Как действуют тепловые насосы для отопления дома и какие модели лучше приобрести

Тепловой насос обогревает дом бесплатной энергией природы

В теории, отбор тепла возможен из воздуха, грунта, грунтовых вод, сточных вод (в том числе из септика и КНС), открытыъ водоёмов. На практике – для большинства случаев доказана целесообразность использования оборудования, забирающего тепловую энергию из воздуха и грунта.

Варианты с отбором тепла от септика или канализационной насосной станции (КНС) – самые заманчивые. Прогоняя через ТН теплоноситель с 15-20 °С, на выходе можно получить не менее 70 °С. Но приемлем этот вариант только для системы горячего водоснабжения. Отопительный контур снижает температуру в «заманчивом» источнике. Что ведёт к ряду неприятных последствий. Например, обмерзанию стоков; а если теплообменный контур теплового насоса размещён на стенках отстойника, то и самого септика.

Самые популярные ТН под потребности СО и ГВС – геотермальные  (использующие тепло земли) устройства. Они выделяются наилучшими эксплуатационными показателями в условиях тёплого и холодного климата, в песчаном и глинистом грунте с разным уровнем грунтовых вод. Потому что температура грунта ниже глубины промерзания почти не изменяется на протяжении всего года.

Принцип действия теплового насоса

Теплоноситель нагревается от источника низкопотенциального  (5…10 °С) тепла. Насос сжимает хладагент, температура которого при этом повышается (50…60 °С) и нагревает теплоноситель системы отопления или ГВС.

В процессе работы ТН задействованы три тепловых контура:

• наружный (система с теплоносителем и циркуляционным насосом);
• промежуточный (теплообменник, компрессор, конденсатор, испаритель, дроссельный клапан);
• контур потребителя (циркуляционный насос, тёплый пол, радиаторы; у ГВС – бак, точки водоразбора).

Сам процесс выглядит следующим образом:

 

Контур съёма тепловой энергии

1. Грунт нагревает солевой раствор.
2. Циркуляционный насос поднимает рассол в теплообменник.
3. Раствор охлаждается хладагентом (фреоном) и возвращается в грунт.

Теплообменник

1. Жидкий фреон, испаряясь, забирает тепловую энергию у рассола.
2. Компрессор сжимает хладагент, его температура резко повышается.
3. В конденсаторе фреон через испаритель отдаёт энергию теплоносителю отопительного контура и снова становится жидким.
4. Остывший хладагент, через дроссельный клапан уходит к первому теплообменнику.

Отопительный контур

1. Подогретый теплоноситель отопительной системы подтягивается циркуляционным насосом к рассеивающим элементам.
2. Отдаёт тепловую энергию воздушной массе помещения.
3. Остывший теплоноситель по обратной трубе возвращается к промежуточному теплообменнику.

Видео с подробным описанием процесса:

 

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

• Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
• Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
• С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

 

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

 

