Тепловой грунтовый насос: Геотермальный инверторный тепловой насос “грунт-вода” SDW-INV

принцип работы и преимущества эксплуатации

Главная > Каталог статей > Инструменты и приспособления > Грунтовый тепловой насос: принцип работы и преимущества эксплуатации

Опубликовано: 12.01.2020 Рубрика: Инструменты и приспособления Просмотров: 3287

Грунтовый — геотермальный тепловой насос

Грунтовый, или как его еще называют, геотермальный тепловой насос извлекает энергию из земли либо из воды для отопления дома зимой и его охлаждения в летнее время. Тепло извлекается из земли посредством жидкости, например грунтовой воды или антифриза, и доставляется во внутренние помещения дома по трубопроводам и воздуховодам. Летом, когда требуется охлаждение, идет обратный процесс: тепло из дома транспортируется в грунт с использованием той же технологии.

Грунтовые насос DX-серии используют хладагент вместо антифриза и воды в качестве транспортирующей жидкости. Данный тип насосов может в равной степени работать через систему воздуховодов или радиаторов. Различные модификации могут быть оснащены только функцией отопления, либо работать также и для охлаждения.

 

Принцип действия грунтового теплового насоса

Грунтовый тепловой насос состоит из двух частей: контура подземных трубопроводов снаружи здания и блока теплового насоса в помещении. В отличие от воздушного теплового насоса, у которого в доме размещается только теплообменник (и иногда компрессор), грунтовый насос целиком находится в помещении. Наружные трубопроводы могут быть спроектированы как закрытая (замкнутая) либо открытая система.

Открытая система использует тепловые ресурсы, содержащиеся в подземных грунтовых водах. При этом вода из скважины идет напрямую к теплообменнику, где из нее извлекается тепло. Прошедшая теплообменник вода сливается либо в какой-нибудь водоем на поверхности: пруд или протоку, либо возвращается под землю через другую скважину.

Закрытая система вытягивает тепло из земли посредство множества замкнутых петель трубопроводов, зарытых в грунт. Антифриз (или хладагент в случае грунтовых насосов DX-серии), охлажденный рефрижераторной системой теплового насоса на пару градусов ниже температуры почвы, циркулирует по трубопроводам и вытягивает тепло из грунта.

 

Рабочий цикл в режиме отопления

Грунтовая вода, антифризная смесь или хладагент, прошедшие подземную трубопроводную систему и собравшие тепло из земли, поступают в блок теплового насоса внутри дома. Далее теплоноситель поступает к блоку теплообменника. В случае грунтовых насосов DX-серии теплоноситель поступает прямо к компрессору, минуя теплообменник. Тепло нагревает хладагент до точки кипения, превращая его в низкотемпературный пар. В открытой системе освобожденная от тепла вода далее сбрасывается в ближайший водоем или скважину.

В замкнутой системе антифризная смесь или хладагент выталкивается обратно в подземные трубопроводы, чтобы дальше собирать тепло. Обратный клапан направляет нагретый пар в компрессор, где он подвергается сжатию, уменьшается в объеме и нагревается. Наконец, обратный клапан выталкивает нагретый газ в блок конденсатора, откуда нагретый воздух поступает по воздуховодам во внутренние помещения дома. Отдав свое тепло, хладагент проходит через расширитель, где его давление и температура снижаются еще сильнее, после чего он снова направляется к началу цикла.

 

Рабочий цикл в режиме охлаждения

Цикл охлаждения, как правило, повторяет алгоритм работы в режиме отопления с точностью до наоборот. Посредством работы обратного клапана хладагент идет в обратном направлении: он собирает тепло из воздуха в помещении и выталкивает его наружу, в случае грунтовых насосов DX-серии – в воду или антифризную смесь. Тепло возвращается в наружный водоем или скважину при открытой системе либо в сеть подземных трубопроводов при замкнутой системе. При выработке избыточного тепла его часть может направляться для обеспечения потребностей горячего водоснабжения.

В отличие от воздушных тепловых насосов грунтовые модели не нуждаются в режиме разморозки. Ведь подземные температуры значительно меньше подвержены изменениям, чем температура воздуха, тем более что основной блок грунтового насоса размещается в помещении, таким образом, проблемы обмерзания практически не возникает.

