Геотермальная система отопления являет собой вид отопления, в котором источником энергии выступает земля.
Геотермальный тепловой насос отбирает тепло из земли, средняя температура которой является стабильной на протяжении всего года и равная +12°С. В сравнении с геотермальным тепловым насосом, воздушный тепловой насос является менее устойчивым к температуре, поскольку температура внешнего воздуха постоянно колеблется, соответственно, находится в диапазоне от -22°С до +6°С.
Геотермальное отопление являет собой низкотемпературную систему, поэтому для ее реализации необходимо выполнить размещение системы теплых полов по максимально возможной площади дома.
Прежде всего, теплый пол – это комфорт для человека, так как обогрев помещения происходит равномерно по всей его площади. Однако стоит отметить, что теплый пол не является полноценной системой отопления, а считается константой для реализации системы на базе теплового насоса.
Температура пола должна находиться в диапазоне от +24°С до +26°С, что является комфортной температурой для стопы человека.
Важно отметить, что система теплого пола имеет высокую тепловую инерцию. Это означает, что для системы необходимо обеспечить длительное время нагрева и охлаждения его поверхности. Таким образом, при постоянных перепадах температур, что актуально для украинского микроклимата, теплый пол сильно нагреется и не сможет быстро опустить свою температуру, что создаст дискомфорт для стопы человека.
Поэтому, чтобы предотвратить появление данной ситуации, необходимо установить дополнительные устройства:
Фанкойлы – эффективное устройство, которое способно отдавать холод или тепло, в зависимости от времени года.
Внутрипольные конвекторы – прибор, основной функцией которого является обогрев помещения. Однако, если вы приобретете внутрипольные конвекторы бренда Kampmann HK, они предоставят жильцам функцию охлаждения в летний период времени.
Радиаторы – устройство, принцип действия которого заключается в обогреве жилья.
Наиболее рациональный вариант использования теплового насоса будет в тандеме с фанкойлами, что позволит получать тепло и прохладу, зависимо от времени года. Фанкойлы славятся своей работой, так как способны быстро генерировать тепло или холод. Специалисты компании Альтер Эйр рекомендуют следующие бренды фанкойлов, которым мы доверяем: IDM; Vaillant; Stiebel Eltron.
Функция холода в геотермальном тепловом насосе может быть двух видов:
Также для пассивного охлаждения дома можно использовать систему холодных стен и потолка, где происходит охлаждение самой поверхности. Данная система имеет сходство с системой теплого пола, только по трубопроводам происходит циркуляция не теплого теплоносителя, а холодного. При этом необходимо отметить, что пассивное охлаждение, используя холодные стены и потолок, рационально применять, когда наружная температура воздуха составляет менее +26°С. Как показывает практика, средняя температура в летний период времени составляет +21°С, соответственно, при такой температуре жильцы смогут получить эффективную работу системы холодных стен и потолка. Однако при этом необходимо выполнить следующие пункты:
высокий уровень энергоэффективности жилья;
наличие системы вентиляции с рекуперацией тепла;
установлены качественные стеклопакеты.
Но при реализации системы нужно соблюдать температурный режим подачи воды, влажность, дабы избежать появления конденсата на стенах или потолке, поскольку это может привести к появлению плесени.
В случае, когда наружная температура воздуха составляет +30°С, то температура воздуха в помещении будет приблизительно +27°С. Исходя из этого, пассивное охлаждение не сможет предоставить жильцам оптимальную температуру в помещении, поэтому дабы полноценно охлаждать помещение необходимо воспользоваться фанкойлами (активное охлаждение).
Отопление из земли имеет следующие недостатки:
необходимо внести достаточно весомые капиталовложения для реализации системы на базе геотермального теплового насоса;
нецелесообразно применять в домах, площадь которых составляет менее 200 м2. Для таких домов лучшим вариантом, относительно затрат и монтажа, является установка теплового насоса «воздух-вода».
Геотермальное отопление имеет много преимуществ:
экономически выгодное устройство, поскольку вам не придется покупать такое сырье, как газ или дрова, которые постоянно возрастают в цене;
высокий показатель СОР (Coefficient Of Performance) – коэффициент эффективности обогрева и EER (Energy Efficiency Ratio) – коэффициент эффективности охлаждения. Геотермальный тепловой насос способен преобразовать с 1 кВт электричества до 6 кВт тепла, что является выгодным решением, получая функции охлаждения, отопления и ГВС (горячее водоснабжение);
зимой жильцы дома смогут получить функцию отопления, в летний – охлаждения, а также, независимо от периода года, – нагрев воды для ГВС;
геотермальное отопление является безопасным и экологичным;
полностью автономная система, что позволяет жильцам дистанционно контролировать параметры микроклимата в жилье.
