Эксплуатация геотермального отопления: советы и рекомендации

Плюсы и минусы геотермального отопления

Принцип работы геотермального отопления основан на цикле Карно — аналогичным образом работают кондиционеры и холодильники. Для обогрева здания тепловой насос использует низкопотенциальную энергию земли, которая преобразуется в полезное тепло за счет изотермических и адиабатных процессов. Среди преимуществ установки ТН для частного дома требуется выделить:

• Универсальность — принцип работы теплового насоса позволяет использовать систему для отопления в зимнее время, и для охлаждения — летом. Кроме того, наличие блока ГВС позволяет также получить бюджетный источник горячей воды.
• Неприхотливость в обслуживании — после установки система работает в автономном режиме и не требует регулярного ТО. Все обслуживание геотермального отопления заключается в ежегодной ревизии теплообменников и замены расходников компрессорного контура.
• Долгий срок службы — ресурс теплового насоса превышает срок службы электро- и газовых котлов. Среднестатистический срок службы ТН до планового капремонта составляет 100 000 часов работы, чего хватает на 20–25 лет работы при сезонном использовании. Ресурс геологических зондов и глубинных скважин — 60–100 лет.
• Экологичность и безопасность — отсутствие процессов горения и коррозии в ТН полностью исключает вред экологии. Для работы теплового насоса не требуется организация отдельной котельной, риск возгорания системы минимальный.
• Компактность — тепловые насосы могут размещаться в подвальном или техническом помещении, и не занимают много места. Отсутствие минерального топлива исключает проблемы с доставкой и хранением — в отличие от электро-, пеллетных или газовых котлов, для работы геотермального отопления необходимо только подключение к бытовой электросети.

Установка теплового насоса подходит для крупных коммерческих или промышленных помещений, а также организации отопления в частном секторе. Монтаж ТН целесообразен для зданий общей площадью от 80 м2, имеющих приусадебный участок или доступ к водоему. Геотермальное отопление не лишено недостатков — из негативных сторон стоит выделить:

• Стоимость реализации проекта и долгий срок окупаемости — высокая цена комплектующих и сложность установки увеличивает суммарную стоимость проекта геотермального отопления. Данный недостаток нивелируется долгим сроком службы и простотой обслуживания системы.
• Сложность установки — основная сложность установки геотермального отопления заключается в организации внешнего теплообменника, что сопровождается бурильными и земляными работами. Сложность установки напрямую зависит от рельефа местности, типа грунта и расчетной мощности отопления. Заказывать проект геотермального отопления рекомендуется только у специалистов.
• Наличие источника аварийного электропитания — для бесперебойной работы ТН требуется приобретение аварийного генератора. При этом генератор должен покрывать сумму пусковых токов циркуляционных насосов и компрессора. Для тепловых насосов с энергопотреблением более 3.5 кВт/ч отдельно рекомендуется подключение к трехфазной сети (380 В).

Тепловые насосы используют электроэнергию, однако преобразование низкопотенциальной геотермальной энергии увеличивает эффективность системы в 4–5 раз в сравнении с использованием электрокотла. Так, на каждый затраченный кВт/ч электричества геотермальный насос выдает до 4.5–5 кВт/ч тепла, которое может использоваться для обогрева помещения и ГВС. Таким образом установка геотермального отопления имеет больше преимуществ, чем недостатков, и позволяет получить практически автономный источник тепловой энергии.

Особенности установки геотермального теплового насоса

Проект термального отопления обычно рассчитывается для загородных домов, коммерческих или промышленных объектов. Для установки ТН требуется достаточное количество свободной площади, необходимой для установки внешнего теплообменника и проведения земельных работ. Из особенностей, которые следует учитывать при расчете проекта отопления, нужно выделить:

• Тип размещения внешнего теплообменника — внешний контур ТН может размещаться в горизонтальной или вертикальной плоскости. Горизонтальный монтаж отличается объемным фронтом подготовительных работ и простотой установки контура, в среднем съем тепла с 1 м теплообменника составляет 25–40 Вт. При вертикальном монтаже увеличивается сложность установочных работ , однако повышается и эффективность системы — при размещении в скважинах съем тепла с 1 м теплообменника достигает 50–80 Вт. При наличии рядом естественного водоема или подземного водного горизонта, эффективность геотермального отопления увеличивается. 
• Вид системы отопления — чаще всего для внутреннего контура геотермального отопления используются радиаторные батареи или теплый пол. Установка радиаторов — бюджетный способ организовать отопление для помещений с большой площадью. Теплый пол более эффективен, однако для крупных зданий довольно затратный.
• Место для размещения компрессорного контура — отсутствие процессов горения обеспечивает пожаробезопасность теплового насоса, что исключает необходимость организации отдельной котельной. Сам ТН может размещаться в подсобном помещении или подвале здания — общие габариты теплового насоса занимают не более 4 м2. Однако при установке системы внутри жилого здания может потребоваться установка дополнительной шумоизоляции, особенно для ТН большой мощности с винтовыми компрессорами.
• Функциональность системы — при выборе ТН необходимо обращать внимание на комплектацию. Из списка востребованных опций выделяется удаленное управление через Wi-Fi или систему «умный дом», а также наличие автоматики и энергосберегающих режимов.

