|
Для здорового микроклимата в здании в общем случае необходимо обеспечить согласованную работу устройств:
- отопления, включая независимый от работы основного отопительного оборудования нагрев полотенцесушителей, возможно полов санузлов, бассейнов, снеготаяние дорожек, крыш и пр.;
- горячего водоснабжения;
- охлаждения и кондиционирования;
- вентиляции, желательно с рекуперацией (возвращением) тепла из удаляемого вентиляцией воздуха;
- осушения воздуха ванных комнат и бассейнов.
Геотермальный теплонасос один может заменить все перечисленные устройства.
Приведенная ниже информация возможно будет полезна для понимания процессов, происходящих при работе геотермальной климатической системы. Приведенная информация достаточна сложна для людей без специального образования, и нам, к сожалению, не удалось ее облегчить.
Отопление и горячее водоснабжение
Один и тот-же тепловой насос может иметь разные показатели тепловой мощности и эффективности. Тепловая производительность геотермального теплового насоса (его мощность, электропотребление и КПД - СОР) зависит от двух температур:
- температуры незамерзающей жидкости - теплоносителя, поступающего из внешнего коллектора к теплонасосу. Чем выше температура - тем больше мощность, больше эффективность и меньше удельное электропотребление. Например, при температуре теплоносителя из внешнего контура 0 градусов мощность теплонасоса будет 24 кВт, а при увеличении температуры из внешнего контура до +5 градусов мощность теплонасоса увеличится до 28 кВт;
- температуры теплоносителя системы отопления или горячего водоснабжения. Чем меньше температура - тем больше мощность, эффективность и меньше электропотребление. Например, при температуре системы отопления 35 градусов (напольное или настенное отопление) мощность теплонасоса будет 24,5 кВт и электропотребление 5,5 кВтч, эффективность теплонасоса 24,5/5,5=4,5 (так называемый СОР). При температуре системы отопления 55 градусов (радиаторное или фэнкойловое отопление) мощность теплонасоса будет 22 кВт и электропотребление 8 кВтч, эффективность теплонасоса СОР 22/8=2,8.
Теплонасосы разных моделей и производителей делаются из разных комплектующих и автоматики, соответственно тепловые насосы имеют разную эффективность. Разница в эффективности может быть очень существенной - в полтора-два раза. Существенная разница всегда наблюдается между моделями тепловых насосов, сделанных на заводах специализированных производителей большими партиями, и собранными "на заказ" в мастерской.
Специализированные производители геотермальных тепловых насосов обычно указывают электропотребление и тепловую мощность оборудования при, например: температуре теплоносителя из внешнего коллектора 0 градусов Цельсия, и температурах теплоносителя системы отопления / горячего водоснабжения: 35 градусов Цельсия (напольное или настенное отопление), 50 градусов Цельсия (радиаторное или фэнкойловое отопление, горячее водоснабжение). Например: при 0/35 электропотребление 5,5 кВтч и мощность 24,5 кВт; при 0/50 электропотребление 8 кВтч и мощность 22 кВт.
Отопительная мощность геотермальной климатической системы рассчитывается исходя из гарантированной достаточности в самых холодные дни года (для Киева, например, обычно минус 25 градусов Цельсия).
Температура теплоносителя системы отопления определяется видом отопления. Наименьшая температура и, соответственно, наибольшая эффективность геотермального теплонасоса при подпольном (напольном, панельном) и/или стеновом отоплении. Перечисленные виды низкотемпературного отопления наиболее дружелюбны для человека. По результатам исследований FAWA (Feldanalyse von Wаrmepumpen-Anlagen, Анализ установок тепловых насосов, Швейцария) в 1994-2004 годах 92% новопостроенных домов, и 53% реконструируемых домов устанавливается отопление полом.
Современные геотермальные тепловые насосы серийного производства могут выдавать температуру отопления / горячего водоснабжения до 60 градусов Цельсия. Однако, учитывая эффективность теплонасосов, а также для избежания граничных (тяжелых) условий работы, температуру отопления / горячего водоснабжения монтажники обычно ограничивают 50 градусами. Это ограничение следует учитывать при проектировании радиаторов и фэнкойлов.
