Геотермальные тепловые насосы отопления дома

Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Главная страница » Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Геотермальный земляной тепловой насос, по сути, представляет собой систему центрального отопления земли. Энергетический механизм земного грунта поддерживает постоянное использование как накопитель (источник) тепла. Конструктивно система позволяет использовать умеренный диапазон температур грунта. За счёт этого повышается эффективность и снижаются эксплуатационные расходы традиционных систем отопления (охлаждения). Допустимо объединение земляного теплового насоса с установками сбора солнечной энергии — строительство систем высокой эффективности.

Технология геообмена для получения энергии

Земляной тепловой насос в научных кругах больше известен под другими названиями, в частности:

  • геообмен (Geoexchange),
  • грунтовой теплообменник,
  • земная энергетическая система.

Инженеры, однако, чаще пользуются термином «земляные тепловые насосы», дабы избежать путаницы с традиционной геотермальной энергией, где используется высокотемпературный источник тепла для выработки электроэнергии.

Земляные тепловые насосы действуют по принципу сбора тепла, получаемого от Солнца и поглощаемого поверхностью Земли. Температура грунта ниже 6 метров от границы поверхности равна среднегодовой температуре воздуха для конкретной широты земного шара.

Структурная схема установки: 1 – природный земляной теплообменник на трубном петлевом замкнутом контуре; 2 (3) – тепловой насос; 4 – ресивер с горячей водой; 5 – тепло, направляемое в радиаторы или в систему тёплого пола; 6 – использование водного ресурса для хозяйственных нужд

В зависимости от параметра широты, температура под верхним слоем Земли поддерживается на постоянном уровне в диапазоне 10-16°C. Подобно холодильнику или кондиционеру, систему допустимо использовать в качестве теплового насоса для принудительной передачи тепла от грунта.

Тепловые насосы способны передавать энергию от холодной к тёплой области в противовес естественному направлению потока. Либо эти же устройства способны усиливать естественный поток тепла, направленный от теплой среды к холодной.

Общая информация по земляным тепловым насосам

На первый взгляд устройство земляного теплового насоса выглядит достаточно сложным, но фактически это относительно простая элементная база. Подобного рода установки содержат ряд подземных труб, предназначенных извлекать солнечную энергию.

Полученную солнечную энергию, в свою очередь, достаточно просто преобразовать в тепловую энергию с последующим использованием для нужд домашнего хозяйства.

Возможные конфигурации замкнутого типа на земляной тепловой насос: 1 – горизонтальное трубное поле; 2 – вертикальное трубное поле; 3 – трубное поле в области водоёма

Существуют два основных типичных исполнения земляного теплового насоса:

  1. Вертикальный.
  2. Горизонтальный.

Рассмотрим подробнее обе конфигурации для лучшего понимания. Однако также стоит отметить – используются два типа трубного контурного исполнения – замкнутое и разомкнутое. Второй вариант считается редко применяемым.

Земляной тепловой насос — вертикальная конфигурация

Этот вариант исполнения предполагает формирование поля труб, образующих замкнутый контур. При этом трубы контура проходят в земле вертикально.

Для выполнения вертикального монтажа трубного поля в грунте бурят скважину глубиной 15–125 м (может использоваться свайный фундамент здания). Циркулирующий по трубам теплоноситель поглощает (отводит) тепло от грунта или в грунт.

Трубные пары, помещаемые в скважину, соединяются U-образными поперечинами в нижней части или состоят из двух трубок полиэтилена высокой плотности малого диаметра, термически сплавленных для образования U-образного донного изгиба.

Реальный пример скважины под сооружение вертикального земляного теплового насоса. В зависимости от мощности системы таких скважин может потребоваться несколько

Пространство между стенкой скважины и U-образными трубами обычно полностью заполнено цементирующим веществом (допускается частичное заполнение грунтовыми водами).

Скважина, как правило, заполняется бентонитовым раствором, благодаря чему обеспечивается тепловая связь с грунтом, улучшается теплопередача.

Улучшить теплопередачу помогают термически эффективные растворы. Трубные поля вертикальной петлёй обычно используются, когда площадь земли ограничена. Скважины бурят удалёнными на 5–6 м одна от другой.

Параметр глубины зависит от характеристик грунта и обслуживаемого здания. Так, отдельно взятому дому, потребляющему 10 кВт тепловой мощности, требуется три скважины глубиной 80-110 м.

Земляной тепловой насос — г оризонтальная конфигурация

Земляной тепловой насос на основе горизонтального трубного поля, соответственно предполагает создание горизонтально расположенного в земле замкнутого контура.

Для такой конфигурации необходимо рыть длинную горизонтальную траншею глубже уровня промерзания грунта. Внутри такой траншеи размещаются горизонтально U-образные или петлевые трубы.

Рытьё неглубоких горизонтальных петлевых полей земляного теплового насоса оценивается примерно вполовину стоимости относительно варианта вертикальной конфигурации.

Поэтому горизонтальный вариант устройства земляного теплового насоса считается наиболее распространённой схемой, используемой в местах с достаточным количеством свободной земли.

