Теплосоюз

Возобновляемые источники энергии

+7 (495) 543-43-03

107553, Москва, 1-я Пугачевская ул., д.25
196158, С-Петербург, Московское ш., д.44
603159, Н.Новгород, Бойновский пер., д.17
350010, Краснодар, Ростовское шоссе, д.21
354008, Сочи, ул. Политехническая, д.3
400112, г. Волгоград, Б-р Энгельса, 8А

09/08/2019

Выполнены работы по монтажу теплового насоса NIBE F1255-12
Наружный контур 240м общей длинны...

11/03/2019

Новости с выставки ISH2019!

Компания Nibe представила европейской публике, новую модель...

31/08/2018

Инженерная группа ГК «Теплосоюз» произвела монтаж системы геотермального отопления/охлаждения и г...

30/08/2018

Инженерная группа ГК «Теплосоюз» заканчивает монтаж геотермального теплового насоса для отопления...

15/08/2018

Проектирование и монтаж водяных теплых полов Uponor (Финляндия).

Инженер...

Все новости →

Тепловые насосы: как избежать ошибок!

05.09.2016

Тепловые насосы: как избежать ошибок!

 

Это оборудование пережило период скептического отношения к себе ("физику не обманешь", "волшебства не бывает","игрушка для богатых") и постепенно становятся всё более популярными и доступными по цене. Увы, такое «погружение  в народ» имеет и свои минусы – всё чаще при эксплуатации тепловых насосов начинают проявляться недостатки и порой весьма дорогостоящие… Почему? С этим вопросом мы и обратились к специалистам!

 

 В последние годы популярность тепловых насосов сильно выросла, соответственно и количество компаний, занимающихся продажей и установкой тепловых насосов, тоже. Но из-за низкой квалификации установщиков, в процессе эксплуатации возникает ряд проблем, когда система с тепловым насосом перестаёт работать или функционирует неэффективно. И тогда многие пользователи, столкнувшиеся с подобными неприятностями, выясняют, что цена такого «брака» оказывается порой непомерно высока, и простой заменой каких-то деталей не обойтись – придётся в буквальном смысле перепахивать участок, заново бурить или прокладывать сотни погонных метров трубы и т.д.

 В такой ситуации хозяевам можно только посочувствовать. Но, как говорится, их пример – другим наука.

Каковы же причины неудачного использования качественного оборудования?

Все «косяки» можно разделить на две группы.

Первая-  ошибки при подборе и проектировании.

Вторая – халатное исполнение монтажниками своей части работы.

Напомним принцип действия тепловых насосов. Они забирают тепло от так называемых низкопотенциальных источников тепловой энергии.В качестве которых может быть почвенный грунт, вода из водоёмов или атмосферный воздух. Тепловые насосы разделяются в зависимости от вида источника энергии и способа переноса тепла. Наибольшее распространение получили тепловые насосы типа «грунт-вода» (то есть, источником энергии служит грунт, тепло передаётся через геотермальный коллектор), также есть и другие не менее эффективные решения: «вода-вода», «воздух-вода», «воздух-воздух». Конструктивно это оборудование содержит два теплообменника. Через первый проходит теплоноситель, соприкасающийся с источником низкопотенциального тепла, второй отдаёт тепло в дом, а между ними промежуточный контур с компрессором и испарителем в котором находится фреон, который передаёт холод в грунт или воду, а тепло в дом. Весьма распространённым источником низкопотенциального тепла является воздух, который можно использовать для теплообмена в неограниченных количествах.

 

Основной сложностью становятся не ошибки монтажа или некачественные материалы – они предсказуемы, поэтому можно избежать проблем, а правильное выполнение теплотехнического расчёта с учётом всех особенностей оборудования. Особенно важен такой расчёт именно для грунтовых теплообменных контуров из-за их низкой ремонтопригодности. Но у грунтовых(геотермальных) тепловых насосов есть существенный плюс: постоянный коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую (COP) – 4-5.

 

 У тепловых насосов «воздух-воздух» и «воздух-вода» основной конструктивной проблемой является малая производительность и полная неработоспособность «воздушников» при температурах наружного воздуха ниже -15-20 °С. Технологически её удалось исправить только недавно, за счёт переменного объёма фреона в системе (введены дополнительные ресиверы) и впрыска горячего фреона внутрь компрессора для увеличения перегрева теплоносителя. Благодаря этим нововведениям, например, «воздушники» от Mitsubishi Electric теперь способны работать при морозах до -28 °С и ниже. Но чудес на свете не бывает, и у воздушных тепловых насосов при впрыске горячего фреона падает производительность (18%). Поэтому более подробно рассмотрим системы с геотермальным отоплением!

