Геотермальным называют отопление, в котором источником тепловой энергии является тепло Земли.
Наиболее эффективным геотермальное отопления считается там, где есть горячие источники, выходящие на поверхность земли, с температурой воды 30 и более градусов Цельсия. К сожалению, в нашей стране таких источников мало, поэтому и отопление с их применением скорее относится к экзотическому способу обогрева, чем к широко используемому эффективному методу.
Менее эффективным, но при этом более распространенным (и по мнению многих экспертов, перспективным) считается геотермальное отопление на основе теплового насоса, устройства, позволяющего использовать низкопотенциальное тепло подземных водой с температурой всего лишь 8-10 С для обогрева жилищ.
Рекламные объявления настойчиво убеждают нас, что тепловые насосы эффективны, а при их использовании, наконец, можно практически даром отапливать дом даже в лютый мороз, да еще при этом беречь окружающую среду. По их заверениям, тепловые насосы выигрывают по сравнению с любыми другими способами обогрева жилища. Но прежде, чем сделать свой выбор, нужно попытаться увидеть не только положительные моменты, но и возможные неприятности, с которыми неизбежно придется столкнуться владельцу теплового насоса.
Принцип действия теплового насоса
Опустим подробности устройства теплового насоса, уделив внимание только основным аспектам, с которыми придется напрямую столкнуться потребителю.
Принцип действия теплового насоса для отопления аналогичен принципу действия бытового холодильника. Судите сами: в холодильнике происходит «изъятие» тепловой энергии из помещенных в него продуктов и выброс ее в окружающее пространство. При этом холодильник изымает тепло от продуктов с температурой окружающей среды (как, правило, именно с такой температурой мы помещаем что-либо на хранение) и охлаждает их до температуры хранения, например, до -18 в морозильной камере или до +3С в среднетемпературной камере.
Точно так же тепловой насос изымает тепло у поверхности земли или у подземных вод, охлаждая их на несколько градусов, а выделенную тепловую энергию отдает окружающему пространству, а точнее, передает ее на отопление дома.
При этом последствия этого процесса, и у холодильника, и у теплового насоса, одинаковые: среды, отдавшие тепло, имеют низкую температуру: чем производительнее будет тепловой насос, тем большей будет разница температур между охлаждаемой среды до и после контакта с теплообменником. А какая среда будет охлаждаться, зависит от вида выбранного теплового насоса.
Виды тепловых насосов
Тепловые насосы классифицируются в зависимости от типа среды, от которой идет забор тепла и среды, которая принимает тепловую энергию. На сегодняшний день выделяют насосы следующих видов:
- вода-вода
- вода-воздух
- воздух-воздух
- воздух-вода
Тепловые насосы вода-вода получили наибольшее распространение в геотермальном отоплении.
Отопительные системы с их использованием состоят из самого теплового агрегата и змеевика, по которому движется хладагент, расположенного внутри подземных вод или внутри толщи грунта. Первое, с чем придется столкнуться владельцу такого насоса, это размещение теплообменника.
Считается, что для прокладки теплообменника можно использовать дно близлежащего водоема, слой грунта на глубине не менее 1,5 м для средне полосы России или пробуренные специально для этих целей скважины.
По факту, прокладка теплообменника по дну водоема возможна только в исключительных случаях, например, при наличии у вас собственной береговой зоны и расположении дома практически у кромки воды. Во всех остальных случаях владельцу теплового насоса придется не только получить разрешение на использование местного водоема для личных нужд, но и побеспокоиться об охране проложенного теплообменника от любопытных граждан. При этом не стоит забывать, что даже близкое расположение к водоему, может оказаться не столь близким с точки зрения затрат на прокладку трубопровода для циркуляции теплоносителя.
Например, ваш дом находится от берега озера на расстоянии 300 метров, что на первый взгляд, совсем немного, но для работы геотермального отопления вам, кроме самого теплообменника, придется проложить дополнительно 600 метров труб.
Если дно водоема для прокладки теплообменника недоступно, придется использовать скважину. Для расчета глубины скважины можно использовать простое и надежное соотношение для теплового насоса: для получения 50 Вт тепловой энергии нужен 1 погонный метр скважины. Это значит, что для обогрева дома на 100 м2 нужна скважина глубиной не менее 200 метров, или 2 скважины по 100 метров и т.д.
Если скважины вам не по карману, можно расположить теплообменники в толще грунта, но в этом случае для расчета протяженности труб нужно воспользоваться соотношением 20 Вт тепловой энергии с одного метра заглубленной трубы. Нетрудно посчитать, что для того же дома площадью 100м2 в этом случае нужен теплообменник длиной 1000 м или, проще говоря, длиной 1км.
Если объемы земляных работ не пугают и решимость сделать экологически безопасное отопление не падает, нужно помнить, что грунт (воду в случае со скважиной) вокруг теплообменника ждет такая же судьба, что и у продуктов в морозильной камере: его температура может опуститься до -20 С, а учитывая высокую плотность среды, этот процесс распространится на прилегающую территорию. В результате грунт промерзнет на всей площади участка и вряд ли успеет оттаять полностью даже в самое жаркое лето.
Тепловой насос воздух-вода забирает тепло у окружающего воздуха, понижая его температуру. При этом нет необходимости ни в скважинах, нив горизонтальных теплообменниках, не нужны земляные работы.
Понятно, что чем выше температура окружающего воздуха, тем лучше и эффективнее будет работать тепловой насос, но вот беда-в теплую погоду при плюсовой температуре на улице, вопрос обогрева жилища стоит не столь остро, как в мороз, к примеру, -25 С.
По заверениям производителей, современные тепловые насосы воздух вода одинаково хорошо работают не только при положительной температуре воздуха, но и при морозе до -25 С. По мнению производителей, всегда есть потенциальная возможность для понижения температуры воздуха.
Правда, при этом производители умалчивают о том, что чем ниже температура окружающего воздуха, тем ниже эффективность работы теплового насоса. Отличной иллюстрацией этому может служить приведенный график, на котором видно, что при температуре наружного воздуха 4 С тепловой насос номинальной мощностью 10 кВт выдает все 10кВт, а при температуре -20 его тепловая мощность составляет примерно 3,5 кВт.
Вывод простой: решив обогревать дом с помощью теплового насоса воздух-вода, придется подумать о дополнительном источнике тепла на случай сильного мороза. Напрашивается вопрос: зачем покупать и устанавливать тепловой насос, если в мороз все равно придется использовать дополнительное отопление. Не проще ограничиться именно этим дополнительным отоплением, сделав его основным?
Не хотелось бы заканчивать статью на столь пессимистической ноте, ведь идея теплового насоса сама по себе очень хорошо, просто пока стоимость ее реализации для наших сограждан слишком высока.