Практическое решение по сооружению горизонтального земляного трубного поля теплового насоса. Это одна из наиболее перспективных конструкций для частных хозяйств

Для конструкции дома, потребляющего 10 кВт тепловой мощности, требуются три траншеи, длиной 120-180 м с петлями из полиэтиленовых труб диаметром 20-32 мм. Глубина траншей должна составлять 1-2 м.

Следует отметить: глубина погружения трубного серпантина оказывает существенное влияние на потребление энергии земляным тепловым насосом. При этом отмечаются два противоположных варианта влияния:

  1. Мелкие петли имеют тенденцию косвенно поглощать больше тепла от солнца, что полезно, особенно когда земля долго остаётся холодной после зимы.
  2. Неглубоко положенные петли также намного легче охлаждаются в результате изменений погоды, особенно в течение долгих холодных зим, когда пики потребности в отоплении достигают максимума.

Зачастую второй эффект более выразителен, чем первый, что приводит к более высоким затратам на эксплуатацию контуров, погруженных на небольшую глубину.

Земляной тепловой насос — д ругие возможные конфигурации

Альтернативой горизонтальному размещению земляного теплового насоса может служить прокладывание системы горизонтально-направленным бурением.

Методика позволяет монтировать трубопроводы под землёй городских дворов, проездов, садов и другой инфраструктуры. При этом инфраструктурные сооружения не нарушаются, а затраты на работы остаются на среднем уровне, если сравнивать с горизонтальным и вертикальным способом устройства.

Система горизонтально-направленного бурения также отличается от горизонтальной и вертикальной конфигураций, поскольку петлевое поле состоит из одной центральной камеры, чем ещё больше сокращается рабочее пространство объекта.

Горизонтально-направленное бурение зачастую применяется уже после того, как подлежащий оснащению земляным тепловым насосом объект был построен.

Неординарный, достаточно «экзотический» вариант – использование водоёма. Однако такой проект земляного (водяного) теплового насоса также вполне может использоваться на практике

Существует также довольно необычный вариант конфигурации системы, когда тепло извлекается при помощи трубного поля, размещаемого на дне водоёмов (озёр, прудов), где масса воды достаточно велика.

Однако такого рода система относится к узкоспециализированным сооружениям и требует тщательного расчёта конструкции. Обычно расчёт проводится производителем земляного специализированного теплового насоса.

Как работает земляной тепловой насос и сколько стоит?

Принцип действия обычно основан на смеси воды и антифриза, которая закачивается в область земляного массива.

Благодаря этой смеси поглощается солнечная энергия, запасённая в массиве земле. Тепло извлекается посредством использования технологий сжатия и расширения и в качестве энергетического потенциала может применяться для отопления частного дома.

Объёмная доля собранного теплового ресурса напрямую зависит от производительности (количества труб, длины и глубины вырытых траншей), а также от характеристик почвы.

Практика показывает, что глинистая почва способна удерживать больше тепла, чем песчаная. Перед проектированием и сооружением земляного теплового насоса, как правило, выполняется тщательное изучение состояния грунта.

Согласно некоторым оценкам специалистов по энергосбережению, стоимость установки типовой системы земляного теплового насоса в частном доме на три-четыре спальни, составит около 800 000 рублей.

Между тем общепринятая «бюджетная» величина составляет примерно 1 млн. руб. за 1 кВт мощности. Для частного дома площадью 400 м² на четыре спальни, построенного в соответствии стандартам строительных норм, потребуется тепловой насос мощностью не менее 8 кВт.

Непосредственно тепловой насос оценивается в 500–600 тыс. руб. Общий баланс земляной системы включает ещё стоимость сооружения в целом. Сумма под инсталляцию нередко значительно варьируется в зависимости от условий местности.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Принцип работы геотермального теплового насоса и его эксплуатация в составе отопительной системы

Существует множество способов как организовать горячее водоснабжение и автономное отопление в частном доме: использование энергии сгорания газа в системах, подключенных к центральному газоснабжению, или электроэнергии, преобразуемой в тепло.

Однако, современный мир стремится к постоянному развитию и совершенствованию. В энергетической сфере это проявляется в развитии энергоэффективных технологий. Например, затраты энергоносителя на поддержания комфортной температуры в помещении могут быть снижены, если добиться минимальных теплопотерь. Согласно современным стандартам, регламентированные максимальные теплопотери были снижены почти в 4 раза за последние два десятка лет. Например, раньше допустимая утечка тепловой энергии для новостроя принималась равной 100 Вт/м2 и даже более. Сегодня инженеры-теплотехники закладывают значительно меньшие значения.

Современная теплоизоляция жилых объектов благодаря своей эффективности способствует распространению низкопотенциальных отопительных систем. Невысокая популярность таких установок на протяжении многих лет объясняется тем, что для поддержания комфортного микроклимата в помещениях требовалась установка отопительных элементов крупных размеров. Теперь люди отдают предпочтение установкам на основе тепловых насосов, поскольку необходимости в монтаже крупногабаритных радиаторов отопления больше нет. Кроме того, такие системы являются более простыми и удобными в эксплуатации в сравнении с отопительными котлами, независимо от используемого типа.

