Исходная ситуация В свое время отсутствие в поселке газа и неясные перспективы по его подведению
вынудили заказчика установить для теплоснабжения дома (отапливаемая площадь – 465 м², удельная тепловая
нагрузка – 60 Вт/м²) жидкотопливный котел как основной источник тепла и
электрический – в качестве резервного. Для нагрева воды применяли водонагреватель
накопительного типа. Уже через два года после эксплуатации этой системы, несмотря на достаточно
хорошие показатели работы, владелец дома всерьез задумался о поиске
альтернативного варианта. Не устраивали его следующие факторы:
рост цен на дизельное топливо
(в 2005 г.
Заказчику пришлось заплатить только за отопление более 36 тыс. грн, в
2006-м – 40 тыс. грн.);
заполнение емкости для
топлива требовало личного присутствия хозяина дома и отвлекало от других
дел: нужно заказать, встретить, проконтролировать сам процесс заправки;
продукты сгорания
дизельного топлива оставляли подтеки на крыше, оседали на приусадебном
участке; постоянно прогорал колпак на трубе.
После аудита объекта заказчику был предложен тепловой насос
мощностью 32 кВт с отбором тепла грунта вертикальными зондами, используемый как
единственный теплогенератор для отопления здания и приготовления горячей воды
(из расчета, что в доме проживают восемь человек). Реализация проекта подразумевала решение ряда подзадач. К ним можно отнести:
проведение необходимых
технических расчетов для инсталляции системы;
доставку оборудования из
Германии к месту проведения работ;
бурение скважин для
размещения в грунте оборудования внешнего теплообмена;
монтаж теплового насоса,
геотермального и другого дополнительного оборудования.
После полного монтажа и запуска системы фирма взялась за
проведение постоянного мониторинга ее работы с помощью средств удаленного
доступа. Установка оборудования в доме и разводка коммуникаций уличного контура были
осложнены 100 %готовностью объекта как внутри, так и снаружи. Упрощало решение
задачи то, что проектировщики изначально предусмотрели на объекте
комбинированную (радиаторы и «теплый пол») систему отопления. Устройство геотермального контура Расчеты показали, что для отбора тепла из земли на участке заказчика предстояло
произвести бурение шести скважин глубиной 90 м каждая. Их суммарная теплоотдача составила
24-27 кВт. Горизонтальные коммуникации, объединяющие зонды в единую систему,
также участвуют в процессе теплообмена, выдавая дополнительно 700-900 Вт. Для устройства зондов заказчиком были выбраны лужайки перед домом размером 7х20
м (здесь разместили четыре скважины) и 5х20 м (две скважины). Бурение скважин
велось вращательным методом с промывкой. Все буровые работы выполнялись
профильным предприятием. Несмотря на отработанную схему производства этих работ в европейских странах,
следует отметить, что применение подобной технологии у нас затруднено. Причина
– отсутствие буровой техники с необходимыми качественными характеристиками и
применяемых в процессе бурения специальных составов. Потребовалось искать пути
преодоления данной проблемы. После завершения бурения скважин в них установили специальные Г-образные в
основании (конструкция «подошвы» запатентована фирмой-изготовителем) геотермальные
зонды фирмы Stiiwa (Германия), выполненные из полиэтиленовой трубы
(ПЕ 100, SDR11 / 1.6 МПа). Надежность и долговечность подземной части
теплонасосной установки имеют особенное значение. Выбранные зонды
соответствовали этому условию, в том числе благодаря перечисленным ниже
моментам:
система полностью собрана
из пластмассы, поэтому не подвержена коррозии;
соединение элементов
выполнено в заводских условиях методом сварки;
в конструкции использованы
морозо- и термостойкие (температурные границы от -30 до +70 (градусов по
С) в зависимости от компонента), а также ударопрочные элементы:
качество компонентов
подтверждено Южно-немецким центром пластмасс Sididdeutsche
Kunststolf-Zentrum, SKZ);
каждый зонд сертифицирован
изготовителем.
В результате достигаются оптимальные показатели по
надежности системы, гарантирующие, кроме прочего, защиту подземных вод от
попадания в них теплоносителя. Сразу после установки зонда в скважину происходит его опрессовка, после чего
межтрубное пространство скважины и установленного зонда заполняют специальным
составом. Это обеспечивает герметичное и долговременное, физически стабильное
сопряжение геотермального зонда с окружающими породами и гарантирует хорошую
теплопередачу, препятствуя нарушению водоносных горизонтов. В настоящее время всё более жесткие требования предъявляют к
морозоустойчивости уплотняющего материала. Его замерзание может произойти
под воздействием теплоносителя первичного контура в качестве которого
используется незамерзающая жидкость. В процессе работы теплового насоса
возможно охлаждение рабочей жидкости до температуры порядка -8 (градусов по С),
что часто случается во время пика отопительного сезона или на установках
небольшого размера. Чередование процессов замерзания и оттаиванияприводит
к образованию трещин или даже к разрушению уплотняющего материала. При реализации описываемого проекта использовался уплотняющий материал фирмы Stiiwa,
разработчики которого учли эту проблему. После проведения в лабораторных и
практических условиях многократных испытаний было определено, что данная смесь
может быть оптимизирована до достижения морозостойкости -10 (градусов по С)
(более того, положительные результаты получены и при температурах, близких к
-20 (градусов по С). Этого достаточно для больших установок, так как при самых
неблагоприятных условиях температура циркулирующих веществ может опускаться
только до -5…-8 (градусов по С). Отметим: при монтаже контура отбора тепла из грунта следует использовать
высококачественные материалы, предлагаемые производителями, специализирующимися
в области геотермального оборудования. Находящиеся под землей соединения
выполняются с применением электросварных муфт. Существует практика
использования резьбовых соединений разнообразного типа с целью
удешевления стоимости работ, однако такое решение может привести к
нежелательным последствиям. Разгерметизация менее надежных соединений сведет на
нет всю работу по устройству геотермального контура. А произвести заново столь
значительный объем работ вряд ли окажется возможным. Места ввода коммуникаций в дом уплотняют при помощи специальных муфт,
разработанных именно для этой цели. Это решение упрощает схему производства
работ и в то же время гарантирует надежную герметизацию ввода геотермального
контура в дом. В отдельных случаях для объединения геотермальных петель до ввода в здание
применяют шахты, что дает возможность уменьшить количество вводимых магистралей
в здание до двух («подача» и «обратка»). Шахта представляет собой колодец,
выполненный из полиэтилена высокого давления и полностью готовый для
монтажа системы. Внутри расположены два (на подающую и обратную магистраль)
коллектора с отводами для скважин, число которых рассчитано под конкретный
проект. Также предусмотрены возможность регулирования расхода потока жидкости,
система удаления воздуха и закрытия при необходимости отдельных скважин. Данный
элемент конструкции зарекомендовал себя с положительной стороны:
особенно на начальном этапе, при запуске и диагностирования всей системы,
осуществлении контроля работы скважин. Все соединения после завершения монтажа
остаются доступными. Система отопления и тепловой насос Как сказано выше, в доме изначально была предусмотрена комбинированная система
отопления (радиаторы и «теплый пол»). Суммарной мощности существующих отопительных
приборов и контуров напольного отопления с запасом хватало для покрытия
потребности в тепле помещений объекта: только теплоотдача радиаторов при
температуре воздуха в помещении 20 (градусов по С) и параметрах теплоносителя
55/45 (градусов по С) составляла 35 кВт. При этом 70% площади дома обогревается
напольным отоплением.