Например, радиаторы отопления рассчитывают и устанавливают таким образом, чтобы обеспечить температуру 20 градусов в здании при температуре на улице минус 25 градусов и температуре теплоносителя 50 градусов Цельсия. Если температура на улице выше, например минус 5 градусов, теплонасос автоматически понизит температуру теплоносителя системы отопления до 40 градусов, температура внутри здания при этом останется постоянной. Для определения уличной температуры снаружи здания, с северной стороны, устанавливается датчик теплонасоса. В случае, если хозяин здания захочет повысить (понизить) температуру в здании, например до 23 градусов, ему достаточно повернуть регулятор на панели теплонасоса, который задает соотношение уличной температуры и температуры теплоносителя системы отопления. Кроме температуры снаружи, теплонасос также анализирует температуру теплоносителя, возвращающегося из системы отопления. Например, если выглянуло солнце, которое начало нагревать здание с середины через окна, а температура снаружи осталась неизменной, теплонасос определит это по температуре возвратного теплоносителя, и уменьшит мощность отопления. Температура внутри здания в среднем останется постоянной.
Температура незамерзающей жидкости - теплоносителя, поступающей из внешнего коллектора, изменяется в течении года. В начале отопительного сезона (в начале осени) температура грунта или воды вокруг внешнего коллектора наибольшая, соответственно температура теплоносителя максимальная - около 10 - 15 градусов. В конце февраля, когда теплонасос забрал тепло вокруг внешнего коллектора (кроме коллекторов открытого цикла), температура теплоносителя может составлять от минус пяти до плюс пяти градусов. Среднегодовую температуру теплоносителя определяют: тип внешнего коллектора (наилучшие - открытые, водоразмещенные и вертикальные зонды); его длинна (длинные коллектора теплее, но дороже); и охлаждение / кондиционирование летом.
Для уменьшения капитальных затрат на геотермальную климатическую систему, соответственно DIN4701/EN12831 предусмотрено использовать „бивалентные” системы отопления. В бивалентной системе тепловой насос устанавливают с мощностью 70% - 90% максимальной зимней потребности, то есть тепловой насос самостоятельно обеспечивает отопление например при температуре на улице до минус 15 градусов Цельсия, или 350 дней в году. В особо холодные зимние дни на помощь теплонасосу включается дополнительный источник тепла отопления, добавляющий недостающие 10%-30% мощности отопления - обычно электронагреватель, иногда маломощный котел, например жидкотопливный и т.д. При этом за год тепловой насос произведет 92% - 98% тепла, а вспомогательное источник 2% - 8% тепла необходимого зданию в год. Общая эффективность системы при этом несколько снижается. Бивалентный электронагреватель также используют из соображений резервирования надежности: в случае поломки теплонасоса (любая техника когда-нибудь ломается) бивалентный нагреватель поддержит минимальную температуру в здании до окончания ремонта.
Отопление и кондиционирование (охлаждение) одним устройством.
Для уменьшения капиталовложений целесообразно использовать одну универсальную систему для отопления (зимой), и кондиционирования (летом). То есть, одно устройство, подключенное к одной паре трубопроводов, зимой отапливает здание, а летом охлаждает (кондиционирует). При этом деньги расходуются на установку системы отопления, а возможность охлаждения владелец получает бесплатно.
Существуют две основные технологии одного устройства для отопления и кондиционирования: фэнкойлами (другие названия - "фанкойл", "воздушный доводчик", "вентиляторный конвектор") и теплые /холодные полы / стены.
Например, использование четырехтрубных фэнкойлов (внутренних блоков кондиционеров) для отопления / кондиционирования офисных и производственных помещений, а также частично жилых помещений, сейчас становится довольно популярным.
В жилых помещениях, где шум от работы фэнкойлов и холодные сквозняки нежелателены (особенно в спальнях), или помещениях представительского класса, или производственных помещениях для уменьшения капиталовложений, возможно отопление и охлаждение / кондиционирование теплыми / холодными полами и стенами (смотри Отопление и охлаждение полом и стенами). Термин "холодный пол, стена или потолок" имеет относительное значение, так как температура такой поверхности при охлаждении составляет около 20 градусов Цельсия.
Охлаждение и кондиционирование
В геотермальных климатических системах принято различать два режима охлаждения - пассивный и активный.