 

Составные части системы грунтового насоса

Как показано на рис. 1, система грунтового насоса состоит из трех базовых компонентов: основной блок, внутренняя система воздуховодов и наружная система трубопроводов (при закрытой системе) либо скважина / водоем (при открытой системе). Грунтовые насосы могут иметь различия в конструктивной системе. В комбинированных моделях вентилятор, компрессор, теплообменник и конденсаторные трубопроводы размещаются в одном блоке оборудования. Другие модификации спроектированы в конфигурации «сплит-систем» (отдельных блоков), позволяющих встраивать их в имеющиеся системы отопления.

Рис. 1 – Основные элементы системы грунтового теплового насоса

 

Показатели эффективности работы грунтового теплового насоса

Как и в случае воздушных тепловых насосов, их грунтовые аналоги имеют множество модификаций, различающихся по техническим характеристикам и параметрам эффективности. Насосы типа Земля-Вода, работающие в рамках открытых систем на грунтовой воде, имеют коэффициент эффективности в режиме отопления в диапазоне от 3,6 до 5,2, в режиме охлаждения – от 16,2 до 31,1 соответственно (см. рис. 2).

Рис. 2 – Показатели эффективности грунтового теплового насоса (открытая система)

Грунтовые тепловые насосы замкнутого типа, работающие от подземных трубопроводов, имеют коэффициент эффективности при отоплении 3,1-4,9, при охлаждении – 13,4-25,8 (см. рис. 3).

Рис. 3 – Показатели эффективности грунтового теплового насоса (закрытая система)

Представленный на рисунках диапазон значений демонстрирует производительность типового ассортимента моделей грунтовых тепловых насосов. Обычно чем выше производительность, тем выше цена оборудования и соответственно стоимость сопутствующих затрат на монтаж, пусконаладку, техническое обслуживание. Чтобы иметь представление о полной стоимости покупки и ввода в эксплуатацию грунтового теплового насоса, нужно составить типовую смету затрат, адаптированную под конкретную модель оборудования. Не стоит забывать о том, что энергопотребление у различных типов грунтовых насосов может значительно отличаться: ведь оно зависит не только от мощности и производительности, но и от технологии энергоэффективности, в соответствии с которой спроектирован тот или иной тип машин.

В отличие от температуры воздуха температура земли остается более-менее постоянной, в результате чего производительность грунтового насоса меняется незначительно в зимний период. Стабильная производительность оборудования дает возможность подобрать модель грунтового насоса под потребности конкретного домохозяйства в отоплении и горячем водоснабжении.

Допустим, в случае с воздушным тепловым насосом будет совершенно нецелесообразным полностью полагаться на него в деле отопления, так как его производительность слишком зависима от погодных условий и, в частности, от уличной температуры. Грунтовый тепловой насос, как уже было сказано, подвержен температурным колебаниям значительно меньше, однако и он не в состоянии в одиночку справляться с отопительной нагрузкой.

Идеальным будет вариант, когда грунтовый насос спроектирован для обеспечения 60-70% от общей тепловой нагрузки (совокупной потребности по отоплению и горячему водоснабжению). В самые холодные зимние дни мощности грунтового насоса может не хватить, так что лучше иметь под рукой резервный источник тепла. Комбинированная работа этих двух нагревательных систем позволит полностью покрыть потребности домохозяйства в ГВС и отоплении. Системы грунтовых насосов переменной мощности c двухступенчатым компрессом способны удовлетворять все потребности в охлаждении и частично в отоплении на малой мощности, и отапливать дом в холодные зимние месяцы – на полной мощности.

На рынке России представлен широкий модельный грунтовых тепловых насосов в диапазоне по мощности от 7 кВт до 35 кВт, многие из которых комплектуются блоком горячего водоснабжения.

 

Метки: грунтовый тепловой насос, тепловой насос

  К записи есть 1 комментарий

  Поделитесь ссылкой на статью в социальных сетях

  Вы можете оставить свой комментарий

Поделитесь своим мнением, что Вы думаете о прочитанном?
Если Вам не понравилась статья, напишите в комментариях причину.
Возможно, Вы заметили ошибку или у Вас появились вопросы, напишите об этом.
Только зная Ваше мнение, можно будет улучшить и дополнить статью.

