Детский сад категории «А»

В период с 2011 по 2012 годы в городе Томске был внедрен проект, который является уникальным для российского коммунального сектора - энергоэффективный детский сад № 83 "Солнечный зайчик", расположенный по адресу ул. Нарановича, 4 в мкр. "Зеленые Горки". Потребность в тепле и горячей воде в данном саду на 100% обеспечивается за счет использования геотермальных тепловых насосов. Он является первым детским садом класса энергоэффективности "А" в России.

Конечно, при строительстве детского сада «Солнечный зайчик», помимо тепловых насосов, были использованы и другие энергосберегающие решения. «Во-первых, мы повысили общую тепловую защиту сооружения. Те панели, из которых мы его собрали, это теплые панели из керамзитобетона с эффективным утеплителем, с сопротивлением теплопередаче больше трех единиц. Плюс энергосберегающие окна: заполненные аргоном стеклопакеты увеличенной толщины с теплоотражающим покрытием, пятикамерный переплет. В результате мы получили коэффициент теплопередачи окна около единицы. И, таким образом, сразу уменьшили теплопотери на 25%», - говорит Павел Семенюк, технический директор ОАО «ТДСК» (Томская домостроительная компания).

Однако основу энергоэффективности детского сада № 83 составляют именно тепловые насосы, позволяющие на каждый затраченный кВт питающей их электроэнергии получить от 4 до 6 кВт тепловой энергии. Если сравнивать затраты на отопление в такой системе с классической схемой центрального теплоснабжения, то получается, что от 75 до 84% тепла будет бесплатным. «Нагрев теплоносителя для систем отопления и ГВС детского сада осуществляется тремя тепловыми насосами суммарной мощностью 126 кВт (по 42 кВт каждый), изготовленными на одном из наших предприятий», - рассказывает Андрей Осипов, специалист компании «Данфосс».

Технически решение основано на заимствовании и преобразовании тепловой энергии, накопленной в земле. Иначе говоря, геотермальной энергии. Принцип прост: если температура грунта превышает значение «абсолютного нуля», то у него есть тепловая энергия, которую можно снять.

Непосвященному человеку довольно сложно понять, как можно из холодной земли добыть тепло для отопления и подогрева горячей воды. Однако ничего сложного тут нет: это хорошо известный принцип холодильника.
Как известно из второго начала термодинамики, тепло не может быть передано от более холодного тела (в нашем случае это земля) к более нагретому (т.е. в контур системы отопления). Поэтому система геотермального отопления состоит из трех контуров, в которых циркулируют жидкости с различными физическими свойствами. Во внешнем (т.н. «рассольном», проложенном в земле ниже уровня ее промерзания) контуре циркулирует рассол или антифриз - незамерзающая жидкость, температура которой ниже температуры грунта. Во внутреннем отопительном контуре - теплоноситель. В обеспечивающем передачу тепла из внешнего во внутренний контур теплообменнике теплового насоса - хладагент с низкой температурой кипения.

Теплоноситель первичного «рассольного» контура вбирает тепловую энергию из грунта, нагреваясь на несколько градусов. В испарителе теплообменника рассол (антифриз) отдает тепло еще более холодному жидкому хладагенту, находящемуся под низким давлением. В этих условиях нескольких градусов достаточно, чтобы хладагент перешел в газообразное состояние (испарился). Затем компрессор сильно сжимает хладагент, отчего его температура значительно повышается (более чем до +70°C). Нагретый хладагент поступает в конденсатор, где отдает тепло более холодному теплоносителю, циркулирующему в отопительном контуре здания.
Отдав часть тепла, хладагент вновь конденсируется (становится жидким), а дросселирующий клапан на границе между конденсатором и испарителем вновь понижает его давление. Затем цикл повторяется.

Теперь нужно сказать несколько слов о технической стороне проекта. «По периметру здания пробурено 24 скважины глубиной до 100 метров. В первичных контурах циркулирует порядка 6 тонн теплоносителя», - поясняет Александр Поморцев, директор ЗАО «Строительное управление ТДСК», осуществлявшего строительство детского сада. А преобразовать низкопотенциальную энергию земли, чтобы ее можно было использовать в системах отопления и ГВС, как раз и помогают тепловые насосы. Причем, как уже было сказано выше, для этого нужны совсем небольшие энергозатраты.

