣQмісГВС= 31∙ 1,163·V·(45 - 10), де V – добове спожівання ГВС, м3/доб.
Споживання холоду визначаємо з розрахунку 12-годинної роботи холодильного обладнання: ΣQмісХ= 12 ∙ 30 ∙ Qсх ∙ 0,95 ∙ (0,7травень) ∙ (0,95червень) ∙ (1,05липень) ∙ (1,0серпень) ∙ (0,7вересень).
Для фінального розрахунку вартості системи на ТН IDM віднімаємо вартість системи "ГАЗ + Мульти-спліт". 3 884 330 – 3 258 723 = 625 607.
Від вартості експлуатації системи "ГАЗ + Мульти-спліт" відбираємо вартість експлуатації системи на ТН. 107116 - 23070 = 84046.
Ділимо перший отриманий результат на другий. 625607 / 84046 = 7,44 роки.
Приблизно стільки часу знадобиться, щоб система на геотермальному тепловому насосі окупилася згідно з заданими на початку параметрами. Зрозуміло, що користуватися системою опалення ви будете набагато довше.