Бивалентная система теплоснабжения с гелиоколлектором или теплонасосом

То, насколько эффективно и экономно будет работать система автономного теплоснабжения, во многом зависит от правильности ее расчета. Бесспорно, выполнение полного расчета – дело профессионалов, но предварительный расчет можно произвести и самостоятельно. Настоящие профессионалы сегодня для расчетов пользуются специальными компьютерными программами, которые позволяют учитывать максимальное количество факторов. Таким образом, время расчета существенно сокращается, поскольку все, что необходимо сделать, – это ввести исходные параметры. Правда, эти параметры тоже нужно уметь правильно снять или вывести.

Существует два режима работы отопительного оборудования: моновалентный и бивалентный. Моновалентный режим предполагает такую мощность оборудования, которой будет достаточно, чтобы полностью покрыть необходимость в теплоэнергии даже в самый морозный период. Так, чтобы создать отопительную моновалентную систему с тепловым насосом, понадобится настолько дорогостоящее оборудование, которое может себя и не оправдать. В бивалентном режиме общая потребность в теплоэнерги покрывается за счет двух и более тепловых источников. Это могут быть котлы, электрические нагреватели, работающие совместно с геоколлекторами и теплонасосами. Как показывает практика, на долю последних должно приходиться только не более 60-70% вырабатываемого тепла.

Ископаемое топливо постоянно дорожает, поэтому сегодня многие ищут способы снижения затрат на отопление и ГВС. Солнце и низкопотенциальные источники тепла – это пока единственные стабильные и практически бесплатные энергоносители. Если использовать преобразующее их оборудование совместно с газовым котлом, то счета за газ в отопительный сезон могут сократиться наполовину. Однако придется потратиться на вспомогательное оборудование, причем, рассчитав так, чтобы экономия действительно имела место.

Сегодня газ стоит дешевле, чем даже энергия от теплонасоса, поэтому наиболее популярная пара газ-геоколлеткор. Однако газ есть не везде, а тем где он имеется, стоимость подключения может оказаться сопоставимой со стоимостью теплового насоса. Сэкономить можно и, установив гелиоколлектор, ведь ему вообще ничего не нужно, лишь немного электроэнергии для работы циркуляционного насоса. Но у нас при возможности провести газ об альтернативных тепловых источниках задумываются редко, ведь и гелиоколлектор, и тепловой насос – это долгосрочные инвестиции, к которым не все готовы не только материально, но и морально.

При расчете теплопотребления дома имеется в виду отопление и горячая вода. Отопительный сезон длится 9-6 месяцев, в зависимости от климатической зоны. При этом график потребления тепла представляет собой кривую, максимальные значения которой определяют номинальную мощность оборудования.

Гелиостанцию обычно предполагается использовать для подогревания воды. У нее только два параметра: емкость бака и число коллекторов. На одного жильца затрачивается 50-100 литров воды в сутки. Соответственно для семьи из трех человек понадобится бак объемом 150-300 литров.

А вот количество коллекторов рассчитать сложнее, поскольку здесь нужно учесть сразу несколько факторов. В первую очередь необходимо узнать среднюю интенсивность инсоляции для конкретного района и помесячно. Максимальной экономии можно добиться, если летом коллекторы полностью возьмут на себя подогрев воды.

Второй немаловажный момент – правильно определить угол наклона коллекторов, а также их положение по отношению к сторонам света. Независимо от широты (в северном полушарии) наиболее оптимально сориентировать панель гелиоколлектора строго на юг, однако не всегда имеется возможность это сделать. В любом случае нужно стремиться приблизиться к южной ориентации.

Зная тип коллектора и требуемую температуру воды, а также интенсивность инсоляции, можно подобрать количество солнечных панелей. На первый взгляд может показаться, что пару лишних панелей не помешают в межсезонье и зимой для помощи котлу отопления. Но здесь есть один важный нюанс: лишние коллекторы в летнее время приведут к стагнации и, как следствие, к закипанию теплоносителя прямо в них. Качество последнего при этом резко снижается, а система, не рассчитанная на подобные испытания, может выйти из строя. Есть, конечно, ряд технических решений, которые предохранят контур от перегрева, но они потребуют и дополнительных средств. Например, можно отвести тепло, пустив его на подогрев воды в бассейне, либо использовать самоопорожняющиеся системы, в которых не возникнет стагнация.

Ряд реализованных проектов показывают, что для средней полосы России для ГВС, рассчитанного на два человека, достаточно 2-метровой панели. Сразу отмечу, что отопление с помощь только одних солнечных коллекторов в средней полосе практически невозможно. Зимой они не смогут собрать нужное количество тепла, особенно в те рекордные морозы, которые мы наблюдаем в последние годы.

Вопрос отопления наиболее выгодно решать с помощью теплового насоса. Потребность тепла здания составляет 5-10 кВт/100 м². Точная цифра зависит от климатической зоны и степени теплоизоляции здания. Тепловой насос, как уже говорилось, выгоднее использовать совместно с дополнительным отопительным оборудованием, которое поможет преодолеть пиковые нагрузки при самых низких температурах. При расчете тепловой мощности системы учитываются также и затраты на ГВС, которые составляют 100-300 Вт на одного жильца.

Дешевле всего обходятся тепловые насосы «воздух-вода» либо «воздух-воздух» (технология Zubadan» и др.). Система «вода-вода» подразумевает бурение скважины и дополнительное насосное оборудование, которое существенно увеличивает стоимость проекта. Кроме того, системы «вода-вода» требуют согласования с профильными ведомствами. Альтернативой им являются системы «рассол-вода».

При отборе тепла у грунта величину теплосъема с одного погонного метр горизонтальной трубы принимают – 10 Вт для песчаных почв, 20 Вт для глины и до 35 Вт для мокрых почв. При этом расстояние между трубами находится в пределах 70-120 см.

Вертикальная труба дает больше тепла – до 50 Вт/м. Точный тепловой потенциал зависит от плотности и влажности грунта. Чаще всего это узнается только после бурения скважины. Обычно используют несколько вертикальных зондов, расстояние между которыми 5-6 метров. Эти зонды располагают таким образом, чтобы течение грунтовых вод уносило охлажденную воду в сторону.

Важно понимать, что грунт, который мы называем низкопотенциальным источником тепла, должен это самое тепло откуда-то брать. Теоретически, а, скорее всего, и практически, грунт можно за зиму настолько переохладить, что он не восполнит свой первоначальный потенциал за все лето. Исследования в данной области показали, что уже в первый год интенсивной работы теплонасоса температура грунта в районе зондов падает на 1-3°С. Во второй год грунт остывает еще на градус, а затем, его температура стабилизируется и уже не падает. Однако даже 4° для низкопотециального источника означают весьма ощутимую потерю.

Чтобы грунт не переохлаждался, необходимо производить отбор тепла с одного погонного метра зонда не более 100 кВт•ч/год. Компенсировать тепловое истощение грунта также можно (и нужно), переводом режима работы с отопления на охлаждение.

Вышеизложенные данные и параметры служат основанием для расчета длины контуров и дают представление о масштабах предстоящих земляных работ.

Что касается рентабельности тепловых насосов и гелиоколлекторов, то ее не видит только слепой. Обе системы отличаются рекордной долговечностью, а срок их окупаемости с учетом современного роста цен на ископаемые энергоносители, с 15 лет упал до 5. К примеру, контур теплонасоса прослужит лет сто, при этом замене подлежит только насос и компрессор, которые стоят относительно недорого. То же можно сказать и о гелиоколлекторе, т.к. сами вакуумные трубки теоретически не имеют срока годности, а все, что может выйти из строя в гелиоколлекторной системе, – это циркуляционный насос. Если оборудование, которое окупается пусть даже за 10 лет, а служит 50-100 лет, то является ли оно рентабельным? Ответ здесь очевиден. Более того, если в ближайшее время не появятся какие-то принципиально новые технологии альтернативного отопления, то будущее, несомненно, за теплонасосами и гелиоколлекторами.

Отопление дома тепловым насосом: бивалентный подход. Как не переплатить за отопление

Отопление дома тепловым насосом:Комплексный подход к организации отопления позволяет сделать его не только комфортным, но и наименее затратным? Для тех, кто сегодня оценивает возможность использования воздушных тепловых насосов для сокращения требуемой электрической мощности (особенно в случае ЛИМИТа, как правило 5 кВт), становится актуальным вопрос правильного подбора необходимой и достаточной тепловой мощности агрегата. Основным критерием для этого является длительность стояния тех или иных отрицательных температур в отопительный период в данном регионе.

Живя в холодном климате и не имея под боком теплого течения «Гольфстрим», мы вынуждены 7-8 месяцев в году использовать отопление для поддержания в доме нужной температуры. Традиционных способов отопления дома несколько и все они связаны с использованием какого-либо вида топлива. Это подразумевает, что нужно иметь его запас и где-то хранить: металлический резервуар, закопанный в землю (для сжиженного газа или солярки); или подсобное помещение для хранения дров или пеллет. Исключение составляет магистральный газ, где топливо поступает по трубе, подведенной к дому. В любом варианте мы имеем дело с горением, высокой температурой отдельных частей оборудования, которые требуют соблюдения определенных мер безопасности, особенно, если система функционирует в автономном режиме. Выход из строя или сбой в работе чреват опасностью возникновения пожара. Не говоря уже про то, что все это требует согласования с соответствующими службами (газовой, пожарной и т.п.). А существует ли оборудование, в котором ничего не горит, установка которого не требует никаких согласований?

В последнее время все больше людей узнает о новом альтернативном способе отопления дома с помощью Теплового Насоса, но не грунтового, который требует дорогостоящих земляных работ (в том числе бурения скважин), а потому неподъемных по цене для недорогих и средних домов, а Воздушного Теплового Насоса. После появления в 2008 году моделей, работающих эффективно и при -25 С, эти устройства стали всерьез рассматриваться счастливыми обладателями загородных домов и домиков как равноправный вариант наряду с традиционными системами отопления, но только теми, кто знает об их существовании. Особенно привлекло внимание то, что цена на такой тепловой насос намного привлекательнее цены грунтового варианта, а установка намного проще и быстрее. Самое важное что нужно отметить это то, что 1)минимальная отрицательная температура, приводимая в спецификациях, это всего лишь нижний предел наиболее эффективного использования Низкотемпературного Воздушного Теплового Насоса(НВТН); 2)предел экономической целесообразности использования такого теплового насоса, при котором COP>1, находится на уровне -30 С (COP –это безразмерная величина, показывающая во сколько раз больше тепловой энергии выдает тепловой насос по отношению к затраченной электроэнергии, в среднем равная от 2 до 5, в зависимости от наружной температуры); 3) предел работоспособности НВТН по температуре вообще не установлен(у одного из наших клиентов он продолжал работать как ни в чем не бывало при -38 С, продолжая давать тепло). Теоретически, он ограничивается температурой кипения фреона R410A равной -53 С. Но воздушные тепловые насосы постоянно совершенствуются, и нечего не мешает в будущем, используя другой хладоагент, достичь ещё более низких температур эффективной работоспособности. Это всего лишь вопрос времени. Все эти обстоятельства говорят о том, что вплоть до -30 С, использование НТВН можно считать предпочтительнее обычного электрообогрева. При использовании НВТН в среднем за отопительный сезон выигрыш составляет около 3-х раз, то есть тепла вы получаете в 3 раза больше, чем при отоплении электрообогревателями, используя одинаковое количество электроэнергии. При этом ежемесячные расходы на отопление становятся сравнимыми с платежами за магистральный газ.

Как организовать отопление чтобы оно стало не только комфортным, но и наименее затратным? Для тех, кто сегодня оценивает возможность использования воздушных тепловых насосов для сокращения требуемой электрической мощности (особенно если есть ЛИМИТ, как правило 5 кВт), становится актуальным вопрос, насколько предельные отрицательные температуры, указанные в характеристиках НТВН, приемлемы для теплоснабжения в России? Достаточно ли -15 С, или лучше -25 С? Это не праздные вопросы, т.к. от них зависит стоимость самого оборудования. Следующий вопрос, какую мощность выдает воздушный тепловой насос при данных предельных температурах, ведь она отличается от номинальной мощности, указанной в паспорте и измеренной при +7 С? И как оценить требуемую мощность теплового насоса, покрывающую текущие теплопотери дома? Только ответив на эти вопросы мы сможем правильно подобрать модель ТН и обеспечить комфортную температуру в помещении.

Если посмотреть данные климатологии Московской области и прилегающих областях, то выяснится из всего отопительного сезона подавляющую часть, а именно 92-95% времени, температуры держатся в диапазоне выше -15 С. И лишь непродолжительное время 5-8% температуры падают ниже -15 С. На диаграмме ниже вы видите почасовую длительность стояния температур в Московском регионе по результатам многолетних наблюдений.

В соответствии с этим разобьем отопительный сезон на 2 промежутка и оптимизируем теплоснабжение с учетом длительности стояния отрицательных температур. Необходимую тепловую нагрузку подразделяем на базовую, присущую большей части отопительного периода и пиковую – необходимую в течение лишь непродолжительного холодного времени в году. Базовую тепловую нагрузку обеспечиваем тепловым насосом, который покроет потребность в теплоснабжении более 92% отопительного периода, а оставшееся время – дополнительным (резервным) источником тепла, который включится в работу вместе с основным, помогая уменьшить нагрузку на него, начиная с определенной наружной температуры(скажем -15 С). Такая организация теплоснабжения дома реализует БИВАЛЕНТНЫЙ РЕЖИМ отопления, при котором достигается максимальная экономия средств. Тогда подходящий по мощности тепловой насос должен покрывать теплопотери дома всего лишь до -15 С. Это позволяет нам сэкономить деньги, выбрав тепловой насос с диапазоном до -15С по паспорту и выдающий при этой температуре требуемую мощность, компенсирующую теплопотери дома. В противовес этому, организация отопления с помощью одного источника тепла реализует МОНОВАЛЕНТНЫЙ РЕЖИМ. В этом случае необходимо подбирать мощность теплового насоса с запасом из расчета покрытия теплопотерь дома в наиболее холодные дни и эффективной работы уже до -20..-25 С. В качестве дополнительного (резервного) источника тепла для бивалентного отопления подойдут: электрообогреватели с терморегулятором, настроенным, скажем, на +17 С(пока температура в доме выше, они не включаются); или камин(печь), особенно если он у вас уже есть или планируется в качестве предмета интерьера; или газовые обогреватели и т.п. Но если вы постоянно не живете в доме, а бываете там наездами, можно смело доверить заботу о климате в доме воздушному тепловому насосу. Просто в наиболее холодные дни, если, например, ВТН рассчитан на работу до -15 С(по паспорту) , он сможет поддерживать без вас температуру чуть более низкую, чем заданная комфортная (вместо +22 С -около +16 С). А по приезду, вы можете дополнительно задействовать любой имеющийся источник тепла (дотопить). Если же Вы подобрали тепловой насос с режимом до -25 С и достаточной мощностью (моновалентный режим), то он справится с задачей поддержания комфортной температуры и в пиковые дни(-25 С и ниже), увеличивая по потребности выдаваемую тепловую мощность, для компенсации теплопотерь дома, которые увеличиваются с ростом отрицательной температуры за бортом.