Если в качестве источника тепла предполагается использовать теплонасос, то систему отопления нужно рассчитать особенно тщательно. Без предварительно разработанного проекта отопления такая система обречена на неоправданно высокие инвестиции либо на высокие эксплуатационные расходы. Проект системы отопления является частью строительного проекта. Большинство проектов разрабатываются под газовое оборудование, но если заказчик планирует отапливаться тепловым насосом, то проект требует адаптации.
Адаптацию лучше всего поручить специалисту, который занимался выполнением строительного проекта. Если адаптация производится другими лицами или организациями, то они должны иметь соответствующую лицензию. Компания, которая берется осуществлять монтаж системы отопления, предоставляет рабочий проект.
Необходимо также рассчитать потребность дома в тепловой энергии с учетом теплопотерь через все ограждающие конструкции и вентиляцию. В случае установки теплового насоса этот расчет должен быть очень точным. При установке газового оборудования общие теплопотери здания зачастую завышаются, поскольку некоторый запас мощности котла не сильно скажется на стоимости системы отопления в целом. В случае с тепловым насосом ситуация иная – каждый лишний киловатт будет пропорционально повышать стоимость системы.
Рабочий проект системы отопления с тепловым насосом должен включать в себя:
- схему автоматической регулировки, включающую информацию о расположении датчиков, электрических контактов, виды труб и их диаметр; а также гидравлическую схему;
- полный список устройств и резервуаров, насосов, расширительных баков, устройств автоматической регулировки;
- схему расположения основного оборудования, датчиков, насосов, регуляторов, труб системы отопления.
Масштабные проекты с теплонасосом требуют еще и наличия монтажного проекта, исключающий любую «самодеятельность» исполнителей.
Об источнике тепла
Система отопления во многом зависит от типа используемого низкопотенциального источника тепла. Таким источником может быть воздух, вода из водоемов или грунт.
Воздух. Воздушные теплонасосы, т.е. те, которые используют тепловой потенциал наружного воздуха, очень популярны в странах с умеренным климатом и мягкими зимами. Но это не означает, что существует определенная географическая широта, за которой воздушные теплонасосы можно не рассматривать. Многое в данном случае зависит от типа отопительной системы, в частности, является ли теплонасос в ней единственным источником тепла или вспомогательным.
Тепловой насос, использующий для отбора тепла воздух, может быть установлен как внутри дома, так и за его пределами. Если теплонасос устанавливается внутри, то на стадии проектирования должны быть предусмотрены воздушные каналы для забора и выброса воздуха.
В процессе работы теплового насоса неизбежны вибрации оборудования, которые способны передаваться конструкции дома. Существует мнение, что такие вибрации способны негативно сказываться на целостности конструкции, поэтому необходимо их минимизировать. Для этого рекомендуется устанавливать теплонасос на первом этаже здания, где под ним будет согласно проекту выполнен фундамент, по весу не меньше, веса насоса. На этот фундамент сначала устанавливается плита из рифленой резины, а уже на нее сам насос. При внутренней установке теплонасоса также потребуется дренаж, в который будет сливаться конденсат, образующийся при падении наружной температуры воздуха ниже +5°С.
При наружном расположении воздушного теплонасоса особое внимание следует уделить направлению установки выпускного патрубка. Этот патрубок должен быть расположен на безопасном расстоянии от стен дома, на которые может попадать влага. Образующийся конденсат удобнее всего отводить в ливневую или бытовую канализацию, которая должна быть подведена к насосу. Если конденсат будет выливаться неорганизованно, то возможно намокание фундамента и цоколя дома.
Система отопления с воздушным теплонасосом в обязательном порядке должна включать в себя также и буферный бак, который выполняет функцию накопителя тепловой энергии и поставляет необходимое количество тепла для размораживания испарителя.
