Геотермальный тепловой насос принцип работы

Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

Суть геотермальной энергии заключается в использовании естественного тепла земли на глубине 1,5 м. Этот один из альтернативных способов обогрева активно используется на промышленных предприятиях, сельских фермах, в жилых домах. Наибольший эффект достигается в регионах, где температура опускается ниже -20 градусов.

Большая часть нашей страны, за Уралом в Сибири на Дальнем востоке, не может похвастаться умеренно холодными зимами как в европейской части России. За частую столбик термометра опускается ниже отметки -40 -45 градусов. Широко известные и доступные воздушные тепловые насосы в этих условиях теряют свою актуальность, так как самые продвинутые модели способны эффективно работать с низкопотенциальным источником тепла температурой до -20.

В это же время, грунт и вода укрытые снегом, сохраняют большое количество теплоты. Температура земли ниже точки промерзания всегда сохраняет положительные значения +8 +12. Логично в этой ситуации отказаться от легкодоступного низкопотенциального источника воздуха в пользу более стабильной и теплоёмкой земли и воды.

Так же следует заметить, что КПД теплового насоса, а точнее его COP на прямую зависит от температуры источника. Чем теплее, тем эффективней процесс преобразования энергии.

Актуальность геотермального отопления

Традиционные виды топлива дорожают каждый год, при использовании углеводородов в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Все это объясняет привлекательность альтернативных источников энергии. Например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева. При этом вопреки бытующему мнению, для эффективного функционирования системы не нужны близко расположенные гейзеры или вулканы: на равнине отопление работает ничуть не хуже. Геотермальное отопление дома подразумевает использование тепла от почвы, грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт/ч энергии, тепловому насосу хватит 1 киловатт-часа. Особенности системы:

  • экологическая и пожарная безопасность;
  • отсутствие шума при работе;
  • небольшие габариты системы;
  • автономный режим;
  • под оборудование, размещаемое в доме, требуется место, сопоставимое с габаритами обычной стиральной машины;
  • при правильном монтаже и настройке вмешательство человека не требуется;
  • длительный эксплуатационный ресурс: тепловые насосы служат от 20 до 30 лет;
  • высокая стабильность системы, работающей при любых погодных условиях;
  • большой промежуток между профилактическими ремонтами насоса (до 100 тыс. ч).

Принцип действия

Впервые был опубликован еще в 1824 г. во Франции ученым Сади Карно. Действие геотермального отопления можно сравнить со старым типом холодильника. В нем тепло отводится посредством обменника за пределы холодильной камеры: в итоге содержимое бытового прибора остывает. Геотермальный способ наоборот, вытесняется холод в грунт, а тепло накапливается в помещении.

Согласно закону термодинамики, теплота от нагретого тела стремится перейти к холодному и перейти в состояние равновесия. Благодаря расширению-испарению хладагента его объём увеличивается, а температура снижается, тепловая энергия земли старается уравновесить эти процессы. Контактируя с грунтом, через промежуточный теплоноситель, фреон поглощает его тепло. Однако этого мало, чтобы обогреть здание.

В системе – три главных составляющих:

  • тепловой насос;
  • коллектор, размещенный под землей;
  • система отопления дома.

Как работает тепловой насос

Внешне он напоминает небольшой холодильник, среди основных элементов которого стоит выделить:

  • ЭРВ: устройство дросселирующее фреон. Жидкий охлажденный хладагент под высоким давлением впрыскивается в испаритель с низким давлением.
  • Испаритель. Здесь хладагент испаряется и холодный газ поглощает окружающее тепло.
  • Компрессор, в котором нагнетается давление, благодаря чему газ разогревается до +70 градусов.
  • Конденсатор: сюда подается горячий газообразный фреон из компрессора, чтобы, конденсируясь и отдавая тепло снова, превратиться в жидкость. Через стенки конденсатора осуществляется теплообмен фреона и теплоносителя, циркулирующего в системе отопления здания.

