Геотермальный тепловой насос – принцип работы, устройство и производители

Придумываю, проектирую, строю и автоматизирую системы отопления и водоснабжения. Нужно построить котельную, систему отопления, теплые полы, водопроводы – обращайтесь. Консультирую по электронной почте [email protected], Whats App или Telegram +7 988 354-52-62. Наши работы смотрите на YouTube

Читайте также

geotermica.ru

Геотермальный тепловой насос

Рост цен на газ, электроэнергию и жидкое топливо заставляют владельцев загородных домов обращать свое внимание на системы отопления, использующие альтернативные источники тепловой энергии. Геотермальный тепловой насос обеспечит сокращение затрат на отопление дома.

Тепловой насос грунт-вода использует для нагрева воды в отопительной системе тепло, получаемое из земли. Грунт, аккумулирующий тепло недр и солнца, является бесплатным источником тепловой энергии, причем температура на глубине ниже уровня промерзания грунта остается практически неизменной на протяжении всего года. Для работы насоса используется электроэнергия, но поскольку расходуется она не на получение тепла, а только на его сбор и транспортировку, затраты ее незначительны.

Наша компания имеет большой опыт как по бурению скважин под коллекторы геотермальных насосов, так и по монтажу тепловых насосов для отопления.

Принцип действия и конструктивные особенности тепловых насосов

Система, использующая геотермальный насос для отопления дома, состоит из трёх контуров.

1. Внешний контур, находящийся в земле, служит для сбора тепловой энергии из грунта.
2. Контур хладагента, или собственно тепловой насос, где хладагенту через испаритель передается тепло, собранное в грунте.
3. Контур отопления, в котором теплоносителем служит вода, получившаятепло при конденсации хладагента.Она, циркулируя по трубам,нагревает дом.

Основные узлы такой системы отопления:

• коллектор или земляной зонд, отбирающий тепло из грунта;
• 1-й теплообменник, передающий это тепло хладагенту теплового насоса;
• компрессор;
• 2-й теплообменник, передающий тепло непосредственно в отопительную систему дома;
• трубы и радиаторы системы отопления.

Для отбора тепла из грунта используются два вида коллекторов: вертикальный и горизонтальный.

Горизонтальный коллектор — это трубопровод, прокладываемый в земле горизонтально. Форма трубопровода может быть различной, в зависимости от местных условий (спиральная, змеевидная и пр.) Такой коллектор прост в установке, и работы по его монтажу менее затратны. Но он имеет целый ряд недостатков:

1. Площадь участка, которую он занимает, достаточно велика: на один киловатт мощности геотермального насоса в среднем необходимо уложить трубопровод коллектора на площади в 25–50 м3.
2. Для производительности такого коллектора важны свойства грунта — его влажность и состав (песок, глина, суглинок). На влажных суглинках производительность выше, чем на сухих песчаных почвах. На последних для получения такой же мощности потребуется коллектор большей площади.
3. При большом количестве петель в трубопроводе коллектора потребуется дополнительный циркуляционный насос.
4. В дальнейшем участок земли, под которым проложен коллектор, может использоваться не иначе как под газон или однолетние цветы — другие посадки погибнут из-за низкой температуры почвы над коллектором.
5. На территории занятой коллектором не рекомендуется возводить какие-либо постройки.
6. Со временем грунт на участке, где установлен горизонтальный коллектор, вымораживается, теряет свои первоначальные свойства, что приводит к снижению эффективности работы системы.

Вертикальный коллектор лишен всех этих недостатков.

Вертикальный коллектор—длинная труба теплообменника, помещенная в скважину глубинойот 20 до 150 м. При большой глубине скважины теплообменник защищается обсадной трубой. Цена геотермального теплового насоса с вертикальным коллектором выше, поскольку его установка требует бурения скважины, но при этом ему присущи ряд неоспоримых преимуществ.

Преимущества вертикальных коллекторов:

• на большой глубине температура более высокая — порядка 4–8°C, поэтому эффективность такого коллектора выше;
• к тому же, на такой глубине температура остается стабильной в течение всего периода эксплуатации, а, значит, и эффективность системы тоже;
• для его установки требуется лишь небольшой участок для бурения скважины.