Кольцевые системы кондиционирования воздуха

Основу этих систем составляют ТНУ типа вода–воздух, выполняющие функции кондиционирования воздуха в помещениях. В помещении, где предусматривается кондиционирование воздуха (или рядом с ним) устанавливается тепловой насос, мощность которого подбирается в соответствии с параметрами помещения, его назначением, характеристиками необходимой приточно–вытяжной вентиляции, возможным количеством присутствующих людей, установленным в нем оборудованием и другими критериями.
 Все ТНУ реверсивные, то есть предназначены и для охлаждения, и для нагрева воздуха. Все они связаны общим водяным контуром — трубами, в которых циркулирует вода. Вода является одновременно и источником, и приемником тепла для всех ТНУ. Температура в контуре может изменяться в пределах от 18 до 320С. Между тепловыми насосами, которые нагревают воздух, и теми, которые охлаждают его, происходит обмен теплом посредством водяного контура. В зависимости от особенностей помещений, а также от времени года и времени суток — в разных помещениях может требоваться либо нагрев, либо охлаждение воздуха. При одновременной работе в одном здании ТНУ, производящих тепло и холод, происходит перенос тепла из помещений, где его избыток, в помещения, где его не хватает. Таким образом, происходит обмен теплом между зонами, объединенными в единое кольцо. Помимо ТНУ, выполняющих функцию кондиционирования воздуха, в состав КТНС могут входить и ТНУ другого назначения. Если на объекте имеются достаточные потребности в тепле, через кольцевую систему при помощи ТНУ можно эффективно утилизировать бросовое тепло. Например, при наличии интенсивного потока сточных вод имеет смысл установить ТНУ вода–вода, который позволит утилизировать тепло сбросов посредством КТНС. Такой тепловой насос сможет извлекать тепло из сточных вод, передавать его с помощью кольцевого контура, а затем использовать для обогрева помещений. Воздух, удаляемый из здания вытяжной вентиляцией, также содержит большое количество тепла. При отсутствии в вытяжном воздухе большого количества примесей, затрудняющих работу ТНУ, можно утилизировать тепло удаляемого воздуха, установив ТНУ воздух–вода. Через КТНС это тепло может быть использовано всеми потребителями в здании, чего трудно добиться, применяя традиционные регенераторы и рекуператоры. Кроме того, процесс утилизации в данном случае может происходить эффективнее, так как не зависит от температуры наружного воздуха, забираемого приточной вентиляцией, и от устанавливаемой температуры нагрева воздуха, нагнетаемого в помещения. Кроме того, при работе реверсивных тепловых насосов и на сточных водах и в вытяжной вентиляции, их можно использовать для удаления излишков тепла из водяного контура в теплое время года, и тем самым снижать необходимую мощность градирни. В теплое время года при помощи тепловых насосов излишки тепла в водяном контуре утилизируются через потребителей, имеющихся на объекте. Например, к кольцевой системе может быть подключен ТНУ вода–вода, передающий избыточное тепло в систему горячего водоснабжения (ГВС). На объекте с небольшими потребностями в горячей воде такого теплового насоса может быть достаточно для того, чтобы полностью их удовлетворить.Если на объекте имеется один или несколько плавательных бассейнов, например, в оздоровительных учреждениях, в домах отдыха, в развлекательных комплексах и в гостиницах, нагрев воды бассейнов можно также реализовать при помощи ТНУ вода–вода, подключив его к КТНС.

Преимущества АБТН Shuangliang Eco-Energy

АБТН Shuangliang — это оборудование с максимальным уровнем надежности и автоматизации. В нем использованы запатентованные оригинальные и эффективные конструктивные решения.

Абсорбционные тепловые насосы, как правило, имеют существенно большую установленную мощность, чем абсорбционные холодильные машины. Если единичная мощность серийных образцов АБХМ ограничиваются полутора десятками МВт, то единичная мощность серийно выпускаемых АБТН производства Shuangliang Eco-Energy достигает 100 МВт.

Технологические достижения и уникальные конструкторские решения Shuangliang Eco-Energy позволяют предлагать компактное (сравнительно с другими производителями), надежное и эффективное оборудование. 

Итоговая оценка качества АБХМ и АБТН формируется тремя показателями: продолжительность эксплуатации, надежность и эффективность (СОР). И по этим критериям продукция Shuangliang имеет наивысшие оценки.

 

6 АБТН, установленные на ТЭЦ в г. Янгкванг, Китай.
Теплопроизводительность каждого – 30 МВт, общая теплопроизводительность – 180 МВт!

Основные характеристики

При выборе оборудования из всего многообразия характеристик обратите внимание на следующие характеристики.

Основные характеристики тепловых насосов ХарактеристикиДиапазон значенийОсобенности