Принцип функционирования теплового насоса

Основная идея, положенная в основу принципа работы установок рассматриваемого типа, состоит в передаче тепловой энергии от источника с низким потенциалом к рабочему веществу (теплоносителю). Таким источником может быть грунт, воздух и вода. Любой объект, нагреты до температуры выше абсолютного нуля, содержит запас тепловой энергии, количество которого определяется как произведение массы объекта и его удельной теплоемкости. В этом контексте землю, океаны и атмосферу можно рассматривать как огромнейшие запасы энергии для питания энергоэффективных систем отопления.

Читайте также  Отопление грунтовым тепловым насосом

Геотермальная установка состоит из нескольких элементов:

  • Трубопровод, расположенный в грунте на определенной глубине. Содержащееся в нем рабочее вещество получает тепловую энергию, нагреваясь на несколько градусов.
  • Теплообменный узел – следующий элемент системы, в который подается нагретый теплоноситель.
  • Внутренний контур системы, который получает тепловую энергию от теплоносителя.
  • Внешний контур с хладагентом, способным переходить в газообразную фазу в результате прогрева в испарителе.
  • Сжимающий компрессор, уменьшающий объем хладагента, тем самым увеличивая его температуру.
  • Конденсатор, передающий в свою очередь тепловую энергию разогретого рабочего вещества на отопительные элементы внутренней системы. Отдавший тепловую энергию хладагент переходит в жидкую фазу, поступает в начальную точку системы для поглощения очередной новой порции тепловой энергии.

Отопительные системы на основе тепловых насосов характеризуются высоким КПД, способны поддерживать оптимальные температурные условия в помещениях круглый год.

Варианты геотермальных установок

Как уже было сказано выше, теплонасосы могут получать энергию из воздушной среды, грунта и водоемов. Они различаются по типу используемого теплоносителя как на внутреннем, так и наружном контурах. В зависимости от функций и используемых элементов, установки делят на несколько видов:

  • Система типа «вода-вода», использующая энергию тепла водных ресурсов. Принцип работы основан на способности воды сохранять довольно высокую температуру в нижних слоях. Трубы с теплоносителем оснащают грузом для погружения в воду. Если рядом с участком отсутствует водоем, используют потенциал грунтовых вод. Основными преимуществами таких установок являются низкие затраты на обустройство, невысокие теплопотери, отсутствие необходимости в использовании мощных насосных станций.
  • Система «земля-вода», отбирающая тепло грунта с помощью тепловых коллекторов и зондов. Это лучший способ создать автономное отопление в загородном доме, независимо от расположения объекта. В состав установки входит теплообменный аппарат, который размещают ниже уровня промерзания грунта, а также сам тепловой насос. Последний использует обратный цикл Карно (функционирует как холодильная установка, только наоборот, то есть выделяет тепло). Системы этого типа используют два теплоносителя: антифриз (или рассол), получающий тепло из грунта, и фреон, циркулирующий в контуре, который соединен с отопительными радиаторами. Количество теплоты, вырабатываемой такой системой, в 4 раза превышает количество электрической энергии, затрачиваемой на ее выработку. Одним из недостатков системы является то, что земельные участки с обустроенными коммуникациями уже непригодны для сельскохозяйственных нужд.
  • Система «воздух-вода» использует воздушную среду (самый доступный и возобновляемый источник). Главное преимущество состоит в том, что такие системы просты в монтаже и обслуживании. К недостаткам относят чувствительность к внешним температурным режимам. Наибольшая эффективность достигается при температуре воздуха -15°C. При сильных температурных колебаниях существенно снижается эффективность работы установки.

Выбор типа системы зависит от особенностей отапливаемого объекта, места его расположения, средней температуры окружающей среды на протяжении года и в определенные сезоны.

Геотермальное отопление дома под ключ

Геотермальный тепловой насос — наиболее экономичная система отопления и охлаждения загородного дома. Насос использует бесплатную возобновляемую солнечную энергию, накопленную недрами Земли. При затрате 1 КВт энергии он вырабатывает до 5 КВт.

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия — результат солнечного излучения. Она накапливается в земле. Этим низкопотенциальным теплом можно отапливать жилые здания. В качестве источника такой энергии можно использовать:

  • природные и технические водоемы;
  • бросовое тепло;
  • геотермальные зонды.

Как видим, геотермальное отопление дома использует природное тепло планеты.

Первые системы такого вида начали применяться в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас они распространены в Западной Европе, США, Канаде. К примеру, в Швеции тепло Балтийского моря применяют для обогрева многоквартирных домов. Геотермальную энергетику в нашей стране рассматривают в качестве нетрадиционной. Тепло земного шара принято считать альтернативным источником.

Состав систем

Геотермальная система отопления дома состоит из теплового насоса и теплообменника. Кроме них сюда же входит безвредная и незамерзающая жидкость (антифриз). Она циркулирует по трубопроводу контура и собирает накопившуюся в земле тепловую энергию. В испарителях теплонасосов энергия антифриза передается в хладагент. В результате он остывает приблизительно на 3 градуса.

Далее температуру хладагента повышают при помощи компрессора. Тепловую энергию из этого вещества через конденсатор передают в воду, циркулирующую в отопительной системе дома. Ее же можно использовать для нагрева бытовой воды в теплонакопителях.

Эффективность работы такой системы во-многом зависит от климата местности. Если точнее — от степени прогрева земли. При низком содержании тепла в ней, здание отапливаться не сможет. Температура грунта не должна быть ниже +5-+7 градусов. Наиболее эффективным способом считается подключение к системе «Теплый пол».

