Установка тепловых насосов в России: практический опыт

Еще 10 лет назад мало кто в России слышал о тепловых насосах, хотя уже в 80-е годы прошлого века в СССР эта технология активно внедрялась. Сейчас ситуация изменилась. Недостатка в информации нет, по крайней мере, каждый специалист теплотехник хотя бы в общих чертах представляет себе что такое тепловой насос. Неспециалисты, которые строят себе дома и сталкиваются с необходимостью решения вопроса «откуда взять тепло?» при отсутствии магистрального газа, легко могут найти информацию о тепловых насосах. И в большинстве случаев ее находят. Казалось бы все прекрасно. Но есть и множество проблем, о которых предлагаю поговорить.

Источники информации

Интернет уже давно стал фактически бездонным источником информации. Найти информацию о тепловых насосах на русском языке или о фирмах, предоставляющих услуги по их установке не составит труда. Много ее на сайтах производителей оборудования, инжиниринговых компаний, на специализированных форумах. Однако в равной степени представлена как достоверная информация, так и ложная. И определить достоверна она или нет сможет только специалист. Но, увы, даже не все специалисты утруждают себя проверкой, принимая информацию из интернета за истину. Особенно много недостоверных данных представлено на форумах, поскольку там представлены мнения как специалистов, так и различных «самоделкиных», предлагающих безграничные возможности удешевления процесса. В конечном итоге многие потребители, запутавшись в потоке информации, выбирают рублем. И не всегда этот выбор оказывается правильным и безболезненным.

Не все однозначно и с технической литературой, предоставляемой производителями оборудования. Как правило, это переводные инструкции по проектированию и монтажу теплонасосных установок. Наибольшее распространение получили немецкие методические пособия, поскольку они наиболее подробно и доступно описывают весь процесс. Это действительно лучшие пособия, но есть нюанс, который не дает безусловно рекомендовать их в качестве практических инструкций по установке тепловых насосов в России: они ориентированы на климат Западной Европы. Найти техническую литературу по проектированию теплонасосных установок, разработанную в России для российских условий, практически невозможно. Если что-то и удается «раскопать», так это трактаты, написанные сложным научным языком, непонятным для инженера-проектировщика и тем более – для монтажника.

Спрос и предложение

Не смотря на дороговизну теплонасосных установок (70000-100000 рублей за установленный киловатт тепловой мощности) и на недостаточную информированность населения о подобной технологии, спрос на них есть. Подогревают этот спрос несколько факторов: отсутствие подключения магистрального газа, малый лимит подключенной электрической мощности, сложность и дороговизна подключения газа или дополнительных электрических мощностей, дороговизна дизельного топлива и электроэнергии. А тепловой насос как раз позволяет решить эти проблемы. Есть спрос, есть и предложение. Причем в случае с тепловыми насосами предложение в России опережает спрос.

Сейчас большинство фирм, занимающихся отоплением и котельными готовы предложить свои услуги по установке тепловых насосов. Но немногие имеют большой опыт в этой области и хорошую репутацию. В условиях жесткой конкуренции приходится идти на хитрости, чтобы привлечь покупателя ценой. Кто-то пытается самостоятельно производить тепловые насосы или закупать их в Китае, но в итоговой стоимости системы на сам тепловой насос приходится только 30%. Еще 30% уходит на дополнительное оборудование и монтаж, и оставшиеся 40% – это грунтовый контур и связанные с ним работы. Как раз в грунтовом контуре многие видят основной потенциал для экономии и не хотят замечать опасностей с этим связанных. В дальнейшем будем обсуждать в основном геотермальные тепловые насосы («рассол/вода»), поскольку данный тип установок требует более сложных и тщательных расчетов при проектировании, а также более сложного и дорогого монтажа. Причем ошибка в расчетах может обойтись очень дорого. Но в то же время данный тип тепловых насосов имеет ряд неоспоримых преимуществ: возможность круглогодично обеспечивать теплоснабжение и холодоснабжение без дополнительных источников энергии; гораздо более высокая эффективность в сравнении с тепловыми насосами «воздух/вода»; возможность применения везде, где есть участок земли. Ошибки при проектировании воздушных тепловых насосов не так страшны и влекут за собой в основном снижение эффективности системы, но не полное отключение теплоснабжения, так как с ними в паре всегда устанавливается дополнительный источник тепловой энергии, полностью покрывающий пиковые нагрузки. Воздушные тепловые насосы в основном устанавливаются при модернизации котельных в дополнение к существующим котлам с целью снижения эксплуатационных затрат. Тепловые насосы «рассол/вода» по большей части устанавливаются как самостоятельные устройства.

Благодаря обозначенным выше преимуществам, в регионах с холодным климатом наибольшее распространение получили геотермальные тепловые насосы. Теплонасосные установки, работающие по схеме «вода/вода» устанавливаются крайне редко, так как далеко не всегда существуют исходные условия для их применения.

Непрофессионализм или обман?

Часто, чтобы зацепить и удержать клиента компании, предлагающие геотермальные тепловые насосы, пытаются сэкономить на всем. Экономят на оборудовании, устанавливая более дешевое и простое. Бесспорно, это оборудование тоже будет работать. В данном случае это дело выбора покупателя: купить дешевый агрегат, а потом регулярно посещать сервис и терзаться мыслью: «а выдает ли он заявленные характеристики?», либо купить агрегат подороже и лишь проходить плановое техническое обслуживание. Наиболее совершенные образцы оборудования позволяют производить ТО без вмешательства в работу устройства, что положительно сказывается на надежности системы.