Тепловая мощность, кВт	До 8	Помещения площадью не более 80 – 100 м², при высоте потолка не более 3 м.
8-25	Для одноуровневых дачных домов с потолком 2.5м, площадью от 50 м²; коттеджей для ПМЖ, до 260 м².
Свыше 25	Целесообразно рассматривать для 2-3 уровневых жилых домов с потолками 2.7м;  промышленных объектов – не более 150 м², при высоте потолка в 3 и более.
Потребляемая мощность  основного оборудования (предельное потребление вспомогательных элементов) кВт/ч	От 2 (от 6)	Характеризует энергопотребление компрессора и циркуляционных насосов (тэна).
Схема работы	Воздух-воздух	Трансформированная тепловая энергия воздуха передаётся в помещение потоком прогретого воздуха через сплит-систему.
Воздух — вода	Энергия, снятая с пропущенного через прибор воздуха, передаётся теплоносителю жидкостной отопительной системы.
Рассол-вода	Передачу тепловой энергии от возобновляемого источника выполняет натриевый или кальциевый раствор.
Вода-вода	По магистрали открытого первичного контура грунтовые воды несут тепловую энергию прямо к теплообменнику.
Температура теплоносителя на выходе, °С	55-70	Показатель важен для расчёта потерь на длинном отопительном контуре и при организации дополнительной системы горячего теплоснабжения.
Сетевое напряжение, V	220, 380	Однофазные – потребляемая мощность не более 5.5 кВт, только для стабильной (малонагруженной) бытовой сети; самые дешёвые – только через стабилизатор.  Если есть сеть 380 V, то трёхфазные приборы предпочтительнее – больший диапазон мощностей,  меньше вероятность «просадить» сеть.

Сводная таблица моделей

В статье мы рассмотрели наиболее популярные модели, выявили их сильные и слабые стороны.  С перечнем моделей можете ознакомиться в следующей таблице:

Сводная таблица моделей Модель (страна производитель)ОсобенностиЦена, руб.

Тепловые насосы для отопления небольших помещений или под ГВС
1. Huch EnTEC VARIO КНР S2-E (Германия)	Система «воздух-вода»; работает от однофазной сети; выступающая конденсационная линия вставляется в бак с водой.	184 493
2. NIBE F1155-6 EXP (Швеция)	«Рассол-вода»; питание от трёхфазной сети; вариативное управление мощностью; возможность подключения дополнительного оборудования – рекуператора, разнотемпературного оборудования.	355 161
3. Fujitsu WSYA100DD6 (Япония)	Тепловой насос типа «воздух – вода» с питанием от сети 220V и функцией защиты от замерзания.	524 640
Оборудование для отопительных систем коттеджей под ПМЖ
4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Германия)	Схема «вода – вода». Для того чтобы ТН мог выдавать стабильные 62 °С теплоносителя в системе отопления, возможности комплекта из компрессора и насосов (1.5 кВт) дополняет электронагреватель мощностью в 6 кВт.	408 219
5. LG Therma V AH-W096A0 9 кВт (Корея)	На базе схемы «воздух-вода», в одном приборе, состоящим из двух блоков, реализованы потенциалы охладительного и нагревательного устройств.	275 000
6. STIEBEL  ELTRON WPF 10MS (Германия )	«рассол-вода», прибор прогревает теплоноситель для радиаторов до 60 °С, может использоваться при организации каскадных систем отопления.	323 300
7. Daikin EGSQH (Япония)	В одном корпусе с геотермальным насосом размещён накопительный бак для системы горячего водоснабжения, на 180 литров теплоносителя	1 607 830
Мощные тепловые насосы для нужд систем отопления и горячего водоснабжения
8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Германия)	Возможен отбор тепла от грунта и грунтовых вод; возможны эксплуатация в составе каскадных систем и удалённое управление; работает от трёхфазной сети.	708 521
9. DANFOSS DHP-R ECO 42  (Швеция)   9.6= 42 65 380	«рассол-вода»; управление мощностью компрессора и частотой вращения циркуляционных насосов осуществляется посредством частотной регулировки; дополнительный теплообменник; сеть – 380 V.	1 180 453
10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Германия)	схема работы «вода-вода»; встроенные насосы первичного и вторичного контура; предусмотрена возможность подключения гелиосистем.	630 125

Тепловые насосы для отопления небольших помещений или под ГВС

Предназначение – экономичное отопление жилых и вспомогательных помещений, обслуживание системы горячего водоснабжения. Самым низким потреблением (до 2 кВт) выделяются однофазные модели. Для защиты от скачков напряжения в сети им нужен стабилизатор. Надёжность трёхфазных, объясняется особенностями сети (нагрузка распределяется равномерно) и присутствием собственных защитных цепей, предотвращающих повреждение устройства при перепадах напряжения. Оборудование этой категории не всегда справляется с одновременным обслуживанием системы отопления и контура горячего водоснабжения.

