Где в геотермальной энергетике «собака зарыта»?

альтернативные источники энергииДо недавнего времени цены на энергоносители (в основном на газ) не беспокоили среднего россиянина, а тем более того, кто строили себе новый дом, но ситуация в последние несколько лет изменилась, во-первых существенно подросла цена на сам газ, а во-вторых существенно возросла стоимость подключения к нему же. И вот тут взоры многих обратились к новым (для России) технологиям отопления.

Технологии тепловых насосов действительно экономически выгодны, хотя и требуют первоначальных затрат, соизмеримых с коммерческой стоимостью подключения к газу. Технологии несложные, но не прощают ошибок, которые не только ни окупят вложения, но и станут разорительны в потреблении. Ошибки в основном касаются низкотемпературного контура, причем в большинстве случаев они заложены в проекте (ошибка проектирования). Об этом мы и порассуждаем в этой статье.

геотермальная энергетикаТехнологии геотермальных тепловых насосов пришли к нам с Европы. Бережливые европейцы математическими и физическими выкладками, методом проб и ошибок, а главное благодаря большому опыту, с учетом стоимости оборудования и услуг, энергоносителей и кредитов, пришли к определенным проектным решениям, которые являются экономически самыми выгодными, поскольку математически выверены. А самое главное не надо забывать: все это в погодных условиях центральной Европы. Не будем вдаваться в историю европейского опыта и то, как они к этому пришли, проконстатируем лишь тот факт, что экономически самыми выгодными на сегодняшний день считаются геотермальные тепловые насосы, т. е. тепловые насосы использующие тепло грунта или грунтовых вод. В стабильной Европе математическая модель не сильно отличается от реальной жизни, поэтому основным неизвестным был и есть низкотемпературный контур, остальные части системы понятны, просчитаны и поставляется вместе с проектом здания. А с низкотемпературным контуром есть варианты, зависящие от так называемых нюансов на местности. Решения на местности Европейские инженеры и экономисты уложили в несколько моделей хорошо всем известные: геотермальные зонды (трубы в скважины), плоский грунтовый теплообменник, теплообменник в пруд (озеро, водоем).

Попробуем и мы немного разобраться.

Экономическая целесообразность установки теплового насоса — уравнение со многими неизвестными для будущего собственника. Почему?

Во-первых, экономика внешняя (для системы тепловой насос) - неизвестна стоимость энергоносителей в будущем, самих денег в будущем (инфляция, кредитная ставка).

Во-вторых, экономика внутренняя (для системы тепловой насос) — весьма непредсказуем множительный коэффициент (разница в 0.5 — погрешность в 15%), и непонятна стоимость обустройства низкотемпературного контура - геозонда (геозондов).

Итак, предположим Вы, в общем как вполне нормальный человек (или как оптимист), рассчитываете на вполне предсказуемое стабильное будущее в России, тогда первая задача укладывается в погрешность 10-15%, что, в общем, то очень неплохо, так как та выгода, которую сулит Вам тепловой насос в будущем с лихвой покроет худший сценарий. Для пессимистов хочу заметить, что мировой и европейский рост продаж тепловых насосов приходился на посткризисные годы, что доказывает его эффективность даже в условиях обыкновенных мировых (европейских) экономических кризисов. Для суперпесимистов аргументов нет, но думаю, Вам будет все равно стоит у Вас русская печка или тепловой насос во время ядерной войны. Таким образом, задачу первую каждый может оценить сам в силу возможностей и состояния души.

отопление теплом землиЗадача вторая совершенно нетривиальная, поскольку требует серьезных познаний в физике, теплотехнике, геологии и метеорологии, а, следовательно, обращения к специалистам. И вот здесь велика (очень) вероятность ошибки проектирования. Главный вопрос неизвестен множительный коэффициент, поскольку неизвестен низкотемпературный контур. Почему главный?

Потому, что все, что находится в доме европейские инженеры сто раз посчитали, пересчитали и в этом им можно довериться. А вот, что касается низкотемпературного контура все не совсем так. Считать то они считали, и варианты предлагают и различные системы расчетов вроде как есть, но на практике в лучшем случае на 1 меньший СОР (множительный коэффициент), а в худшем просто не рабочая система с кучей проблем и выгороженной лужайкой без травы.

Все низкотемпературные контуры предложенные европейцами и разрекламированные продавцами тепловых насосов варианты с горизонтальными коллекторами и водоемами, низкими грунтовыми водами и. т. д. работают, где нибудь в краснодарском крае, но ни как ни в Подмосковных болотах. Ошибка в существенном различии в климатических условиях, которые столь же существенно отражаются на обустройстве и расчете низкотемпературного контура, от которого напрямую зависит COP (множительный коэффициент). И вот именно в этой детали системы отопления на тепловом насосе специалист решивший спроектировать тепловой насос по немецким учебникам совершит ошибку и окажется на деле вовсе не специалистом.

Итак, первое — стабильная температура грунта на глубине отличается от центрально-европейской на 5-7 градусов.

Второе — в летний период поверхностный грунт в центрально-европейском регионе прогревается гораздо лучше и глубже, чем в центральном регионе России, т. к. летний период дольше и теплее.

Третье — в отопительный период в центрально-европейском регионе из грунта выкачивается значительно меньше тепла, чем необходимо выкачать в центральном регионе России, т. к. отопительный период длинней и суровей.

Из вышесказанного следует, что обустройство горизонтальных грунтовых коллекторов в центральном регионе России нецелесообразно. Аналогично нецелесообразно использование водоемов (исключения составляют глубокие, огромные и проточные. отопительный периодПроектирование тепловых насосов вода-вода без внесений изменений в конструкцию теплового насоса чревато выходом из стоя вследствие обморожения теплообменника, в силу слишком низкой базовой температуры грунтовых вод. Следовательно, остается бурение скважин с обустройством геозондов, при этом необходимо учитывать более низкую температуру грунта и большее необходимое количество тепла в отопительный период. Бурение скважин удовольствие не из дешевых, а, следовательно, необходим точный расчет. К сожалению, часто без разведочной скважины определить будущую теплоотдачу геозонда сложно. Учитывая, данное обстоятельство многие проектировщики-подрядчики (установщики геотермальных тепловых насосов) экономят на бурении, чтобы как говориться «заказчик не ушел». Такой подход, не только приносит материальный вред заказчику, но и разочарование, которое дискредитирует всю геотермальную энергетику.

Оказывается в геотермальной энергетике «собака зарыта» в грунте — ничего странного.

Напоследок, хотелось бы с акцентировать внимание на системах тепловых насосов комбинированных с солнечными коллекторами, которые в летний период избыточное тепло сбрасывают в грунт, тем самым возвращая изъятое тепло, тем самым повышая годовой COP (множительный коэффициент). Но это уже другая история и тема другой статьи.

Остались вопросы?
Звоните +7 495 229-3095