 

 

Каждый узел важен по-своему

Неправильно спроектированная система отопления с тепловым насосом будет либо недостаточно мощной, либо несбалансированной по мощности основных узлов. В первом случае она не обеспечит дом необходимым количеством тепла. Во втором случае, когда, например, неудачно подобран наружный контур теплообменника (нитки трубопровода расположены слишком близко друг к другу или находятся на неподходящей глубине), возникает опасность замораживания трубопровода.

Грунтовой теплообменник – один из ключевых элементов, с устройством которого чаще всего возникают проблемы. Он состоит из длинных (несколько сотен метров) нитей трубы (обычно используется более дешёвая пластиковая), сложенной кольцами в траншеи или помещённой в одну или несколько скважин. Грунтовый теплообменный контур почти не ремонтопрегоден и, если возникает утечка теплоносителя из-за механического порыва трубы или её плохого качества либо по иной причине, то нитку теплообменника нужно глушить с потерей части производительности или менять.

Вертикальные скважины, в которые погружаются геотермальные зонды. Их преимущество — компактность. Они требуют минимум места и обычно используются в тех случаях, когда нет возможности отвести большую площадь (от 6 соток и больше) под горизонтальный коллектор, над которым нельзя возводить постройки и сажать растения с развитой корневой системой. Для обустройства скважин достаточно нескольких квадратных метров площади, глубина бурения составляет 70-100 м. Кроме того, температура в скважинах постоянна (3-5°C), что позволяет тепловому насосу работать более эффективно. Поэтому скважинный коллектор предпочтительнее, если тепловой насос используется и в тёплое время года, в составе систем пассивного и активного охлаждения.

Неправильный расчёт (недостаточная длина контура) может привести к постепенному, сезон за сезоном, понижению температуры в скважинах, а также стать причиной бесповоротного замерзания геотермального теплообменника и грунта вокруг него. Зачастую не учитывают взаимного влияния скважин. Если они расположены на расстоянии менее 10 м друг от друга, то следует увеличивать общую длину вертикальных скважин, чтобы обеспечить необходимый уровень отдачи энергии. Часто в расчетах используется базовый показатель 50 Вт/м, фактические испытания показали, что в нашей стране этот показатель 30-40 Вт/м. Также стоит обратить особое внимание и на соблюдение технологии бурения геотермальных скважин, зачастую для снижения стоимости 1 погонного метра бурения производятся работы с нарушением, более подробно о технологии бурения геотермальных скважин указано в разделе: Бурение скважин под геозонды для тепловых насосов

Горизонтальный контур. Его преимуществом по сравнению со скважинами является более низкая стоимость. Контур укладывается на глубине 0,8-1,4 м, поэтому не требует использования буровой техники, однако занимает достаточно большую площадь, возможности последующего полезного использования которой ограничиваются устройством декоративного газона, насыпных дорожек, грядок, посадкой кустарника.

К ошибкам проектирования горизонтального контура помимо неадекватной длины относится недостаточная либо избыточная глубина его укладки. При малой глубине закладки горизонтального коллектора окружающая среда слишком сильно влияет на температуру теплоносителя. В результате к концу отопительного сезона температура теплоносителя в наружном контуре уходит в минусовые температуры, что сказывается на эффективности работы теплового насоса. Из-за слишком большой глубины укладки горизонтального контура, грунт вокруг теплообменника не успевает прогреться в летний период. Стоит упомянуть об одном из распространённых мифов о том, что коллектор следует укладывать ниже глубины промерзания грунта. На самом деле коллектор должен находиться выше, поскольку его задача — получить как можно больше тепла из окружающей среды, поэтому необходим свободный теплообмен, чтобы максимизировать отдачу от нагрева грунта теплом солнца, дождевой воды и т. д.

Неправильная эксплуатация территории, под которой расположен горизонтальный коллектор, тоже способна привести к сбоям в работе системы. Над коллектором нельзя располагать постройки, класть асфальт или тротуарную плитку. Если геотермальный теплообменник окажется под «крышей», то может возникнуть ледяная линза, образованная замёрзшим теплообменником и грунтом вокруг него.

 

Опасность завышенных ожиданий

 

Каковы распространённые ошибки при проектировании системы отопления с тепловым насосом? Очень часто при расчётах указывают все величины без запаса. Например, если расчётный теплосъём для грунтового коллектора составляет 20-40 Вт с погонного метра (а не 50-100 Вт, как пишут в рекламных проспектах), то при расчёте его принимают за 30 Вт. Соответственно выбирают и «самый удобный» метод расчёта.

Аналогичные просчёты совершаются и при выборе теплового насоса. Например, вместо модели мощностью 24 кВт устанавливают устройство мощностью 17 кВт. В результате насос не справляется в пиковые нагрузки.

Характерной ошибкой является использование методик расчёта, выполненных по западноевропейским нормативам. Всё-таки зима у нас более холодная, и продолжается дольше, чем, скажем, в Германии. Для расчёта должны применяться нормативы, соответствующие климатическим особенностям региона строительства.

