Отопление через землю

Поиски альтернативных источников энергии привели к изобретению устройств, которые способны аккумулировать тепло, в большом количестве находящееся в окружающей среде человека. Солнечные лучи, гейзерные источники, грунт — все это в той или иной степени может удовлетворить потребности в нагреве теплоносителя для системы отопления и ГВС.

Хотя геотермальное отопление за счет тепла земли является относительно новым направлением, перспективы такого решения очевидны. Благодаря установке специального оборудования появляется возможность получения дешевого, практически бесконечного типа тепловой энергии.

Содержание

Как получить тепло в дом из земли

Земля даже в зимний период времени не промерзает полностью. Этой особенностью пользуются монтажные бригады, прокладывающие трубопровод ниже точки замерзания. Удивительно, но температура этих слоев редко опускается ниже, чем +5 +7°C градусов.

Можно ли воспользоваться способностью земли аккумулировать тепло, извлечь его и использовать для нагрева теплоносителя? Конечно! Но чтобы сделать альтернативное отопление частного дома с помощью тепла земли возможным, потребуется решить следующие проблемы:

    • Получение тепла — понадобится аккумулировать тепловую энергию и направить ее в аккумулирующий резервуар.
    • Нагрев теплоносителя. Нагретый антифриз должен передать тепловую энергию жидкости, которая циркулирует в системе отопления и ГВС.
  • Остывший антифриз необходимо отвести обратно к теплообменнику для дальнейшего нагрева.

Чтобы решить эти вопросы был разработан геотермальный насос с использованием тепла земли. Геотермальный тепловой насос позволяет извлечь количество тепла, которого более чем достаточно для производства большого количества тепла и использования в зависимости от конструкции и месторасположения дома в качестве основного или дополнительного отопительного оборудования.

Как работает геотермальное отопление дома, принцип работы

Подземное глубинное отопление из земли, это больше не фантастика. Такие установки можно спокойно купить в России. Причем геотермальные установки в состоянии работать как в условиях Севера, так и в южных широтах. Но какой принцип они используют в своей работе?

Еще в прошлом столетии был отмечен факт, что при испарении определенные типы жидкостей способны охлаждать поверхность. Именно это происходит когда протирают спиртом кожу перед уколом или поливают асфальтированную площадку, нагретую под солнцем. Этот принцип был взят в качестве основы для разработки холодильного оборудования.

Дальше возникла идея почему бы не пустить процесс охлаждения в обратную сторону и не получить вместо холодного горячий воздух. Большинство современных кондиционеров в состоянии не только охлаждать воздух в помещении, но и работать на его нагрев. Но недостатком таких устройств является то, что они ограничены температурой окружающей среды. Так, после того как отметка достигает -5 градусов, они прекращают работать.

Геотермальные насосы для отопления частных домов от земли полностью лишены такого недостатка, хотя используют принцип, во многом напоминающий работу кондиционера на нагрев помещения.

Как устроено геотермальное отопление

Как уже отмечалось, геотермальная система отопления из недр земли, во многом напоминает работу кондиционера в режиме нагрева. Что происходит в этот момент?

    • В нижних слоях грунта, на дне реки или озера устанавливают водяные коллекторы, по которым циркулирует антифриз. Коллекторы поглощают тепло и высвобождают холод.
    • Нагретый антифриз с помощью насоса поднимается наверх.
    • В буферном баке происходит теплообмен. Нагретый антифриз отдает тепловую энергию теплоносителю или нагревает воду.
  • Остывший антифриз поступает обратно к коллекторам.

Существуют установки, которые в состоянии самостоятельно отапливать большие помещения, другие используются исключительно, как вспомогательное оборудование способное обеспечить от 50-75% потребности помещения в тепле.

Геотермальное оборудование для использования тепла земли

Принцип работы глубинной системы отопления дома, за счет энергии земли, основан на применении особого оборудования. Оно выполняет следующие функции: аккумулирует тепло окружающей среды, передает его теплоносителю системы отопления. Для этого используют следующие узлы:

    • Испаритель — находится глубоко под землей. Функция испарителя заключается в том, чтобы поглотить тепловую энергию, находящуюся в окружающем грунте.
    • Конденсатор — доводит антифриз до необходимой температуры.
    • Тепловой насос — циркулирует антифриз в системе. Осуществляет контроль над работой всей установки.
  • Буферный бак — собирает нагретый антифриз в одном месте, для передачи энергии теплоносителю. Состоит из внутреннего бака, в нем находится вода из системы отопления и внутренний змеевик, по которому движется нагретый антифриз.