Ускорить окупаемость геотермального отопления позволяют тепловые насосы с блоком для ГВС. Подключение дополнительного контура для нагрева воды позволяет организовать горячее водоснабжение и сократить коммунальные расходы. ГВС, работающее от теплового насоса, менее затратно, чем установка электрического бойлера или подключение к центральному водопроводу.

Как сэкономить на установке теплового насоса?

Геотермальное отопление — сложный проект, сопровождаемый несколькими этапами подготовительных и монтажных работ. Разберем на что нужно обращать внимание, на чем можно и где не стоит экономить.

Правильный расчет и разработка проекта

Эффективность геотермального отопления напрямую зависит от степени проработки проекта. Для каждого здания проект разрабатывается с нуля, при расчетах учитываются особенности местности и грунта, график изменения температуры в течение года, площадь и теплопотери здания, т. д. Использование шаблонных проектов чревато снижением эффективности ТН, а также увеличением затрат на этапах подготовительных и монтажных работ. Наиболее распространенная ошибка — неправильный выбор размещения внешнего теплообменника. Например, при большой глубине промерзания грунта, эффективней провести бурение геологического зонда на участке. А в случае удаления водоема более чем на 100 м от здания, следует отказаться от размещения теплообменника в воде или провести наклонное бурение до подземного водного горизонта.

Заказ проекта под ключ у профильной компании

Из примера выше возникает следующий совет. Чтобы предотвратить дополнительные траты при организации геотермального отопления, а также низкий КПД готовой системы, установку ТН рекомендуется заказывать только у специалистов. Самостоятельная организация теплообменников или теплового насоса способна снизить эффективность отопления — основные риски: малый срок службы системы, высокие расходы на электроэнергию, слабая эффективность. Единственный способ сэкономить на проекте, используя собственные силы — провести самостоятельно подготовительные работы. Очистка участка от растительности, перенос инженерных коммуникаций и земельные работы позволяют сэкономить до 60–100 000 рублей на установке ТН с горизонтальным теплообменником. При организации ТН с вертикальным внешним контуром, бурение геологических скважин лучше доверить специалистам.

Установка контура под фундаментом

В случае установки ТН на этапе строительства дома, внешний теплообменник можно разместить под фундаментом, что позволит уменьшить объем земляных работ. Размещение под фундаментом позволяет снизить стоимость подготовительных процедур, а также организовать отопление даже на участках с ограниченной площадью. Единственным недостатком при подобном размещении теплообменника считается частичная потеря эффективности ТН, поскольку из-за тени дома грунт не будет получить солнечную радиацию, позволяющую поддерживать температуру почвы. Примечание. Подобный эффект также наблюдается при наличии на участке деревьев с пышной кроной, создающих естественное затенение.

Приобретение ТН с запасом по мощности

При выборе теплового насоса рекомендуется рассматривать модели мощностью на 10–15% больше, чем требуется для покрытия реальных теплопотерь здания. Для моделей с блоком ГВС расчетную мощность требуется увеличить еще на 10–12%. Выбор более мощного ТН позволит обеспечить эффективное отопление помещений и снизить общую нагрузку на систему при сильных заморозках. В случае ограниченного бюджета при выборе ТН для небольших помещений рекомендуется провести дополнительное утепление. Для поддержания комфортного микроклимата в средней полосе РФ на каждый квадратный метр помещений необходимо:

• До 120 Вт/ч тепла для неутепленного здания.
• До 80 Вт/ч — для помещений с обычной теплоизоляцией.
• До 40 Вт/ч — при наличии энергосберегающего утеплителя.

ТН, работающий на 80–85% мощности при пиковых нагрузках, служит дольше, чем модель, подобранная впритык. Кроме того, запас по мощности позволяет предупредить необходимость установки дополнительных систем отопления при критическом похолодании. Подключение дополнительных тэнов или других источников отопления при сильных морозах сводит на нет эффективность геотермального отопления.

Приобретение ТН с автоматикой или удаленным управлением

Приобретение модели с расширенной функциональностью позволит дополнительно сэкономить на электроэнергии и упростить поддержание микроклимата в помещении. Тепловые насосы с автоматикой могут программироваться под необходимый режим работы — это позволяет:

• Переключать ТН в энергосберегающий режим работы на время отъезда.
• Отапливать дом только в ночное время, используя электроэнергию по скидке.
• Отключать блок с ГВС, когда не требуется постоянный нагрев горячей воды, например, на ночь или в рабочее время.
• Автоматически увеличивать интенсивность отопления по заданному графику или при снижении температуры в помещении до определенной отметки.