Грунтовый тепловой насос

Тепло грунта на глубине до 20 м является накопленным солнечным теплом, которое переходит в грунт благодаря прямому обогреву солнечными лучами, передаче тепла от воздуха или выпавших атмосферных осадков. Тепло более глубоких слоев, ниже 20 м (т.н. «нейтральной зоны»), формируется энергией, поступающей из недр земли, и практически не зависит от сезонных изменений климата.

Для отбора тепла грунта используются тепловые насосы конфигурации грунт-вода или грунт-воздух. Такие системы состоят из теплового насоса и грунтовых теплообменников. Сам тепловой насос располагают в котельном помещении, к которому подводиться контур грунтового теплообменника.

По принципу действия грунтовые тепловые насосы разделяют на:

• системы прямого расширения – в грунт закладывается контур медного трубопровода, по которому циркулирует хладагент. В процессе циркуляции он нагревается и происходит процесс испарения, после чего он поступает непосредственно в компрессор;
• системы с рассольной жидкостью – в грунт закладывается контур трубопровода, по которому циркулирует незамерзающий теплоноситель. Тепло отобранное в процессе циркуляции передается тепловому насосу.

Тепловые насосы с грунтовыми теплообменниками прямого расширения имеют более высокую эффективность по сравнению с тепловыми насосами грунтового типа с использованием рассола. Это отличие объясняется тем, что в системах с рассольным контуром происходит двойной теплообмен грунт – рассол, рассол – хладагент, в отличие от теплообмена систем прямого расширения «грунт – хладагент». В системах с использованием теплоносителя как переносчика тепла, также накладываются дополнительные затраты на обеспечение работы циркуляционного насоса.

Грунтовые рассольные контура делятся на: вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные грунтовые контура:

Преимущества:

• невысокая цена;

Недостатки:

• необходимость наличия большой площади земли используемой для расположения теплообменников;
• влияние погодных изменений на температуру грунта;
• ограничение по возможности произрастания растительности на территории с земляным контуром;
• сложность проведения ремонтных работ в случае разгерметизации контура.

Грунтовый тепловой насос с горизонтальным контуром

Вертикальные грунтовые контура (зонды):

Преимущества:

• температура грунта, не зависит от температуры окружающей среды;
• возможно расположение на небольшой площади земли.

Недостатки:

• высокая цена;
• сложность проведения ремонтных работ в случае разгерметизации контура.

Тепловой насос с вертикальным контуром (зонд)

Полезное количество тепла и эффективность теплового насоса, и таким образом площадь необходимой поверхности теплообмена зависят от теплофизических свойств грунта и от климатических условий региона. Термические свойства грунта, такие как объемная теплоемкость и теплопроводность, очень сильно зависят от гранулометрического состава и состояния. Теплоаккумулирующие свойства и теплопроводность грунта тем выше, чем больше его влажность, минерализация и чем меньше содержание в нем пор с воздухом. Поэтому грунтовые тепловые насосы, одинаковые по мощности и находящиеся в одной климатической зоне, могут отличаться требуемым количеством грунтовых контуров и их длиной.

Геотермальные тепловые насосы | Департамент энергетики

Управление геотермальных технологий

Ищете альтернативу новой печи или системе кондиционирования воздуха для вашего дома, здания, кампуса или сообщества? Технологии геотермального отопления и охлаждения являются отличным вариантом.

Что такое геотермальный тепловой насос?

Тепловые насосы перемещают тепло из одного места в другое с помощью электричества. Кондиционеры и холодильники являются двумя распространенными примерами тепловых насосов. Тепловые насосы также могут использоваться для обогрева и охлаждения зданий.

Температура на глубине около 30 футов под поверхностью остается относительно постоянной круглый год — от примерно 50°F (10°C) до 59°F (15°C). Для большинства районов США это означает, что температура почвы обычно выше температуры воздуха зимой и ниже температуры воздуха летом.

Геотермальные тепловые насосы (ГТН) используют постоянную подземную температуру для эффективного температурного обмена, обогрева домов зимой и охлаждения домов летом.

Что входит в систему геотермального теплового насоса?