Поэтому специалисты рекомендуют отдать предпочтение именно системе с вертикальным коллектором. Наша компания уже более 20 лет работает в сфере геологии и на основании накопленного опыта советует выбрать именно вертикальный коллектор.

Хотите установить абсолютно пожаро- и взрывобезопасную, простую в управлении, экологически чистую, максимально автономную систему отопления дома установите тепловой насос, цена его будет оправдана за счет экономии на энергоносителях. Но учтите, что установка такого оборудования требует высокой квалификации и при проектировании, и при осуществлении подготовительных мероприятий, и при монтаже, и при выполнении пусконаладочныхработ.Поэтому рекомендуем вам обратиться к специалистам нашей компании и заказать услугу «геотермальное отопление дома под ключ», стоимость которой вы можете узнать, связавшись с нашим специалистом.

www.burovik.ru

система труб в земле и принцип действия

Изобретение энергосберегающих технологий позволяет потребителям отказываться от стандартных тепловых источников в пользу альтернативных. Тепловые насосы – оборудование, уже знакомое многим хозяевам загородных домов, а после определения параметров СОР, преимущества конструкций, добывающих тепло из природных ресурсов, стали более явными. Рассмотрим, что такое тепловой насос геотермальный, как работает оборудование и в чем его плюсы, минусы.

Что такое геотермальный насос

Конструкция прибора проста, но при этом оборудование может отапливать дома любой площади. Агрегат прогревает теплоноситель до +65 С, чего достаточно для поддержания комфортного режима теплых полов, радиаторов. Также ТН (тепловой насос) способен обеспечить дом бесперебойным поступлением горячей воды.

Геотермальный тепловой насос для отопления дома – автономная станция, использующая для обогрева дома тепловую энергию грунта, воды, которая определяется как низкопотенциальная. По своей конструктивной особенности оборудование похоже на сплит-систему (кондиционер), но только не охлаждающий, а нагревающий теплоноситель.

В отличие от ТН воздушного типа, которые теряют эффективность при понижении температуры воздуха от -15 С, геотермальный забирает энергию из земли, воды. В грунте коллектор располагается ниже точки замерзания, в воде тоже заглубляется до определенного уровня. Такие параметры работы позволяют применять оборудование в условиях северных широт.

Особое удобство обеспечивают комбинированные конструкции, где сочетаются коллекторы солнечного отопления и геотермальные насосы. Такая связка позволяет получить нужную энергию для поддержания работоспособности систем на должном уровне.

Как работает геотермальный насос?

Технология работы выстроена на применении геотермальных процессов. Ниже уровня замерзания грунтовых пород земля имеет стабильные показатели температуры, по мере заглубления температура повышается. Чтобы ТН работал нормально, его нужно установить на заранее рассчитанную глубину.

Алгоритм работы такой:

• монтируется контур отбора, который заполнен пропиленгликолем;
• контур соединяется с вертикальными зондами, заглубленными на 60-100 м или трубопроводом горизонтального типа монтажа, выложенным на расстоянии от поверхности грунта от 1 м;
• теплоноситель нагревается до +5 С..+6 С, затем подается в приемник ТН;
• дальше тепловой насос работает как все модели с аккумуляцией тепла из окружающей среды.

Конструктивно тепловой насос включает следующие элементы:

Рекомендуем к прочтению:

1. Испаритель. Это элемент, соединяемый с приемником. Нужен для испарения фреона, поглощения тепла от прогретого теплоносителя.
2. Фреон. Вещество, которое в состоянии газа транспортируется в компрессор ТН, где прогревается до +65 С под давлением, затем впрыскивается в конденсатор.
3. Конденсатор. В этом модуле прогретый фреон снова меняет состояние на жидкое, но уже прогретое до нужной температуры. Теплообмен осуществляется посредством стенок модуля конденсатора, от чего нагревается теплоноситель в домашней системе отопления.

Оборудование показано для обогрева помещений, поддержания температуры до +25 С. К тому же насос может быть источником тепла для систем отопления с низкотемпературными показателями, подключаться к теплым полам. Конструкция безопасна, удобна в использовании и летом может работать на охлаждение.