1. Huch EnTEC VARIO КНР S2-E (Германия) – от 184 493 руб.

Huch EnTEC VARIO самостоятельно не эксплуатируется. Только в связке с накопительным баком системы горячего водоснабжения. ТН подогревает воду для санитарных нужд, охлаждая воздух в помещении.

 

Из преимуществ – небольшое энергопотребление прибора, приемлемая температура воды в контуре ГВС и функция очистки системы (периодическим кратковременным нагреванием до 60 °С) от патогенных бактерий, развивающихся во влажной среде.

Минусы в том, что прокладки, фланцы и манжету, надо докупать отдельно. Обязательно оригинальные, иначе будут потёки.

При расчёте необходимо помнить, что устройство прокачивает 500 м³ воздуха в час, поэтому минимальная площадь помещения, в котором установлен Huch EnTEC VARIO, должна быть не менее 20 м², при высоте потолка в 3 и более метра.

Основные характеристики Huch EnTEC VARIO КНР S2-E ХарактеристикиаЗначение

Схема работы	Воздух — вода
Тепловая мощность, кВт	3.2
Потребляемая электроэнергия, кВт/ч (сеть)	1.9 (220)
Температура теплоносителя  на выходе, °С	55
Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С	+7…+35
Хладагент, тип	R134А
Вес, кг	31

2. NIBE F1155-6 EXP (Швеция) – от 355 161 руб.

Модель заявлена, как «интеллектуальное» оборудование, с автоматической настройкой под потребности объекта. Внедрена инверторная схема питания компрессора – появилась возможность настраивать выходную мощность.

 

Присутствие такой функции при малом числе потребителей (точки водоразбора, радиаторы отопления), делает отопление небольшого дома более выгодным, чем в случае с обычным, неинверторным ТН (у которых нет плавного пуска компрессора и выходная мощность не регулируется).  Потому что у NIBE, при малых значениях мощности, тэны включаются редко, а собственное максимальное потребление теплового насоса – не более 2 кВт.

В условиях небольшого объекта шум (47 ДБ) не приемлем. Оптимальный вариант установки – отдельное помещение. Обвязку размещать на стенах не примыкающим к комнатам для отдыха.

Основные характеристики NIBE F1155-6 EXP ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Рассол — вода
Тепловая мощность, кВт	4-16
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	380 / 1.9 / 9
Температура теплоносителя  на выходе, °С	65
Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С	0… +35
Хладагент, тип	R 407C
Вес, кг	185

3. Fujitsu WSYA100DD6 (Япония) – от 524 640 руб.

«Из коробки» работает только на нагрев в одном контуре. Опционально предлагается комплект для подключения второго контура, с возможностью независимой настройки для каждого. Но сам тепловой насос рассчитан на систему отопления  помещения до 100 м², с высотой потолка не более 3 метров.

 

В списке преимуществ – небольшие габариты, работа от бытовой электросети, регулировка температуры на выходе 8…55 °С, что по замыслу производителя должно было как-то повлиять на комфорт и точность управления подключенными системами.

Но всё перечеркнула низкая мощность. В нашем климате, отапливая заявленные 100 м², устройство будет работать на износ. Что подтверждают частые переходы устройства в «аварийный» режим, с отключением помпы и ошибками на дисплее. Случай не гарантийный. Исправляется перезапуском оборудования.

«Аварии» влияют на расход электроэнергии. Потому что когда умолкает компрессор, в работу включается тэн. Поэтому совместное подключение контуров СО и тёплого пола (или ГВС) допустимо на объекте площадью не более 70 м².

Основные характеристики Fujitsu WSYA100DD6 ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Воздух — вода
Тепловая мощность, кВт	6
Потребляемая электроэнергия, кВт/ч (сеть)	2.04 (220)
Температура теплоносителя  на выходе, °С	60
Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С	-20… +35
Хладагент, тип	R410A
Вес, кг	42

Оборудование для отопительных систем типовых коттеджей под ПМЖ

Здесь представлены геотермальные, воздушные и водяные (снимающие тепловую энергию с грунтовых вод) устройства. Заявленной выходной мощности (не менее 8 кВт) достаточно чтобы обеспечить теплом все потребительские системы дачных (и ПМЖ) домов. У многих тепловых насосов этой категории есть режим охлаждения. Внедрённые инверторные схемы питания отвечают за плавный пуск компрессора, из-за его плавной работы снижается дельта (разница температур) теплоносителя. Выдерживается оптимальный режим работы контура (без лишних перегревов и выхолаживаний).   Что позволяет снизить расход электроэнергии во всех режимах работы ТН. Наибольший экономический эффект – в устройствах «воздух-воздух».