Уникальность теплового насоса (ТН) в том, что он в жаркое время года может работать, как система охлаждения. Наиболее эффективно использовать это устройство с низкотемпературной системой отопления, теплыми полами либо фанкойлами. При выборе насоса стоит учитывать нижеследующие параметры:

  • СОР. Аббревиатура принята во многих странах мира и указывает на рентабельность ТН. Например, СОР 4 означает, что на 1 кВт потребляемого электричества вырабатывается 4 кВт тепловой энергии. Следует заметить, что СОР теплового насоса будет максимальным в случае, когда разница между низкопотенциальным источником и теплоносителем в системе отопления не будет превышать 40 градусов.
  • Контроллер. Наличие в составе ТН встроенного контроллера и автоматики управления устройством, говорит о том, что все собрано и протестировано на заводе изготовителе.
  • Компрессор. Современные холодильные системы все больше переходят на инверторные модели с частотным регулированием мощности.
  • Русификация. На первом этапе пользовательского освоения ТН, меню на русском языке сильно облегчает задачи по управлению и программированию устройства.

Способы размещения труб (коллектора)

  1. Первый из них, горизонтальный, подразумевает размещение коллектора под точкой промерзания грунта. В зависимости от региона глубина расположения коллектора может составлять от полутора метров. Длинна подземного трубопровода не может быть короче труб теплого пола, уложенных в доме, так же она зависит от обводненности грунта, чем влажнее земля, тем выше теплоотдача.Не допускается строительство над контуром сооружений с заглубленным фундаментом, а после завершения монтажа потребуется благоустройство участка.
  2. Второй способ расположения коллектора – вертикальный. Придется бурить в грунте несколько скважин на расстоянии не ближе 2-3 м от дома, каждая из которых входит в почву под своим углом и направлены они в разные стороны. Внутри земляных отверстий глубиной до 50 м размещают геотермальные зонды. По конструкции это одна или пара U-образных труб, выполненных из пластика марки ПНД. Одна скважина (1 погонный метр) способна отдать до 50 Вт. Т. е., чтобы получить те же 7-9 кВт, нужно от 150 до 200 м геотермальных зондов. Это актуально, если участок небольшой, места мало. Данный способ в разы дороже горизонтального, но его плюс, не нарушается ландшафт участка. Единственное дополнительное условие – подготовка небольшого места под кессонный колодец, объединяющей трубы коллектора.
  3. Третий способ требует наличия рядом с домом водоема, который не промерзает зимой до дна (глубина должна быть от 2 м),там где будет располагаться затопленный геотермальный контур. Преимущества метода заключается в отсутствии необходимости проведения трудоемких земляных работ (исключая рытье транше до дома). Но есть и минусы – потребуется специальное разрешение, особенно, если водоем общественный. К тому же далеко не у каждого загородного дома рядом имеется озеро или пруд, река. И все же этот способ считается наиболее экономичным. Для отопления 100 кв. м площади понадобится от 250 до 300 погонных метров коллектора.
  4. И последний способ обустройства геотермальной установки – переливной. Когда вода отбирается из пробуренной водоносной скважины охлаждается в ТН на 4-5 градусов и снова сбрасывается, либо в приемную скважину, находящуюся на удалении 20 метров, либо в ближайший водоём. Недостатки данного способа заключаются в невозможности контроля уровня водоносного горизонта и необходимости дооборудования ТН фильтрами и промежуточными теплообменниками.

Общие отрицательные стороны геотермальных установок

Наиболее серьезная проблема – высокая стоимость подключения к низкопотенциальному источнику. Для отопления здания площадью в 300 кв. м инсталляция под ключ обойдется примерно в миллион рублей. При этом половина средств пойдет на покупку теплового насоса. Срок окупаемости самой эффективной системы, в сравнении с отоплением электричеством – от пяти лет. Еще один минус – сложность самостоятельного обустройства, о чем речь пойдет ниже.

Можно ли оборудовать геотермальную установку своими руками

Установить контуры самостоятельно очень сложно: нужны максимально точные расчеты, выполнить которые могут только специалисты. Малейшие ошибки в проектировании могут привести к низкой эффективности оборудования, и, как следствие, ее доработке, что повлечет к лишним расходам. Параметры, учитываемы при расчете геотермальной системы:

  • климат региона (среднегодовая температура, влажность);
  • извлекаемая тепловая мощность;
  • система отопления дома должна быть низкотемпературной.
  • суммарные теплопотери ограждающих конструкций дома, не должны превышать 70 Вт на 1 квадратный метр площади дома.

