Отопление и ГВС дома с использованием тепловых насосов Stiebel Eltron WPF 40 G и солнечных коллекторов SOL 27 Premium

В этой статье речь пойдет об организации системы отопления, горячего водоснабжения и вентиляции в частном доме с использованием тепловых насосов Stiebel Eltron WPF 40 G и солнечных коллекторов Stiebel Eltron SOL 27 Premium.

Проектирование системы и монтаж произведены компанией «Инженерный центр «Авангард», Москва (ООО «Комплексные инженерные системы», сайт: www.tepla.ru), при участии ООО «Штибель Эльтрон».

Организовать систему центрального отопления зданий и сооружений фактически можно только в больших городах, да и то не всегда она рациональна. Для небольших поселений потери тепловой энергии при её передаче будут слишком велики, и тут есть два варианта: либо всё-таки создавать общую систему, либо использовать индивидуальную. Причём второй вариант вовсе не обязательно выгоднее первого, но в любом случае система индивидуального теплоснабжения окажется более гибкой, чем коллективного: настроить её «под себя» или расширить, добавив кое-какие детали, гораздо проще. К тому же у «общественных» систем теплоснабжения есть ограничения по мощности, и выделить дополнительную обычно сложно. «Частнику» проще и здесь: он может регулировать параметры, добавлять другие элементы, проводить реконструкцию и при этом очень мало зависеть от сторонних организаций. Впрочем, при должном подходе реально собрать такую систему, которая не потребует «апгрейда» в течение многих лет.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Собственник — частный клиент. Объект расположен примерно в 650 километрах западнее Москвы, в поселке Шуйка (республика Марий Эл). Численность жителей в самом посёлке — менее 150 человек, но даже по мировым меркам объект представляет собой весьма крупное частное строительство: двухэтажный бревенчатый дом с дополнительным цокольным (полуподвальным) этажом и «встроенной» баней. На цокольном этаже расположены бассейн, зимний сад (неотапливаемый) и помещения для установки основных компонентов систем жизнеобеспечения здания. Общая площадь отопления — примерно 800 м2. На момент строительства посёлок не имел централизованного газоснабжения, хотя уже был включён в программу газификации. Конечно, можно было неопределённое время пользоваться привозным газом, рассчитывая в дальнейшем перейти на магистральный, но в таких условиях есть и более выгодные решения. Например, современные тепловые насосы по стоимости получаемой энергии сравнимы с газовым отоплением. К тому же район с давних времён осваивался в первую очередь лесозаготовителями, и уж с чем с чем, а с дровами там проблем никогда не было.

Надо ещё отметить, что, хотя посёлок и расположен примерно «на широте Москвы», климат в регионе немного другой. Средняя температура января в нём примерно 18–20 градусов ниже ноля (в Московской области — 10–11). Это один из важнейших параметров при расчёте систем отопления. Июльские средние температуры приблизительно одинаковы. Понятно, что при прочих равных условиях система в более холодном регионе должна обеспечивать большую мощность, к тому же быть защищённой от непредвиденных поломок. То есть требуется высокий уровень резервирования — несколько теплогенераторов, которые должны покрывать все теплопотери и создавать достаточный уровень комфорта в самые серьёзные морозы даже при выключении некоторых из них из системы. Требования заказчика — полностью готовая система, «под ключ», не требующая сколько-нибудь серьёзного расширения в дальнейшем.