4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Германия) – от 408 219 руб.

Использование воды из скважины в качестве теплоносителя первого контура (только VWW) позволило упростить конструкцию и снизить цену ТН без потери в производительности.

 

Устройство отличается малым энергопотреблением в основном режиме работы и низким уровнем шума.

Минус Vaillant  – требовательность к воде (известные случаи повреждения подающей магистрали и теплообменника соединениями железа и марганца); следует исключить работу с солесодержащими водами. Ситуация не гарантийная, но если монтаж выполняли специалисты сервисного центра, то есть кому выставлять претензии.

Необходимо сухое, непромерзаемое помещение, объёмом не менее 6.1 м³ (2.44 м² при потолке 2.5 м). Каплеобразование под насосом – не брак (допускается стекание конденсата с поверхностей заизолированных контуров).

Основные характеристики Vaillant geoTHERM VWW 61/3 ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Вода — вода
Тепловая мощность, кВт	8.4
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	380 / 3.1 / 6
Температура теплоносителя  на выходе, °С	55
Диапазон рабочей температуры, °С	+7… +25
Хладагент, тип	R 407 C
Вес, кг	145

5. LG Therma V AH-W096A0 (Корея) – от 275 000 руб.

Тепловой насос системы «воздух-вода». Прибор составляют 2 модуля: наружный забирает тепловую энергию у воздушных масс, внутренний трансформирует и передаёт её системе отопления.

 

Главный плюс – универсальность.  Можно настроить, как для обогрева, так и для охлаждения объекта.

Недостаток этой серии LG Therma в том, что его (и всей линейки) потенциала, не хватит для нужд коттеджа, площадью более 200 м².

Важный момент: рабочие блоки двухкомпонентной системы нельзя разносить более чем на 50 м в горизонтальной плоскости и на 30 м по вертикали.

Основные характеристики LG Therma V AH-W096A0 ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Воздух — вода
Тепловая мощность (обогрев/охлаждение), кВт	9/8.6
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	220 / 2.7 / 3.5
Температура теплоносителя  на выходе, °С	60
Диапазон рабочей температуры (обогрев/охлаждение), °С	-20… +30 / +5… +48
Хладагент, тип	R410A
Вес (наружный/внутренний блоки), кг	56/28

6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Германия) – от 323 300 руб.

Модель WPF 10MS – самая мощная из тепловых насосов STIEBEL  ELTRON.

 

Среди преимуществ – автоматически подстраиваемый режим отопления и возможность соединения 6 устройств в каскадную (это параллельное или последовательное подключение приборов с целью увеличения расхода, напора или организации аварийного резерва) систему, мощностью до 60 кВт.

Минус в том, что организация мощной электросети, для одновременного подключения 6 таких приборов, возможна только с разрешения местного подразделения Ростехнадзора.

Есть особенность в установке режимов: после внесения необходимых корректировок в программу, следует подождать, пока погаснет контрольная лампа. Иначе, после закрывания крышки система вернётся к исходным настройкам.

Основные характеристики STIEBEL  ELTRON WPF 10MS ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Рассол — вода
Тепловая мощность, кВт	9.9
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	380/3.1/8.8
Температура теплоносителя  на выходе, °С	60
Диапазон рабочей температуры, °С	0… +35
Хладагент, тип	R410A
Вес, кг	112

7. Daikin EGSQH10S18A9W (Япония) – от 1 607 830 руб.

Мощное устройство для одновременного обеспечения теплом СО, ГВС и тёплого пола жилого дома, площадью до 130 м².

 

Программируемые и управляемые пользователем режимы; в рамках заданных параметров контролируются все обслуживаемые контуры; есть встроенный накопитель (для нужд ГВС) на 180 литров и вспомогательные нагреватели.

Из недостатков – внушительный потенциал, который не будет полностью задействован в доме 130 м²; цена, из-за которой период окупаемости растягивается на неопределённый срок; не реализованная в базовой комплектации автоматическая адаптация под внешние климатические условия. Термисторы (тепловые резисторы) окружающей среды устанавливаются опционально. То есть при изменениях внешней температуры, предлагается настраивать режим работы вручную.

