Анализ и опыт применения тепловых геотермальных насосов в России

Анализ и опыт применения тепловых геотермальных насосов в России

М.В. Мазурова, магистр 1 курса СПбГАСУ, каф. Теплогазоснабжение и вентиляция, г. Санкт-Петербург

Из-за постоянного роста цен на электроэнергию, трудностей при добыче и транспортировке энергоносителей перед потребителем встает вопрос о поиске более дешевых и безопасных для окружающей среды альтернативных источников энергии.

В зарубежных странах имеется большой опыт использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии - ветра, солнца, воды, геотермальной энергии. Россия старается не отставать.

Одним из наиболее эффективных способов отопления и снабжения горячей водой зданий и сооружений является применение тепловых насосов.

Эта система представляет собой многофункциональное устройство, которое можно использовать не только для отопления в холодный период года, но и для кондиционирования воздуха в теплый, а также для приготовления горячей воды для хозяйственно-бытовых нужд и вентиляции помещений с утилизацией отработанного воздуха.

В данной статье рассматривается конкретный вид данной технологии - геотермальный тепловой насос, как наиболее эффективный для обслуживания больших площадей в нашей климатической зоне.

В тепловых насосах данного типа забор тепла производится из грунта ниже глубины промерзания, обычно не более 1,5-2 метров. При этом трубопровод закладывается двумя способами - горизонтальным и вертикальным.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в грунт на участке поблизости от здания на некоторой расчетной глубине, обычно принимаемой 1 метр от поверхности. Такая глубина заложения считается оптимальной вне зависимости от глубины промерзания грунта.

Расстояние между рядами параллельно укладываемых труб также принимается равным одному метру. Лучший тип грунта - увлажненный или грунт с близко залегающим уровнем грунтовых вод. Для горизонтального коллектора используются полиэтиленовые трубы диаметром 40 мм, заполненные незамерзающей жидкостью на основе 30%-го раствора этилового спирта, этиленгликоля или пропиленгликоля.

Один погонный метр горизонтального коллектора может аккумулировать около 20-30 Вт тепловой мощности.

При устройстве вертикального коллектора или зонда трубы внешнего контура опускают в пробуренные скважины, глубина которых может достигать 150 метров. Один метр такого зонда способен аккумулировать 50-60 Вт тепловой мощности. Для получения необходимой мощности допускается устанавливать несколько скважин. Но затраты в этом случае будут больше из-за дороговизны земляных работ.

Показатель, характеризующий отношение полученной энергии к энергии затраченной, или EROEI (от Energy Return On Energy Invested ) для теплового насоса практически равен 5. Срок службы без ремонта по заявлениям производителей составляет до 25 отопительных сезонов, причем система полностью работает в автоматическом режиме. Мощность системы может достигать 1000 кВт, а при использовании каскадов тепловых насосов - до 8000 кВт.

Далее приводятся несколько рекомендаций для эффективной работы данной технологии:

1. Обслуживаемое здание должно быть хорошо утеплено, т.е. теплопотери в нем будут составлять не более 100 Вт/м2;

2. Самым выгодным будет применение в схеме теплового насоса низкотемпературных систем отопления, таких как теплые полы и использование теплого воздуха, т.к. показатель EROEI снижается с увлечением разницы температур теплоносителей на входном и выходном контурах системы;

3. Установка в комплекте с тепловым насосом дополнительного генератора тепла, к примеру, электронагревателя малой мощности или солнечной батареи.

Такая схема называется бивалентной системой отопления. Для индивидуального жилого дома устройство теплового насоса мощностью более 30 кВт неэффективно, так как на полную мощность он будет работать лишь в период самых холодных дней отопительного сезона, что составляет не более 15%.

Прежде чем устанавливать тепловой насос, рекомендуется сравнить все возможные варианты обеспечения тепловой энергией сооружения:

1. Самый приоритетный способ - отопление газом. Оборудование недорогое и очень надежное. Цены на газ тоже невысокие.

2. Сложности с отоплением начинаются, если газовой магистрали по близости нет. Конечно, можно использовать емкость со сжиженным газом, но этот способ имеет много недостатков-дороговизна и необходимость обследования газовых емкостей.

3. Еще один способ доставить тепло в свой дом, это установка дизельного котла. Но здесь тоже есть свои недостатки:

- На отопительный сезон потребуется от 3 до 4 тонн дизельного топлива. Цена на него так же довольно высока;

- Плохое качество, поэтому существует вероятность частой замены форсунки на горелке;

- Необходимость устанавливать закопанную в землю емкость для хранения топлива с предусматриванием возможности подъезда к ней заправщика.