Геотермальные тепловые насосы используют постоянную подземную температуру неглубокой земли в качестве накопителя тепла, что обеспечивает эффективное отопление и охлаждение. Системы могут различаться по типу коллектора и используемым соединениям.

Система GHP включает в себя: 

1. Подземный коллектор тепла — Геотермальный тепловой насос использует землю в качестве источника тепла и поглотителя (накопителя тепла) с помощью ряда соединенных труб, зарытых в землю рядом со зданием. Петлю можно закапывать как вертикально, так и горизонтально. В нем циркулирует жидкость, которая поглощает или отдает тепло окружающей почве в зависимости от того, холоднее или теплее окружающий (внешний) воздух, чем почва.
2. Тепловой насос — Когда температура окружающей среды ниже температуры земли, геотермальный тепловой насос забирает тепло из жидкостей коллектора, концентрирует его и передает зданию. Когда температура окружающей среды выше температуры земли, тепловой насос отводит тепло от здания и хранит его под землей.
3. Подсистема распределения тепла — Традиционный воздуховод обычно используется для распределения нагретого или охлажденного воздуха от геотермального теплового насоса по всему зданию.

Узнайте больше:

Основы геотермальной энергии

Информационный бюллетень: Что такое геотермальные тепловые насосы?

Энергия 101: видео о геотермальных тепловых насосах

GHP Информация для потребителей

Низкотемпературные и совместно производимые ресурсы

Геотермальные источники повсюду

Где можно использовать геотермальные тепловые насосы?

GHP могут быть:

• Используются для обогрева и охлаждения одного дома, одного предприятия или всего сообщества (студенческого городка, района и т. д.) 
• Реализовано в рамках нового строительства или добавлено задним числом для существующих зданий
• Устанавливается в городской или сельской местности.

Некоторые системы могут снабжать дома и предприятия горячей водой.

Подробнее: Выбор и установка геотермальных тепловых насосов

Геотермальный тепловой насос — это то же самое, что воздушный тепловой насос?

Нет, геотермальные тепловые насосы (GHP) отличаются от воздушных тепловых насосов. Системы GHP обмениваются теплом с землей, а воздушные тепловые насосы обмениваются теплом с воздухом.

Было доказано, что по сравнению с системами с воздушным источником геотермальные системы работают тише, служат дольше и требуют меньше обслуживания, и они не зависят от температуры наружного воздуха. Геотермальные системы обычно дороже, чем системы с воздушным источником, но дополнительные затраты часто окупаются за счет экономии энергии.

Проектирование и внедрение систем геотермального отопления и охлаждения в сообществе

 

Геотермальные тепловые насосы

можно масштабировать для удовлетворения потребностей всего сообщества в отоплении и охлаждении в одной сети, как показано на этом рисунке (нажмите, чтобы увидеть увеличенную версию). Другие технологии геотермального отопления и охлаждения, такие как централизованное теплоснабжение, также могут использоваться в коммунальной системе.

В апреле 2023 года Министерство энергетики США (DOE) объявило о выборах в инициативе сообщества по проектированию и развертыванию геотермального отопления и охлаждения. Проекты получат финансирование, чтобы помочь сообществам спроектировать и внедрить геотермальные системы централизованного теплоснабжения и охлаждения, организовать соответствующее обучение рабочей силы, а также выявить и решить проблемы экологической справедливости. Эта инициатива также поможет расширить использование геотермальной энергии в масштабах сообщества за счет поддержки новых систем и разработки тематических исследований, которые будут тиражироваться по всей стране.

Чтобы ознакомиться с различными типами геотермальных тепловых насосов, посетите страницу энергосбережения Министерства энергетики США.

 

Справочник по геотермальным тепловым насосам

Преимущества

• Может снизить ваши счета за топливо
• Уменьшите углеродный след вашего дома
• Нагрейте свой дом, а также воду

Что такое геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос, иногда называемый тепловым насосом «земля-вода», переносит тепло из земли за пределы вашего дома для обогрева радиаторов или подогрева пола. Он также может нагревать воду, хранящуюся в баке с горячей водой, для ваших горячих кранов и душа.

Термотрансферная жидкость (TTF), смесь воды и антифриза (иногда называемая «рассолом») течет по петле трубы, проложенной в вашем саду или на открытом воздухе. Эта петля может представлять собой либо длинную спиральную трубу, закопанную в траншеи, либо длинную петлю (называемую «зондом»), вставленную в скважину диаметром около 180 мм.