Основные характеристики Daikin EGSQH10S18A9W ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Рассол — вода
Тепловая мощность, кВт	13
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	380 / 2.3 / 2.8
Температура теплоносителя  на выходе, °С	60
Диапазон рабочей температуры, °С	-5… +20
Хладагент, тип	R410A
Вес, кг	210

Хорошо детям, хорошо бюджету

Перейдем к описанию проектов с использованием кольцевых теплонасосных систем.
1 Первый проект — это реконструкция обычной общеобразовательной школы на юге России. Летом прошлого года администрация Краснодарского края реализовала этот проект в г. Усть–Лабинск (городская школа №2). При реконструкции были выдержаны самые высокие стандарты в обеспечении санитарных требований и комфортного пребывания детей в школе. В частности, в здании была установлена полноценная климатическая система, обеспечивающая позонный контроль за температурой, притоком свежего воздуха и влажностью.Инженерам при реализации данного проекта, во–первых, хотелось обеспечить должный уровень комфорта, индивидуальный контроль в каждом классе. Во–вторых, предполагалось, что кольцевая система позволит значительно снизить затраты на отопление школы и решить проблему низкой температуры воды в теплоцентрали на участке школы. Система состоит из более чем пятидесяти тепловых насосов производства фирмы Climatemaster (США) и градирни. Она получает дополнительное тепло от теплоцентрали города. Климатическая система находится под автоматизированным управлением и способна самостоятельно поддерживать наиболее комфортные для человека и одновременно экономичные режимы работы. Эксплуатация описанной системы в зимние месяцы дала следующие результаты:

• до модернизации (до установки тепловых насосов), ежемесячные затраты на обогрев 2500 м2 составляли 18440 руб.;
• после модернизации здания отапливаемая площадь увеличилась до 3000 м2, а ежемесячные затраты на отопление снизились до 9800 руб.

Таким образом, использование тепловых насосов позволило более чем вдвое сократить затраты на отопление здания, отапливаемая площадь которого увеличилась почти на 20%.
2 Автономное тепло Проблемы коттеджного строительства в Подмосковье сегодня связаны с тем, что инфраструктура (электрические сети, водопроводы), часто не позволяет расти новым поселкам. Существующие трансформаторные подстанции не справляются с возросшими нагрузками. Постоянные перебои с подачей электроэнергии (аварии на старых подстанциях, обрывы ветхих проводов) заставляют потребителей искать пути автономного энергоснабжения. В описываемом проекте перед инженерами стояла задача обеспечить многокомнатный двухэтажный коттедж с мансардой теплом и электричеством. Общая отапливаемая площадь дома составила 200 м2. Из подведенных коммуникаций — артезианская вода и электричество. Поскольку во главу угла было положено требование энергоэффективности, было решено установить солнечные батареи. Были закуплены и смонтированы прямо на участке за домом солнечные фотоэлектрические модули на 3,5 кВт. По расчетам инженеров, этого должно было хватить на подпитку аккумуляторных батарей, которые бы, в свою очередь, бесперебойно питали дом и систему отопления. Если учесть, что получен источник бесплатного электричества, и эта статья будет вычеркнута из семейного бюджета, то получается, что затраты на установку солнечной батареи окупятся менее, чем за 10 лет. А если учесть, что в другом случае пришлось бы строить подстанцию или жить с постоянными перебоями электроснабжения, то затраты уже можно считать окупившимися. Для отопления было решено использовать геотермальную теплонасосную систему. Был закуплен тепловой насос типа «вода–вода». Данный тип тепловых насосов с помощью теплообменников производит горячую воду, которая может быть использована для горячего водоснабжения и отопления с помощью радиаторных батарей. Сам контур, поставляющий к тепловому насосу низкопотенциальное тепло, был проложен прямо на участке, прилегающем к коттеджу, на глубине 2 м. Контур представляет собой полиэтиленовую трубу, диаметром 32 мм и протяженностью 800 м.
Таким образом, затратив на организацию собственной автономной энергосистемы порядка 40000 долларов США, хозяин коттеджа исключил затраты на теплоснабжение из своего бюджета, и обеспечил надежное автономное отопление.

