Тепловой насос с грунтовым источником тепла: Стоимость, ответы на все вопросы

Тепловые насосы с грунтовым источником тепла обеспечивают низкоуглеродное отопление и, вероятно, сыграют большую роль в декарбонизации жилищного фонда Великобритании, особенно по мере роста цен на энергоносители и усиления климатических изменений.

Стоимость технологии тепловых насосов и то, сколько правительству придется субсидировать, чтобы они стали реальной заменой газовым котлам, вызывают общую озабоченность. Несмотря на то, что схема модернизации котлов оказывает определенную помощь, тепловые насосы с грунтовым источником тепла все еще требуют значительных инвестиций и не являются вариантом для каждого дома.

Однако в тех домах, которые подходят для использования теплового насоса с грунтовым источником тепла, те, кто вооружен правильной информацией и ожиданиями, могут рассчитывать на эффективную, долговечную систему с низким уровнем выбросов углекислого газа и минимальными требованиями к обслуживанию.

В этом полном руководстве по тепловым насосам с грунтовым источником тепла рассказывается о том, как они работают, каковы затраты и что нужно знать, прежде чем инвестировать в такой насос для своего дома.

Что такое тепловой насос с грунтовым источником тепла?

Тепловые насосы с грунтовым источником тепла могут показаться сложными, но это довольно простые устройства. В них используется ряд заглубленных труб, которые извлекают энергию солнца, нагревающую землю. Затем тепловой насос преобразует эту энергию в тепло, полезное для дома.

Существует два основных элемента системы теплового насоса с грунтовым источником тепла:

• Массив грунта, который может представлять собой либо горизонтальную сетку труб, которая должна находиться на 1,2 м ниже уровня земли, либо две или три вертикальные скважины, глубина которых, скорее всего, превысит 70 м. В любом случае протяженность наземного массива будет определяться размером теплового насоса и состоянием почвы.
• Сам тепловой насос, который устанавливается в доме. Некоторые агрегаты включают в себя цилиндр для горячей воды и могут быть размером с большой шкаф для документов. Самые маленькие насосы можно установить в кухонном шкафу, однако часто их размещают в специальных комнатах для удобного доступа. Тепловые насосы также обычно устанавливаются рядом с внешней стеной, чтобы обеспечить легкий доступ к трубам наземного массива.

Для работы тепловых насосов с источником тепла в грунте требуется электричество. Однако они используют электрическую энергию для производства тепла с высокой эффективностью, что значительно снижает эксплуатационные расходы на отопление и выбросы CO2.

Хотя для работы тепловых насосов с наземным источником тепла требуется электричество, их можно комбинировать с возобновляемыми источниками электроэнергии, такими как солнечные фотоэлектрические панели, что делает их еще более экологичным вариантом.

Как работают тепловые насосы с грунтовым источником тепла?

Смесь воды и антифриза прокачивается по трубам наземного массива для поглощения низкопотенциального тепла, получаемого от солнечной энергии и хранящегося в земле.

Тепловой насос использует технологию сжатия и расширения (как это делает ваш холодильник), чтобы извлечь и усилить это тепло, повышая температуру и делая его полезным в доме.

Грунтовый контур любого теплового насоса с источником тепла состоит из нескольких труб – от 2 до 12 контуров, – которые соединены с коллектором в специальной камере в земле. Затем имеются две трубы с чуть большим отверстием, которые соединяют коллектор с тепловым насосом в доме.

Количество тепла, которое можно собрать, будет зависеть от состояния почвы – например, глина удерживает больше тепла, чем песок, – и количества незатененной земли.

Как правило, на каждый 1 кВт тепловой мощности требуется площадь 50 м2. Таким образом, для теплового насоса мощностью 8 кВт потребуется 400 м2 при условии влажной глинистой почвы. (Для сравнения, площадь теннисного корта составляет 260 м2).

Перед установкой теплового насоса с грунтовым источником тепла хороший установщик изучит состояние грунта, чтобы определить тип почвы, достаточно ли места для горизонтального массива или потребуются ли скважины.

Узнайте больше о том, как работают тепловые насосы с грунтовым источником тепла, посмотрев наше видео…

Какие существуют типы тепловых насосов с грунтовым источником тепла?