Принцип работы

Принцип работы геотермального отопления заключается в сборе тепла из воды или почвы и передаче в систему отопления здания. Из-за роста тарифов на традиционные энергоносители такой вид получения энергии становится популярным в Московской области. Поверхность земли при его обустройстве выполняет в летнее время функции кондиционера, в зимнее – источника отопления.

Тепловую энергию земли собирают при помощи специального контура или теплообменника для сбора тепла. Его создают из трубопровода и устанавливают под землей, в водоемах или скалах. Способы установки могут быть различными. Наиболее распространенным решением является вертикально пробуренные скважины. Их называют геотермальными. Такой вариант возможен даже для небольших земельных участков. Он считается более энергетически эффективным в сравнении с горизонтальным контуром.

Применяется в домах с большим участком. Для монтажа коллектора экскаватором роют несколько траншей глубиной 2-2,5 метра. В траншею кладут ПНД трубы. Площадь такого коллектора должна быть не меньше площади дома.

Применяются на небольших участках. Рядом с домом бурятся две скважины глубиной 90 метров каждая. В скважину опускаются геотермальные зонды. Обладает высокой долговечностью и большей эффективностью.

Если рядом с вашим участком есть водоем достаточной глубины и размера, на его дно можно опустить горизонтальный коллектор. Это самый энергоэффективный способ геотермального отопления.

Преимущества геотермального отопления

Система такого вида является отличным способом теплоснабжения зданий. Это возможность сэкономить денежные средства и энергию. К основным достоинствам геотермального отопления относятся:

Геотермальная система отопления генерирует из 1 единицы энергии 5 единиц. Показатель эффективности такой системы составляет 530%. Показатель эффективности современного газового котла — 98%.

Из-за большой разницы в энергоэффективности такой системы, в среднем, вложения в нее окупаются за несколько лет.

Геотермальные источники энергии признаны наиболее экологически чистыми. Они сводят к минимум угрозу загрязнения воздуха. Установка одного геотермального насоса является экологическим эквивалентом посадки 750 деревьев.

Безопасность от пожаров

Поскольку для работы теплового насоса не используется природный газ, в нем нет источника пламени и угарных газов.

Оборудование можно установить в любом месте. Главное условие — наличие электроэнергии в доме.

Геотермальный контур находится под землей при постоянной температуре. Он не подвергается воздействию тепловых нагрузок при горении топлива. Заявленный срок службы тепловых насосов — 25-30 лет.

Особенности и порядок монтажа

Установку геотермального отопления в частном доме следует доверить специалистам. Основные трудности возникают при монтаже контура-теплообменника в грунт. Основными этапами являются следующие:

Выезд инженеров на место. При этом они выясняют особенности местности и выбирают самый эффективный способ монтажа.

Заключение договора и приобретение оборудования.

Монтажные работы. Выполняется установка теплообменников в грунт. Затем происходит подключение геотермальной установки к отопительному контуру здания.

Пуско-наладочные работы. После их окончания подписывается акт о сдаче.

На эффективность функционирования установки оказывает влияние вид источника тепла. Самым эффективным считается монтаж контура теплообменника вблизи термического источника или на дне водоема. Компания, устанавливающая оборудование, может предоставить клиенту дополнительные гарантийные обязательства. В соответствии с действующим законодательством это допускается при условии оплаты таких услуг. Заказчику это обойдется в дополнительную плату.

Оборудование для геотермального отопления

Внедрение системы такого типа возможно только при наличии специального оборудования. Оно аккумулирует тепло из почвы или воды и передает теплоносителю отопительной системы здания. В нее входят:

  • тепловой насос;
  • компрессор;
  • буферный бак;
  • теплообменник.

Компрессор помогает довести антифриз до необходимой температуры. Буферный бак накапливает его после нагревания и осуществляет передачу его тепла теплоносителю. В состав входят внутренний бак, вода-теплоноситель и змеевик, по которому циркулирует антифриз. Этот элемент необходим также по той причине, что температура антифриза может меняться от -5 до +20 градусов. При этом происходит его расширение и необходима емкость для размещения выросшего объема.

Тепловые насосы

Основное оборудование геотермального отопления — тепловой насос. Он обеспечивает циркуляцию антифриза в геотермальной системе. Теплонасос выполняет контроль над работой всей установки.

Затрачивая 1 Квт электроэнергии, он производит от 2,5 до 5 Квт тепловой энергии.

При отоплении жилых зданий, коттеджей, муниципальных бань, промышленных объектов используются насосы разных мощностей.

В случае использования подобных систем для коттеджей такое устройство целиком решает задачи горячего водоснабжения и отопления. На промышленных объектах применяют модульные конструкции тепловых насосов. В этом случае стандартные модули теплопроизводительностью 100 КВт объединяют до 25 единиц между собой.

Сравнение стоимости геотермального и газового отопления

Анализируя окупаемость перехода с газового на геотермальное отопление, сравнивают уже установленные расходы на газ без капитальных вложений со стоимостью совершенно новой системы. Высокие расходы на монтаж теплонасоса связаны с необходимостью укладки горизонтального грунтового коллектора или бурения вертикальной скважины.