Оборудование для объектов с большим потреблением тепла

Для полного обеспечения потребностей в тепловой энергии жилых и коммерческих зданий, площадью более 200 м². Дистанционное управление, каскадная эксплуатация, взаимодействие с рекуператорами и гелиосистемами – расширяют возможности пользователя в создании комфортной температуры.

8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Германия) – от 708 521 руб.

Модификация DS 5027.5 Ai – самая мощная в линейке EcoTouch. Стабильно прогревает теплоноситель отопительного контура и обеспечивает тепловой энергией систему ГВС в помещениях до 280 м².

 

Спиральный (самый производительный из существующих) компрессор;  регулировка скорости потока теплоносителя позволяет получить стабильные показатели температуры на выходе; цветной дисплей; русифицированное меню; аккуратный внешний вид и низкий уровень шума. Каждая деталь для комфортной эксплуатации.

При активном пользовании точками водоразбора включаются тэны, из-за чего энергопотребление увеличивается на 6 кВт/ч.

Основные характеристики WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Рассол-вода
Тепловая мощность, кВт	26 /19.6
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	380 / 4.3 / 6
Температура теплоносителя  на выходе, °С	65
Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С	0… +35
Хладагент, тип	R410A
Вес, кг	183

9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Швеция) – от 1 180 453 руб.

Достаточно мощное оборудование для того чтобы обеспечить тепловой энергией систему горячего водоснабжения и отопительные контуры многоуровневого коттеджа с постоянным проживанием.

 

Вместо дополнительного обогревателя для ГВС, здесь задействован поток горячей воды с подачи отопительного контура. Пропуская уже горячую воду через пароохладитель, тепловой насос разогревает воду в дополнительном теплообменнике ГВС до 90 °С. Стабильная температура в СО и баке ГВС поддерживается за счёт автоматической регулировки скорости циркуляционных насосов. Подходит для каскадного подключения (до 8 ТН).

Нет тэнов для отопительного контура.  Дополнительные ресурсы отбираются  у любого сочетаемого котла – блок управления возьмет от него столько тепла, сколько требуется в конкретном случае.

При расчёте места под монтаж теплового насоса необходимо оставлять зазор в 300 мм между стеной и задней поверхностью устройства (для удобства контроля и обслуживания коммуникаций).

Основные характеристики DANFOSS DHP-R ECO 42 ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Рассол — вода
Тепловая мощность, кВт	41.4
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор), кВт/ч	380 / 9.6
Температура теплоносителя  на выходе, °С	65
Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С	-10… +20
Хладагент, тип	R410A
Вес, кг	290

10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Германия) – от 630 125 руб.

В роли теплоносителя первого контура – грунтовые воды. Отсюда и постоянная температура на первом теплообменнике, и самый высокий коэффициент СОР.

 

Среди плюсов — вспомогательный электронагреватель небольшой мощности на первом контуре и фирменный контроллер (по сути – беспроводной пульт) для удалённого управления.

Минус — работоспособность циркуляционного насоса, состояние магистрали и теплообменника первого контура зависит от качества перегоняемых грунтовых вод.  Фильтрация обязательна.

Исключить появление сложно решаемых проблем с дорогостоящим оборудованием, поможет анализ грунтовых вод. Который следует сделать до покупки теплового насоса системы «вода-вода».

Основные характеристики Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 ХарактеристикаЗначение

Схема работы	Вода — вода
Тепловая мощность, кВт	13.6
Потребляемая электроэнергия (сеть, V/насосы, компрессор/тэны), кВт/ч	400 / 2.3 / 9
Температура теплоносителя  на выходе, °С	60
Диапазон рабочей температуры первичного контура, °С	0… +35
Хладагент, тип	R 407 C
Вес, кг	152

АБТН первого типа

АБТН-I позволяет утилизировать бросовое тепло, вернув его в теплофикационный цикл. Для работы АБТН-I нужен высокопотенциальный источник тепла, от температуры которого зависит температура горячей воды на выходе.

АБТН-I имеет три основных контура: бросовое тепло, высокопотенциальное тепло, нагреваемая вода. Ниже представлена схема теплового баланса.