Тепло от земли поглощается жидкостью, которая затем проходит через теплообменник в тепловой насос. Это повышает температуру жидкости, а затем передает это тепло воде.

Для получения дополнительной информации о том, как работает тепловой насос, в том числе о типичной экономии, конструкции системы и управлении, см. наше подробное руководство по тепловым насосам.

Подходит ли мне геотермальный тепловой насос?

Есть несколько моментов, которые следует учитывать при принятии решения о том, подходит ли вам геотермальный тепловой насос.

• Вам не обязательно иметь большое пространство, но вам понадобится земля рядом с вашим домом, подходящая для рытья траншей или бурения скважин.

  Заземляющий контур

  Земля должна быть пригодна для копания и доступна для машин с въезда на дорогу. В этом районе нужно избегать деревьев, так как корни будут вызывать проблемы при рытье траншей. Длина контура заземления и траншей зависит от размера вашего дома и количества тепла, которое вам необходимо.

  Скважины 

  Если пространство ограничено, можно пробурить вертикальные скважины для сбора тепла. Обычно это дороже, чем рытье траншей, и обычно требует специализированного наземного (термогеологического) обследования.

  Для больших домов может потребоваться более одной скважины. Глубина скважины зависит от потребности объекта в тепле и подстилающей геологии, но, вероятно, будет составлять около 75-200 метров в глубину.

  Внутри дома

  Вам потребуется место внутри дома для внутреннего теплового насоса, который содержит основные компоненты. Внутренний блок часто содержит цилиндр с горячей водой и размером примерно с холодильник в американском стиле.

• В большинстве домов в Великобритании для циркуляции горячей воды используются радиаторы или полы с подогревом, что известно как «мокрая система». Геотермальные тепловые насосы нуждаются в мокрой системе.

  Если у вас в настоящее время нет мокрой системы, вам придется решить, хотите ли вы ее установить. Это отличная возможность убедиться, что влажная система оптимизирована для теплового насоса, что приведет к снижению эксплуатационных расходов.

  Дополнительную информацию о наиболее эффективной мокрой системе для вашего теплового насоса можно найти здесь.

  Не хотите или не можете иметь водяную систему отопления? Нажмите здесь, чтобы узнать о тепловых насосах типа “воздух-воздух”.

Сколько стоит геотермальный тепловой насос?

Стоимость установки геотермального теплового насоса варьируется в зависимости от:

• Доступа к земле и выбора траншеи или скважины для прокладки контура заземления.
• Марка, модель и размер выбранного теплового насоса.
• Размер помещения и необходимое количество тепла.
• Будь то новостройка или существующая недвижимость.
• Независимо от того, решите ли вы внести какие-либо улучшения в свои радиаторы для повышения эффективности теплового насоса, или если вы впервые устанавливаете радиаторы или полы с подогревом.

Типичные затраты составляют около 28 000 фунтов стерлингов, если контур заземления находится в траншеях, и могут составлять около 49 000 фунтов стерлингов, если вам нужно вырыть скважину.

Мы рекомендуем обратиться как минимум к трем установщикам, чтобы узнать стоимость вашей системы теплового насоса, чтобы вы могли лучше понять возможные затраты на ваш дом.

Сэкономит ли мне тепловой насос деньги на счетах за электроэнергию?

Эксплуатационные расходы будут зависеть от того, как сконструирован ваш тепловой насос и как он работает. Экономия на счетах за электроэнергию также будет зависеть от системы, которую вы заменяете.

Вы можете увидеть потенциальную годовую экономию за счет установки стандартного теплового насоса, использующего грунт, включая любые рекомендуемые модификации радиатора, в отдельном доме среднего размера с четырьмя спальнями, ниже.

Чтобы получить дополнительную информацию, ознакомьтесь с нашим подробным руководством , чтобы узнать, как максимально эффективно использовать тепловой насос и максимально сэкономить.

Англия, Шотландия и Уэльс

Северная Ирландия

Дальнейшее чтение

Последние блоги

Перейти в блог

• Советы по энергоснабжению дома

Советы по сохранению прохлады в доме этим летом

29 июня 2023 г.