Грунт. Температура грунта в холодное время года всегда выше, чем у воздуха. Это дает возможность получать тепловую энергию более эффективно. Грунтовые теплообменники бывают двух типов – горизонтальные и вертикальные. И те, и другие выполняются согласно теплотехническим расчетам, которые делают квалифицированные специалисты. Сложность таких расчетов состоит в том, что необходимо подобрать сразу несколько взаимозависимых параметров: диаметр труб, их длина, дистанция между витками, глубина закладки и т.д. Чем эффективнее будет теплообменник, тем дешевле окажется вырабатываемое тепло. Немаловажным исходным параметром при таком расчете является полезная теплоотдача грунта. Ошибки в расчетах грунтового теплообменника могут привести как к его неэффективности, так и к переохлаждению грунта, а впоследствии и к его вымораживанию. В связи с этим целесообразно немного «занижать» теплоотдачу почвы, считая, что она не превышает 20 Вт/м².
Вертикальные теплообменники экономят место на участке и сокращают земляные работы до создания точечных скважин. Такие теплообменники известны еще как грунтовые зонды. При их выполнении рекомендуется исходить из расчета получения 40-50 Вт тепловой энергии от каждого метра трубы. Между вертикальными зондами глубиной 30 метров необходимо оставлять дистанцию не менее 5 метров, а при глубине зонда 100 м – дистанцию следует удвоить. Не смотря на то, что по мере углубления теплоотдача грунта растет, максимальная глубина зондов ограничена 100 метрами, поскольку допустимое гидравлическое давление оборудования не должно превышать 10 бар.
Размеры грунтового теплообменника указываются производителем теплового насоса. При этом нужно учитывать регион установки данного оборудования. Например, может быть, что данные производителя касаются Европы, то они вряд ли подойдут для Сибири. В результате теплонасос для выработки необходимого количество тепловой энергии должен будет работать с более короткими интервалами и тратить при этом много электроэнергии.
Считается, что в норме общее время работы компрессора теплового насоса не должно превышать 2400 часов в год при потребностях в теплоэнергии до 120 кВт•ч/м². Если придерживаться данного норматива, то вероятно возрастут инвестиционные расходы, зато снизится риск преждевременной поломки оборудования.
Вода. С точки зрения эксплуатационных расходов системы отопления с теплонасосом, использующим в качестве низкопотенциального источника тепла открытые воды, являются наиболее выгодными. Но таковыми они будут только при соблюдении ряда условий:
- вода источника должна отвечать требованиям производителя теплонасоса. Необходимо сделать химический и биологический анализ воды, и на его основании принимать решение;
- вода не должна содержать механические включения, способные увеличить сопротивление протока через испаритель;
- температура воды низкопотенциального источника не должна падать ниже +7°С;
- контур водяного теплообменника должен быть закрытым, исключающим контакт с воздухом.
Недорогое решение – использовать грунтовые воды из колодца, сбрасывая «отработанную» воду в приемный колодец. Абсорбционная способность последнего должна соответствовать предполагаемым объемам сброса воды при интенсивной работе теплонасоса. Желательно не использовать забранную воду для непосредственного отбора низкопотенциального тепла, а использовать для этого т.н. входной теплообменник. Такое решение значительно увеличивает ресурс испарителя. Еще лучше установить два входных теплообменника, чтобы иметь возможность чистить один из них без отключения оборудования.
Температура воды в колодце остается стабильной на протяжении всего времени и составляет около 8°С, что вполне удовлетворяет условиям эффективной работы водяного теплонасоса. В контуре испарителя должен циркулировать антифриз. Очень часто там находится солевой раствор.
Существуют тепловые насосы, которые предназначены для использования воды из централизованного водопровода. В сооружении системы с такими насосами обходятся дешевле грунтовых или водяных, поскольку не нужны земляные работы и рытье скважин или колодцев. К тому же, в теплонасос будет поступать уже подготовленная вода. Но одним из требований использования водопроводной воды является наличие гигиенических сертификатов на все элементы системы, контактирующие с питьевой водой, что повышает инвестиционную стоимость оборудования.
В заключение, скажу несколько слов о целесообразности теплонасосов. Они тем больше выгодны, чем меньшую температуру теплоносителя должны обеспечивать и чем выше температура низкопотенциального источника тепла. Реальной экономии можно добиться при совмещении теплонасоса с системой отопления «теплый пол», максимальная температура теплоносителя в котором не превышает 40°С.
Автор текста: М. Тамилин