Хотя природное низкотемпературное геотермальное отопление дома теплом земли дает достаточно тепловой энергии, наиболее практичным вариантом отопления при таком решении является подключение его к системе «теплый пол».

Монтаж и установка геотермального отопления

Основная сложность относительно монтажа геотермального оборудования связана с установкой контура теплообменника в грунте-земле. Хотя в интернете можно найти большое количество советов как выполнить эти работы самостоятельно, практика показывает, что большинство советов невозможно применить без специального профильного образования, следовательно, все работы должны выполнять профессиональные монтажники, являющиеся представителями производителя.

После обращения к специалистам, геотермальные системы отопления частных домов за счет тепла земли устанавливаются в следующие несколько этапов:

    1. Выезд инженера на дом. Во время первого визита берутся пробы грунта, определяются особенности местности и принимается решение о наиболее эффективном монтаже геотермальной системы. На эффективность установки может влиять также источник предполагаемого тепла. Более производительным считается монтаж теплообменников на дне водоема или у истоков термических источников.
    1. Заключение договора и приобретение необходимого оборудования. Расценки могут существенно отличаться в зависимости от сложности проведения монтажных работ и других нюансов. Но в среднем, если выбран качественный немецкий производитель, стоимость установки будет приблизительно равняться его цене. Приобретение под ключ установки Vaillant для дома в 350 кв. м. обойдется приблизительно в 21 тыс. $
    1. Монтажные работы. Отопление частного дома подземными геотермальными источниками тепла, а точнее, его эффективность во многом зависит от правильного проведения работ на этапе монтажа. После того как водяные теплообменники будут установлены в грунт, выполняется подключение к геотермальной установке и системе отопления дома.
  1. Пуско-наладочные работы. Инженер запускает систему и выполняет точную регулировку устройства. После настройки подписывается Акт о сдаче работ.

Согласно действующему законодательству, предприятие устанавливающее оборудование, может предоставить дополнительные гарантийные обязательства при условии оплаты этих услуг. Такие гарантии обойдутся еще в дополнительную 1000 $.

Эффективно ли геотермальное отопление на Севере

Чтобы создать минимальные условия необходимые для работы геотермальной установки, достаточно соблюдения следующих условий:

    • Температура слоя грунта, в котором расположены теплообменники, не должна опускаться ниже +5,+7°C градусов.
    • На протяжении всей системы, по которой протекает антифриз, созданы условия, позволяющие избежать его замерзания.
  • Геотермальный обогрев загородного дома выполнен после проведения всех необходимых расчетов и проектной документации.

Если учесть все описанные требования становится ясно, что такие установки могут быть эффективными, при соблюдении вышеперечисленных условий. Все же для северных регионов более целесообразно использовать такие установки для нагрева небольших площадей до 150-200 кв. м.

Гейзерное отопление частного дома

Производительность геотермального насоса во многом зависит от температуры грунта или воды, в которых находится теплообменник. В этом отношении жители Камчатки находятся в более выгодном положении. На полуострое Камчатка находится огромное количество термальных источников — гейзеров, которые не остывают даже в зимнее время года.

Перед монтажом оборудования обязательно проводится геологическая разведка. Если теплый источник находится на территории дома, имеет смысл расположить теплообменники на дне этого водоема. Геотермальная энергия в таком случае окупится значительно быстрее.

Как с помощью геотермального насоса отопить дом

Технология обогрева дома подземным теплом наиболее востребована на Западе. Это в первую очередь связано с менталитетом жителей западных стран. Они привыкли делать долгосрочные инвестиции, которые полностью окупаются только через несколько лет. Да и немного найдется людей, которые в состоянии заплатить за установку оборудования около 20 тыс. $ единовременно. Но количество желающих стать независимыми от остальных источников отопления постоянно растет.

Альтернативные способы геотермального отопления дома становятся более популярными, особенно если учесть постоянно растущую стоимость газа.

Тепловая энергия буквально лежит под ногами. Дело только за тем, чтобы нагнуться и «поднять» ее. В этом может помочь геотермальная установка. Монтаж насоса позволяет в зависимости от местности либо полностью компенсировать потребности в тепловой энергии, или удовлетворить их частично, существенно снизив нагрузку на основной источник отопления и систему ГВС частого дома.

