Отопление, охлаждение и горячее водоснабжение дома в Подмосковье с помощью теплового насоса Stiebel Eltron WPF 16

Использование тепловых насосов — хорошая альтернатива другим системам отопления, особенно при отсутствии подключения к магистральному газу. Затраты на их установку хотя и превышают стоимость других источников теплоснабжения, но при длительной эксплуатации окупаются, к тому же беспокоиться о закупке и хранении топлива незачем. По сравнению с электрической системой отопления расход энергии снижается в несколько раз. На текущий момент стоимость энергии, получаемой с помощью насосов, сравнима со стоимостью газового отопления. Стоит заметить, что тепловые насосы могут выполнять и обратную функцию — охлаждение помещений в летнее время.

В наших условиях наибольшее распространение получили насосы типа «солевой раствор–вода». Они достаточно эффективны при низкой температуре и не требовательны к источнику, от которого забирается энергия. Если есть незатенённая площадка, можно использовать горизонтальные коллекторы, а если такого места мало — не беда, достаточно пробурить несколько скважин и установить вертикальные зонды. Возможно использование тепловых насосов в комплексе с другими источниками теплоснабжения, приготовление с их помощью горячей воды, а в некоторых случаях и организация выделенного холодильника — отдельного помещения внутри здания. В общем, вариантов много. В данном реальном объекте рассмотрим систему отопления, охлаждения и горячего водоснабжения дома с применением теплового насоса Stiebel Eltron WPF 16.

Монтаж произведён инженерным центром «Авангард», г. Москва (www.tepla.ru, www.bezgaz.ru)

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Объект — дом в деревне Шеметово Московской области общей площадью около 230 м 2. Расчётная отапливаемая площадь 200 м 2, включая мансардный этаж. Использовано низкотемпературное отопление — тёплые полы. Система ГВС дома рассчитывается на постоянное проживание четырёх человек. Планируемый расход горячей воды температурой 45 °C  — около 60 л/сутки на человека (среднее потребление по мировым стандартам). В холодное время года от системы отопления требуется максимальная отдача. Но котёл большой мощности и стоит дороже, и места занимает немало. Конечно, можно поставить большой котёл, но низкие температуры у нас длятся обычно недолго – буквально несколько недель в году, поэтому всё остальное время часть мощности котла не будет задействована. Для таких случаев логичнее включить в схему второй источник энергии, который будет работать совместно с тепловым насосом. В данном проекте это встроенный в модуль теплового насоса тэн мощностью до 8,8 кВт (три ступени мощности, примерно 3, 6 или 8,8 кВт). Такой режим работы называется моноэнергетическим, так как электричество требуется для питания и насоса, и тэна.

Важнейший и довольно затратный в общей смете вопрос — выбор типа первичного теплообменника. В данном случае заказчик сделал выбор в пользу грунтового коллектора: рядом с домом находится участок земли необходимой площади — лужайка. Ещё одно пожелание заказчика — использование теплового насоса для охлаждения помещений летом в пассивном режиме. В этом режиме большую часть времени насос «выкачивает» тепло. Когда же требуется пополнить запасы горячей воды в накопительном баке, система переключается на нагрев теплоносителя контура ГВС. Система жидкостного отопления здания (вторичный контур теплового насоса) оборудована буферным накопителем. Второй накопитель необходим для нагрева и хранения запасов воды в контуре ГВС. Она берётся из скважины, пробурённой на участке.

С учётом моноэнергетического режима работы был предложен тепловой насос мощностью 16 кВт модели Stiebel Eltron WPF 16, максимальная потребляемая мощность которого 6,2 кВт, из них на работу встроенного контроллера расходуется порядка 100 Вт. Такая мощность рассчитана при условии, что температура источника тепла составляет 5 °С, а в линии подачи — 60 °С. В реальных условиях, если принять температуру теплоносителя первичного контура за 0 °С, а максимальный нагрев во вторичном контуре ограничить 35 °С (для низкотемпературного отопления больше не требуется), можно рассчитывать на то, что потребляемая мощность компрессора теплового насоса составит 3,6 кВт (и 100 Вт на питание электроники). Таким образом, при работе насоса можно рассчитывать на коэффициент трансформации примерно 4,3–4,5 (без учёта работы тэна). В качестве резервного источника электроэнергии предусмотрен электрогенератор.

ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ

Компания Stiebel Eltron предлагает полный ассортимент оборудования, необходимого для создания систем отопления с помощью тепловых насосов. Неудивительно, что все основные технически сложные элементы в системе  — той же марки. Большая часть оборудования собрана в отдельном, расположенном на первом этаже помещении котельной. Никаких особых требований к котельной тепловых насосов (в отличие от большинства других систем отопления) не предъявляется, такую систему вполне можно установить и в помещении площадью 6–8 кв м.

В качестве буферного накопителя теплоносителя вторичного контура использована модель SBP 400 E, объёмом 400 литров. Нагрев воды для ГВС осуществляется в напольном накопительном водонагревателе SBB 302 WP номинальным объёмом 280 литров. Контроллер входит в комплект теплового насоса, но, чтобы не посещать котельную каждый раз, когда потребуется регулировка, используется ПДУ модели FEK с жидкокристаллическим дисплеем с датчиком температуры и влажности (важно для эксплуатации установки в режиме охлаждения тёплыми полами) в помещении. Автоматика погодозависимая, поэтому присутствует и датчик уличной температуры (входит в комплект поставки).

В состав теплонасосной установки также входит комплект соединительных напорных шлангов, арматурный блок, блок солевого раствора, включающий в себя, в частности, циркуляционный насос и расширительный бак, а также распределительный коллектор внешнего контура. Общая стоимость этих элементов системы составляет почти 600 тысяч рублей.

Ещё два источника затрат – прочие элементы системы и затраты на проведение работ, монтаж и наладку. К «прочим элементам» можно отнести трубопроводы первичного контура теплообменника, которые изготавливаются из полиэтилена низкого давления (высокой плотности), концентрированный теплоноситель и этиленгликоль для контуров теплового насоса и прочую «мелочовку», которая в итоге обойдётся тоже в круглую сумму — итого порядка 150 тысяч рублей. При устройстве горизонтального коллектора на площади 640 м 2 потребуется десять стометровых контуров (ниток) трубы диаметром 25 мм. Кстати, что касается этого контура — тут особых требований к марке нет. Допускается использование подходящих труб от любых, в том числе и российских, производителей — в толще почвы все они будут служить много десятков лет, разницу по «живучести» на таких временных отрезках узнать как-то трудновато.

На производство наружных работ по обустройству коллектора в грунте, а также внутренних монтажных работ уйдёт ещё порядка 235 тысяч рублей. Итого общая стоимость такого проекта приблизится к миллиону.

Если вместо горизонтальных коллекторов установить вертикальные зонды, стоимость проекта ещё увеличится. Такой теоретический расчёт тоже проводился. Вкратце упомянем и о нём. Если, к примеру, использовать три геотермальных зонда с диаметром трубы 40 мм, потребуется бурение трёх скважин глубиной по 80 метров. Увеличатся расходы на теплоноситель (его потребуется больше), скважины нужно будет заливать составом из смеси цемента и песка (ориентировочно — 2 тонны), а основные затраты придутся на бурение — более 250 тысяч рублей. Стоимость внутренних работ и требуемой к ним «мелочовки» не меняется. Итого, цена проекта с геотермальными зондами — почти 1100 тысяч рублей.

Такие суммы, конечно, внушают уважение — содержание любой загородной «фазенды» обходится недёшево, и чем выше уровень комфорта, тем дороже. С другой стороны, как было уже сказано выше, тепловые насосы по стоимости вырабатываемой энергии обходятся дешевле всех других видов отопления, за исключением магистрального газа, и то в том случае, если он подведён к участку. Если такого подключения нет, но оно возможно, его цена сейчас может составлять несколько сот тысяч рублей (так называемая «проблема последней мили»), и некоторые проекты с использованием тепловых насосов уже выходят дешевле, чем отопление от газовых котлов.

Монтаж насоса был произведён осенью 2011 года, пусконаладочные работы в полном объёме (включая возможности работы в режиме охлаждения и удалённого доступа) — весной 2012 года. Чтобы посчитать примерный срок окупаемости, надо иметь материал для сравнения, т. е. прикидывать стоимость проекта с использованием других источников отопления. В данных условиях (моноэнергетический режим, гидравлическое отопление, баки-накопители те же, но вместо насоса установлен «какой-то» котёл, соответственно, не нужно тратиться на обустройство наружного контура теплоносителя) можно примерно прикинуть сроки окупаемости тепловых насосов по сравнению с иными источниками теплоснабжения, которые требуют меньших начальных затрат, но в итоге обходятся дороже. Для систем, работающих на дизельном топливе или сжиженном газе, кстати, придётся периодически доставлять топливо — вот и ещё одно неудобство. В сравнении с электрическим котлом срок окупаемости теплового насоса составит в данном случае всего 5-6 лет. В общем, можно сказать, что использование тепловых насосов на сегодняшний день — вполне разумный шаг.

Реальный объект опубликован в журнале «Потребитель. Всё для стройки и ремонта» 9`2012

август 2012