Монтаж систем геотермального отопления в частных и загородных домах является дорогостоящим удовольствием. Они отличаются изначально высокими капитальными вложениями по сравнению с традиционными газовыми системами. Но срок их окупаемости относительно невелик. Она наступает к 18-20 году эксплуатации.

Читайте также  Тепловая завеса или инфракрасный обогреватель

Если провести сравнение стоимости газового и геотермального отопления, то эксплуатация последнего обходится дешевле. Такие системы потребляют электроэнергии в 3-5 раз меньше. Автоматика тепловых насосов дает возможность максимально пользоваться льготным ночным тарифом на электроэнергию. Оборудование позволяет отапливать здания до комфортной температуры в 22-24 градуса.

Поэтому, установка системы с тепловым насосом представляет собой инвестицию в собственный комфорт, безопасность, независимость и престижность.

Принцип работы, виды и установка геотермальных тепловых насосов

Совершенствование и распространение технологий энергосбережения позволяет отказаться или значительно сократить использование углеводородного сырья. Одним из направлений развития альтернативных источников энергии являются тепловые насосы. Плюсы подобных систем при использовании их в средней полосе России очевидны. Они позволяют получать тепло из воды, грунта, воздуха. Внимания в этом плане заслуживает такое оборудование для обогрева дома, как геотермальный тепловой насос. С его помощью можно отапливать практически любой дом. Использование внутреннего тепла нашей планеты было придумано достаточно давно. Однако это не везде реализуемо в классическом виде с горячими подземными источниками. Но, используя усовершенствованные виды геотермальных насосов, можно обогревать дом практически в любой климатической зоне. Теплоноситель в таких установках нагревается до 55─65 градусов Цельсия. Этого вполне достаточно для подачи теплоносителя в систему отопления или ГВС. В этой статье речь пойдёт о геотермальных тепловых насосах, их разновидностях, выборе и эффективности.

Принцип работы геотермального насоса

Геотермальный тепловой насос представляет собой автономную станцию, работающую на низкопотенциальной тепловой энергии грунта или воды. Используется установка для отопления дома. Тепловые насосы, извлекающие тепло из грунта достаточно широко распространены в развитых странах. Практика использования таких установок показывает целесообразность этого оборудования. При этом был обнаружен и устранён ряд недостатков тепловых насосов. Геотермальный насос, как и все остальные типы тепловых насосов, представляет собой кондиционер, работающий на обогрев помещения. Конечно, есть различия, поскольку тепловые насосы затачиваются на обогрев помещения. Для геотермального теплового насоса нет требования положительной температуры на улице, как для установок типа воздух-воздух или воздух-вода. Коллектор, собирающий тепло, находится в грунте ниже того уровня, на который промерзает грунт. Так, что геотермальный насос можно использовать на севере России.

Схема работы геотермального теплового насоса

Что может использоваться в качестве источника тепла? Это может быть грунт, вода, воздух с температурой выше ноля градусов по Цельсию (в зимнее время). К примеру, незамерзающая речка или не промерзающий полностью водоём, колодец, артезианская скважина. Тепло можно также извлекать из грунта. Только это нужно делать ниже точки промерзания, поскольку там температура положительная даже зимой. Геотермальный тепловой насос забирает это тепло и переносит в установку. Там оно передаётся в контур отопления или ГВС.

В среде с низкопотенциальной энергией расположен трубопровод с циркулирующим в нём. Длина трубопровода большая. О её расчёте будет сказано ниже. Трубопровод обычно замкнутый, а теплоноситель в нём прокачивается насосом. Он нагревается до температуры грунта (примерно) 5─7 градусов. Затем в испарителе теплоноситель отдаёт тепло хладагенту, который циркулирует во втором контуре. Всего в конструкцию теплового насоса входит 3 контура, с циркулирующими в них теплоносителями.

При отдаче тепла фреон остывает, но при этом находится при повышенном давлении в газообразной форме. Он подаётся на сбросный клапан, где происходит резкое падение давления. В результате он охлаждается и превращается в жидкость. Затем он поступает в испаритель, где опять нагревается от грунтового тепла. Таким образом, цикл замыкается.

Виды геотермальных насосов

Насос типа вода-вода

Есть вариант отопления дома с использованием низкопотенциальной энергии, которая извлекается из грунтовых вод. Технически это может быть реализовано 2 способами.

  • В первом случае теплообменник укладывается на дно водоёма. Такое решение является простым, недорогим и не требующим серьёзных земляных работ. Трубы кладутся на дно водоёма кольцами. В ряде случаев для этого нужно получить соответствующее разрешение. В этом случае водоём должен быть расположен на дальше 100 метров от отапливаемого дома. Глубина водоёма должна быть не меньше 3 метров, чтобы он не промерзал полностью;
  • Второй вариант подразумевает использование артезианской скважины. В этом случае вода качается из скважины и прогоняется через тепловой насос. В этом случае нужна вторая скважина для сброса отработанной воды. Это необходимо, чтобы поддерживать равновесие и не допускать изменения давления в грунтовых пластах. То есть, потребуется бурение скважин для тепловых насосов. А бурение под тепловые насосы стоит немало. Поэтому второй вариант более дорогостоящий.