Геотермальное отопление состоит из следующих основных элементов:
компрессор – устройство, которое обеспечивает сжатие хладагента, дабы повысить его давление и температуру;
испаритель – аппарат, предназначен для забора тепла окружающей среды при низкой температуре хладагента;
конденсатор – устройство, принцип действия которого заключается в передаче тепла от горячего хладагента к теплоносителю отопительного контура;
расширительный клапан – терморегулирующий вентиль (ТРВ), который способен резко понижать давление хладагента.
Геотермальный тепловой насос – это универсальное устройство, которое способно выполнить 3 функции: отопление, охлаждение и ГВС, при этом не смотря на период года и температуру окружающей среды. Исходя из этого, скважина выполняет функцию как холода, так и тепла, работая в качестве конденсатора или испарителя в том или ином случае. Соответственно этому, в летний период времени, когда тепловой насос работает на охлаждение дома, происходит забор тепла из жилья и транспортируется под землю. Под землей происходит процесс охлаждения теплоносителя за счет стабильной температуры земли, которая является ниже, чем теплоноситель. После чего охлажденный теплоноситель транспортируется во внутренний блок теплового насоса и происходит процесс охлаждения жилья.
Рассмотрим принцип действия геотермального теплового насоса, выполняющего обогрев дома:
Кипение хладагента
Как мы уже говорили ранее, температура грунта под землей является постоянной в любое время года и составляет +12°С. При этом, установив вертикальные зонды, имеем постоянную циркуляцию теплоносителя в виде рассола (незамерзающая жидкость). Таким образом, теплоноситель забирает тепло земли и транспортируется в испаритель. В испарителе рассол, уже нагретый до максимально возможной температуры при циркуляции по погружным зондам, стыкуется с хладагентом более низкой температуры. Исходя из этого, тепло от более нагретого теплоносителя передается менее нагретому хладагенту. После чего хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное.
Сжатие хладагента
Хладагент поступает в компрессор, где происходит его сжатие, при этом повышается температура и давление фреона.
Конденсация
Хладагент с высокой температурой поступает в конденсатор, где происходит передача тепла от хладагента к отопительным контурам. На данном этапе хладагент меняет свое агрегатное состояние, переходя из газа в жидкость.
Расширение
Хладагент проходит через ТРВ, где его температура и давление снижаются. После чего цикл повторяется до того времени, пока система отопления и ГВС не получат необходимый объем тепла.
Оставьте заявку, специалисты компании подберут оптимальную систему для вашего жилья
Прежде всего, перед тем как приступить к монтажу системы отопления на базе геотермального теплового насоса, необходимо выполнить подбор геотермального поля. Подбор осуществляется по принципу: 1 погонный метр трубы приблизительно может снять 40 Вт тепловой энергии.
К примеру, сделав теплорасчеты, выбрали мощность геотермального теплонасоса равной 10000 Вт. Для того, чтобы узнать длину контура необходимо поделить мощность теплового насоса на количество тепла с погонного метра. Таким образом, 10000/40 = 250 метров трубы. Так как в среднем одна скважина бурится в районе 70 метров, то 250/70 = 3,6, округляя в большую сторону получим 4 скважины.
Все трубы, которые располагаются от скважины до котельной должны быть оснащены собственным манометром и после чего сводятся в коллектор. Манометр необходим для того, чтобы измерить давление жидкости. В случае падения давления, манометр покажет низкие показатели, соответственно чему, скважину перекрывают, так как она считается недействительной.
Геотермальный тепловой насос способен работать как на функцию отопления, так и на функцию охлаждения.
Режим отопления.
В зимний период времени, когда на конструкцию здания воздействуют низкие температуры и помещение начинает остывать, геотермальный тепловой насос включается на функцию обогрева дома. Таким образом, из дома забирается холод, который транспортируется тепловым насосом в землю. После чего, тепло, которое присутствует в земле, забирается через специальный теплообменник. Далее, благодаря компрессору, происходит догрев теплоносителя до оптимальной температуры и его транспортировка в помещение. Важно отметить, что неотъемлемой частью при реализации системы геотермального отопления является правильность размещения скважин. Так как при включении теплового насоса на режим тепла, устройство постоянно транспортирует более прохладный теплоноситель в скважину, дабы в дальнейшем его нагреть и получить в доме тепло. Со временем земля начинает охлаждаться и с +12°С температура может опустится до 0°С. Поэтому, приемлемое расстояние между скважинами должно быть не менее 6 метров, чтобы избежать наслаивание скважин и появление вымерзания земли. Внедряя скважины на расстоянии 6 метров друг от друга, будет происходить регенерация земли, то есть грунт будет успевать оттаивать или нагреваться.
Режим охлаждения.
В летний период времени, чтобы в помещении был необходимый для человека микроклимат, геотермальный тепловой насос работает на систему охлаждения. Таким образом, из помещения забирается тепло и транспортируется в землю. Как мы упоминали ранее, в зимний период времени из земли забиралось тепло и накапливался холод. Исходя из этого, энергия холода, которая накапливалась весь зимний период времени в земле, транспортируется через теплообменник и передается помещению.
Установка геотермального отопления с горизонтальным теплообменником подходит для домов, которые расположены на больших участках. Так как площадь труб, расположенных под землей, может быть намного больше, чем размер отапливаемого жилья. Укладка труб происходит на уровне 1,5 метра от земли. Поэтому, основными недостатками являются:
для размещения горизонтального теплообменника необходимо провести достаточно большом объем земляных работ. В случае, когда площади для прокладки труб недостаточно, наши специалисты предлагают разместить вертикальный теплообменник;
неэффективная система, поскольку земля не успевает регенерироваться, соответственно, может происходить ее вымерзание;
невозможно произвести насаждение растений, поскольку почва будет горячей или холодной, что является непродуктивным с точки зрения их роста.
Вертикальный теплообменник является наиболее популярным вариантом для подземного отопления дома. Для установки данного теплообменника необходимо пробурить скважину. После чего происходит внедрение погружного зонда, где циркулирует раствор незамерзающей жидкости, которая поглощает геотермальную энергию. Благодаря теплообменнику происходит передача энергии в фреоновый контур теплового насоса. Отопление геотермальным насосом обладает несколькими преимуществами - это долговечность, надежность, а также наличие постоянного теплового режима порядка +12°С.
Установка теплообменника производится в водоем, где в дальнейшем используется тепловая энергия воды. Монтаж контура труб осуществляется глубже зоны промерзания. Основным преимуществом водоразмещенного теплообменника является то, что нет необходимости проводить сложные земляные работы для установки погружных зондов. Однако, существенным недостатком является необходимость постоянного доступа к водоему для размещения теплообменника, который должен находиться недалеко от дома. Поскольку, чем дальше от водяного теплового насоса находится водоем, тем ниже КПД агрегата.
Реализация геотермальной отопительной системы является достаточно дорогостоящим решением, поскольку необходимо выполнить ряд земляных работ и грамотно провести монтаж. Но важно отметить, что финансовые вложения со стороны заказчика в монтаж геотермального отопления быстро компенсируются, благодаря низким эксплуатационным расходам на содержание тепла, холода и ГВС.
Стоимость геотермальной системы отопления под ключ зависит от нескольких пунктов:
глубина и количество скважин;
бурение скважин;
длина прокладки и выбранный геотермальный контур (вертикальный или горизонтальный);
выбранные дополнительные устройства: внутрипольные конвекторы, фанкойлы или радиаторы;
проведение монтажа и наладка системы отопления;
выбранный бренд оборудования.
Под каждый дом стоимость рассчитывается индивидуально. Например, цена геотермальной системы отопления для дома 250 м2 будет начинаться от 25 000 долларов.
На сегодняшний день геотермальная система отопления окупится за 6-8 лет при наличии таких факторов:
Чтобы примерно рассчитать сроки окупаемости энергоэффективных решений, сравним стоимость эксплуатации систем на геотермальном тепловом насосе и газовом котле. Для этого воспользуемся технико-экономическим анализом инженеров Альтер Эйр для одного из домов площадью 550 м2.
Параметр | Значение |
---|---|
Отопительная площадь дома | 550 м2 |
Тепловая мощность системы отопления | 26,00 кВт |
Холодильная мощность системы охлаждения, Qсх | 27,00 кВт |
Расчетная температура температура самой холодной пятидневки, tзовн.5 | –22°С |
Расчетная температура внутреннего воздуха, t в | 22°С |
Средняя температура отопительного периода, t о.п. | –0,1°С |
Длительность отопительного периода Z о.п. | 176 суток |
Количество градусо‐суток Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.) | 3890 град.-сут |
Суточное потребление воды на ГВС | 0,65 м3 |
Температура горячей воды | 45°С |
Теплотворная способность природного газа | 8 кВт м3 |
Дневной тариф "Киевоблєнерго" | 1,68 либо 0,9 грн кВт/ч |
Тариф на газ для населения с 10.01.2020 г | 6,91 грн/м3 |
Отопительная площадь дома
Отопительная площадь дома
Тепловая мощность системы отопления
Тепловая мощность системы отопления
Холодильная мощность системы охлаждения, Qсх
Холодильная мощность системы охлаждения, Qсх
Расчетная температура температура самой холодной пятидневки, tзовн.5
Расчетная температура температура самой холодной пятидневки, tзовн.5
Расчетная температура внутреннего воздуха, t в
Расчетная температура внутреннего воздуха, t в
Средняя температура отопительного периода, t о.п.
Средняя температура отопительного периода, t о.п.
Длительность отопительного периода Z о.п.
Длительность отопительного периода Z о.п.
Количество градусо‐суток Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.)
Количество градусо‐суток Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.)
Суточное потребление воды на ГВС
Суточное потребление воды на ГВС
Температура горячей воды
Температура горячей воды
Теплотворная способность природного газа
Теплотворная способность природного газа
Дневной тариф "Киевоблєнерго"
Дневной тариф "Киевоблєнерго"
Тариф на газ для населения с 10.01.2020 г
Тариф на газ для населения с 10.01.2020 г
Отопительная площадь дома
550 м2
Тепловая мощность системы отопления
26,00 кВт
Холодильная мощность системы охлаждения, Qсх
27,00 кВт
Расчетная температура температура самой холодной пятидневки, tзовн.5
–22°С
Расчетная температура внутреннего воздуха, t в
22°С
Средняя температура отопительного периода, t о.п.
–0,1°С
Длительность отопительного периода Z о.п.
176 суток
Количество градусо‐суток Sо.п. = Zо.п. ∙ ( tв - tсер.о.п.)
3890 град.-сут
Суточное потребление воды на ГВС
0,65 м3
Температура горячей воды
45°С
Теплотворная способность природного газа
8 кВт м3
Дневной тариф "Киевоблєнерго"
1,68 либо 0,9 грн кВт/ч
Тариф на газ для населения с 10.01.2020 г
6,91 грн/м3
ТН грунт-вода
Газовый котел + мультисплит система
Потребление тепла в месяц, кВт∙ч рассчитываем по формуле: ΣQмес= 24 ∙ Qсо·S·a·b·c/(tв - tзовн5).Qсо – тепловая мощность системы отопления, кВт;
S – расчетное количество градусо-суток отопительного периода;
а – коэффициент, равный 0,8, который учитывается для общественных зданий, оборудованных приборами автоматического уменьшения теплової мощности в нерабочее время;
b – коэффициент, равный 0,9, который учитывается при использовании термостатических клапанов с термоголовками;
с – коэффициент, равный 1,0, который учитывается для зданий, что проектируются без устройства пофасадного автоматического регулирования
Потребление тепла в месяц для нагрева горячей воды с 10 до 45°С рассчитываем
по формуле: ΣQмесГВС= 31∙ 1,163·V·(45 - 10), где V – суточное потребление ГВС, м3/сут.
Потребление холода определяем из расчета 12-часовой работы холодильного оборудования: ΣQмесХ= 12 ∙ 30 ∙ Qсх ∙ 0,95 ∙ (0,7май) ∙ (0,95июнь) ∙ (1,05июль) ∙ (1,0август) ∙ (0,7сентябрь).
Для финального расчета от стоимости системы на ТН IDM отнимаем стоимость системы "ГАЗ + Мульти-сплит". 3 884 330 – 3 258 723 = 625 607.
Теперь от стоимости эксплуатации системы "ГАЗ + Мульти-сплит" отнимаем стоимость эксплуатации системы на ТН. 107 116 – 23 070 = 84 046.
Делим первый полученный результат на второй. 625 607 / 84 046 = 7,44 года.
Примерно столько времени понадобится, чтобы система на геотермальном тепловом насосе окупилась, согласно заданным в начале параметрам. Понятно, что пользоваться системой отопления вы будете гораздо дольше этого срока.