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли. В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления. Но лучший вариант – государственная или хотя бы региональная поддержка. Особенно, если учитывать экологическую значимость подобного способа обогрева жилищ.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться.
Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.

То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

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

Читайте также  Как выбрать тепловую завесу?

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, 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.
Читайте также  Тепловой обогреватель улица

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

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.

Читайте также  Тепловой расцепитель это

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.

Принцип работы геотермального теплового насоса

Большинство населения пока не знакомы с понятием «тепловой насос», но постоянно используют тепловые насосы в обычных холодильниках и кондиционерах.
Холодильники и кондиционеры стали настолько надежными, удобными и привычными, что мы перестали обращать внимание на их работу.
Таким же привычным является отопление зданий геотермальными тепловыми насосами, например для жителей Евросоюза. Геотермальный тепловой насос по принципу работы похож на обычный кондиционер реверсивного типа ( отопление и охлаждение). В отличие от кондиционеров, геотермальный тепловой насос адаптирован для работы при любых погодных условиях и минусовых температурах. Главная проблема кондиционеров — уменьшение производительности и остановка кондиционеров при минусовых температурах, когда отопление наиболее важно. Эта проблема решена в геотермальных тепловых насосах. Тепловой насос следует рассматривать как любое другое отопительное устройство, которое используется для производства тепла, и в отношении которого действуют все законы, касающиеся энергии. Как и у каждого спсоба отопления, у теплового насоса есть свои особенности, сильные и слабые стороны. Теплотехнические расчёты у всех способов получения тепла одинаковые. Правила термодинамики действуют как при дровяном печном отоплении, так и при управляемой через Интернет геотермальной климатической установке.

Технические подробности роботы тепловых насосов.

Принцип работы основного элемента теплового насоса – фреонового компрессора отображен в цикле Карно, опубликованном в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 г. под названием „умножитель тепла”.

В соответствии с изображенным принципом действия, тепловой насос берет тепловую энергию из одного места, « сжимает» ее, и отдает в другое место. Например, в обычном холодильнике тепло отбирается морозильной камерой из продуктов и выбрасывается в кухню, при этом задняя стенка холодильника нагревается. Принцип действия геотермального теплового насоса основан на сборе тепла из почвы или воды, и передаче в систему отопления здания. Для сбора тепла незамерзающая жидкость течет по трубе, расположенной в почве или водоеме возле здания, к тепловому насосу. Тепловой насос, подобно холодильнику, охлаждает жидкость (отбирает тепло), при этом жидкость охлаждается приблизительно на 5 °С. Жидкость снова течет по трубе в наружном грунте или воде, восстанавливает свою температуру, и снова поступает к тепловому насосу. Отобранное тепловым насосом тепло передается системе отопления и/или на подогрев горячей воды. Возможно отбирать тепло у подземной воды — подземная вода с температурой около 10 °С подается из скважины к тепловому насосу, который охлаждает воду до +1. +2°С, и возвращает воду под землю. Тепловая энергия есть у любого предмета с температурой выше минус двести семьдесят три градуса Цельсия — так называемый «абсолютный ноль». То есть тепловой насос может отобрать тепло у любого предмета — земли, водоема, льда, скалы и т.д. Если же здание, например летом, нужно охлаждать (кондиционировать), то происходит обратный процесс — тепло забирается из здания и сбрасывается в землю (водоем). Тот же тепловой насос может работать зимой на отопление, а летом на охлаждение здания. Очевидно, что тепловой насос может греть воду для горячего бытового водоснабжения, кондиционировать через фанкойлы, греть бассейн, охлаждать например ледовый каток, подогревать крыши и дорожки от льда. Одно оборудование может выполнить все функции по тепло-холодоснабжению здания. Обмен теплом с окружающей средой геотермальные тепловые насосы осуществляют такими основными способами:
• Насос с открытым циклом — из подземного потока (плывуна) забирается подземная вода, подается в размещенный внутри здания тепловой насос, вода отдает/забирает тепло у теплового насоса, и возвращается в подземный поток на расстоянии от места забора. Плюсом такого способа является возможность одновременно получить воду для водоснабжения дома. Открытые системы являются очень эффективными, поскольку температура подземной воды является относительно высокой и круглогодично стабильной. Использование воды из скважины не наносит ущерба грунтовым водам, не изменяет уровень грунтовых вод в водном горизонте, поскольку открытую систему можно рассматривать как соединённые сосуды, где вода, забираемая из одного колодца, направляется обратно под землю через второй колодец, не изменяя общий уровень воды. Корректно, сооружённые в соответствии с нормативами скважины обеспечивают безопасную для окружающей природы стабильную работу системы отопления.