Также экономят на установке дополнительного оборудования типа внешнего бойлера большого объема для приготовления горячей воды и буферной емкости. Это уже в меньшей степени зависит от волеизъявления клиента. Поэтому важно, чтобы продавец объяснил преимущества установки этой техники. Для небольших систем можно не использовать внешний бойлер для горячей воды, а установить тепловой насос со встроенным бойлером. Но объем последнего, как правило, не превышает 180 литров, а тепловой насос сможет нагреть этот объем максимум до 55оС. Соответственно это позволит либо набрать одну ванну теплой воды, либо помыться двум людям. Если этого достаточно, то можно не тратиться на внешний бойлер. И без буферной емкости система тоже будет работать, особенно если в качестве системы отопления используются теплые полы, имеющие большую инерционность и большой объем теплоносителя. Однако установка буферной емкости позволит увеличить объем системы отопления, что сократит число включений/выключений компрессора теплового насоса и создаст запас тепловой энергии на случай непродолжительного отключения электроэнергии. А это в свою очередь сказывается на надежности системы.

И третье, на чем пытаются экономить при установке геотермальных тепловых насосов, – это грунтовый контур. Экономия на данном компоненте системы крайне опасна. И что самое главное – его подбор лежит полностью на совести фирмы, предлагающей услуги по проектированию и монтажу теплонасосных установок. Клиент может только положиться на профессионализм и добросовестность исполнителя. К сожалению, в этой части теплонасосных проектов регулярно приходиться сталкиваться с непрофессионализмом, непониманием процесса или с осознанным обманом с целью максимально занизить стоимость установки. Как правило, фирмы, позволяющие себе такое, исчезают через 1 – 2 года, а обманутый покупатель вынужден искать, кто сможет исправить ошибку. Стоить подобная переделка может очень дорого.

В чем же заключаются ошибки и их опасность? Вне зависимости от исполнения грунтового контура, будь то горизонтальный грунтовый коллектор или вертикальный грунтовый зонд, важно понимать, что грунт, от которого происходит отбор мощности, имеет определенные характеристики, не может отдавать энергию в неограниченном количестве и восстанавливаться мгновенно. Если отбирать у грунта энергии больше, чем он позволяет, он будет постоянно остывать, и эффективность работы теплового насоса будет снижаться. В конечном итоге через несколько лет грунт в этом месте замерзнет настолько, что тепловой насос просто не сможет работать. На восстановление грунта уйдет гораздо больше времени. Некоторые предлагают при условии замораживания грунта отогреть его за свой счет, временно установив проточный нагреватель. Либо предлагают сразу установить солнечные коллекторы, избыточное тепло с которых в летний период будет идти на отогрев грунтового контура. Неконтролируемый разогрев грунта может нанести еще больший вред, так как при сильном разогреве из грунта уходит поровая влага и его теплопроводность ухудшается.

На примере грунтовых зондов рассмотрим основную ошибку, допускаемую при проектировании грунтового контура. Поскольку наибольшее распространение имеют переводные методические материалы фирм-производителей оборудования, все пользуются немецкими нормами VDI 4640 (первые 2 столбца с данными в таблице 1), иногда даже не подозревая об этом. Надо понимать, что они даны для установок с тепловой мощностью до 30 кВт. Для двойных U-образных зондов глубиной от 40 до 100 метров и с расстоянием между ними не менее 6 метров. И в основном рассчитаны на климат Западной Европы, что выражается в таблице в часах наработки установки в год. То есть при работе только на отопление 1800 ч/год и на отопление и ГВС – 2400 ч/год. Если, например, взять Ленинградскую область, то правильно подобранная по мощности установка будет работать на отопление и ГВС в среднем 3100 ч/год, что означает более длительный период охлаждения грунта и более короткий период для его восстановления. Значит, пользуясь немецкими таблицами, надо вводить поправочный коэффициент для корректного расчета. Откорректированные данные для 3100 часов работы теплового насоса в год приведены в третьем столбце данных таблицы 1.

Для установок тепловой мощностью более 30 кВт такой упрощенный подбор грунтового контура не подходит. Необходимо проводить тестирование пробной скважины для определения свойств грунта с последующим математическим моделированием поведения массива грунтовых зондов в интервале 25 лет.

Недобросовестный и неосторожный подход в проектировании грунтового контура наносит большой вред развитию тепловых насосов на российском рынке, поскольку формирует отрицательное мнение о технологии в целом, и, как следствие, вызывает к ней стойкое недоверие.

Нормативная документация и государственная поддержка

Серьезной преградой на пути широкого внедрения тепловых насосов в России является отсутствие нормативных и рекомендательных документов, регламентирующих процесс проектирования, согласования и установки данного типа оборудования. Законотворчество в разрезе возобновляемой энергетики направлено, в основном, на поддержку хорошо известных технологий, таких как солнечные фотоэлектрические батареи, гидроэлектростанции, ветроэлектростанции. Тепловые насосы остаются в тени. Отсутствуют какие либо федеральные или муниципальные программы по поддержке развития теплонасосного сегмента в России. В связи с этим процедура согласования проектов по установке тепловых насосов абсолютно непрозрачна, требует большого количества времени и усилий. При этом результат такого согласования зависит исключительно от субъективного мнения экспертов.