Табл. 1. Стоимость монтажа теплового насоса
Табл. 2. Сравнение использования различных способов отопления
Последние 10 лет дети дошкольного возраста в селе Турунтаево воспитывались дома, а потому открытие детского сада здесь было просто необходимо. По словам начальника Управления образования администрации Томского района Сергея Ефимова, одноэтажное здание под дошкольное учреждение отдала администрация поселения, а финансирование проекта стало возможно благодаря областной целевой долгосрочной программе по открытию дошкольных мест.
Поскольку газ в селе отсутствует, было принято решение оборудовать садик системой геотермального отопления. Этот шаг обусловлен тем, что, по подсчетам специалистов Управления, стоимость долгосрочной эксплуатации геотермальных насосов получается ниже, чем оплата работы угольной котельной. Здание администрации Турунтаевского поселения до реконструкции не отвечало современным требованиям энергоэффективности и относилось к низкому классу энергоэффективности «D».
С целью дальнейшей максимальной экономии топливно-энергетических ресурсов, а также для возможности установки теплового насоса с более низкой расчетной мощностью, было принято решение привести здание к максимальному классу энергоэффективности «А». Кроме того, был произведен расчет соответствия теплового оборудования СанПиН, по которым оно должно поддерживать в здании детского сада температуру не ниже +19 °C при температуре наружного воздуха –40 °C.
Всего на перепланировку, ремонт и переоборудование здания было затрачено около четырех миллионов рублей — 80 % суммы было выделено из областного бюджета, а 20 % — софинансирование из местного бюджета Томского района. Вместе с тепловым насосом сумма составила чуть меньше шести миллионов. Благодаря тепловым насосам, отопление детского сада представляет собой полностью изолированную и независимую систему. В здании теперь нет традиционных батарей, а отопление помещения реализуется при помощи системы «теплый пол».
Как это происходит?
Для обеспечения здания детского сада теплом и горячей водой тепловой насос использует низкопотенциальное тепло земли. Схематично систему можно разделить на три части: внешний контур — система труб, в которой циркулирует теплоноситель (этиленгликоль), собирающий низкопотенциальное тепло окружающей среды (грунта, воды); тепловой насос, увеличивающий температуру теплоносителя до 40–50 °C путем парокомпрессии газа (фреона) и передающий тепловую энергию внутреннему теплоносителю (дистиллированной воде); внутренний контур — система отопления (в данном случае «теплый пол»), распределяющая тепло по помещению.
Здесь стоит отметить, что существует несколько видов внешних контуров тепловых насосов: водяной контур — в этом случае теплопроводником является водоем, на дно которого укладывается контур; горизонтальный земляной контур — ниже глубины промерзания (около 2–2,5 м) грунт имеет стабильную температуру, не зависящую от температуры наружного воздуха, а потому трубопровод, по которому циркулирует теплоноситель, может быть уложен в землю на глубину в пару метров (этот вариант требует наличия значительной свободной площади около здания, поскольку площадь всего контура примерно равна общей площади отапливаемого помещения); вертикальный земляной контур (скважина) — в этом случае трубы с теплоносителем опускаются в скважины (длиной от 50 до 300 м), здесь не требуется большая свободная площадь около здания, однако необходимы дорогостоящие бурильные работы; воздушный коллектор — тепло берется из воздуха, а потому такой контур актуален в южных регионах.
По словам энергетика Управления образования администрации Томского района Романа Алексеенко, площадь земли рядом с Турунтаевским садиком позволила установить там внешний горизонтальный земляной контур, площадь которого составила около 250 м2 (как и площадь детского сада). Этот способ проще и дешевле, нежели обустройство вертикального контура.