• Насос с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником, размещенным в земле — трубки (коллекторы), в которых прокачивается теплоноситель, размещены горизонтально на глубине не менее 4 метра от поверхности земли. Такой теплообменник обычно называют поверхностным коллектором. Основной опасностью является неосмотрительность при проведении землекопных работ в зоне нахождения поверхностного коллектора. Для современно жилого дома с отапливаемой площадью в 200 м2 под основание коллектора требуется около 500 м2 поверхности грунта. При прокладке коллектора вблизи деревьев трубу коллектора не следует укладывать ближе, чем 1,5 метра от кроны. Правильно выбранный по размерам и правильно уложенный почвенный коллектор не влияет негативно ни на рост растений, ни на экологические условия.

Насос с закрытым циклом и вертикальным теплообменником — трубки, в которых прокачивается теплоноситель, размещены вертикально в земле и уходят в глубину земли обычно 50 — 100 метров. Такой теплообменник обычно называют зондом.

Как известно, на глубине более 8 метров от поверхности земля имеет стабильную температуру (для Приморского края +7,2 градуса Цельсия) независимо от поры года. Этот способ обеспечивает самую высокую эффективность работы теплового насоса, малый расход электроэнергии и дешевое тепло — на 1 кВт электроэнергии получают до 5 кВт тепловой энергии, но требует больших первоначальных капиталовложений на буровые работы

Обращаем внимание на нецелесообразность использования в Дальневосточном регионе систем отопления на так называемых «воздушных тепловых насосах», по сути обычных кондиционерах, в которых тепло для отопления здания забирается из наружного воздуха. Эти системы разработаны и успешно используются в более теплых странах, где не бывает значительных морозов — южных штатах США, Греции, Японии и т.д. Проблема в том, что размещенный снаружи теплообменник при температуре на улице около плюс 5 градусов Цельсия начинает покрываться льдом из-за замерзающего конденсата, резко снижается теплопередача, эффективность уменьшатся. При дальнейшем понижении температуры наружного воздуха эффективность становится близкой нулю, воздушный тепловой насос переходит на обычное электроотопление, что резко увеличивает расход электроэнергии.

Количество компрессоров в тепловом насосе — один или два. Тепловые насосы с двумя компрессорами значительно дороже однокомпрессорных, но более надежны, имеют больший моторесурс. Кроме того, при выходе из строя одного из компрессоров (любая техника когда-нибудь выходит из строя), возможно частично отапливаться одним компрессором до завершения ремонта.
Конструкция внешнего коллектора. В качестве внешнего коллектора большинство производителей тепловых насосов предусматривает полиэтиленовую трубу диаметром 25 — 40 миллиметров с циркуляцией незамерзающей жидкостью — водным раствором гликоля. Существуют также геотермальные тепловые насосы с медной трубой диаметром 6 — 10 миллиметров и циркуляцией фреона:

— полиэтиленовая труба в зависимости от диаметра имеет толщину стенки 2 — 2,4 миллиметра. Так, например, труба диаметром 40 миллиметров имеет толщину стенки 2,3 — 2,4 миллиметра. Такая толщина обеспечивает высокую надежность и прочность трубы — человек весом 110 килограмм трубу не сдавливает;

— геотермальные тепловые насосы с полиэтиленовой трубой и водным раствором являются конструктивно более сложными, но более эффективными и надежными, чем с медной трубой. Тепловые насосы с медной трубкой и фреоном конструктивно проще, но значительная (часто многокилометровая) длинна медной трубки с фреоном под давлением потенциально более опасна, чем полиэтиленовая.

При проектировании и монтаже целесообразно пользоваться требованиями, технологией и рекомендациями изготовителей оборудования и нормативно-правовой базой Европейского сообщества. Очевидно, что не все рабочие, которые могут взяться за работы по установке, знакомы с этими требованиями и технологиями. Использование неквалифицированного персонала приведет к некачественной установке.