Тепловой насос вода-вода

Насос типа грунт-вода

Эффективность этого вида геотермальных насосов целиком зависит от извлечения тепла из грунта. Вариантов закладки контура теплообменника может быть два. Они отличаются эффективности, трудоёмкости и стоимости.

  • Теплообменник горизонтального типа. Контур закладывается на глубину ниже, чем промерзает земля. В этом случае не нужно привлекать сложную буровую технику, разрабатывать сложную проектную документацию и т. п. Трубы с циркулирующим в них теплоносителем закапываются примерно на один метр, чтобы они не промерзали. Длина горизонтального контура должна быть довольно большой. Если вам требуется отапливать дом площадью 220 квадратных метров, то трубы должны быть расположены на площади 600 квадратных метров. Так, что потребуется большая территория рядом с домом;
  • Теплообменник вертикального типа. Это тепловой насос с геотермальным зондом. В этом случае требуется бурение скважин. Их диаметр должен быть 150 миллиметров, а глубина 200 метров. В них устанавливаются зонды. К плюсам следует отнести стабильную температуру в скважинах около 18 С. Недостатком является трудоёмкость и дороговизна работ.

Геотермальный насос грунт-вода горизонтального и вертикального типа

Подбор и расчёт геотермального насоса

Основное требование, которое предъявляется при использовании геотермального насоса, соответствие условиям для установки такого оборудования. Геотермальный насос получится установить далеко не в каждом доме. Есть ряд ограничений по рельефу, глубине грунтовых вод, площади придомового участка. А также влияет наличие или отсутствие водоёма поблизости. Все эти расчёты и оценку возможности установки геотермального теплового насоса должен оценивать специалист фирмы, где вы заказываете оборудование.

  • Коэффициент СОР. Показывает соотношение, по которому можно судить о рентабельности установки. Это отношение выработки тепла насосом к затраченной электроэнергии. Значение 4 говорит о том, что при затратах 1 киловатта электричества насос вырабатывает 4 киловатта тепла;
  • Длина контура и способ его укладки. Производительность геотермального насоса напрямую зависит от площади теплообменного контура в грунте. Чтобы приблизительно оценить его площадь, нужно общую дома умножить на три. В результате у вас получиться площадь участка, необходимая для укладки контура. Так, вы сможете оценить, возможно ли разместить его на участке рядом с вашим домом;
  • Дополнительные возможности. К примеру, возможность обогрева дома зимой и охлаждения летом. Естественно, что для этого потребуется дополнительное оборудование (сплит-система) и расходы.

Геотермальный насос имеет высокий КПД, который превышает таковой у других видов отопительного оборудования. Большинство современных моделей имеют СОР 5. Электрический котёл на 1 киловатт даёт до 0.99 киловатта тепла. То есть, СОР 1.

Расчёт геотермального насоса

При расчётах контура для геотермального насоса учитывается тип и влажность грунта, средний уровень его промерзания. Обычно специалисты исходят из того, что 1 киловатт тепла даёт водяной контур длиной 40─60 метров в грунте. Электричество в геотермальной системе расходуется на принудительную циркуляцию теплоносителя и работу компрессора. Чем выше коэффициент СОР, тем меньше насос расходует электричества, и тем быстрее он окупится.

Производители и цены

Бренд геотермального насоса имеет важное значение при выборе. От качества исполнения оборудования зависит его надёжность и эффективность при дальнейшей эксплуатации. Можно обратить внимание на продукцию производителей, представленных ниже.

  • Специалисты фирмы занимаются производством всех типов геотермальных тепловых насосов. Есть линейки устройств с водяными коллекторами для водоёмов, с геотермальными зондами и с контурами в грунте ниже глубины промерзания. На выходе они дают теплоноситель, нагретый до 60 С. Производительность насосов Vaillant до 46 кВт. Среди минусов стоит отметить небольшой ассортимент, а среди плюсов ─ высокое качество;
  • Компания специализируется на выпуске бытовых тепловых насосов мощностью до 60 киловатт. Теплоноситель на выходе нагревается до 65 градусов Цельсия. Уровень шума большинства установок производства Buderus не более 40 дБ. Это достигается благодаря специальной изоляции. Теплонасос может работать в жилых помещениях и не создаст проблем с шумом;
  • Этот производитель выпускает мощные установки. Модели серии Vitocal 300-G/-W Pro могут выдавать мощность до 290 киловатт. Температура теплоносителя на выходе составляет 60 градусов Цельсия. Viessmann комплектуют свои продукты ёмкостями различного объёма для организации ГВС;
  • Stiebel Eltron. Среди продуктов этой компании много моделей, которые интегрируются в вентиляционные системы и работают летом на охлаждение. Производительность насосов Stiebel Eltron до 98 киловатт.

Установка геотермального насоса

Что нужно учесть при подсчёте затрат на приобретение и установку геотермального насоса? Цена установки больше всего зависит от мощности и производителя модуля. Цена лежит в диапазоне от 80 тысяч до 1,2 миллиона рублей и более. Насосы немецких производителей дороже всего. Следующая статья расходов – это укладка контура с теплоносителем. Этот вид работ будет дешевле всего, если делать горизонтальный контур. Траншеи под него можно вырыть самостоятельно. Это сразу снизит стоимость работ в два раза.