«Глубина промерзания грунта составляет 2–2,5 метра. Температура земли ниже этой отметки остается одинаковой и зимой и летом, и равняется от плюс одного до плюс пяти градусов Цельсия. Работа теплового насоса построена на этом свойстве. В земляной контур рядом с Турунтаевским садиком, на глубину 2,5 метра были закопаны сообщающиеся трубы, на расстоянии примерно полутора метров друг от друга. В системе труб циркулирует теплоноситель — этиленгликоль. Внешний горизонтальный земляной контур сообщается с холодильной установкой, в которой циркулирует хладагент — фреон, газ с низкой температурой кипения. При контакте скажем, с плюс трех градусов Цельсия, этот газ начинает закипать, и когда компрессор резко сжимает кипящий газ, температура последнего возрастает до плюс 50 градусов Цельсия. Нагретый газ направляется в теплообменник, в котором циркулирует обычная дистиллированная вода. Жидкость нагревается и разносит тепло по всей системе отопления, уложенной в полу», — объясняет Роман Алексеенко.
Мощность насоса в Турунтаевском садике составляет 40 кВт вырабатываемой тепловой энергии, для производства которых тепловому насосу требуется 10 кВт электрической мощности. Таким образом, из 1 кВт потребляемой электрической энергии тепловой насос производит 4 кВт тепловой энергии. Для возможности уменьшения мощности требуемого теплового насоса и насосного оборудования, а значит, и снижения затрат на потребляемую ими электрическую энергию, здание, в котором устанавливается оборудование, необходимо привести к максимальному классу энергетической эффективности «А».
Турунтаевский садик ему соответствует, в здании обустроена дополнительная теплоизоляция: поверх существующей стены (толщиной в три кирпича) установлен 10-сантиметровый слой утеплителя, эквивалентный двум-трем кирпичам. За утеплителем находится воздушная прослойка, а следом — металлический сайдинг. Таким же образом утеплена и крыша. Кроме того, в садике установлены энергосберегающие пластиковые окна, утеплены входные группы.
Подвала в здании нет, потому теплопотерь через него не предвиделось и основное внимание строителей сосредоточилось на «теплом полу» — системе отопления здания. Получилось несколько слоев: бетонный пол, слой пенопласта толщиной 50 мм, «теплый пол» — система труб, в которых циркулирует горячая вода, бетонная стяжка и линолеум. Несмотря на то, что температура воды в теплообменнике может достигать 50 °C, максимальный нагрев фактического напольного покрытия не превышает 30 °C.
А потому большинство традиционных напольных покрытий — таких как линолеум, паркет, керамическая плитка, камень могут быть использованы вместе с «теплым полом». Фактическая температура каждой комнаты может регулироваться вручную — автоматические датчики позволяют устанавливать температуру пола таким образом, чтобы помещение детского сада прогревалось до положенных санитарными нормами градусов.
Директор МБОУ Турунтаевской средней школы (в ведомстве которой находится детский сад) Евгений Белоногов: «Мы немного боялись зимы — не знали, как поведут себя тепловые насосы. Но даже в сильные морозы в садике было стабильно тепло — от плюс 18 до 23 градусов Цельсия. Конечно, здесь стоит учесть, что и само здание было хорошо утеплено. Оборудование неприхотливо в обслуживании, и, не смотря на то, что это западная разработка, в наших суровых сибирских условиях, показало себя довольно эффективно. Тепловой насос работает от электричества — в холодные месяцы у нас выходило около двух тысяч киловатт. Кроме того, оборудование экологично — все жидкости абсолютно безвредны и даже в случае протечки никакой опасности для окружающих не представляют. Ну и самое главное — детям в садике комфортно. Благодаря “теплому полу” их ножки всегда в тепле».
Сколько это стоит?
По данным, предоставленным Управлением образования администрации Томского района, монтаж теплового насоса обходится дешевле строительства угольной котельной, кроме того, его работа обойдется вдвое дешевле работы последней (табл. 1).
- Приобретение и монтаж внутреннего контура (800 тыс. руб.), тепловой насос DBH-40 мощностью 40 кВт плюс монтаж внешнего горизонтального контура (1 млн руб.).
- Строительство модульной угольной котельной мощностью 100 кВт (1 млн 500 тыс. руб.) строительство теплотрассы длиной 50 м (600 тыс. руб.), монтаж традиционной системы отопления (500 тыс. руб.).