Существует три основных типа массива или установки теплового насоса с грунтовым источником тепла:

• Горизонтальный наземный массив
• Вертикальный (или скважинный) наземный массив
• Тепловые насосы с водяным источником тепла

Горизонтальный наземный массив , это либо прямые трубы, либо гибкие трубы (известные как “слинки”). Технической разницы или разницы в эффективности между ними нет, и установщик (вместе с производителем) посоветует, что лучше для вашей ситуации.

В любом случае трубы в идеале должны находиться на 1,2 м ниже уровня земли.

Не менее важным, чем глубина, является расстояние между трубами. Поскольку горизонтальный грунтовый массив собирает тепло, поступающее в землю от солнца, трубы должны быть расположены на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы они не забирали больше тепла, чем должны, и не охлаждали землю.

Это 3 м для прямых труб и 5 м для косых (при условии глинистой почвы, для других типов почвы расстояние должно быть больше). Кроме того, трубы должны находиться на расстоянии не менее 5 м от границы с любым прилегающим участком.

A вертикальная решетка В их вершинах будут проделаны скважины, соединенные между собой.

Количество и глубина скважин будут зависеть от размера теплового насоса и геологических условий. Их глубина может составлять от 70 до 120 метров.

Поскольку температура грунта повышается с глубиной, часто выгодно иметь меньшее количество глубоких скважин, но это не всегда возможно. Например, для теплового насоса мощностью 8 кВт, скорее всего, потребуется как минимум три скважины глубиной около 70 м.

Для них не требуется большая площадь земли, и если цена подходящая, то вертикальный массив – хороший вариант. Однако стоимость буровых скважин может сильно различаться по стране и быть непомерно дорогой.

Хотя это и не так распространено, с помощью системы теплового насоса с грунтовым источником тепла можно использовать водоемы, такие как озера, реки, пруды и ручьи. Известна как тепловые насосы с водяным источником теплаТрубы прокладываются через маты, погруженные в воду.

Это не только устраняет необходимость в выкапывании грунта, но и возвращает энергию в тепловой насос, как правило, на 5-6°C выше, чем в стандартных коллекторах, что повышает эффективность теплового насоса.

В чем преимущества тепловых насосов с грунтовым источником тепла?

Инвестиции в это низкоуглеродное решение для отопления имеют ряд преимуществ, в том числе:

• Эксплуатационные расходы, вероятно, будут примерно на 45% ниже, чем у газового котла, а также значительно дешевле, чем у других возобновляемых источников энергии, включая тепловые насосы с воздушным источником тепла.
• Если вы подключитесь к поставщику электроэнергии, работающему только на возобновляемых источниках энергии, то выбросы CO2 для всего дома, а не только для системы отопления, будут фактически равны нулю. Вы также можете рассмотреть возможность использования теплового насоса с грунтовым источником энергии вместе с солнечными фотоэлектрическими панелями для получения электроэнергии для теплового насоса.
• После устранения первоначальных проблем вы получите систему отопления, которая будет столь же надежна, как газовый котел, и, скорее всего, прослужит в два раза дольше.
• Для компенсации стоимости тепловых насосов с грунтовым источником тепла существуют гранты, а именно схема модернизации котлов (Boiler Upgrade Scheme).

Каковы недостатки тепловых насосов с грунтовым источником тепла?

• Высокие капитальные затраты на установку грунтового источника для многих являются непомерно высокими.
• Придется значительно нарушить сад, особенно при установке горизонтального наземного массива.
• Вам также придется учесть расходы на улучшение теплоизоляции дома, если это необходимо, а также на замену радиаторов на варианты с низким расходом воды или на подогрев пола.

Насколько эффективны тепловые насосы с грунтовым источником тепла?

Эффективность указывается как SCoP (сезонный коэффициент производительности), и типичный показатель для теплового насоса с грунтовым источником составляет более 4,0.

Это означает, что на каждый 1 кВт электроэнергии, используемой для работы теплового насоса, он будет производить 4,0 кВт тепла. Именно такая эффективность делает тепловые насосы хорошей идеей.

