Геотермальный тепловой насос не даёт горячую воду из земли даром. Он переносит тепло с глубины +8...+10 °C в дом, тратя электричество на компрессор. Но до 60 °C по СанПиН он бак не догревает, поэтому без электрического ТЭНа в баке не обойтись. Реальная экономия на ГВС есть, но она меньше, чем обещают в рекламе, и требует серьёзных вложений в бурение и оборудование.
Как геотермальный насос вообще греет воду
В земле на глубине от 15 до 40 метров температура стабильна. В средней полосе России это примерно +8...+10 °C. Глубже зоны постоянных температур грунт прибавляет примерно 1 градус на каждые 38 метров (геотермическая ступень для Москвы). На бытовых глубинах до 200 метров эта прибавка даёт ещё пару градусов, но принципиально ситуацию не меняет.
Тепловой насос работает как холодильник наоборот. Он отбирает тепло у грунтового контура (жидкость с антифризом циркулирует по трубам в земле), сжимает хладагент компрессором, поднимает его температуру до 50-60 °C и отдаёт тепло в систему отопления или в бак горячей воды. Электричество тратится только на компрессор и циркуляционные насосы. Примерно 20-25% энергии идёт из сети, остальные 75-80% забираются из грунта. Это и есть коэффициент преобразования COP около 3-5.
Но COP не постоянный. Он падает, чем выше температура на выходе. На тёплый пол (35 °C) COP может быть 4-5. На горячую воду (55 °C) он уже 2,5-3. А выше 50-55 °C большинство обычных тепловых насосов либо не могут поднять, либо работают с COP около 1,5, что уже почти как прямой нагрев ТЭНом.
Практический потолок грунтового теплового насоса по горячей воде - около 50 °C. Выше - резкое падение эффективности и риск выхода из строя компрессора. Поэтому для ГВС по СанПиН (60-75 °C) всегда нужен догрев.
Почему «бесплатное тепло» - это миф
Тепло земли бесплатно только как источник низкопотенциальной энергии. Но чтобы его извлечь, нужно потратить деньги на:
- Бурение скважины под вертикальный зонд (20-200 метров, цена от 2000 до 5000 рублей за метр в зависимости от региона и породы).
- Укладку горизонтального коллектора (1,5-2 метра глубиной, требует 300-600 квадратных метров свободной площади).
- Сам тепловой насос (от 200 до 600 тысяч рублей за комплект мощностью 6-12 кВт).
- Циркуляционные насосы, расширительные баки, автоматику.
- Электричество для компрессора - оно не бесплатно, хотя и меньше, чем при прямом нагреве.
При COP 3 на нагрев 100 литров воды с 10 до 50 °C (на 40 градусов) нужно 4,65 кВт·ч тепла. Тепловой насос потребит из сети 4,65 / 3 = 1,55 кВт·ч. Прямой ТЭН потребил бы все 4,65 кВт·ч. Экономия есть, но она не покрывает стоимость бурения за один сезон. Реальная окупаемость - 7-12 лет, и то если считать вместе с отоплением.
Грунтовый контур: зонд или коллектор
| Параметр | Вертикальный зонд | Горизонтальный коллектор |
|---|---|---|
| Глубина/длина | 20-300 м, одна скважина | 1,5-2 м, петли длиной 100-400 м |
| Температура грунта | Стабильная +8...+10 круглый год | Сезонные колебания: зимой до +2...+4, летом до +12...+15 |
| Требуемая площадь | Минимальная (5-10 м²) | Большая (300-600 м²) |
| Стоимость монтажа | Высокая (бурение) | Средняя (земляные работы) |
| Влияние на COP зимой | Стабильный COP | COP падает к концу зимы из-за остывания грунта |
Важно: грунтовый контур нельзя пересушивать теплом. Если снимать больше, чем грунт успевает восстановить, температура вокруг труб за несколько сезонов падает, COP снижается, и система начинает работать хуже. Поэтому мощность контура рассчитывают с запасом.
Зависимость COP от температуры подачи
Чем больше разница между температурой грунта (+9 °C) и температурой, которую нужно получить на выходе, тем больше работы компрессору. Это как поднимать ведро воды: на 10 метров поднять легко, на 50 - тяжело. Компрессор тратит больше электричества на каждый градус подъёма.
Конкретные цифры для грунтового насоса (ориентировочно):
- Тёплый пол 35 °C: COP 4,5-5,0. Разница 26 градусов.
- Радиаторы 55 °C: COP 2,8-3,2. Разница 46 градусов.
- Горячая вода 55 °C: COP 2,5-2,8. Разница 46 градусов, но насос работает на пределе.
- ГВС 60 °C: COP 1,8-2,2. Многие насосы просто не выдают такую температуру.
Поэтому для отопления тёплым полом насос эффективен, а для ГВС - заметно меньше. И чем холоднее на улице, тем больше тепла уходит через стены, и тем меньше остаётся на нагрев воды.
Не путайте бытовой грунтовый тепловой насос с геотермальной энергетикой вулканических районов (Камчатка, Исландия). Там из скважин идёт пар 100-200 °C. В средней полосе России такого нет. Здесь земля просто «не мороз», а не источник горячей воды.
Почему без ТЭНа всё равно не обойтись
СанПиН 2.1.3684-21 пункт 84 требует температуру горячей воды в точке водоразбора 60-75 °C. Причина - бактерия Legionella pneumophila. Она активно размножается в воде при 20-45 °C. При 60 °C гибнет примерно за 20 минут. Тепловой насос до 60 °C бак штатно не догревает. Его практический потолок - 50-55 °C, и то с низким COP.
