Геотермальное отопление: реальные факты
о чем не скажет менеджер?
Получение тепла по средством использования геотермальных источников известно довольно давно. Принцип действия геотермального отопления несложен и, на первый взгляд, впечатляет своей эффективностью: тепло заимствуется у земли либо грунтовых вод на небольшой глубине.
Принцип работы геотермального отопления дома
Тому как работает геотермальное отопление посвящены сотни сайтов в сети, поэтому поясню в двух словах.
Принцип действия теплового насоса практически идентичен работе домашнего холодильника. Многие утверждают, что тепловой насос действует с точностью «до наоборот», но при ближайшем рассмотрении выясняется, что и геотермальное отопление и холодильник на кухне выполняют одинаковую функцию: перенос тепла внутрь жилого помещения. Только холодильник сбрасывает тепло за пределы своего корпуса, выводя его изнутри наружу, а геотермальный насос извлекает тепло из грунта или воды, транспортирует внутрь помещения и сбрасывает его там. То есть, отличия минимальны.
Схема геотермального отопления
1 – контур циркуляции низкопотенциального источника тепла (земля или вода)
2 – теплообменник, иначе называемый испарителем, в котором происходит отбор тепла от геотермального источника и передача во внутренний контур
3 – компрессор
4 – конденсатор
5 – контур высокотемпературного тепла
6 – дроссельный клапан
Внутренний контур заполняется специальным хладагентом, который закипает даже при отрицательной температуре. Соответственно, хладагент во внутреннем контуре испаряется и, проходя через компрессор, сжимается. В результате этого процесса градус хладагента возрастает до 90-100°С. Горячий пар подается в теплообменник (4), где он отдает тепловую энергию окружающей среде, снова превращаясь в жидкость. Далее, хладагент проходит через дросселирующий клапан (6) и попадает в испаритель. Цикл завершается и начинается новый. Это будет продолжаться пока до тех пор, пока работает компрессор.
Реальный расчет эффективности тепловых насосов
Итак, производителями и распространителями геотермального отопления под ключ утверждается, что КПД таких установок в диапазоне 300-500%.
Другим аргументом продажников геотермальных теплогенераторов служит утверждение о том, что в такой холодной стране как Финляндия ежегодно продаются десятки тысяч таких установок.
Как ситуация обстоит на самом деле. Начну с последнего аргумента, поскольку ответом на первое утверждение фактически будет остальная часть статьи.
В той же Финляндии стоимость 1кВт/час равна около 32 евроцентов. В нашей стране стоимость киловатт-часа различна, но в среднем около 7 евроцентов в эквиваленте. Другими словами, на фоне весьма дорогостоящей электроэнергии рядовому финну использовать геотермальный тепловой насос в разы выгоднее, чем среднему россиянину.
Но есть и другой рычаг, тоже финансовый, но еще более ощутимый: гражданин Финляндии получает от своего правительство материальную компенсацию в размере 3000 евро при покупке и монтаже геотермального отопления.
Внутри ТЭН. Вам не сказали?
В отношении установок типа «воздух-вода» производителями часто заявляется возможность работы оборудования при температуре наружного воздуха -15°С, -20°С и даже -30°С. У человека, который еще помнит курс школьной физики может возникнуть вопрос: как это возможно, ведь разница температур для хладагента становится в этом случае очень небольшой и, соответственно, его эффективность должна значительно снизиться? Разгадка этого парадокса проста: внутри блока располагается ТЭНовый нагреватель, который нагревает теплоноситель в контуре. Действительно, в этой ситуации сам геотермальный тепловой насос работает на 10-20% своей мощности, большую часть мощности оттягивает на себя ТЭНовый нагреватель.
То есть, ваше высокоэффективное инновационное энергосберегающее оборудование превращается по большей части в обычный электрический котел…
Приведенные ниже графики включены во внутренний отчет компании DANFOSS, который называется "Графическая характеристика работы тепловых насосов типа DHP-AQ при различных температурах наружного воздуха". Эти сведения являются официальным документом DANFOSS – крупнейшего производителя технологического оборудования, в том числе геотермального отопления. Эти данные не являются секретом, но и не афишируются. Вероятно поэтому, найти их в сети очень непросто и я приношу свои извинения за качество картинки.