4. Можно использовать электрический котел. На первый взгляд этот вариант является наиболее доступным, т.к. не требует больших первоначальных вложений, но в итоге оказывается очень дорогим.

5. Также существует вариант отопления твердотопливным котлом. Само топливо довольно дешевое, но организация автоматизации процесса сложна, а иногда попросту невозможна. К тому же присутствуют затраты на очистку котла от золы и ее утилизацию.

Ниже представлен сравнительный анализ затрат на 2018 год в Санкт-Петербурге (далее СПб) на обслуживание разных видов тепловых установок с вырабатываемой тепловой энергией 23 кВт [4]:

геотермальный тепловой насос энергия

Таблица 1. Исходные данные для расчета затрат на обслуживание тепловых установок

Таблица 2. Приближенный расчет параметров геотермального теплового насоса

Рисунок. Сравнительный анализ затрат на обслуживание тепловых установок в СПб

Подводя итоги, можно сказать, что, если нет возможности подключиться к газовой магистрали - возникают серьезные проблемы с отоплением собственного жилища. Решить их поможет тепловой насос.

Но нужно иметь ввиду дороговизну комплекта оборудования, затраты на монтаж и организацию автоматики. К примеру, ориентировочная стоимость за тепловой насос NIBE (Швейцария) мощностью 23 кВт составляет 9990 евро.

Тем не менее, даже дороговизна оборудования не должна препятствовать популяризации тепловых насосов в России.

Распоряжением Правительства РФ от 19 апреля 2018 года №703-р утвержден Комплексный план по повышению энергетической эффективности экономики России. План предусматривает действия по повышению энергетической эффективности в отношении регулируемых инфраструктурных компаний, предприятий промышленности, организаций бюджетной сферы, многоквартирных домов[6]. В главе V обозначены рамки для обязательного внедрения энергосберегающих технологий для жилых многоквартирных домов. Исходя из этого можно спрогнозировать, что в ближайшем будущем использование тепловых насосов в жилом строительстве будет расширено.

Примеры внедрения и успешного использования тепловых насосов в России

Российская компания BROSK выпускает тепловые насосы BROSK HEATMAGNETIC cо встроенным ГВС и теплоаккумулятором, а так же без лишних циркуляционных насосов [7]. В настоящее время реализуется проект по отоплению 14 типовых многоквартирных домов, а также объектов инфраструктуры и детский сад. Объект расположен в Московской области, Павловская Слобода. Бурение для теплового насоса осуществлено прямо в подвале, что упрощает подвод коммуникаций и не выводит лишних площадей из эксплуатации.

Также в 2014 году был реализован проект для промышленного здания в Твери, где отапливаемый объем составил 6000 мі

Короткая сводка:

Первоначальные вложения: 2 300 000 ?

Теплопотери в год:360 МВт

Окупаемость:2 года

Затраты на отопление электричеством (было): 1 580 000 ?/год

Затраты на отопление тепловым насосом (стало):350 000 ?/год

Экономия: 1 230 000 ?/год

Швейцарская компания NIBE реализовала проект отопления, охлаждения, ГВС и подогрева бассейна площадью 200м2 для клубного отеля «Тапиола», площадью 1 000 м2, расположенного в экологически чистом районе под г. Выборгом, Ленинградской области, где В 2012 году потребовалась модернизация существующей системы отопления и ГВС: был установлен каскад геотермальных тепловых насосов. Инновационная модель NIBE F 1345 мощностью 60 кВт идеально отвечала поставленным задачам. В каскад была установлена пара геотермальных NIBE F 1345 мощностью по 60 кВт, которая стала работать в качестве ведущих. Возможность подключения модуля удаленного управления mode-bus позволило выйти на новый уровень контроля работы системы [8].

Иными словами, геотермальные тепловые насосы могут успешно применяться как в индивидуальном жилом строительстве, так и в многоквартирном, а так же на крупных объектах инфраструктуры, что четко показано на практике в наших российских условиях.

Список использованных источников

1. URL: http://optimumhouse.ru/engineering-department.html

2. URL: https://www.spb-optima.ru/injenernie-seti/teplovoi-nasos.html

3. URL: http://zubadan.spb.ru/products/ready/water120-heat-solution.html

4. URL: http://www.pea.ru/docs/equipment/heating/teplovye-nasosy/otoplenie-domov/

5. URL: http://zubadan.spb.ru/products/ready/water120-heat-solution.html

6. URL:http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_296507/1dc6b1adea213747daa4246b4b770384ce8002f3/

7. URL: http://brosk.ru/blog/teplovoj-nasos-dlja-mnogokvartirnogo-doma

8. URL: http://aquadrill.ru/assets/images/tickets/18/NIBE.pdf

Размещено на Allbest.ru