Поэтому в баках для систем с тепловым насосом всегда ставят электрический ТЭН. Он выполняет две задачи:
Пиковый догрев при большом разборе
Когда в доме моют посуду, принимают душ и стирают одновременно, тепловой насос может не успевать греть воду. ТЭН включается и догревает бак до нужной температуры за 20-30 минут.
Антилегионеллёзный цикл
Раз в неделю автоматика поднимает температуру в баке до 65-70 °C с помощью ТЭНа и держит её 20-30 минут. Это убивает бактерии. Тепловой насос такую температуру не даёт.
Кроме того, ТЭН страхует систему, когда насос в разморозке, на сервисе или когда гостей больше обычного. Без ТЭНа вы рискуете остаться без горячей воды в самый неподходящий момент.
Схема с баком косвенного нагрева
Типичная схема: тепловой насос греет теплоноситель (антифриз) до 35-45 °C. Этот теплоноситель подаётся на змеевик в баке косвенного нагрева. Змеевик отдаёт тепло воде в баке. Но есть нюанс: температура теплоносителя низкая, поэтому змеевик должен быть большой площади. Если для котла на 80 °C достаточно змеевика площадью 0,5-0,7 м², то для теплового насоса нужно 1,5-2,5 м². Иначе тепло не успеет передаться, и вода будет греться часами.
Также в схеме применяют приоритет ГВС: пока тепловой насос греет бак, отопление паузится. Это сокращает время нагрева, но зимой может привести к небольшому снижению температуры в доме на 1-2 градуса. Обычно это незаметно.
Расчёт энергии: сколько нужно и сколько даёт насос
Нагреть 100 литров воды с 10 до 50 °C (на 40 градусов) требуется 4,65 кВт·ч тепла. Если тепловой насос имеет электрическую мощность 1,5 кВт и COP 3, он выдаёт 4,5 кВт тепла в час. Значит, на нагрев 100 литров уйдёт примерно 1 час. За это время он потребит 1,5 кВт·ч электричества.
Если COP упадёт до 2,5 (при температуре подачи 55 °C), то тепловая мощность составит 1,5 * 2,5 = 3,75 кВт. Времени на нагрев уйдёт 4,65 / 3,75 = 1,24 часа, а электричества - 1,5 * 1,24 = 1,86 кВт·ч. Разница есть, но не критичная. А вот если насос не может поднять температуру выше 50 °C, то догрев до 60 °C придётся делать ТЭНом, который сожрёт свои 2-3 кВт·ч.
Тепловой насос не делает горячую воду из ничего - он переносит тепло, а не создаёт его. И переносить тепло с +9 до +55 гораздо тяжелее, чем с +9 до +35.
Что в итоге реально закрывает геотермальный насос
Он закрывает базовый нагрев воды до 45-50 °C с хорошей экономией электроэнергии (примерно в 2-3 раза меньше, чем прямой ТЭН). Но пиковый разбор, антилегионеллёзный цикл и аварийный режим - это задачи ТЭНа. Если вы рассчитываете, что насос сам даст вам 60-градусную воду круглый год, вы разочаруетесь. Если вы закладываете в проект бак с большим змеевиком и ТЭНом, система будет работать долговечно и экономично.
Для владельца частного дома, который уже отапливается тепловым насосом, добавить ГВС на нём же - логично. Но отдельно ставить геотермальный насос только для горячей воды - экономически нецелесообразно. Проще поставить солнечный коллектор или тепловой насос воздух-вода. Грунтовый вариант оправдан, когда он же работает на отопление.
Частые вопросы
Сколько я реально сэкономлю на горячей воде с геотермальным насосом?
Если сравнивать с прямым нагревом ТЭНом, экономия электроэнергии составит около 60-70% (при COP 3-4). Например, на нагрев 200 литров в день зимой уйдёт примерно 3-4 кВт·ч вместо 9-10 кВт·ч. В рублях это 10-15 рублей в день экономии. Но нужно учитывать затраты на бурение и оборудование, которые окупаются 7-12 лет.
Можно ли использовать только тепловой насос без ТЭНа для горячей воды?
Нет, нельзя. По СанПиН температура горячей воды должна быть 60-75 °C, а тепловой насос даёт максимум 50-55 °C с плохим COP. Кроме того, без периодического прогрева до 65 °C в баке размножается легионелла. ТЭН обязателен для догрева и антилегионеллёзного цикла.
Какой срок окупаемости геотермального насоса для ГВС и отопления?
Точный срок назвать нельзя, он зависит от региона, стоимости бурения, тарифов на электричество и теплопотерь дома. В среднем для системы отопления + ГВС окупаемость 7-12 лет. Если ставить насос только для горячей воды, окупаемость может превысить 15-20 лет, что невыгодно.
Что будет, если тепловой насос сломается зимой?
Если в баке установлен ТЭН, вы сможете греть воду им напрямую, хотя и с большим расходом электричества. Без ТЭНа вы останетесь без горячей воды до ремонта насоса. Поэтому в проекте всегда предусматривают резервный ТЭН мощностью 1,5-3 кВт.
Какой бак выбрать для геотермального теплового насоса?
Нужен бак косвенного нагрева с змеевиком большой площади (не менее 1,5-2 м² для объёма 200-300 л). Обычный змеевик под котёл не подойдёт — он не передаст нужную мощность при низкой температуре теплоносителя. Также в баке должен быть фланец под ТЭН для догрева.
Нужно ли бурить скважину для геотермального насоса?
Не обязательно. Можно уложить горизонтальный коллектор на глубине 1,5-2 метра, если есть свободная площадь 300-600 м². Но коллектор зимой остывает, и COP падает. Вертикальный зонд дороже, но стабильнее и занимает меньше места. Выбор зависит от участка и бюджета.
Не уверены, что подойдёт?
Пришлите фото шильдика бойлера или старого ТЭНа — подберём деталь по фланцу, длине и мощности и отправим по России.