- Мощность насоса (10 кВт⋅ч) × отопительный сезон (6556 ч) × 3,64 руб/кВт⋅ч (стоимость 1 кВт⋅ч электрической энергии в селе Турунтаево).
- Аналогичное здание детского сада в селе Александровское тратит 35 т угля за отопительный сезон (стоимость угля — 3000 руб/т, итого 105 тыс. руб. за сезон), годовая зарплата кочегаров (360 тыс. руб.), годовая электрическая энергия, потребляемая котельной (30 000 кВт⋅ч при тарифе 3,64 руб/кВт⋅ч = 109 200 руб.).
Подобная система отопления используется в школе в селе Вершинино Томского района, однако из-за отсутствия необходимой площади рядом со зданием, в «вершининской» школе была использована система вертикальных земляных скважин, которая в разы дороже горизонтального контура — общая стоимость затрат на вертикальную установку для здания в 600 м2 составила 10 млн руб.
По периметру здания пробурили 27 двухсотметровых скважин, в которые поместили шланги из уплотненного полипропилена с циркулирующим в них теплоносителем (этиленгликолем). Эти трубки идут к зданию школы, а далее схема повторяет «турунтаевскую». Результаты сравнения использования различных способов отопления «вершининской» школы, предоставленные Управлением образования администрации Томского района сведены в табл. 2.
Стоит отметить, что тепловой насос можно устанавливать как «с нуля», так и в готовое утепленное здание, переоборудовав пол. Начальник управления образования Томского района Сергей Ефимов:
«Несомненные плюсы использования тепловых насосов — это их экономичность и экологичность. Система теплоснабжения позволяет регулировать подачу тепла в зависимости от погоды на улице, что исключает так называемые “недотопы” или “перетопы” помещения. Погода непредсказуема, она не подстраивается под стандартный отопительный сезон. Например, по графику, котельную уже отключили, а на улице еще холодно и мы вынуждены включать дополнительные электрические обогреватели. Но детишки все равно начинают простывать, родители вынуждены отпрашиваться с работы, чтобы сидеть с ними дома, а здесь уже страдает экономика — это же целая цепочка. Люди испытывают дискомфорт, их удовлетворенность от образовательной услуги понижается. Или, наоборот, за окном золотая осень, а котельная работает на полную мощность, персонал открывает окна и тепло просто уходит на улицу. А в случае с тепловыми насосами ты сам хозяин положения. Кроме того, мы избавлены от проблем, возникающих в случае с центральными котельными: некачественный уголь, неквалифицированные кочегары, аварии, немодернизированные котельные, нечестные теплоснабжающие организации… Теперь мы по возможности будем внедрять технологию тепловых насосов во всех новых или реконструируемых зданиях, тем более что производитель дает нам гарантию: срок службы всей системы — минимум 30 лет, а это в два раза больше, чем у традиционной системы отопления».
В целом реализуемые мероприятия отвечают мнению департамента экономики администрации Томской области в отношении использования возобновляемых источников энергии. Одним из основных проектов, реализуемых в регионе в рамках программы по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, является использование местных возобновляемых источников энергии в различных отраслях экономики, в данном случае в социальной сфере, куда относятся школы и детские сады.
Развитие возобновляемой энергетики активно поддерживает глава региона Сергей Анатольевич Жвачкин. Сегодня в Томской области успешно функционируют уже три бюджетных учреждения с системой геотермального отопления: детский сад «Солнечный зайчик» в микрорайоне Зеленые горки города Томска, детский сад в селе Турунтаево и средняя образовательная школа в селе Вершинино Томского района.
Стоит отметить, что проект по внедрению энергосберегающих технологий в детских садах в Томском районе получил третье место в ежегодном конкурсе «Инновации в муниципальном управлении ’2013». В 2014 году планируется строительство еще двух дошкольных групп в деревне Кандинка и в поселке Копылово, а также реконструкция и переоборудование здания под детский сад в селе Тахтамышево. Во всех трех зданиях отопление также будет реализовано посредством тепловых насосов, поскольку система уже успела себя оправдать.
