Необходимость энергетического перехода на новые источники тепла назрела уже достаточно давно, и было очевидно, что он потребует немало времени и капитальных вложений. Неожиданно ситуация потребовала быстрых решений, так как конфликт между Россией и Украиной привел к резкому росту цен на природный газ и мазут.
В этой статье мы расскажем об особенностях и преимуществах трех видов альтернативных источников энергии — тепловых насосов, приведем примеры расчетов.
Энергия из окружающей среды: как это работает
Очевидно, что дальше медлить нельзя и пришло время избавиться от зависимости от ископаемого топлива. Необходимо заменить его чистой энергией, которая накоплена в окружающей среде. Энергия из окружающей среды является чистой и бесплатной, она всегда доступна, независимо от мировой политической ситуации. По мнению экспертов, ее количества достаточно, чтобы обеспечить отопление и горячее водоснабжение в полном объеме.
Альтернативой традиционному оборудованию для обеспечения отопления и подогрева воды для бытовых нужд могут стать тепловые насосы. Они используют тепловую энергию, которая накоплена в земле, грунтовых водах и в воздухе.
Тепловая энергия из окружающей среды доступна повсюду и является бесплатной. Выбор одного из трех источников энергии зависит от структуры и размера земельного участка. Кроме того, при выборе необходимо учитывать финансовые возможности заказчика, так как стоимость реализации проекта с тепловым насосом может существенно отличаться в зависимости от источника энергии.
Тепловая энергия Земли: особенности использования
Тепловая энергия, накопленная в планете, поступает к тепловому насосу с помощью незамерзающей жидкости (холодильного агента), которая циркулирует в зонде или в коллекторе. Зонд используется для земельных участков небольшого размера, а коллектор — для внушительных наделов.
Расходы на приобретение геотермального теплового насоса очень высоки, так как его техническая разработка из-за сложности обходится дорого. Перед тем как специалисты смогут пробурить скважину глубиной до 100 метров, необходимо получить отчет об инженерно-геологических изысканиях. В некоторых регионах для бурения скважины дополнительно потребуется разрешение от водохозяйственного ведомства. Расходы на такую скважину составляют от 80 до 100 евро за метр в зависимости от состояния грунта. В сумме скважина обойдется около 10000 евро.
Строительство земляного коллектора
Для строительства коллектора для обеспечения тепловой энергией земли дома на 1 семью необходим участок площадью около 300-350 квадратных метров. В этом случае трубы коллектора прокладывают сеткой на глубине до 1,50 метров. Реализация такого проекта обойдется примерно в 15 евро за квадратный метр, то есть в 3000-5000 и более евро. Новые кольцевые траншейные коллекторы могут быть проложены с меньшими материальными затратами, чем реконструкция существующего оборудования.
Новый проект будет стоить примерно на 600-1000 евро дешевле, чем реконструкция. Важно помнить, что после выполнения земляных работ придется проводить полную перепланировку прилегающего дому участка, что влечет за собой дополнительные финансовые расходы.
Тепловая энергия грунтовых вод: как это работает
Температура грунтовых вод составляет 8-12 градусов на протяжении всего года. Благодаря этому водяной тепловой насос более эффективный, чем земляной или воздушный. Грунтовые воды засасываются и выпускаются с помощью электрического компрессора. Из них отбирается тепло, которое используется для отопления и горячего водоснабжения.
Для использования тепловой энергии грунтовых вод необходимо пробурить 2 скважины. Через одну скважину вода поднимается наверх с глубины 10-15 метров, а через вторую она возвращается обратно на необходимую глубину. Этот метод использования тепловой энергии из окружающей среды препятствует падению уровня грунтовых вод, что особенно актуально для ряда регионов Германии.
Стоимость проекта
Для использования подземных вод в качестве источника тепловой энергии для отопления дома и подогрева воды необходимо в обязательном порядке получить соответствующее разрешение. Реальную стоимость бурения скважин определить сложно, так как она зависит от большого количества факторов и может колебаться в широком диапазоне. В частности, стоимость бурения скважин существенно меняется в зависимости от свойств почвы в месте проведения работ. В среднем бурение 2 скважин глубиной 15 метров обходится заказчикам примерно от 6000 до 8000 евро.