Ключевыми моментами, обеспечивающими низкие эксплуатационные расходы и высокую эффективность, являются:

• Хорошо утепленный дом потребуется меньший тепловой насос, меньший массив грунта (или меньшее количество скважин) и меньше электроэнергии, что снижает капитальные и эксплуатационные расходы. Таким образом, эффективность системы начинается с минимизации количества тепла, необходимого для дома
• Хорошо спроектированная система – спецификация теплового насоса сложнее, чем спецификация газового котла. Обычно принято завышать размеры газового котла “на всякий случай”, но это не лучшая идея, когда речь идет о тепловых насосах. Излишне большая система стоит дороже и работает менее эффективно, чем правильно подобранная.

Сколько стоит тепловой насос с грунтовым источником тепла?

Базовый тепловой насос с грунтовым источником тепла стоит от £2,000 – £15,000 в зависимости от размера и марки. Эта стоимость, вероятно, в три-четыре раза дороже газового комбинированного котла и в два раза дороже теплового насоса с воздушным источником тепла.

Для дома площадью 200 м2 с четырьмя спальнями, построенного в соответствии со строительными нормами, скорее всего, потребуется тепловой насос мощностью 8 кВт, стоимостью около £6 000 – £7 000, остаток – стоимость установки, которая может значительно варьироваться в зависимости от состояния грунта.

Качество оборудования теплового насоса может значительно увеличить стоимость материалов, в некоторых случаях удвоив ее.

Тепловые насосы высшего класса могут иметь более качественные компоненты и сложное программное обеспечение для управления и мониторинга всех аспектов работы теплового насоса, а также более дорогие сплавы, используемые в конструкции корпусов и компонентов

Контур грунта и дополнительные системы (такие как теплый пол и радиаторы), а также другие периферийные материалы также могут существенно увеличить стоимость системы теплового насоса с грунтовым источником тепла.

Сколько стоит установка тепловых насосов с грунтовым источником тепла?

Полная установка теплового насоса с грунтовым источником тепла для дома площадью 240 м2 будет стоить от 15 000 до 25 000 фунтов стерлингов, включая сам агрегат.

Существует ряд факторов, влияющих на стоимость установки теплового насоса с грунтовым источником тепла, в том числе:

• Сложность установки, включая расстояние от блока теплового насоса до коллекторной камеры грунтового контура, увеличивает стоимость установки.
• Тип установки – более конкретно, требуется ли горизонтальный или вертикальный массив.
• Для больших объектов потребуются более мощные тепловые насосы, даже, возможно, несколько агрегатов, а также более сложная гидравлическая конструкция.

Горизонтальный наземный массив теплового насоса с источником тепла

Стоимость горизонтального грунтового массива будет во многом зависеть от состояния грунта. Очень влажная среда, возможно, потребует использования насосов для удаления воды из траншеи во время прокладки труб. Стены траншеи также могут быть неустойчивыми, что потребует дополнительной поддержки и, как следствие, увеличения стоимости.

Если в грунте много камней, это также увеличит стоимость земляных работ.

Стоимость трубопровода для контура площадью 500 м2 составляет около 2 000 фунтов стерлингов, а стоимость земляных работ может составлять около 300 фунтов стерлингов в день для водителя экскаватора и 300 фунтов стерлингов в неделю для экскаватора. Около 4 000 – 6 000 фунтов стерлингов.

Скважинный/вертикальный тепловой насос с грунтовым источником тепла

Скважинные коллекторы стоят дороже, чем горизонтальные контуры. Если все сделано правильно, с отчетом геолога, это будет стоить около 100 фунтов стерлингов за метр. Обычно на один кВт приходится около 10 метров скважины, поэтому для теплового насоса мощностью 12 кВт потребуется 120 метров скважины или две скважины по 60 метров.

Общая стоимость, с установленной и правильно засыпанной трубой с правильным цементным раствором (часто бентонитовой глиной), составит около £12,000.

Каковы дополнительные затраты на модернизацию теплового насоса с грунтовым источником тепла в существующем доме?

“Тепловые насосы работают при низких температурах, которые гораздо ниже, чем высокие температуры системы, связанные с масляными котлами. Поэтому, чтобы тепловой насос работал эффективно, необходимо обеспечить высокий уровень изоляции, чтобы свести к минимуму любые потери тепла”, – говорит Нил Соерс, технический менеджер по коммерческим вопросам компании Grant UK.