Корректно провести установку геотермального оборудования сможет только квалифицированный специалист. Поэтому сэкономить на этом этапе вряд ли получится. Да и не стоит на этом экономить. Лучше поручить такой монтаж профессиональным установщикам. Много производителей сегодня предлагают покупку и установку под ключ. Оборудование для обогрева дома площадью 80 квадратных метров будет стоить вместе с установкой и наладкой 350 тыс. р. В случае большого коттеджа площадью около 300 «квадратов» стоимость будет приближаться к миллиону.
Вернуться к содержанию

Читайте также  Правила опрессовки тепловых сетей

Плюсы и минусы геотермальных тепловых насосов

В заключение стоит сказать о сильных и слабых сторонах геотермальных тепловых насосов. К их преимуществам можно отнести:

  • Экономичность. Геотермальные установки более выгодны чем газ, электричество, твёрдое топливо и т. п. Экономическая выгода является очень существенной. Затраты окупаются примерно за 5 лет;
  • Функциональность. Геотермальное оборудование можно сочетать с другими системами, предназначенными для кондиционирования и отопления помещений. Можно собрать установку, которая в летнее время работает на охлаждение, а зимой на обогрев. Кроме того, ничто не мешает параллельно использовать солнечные батареи вместе с насосом для выработки требуемого электричества;
  • Срок службы теплонасоса 100 лет при плановой замене комплектующих. Первый ремонт потребуется через 30 лет. После плановой замены изношенных частей насос продолжит работать дальше в рабочем режиме.
  • Высокие требования к придомовой территории. Где попало насосы установить нельзя. Нужно провести разведку на предмет того, что будет делать целесообразнее, горизонтальный или вертикальный контур;
  • Высокая стоимость. Покупка и установка насоса средней мощности обойдётся в 300─500 тыс. р. В некоторых странах существуют программы льготного кредитования на покупку подобных систем;
  • Существуют некоторые проблемы с контуром в первый год службы. Это приводит к некоторому снижению циркуляции теплоносителя. Поэтому через год рекомендуется проводить осмотр водяного контура, а это влечёт за собой расходы на облагораживание придомового участка.

Тепловой геотермальный насос

Геотермальный насос представляет собой настоящее инновационное средство, которое позволяет организовать автономное отопление. Источником охлаждения или нагрева является естественная температура земли. Она постоянная на глубине в несколько метров. Летом она холоднее, а зимой – теплее. Поэтому использовать теплонасос можно не только для нагрева здания, но и для его охлаждения.

Особенности работы

Купив геотермальный тепловой насос, следует узнать его принцип работы. Он подразумевает использование геотермальных процессов. Если углубиться на несколько метров под землю, то можно заметить, что там она будет выше ноля градусов. При этом температура увеличивается по мере углубления.

Отопительная система, которая оснащена тепловыми насосами, использует и преобразует полученную энергию для обогрева помещений. Осуществляется это таким образом:

1. Монтируется геотермальный контур отбора, который заполняется пропиленгликолем.

2. Контур соединяется со специальными зондами. Они помещаются на глубину около 100 м.

3. Рабочая жидкость прогревается до температуры в 5°С, движется по кругу и подается в тепловой насос геотермальный.

В остальном принцип работы такого оборудования ничем не отличается от других моделей, которые берут тепло из окружающей среды.

При помощи такого оборудования можно прогреть помещение до температуры в 25°С. Зимой такого показателя вполне хватает.

Насос является отличным источником тепла, который идеально подходит для низкотемпературных отопительных систем. Многие производители советуют применять его для прогрева теплых полов.

Устройство и типы насосов

Устройство насоса включает в себя:

1. Замкнутый контур. По его трубкам осуществляется циркуляция фреона, который переходит в газообразное состояние.

2. Испаритель. Данный модуль подсоединен к насосному приемнику. Он нужен для испарения фреона. Во время этого процесса тепло от прогретого пропиленгиколя поглощается.

3. Фреон. В газообразном состоянии попадает в насосный компрессор. В компрессоре образуется давление, которое разогревает газ до 65°С. После этого он впрыскивается в конденсатор.

4. Конденсатор. В нем происходит преобразование фреона в жидкость, разогретую до немалой температуры. При помощи стенок конденсатора осуществляется теплообмен, благодаря которому происходит нагревание теплоносителя.

Геотермальные тепловые насосы могут быть двух типов:

  • земля-вода;
  • вода-вода.

Тип земля-вода

Качество работы подобных отопительных систем напрямую зависит от того, насколько эффективно добывается тепло из грунта. Есть несколько видов прокладки контуров, которые могут обеспечить разные характеристики теплоэффективности:

1. Теплообменник горизонтального типа. Контур размещается на глубине, которая ниже уровня промерзания земли. Для этого не требуется изготавливать проектные документы и использовать буровую технику. Трубы размещают на глубине от 1 м. Такое решение имеет и свои минусы. Главным минусом является довольно большой геотермальный контур. Поэтому в некоторых случаях работы могут быть осуществлены только при наличии немалой придомовой территории.

2. Теплообменник вертикального типа. Устанавливается вместе с геотермальными зондами. Для проведения работ придется применять буровую технику, так как создаются скважины глубиной в несколько сотен метров. Они делаются для того, чтобы размещать зонды. Преимущество такого метода – на глубине скважин всегда стабильная плюсовая температура.