Определенные преимущества дает сочетание конструкции из солнечных батарей и ТН, из которых главное достоинство – автономность работы без зависимости от центрального электроснабжения. А если нет потребления магистрального тока, то снижаются и затраты на обслуживание дома.

Насос типа земля-вода

Система напрямую зависит от того, насколько эффективно отбирается тепло из грунта теплоносителем первого контура (пропиленгликолем).

Различается два типа установки контура, которые обладают собственными характеристиками теплоэффективности:

• Горизонтальное расположение теплообменника. Требует глубины закладки ниже точки промерзания земли. Это примерно от 1 м, потому не потребуется техника для бурения скважин, что удешевляет монтаж. Не нужно тщательное планирование, составление сложных схем, но есть минус – увеличенная длина петли контура. Например, для дома в 220 м2 потребуется выкладка контура на 6 сотках земли.
• Вертикальное расположение теплообменника. Этот земляной насос считается самым дорогим, так как под него нужно бурить скважины глубиной до 200 м и размером окружности до 15 см. Зато при таком типе выкладки неважен размер участка, поддерживается стабильно высокая температура – на данном уровне заглубления показатель термометра не опускается ниже +18 С.

Важно! При монтаже ТН земля-вода необходимо проведение большого объема земляных работ, что увеличивает итоговую сумму сметы.

Насос типа вода-вода

Это альтернативный вариант обустройства системы отопления, при котором тепловая энергия забирается из грунтовых вод.

Работы можно выполнить двумя способами:

1. Поместить теплообменник на дно водоема. Решение актуально для хозяев домов, рядом с которыми есть река, пруд. Для обустройства системы не придется производить значительные земляные работы, трубы контура выкладываются на дно. Важно лишь определение глубины водоема (не менее 3 м) и отдаленность от жилого объекта (не более 100 м).
2. Поместить теплообменник в артезианскую скважину. Тут принцип работы основан на выкачке жидкости из скважины и прогонке ее через ТН. Потребуется бурить 2 скважины, одна из которых будет заборной, а вторая – для сброса использованной жидкости.

Несмотря на некоторые сложности в обустройстве системы, величину затрат, следует знать, что окупается конструкция довольно быстро, а работает при правильной установке более 100 лет. Причем вложения финансов нужны разовые, обслуживание и поддержка системы не требует больших затрат.

Как подобрать геотермальный насос?

Основное требование – соответствие условий для монтажа ТН геотермального типа. Монтаж возможен не в каждом доме, ограничения касаются особенностей рельефа, глубины залегания водоносных слоев, площади надела, наличия водоема и прочих факторов. Составлением проектов, предварительными расчетами занимается мастер из компании, которая реализует оборудование.

Выбор модели осуществляется по следующим параметрам:

Рекомендуем к прочтению:

• СОР. Это международное сокращение, которое показывает уровень рентабельности монтажа теплового геотермального насоса, то есть производительность оборудования в отношении к затратам электроэнергии. СОР обозначает, что на каждый 1 кВт затраченной энергии будет произведено не менее 3 кВт тепловой энергии.
• Тип размещения, выкладки насоса. Этот показатель влияет на производительность и в расчет берется площадь участка, в грунт которого укладывается контур. Чтобы провести предварительные расчеты, нужно умножить общую площадь дома (отапливаемую) на 3. Итоговая цифра покажет нужные размеры надела.
• Функциональные возможности. Строение, оборудованное геотермальной системой тепла, получает зимой отопление, а в теплое время года охлаждается. Чтобы такое положение дел было возможным, нужен монтаж сплит-системы.

Важно! КПД ТН геотермального типа выше, чем у прочих отопительных систем. Современные модели предлагаются с коэффициентом СОР от 5 единиц, что выше популярных тепловых электрокотлов, вырабатывающих на 1 кВт всего 0,9-0,99 кВт тепловой энергии.

Как рассчитать мощность ГН?

При максимальной нагрузке система тепловых насосов выдает температуру теплоносителя +65 С. Но это самые высокие параметры, а оптимальными считаются показатели в пределах +45 С…+50 С, этого достаточно для подключения к системам низкотемпературного типа, например, к теплым полам.