Проектирование максимально эффективной отопительной системы загородного дома требуется производить так, чтобы система была экономически выгодной пользователю, технологически современной и простой в исполнении. Организация отопления с использованием классических вариантов, работающих на газу, электричестве и другом энерготопливе, является дорогостоящей, причиной чему стал ежемесячный рост цен на газ и электричество. Поэтому многие владельцы загородной жилплощади, устанавливают в своих домах актуальную сегодня и современную геотермальную отопительную систему.

Нет ничего удивительного в том, что на территории нашей страны геотермальные отопительные системы, явление достаточно новое. На своем первоначальном этапе, этот способ отопления применялся только в США в обогреве дорогостоящего элитного жилья. Показав на практике свою долговечность и рентабельность, геотермальные системы отопления помещений начали широко использоваться в обычных домах.

Стремительное развитие современных технологических процессов в сфере энергоотопления, сделали этот вид обогрева дома доступным для широких масс и популярным во всех странах мира, где необходимо заботиться о тепле своего жилья в холодное время года.

Геотермальные системы отопления

Множество разговоров о геотермальных тепловых насосных системах вокруг, возможно вдохновят Вас на то, чтобы сделать собственную, современную систему отопления в своем доме или коммерческом объекте. Но Вы не знаете, какая система должна быть установлена. Имейте в виду, что существуют различные типы геотермальных систем. Геотермальные системы эффективны благодаря их безграничному энергоснабжению и минимальным затратам. Сейчас они применяются и доступны как на бытовом, так и на промышленном уровне.

Существует основных четыре типа геотермальных систем, с вертикальным теплообменником — это скважина, горизонтальным теплообменником с различными способами укладки, водяной и воздушный теплообменник. Их выбор зависит от имеющихся условий на данном объекте.

1. Вертикальная закрытая система: как следует из названия, эта система занимает немного места и представляет собой скважины, пробуренные глубоко в земле. Она используется для многоэтажных жилых комплексов, частных больших домов и для крупных коммерческих зданий.

2. Горизонтальная закрытая система: она занимает больше места по ширине и длине, чем вертикальные системы, и имеет много схем укладки. Следует убедиться, что для их установки имеется достаточно места. В пригородной установке они являются наиболее жизнеспособными системами.
Система пруда или озера: эта система должна иметь источник воды около своего участка. Подземные трубы проходят от здания к водоему. Трубы выполнены в виде концентрических витков, и установлены на такую глубину, чтобы вода не замерзала.

3. Система незамкнутого витка: этой системе нужна непрерывная поставка чистой воды, которую можно использовать для поглощения жары от воды под землей. Поэтому водные геотермальные объекты используются для теплообмена между жидкостями.

4. Воздушный теплообменник: Система воздух-воздух, это тепловой насос с воздушным источником может обеспечить эффективное отопление и охлаждение для Вашего дома. При правильной установке, тепловой насос с воздушным источником может доставить в дом в три раза больше тепловой энергии, чем потребляемая им электрическая энергия.

Как видите, выбор геотермальной системы отопления всегда сложный вопрос и есть много важных факторов, влияющих на все типы систем. Каким экологическим способом и откуда брать тепловую энергию — из земли, воды или воздуха, разобраться во всех этих вопросах, Вам помогут наши специалисты.

Преимущества геотермального отопления частного дома

По сути, геотермальные отопительные системы обогреваю помещение теплом земли, которое преобразуется и подается в помещение с помощью специальных тепловых насосов. К преимуществам таких отопительных систем грамотные специалисты относят:

  • забор энергии у природы (нет необходимости использовать газ и электричество);
  • рабочую долговечность (система может прекрасно функционировать более 30 лет);
  • экологическая чистота (нет вредных выбросов в атмосферу);
  • высокий уровень производительности и безопасность;
  • полная автоматизация системы, гарантирующая простоту обслуживания;
  • экономичность (нет необходимости тратить деньги на обслуживание и ремонт системы);
  • надежность и эксплуатационная эффективность.

Конечно, в монтаж геотермальной системы отопления потребуется вложить немалое количество средств, так как необходима закупка специального оборудования и выполнение ряда земляных работ, без которых установка системы просто невозможна. При этом возврат затрат будет возможен через несколько месяцев эффективного использования геотермального отопления при обогреве загородного дома.

