В 2000-х годах дети дошкольного возраста в селе Турунтаево воспитывались дома, поэтому открытие детского сада здесь было просто необходимо. По словам начальника Управления образования администрации Томского района Сергея Ефимова, одноэтажное здание под дошкольное учреждение отдала администрация поселения, а финансирование проекта стало возможным благодаря областной целевой долгосрочной программе по открытию дошкольных мест.

Поскольку газ в селе отсутствует, было принято решение оборудовать садик системой геотермального отопления. Этот шаг обусловлен тем, что, по подсчётам специалистов Управления, стоимость долгосрочной эксплуатации геотермальных насосов получается ниже, чем оплата работы угольной котельной.

Здание администрации Турунтаевского поселения до реконструкции не отвечало современным требованиям энергоэффективности и относилось к низкому классу энергоэффективности D.

С целью дальнейшей максимальной экономии топливно-энергетических ресурсов, а также для возможности установки теплового насоса с более низкой расчётной мощностью (и, соответственно, меньшей ценой), было принято решение привести здание к максимальному классу энергоэффективности А.

Кроме того, был произведён расчёт соответствия теплового оборудования отечественным СанПиНам, по которым оно должно поддерживать в здании детского сада температуру не ниже +19°C при температуре наружного воздуха −40°C.

Всего на перепланировку, ремонт и переоборудование здания было затрачено около 4 млн руб., причём 80% этой суммы было выделено из областного бюджета, 20% — софинансирование из местного бюджета Томского района. Вместе с тепловым насосом стоимость проекта составила около 6 млн руб.

Благодаря тепловым насосам система отопления детского сада представляет собой полностью изолированную и независимую систему. В здании нет традиционных батарей, а нагрев помещений реализуется при помощи тёплого пола.


Монтаж тёплого пола в помещении здания Турунтаевского садика

Для обеспечения здания детского сада теплом и горячей водой тепловой насос использует низкопотенциальное тепло земли. Схематично систему можно разделить на три части:

  • внешний контур — система трубопроводов, в которых циркулирует теплоноситель (этиленгликоль), собирающий низкопотенциальное тепло окружающей среды (грунта, воды);
  • тепловой насос, увеличивающий температуру теплоносителя до 40–50°C путём парокомпрессии газа (фреона) и передающий тепловую энергию внутреннему теплоносителю (дистиллированной воде);
  • внутренний контур — в данном случае система отопления вида «тёплый пол», распределяющая тепло по помещению.

Следует отметить, что существует несколько видов внешних контуров тепловых насосов:

  • водяной контур — в этом случае источником тепла является водоём, на дно которого укладывается контур;
  • горизонтальный земляной контур — трубопровод располагается ниже глубины промерзания (около 2–2,5 м), где грунт имеет стабильную температуру, не зависящую от температуры наружного воздуха (требуется наличие значительной свободной площади около здания, поскольку площадь всего контура примерно равна общей площади отапливаемого помещения);
  • вертикальный земляной контур (скважина) — в этом случае трубы с теплоносителем опускаются в скважины длиной от 50 до 300 м, здесь не требуется большая свободная площадь, однако необходимы дорогостоящие буровые работы;
  • воздушный коллектор — низкопотенциальное тепло берётся из воздуха, что особо актуально в южных регионах.

По словам энергетика Управления образования администрации Томского района Романа Алексеенко, просторный земельный участок, на котором расположен Турунтаевский садик, позволил установить там внешний горизонтальный земляной контур, площадь которого составила около 250 м² (как и площадь строения). Этот способ проще и дешевле, нежели обустройство вертикального контура.