	Особенность тепловых насосов Stiebel Eltron WPF G в том, что их можно ставить друг на друга. Это позволяет сэкономить место в котельной
	Накопительные баки особенно важны для поддержки системы в холодное время. При их использовании котлы можно топить реже, частота включения насосов тоже снижается
	Солнечные коллекторы Stiebel Eltron SOL 27 Premium обеспечивают ГВС дома. Излишки тепла направляются на подогрев воды в бассейне

СИСТЕМА

Итак, готовая система должна включать в себя как минимум два типа теплогенераторов — тепловые насосы и твердотопливные котлы. Насосы способны работать в постоянном режиме, но их мощности недостаточно, чтобы обеспечить комфорт в самые холодные месяцы. Но этого от них и не требуется: для дополнительного нагрева проще «затопить печку», точнее, запустить котлы. Конечно, идея часто «бегать к котлам» противоречит понятию «комфорт». Однако и топить их в постоянном режиме тоже не нужно, если ввести в систему бойлеры или накопительные баки достаточного объёма: в перерывах между топками будет использоваться горячий теплоноситель в баках. Кстати, это снизит нагрузку на все подключаемые к ним теплогенераторы: работающая техника ломается нечасто, больше всего оборудование изнашивается как раз в моменты включения и выхода на расчётную мощность. Ещё один, дополнительный, теплогенератор, применённый в системе, — солнечные коллекторы, поддерживающие систему ГВС. Потребителей тоже довольно много: кроме ГВС, это системы отопления — в первую очередь низкотемпературные тёплые полы, во вторую, в холодное время года подключается и радиаторное отопление. Горячая вода используется также для подогрева бассейна.

Важный компонент для создания комфорта в доме — вентиляция. В объектах большой площади она реализуется отдельно и в идеале требует не только подогрева поступающего воздуха зимой, но и его охлаждения летом.

Общая схема работы системы выглядит так: в летнее время отопление не нужно, но требуется вентиляция (в режиме охлаждения) и ГВС. Первую задачу берёт на себя контур тепловых насосов, вторую, в основном, — панели солнечных коллекторов. При отсутствии разбора горячей воды предусмотрена возможность сброса излишков тепла от гелиосистемы в бассейн. Система ГВС и бассейн будут получать тепло и от тепловых насосов. Может случиться так, что одновременно потребуется работа вентиляции в режиме охлаждения и нагрев (например, бассейна, бани или ГВС) с помощью теплового насоса — этот режим тоже реализован (подробнее к этому вернёмся при рассмотрении схемы). В весеннее и осеннее время роль панелей уменьшается, а насосов возрастает. При включении отопления будут работать все четыре независимых отопительных контура, кроме подогрева бассейна и теплоснабжения бани, это подогрев вентиляции и системы водяных тёплых полов. Ну а в холодное время года можно задействовать и твердотопливные котлы.

В качестве источника тепла для работы тепловых насосов используется вода, которая откачивается из одной специально пробурённой скважины, проходит через теплообменник насосной системы, где немного охлаждается, и сливается во вторую скважину — классическая «водо-водяная» схема отопления.

СХЕМА

Проект достаточно объёмный, разобраться в его особенностях по схеме не так-то просто. Но если разбить всю схему на отдельные контуры, всё становится понятнее. А с пояснениями «на словах» прочитать такую схему ещё проще.

В центре схемы — два соединённых в каскад тепловых насоса Stiebel Eltron WPF 40 G (они отмечены на схеме как К2). В базовой комплектации это «грунтовые» модели. Впрочем, комплектация минимальна: элементы «обвязки» в неё не входят, их подбирают исходя из особенностей системы, а переделать насос «грунт-вода» на «вода-вода» несложно. Основной элемент для этого — теплообменник, разделяющий воду из скважин и теплоноситель первичного контура насосов. В «грунтовых» моделях он не нужен, в водяных — крайне желателен: почистить при техобслуживании небольшой отдельный теплообменник проще, чем контур насоса. На схеме «водяной» контур и его теплообменник не показаны, контур подачи рассола находится левее насосов, включает в себя в том числе бак запаса рассола объёмом 250 л (К26). У этого контура есть ещё одна особенность: часть рассола может направляться в контур охлаждения вентиляции, где установлен ещё один теплообменник (К9). Жидкость в контуре охлаждения, как, впрочем, и в системе отопления, — обычная вода «из водопровода».