Принцип работы современных геотермальных отопительных систем

Как было отмечено выше, геотермальное отопление работает на природной энергии, которую черпает из земли и воды и преобразует в тепло, распределяемое по помещениям жилого дома. Этот вид энергии просто неисчерпаем, так как в зимнее время грунт не промерзает свыше 1,5 метров и на такой глубине земля всегда сохраняет плюсовую температуру. Если глубину траншеи, в которую укладывается теплообменник, увеличить еще на пять метров, тогда бесплатная тепловая энергия возрастет в несколько раз, сделав процесс обогрева максимально эффективным.

То есть, тепловые насосы, являющиеся основой геотермальных систем отопления, поглощают выделяемое землей тепло и приумножают его. Для более эффективного поддержания этого технологического процесса, монтажниками бурятся глубокие шахты-скважины, в которые опускается специальное оборудование. Нужная глубина шахты определяется опытными специалистами, которые обязаны учитывать не только климатические условия местности, но и площадь обогреваемого помещения. После незначительной доводки оборудования, геотермальное отопление частного дома готово к работе.

Воздушный или геотермальный тепловой насос

При строительстве или модернизации дома все сталкиваются с очень важным вопросом, касающимся выбора способа обогрева здания. Тепловые насосы становятся все более популярными. Их преимущество перед традиционными методами отопления заключается в том, что они практически не требуют обслуживания, экологичны и чрезвычайно экономичны в эксплуатации.

Тепловой насос позволяет обогревать дом и получать горячую воду наиболее экологичным способом, поскольку он использует энергию из возобновляемых источников. Разнообразие доступных технологий иногда затрудняет выбор наиболее подходящей системы.

Воздушные тепловые насосы

Как следует из названия, аккумулятор в воздушных тепловых насосах — это окружающий воздух для отопления или питьевой воды. Устройства этого типа устраиваются в виде компактных блоков, устанавливаемых внутри или снаружи здания. Установка такого насоса проста и занимает максимум 2 дня. Воздушные тепловые насосы бывают двух типов: моноблочные или сплит (внутренний и наружный блоки). Значительное снижение температуры воздуха, то есть более низкая температура источника в зимний сезон, приводит к значительному снижению эффективности воздушных насосов в течение этого периода. Именно по этой причине воздушные устройства должны поддерживаться дополнительной системой отопления.

Геотермальные тепловые насосы

В геотермальных системах аккумулятор энергии заземлен. Для сбора тепла, накопленного в земле, установлены горизонтальные или вертикальные датчики, заполненные раствором гликоля (хладагента). Установка наземной насосной системы является более сложной, трудоемкой и требует наличия соответствующей площади участка для размещения коллекторов. Несмотря на эти трудности, такой насос все чаще выбирают в качестве метода отопления частных домов.

Геотермальные тепловые насосы в настоящее время являются наиболее экономичным и экологичным решением среди доступных систем отопления. Хотя первоначальные инвестиционные затраты кажутся неоправданно высокими, они окупаются в течение нескольких лет использования. Здание, отапливаемое этим типом устройства, не требует какой-либо другой системы отопления. Кроме того, установка этой системы увеличивает стоимость всего дома

Рекомендации по выбору насоса

Выбор подходящего теплового насоса зависит от многих факторов. Если в здании уже есть система отопления, а инвестиции в насос должны стать способом снижения затрат на отопление здания или нагрев воды, хорошим выбором будет компактный воздушный насос. Если же насос будет единственным способом обогрева, остающимся неизменно надежным независимо от внешних условий, и у вас есть участок для установки батарей в землю — наиболее удовлетворительным решением будет геотермальный насос.

Многие владельцы частных домов все еще считают, что геотермальное отопление – это термин чуть ли не из области научной фантастики, и актуален он только для тех регионов, где бурлят горячие источники и имеется высокая вулканическая активность. А поскольку такие природные явления – редкость, то перспективы использования данной альтернативной энергии в наших условиях выглядят для многих туманно. На самом деле геотермальный насос с успехом генерирует тепло и при невысоких температурах, так что даже в умеренном климате применять его можно довольно эффективно. А вот под силу ли смонтировать геотермальное отопление дома своими руками? С этим попробуем разобраться.

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.