«Глубина промерзания грунта составляет 2–2,5 метра. Температура земли ниже этой отметки остаётся одинаковой и зимой, и летом, и составляет от +1 до +5°C. Работа теплового насоса построена именно на этом свойстве. В земляной контур рядом с Турунтаевским садиком на глубину 2,5 метра были закопаны сообщающиеся трубы на расстоянии примерно 1,5 м друг от друга. В системе труб циркулирует теплоноситель — этиленгликоль. Внешний горизонтальный земляной контур сообщается с холодильной установкой, в которой циркулирует хладагент — фреон, газ с низкой температурой испарения. При нагреве до всего лишь +3°C фреон начинает испаряться, и, когда компрессор резко сжимает кипящий газ, температура последнего возрастает до +50°C. Нагретый газ направляется в теплообменник, в котором циркулирует обычная дистиллированная вода. Жидкость нагревается и разносит тепло по всей системе отопления, уложенной в полу», — объясняет Роман Викторович.

Сущность работы теплового насоса такова, что из 1 кВт потребляемой электрической энергии тепловой насос производит 4 кВт тепловой энергии.


Тепловой насос Danfoss серии DHP

Для возможности уменьшения мощности требуемого теплового насоса и насосного оборудования, а значит и снижения затрат на потребляемую ими электрическую энергию, здание, в котором устанавливается оборудование, необходимо привести к максимальному классу энергетической эффективности A. И Турунтаевский садик ему соответствует! В здании обустроена дополнительная теплоизоляция: поверх существующей стены (толщиной в три кирпича) установлен слой утеплителя 10 см, эквивалентный двум-трём кирпичам. С внешней стороны утеплителя находится воздушная прослойка, а достойный внешний вид фасаду придаёт металлический сайдинг. Таким же образом утеплена и крыша. Кроме того, в садике установлены энергосберегающие пластиковые окна, утеплены входные тамбуры. Подвала в здании нет, и теплопотерь через него не предвиделось, поэтому основное внимание строителей сосредоточилось на «теплом полу» — системе отопления здания. Получилось несколько слоёв: бетонный пол, слой пенопласта толщиной 50 мм, «тёплый пол» — система труб, в которых циркулирует горячая вода, бетонная стяжка и линолеум.

Несмотря на то, что температура воды в теплообменнике может достигать 50°C, максимальный нагрев фактического напольного покрытия не превышает 30°C. Поэтому большинство традиционных напольных покрытий, таких как линолеум, паркет, керамическая плитка или декоративный камень могут быть использованы вместе с «тёплым полом».

Фактическая температура каждой комнаты может регулироваться вручную — автоматические датчики позволяют устанавливать температуру пола таким образом, чтобы помещение детского сада прогревалось до положенных санитарными нормами градусов.

Директор Турунтаевской средней школы (в ведомстве которой находится детский сад) Евгений Белоногов рассказал: «Мы немного боялись зимы — не знали, как поведут себя тепловые насосы. Но даже в сильные морозы в садике было стабильно тепло — от +18 до +23 градусов Цельсия. Конечно, здесь стоит учесть, что и само здание изначально было хорошо утеплено. Оборудование неприхотливо в обслуживании, и в наших суровых сибирских условиях оно показало себя довольно эффективно. Тепловой насос работает от электричества — в холодные месяцы у нас выходило около 2000 киловатт-час. Кроме того, оборудование экологично — все жидкости абсолютно безвредны и даже в случае протечки не представляют никакой опасности для окружающих. И самое главное — детям в садике комфортно. Благодаря системе «тёплый пол» их ножки всегда в тепле».

По данным Управления образования администрации Томского района, монтаж теплового насоса обходится дешевле строительства угольной котельной, кроме того, его работа обойдётся вдвое дешевле работы последней (табл. 1).

В Томской области успешно функционируют бюджетные учреждения с системой геотермального отопления: детский сад «Солнечный зайчик» в микрорайоне «Зелёные горки» города Томска, детский сад в селе Турунтаево и средняя образовательная школа в селе Вершинино Томского района. Стоит отметить, что проект Управления по внедрению энергосберегающих технологий в детских садах в Томском районе получил третье место в ежегодном конкурсе «Инновации в муниципальном управлении».