Большим плюсом геотермальной климатсистемы является возможность прямого использования подземного холода для охлаждения/кондиционирования здания. Например, в системах с вертикальным внешним коллектором (зондом), охлажденный за зиму грунт вокруг коллектора имеет температуру около 5 градусов Цельсия. Летом обычным насосом теплоноситель прокачивается по зонду, охлаждается, подается в здание и распространяется по фэнкойлам или полам / стенам, которые охлаждают здание. При этом компрессор теплонасоса не включается, электроэнергия расходуется только на прокачивание теплоносителя. На один киловатт потраченной электроэнергии можно получить до 50 киловатт холода, что в 15 раз эффективнее кондиционера. Такой режим кондиционирования называют "свободным" или "пассивным".
Если мощности пассивного охлаждения, например в середине жаркого дня, становится недостаточно, к процессу охлаждения подключается компрессор теплового насоса. То есть теплонасос начинает работать как кондиционер, охлаждающая мощность внешнего коллектора суммируется с охлаждающей мощностью теплонасоса. Мощность охлаждения увеличивается вдвое, но увеличивается и удельный расход электроэнергии: на один киловатт потраченной электроэнергии можно получить до 6 киловатт холода, что в 2-3 раза эффективнее кондиционера. Такое охлаждение называют "активным".
Геотермальная климатсистема в режиме охлаждения забирает тепло из здания и сбрасывает его через внешний коллектор в землю. Если внешний коллектор выполнен зондом, тепло аккумулируется в грунте до начала отопительного сезона. При этом мощность и эффективность геотермальной системы в режиме отопления и подогрева горячей воды увеличивается (см. выше).
Вентиляция с рекуперацией (возвращением) тепла из удаляемого воздуха
Геотермальная климатическая система может забрать тепло из воздуха, удаляемого вентиляцией здания. Воздух перед удалением из здания охлаждается, тепло возвращается (рекуперируется) в здание. Для этого удаляемый воздух прокачивается через теплообменник, в котором циркулирует теплоноситель внешнего коллектора. Теплоноситель подогревается теплом воздуха, тепловая мощность теплонасоса увеличивается (см. выше Отопление), тепло возвращается при нагреве горячей воды или с отоплением. Если теплонасос в этот момент не работает на тепло (например, весной или осенью), тепло аккумулируется в грунте вокруг внешнего коллектора до включения теплонасоса.
Осушение воздуха ванных комнат и бассейнов
Осушение воздуха в бассейнах производится продувкой воздуха через холодные поверхности. При этом воздух охлаждается ниже "точки росы", из воздуха на холодные поверхности конденсируется вода, которая удаляется. Учитывая приведенное выше (см. Охлаждение, Вентиляция с рекуперацией) геотермальная климатическая система выполняет осушение эффективнее и дешевле любой специализированной техники.
Для получения более подробной информации о современных геотермальных климатических системах рекомендуем просмотреть описание геотермального оборудования производства шведского концерна NIBE на украинском языке (файл pdf Acrobat Reader, 1,8 мегабайт) или английском языке (файл pdf Acrobat Reader, 3 мегабайта).
Основным преимуществом систем геотермальных тепловых насосов перед другими способами отопления является бережливое отношение к окружающей среде, полная пожарная безопасность в связи с отсутствием процесса горения, удобство в использовании, малогабаритность и дешевая эксплуатация. Большая часть геотермальных тепловых насосов в мире установлена в жилых домах. Также они используются в школах, детских учреждениях, церквях, производственных и общественных зданиях. Чем больше объем отапливаемого здания и мощность системы теплового насоса, тем больше можно получить бесплатной энергии окружающей среды.
Геотермальный тепловой насос представляет собой компактное оборудование, состоящее из одной (отопление), двух (горячее бытовое водоснабжение) или трех (кондиционирование и охлаждение) частей. Обычно геотермальный теплонасос является устройством "три в одном" и выполняет сразу три функции - отопление, горячее водоснабжение и охлаждение / осушение здания.
В больших зданиях используют модульные тепловые насосы - несколько теплонасосов объединяют под единым управлением при общей или раздельных системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования - охлаждения здания. Количество устанавливаемых модулей зависит от требуемой тепловой мощности, модули комплектуются дополнительным оборудованием исходя из конкретных потребностей здания.
|
|
