К низкотемпературным источникам теплоты (НТИТ) для ТН относятся отработанная теплота и энергия окружающей среды. Источниками энергии из окружающего пространства служат солнечная энергия, воздух, грунтовые и поверхностные воды, а также теплота грунта. Применение солнечных коллекторов (СК) и абсорберов в зимний и переходный периоды на территории РФ крайне ограничено незначительной плотностью солнечной радиации, облачностью, низкими температурами окружающей среды, снежными покровами, обледенением.

Эффективность таких систем крайне низкая. В летний период для горячего водоснабжения экономическая целесообразность также всегда остается под большим вопросом — стоимость только СК составляет 400–500 $/м2, а вся установка обходится в два-три раза дороже. В Краснодарском крае введены в эксплуатацию несколько душевых, объявленный срок окупаемости одной из них с площадью СК 600 м2 составляет 7,5 года (СК производства Германии).

Основным возражением против использования в отопительный период воздуха в качестве НТИТ в РФ будет, как и следует из инструкций к распространенным «воздушным» ТН, требование работы при положительных (больше 2–3 °С, номинально 10 °С) температурах среды (некоторые ТН могут работать и при –25 °С, но они имеют низкий коэффициент преобразования).

 

Теплообменник «воздушного» ТН. А ведь еще даже не зима…

Теплообменник «воздушного» ТН. А ведь еще даже не зима…

Однако в средней полосе, да и на большей части территории РФ, средняя температура отопительного периода отрицательна (в Московском регионе: –3,6…–3,9 °С). В то же время в Европе, а тем более в США, эта температура положительна. В Германии, не самой южной стране Европы, средняя температура отопительного периода +5 °С. Этим и объясняются миллионы ТН «в мире» и их почти полное отсутствие у нас.

Наиболее предпочтительным кажется использование теплоты природных водных ресурсов, в частности, грунтовых вод, ввиду их доступности и рекламируемой простоты (теплые полы) схемы низкотемпературного (номинальная температура в подающей линии ТН 35 °С, обычно догрев встроенными электронагревателями) теплоснабжения, состоящей в подаче воды и ее возврате в водоем через соответствующие скважины.

Эта система требует перекачки большого количества воды. Для теплоснабжения одноэтажного отдельного жилого дома на пять человек, с отапливаемой площадью F = 100 м2, расположенного в Московской области, требуемый объем перекачиваемой воды 4000–5000 м3/год. Вода в ТН охлаждается почти до 0 °С, ее закачивание в грунт приводит к охлаждению последнего, в том числе корнеобитаемого слоя. Использование теплоты грунтовых вод малоэффективно (температура 6–8 °С).

Аналогичные проблемы возникнут при использовании воды рек и открытых водоемов. Грунт поверхностных (глубиной до 400 м) слоев земли рассматривается некоторыми авторами публикаций как низкопотенциальный источник энергии для ТН, даже произведено «районирование территории России по эффективности использования низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев Земли для теплохладоснабжения».

Однако полностью игнорируются последствия применения ТН. В частности, для теплоснабжения того же дома потребуется ежегодно охлаждать 10–15 тыс. тонн грунта, что через 27 лет эксплуатации выведет из строя «6 соток», через 40 лет — 1100 м2, а время восстановления будет значительно дольше. Горизонтальные коллекторы «заморозят» почву уже в первый год. Вертикальные термоскважины должны быть глубже 200 м или четыре по 40 м.

Энергозатраты на производство грунтового теплообменника и в целом ТНУ значительно превышают «бесплатную» энергию, добываемую из грунта за нормативный срок окупаемости. Охлаждение нейтрального слоя земли над охлажденным грунтом термоскважины происходит достаточно быстро по сравнению с временем эксплуатации ТНУ.