Чтобы рассчитать коэффициент мощности и др. характеристики, следует принимать во внимание особенности эксплуатации оборудования:

1. Мощность. Для 1 м2 потребуется тепловая отдача в 0,7 кВт. Для отопления дома размером в 200 м2 нужна установка, производительность которой не ниже 14 кВт.
2. Чтобы рассчитать, сколько труб нужно для геотермального контура, берутся факторы влажности, типа грунта, заглубление уровня промерзания (средний показатель). В среднем для выработки 1 кВт теплоэнергии нужно 40-60 м водяного контура, заглубленного в грунт.
3. Затраты электроэнергии будут выше, если СОР маленький и наоборот – чем выше показатель СОР, тем меньше затраты электричества. Циркуляция теплоносителя осуществляется за счет принудительного перемещения в первичном водяном контуре, а также требуется нагнетание давления фреона в модуле компрессора, поэтому показатели СОР должны быть максимально высокими.

Сомневаясь в выборе того или иного типа установки, необходимо посоветоваться со специалистом. Учитывая приведенные параметры, мастер поможет подобрать оборудование, которое будет отвечать всем требованиям заказчика.

Производители геотермальных насосов

Внимание к бренду, марке иногда помогает определить лучший тип оборудования. В частности, самыми надежными считаются немецкие изготовители:

• Viessmann. Высокая производительность до 290 кВт, нагрев теплоносителя до +60 С, встроенные накопительные емкости – плюсы оборудования. Модель Vitocal 300-G/W Pro адаптирована под суровые климатические условия.
• Buderus. Это товарная линейка бытовых приборов отопления мощности до 60 кВт, прогревом теплоносителя до +65 С, шумовой эффект не более 40 дБ. То есть такие агрегаты можно размещать в самом доме.
• Vaillant. В линейке представлены все типы геотермальных насосов, есть серии для выкладки водяных коллекторов по дну водоемов, применения геотермальных зондов, монтажа контура ниже точки промерзания грунта. Прогрев теплоносителя до +60 С, производительность максимальная до 46 кВт. Недостаток в небольшом ассортименте оборудования, но зато качество заслуживает самой высокой оценки.
• Stebel Eltron. Это изделия частичного и полного обеспечения теплом жилых помещений. Удобство в простоте интеграции моделей в систему вентиляции летом. Производительность до 98 кВт, большой ассортимент заставит задуматься, поэтому лучше обратиться к профессионалу.

Стоимость геотермального оборудования и монтажа

Для расчета итоговой суммы сметы берутся показатели:

1. Покупка оборудования. Цена зависит от мощности модуля, производителя и составляет 1067-1600$. Дороже всего оценивается продукция немецких компаний, но тут играет роль качество, надежность и длительность срока эксплуатации.
2. Формирование участка или земляные работы. Недорого обойдется горизонтальная выкладка контура, причем можно вырыть траншеи своими силами, сократив расходы почти в 2 раза.
3. Монтаж ТН геотермального типа. Выкладку труб, подключение – все работы лучше доверить профессионалу, тут экономить нельзя.

На заметку! Почти все компании, реализующие оборудование, предлагают установку «под ключ». Цена услуги для объекта площади в 80 м2 от 4700$, для дома площади в 220 м2 от 10000$.

Преимущества и недостатки геотермальных отопительных насосов

Следует начать с отрицательных сторон:

• Высокие требования к нормативным параметрам прилегающих территорий. Станцию нельзя установить в любой точке, сначала требуется проведение геологической разведки, определение целесообразности использования оборудования.
• Высокая цена. Разовые вложения превышают возможности многих хозяев. Есть вариант воспользоваться государственной помощью, но она выдается только определенной группе льготников.
• Перемены положения контура в первый год использования. Трубы проседают, снижается скорость циркуляции пропиленгликоля, что приводит к уменьшению показателей теплоотдачи, СОР.

Важно! После истечения первого года пользования система требует профилактической проверки. Аудит проводится силами специалистов, недочеты устраняются. В этом плюс работы профессионалов – все компании дают гарантию на свои работы, и дефекты уберут бесплатно или за минимальную оплату.