 

Высокопотенциальный источник тепла. Это основной источник энергии, необходимой для работы теплового насоса. Таким теплом может быть насыщенный пар от 0,1 до 0,8 МПа, горячая вода от 90°С. Чем ниже температура высокопотенциального источника, тем сложнее идут процессы в тепловом насосе, и тем ниже температура полезной горячей воды на выходе из АБТН.

Источник бросового тепла. Это то тепло, которое ранее выкидывалось через градирню, в виде технологических стоков и пр. Таким теплом может быть вода с температурой от 20°С, бросовый пар низкого давления и др. От температуры бросового источника также зависит температура в контуре горячей воды на выходе из АБТН. Как правило разница между ними не может быть выше 40-50°С. То есть, если бросовое тепло, например, пар от турбины имеет температуру конденсации 40°С, то в контуре нагреваемой воды можно подогреть воду до 90°С. Более высокий перепад температур ведет к значительному увеличению габаритов и веса теплового насоса, снижению эффективности или вообще к невозможности изготовления.

 Нагреваемая среда. Тепловой насос первого типа может нагреть воду не выше 95°С. В условиях больших предприятий, где имеются большие расходы нагреваемой воды, целесообразнее иметь небольшую дельту по температуре и максимальный расход. Например, нагревать воду с 70°С до 75°С, а далее подогревать обычным способом (пар, котельная и т.д.). Если тепловой насос будет греть лишь до 75°С, он будет значительно меньше, дешевле и эффективней. Поэтому АБТН всегда рассчитывают под конкретные условия эксплуатации, и его размеры очень зависят от температур по всем контурам.

Типовой случай применения АБТН-I

 

Для утилизации бросового тепла от охлаждаемого оборудования часть теплой (35°С) воды направлена на АБТН. Он потребляет пар 0,8МПа, утилизирует бросовое тепло и нагревает обратную сетевую воду от 60°С до 80°С, далее эта вода догревается паром. Благодаря АБТН расход пара на нагрев воды 60/80°С уменьшен на 40% за счет утилизации бросового тепла. Так же частично разгружена градирня.

Как устроен АБТН-I

АБТН-I, как и АБХМ, имеет четыре основных аппарата – испаритель, абсорбер, генератор и конденсатор. Тепло вырабатывается, поскольку при поглощении паров воды раствор бромистого лития нагревается и орошает трубы абсорбера, по которым течет нагреваемая вода.

В трубах испарителя течет охлаждаемая вода – бросовое тепло. А в генератор подается пар.

 

Ключевые преимущества геотермальных тепловых насосов

Эффективность и экономичность в течение всего года. Выработка до 5 кВт тепла на 1 кВт затрачиваемой электрической энергии и, соответственно, экономия на платежах за отопление и ГВС до 80% в сравнении с прямым электроотоплением, получение «холода» для кондиционирования с минимальными издержками.

Независимость от газовой сети и больших электрических мощностей, от поставок и систем хранения сырья. Геотермальные тепловые насосы быстро монтируются и не требуют регулярного специализированного обслуживания.

Безопасность и комфорт. Здесь нет процессов горения, дымохода; не нужны ёмкости для хранения топлива; отсутствуют специальные требования к котельному помещению; система занимает небольшую площадь и не требует ручных операций.

Надёжность. Высокий уровень автоматизации и автономности работы, срок службы до 25 лет, возможность дистанционного мониторинга и диагностики.

Экологичность. Геотермальные тепловые насосы используют до 80% возобновляемой энергии и не производят выбросов CO2 в месте установки.

Российский рынок тепловых насосов стабильно развивается. Одна из самых перспективных точек роста рынка — применение геотермальных систем отопления на коммерческих и инфраструктурных объектах с ограниченным доступом к инженерным коммуникациям (центральному теплоснабжению, газу, электричеству). Ввиду высоких тарифов на энергоносители для юридических лиц и стремления организаций к повышению автоматизации и автономности энергоснабжения зданий использование геотермальных тепловых насосов в данном сегменте является оптимальным и с экономической, и с эксплуатационной точек зрения. В представленных далее кейсах мы делимся нюансами и результатами реализации проектов устройства геотермального отопления в школе, супермаркете и административном здании в Ленинградской области и Пермском крае.