Многие старые дома не герметичны и имеют неоптимальный уровень изоляции, что приводит к снижению эффективности и, как следствие, к увеличению эксплуатационных расходов. Это означает, что перед установкой теплового насоса с грунтовым источником тепла необходимо потратиться на улучшение изоляции и герметичности помещения”.

Кроме того, вам может потребоваться прокладка новых трубопроводов к цилиндру горячей воды и к системе центрального отопления, которая может быть расположена рядом с существующим котлом, а не рядом с предполагаемым местом установки теплового насоса. Может потребоваться и новый цилиндр горячей воды.

Даже если у вас уже есть система мокрых радиаторов, вам может потребоваться изменить размер радиаторов, чтобы обеспечить эффективную работу системы теплового насоса при низких температурах потока.

С учетом потенциальных затрат на замену радиаторов и установку дополнительной изоляции, чтобы улучшить состояние дома настолько, чтобы тепловой насос с грунтовым источником стал жизнеспособным вариантом, общая стоимость установки значительно возрастет. Это может привести к тому, что общая стоимость установки вырастет до 35 000 фунтов стерлингов и более.

Предусмотрите, что демонтаж существующего котла также может обойтись недешево. При замене топлива для отопления на мазуте или сжиженном газе также потребуется демонтаж резервуаров для хранения топлива, бетонного основания и топливных трубопроводов.

Каковы эксплуатационные расходы теплового насоса с грунтовым источником тепла?

В доме с годовой тепловой нагрузкой в 15000 кВт/ч можно ожидать, что расход электроэнергии составит от 3600 кВт/ч до 4700 кВт/ч.

Исходя из стоимости единицы электроэнергии около 28 пенсов за кВт/ч и средней эффективности теплового насоса с грунтовым источником тепла 320% – 420%, это означает, что ежегодные эксплуатационные расходы составят от £1 008 до £1 316.

Может ли перераспределение нагрузки помочь сэкономить деньги?

Перераспределение нагрузки – это стратегия управления энергопотреблением путем перехода от пиковых часов к непиковым, когда источник энергии стоит дешевле. Тепловые насосы с грунтовыми источниками – идеальный кандидат для применения стратегии перераспределения нагрузки, поскольку они могут легко работать в непиковое время, снижая стоимость электроэнергии, которая требуется для их работы.

Это происходит потому, что:

• Они бесшумны, а значит, вряд ли вызовут беспокойство, если будут активны, например, ночью.
• Температура земли остается довольно стабильной в течение дня

Тепловые насосы с грунтовыми источниками тепла, оснащенные интеллектуальными системами управления, способны составлять график отопления на основе прогнозируемых тарифов на электроэнергию, что означает, что использование преимуществ самой дешевой и низкоуглеродной электроэнергии не требует ручного управления тепловым насосом.

Технологические достижения, включающие в себя аккумуляторы тепла, также означают, что вы можете сохранять тепло, вырабатываемое в это непиковое время, для использования в пиковые часы дня.

Сколько денег я смогу сэкономить, установив тепловой насос с грунтовым источником тепла?

Эксплуатационные расходы на тепловой насос с грунтовым источником составляют около 3,4 пенса за кВт/ч, в то время как газовый котел – около 6 пенсов за кВт/ч (поскольку они варьируются у разных поставщиков и предполагают КПД 90%), а тепловой насос с воздушным источником – около 5 пенсов за кВт/ч.

Сколько вы сэкономите на самом деле, очевидно, зависит от того, сколько тепла требуется дому.

Какие существуют гранты на установку тепловых насосов с грунтовым источником тепла?

Схема модернизации котлов – это основной грант, предоставляемый для установки тепловых насосов с грунтовым источником тепла в жилых домах. Она является преемницей программы Renewable Heat Incentive, которая была закрыта 31 марта 2022 года и предоставляла тем, кто использует возобновляемые теплогенерирующие технологии, оплату за произведенное ими тепло в течение семи лет.