Существуют и другие типы насосов, используемых в системах отопления. Более подробно об этом вы узнаете из нашей статьи: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/teplovye-nasosy-dlya-otopleniya-doma.html

Горизонтальный теплообменник

Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.

Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором

Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.

К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.

Вертикальный теплообменник

Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.

Водоразмещенный теплообменник

Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.

Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства

Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.

Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».

О достоинствах и недостатках системы

Впервые к геотермальному отоплению пристально присмотрелись в США, во время кризиса в 80-х. Достаточно дорогие установки прописались в домах самых богатых и продвинутых, но постепенно они становились все доступнее и популярнее. Европа взяла новинку на заметку и стала активно внедрять на своих просторах. Сейчас этот вид отопления уже совсем не диковинка, в Швеции, например, около 70% всего тепла синтезируется при помощи тепловых насосов.

Производители чудо-оборудования и зеленые в один голос твердят о преимуществах этого вида отопления перед всеми остальными, главные плюсы, на которые делается акцент, такие:

  • для отопления используется тепловая энергия земли, которая является возобновляемой и неисчерпаемой;
  • не существует риска возгорания;
  • отпадает потребность в доставке и хранении топливных материалов;
  • при работе оборудования не образуются какие-либо вредные выбросы, система абсолютно безопасна и экологична;
  • система работает автономно, не нуждается в постоянном контроле и вмешательстве;
  • она экономична, практически не требует от владельца затрат на обслуживание;
  • при всем разнообразии моделей, коэффициент производительности оборудования остается неизменно высоким.

Геотермальная система отопления хорошо проявила себя в сочетании с «теплыми полами». Подобный дуэт обеспечивает равномерное распределение температуры и препятствует образованию зон перегрева.

Важно! Наиболее выгоден этот вид отопления для домов, площадью до 150 м², владельцы таких небольших коттеджей уверяют, что затраты окупаются за каких-нибудь 3-4 года.

Отметим, что на постсоветском пространстве эти системы пока еще не стали популярными. Во многом это объясняется достаточно весомыми капиталовложениями, которые потребуется сделать в самом начале, и довольно длительным сроком окупаемости. Убедить наших сограждан, что это, в конце концов, все равно экономически выгодно, достаточно сложно. Хотя, если учесть ежегодное подорожание привычных теплоносителей и то, что система рассчитана в среднем на 100 лет эффективной работы, то выбор покажется вполне оправданным.

  • Татьяна

Тепловые насосы

Одним из ключевых элементов геотермального теплового насоса является грунтовый теплообменник. Именно благодаря этому элементу тепловой насос получает низкопотенциальное тепло. Правильно спроектированный и установленный грунтовый теплообменник залог эффективной и надежной работы грунтового теплового насоса.

Существует множество конструкций теплообменников для получения теплоты из грунта и грунтовых вод. Всех их можно классифицировать по трем основным типам:

  • Горизонтальные теплообменники (коллекторы);
  • Вертикальные теплообменники, так называемые «зонды»;
  • И теплообменники типа «корзина» и «спираль».

Горизонтальный теплообменник геотермального теплового насоса

Монтаж горизонтального теплообменника наиболее прост и не требует значительных денежных затрат. Недостатком является большая занимаемая площадь, на которой не должно быть впоследствии строений и деревьев.

Раскладка такого теплообменника осуществляется на глубине ниже уровня промерзания грунта, обычно от 1 до 3 м в зависимости от географической местности и типа грунта.

Верхние слои почвы накапливают солнечное тепло и, по сути, являются аккумуляторами солнечной энергии. Поэтому температура верхних слоев грунта не равномерна в течение года и имеет сезонные колебания, что в свою очередь влияет на эффективность теплового насоса в период срока эксплуатации. К примеру на глубине 2 м температура почвы колеблется от 7 °С до 13 °С в течении года.

Температура грунта в зависимости от глубины

Съем тепла с каждого метра грунтового коллектора зависит от множества факторов. Таких как: глубина укладки, тип и влажность грунта, затенение площадки под теплообменник и т.д. В среднем значение составляет 20 Вт/м. Для более подробных расчетов следует обратиться к специалистам для детального геологического анализа почвы.

Шаг укладки труб не должен быть меньше 0,7 м для эффективной работы коллектора. Рекомендуется использовать контур общей длинной не более 150 м из-за большого гидравлического сопротивления. При применении нескольких контуров необходимо стараться, что бы каждый из них был примерно одинаковой длинны.

