Используем тепло земли

Для извлечения тепла из перечисленных источников используются геотермальные тепловые насосы, которые уже десятки лет успешно применяются в мире на коммерческих и производственных объектах. За это время теплонасосы зарекомендовали себя как надежные, высокоэффективные, экологически чистые и безопасные технические устройства. Еще в советское время на отечественных предприятиях выпускались комплексы на базе тепловых насосов, использовавшиеся в ряде городов и районов как одно из основных звеньев жилищно-коммунального хозяйства и рассчитанные, как правило, на производство большого количества тепловой энергии. Сегодня в России постепенно развивается практика применения насосов малой и средней (бытовой) мощности для автономного отопления отдельных современных объектов. Тепловой насос за 1 кВт электроэнергии, потребляемой им, направляет на отопление объекта в среднем около 4 кВт тепловой энергии. Такие устройства уже используются в Москве, Перми, Санкт-Петербурге, Ставрополе и ряде других городов.

Приповерхностные геотермальные ресурсы, пригодные для теплового насоса, рассредоточены практически повсеместно на территории России, в том числе там, где нет местных источников ископаемого сырья. Эта схема по использованию теплового насоса наиболее универсальна, она не зависит от температуры за окном и ограничена в проявлении побочных эффектов. Обеспечивая здание теплом в зимнее время, геотермальный тепловой насос в летний период способен работать в обратном режиме и охлаждать воздух в помещениях.

Как это работает

По принципу действия тепловой насос похож на своего «родственника» – холодильник. Система обеспечения здания теплом и горячей водой с использованием геотермального теплового насоса состоит из трех замкнутых контуров. Во внешнем контуре по пластиковым вертикальным (зонды в скважинах) или горизонтальным коллекторам, размещенным в грунте, циркулирует солевой раствор, забирающий тепло у грунта с понижением его температуры на 5–6 °С. Во второй контур непосредственно теплового насоса встроены испаритель и конденсатор, а также компрессор и дроссельный клапан, предназначенные для изменения давления хладагента. В качестве хладагента используется вещество с очень низкой температурой кипения, которое испаряется, забирая тепло, поступающее из геотермального контура, и конденсируется, отдавая его теплоприемнику, находящемуся в третьем контуре. Обычно это вода, а третий контур – это традиционная система водяного отопления здания.

Компрессор и циркуляционный насос геотермального контура работают на электричестве, но направляемая тепловая энергия в зависимости от условий теплосъема в 2–5 раз превышает затраченную электроэнергию.

Установка и обслуживание

Сегодня основным фактором ограниченного применения тепловых насосов при строительстве коммерческой недвижимости в России является неосведомленность застройщиков о подобной технологии, а также опасения, связанные с возможными сбоями в работе оборудования в будущем и влиянием на окружающую среду. Тем не менее на российском рынке уже работает ряд компаний, имеющих опыт внедрения таких систем и портфель реально действующих объектов. Обычно работы проводятся в соответствии с европейскими стандартами качества ведения работ, с использованием высококачественных материалов и комплектующих, зарекомендовавших себя ведущими зарубежными производителями. В последнее время появились и отечественные производители геотермального оборудования и тепловых насосов малой и средней мощности. Как правило, после их установки в постоянном режиме осуществляются дистанционный контроль и диагностика, один раз в полгода производится профилактический осмотр.

Следует отметить, что применение теплового насоса возможно и разумно сочетать с другими современными энергосберегающими технологиями, системами контроля состояния воздуха в помещении и внутреннего отопления зданий, например, теплыми потолками или полами.

Установка насосов особенно актуальна там, где отсутствует возможность централизованного тепло- и газоснабжения, где строящиеся объекты удалены от мест подключения к коммуникациям либо ограничены лимиты на потребление газа и тепла, что довольно типично, например, для большинства фермерских хозяйств и сельскохозяйственных производств. В этой связи перспективно применение теплового насоса в комбинации с ветроэнергетическими или солнечными фотоэлектрическими установками, что делает энергообеспечение объекта полностью независимым, и потребителя уже не будет волновать устанавливаемый извне растущий тариф.

Преимущества

Отопление здания с использованием тепловых насосов гораздо более безопасно и комфортно, чем применение большинства других источников энергии. Пожары, аварии, связанные с взрывом бытового газа, неприятные запахи и грязь исчезают. Для размещения подобного оборудования необходимо небольшое помещение, которое легко поддерживать в чистоте, так как никаких вредных или загрязняющих выбросов нет.

Важным преимуществом тепловых насосов является их экономичность. Сбережение средств достигается за счет уменьшения расходов на приобретение энергоносителей, их сервисное обслуживание и амортизацию. Значительной составляющей экономичности использования тепловых насосов стали их надежность и безаварийность. Периодичность поломок и трудоемкость ремонта, затраты времени и средств на устранение возникших проблем и плановое обслуживание, стоимость запасных частей и расходных материалов на порядок ниже, чем при использовании другого отопительного оборудования. В настоящее время тепловой насос по затратам на отопление помещений уступает только системам на основе централизованного снабжения природным газом, хотя можно прогнозировать, что через два-три года ситуация изменится в пользу первого. По сравнению с другими традиционными и альтернативными источниками энергии расходы во время отопительного сезона сокращаются в 3–5 раз, затраты окупятся уже через 5–8 лет. Срок службы геотермальных тепловых насосов и системы внешнего теплообмена составляет более 30 лет, таким образом, на их работу «с прибылью» еще останется по меньшей мере 25 лет.

Конечно, сама установка насоса для обеспечения здания теплом и горячей водой пока недешева из-за эксклюзивности выполняемых работ, однако уже видна тенденция к снижению первоначальных затрат за счет увеличения ведущими компаниями объема разовых поставок оборудования, появления собственных буровых подразделений, внедрения схем кредитования и страхования установки такого оборудования.

Безальтернативная энергетика

Сегодня на государственном уровне предпринимаются меры по поддержке практики использования геотермального оборудования при строительстве объектов и оказании коммунальных услуг, как это сделано во многих других странах. Президент РФ Дмитрий Медведев дал указание правительству уже в этом году подготовить проекты федеральных законов, поддерживающих и поощряющих организации, которые применяют энерго­сберегающие и экологически чистые технологии. Тем самым подчеркнуто социально-экологическое значение внедрения таких технологий на фоне глобального потепления и увеличивающихся выбросов углекислого газа. Широкое применение тепловых насосов в ряду негорючих возобновляемых энергоресурсов, находящихся в земле или космосе и не связанных со сгоранием, – не только вопрос сохранения природы и богатств недр, но и самой жизни. Поэтому они занимают особое место в так называемой альтернативной энергетике. Ведь по сути своей тепловые насосы – это энергетика безальтернативная.