В апреле 2022 года стартовала программа Boiler Upgrade Scheme, которая предлагает фиксированный авансовый платеж за установку теплового насоса или котла на биомассе. В рамках программы Boiler Upgrade Scheme домовладельцы смогут потребовать до 6 000 фунтов стерлингов на установку теплового насоса с грунтовым источником тепла. Эти средства будут выдаваться в виде ваучеров, аналогично тому, как когда-то действовал Green Homes Grant.

Сумма выплаты для тепловых насосов с грунтовым источником тепла на 1 000 фунтов стерлингов больше, чем для тепловых насосов с воздушным источником тепла, но это отражает стоимость установки, которая потенциально намного выше.

В Великобритании существует несколько других грантов на тепловые насосы, которые можно использовать для возмещения затрат на установку теплового насоса с грунтовым источником. Однако, как правило, они открыты для семей с низким уровнем дохода.

Какого размера должна быть установка теплового насоса с грунтовым источником тепла?

Достаточно большой, чтобы отапливать дом, и не больше. Современный дом с 4 спальнями, скорее всего, нуждается в источнике тепла мощностью 8 кВт, но часто в нем может быть установлен котел мощностью 20 кВт.

Существуют коммерческие и технические причины для такого превышения размеров газового котла, но тепловой насос – это не то же самое. В этой ситуации для достижения максимальной эффективности тепловой насос должен быть мощностью 8 кВт и не более.

Хороший установщик рассчитает точное количество тепла, необходимое для дома, чтобы определить размер необходимого теплового насоса.

Нужно ли мне разрешение на проектирование для установки теплового насоса с грунтовым источником тепла?

Внешне ничего не видно, и это обычно считается разрешенным развитием, так что разрешение на строительство не требуется.

Если дом находится в природоохранной зоне или на него открывается вид из окна, то лучше сначала проконсультироваться с местными властями.

Что такое гибридные тепловые насосы с грунтовым источником тепла?

Гибридные тепловые насосы – это, по сути, одна система, в которой есть и тепловой насос, и котел. Преимущества таких систем заключаются в том, что можно использовать подходящую систему отопления для обеспечения нужной температуры, что помогает снизить эксплуатационные расходы, а также максимально сократить выбросы углекислого газа.

Из-за низкотемпературной природы тепловых насосов с грунтовым источником тепла они лучше подходят для отопления хорошо изолированного дома при умеренной температуре, в то время как при очень низких температурах на улице требования GSHP к достижению необходимого уровня отопления делают его менее эффективным.

В гибридном тепловом насосе в этот момент включается котел, обеспечивая использование газа (и, возможно, других видов топлива, таких как водород, в будущем) там, где это более эффективный вариант.

Могу ли я сам установить тепловой насос с грунтовым источником тепла?

Нет, это нежелательно – следует признать, что установка теплового насоса с грунтовым источником тепла – это не проект “сделай сам”. Установка теплового насоса и грунтового массива – технически сложные задачи, которые лучше доверить опытным монтажникам.

Более того, чтобы получить право на участие в программе Boiler Upgrade Scheme, система должна быть установлена поставщиком, аккредитованным MCS.

Те, кто хорошо разбирается в земляных работах или использует экскаватор и самосвал, могут вырыть траншеи для горизонтальных массивов, но установку следует доверить профессионалам. Для рытья скважин под вертикальные массивы требуется специальное оборудование, и его также следует доверить профессионалам.

Как найти хорошего установщика?

Ключевым моментом при установке теплового насоса с грунтовым источником является поиск надежного монтажника, который спроектирует и определит размеры вашей системы, и хорошей отправной точкой будет выбор члена Ассоциации GSHP и/или воспользуйтесь услугами монтажника, зарегистрированного в MCS.

Показатели хорошего установщика – это тот, кто проверяет состояние почвы и предлагает качественное оборудование. Но обычно это также сводится к должной осмотрительности: проверке истории установщика и предоставленных им рекомендаций.

Можно ли использовать тепловой насос с грунтовым источником тепла с радиаторами?

Короткий ответ – да. Однако это должны быть радиаторы с малым расходом воды, рассчитанные на работу с тепловыми насосами. Они обычно больше, чем стандартные радиаторы.

Это связано с тем, что стандартные радиаторы предназначены для работы с высокой температурой потока, доступной от газового или масляного котла – обычно более 70°C. Тепловые насосы наиболее эффективны при температуре потока ниже 45°C.

