Концепция совершенного «зеленого» дома — это 2,5–5 тысяч квадратных метров энергоэффективного жилья на «пассивных» или вторичных источниках энергии.
Фонд содействия реформированию ЖКХ и ООО «КОРСА» уже более 10 лет устанавливает российские тепловые насосы, адаптированные под национальные климатические условия, определяемые характеристиками теплоотдачи грунта, в различных регионах страны — Подмосковье, Калуга, Киров, Рязань, Ярославль и иные.
Оптимальным решением стал дом в Клину (пос. Решетниково Клинского района Московской области), на основе которого была подготовлена концепция модельного (эталонного) решения энергоэффективного жилого здания.
Ключевым параметром модельного дома является его площадь. Это 2,5–5 тысяч квадратных метров жилой недвижимости, что обусловлено необходимостью зарезервировать определенный участок земли для расположения геотермального поля тепловых насосов. С точки зрения оптимизации теплопотерь, согласно рекомендациям Института строительной физики, дом должен быть квадратным в основании. Огромное значение имеют также применяемые материалы для ограждающих конструкций, современные утеплители.
Полноценно энергоэффективный дом — это комплекс решений, включающий применение тепловых насосов, солнечных коллекторов и солнечных батарей, в зависимости от региона расположения объекта. При этом геотермальные тепловые насосы позволяют еще и охлаждать помещения, что приносит дополнительный комфорт и ускоряет окупаемость оборудования.
Кондиционирование помещения при наличии геотермальных тепловых насосов осуществляется в пассивном режиме, то есть, не включая тепловой насос, охлаждение происходит только за счет циркуляции из холодного грунта теплоносителя в установленные в здании потолочные или настенные фанкойлы (внутренние вентиляторные доводчики системы климатизации здания).
Ориентировочная схема работы с геотермальным контуром. Изображение: исследование «50 объектов «зеленого строительства» московского региона»
В зимний период геотермальный контур дает тепло на нужды отопления и горячего водоснабжения, летом же наличие охлажденного зимой массива грунта позволяет легко сбросить излишнее тепло из здания. Эта система является наиболее выгодной, так как тепловой насос потребляет на свои нужды не более ¼ от стандартной потребности систем здания на компенсацию теплопотерь. При охлаждении тепловой насос вообще не включается, работает только циркуляционный насос, который практически не потребляет энергию. Такое техническое решение многократно дешевле, чем традиционное кондиционирование как по вложениям, так и по текущим затратам.
Для дома в 2,5 тысячи квадратных метров предложено использование теплового насоса мощностью порядка 140 кВт. Наиболее оптимальной системой отопления для любого способа энергоснабжения является система теплого пола (по сути — это та же батарея, только рассредоточенная по полу, дающая более равномерное распределение тепла, — такие отопительные решения делали еще издревле, например, в Китае и Корее). Система отопления через теплый пол позволяет также снизить уровень нагрева теплоносителя, что создает дополнительную экономию при энергоснабжении.
Установка теплового насоса в 140 кВт для такого дома требует около 40 скважин глубиной 50 метров, которые полностью обеспечивают поступление низкопотенциального тепла в тепловой насос. Горячее водоснабжение обеспечивается отдельным высокотемпературным тепловым насосом, который сразу создает температуру в 60 градусов (или 65) для обеспечения соответствия санитарным нормам и правилам, предъявляемым к температуре воды из крана.
Источник тепловой энергии — тоже геотермальный контур. Особенности геотермального контура для отопления и горячего водоснабжения определяются периодичностью использования. Отопительный контур используется сезонно — с высокой нагрузкой в зиму и отдыхом в летний период (земля отдыхает, происходит компенсация отобранного зимой тепла недр земли). Горячее водоснабжение — круглогодичное. Поэтому для этого контура разработаны свои технологические решения.
Геотермальный тепловой насос, который обеспечивает горячее водоснабжение, использует геотермальный контур, а также драй-кулер — воздушный теплообменник — сухой охладитель, находящийся под крышей здания.