Наличие автоматики или возможность удаленного управления ТН позволяет более эффективно использовать геотермальную энергию и снизить расходы на электроэнергию. В перспективе тепловые насосы с программируемыми режимами работы оказываются более экономичными, чем бюджетные ТН, и быстрее окупаются.

Рекомендации по эксплуатации геотермального отопления

Тепловые насосы не требуют повышенного внимания и долгое время могут работать в автономном режиме. Владельцу здания остается периодически проверять состояние системы и периодически обслуживать периферийное оборудование: генератор, систему фильтров и т. д. Разберем детально основные рекомендации по эксплуатации ТН.

Переключение ТН в спецрежим перед отъездом

При покидании дома на длительное время тепловой насос необходимо переключить в энергосберегающий или сервисный режим, предупреждающий замерзание теплоносителя в системе. В спецрежимах ТН продолжает функционирование под малой нагрузкой для поддержки компрессора и теплообменников в рабочем состоянии. При наличии автоматических режимов управления, перед отъездом рекомендуется выбрать наиболее подходящий режим работы, для систем с ручным управлением — снизить нагрузку до минимального уровня. Полностью отключать или оставлять ТН под полной нагрузкой на длительное время в период отопления не стоит.

Контроль качества воды для системы с открытым забором из источника

Для тепловых насосов с открытым внешним теплообменником требуется проводить обслуживание фильтров согласно регламенту производителя. Как правило, обслуживание заключается в чистке фильтров грубой очистки и замене элементов тонкой фильтрации. Отдельно рекомендуется при сезонном изменении температуры проводить химический анализ воды из открытого водоема или дебетовой скважины. Повышение концентрации аммиака, хлора, железа или марганца требует установки системы обратного осмоса, при увеличении количества органических элементов в воде — УФ-фильтра. Изменение химического состава воды или загрязнение фильтров может привести к внутренней коррозии внешнего теплообменника.

Обслуживание внешнего теплообменника

Для тепловых насосов с горизонтальным размещением теплообменника запрещаются любые виды хозяйственных работ по всей площади участка. Кроме того, владелец должен контролировать уровень растительности — на участке допускается высадка только однолетних культур. Наличие растений с мощной корневой системой может повредить теплообменник. Система с вертикальным теплообменником менее требовательна к обслуживанию. Для систем с вертикальной установкой внешнего контура может потребоваться установка дополнительного буферного бака, предупреждающего замерзание воды внутри скважины.

Отключение дополнительных потребителей при аварийном питании

На этапе установке оборудования важно обеспечить ТН системой бесперебойного питания. Генератор должен иметь автозапуск и достаточное количество топлива для поддержания работы ТН в течение нескольких часов. При переходе ТН на аварийный источник электропитания необходимо настроить отключение дополнительных функций системы. Например, отключение нагревательных тэнов, климат-контроля или вентиляции и т. д.

Плавное регулирование температуры 

Для продления срока службы ТН не рекомендуется часто менять температуру в помещении на 5–7 градусов или более. Аналогичная ситуация для систем с блоком ГВС — при значительном расходе горячей воды эффективность системы может временно снизиться. Корректировка режимов работы ТН не нужна — достаточно подождать нагрева воды. Периодическое переключение системы в режим отопления или кондиционирования в межсезонье также увеличивает нагрузку на компрессор, что снижает его ресурс эксплуатации. Для поддержания комфортного микроклимата с апреля по июнь геотермальный ТН можно переключить в режим пассивного охлаждения. Это позволит снизить температуру в помещении в дневное время и избежать излишнего охлаждения в течение суток. 

Контроль журнала ошибок и давления в системе

Для бюджетных тепловых насосов необходимо контролировать давление и количество хладагента в компрессорном контуре, а также проверять объем антифриза во внешнем теплообменнике. Снижение давления в контуре ТН свидетельствует о критическом уровне рабочей жидкости в системе. Это может возникнуть из-за потери герметичности, либо при естественном расходе — нормы расхода хладагента для каждого ТН указываются отдельно. Автоматические ТН комплектуются системой самодиагностики и журналом ошибок, позволяющих контролировать состояние оборудования онлайн. При появлении проблем тепловой насос переключается в аварийный режим, сопровождаемый снижением мощности системы. Для устранения неисправности ТН рекомендуется обратиться в сервисный центр компании-установщика.

Что в итоге?

Монтаж геотермального отопления позволяет получить бюджетный источник тепла и предотвратить рост коммунальных расходов. Помимо высокого КПД, геотермальные тепловые насосы неприхотливы в обслуживании и более безопасны в использовании. Отсутствие процессов горения, в отличие от котлов, использующих минеральное топливо, гарантирует пожаробезопасность и большую автономность. После установки тепловые насосы практически не требуют к себе внимания и при соблюдении регламента ТО стабильно работают на протяжении 20–25 лет до планового капремонта.