Тип вода-вода

Есть и другой способ отопления здания при помощи геотермальной энергии. В данном случае она берется из грунтовых вод. Работы по обустройству такого вида отопления могут проводиться несколькими способами:

1. Размещение теплообменника в водоеме. Данное решение является наиболее популярным, так как не придется заниматься масштабной земляной работой. Трубы размещают на дне водоема, расположенного неподалеку от дома. Если получить все нужные разрешения, то их можно устанавливать и на речке. Водоем должен находиться в пределах 100 м от дома.

2. Артезианская скважина. Вода добывается непосредственно из скважины и прогоняется через специальный тепловой насос. Придется делать вторую скважину, которая понадобится для сброса воды. Это необходимо, чтобы избежать сильного давления в пластах и поддерживать равновесие.

Такой тип автономного отопления довольно популярен из-за небольших затрат на монтажные работы и из-за простоты монтирования системы.

Преимущества и недостатки насосов

Геотермальные насосы имеют свои плюсы и минусы. К минусам такого оборудования относятся:

1. Высокая стоимость. Не каждый человек может себе позволить установку такого оборудования. Именно поэтому некоторым приходится обращаться в банки, которые предоставляют клиентам льготное кредитование для осуществления покупки.

2. Требования к территории, где будет устанавливаться насос. Станцию нельзя устанавливать в любой местности. Сначала должна быть проведена специальная геологическая разведка. Она поможет определить, целесообразно ли использовать такой насос в данной местности.

3. Возможные изменения в геотермальном контуре. В первые месяцы использования трубы могут просесть. Из-за этого циркуляция пропиленгликоля значительно уменьшается, что приводит к ухудшению характеристик СОР и теплоотдачи. Поэтому со временем рекомендуется проводить специальный аудит.

К преимуществам геотермального насоса относятся:

1. Эксплуатационный срок. Теплонасос может проработать не один десяток лет. Некоторые модели нуждаются в ремонте только после 40 лет эксплуатации. Проведя ремонт, оборудование может быть использовано в обычных эксплуатационных условиях.

2. Функциональность. Оборудование применяется не только для прогревания домов, но и для их кондиционирования. Поэтому целесообразность покупки такого насоса вполне очевидна.

3. Экономичность. Если сравнивать его с аналогами, которые работают на электричестве, твердом топливе и газе, то становится понятным, что теплонасос более выгодный. Буквально через 5–10 лет можно полностью окупить все затраты на установку и покупку оборудования.

Обслуживание

Для некоторых геотермальные насосы кажутся чем-то сложным и необычным. Однако такое оборудование – нетребовательное и простое в своем использовании.

Процесс обслуживания заключается в тщательном осмотре системы перед отопительным сезоном. Для предотвращения проблем периодически нужно контролировать работу насоса. Внешний осмотр следует проводить ежемесячно. Делается это для того, чтобы убедиться в целостности кабелей и всей конструкции. Раз в полгода нужно анализировать теплоноситель на плотность и кислотность. При необходимости восстанавливается химический состав.

Выбор геотермального насоса

Все условия должны идеально подходить для установки такой системы. Это является главным требованием для того, чтобы использовать такое отопление. Ведь установить насос можно далеко не в каждом доме. Чаще всего все ограничения связаны с глубиной грунтовых вод, особенностями рельефа, наличием неподалеку водоема.

Перед выбором насоса необходимо сделать предварительные расчеты. Эту работу следует поручить специалисту компании, которая занимается продажей оборудования. Выбирая установку, следует учитывать такие параметры:

1. СОР. Сокращение является соотношением, которое указывает на рентабельность всей установки. Если говорить точнее, то этот параметр является отношением эффективности работы к затраченному электричеству. Например, насос с СОР 4 означает, что на каждый киловатт электричества будет производиться 4 кВт тепловой энергии.

2. Геотермальный контур. Работоспособность системы напрямую зависит от площади трубопровода, находящегося под землей. Для того чтобы провести все необходимые расчеты, нужно умножить на три отапливаемую площадь. Результат расчетов будет говорить о том, какая площадь понадобится для укладки контура.

3. Возможности насоса. С его помощью дом может отапливаться в холодное время года. Для его охлаждения летом нужно приобретать дополнительное оборудование. Чаще всего для этого используются сплит системы.

Известные производители

Выбирая насос, особое внимание нужно обращать на его производителя. Наиболее качественное оборудование производится в Германии.

Следующие производители занимаются выпуском качественного оборудования:

1. Stiebel Eltron. Их продукция отлично подходит для полного и частичного отопления жилых помещений. Все выпускаемые модели могут быть интегрированы в вентиляционную систему. Поэтому летом они охлаждают помещения.

2. Vaillant. Фирма производит насосы всех типов. Максимальная производительность данных моделей составляет 46 кВт. Главный недостаток производителя – небольшой выбор продукции.

3. Buderus. В основном производят бытовые отопительные приборы, мощность которых может достигать 60 кВт. Большинство насосов имеют специальную изоляцию, которая снижает шум во время работы до 40 дБ. Поэтому их часто используют в частных домах.