Достоинства оборудования:

1. Экономичность. Не требуется запасаться твердым топливом, подводить газовую магистраль. Потребление электроэнергии минимальное. Затраты могут окупиться уже через 5 лет.
2. Функциональность. Вся система работает на обогрев зимой и кондиционирование летом. Это удобно и не придется обустраивать еще одну систему.
3. Длительный срок службы. Сам насос работает 100 лет, но некоторые узловые детали меняются раз в 30-50 лет, что намного реже, чем любое другое оборудование.

Следует знать, что в европейских странах геотермальные насосы применяются для получения тепла не только для жилых домов, но и производственных, промышленных предприятий. Экономическая выгода становится более явной, если учесть длительность срока службы, а также минимальные расходы на обслуживание и ремонт системы – последнее практически исключено, так как все узлы надежно заглублены в грунт или воду и не подвергаются механическим воздействиям.

vodakanazer.ru

Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы

Содержание:

1. Что такое тепловые насосы
2. Принцип отопления геотермальными насосами основан на сборе тепла
3. Применение водяной тепловой энергии
4. Применение воздушной тепловой энергии
5. Виды обмена тепла
6. Достоинства и недостатки тепловых насосов

При строительстве загородного дома нужно обязательно продумать систему отопления. В настоящее время существует много вариантов обогрева жилья, и один из них – использование тепловых насосов для отопления дома. С такими устройствами знакомы далеко не все, поэтому будет не лишним разобраться, что они собой представляют и какие имеет особенности.

Что такое тепловые насосы

Геотермальные тепловые насосы для отопления по принципу работы похожи на холодильник (подробнее: “Геотермальное отопление: принцип работы на примерах”). Например, в самом обычном холодильнике тепло забирается из камеры и передается в помещение, а его задняя стенка становится горячей. По такому же принципу работают и геотермальные тепловые насосы – они забирают его извне и после повышения температуры передают в дом (прочитайте также: “Тепловой насос: принцип работы – особенности и виды”).

Основное достоинство теплового насоса заключается в том, что сам он не перерабатывает тепло, а тратит электроэнергию лишь на его перемещение. Таким образом, для выработки 5 кВт тепловой энергии расходуется всего 1 кВт электричества. Как выглядит тепловой насос, можно посмотреть на фото.

Принцип отопления геотермальными насосами основан на сборе тепла

Внутри планеты находится горячее ядро, поэтому уже на небольшой глубине температура грунта значительно выше уровня замерзания воды. Так, на расстоянии 10-50 метров от поверхности (в зависимости от климата) температура почвы составляет 8-12 градусов. Что касается зон вечной мерзлоты, но в этих областях земля просто не успевает оттаять за короткий летний период. Даже здесь можно пользоваться геотермальными насосами, но источник тепла придется искать на большей глубине. Такие устройства с мелкозаглубленными горизонтальными коллекторами или вертикальными зондами забирают у грунта тепло и передают его дому.

Отопление строений с помощью геотермальных насосов очень выгодно. Эти устройства имеют высокую эффективность, так как температура почвы всегда высока. Чем она выше, тем меньше затраты электричества на транспортирование тепла. Кроме того, данная температура остается постоянной в течение всего года, поэтому система отопления будет высокоэффективной даже в самый сильный мороз.

Главный недостаток, которым обладают геотермальные тепловые насосы для отопления – это большие затраты, связанные с установкой насоса на отопление. Стоимость прибора не настолько высока, а вот чтобы пробурить пару скважин длиной несколько десятков метров, потребуются значительные финансовые вложения.

Использование горизонтального коллектора обходится гораздо дешевле, к тому же траншею для него можно даже выкопать самостоятельно всего за пару дней. Что касается установки теплового насоса, то если есть навыки в области монтажа сплит-систем, и с данным оборудованием проблем не возникнет.

Однако у горизонтальных коллекторов имеется пара существенных недостатков:

• площадь, отведенная под устройство, должна превышать квадратуру дома в несколько раз;
• данный участок не получится использовать для выращивания растений, так как многим из них не пойдет на пользу охлаждение корней.