Пример расчета горизонтального теплообменника

Для примера рассчитаем площадь, занимаемую горизонтальным коллектором. Допустим, что для дома необходим тепловой насос мощностью 10 кВт.

Снимаемая мощность контуров грунтового теплообменника теплового насоса вычисляется относительно мощности и СОР выбранного теплового насоса по формуле:

Ре = Pн * (1 – 1/СОР), кВт

Где Рн – номинальная мощность теплового насоса, СОР – коэффициент преобразования. Расчет применяют для одного из режимов согласно стандарту EN 14511 (обычно принимают точку В0/W35, где 0 °С – температура теплоносителя на входе в испаритель, 35 °С – температуры подачи в систему отопления). В качестве образца возьмем тепловой насос Nibe F1145-10 с параметрами при В0/W35: мощность – 9,95 кВт и СОР — 5,03.

Ре = 9,95 * (1 -1/5,03) = 7,97 кВт;

Необходимая длинна горизонтального теплообменника теплового насоса, равна отношению необходимой мощности к снимаемой мощности одного метра трубы:

L = Pe/q, м

Где q — принимаем 20 Вт/м (среднее значение для горизонтальных коллекторов).

L = 7,97/0,02 = 398,5 м

Для нашего теплового насоса будет оптимально 4 грунтовых контура по 100 м каждый. Что бы узнать какую площадь будет занимать такой коллектор необходимо это число умножить на величину шага укладки труб (принимаем шаг равный 0,7 м) S = 400 * 0,7 = 280 м².

Вертикальный грунтовый теплообменник — «Зонд»

Температура грунта глубже 20 метров стабильна на протяжении всего года и равна 8-10 °С, она поддерживается благодаря геотермальной энергии недр Земли. Для получения этой энергии используют вертикальные грунтовые теплообменники называемые «Зондами», которые погружают в скважины глубиной 20-300 м и диаметром 120-200 мм. Обычно используют пластиковую трубу диаметром от 32 мм. В скважину помещают одну или две петли зонда и пространство между грунтом и трубой заполняют бентонитом или другим раствором с высокой теплопроводимостью.

Теплосъем с вертикального теплообменника выше, чем у горизонтального и принимается в среднем 50 Вт/м. Однако реальное значение может сильно отличатся, и зависит от влажности породы и наличия грунтовых вод.

Вод породы

Теплосъем, Вт/м

Сухие осадочные породы
Сухой песок, гравий
Влажный песок
Каменистая почва, насыщенная водой, влажная глина
Известняк
Гранит
Грунтовые воды

Тепло недр земли хоть и является возобновляемым источником энергии, все же тепловая регенерация (возобновление) происходит не так быстро, как мы расходуем теплоту грунта. Поэтому все данные приведены с учетом 1800 часов работы теплового насоса в год. Согласно исследованиям в первые 2-3 года температура грунта вокруг теплообменников резко снижается, однако с каждым годом понижение температуры уменьшается. Все это приводит к снижению эффективности теплового насоса. Если же использовать тепловой насос больше 1800 часов в году, то существует риск значительного снижения температуры вокруг скважины или даже промерзания некоторых участков. Это может привести к проседанию некоторых слоев грунта и разрушению труб теплообменника или к более опасным последствия для микроклимата грунта и строений вблизи скважины. Для лучшей регенерации почвы рекомендуется в летний период подавать дополнительное тепло в теплообменник, например от солнечных коллекторов или использовать тепловой насос для охлаждения, тем самым подогревая зонд.

Расчет длинны вертикального грунтового теплообменника производится аналогично с горизонтальным коллекторам. Для ранее выбранного теплового насоса:

L = Pe/q = 7,97/0,05 = 159,4 м

Это может быть как одна 160 м скважина, так и три скважины по 55 м. При использовании нескольких зондов необходимо бурить скважины на максимально возможном отдалении друг от друга (не менее 6 м). Для более эффективной работы рекомендуется бурить меньшее количество скважин.

Другие грунтовые теплообменники геотермальных тепловых насосов

Отдельно были классифицированы теплообменники типа «Корзина» и «Спираль».

Они объединяют в себе свойства горизонтальных теплообменников и способ установки, напоминающий вертикальные теплообменники. Такие теплообменники укладываются на глубину до 5 м. Существуют так же некоторые другие модификации грунтовых теплообменников геотермальных тепловых насосов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *