Источники тепла. Геотермальные тепловые насосы.

Как известно, геотермальные тепловые насосы используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: низкопотенциальное тепло воздуха, грунта, подземных, сточных и сбросовых вод технологических процессов, открытых незамерзающих водоемов. На это затрачивается электроэнергия, но отношение количества получаемой тепловой энергии к количеству расходуемой электрической составляет порядка 3–7.

Говоря более точно, источниками низкопотенциального тепла могут быть наружный воздух температурой от –15 до +15 °С, отводимый из помещения воздух (15–25 °С), подпочвенные (4–10 °С) и грунтовые (более 10 °C) воды, озерная и речная вода (0–10 °С), поверхностный (0–10 °С) и глубинный (более 20 м) грунт (10 °С).

Если в качестве источника тепла выбран атмосферный или вентиляционный воздух, применяются тепловые насосы, работающие по схеме «воздух–вода». Насос может быть расположен внутри или снаружи помещения. Воздух подается в его теплообменник с помощью вентилятора.

При использовании в качестве источника тепла грунтовой воды она подается из скважины с помощью насоса в теплообменник насоса, работающего по схеме «вода–вода», и либо закачивается в другую скважину, либо сбрасывается в водоем.

Эффективность применения теплового насоса

Можно сократить общий расход газа более чем в два раза, либо при наличии альтернативных источников электроэнергии отказаться от него вообще, то для конкретных объектов в настоящее время много зависит от тарифной политики государства, расположения, теплоизоляционных свойств объекта и т. д.

Сравнение текущих расходов на отопление для населения по состоянию на август 2008

• Молдова
  Тарифы: 1000 м. куб. газа -- 300 долл. США
  1 квт.ч. электроэнергии -- 0,1 долл. США
  Для обычного чугунного напольного котла с кпд = 0,82 из 1000 м. куб. газа получим:
  1000 * 9,1 квт.ч. м. куб. * 0,82 = 7462 квт.ч. тепла
  Для суперсовременного конденсационного котла с кпд = 1,05 -- 9555 квт.ч. тепла.
  Для получения такого же количества тепла с помощью среднеэффективного универсального ТН нужно в первом случае:
  7462 / 4,5 = 1658 квт.ч. электроэнергии стоимостью 166 долл.
  во втором:
  9555 / 4,5 = 2123 квт.ч., стоимостью 212 долл.
  Уменьшение затрат по сравнению со стоимостью газа (300 долл.) соответственно:
  (300 - 166) / 300 -- 45%
  (300 - 212) / 300 -- 29%
  
  
• США (Вермонт)
  1000 м. куб. -- 350 долл.
  1 квт.ч. электроэнергии -- 0,12 долл.
  Экономия 27--43%.
  
  
• Беларусь
  1000 м. куб. -- 141 600 руб. = 66 долл.
  1 квт.ч. электроэнергии -- 74,7 руб. = 0,0349 долл.

Это если использовать утвержденные 2007 г. во многих странах дифференцированные по времени тарифы, т.е. отключать ТН в периоды максимальных нагрузок энергосистемы с 8.00 по 11.00 и с 19.00 по 22.00, что реально с использованием аккумуляторов тепла. Экономия по сравнению с обычным газовым котлом – всего до 12%. Но это сегодня. Ситуация когда газ продается по 200-230$ не может продолжаться долго. Вероятно что-то подобное будет введено и в Молдове.

Капитальные затраты

Стоимость самого теплового насоса значительно выше стоимости газового котла, что впрочем не сильно изменит общую смету при новом строительстве приличного коттеджа. Цены практически сравниваются при необходимости строительства 200--300 м. газопровода. Если строится не временный фанерный домик, а капитальное строение для детей и внуков, будет некрасиво оставить им в наследство зависимость от давления в газовой трубе. Уж что-что, а электричество в стране будет всегда. А вот с газом могут возникнуть проблемы уже в ближайшем будущем. Знаменитый монополист Газпром, имеющий десятки миллиардов долларов долгов, не от хорошей жизни стремительно повышает цены на газ не только для ближайших союзников, но и для внутрироссийских потребителей. Просто не на что производить разведку и освоение новых месторождений, латать построенные еще при СССР трубопроводы. Особенно когда его основные доходы от экспорта газа в Европу через Украину тихо уплывают в неизвестном направлении через швейцарских учредителей фирмы-экспортера «УкрГазэнерго» и никого в Молдове это не волнует. Других же поставщиков у нас нет и не предвидится. Хотя.... посмотрим насколько "бесплатным" окажется новое Комратское месторождение на юге Молдовы. Может быть я ошибусь и нам дадут газ бесплатно.

Некоторые справочные данные

1. Прогноз цен на природный газ:

Год	2008	2010	2016	2026
Цена долл. за 1000 м. куб.	250	350	450	700

 

2. Ориентировочная зависимость необходимой теплопроизводительности ТН от площади дома с хорошими теплоизоляционными свойствами:

Площадь, м. кв.	100	150	200	250	300	350
Мощность ТН кВт.	5,0	8,0	12,0	16,0	21,0	28,0

 

В каждом конкретном случае производится индивидуальный расчет по теплопотерям здания. Для уменьшения капитальных затрат часто ТН используют в бивалентном режиме. Параллельно ему устанавливается, или при реконструкции оставляется дополнительный пиковый нагреватель на любом виде топлива, который включается в работу в самые холодные дни, каких у нас не так уж много. По данным Гидрометеоцентра усредненная температура по Молодовы для января - 4,8°С, для периода декабрь – февраль - 4,0°С. В самый холодный год за всю историю наблюдений (2006) она составила - 8,6 ... - 5,7°С в те же периоды.
При таком подключении ТН может либо отключаться, если он становится неэффективным (например «воздух--вода» при больших отрицательных температурах наружного воздуха), либо работать

Если источник – водоем, на его дно укладывается петля из металлопластиковой или пластиковой трубы. По трубопроводу циркулирует раствор гликоля (антифриз), который через теплообменник теплового насоса передает тепло фреону.

Возможны два варианта получения низкопотенциального тепла из грунта: укладка металлопластиковых труб в траншеи глубиной 1,2–1,5 м либо в вертикальные скважины глубиной 20–100 м. Иногда трубы укладывают в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Это значительно уменьшает общую длину траншей. Максимальная теплоотдача поверхностного грунта составляет 50–70 кВт·ч/м2 в год. По данным зарубежных компаний, срок службы траншей и скважин составляет более 100 лет.