 

Специалистами компаний "NIBE" и "Danfoss" разработано  и применяется специальное программное обеспечение, позволяющее автоматизировать расчёт геотермального теплообменника и минимизировать риск возникновения ошибок. Глубина скважин, длина коллектора, поправки на взаимное влияние элементов теплообменника рассчитываются, исходя из их взаиморасположения, особенностей распределения температуры в грунтах различной природы и конфигурации земельного участка. В результате нередко оказывается, что необходимое для правильной работы геотермальной системы количество скважин или площадь и длина коллектора оказываются больше тех, что обычно предлагают проектировщики. Но при этом мы гарантированно получаем ожидаемый результат в процессе эксплуатации. Не стоит пренебрегать возможностью автоматизации расчётов, ведь срок эксплуатации геотермального теплообменника в несколько раз превышает срок эксплуатации теплового насоса и достигает 50-80 лет.

 

 

Упростим монтаж?

Отечественные строители иной раз достаточно безответственно подходят к монтажу узлов системы отопления, при том что установка теплового насоса не представляет собой сложности, особенно если речь идёт о моделях последнего поколения. Многие зарубежные производители предлагают полностью собранные тепловые насосы «для сантехников». Такие насосы есть у NIBE, Vaillant, Danfoss. Например, шведская компания Nibe предлагает инверторные модели со встроенным баком ГВС. Этот моноблок, который содержит все необходимые элементы, довольно прост в установке и запуске. Монтаж такого оборудования заключается в его установке на твёрдом основании, подключении к электричеству и подключению труб наружного и внутреннего коллекторов. Хотя и здесь иногда находится место для «творчества». Например, монтажники иногда делают подпитку от водопровода к грунтовому теплообменнику, что категорически запрещено.   

Вообще, многострадальному грунтовому теплообменнику «достаётся» чаще всего. Один из самых распространённых промахов — занижение проходных диаметров трубы. Порой экономят и на материалах. Для грунтовых теплообменников повсеместно применяется полиэтилен, который хорошо переносит отрицательные температуры. А вот использование полипропилена – грубейшая ошибка.

Для соединений отрезков трубопровода необходимо выбирать только соответствующие элементы, предназначенные для подземного монтажа, и надёжные технологии, такие как электрофузионная(электромуфтовая) сварка. Типичный просчёт — применение дешёвых компрессионных фитингов, дающих течь через пару лет эксплуатации.

Очень важно правильно тампонировать скважины, чтобы зонд имел хороший термический контакт с грунтом. Для этой цели скважины с установленным зондом заполняют смесью,теплопроводные характеристики которой не хуже, чем у грунта. Бентонит, популярный материал для тампонажа стволов скважин, также рекомендуется заполнять скважины песком с небольшой примесью бентонита и цемента. Чтобы все скважины отдавали тепло равномерно необходимо использовать распределительные колодцы или коллекторы с расходомерами.

 

На этапе проектирования определяют требуемую мощность теплового насоса, а также тепловой баланс здания – необходимый объём тепла и холода (в летний период). При расчёте нужно использовать фактические характеристики грунта, его теплопроводность и теплоёмкость. Также, обязательно, следует учесть интенсивность выкачивания и закачивания энергии (отбор/сброс тепла), чтобы удержаться в заданных параметрах при пиковых нагрузках. Понижение или повышение температуры в грунте в зарубежных руководствах строго регламентировано. Для устойчивости системы стоит выполнить расчёт с перспективой 25-50 лет.

Геотермальные зонды выбранного типа должны соответствовать всем перечисленным характеристикам и иметь достаточное термическое сопротивление (площадь теплообмена, применяемый материал). Необходимо учитывать геометрию геотермального контура. При больших массивах находящиеся внутри зонды получают значительно меньше энергии, чем периферийные. Так как термическое воздействие на грунт наблюдается в радиусе 4-5 м от зондов, их следует размещать таким образом, чтобы отсутствовало взаимовлияние.

 

 

Таблица. Типичные ошибки при обустройстве тепловых насосов

 

Ошибки

Последствия

Способы исправления

Недостаточная длина трубопровода первичного контура теплообменика

Замораживание теплоносителя в трубопроводе

Перекладка теплообменника или устройство дополнительного контура

Занижение диаметра трубы контура теплообменника

Недостаточная мощность системы

Перекладка теплообменника

Слишком близкое расположение скважин или ниток трубопровода теплообменника

Замораживание теплоносителя в трубопроводе

Перекладка теплообменника или устройство дополнительного контура либо скважины

Использование полипропиленовых труб, компрессионных фитингов

Утечка теплоносителя

Перекладка теплообменника

Устройство над горизонтально расположенным контуром сооружений, препятствующих доступу тепла с поверхности земли

Замораживание теплоносителя в трубопроводе

Демонтаж сооружений

Вернуться