Вместо котла – тепловой насос

В свое время отсутствие в поселке газа и неясные перспективы по его подведению вынудили заказчика установить для теплоснабжения дома (отапливаемая площадь – 465 м², удельная тепловая нагрузка – 60 Вт/м²) жидкотопливный котел как основной источник тепла и электрический – в качестве резервного. Для нагрева воды применяли водонагреватель накопительного типа.
Уже через два года после эксплуатации этой системы, несмотря на достаточно хорошие показатели работы, владелец дома всерьез задумался о поиске альтернативного варианта. Не устраивали его следующие факторы:

• рост цен на дизельное топливо (в 2005 г. Заказчику пришлось заплатить только за отопление более 36 тыс. грн, в 2006-м – 40 тыс. грн.);
• заполнение емкости для топлива требовало личного присутствия хозяина дома и отвлекало от других дел: нужно заказать, встретить, проконтролировать сам процесс заправки;
• продукты сгорания дизельного топлива оставляли подтеки на крыше, оседали на приусадебном участке; постоянно прогорал колпак на трубе.

После аудита объекта заказчику был предложен тепловой насос мощностью 32 кВт с отбором тепла грунта вертикальными зондами, используемый как единственный теплогенератор для отопления здания и приготовления горячей воды (из расчета, что в доме проживают восемь человек).
Реализация проекта подразумевала решение ряда подзадач. К ним можно отнести:

• проведение необходимых технических расчетов для инсталляции системы;
• доставку оборудования из Германии к месту проведения работ;
• бурение скважин для размещения в грунте оборудования внешнего теплообмена;
• монтаж теплового насоса, геотермального и другого дополнительного оборудования.

После полного монтажа и запуска системы фирма взялась за проведение постоянного мониторинга ее работы с помощью средств удаленного доступа.

Установка оборудования в доме и разводка коммуникаций уличного контура были осложнены 100 %готовностью объекта как внутри, так и снаружи. Упрощало решение задачи то, что проектировщики изначально предусмотрели на объекте комбинированную (радиаторы и «теплый пол») систему отопления.

Устройство геотермального контура

Расчеты показали, что для отбора тепла из земли на участке заказчика предстояло произвести бурение шести скважин глубиной 90 м каждая. Их суммарная теплоотдача составила 24-27 кВт. Горизонтальные коммуникации, объединяющие зонды в единую систему, также участвуют в процессе теплообмена, выдавая дополнительно 700-900 Вт.

Для устройства зондов заказчиком были выбраны лужайки перед домом размером 7х20 м (здесь разместили четыре скважины) и 5х20 м (две скважины). Бурение скважин велось вращательным методом с промывкой. Все буровые работы выполнялись профильным предприятием.

Несмотря на отработанную схему производства этих работ в европейских странах, следует отметить, что применение подобной технологии у нас затруднено. Причина – отсутствие буровой техники с необходимыми качественными характеристиками и применяемых в процессе бурения специальных составов. Потребовалось искать пути преодоления данной проблемы.

После завершения бурения скважин в них установили специальные Г-образные в основании (конструкция «подошвы» запатентована фирмой-изготовителем) геотермальные зонды фирмы Stiiwa (Германия), выполненные  из полиэтиленовой трубы (ПЕ 100, SDR11 / 1.6 МПа). Надежность и долговечность подземной части теплонасосной установки имеют особенное значение. Выбранные зонды соответствовали этому условию, в том числе благодаря перечисленным ниже моментам:

• система полностью собрана из пластмассы, поэтому не подвержена коррозии;
• соединение элементов выполнено в заводских условиях методом сварки;
• в конструкции использованы морозо- и термостойкие (температурные границы от -30 до +70 (градусов по С) в зависимости от компонента), а также ударопрочные элементы:
• качество компонентов подтверждено Южно-немецким центром пластмасс Sididdeutsche Kunststolf-Zentrum, SKZ);
• каждый зонд сертифицирован изготовителем.

В результате достигаются оптимальные показатели по надежности системы, гарантирующие, кроме прочего, защиту подземных вод от попадания в них теплоносителя.

Сразу после установки зонда в скважину происходит его опрессовка, после чего межтрубное пространство скважины и установленного зонда заполняют специальным составом. Это обеспечивает герметичное и долговременное, физически стабильное сопряжение геотермального зонда с окружающими породами и гарантирует хорошую теплопередачу, препятствуя нарушению водоносных горизонтов.

В настоящее время всё более жесткие требования предъявляют к морозоустойчивости уплотняющего материала. Его замерзание может произойти под воздействием теплоносителя первичного контура в качестве которого используется незамерзающая жидкость. В процессе работы теплового насоса возможно охлаждение рабочей жидкости до температуры порядка -8 (градусов по С), что часто случается во время пика отопительного сезона или на установках небольшого размера. Чередование процессов замерзания и оттаивания приводит к образованию трещин или даже к разрушению уплотняющего материала.

При реализации описываемого проекта использовался уплотняющий материал фирмы Stiiwa, разработчики которого учли эту проблему. После проведения в лабораторных и практических условиях многократных испытаний было определено, что данная смесь может быть оптимизирована до достижения морозостойкости -10 (градусов по С) (более того, положительные результаты получены и при температурах, близких к -20 (градусов по С). Этого достаточно для больших установок, так как при самых неблагоприятных условиях температура циркулирующих веществ может опускаться только до -5…-8 (градусов по С).

Отметим: при монтаже контура отбора тепла из грунта следует использовать высококачественные материалы, предлагаемые производителями, специализирующимися в области геотермального оборудования. Находящиеся под землей соединения выполняются с применением электросварных муфт. Существует практика использования резьбовых соединений разнообразного типа с целью удешевления стоимости работ, однако такое решение может привести к нежелательным последствиям. Разгерметизация менее надежных соединений сведет на нет всю работу по устройству геотермального контура. А произвести заново столь значительный объем работ вряд ли окажется возможным.

Места ввода коммуникаций в дом уплотняют при помощи специальных муфт, разработанных именно для этой цели. Это решение упрощает схему производства работ и в то же время гарантирует надежную герметизацию ввода геотермального контура в дом.

В отдельных случаях для объединения геотермальных петель до ввода в здание применяют шахты, что дает возможность уменьшить количество вводимых магистралей в здание до двух («подача» и «обратка»). Шахта представляет собой колодец, выполненный из полиэтилена высокого давления и полностью готовый для монтажа системы. Внутри расположены два (на подающую и обратную магистраль) коллектора с отводами для скважин, число которых рассчитано под конкретный проект. Также предусмотрены возможность регулирования расхода потока жидкости, система удаления воздуха и закрытия при необходимости отдельных скважин. Данный элемент конструкции зарекомендовал себя с положительной стороны: особенно на начальном этапе, при запуске и диагностирования всей системы, осуществлении контроля работы скважин. Все соединения после завершения монтажа остаются доступными.

Система отопления и тепловой насос

Как сказано выше, в доме изначально была предусмотрена комбинированная система отопления (радиаторы и «теплый пол»). Суммарной мощности существующих отопительных приборов и контуров напольного отопления с запасом хватало для покрытия потребности в тепле помещений объекта: только теплоотдача радиаторов при температуре воздуха в помещении 20 (градусов по С) и параметрах теплоносителя 55/45 (градусов по С) составляла 35 кВт. При этом 70% площади дома обогревается напольным отоплением.

 

Наш Строительный Блог