Все используемые здесь графики составлены для геотермального оборудования мощностью 11 кВт, которое примерно соответствует дому с жилой площадью 100 квадратных метров.
Верхний график – это зависимость коэффициента преобразования COF (Coefficient of performance), иначе называемый КПД.
Нижний график рисунка отражает зависимость мощности геотермального насоса от наружной температуры. Верхняя кривая графика (синяя) относится к теплоносителю с +35°С, то есть температуре радиаторов внутри помещения примерно равного температуре тела. Нижняя кривая (коричневая) на рисунке демонстрирует изменения мощности при температуре теплоносителя +55°С.
Теплоноситель с показателем +35°С для наших широт практически неактуален: вряд ли вы сможете протопить свой дом такой нагрузкой, для наших зим в радиаторах желательно иметь хотя бы 60°С-70°С. Поэтому берем для анализа график с температурой теплоносителя +55°С. Из рисунка мы видим, что при температуре забортного воздуха -20°С насос способен работать с мощностью всего лишь 3.4 кВт. Оставшиеся 7.6 кВт вы будете вынуждены расходовать на работу ТЭНового нагревателя – ведь как-то надо отапливать дом. То есть, в таком температурном режиме более 70% своей мощности теплонасос расходует на электрический обогрев. Но нужен ли вам за такие деньги электрокотел?
Лишь при +7°С за бортом насос работает с мощностью, приближенной к номиналу – 9.5 кВт. Но мы гораздо больше нуждаемся в тепле зимой в мороз, а не когда приближается лето. Из технических данных самого производителя следует, что геотермальный тепловой насос не в силах согреть ваше жилище или общественное здание. Эта неспособность компенсируется банально просто – вам придется включить ТЭН со всеми вытекающими финансовыми затратами. Об этом менеджеры компаний стараются не распространяться…
О КПД геотермальных установок
Следующий график связывает электрическую потребляемую мощность с температурой на улице. Из него очевидно, что при температуре наружного воздуха -20°С девайс располагает мощностью около 2 кВт. Напомню, из предыдущего графика следует, что выходная тепловая мощность в этих условиях составляет 3.4 кВт. То есть, COP или КПД теплового насоса равна 3.4кВт/2кВт = 1.7 . Довольно далеко до 3, 4 или 5 единиц эффективности, которые декларируются продавцами...
В итоге получается грустная история: во время лютых зимних морозов мощности геотермальных тепловых насосов просто не хватит, чтобы отопить дом. А при температурах выше нуля они выдают избыточную тепловую мощность, потребляя при этом электроэнергии на работу компрессора от 2.25 кВт до 3.6 кВт – даже больше чем средний электрокотел. Таким образом, применение геотермального отопления неэффективно как во время сильных морозов, так и градусах выше нуля.
Оттайка внешнего блока
Наружная часть геотермальной установки нуждается в периодической оттайке для восстановления своих функциональных свойств. Для этого используется либо ТЭН, либо тепло, которое насос генерирует сам. Обогрев внешнего блока ТЭНом затратен, как и работа любого ТЭНового котла, а возврат собственного тепла для оттайки заглубленного контура еще больше снижает продуктивность всей системы.
По свидетельству самих иностранных производителей этих установок, из-за обмерзания наружного контура эффективность геотермального отопления дома в штатном режиме не превышает коэффициента 2.5. Лишь в первое время после монтажа прибор может демонстрировать максимальную эффективность с КПД порядка 5. После чего эффективность его работы снижается в разы.
Таким образом, на сегодняшний день эффективность оборудования для геотермального отопления помещений оставляет желать лучшего. А в сравнении с иными способами обогрева, очевидно, проигрывает, демонстрируя свою низкую конкурентность и высокие затраты. Во всяком случае, при нынешней стоимости 1 кВт/час в России есть более результативные и экономичные способы отопить здание.