Тепловые насосы, работающие от энергии воздуха
Использовать в качестве источника тепла для бытовых нужд наружный воздух возможно практически повсеместно. Для этого не требуется получать специальное разрешение. Необходимо учитывать, что при всасывании и выпускании воздуха создается значительный уровень шума. По этой причине нельзя располагать наружный блок установки теплового насоса на воздушной энергии на расстоянии менее 3 метров от соседей.
Стоимость установки воздушного теплового насоса ниже, чем оборудования, использующего другие виды энергии из окружающей среды. Его установка обходится примерно в 3000 евро. Именно относительная дешевизна и делает воздушные тепловые насосы наиболее привлекательными для конечных потребителей. Большинство домохозяйств для энергетического перехода выбирает именно оборудование, работающее на воздушной энергии.
Недостатки использования воздушной тепловой энергии
К сожалению, помимо неоспоримых преимуществ воздушные тепловые насосы имеют и существенный недостаток. Выход энергии из воздуха ниже, чем из земли или грунтовых вод. На первый взгляд, причина такого недостатка очевидна — зимой воздух охлаждается сильнее, чем земля или грунтовые воды. На самом деле более низкий выход тепловой энергии у воздушного оборудования имеет и другие причины.
Хладагент испаряется даже при отрицательных температурах, поэтому мороз не является препятствием для работы теплового оборудования. Низкий выход тепла в основном связан с тем, что воздушный тепловой насос зачастую должен перекачивать большое количество воздуха. Очевидно, что при больших объемах перекачиваемого воздуха происходит значительный расход электроэнергии, который приходится оплачивать владельцу участка.
Особенности использования воздушного насоса
Несмотря на универсальность воздушного теплового насоса, для его эффективного использования требуется соблюдение ряда условий. Например, старые здания должны быть хорошо утеплены, чтобы избежать больших теплопотерь, для компенсации которых потребуется дополнительная энергия и, соответственно, расходы. Наиболее эффективно воздушный тепловой насос работает в сочетании с системой отопления «теплый пол». В такую систему отопления теплоноситель подается при более низкой температуре, чем в другие виды оборудования. Таким образом, потребуется меньше тепловой энергии и расходы на электроэнергию для перекачивания воздуха снижаются.
Преимущества тепловых насосов
Массовое использование тепловых насосов принесет реальную пользу состоянию окружающей среды. Особенно большие преимущества для состояния окружающей среды приносят тепловые насосы, для работы которых используется экологически чистая электроэнергия. Кроме того, энергия от собственной солнечной установки на крыше дает возможность получить и максимальную финансовую выгоду от использования теплового насоса для отопления домохозяйства и его обеспечения горячей водой.
По данным онлайн-площадок для сравнения предложений (например, Verivox), затраты на электроэнергию для эффективной системы отопления с тепловым насосом примерно на 40% ниже, чем расходы на оплату газа. Необходимо учитывать, что данные на таких сервисах приводятся в среднем по всей Германии, поэтому в отдельных регионах ситуация может отличаться от общей картины.
Для примера расчета возьмем модернизацию 15-летнего газового конденсационного котла (его замену на тепловой насос). Будем считать, что в доме установлена система отопления «теплый пол», проведены работы по утеплению, старые окна заменены на современные. Таким образом, потери тепла будут минимальными и дополнительные расходы на их компенсацию не предусматриваются. Расход газа на отопление и горячее водоснабжение домовладения составляет почти 13000 киловатт-часов (кВт/ч).
Эксплуатационные расходы на тепловой котел при текущей цене на газ составляют 1368 евро (повышение цен последнего периода уже учтено). Для этого объекта 2 поставщика услуг установили коммунальную плату в размере 1000 евро. Экономия в результате составит 368 евро или 26,9%. На первый взгляд, экономия значительная и использование теплового котла является выгодным. С другой стороны, с учетом затрат на покупку и установку оборудования (в данном случае в сумме около 15000 евро), срок окупаемости теплового насоса составит 40 лет. Вполне возможно, что работоспособность системы на протяжении 40 лет не сохранится, и потребуются дополнительные финансовые вложения.
При нынешней ситуации при строительстве нового дома организация его отопления и горячего водоснабжения при помощи теплового насоса является отличным решением с точки зрения как финансов, так и заботы об окружающей среде. К сожалению, модернизация имеющегося оборудования без государственных субсидий вряд ли окупится, и многим не по карману. По утверждению Федерального ведомства экономики и экспортного контроля (BAFA) существует возможность субсидирования от 35 до 50% затрат на такую модернизацию, но для этого пока нет законных оснований.