Второй комплект теплогенераторов — три твердотопливных котла Stropuva S40 (К1, в верхней части схемы, в середине). И котлы, и тепловые насосы подключены к трём бакам — буферным ёмкостям (К4, внизу). Тут есть ещё одна маленькая хитрость, на схеме она видна. Баки обвязаны «по Тихельману» («петля Тихельмана»): длина трубопроводов у них одинакова. Такая схема используется для того, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки на все баки. Из накопителей котловая вода направляется по четырём независимым контурам отопления (их выходы находятся на схеме внизу, справа).

Третий источник тепла в системе — солнечные коллекторы Stiebel Eltron SOL 27 Premium (К32, справа вверху), которые передают тепло в ёмкостный водонагреватель косвенного нагрева Stiebel Eltron SBB 751 Sol (К3, правее тепловых насосов). В этом контуре используется специальный теплоноситель. Дополнительный подогрев обеспечивают насосы, связанные с «солнечным» бойлером через станцию загрузки горячей воды Stiebel Eltron WTS 40 Е (К17). Горячая вода из бойлера направляется на точки разбора ГВС.

В системе есть и много дополнительных элементов. Одних только циркуляционных насосов (марки Wilo и Stiebel Eltron) — 14 единиц, расширительных баков — 4, разных объёмов: в системе отопления — на 800 л, в контуре рассола тепловых насосов — на 140 л, в обвязке водонагревателя и контуре кондиционирования — по 33 л.

Тепловые насосы и солнечные коллекторы управляются «родной» автоматикой Stiebel Eltron — контроллерами WPMW II и SOM 7 plus; все контуры системы отопления — с помощью комнатных регуляторов.

РЕЗУЛЬТАТ

Проектирование системы началось одновременно с созданием проекта дома, осенью 2012 года. Это наиболее правильный вариант, он позволяет учесть все особенности объекта и обеспечить максимальное удобство при компоновке и сборке (увы, далеко не все пользователи принимают во внимание этот фактор). «Подвинуть перегородочку» в построенном доме, мягко говоря, несколько сложнее, чем заранее «расставить» оборудование «на бумаге» и определиться с размерами помещений. Тут для установки всех систем понадобилось несколько отдельных комнат на цокольном этаже. Тепловые насосы разместили в котельной, твердотопливные котлы — в топочной, вентиляционную установку — в вентиляционной камере.

Накопительные ёмкости системы ГВС и буферные ёмкости системы отопления, а также распределительные гребёнки находятся в помещении «Водомерный узел». Солнечные коллекторы размещены на юго-восточном скате крыши.

Все монтажные работы выполнялись летом 2013 года. Пусконаладка системы — во второй половине августа 2013 года. В настоящее время дом сдан в эксплуатацию.

Возможности для расширения системы тоже предусмотрены. Параллельно с контуром холодоснабжения вентиляции «заготовлены» выходы, которые можно использовать для организации активного охлаждения помещений. И разумеется, при необходимости можно увеличить число солнечных панелей. Опасности перегрева тут всё равно нет — всё «лишнее» тепло будет перенаправляться на подогрев воды в бассейне. Увеличение тепловой мощности за счёт коллекторов способно существенно снизить общие затраты на отопление и добавить комфорт: подогрев воды в бассейне от солнца почти не требует эксплуатационных расходов.

Выбранное для работы тепловое оборудование — два тепловых насоса Stiebel Eltron WPF 40 G мощностью более 40 кВт каждый, три твердотопливных котла длительного горения Stropuva S40 мощностью также по 40 кВт. Одной загрузки такого котла достаточно для непрерывной работы в течение более 30 часов. Солнечные коллекторы — четыре панели Stiebel Eltron SOL 27 Premium, присоединённые к накопительной ёмкости ГВС Stiebel Eltron SBB 751 Sol (объём 750 л). Три буферные ёмкости системы отопления — Stiebel Eltron SBP 1500 Е объёмом, как нетрудно догадаться, по 1500 л каждая.

Реальный объект опубликован в летнем выпуске журнала «Потребитель. Всё для стройки и ремонта» ЛЕТО 2014