Он отбирает тепло из поквартирной вентиляции зимой. Подоконные клапаны при этом обеспечивают поступление свежего воздуха в помещения. Драй-кулер утилизирует тепло вентиляции здания в 2,5 тысячи квадратных метров в размере около 10 кВт в час.
Это тепло (тепловая энергия) направляется в систему горячего водоснабжения. Летом тепло отбирается этим же драй-кулером от окружающего воздуха, одновременно восстанавливает температуру грунтового массива. Обеспечение разбора горячего водоснабжения в точках водоразбора по времени организуется за счет накопительных буферов, при этом активно используется работа оборудования ночью по специальному тарифу. Такая система накопителей позволяет уменьшить тепловой насос до оптимальной мощности около 50 кВт. Летом при использовании внешнего воздуха и грунта в качестве источника низкопотенциального тепла производительность теплового насоса увеличивается до 100 кВт·час.
Изображение: исследование «50 объектов «зеленого строительства» московского региона»
Вся система тепловых насосов в эталонном здании состоит из 4-х насосов, работает по централизованному управлению, автоматически регулируя нагрев теплоносителя, исходя из температуры окружающего воздуха на улице, то есть погодозависимая. Такая система позволяет осуществлять диспетчеризацию не только результатов по работе — по потреблению электроэнергии, по выдаче тепла, но и по состоянию самого оборудования. По сути, диагностика каждого теплового насоса может осуществляться в режиме онлайн, включая возможность удаленной настройки и изменения технических параметров. Работа всего комплекса тепловых насосов регулируется автоматикой с учетом равномерного износа элементов оборудования.
Комплекс таких мероприятий позволяет сделать эталонное здание класса А+.
При создании эталонного «зеленого» дома учтены и инвестиционные выгоды. Это долгосрочные капиталовложения со сроком работы оборудования, соизмеримым с жизненным циклом самого здания. Окупаемость технологического оборудования составляет порядка 7 лет.
Система состоит из трех частей. Первая — это тепловой насос, вторая — это геотермальный теплосбор, третья — это тепловой пункт. Срок службы геотермального контура — более 50 лет, тепловой пункт имеет стандартный для таких технологий срок эксплуатации, а ресурс работы теплового насоса — от 30 лет и выше, причем по истечении этого срока замене подлежат отдельные элементы, например, компрессоры, стоимость которых незначительна по сравнению со всем комплексом. Эта замена может легко покрываться за счет накопленных средств на капитальный ремонт самого здания.
Финансовые расчеты показывают, что при среднем потреблении 1 ГКкал тепла от теплового насоса стоит порядка 1,18 тысячи рублей, при этом тепловой насос дает снижение затрат практически в 50%. С учетом же улучшенных ограждающих конструкций общая экономия — в 4 раза по сравнению со стандартным зданием.
Жители дома в Клину, в котором реализованы вышеуказанные решения, по сравнению с соседними домами (отапливаемыми муниципальной котельной) платят за отопление и горячее водоснабжение на 80% дешевле. Массовое внедрение таких эталонных домов требует решения ряда проблемных, в том числе нормативно-технических вопросов.
Во-первых — это отсутствие нормативной документации по тепловым насосам (в разработке находятся соответствующие строительные правила (СП). Второй вопрос — это монтаж теплосбора, то есть бурение скважин для установки геотермальных зондов, которое не зарегулировано в законодательстве об использовании недр.
Главный вопрос — заинтересованность всех сторон, принимающих участие в инвестировании, строительстве и эксплуатации жилья. Пока этот вопрос не будет решен, применение тепловых насосов зависит только от энтузиазма отдельных новаторов.
Ключевой выгодополучатель в Решетниково — житель. При этом управляющие компании совершенно не заинтересованы в применении этих технологий и порой саботируют их работу, не имея своего коммерческого интереса. Поэтому необходимо создать условия, при которых тепловые насосы будут реально нужны в данном конкретном случае применения. Кроме того, их работа приносит, помимо экологического эффекта, одновременную финансовую выгоду жителям, управляющим компаниям и инвестору.
Фото на обложке: fotoVoyager / iStock
Читайте также
Комментарии