«В такой системе отопления при затратах электрической мощности в 1 кВт можно получить 4-6 кВт мощности тепловой энергии. Для пользователей традиционных систем это кажется невероятным, однако геотермальные системы уже активно и давно эксплуатируются в развитых странах. Сегодня сделаны первые шаги и в России», - говорит Георгий Гранин, директор ООО «Экоклимат» (Томск), осуществлявшего проектирование и монтаж системы.

Примечательно, что глубокие скважины - совсем не обязательный атрибут геотермальной системы отопления. При наличии свободной площади можно использовать грунтовый коллектор из труб, проложенных в грунте на глубине порядка одного метра, или вообще получать тепло из близлежащего водоема и даже из грунтовых вод. В качестве источника тепла может использоваться и обычный наружный воздух, что открывает широчайшие возможности использования геотермальных систем отопления. «Вариант со скважинами был выбран потому, что детский сад располагался в условиях плотной застройки, и свободных площадей для расположения грунтового коллектора достаточной длины просто не было, - объясняет Георгий Гранин. - Вариант грунтового коллектора для здания в 300 квадратных метров потребует наличия как минимум четырех свободных соток земли».

Наибольшая энергоэффективность и КПД системы отопления с тепловыми насосами достигаются при использовании водяных теплых полов с температурой теплоносителя от +35°C до +45°C, что и было реализовано в детском садике. «Радиаторы центрального отопления здесь тоже есть, но они установлены для страховки, на всякий случай, а в принципе в них нет необходимости, - рассказал в ходе своего выступления на открытии дошкольного учреждения Александр Шпетер, генеральный директор ОАО «ТДСК». - Обратите внимание, что сейчас радиаторы выключены, но пол теплый и температура в здании очень комфортная».

Летом тепловые насосы могут работать не только на обогрев помещений детского сада, но и на их охлаждение. Когда температура воздуха достигает +25-27°C, система может переключиться в режим пассивного охлаждения, причем будет при этом потреблять минимальное количество электроэнергии, необходимое для работы циркуляционного насоса и сравнимое с мощностью одной лампы накаливания. «Если пассивного охлаждения недостаточно, можно использовать и активное охлаждение с помощью компрессора. С этой задачей тепловые насосы данного типа также успешно справляются», - добавляет Георгий Гранин («Экоклимат»).

Таким образом, система с геотермальными насосами является полноценной климатической системой и во многих случаях позволяет обойтись без кондиционера. Подтверждает это и первый опыт эксплуатации здания. «Во всех помещениях у нас очень комфортный микроклимат, который нравится и детям, и персоналу. Малыши не болеют, растут и развиваются. За прошедшие полгода не было ни одного сбоя, всё работает стабильно и очень хорошо», - говорит Вера Антонова, заведующая муниципальным автономным дошкольным образовательным учреждением - центром развития ребенка - детским садом №8 3 г. Томска.

Нужно сказать, что решение о возведении энергоэффективного детского сада было принято не сразу. «Сначала мы предполагали построить детский сад в обычном порядке, поскольку он здесь расположен по генеральному плану, но потом решили сделать его энергоэффективным. Первоначально его строительство должно было обойтись в 86 млн. рублей, но с учетом изменений в проекте, которые позволили присвоить объекту класс энергоэффективности «А», эта сумма увеличилась еще на 19 млн., т.е. до 105 млн. рублей», - рассказывает Александр Шпетер (ОАО «ТДСК»).

«В результате применения при строительстве детского сада «Солнечный зайчик» энергосберегающих решений затраты на его обогрев должны снизиться на 40-50% по сравнению с аналогичными объектами, на которых используется традиционная схема теплоснабжения», - считает Андрей Осипов («Данфосс»).
Что касается надежности и долговечности оборудования, то срок эксплуатации тепловых насосов в среднем составляет 20-30 лет, а их ежегодное профилактическое обслуживание несложно и не требует каких-либо серьезных затрат.

Концепция энергоэффективного детского сада оказалась настолько успешной, что мэрия Томска приняла решение выкупить его у ОАО «ТДСК» и в дальнейшем продолжить строительство подобных объектов. Так, в ближайших планах городской администрации - строительство еще одного энергоэффективного детского сада и ряда других объектов с использованием систем отопления на тепловых насосах.

Пресс-служба «Данфосс»