Какое обслуживание требуется тепловому насосу с грунтовым источником тепла?

Тепловые насосы не являются необслуживаемыми, но поскольку они представляют собой герметичные системы, нагрузка на них довольно низкая.

Как и любая другая система отопления, они нуждаются в ежегодной проверке основных компонентов – насосов и двигателей – и в проверке отсутствия утечки хладагента. Затраты, вероятно, составят от 100 до 200 фунтов стерлингов в год.

Шумят ли тепловые насосы с грунтовым источником тепла?

Все отопительные приборы издают некоторый шум, но тепловые насосы обычно тише, чем котлы на ископаемом топливе. Самые громкие тепловые насосы с грунтовым источником тепла могут достигать 42 децибел – это эквивалентно замерзанию грудной клетки.

Для сравнения, современный котел должен иметь уровень шума около 40-60 децибел.

Могут ли тепловые насосы с грунтовым источником тепла обеспечивать охлаждение?

Некоторые тепловые насосы с грунтовым источником тепла могут быть оптимизированы для пассивного охлаждения вашего дома с помощью дополнительных модулей. Как тепловой насос с грунтовым источником тепла использует естественное тепло земли для обогрева дома, так и тепловой насос с грунтовым источником тепла, используемый для пассивного охлаждения, использует разницу температур между землей и температурой внутри помещения.

Это достигается за счет использования таких систем, как фэн-койлы или пассивные балки, пропускающие жидкость системы охлаждения через пластинчатый теплообменник, а жидкость массива грунта проходит через другую сторону.

Некоторые тепловые насосы с источником воздуха также включают режимы обратного цикла, которые могут использоваться для обеспечения активного охлаждения с помощью кондиционера.

Стоит ли использовать тепловой насос с грунтовым источником тепла?

Если вы рассматриваете возможность установки теплового насоса с грунтовым источником, имейте в виду:

• Тепловой насос лучше всего работает в хорошо изолированном доме. Тепловой насос будет работать и в доме с высокой потребностью в тепле, но он будет стоить дороже. Дело в том, что разница в цене между газовым котлом мощностью, скажем, 15 кВт и 30 кВт может составлять 1000 фунтов стерлингов. Разница между тепловым насосом мощностью 10 кВт и 20 кВт может составлять 10 000 фунтов стерлингов, плюс дополнительные расходы на установку. Инвестиции в изоляцию оказывают значительное влияние на стоимость GSHP.
• Для горизонтального массива необходимо достаточно места в саду. Однако для тех, у кого мало места, подойдет установка в скважине. Также необходимо предусмотреть доступ к участку для землеройной техники.
• К скважине необходимо подключить подходящую систему отопления, и наиболее эффективна она в паре с подогрев пола , поскольку для этого требуется гораздо более низкая температура воды, чем для стандартных радиаторов. Альтернативный вариант – модернизировать существующие радиаторы, чтобы они могли выдерживать более низкую температуру потока.

Стоит ли использовать тепловой насос с грунтовым источником тепла, зависит от вашей точки зрения. Многие считают высокие капитальные затраты неприемлемыми. Другие считают потенциально более низкие эксплуатационные расходы, авансовый платеж по схеме модернизации котлов, низкий уровень выбросов CO2 весьма привлекательными.

Хотя стоимость теплового насоса с грунтовым источником тепла превосходит стоимость газового котла, стоит также учесть долговечность этих систем по сравнению со стандартным комбинированным котлом.

Реально предположить, что во многих случаях тепловой насос с грунтовым источником тепла не сэкономит вам много денег по сравнению с газовым котлом. В настоящее время переход от газового котла к тепловому насосу не всегда имеет смысл, но это, надеюсь, изменится в ближайшем будущем, поскольку правительство рассматривает возможность перевести сборы с электричества на газ, снизив стоимость электроэнергии для работы GSHPs.

Разумно предположить, что при правильной установке в подходящей ситуации нет лучшей альтернативы, когда речь идет об устойчивом отоплении дома.

Они предлагают низкие эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание, а их системы более надежны, чем газовые котлы, и более долговечны. Вопрос, возможно, заключается не в том, подходит ли мой дом для теплового насоса, а скорее в том, как сделать мой дом подходящим?