Применение водяной тепловой энергии

Вода также служит хорошим источником энергии. Главное требование – наличие большого источника с постоянной температурой. Для отопления дома подойдет незамерзающий водоем глубиной хотя бы в 3-4 метра, желательно, проточный. Если на участке высокий уровень грунтовых вод, то также можно воспользоваться тепловым насосом (прочитайте также: “Как подобрать водяной насос для отопления”).

Монтаж системы выглядит следующим образом. На дно водоема укладывают трубу теплообменника. Чтобы она не перемещалась течением и не всплывала, ее отягощают грузом (на каждый погонный метр должно приходиться около 5 килограммов веса). Для нормальной работы теплообменника расстояние между витками трубы должно составлять минимум 1,5 метра.

Чтобы получить 10 кВт тепловой энергии (этого достаточно для отопления дома площадью 100 «квадратов» в теплом климате), потребуется установить теплообменник протяженностью около 300 метров.

Геотермальный тепловой насос, поглощающий тепло грунтовых вод, обычно представляет собой открытую схему сбора. Это означает, что по направлению течения подземного источника делают две скважины. В одну из них погружают обычный скважинный насос, функцией которого является подача воды в теплообменник. Во вторую скважину передается холодная вода.

Конечно, обнаружить грунтовые воды гораздо проще, чем незамерзающий водоем, но нужно учитывать, что резерв скважины ограничен, а эффективный теплообмен возможен лишь в том случае, если температура воды не будет опускаться до точки замерзания. Также следует помнить, что уровень воды при сдвижении пластов почвы может заметно изменяться. Бурение скважин обходится довольно дорого, а учитывая непостоянность подземных источников, вся затея может оказаться весьма проблемной.

Применение воздушной тепловой энергии

Самым доступным источником тепла является атмосферный воздух. В данном случае теплообменник представлен большим радиатором с заметным оребрением и вентилятором для осуществления принудительного обдува. Насосы похожей конструкции также используются и для подогрева воды в бассейнах.

Отопление дома обычно организуется по традиционной схеме, с использованием теплоносителя и его распространения по элементам системы. В итоге насос может не только обогревать здание, но и обеспечивать его жильцов горячей водой для бытовых нужд. 

Наружный теплообменник может быть навесным – он устанавливается на стене здания. Для мощных устройств требуется отдельный фундамент, кроме того, они передают вибрацию стенам дома, что не добавляет комфорта.

Пользуются популярностью и приборы типа «воздух-воздух». Такое оборудование отапливает помещение без помощи теплоносителя. Самый простой пример таких устройств – кондиционеры, работающие в режиме обогрева.

Самые простые модели способны отапливать только одну комнату, но если теплообменник имеет большие размеры, а компрессор довольно мощный, то прибора хватит для поддержания температуры в помещениях с общей площадью в несколько десятков квадратных метров. Также встречаются и мультисплит-системы, в которых одного внешнего блока достаточно для обеспечения тепловой энергии нескольких внутренних. Подключить такой геотермальный тепловой насос своими руками не составит труда, обладая определенными знаниями в сфере климатического оборудования.

Почти все современные приборы, относящиеся к данной категории, являются инверторными. В них переменный ток преобразуется в постоянный, благодаря чему удается легко управлять мощностью компрессора. При нагреве воздуха в помещении до нужного уровня температуры компрессор не останавливается полностью, а лишь уменьшает производительность в несколько раз. Благодаря этому такие устройства являются экономичными и долговечными, но для них вредны постоянные запуски и остановки.

В продаже встречаются и обычные сплит-системы, которые функционируют по схеме «старт-стоп» и приближаются по теплоотдаче к инверторным. Производительность таких устройств также может в несколько раз превышать потребление электроэнергии.

Выбирая сплит-системы для отопления, нужно учитывать, что их эффективность снижается при понижении температуры на улице. Также существует предельная температура, при которой эти устройства еще можно использовать. Большинство приборов разрешается эксплуатировать до температуры 15-20 градусов ниже нуля, а нижняя граница некоторых моделей составляет 30 градусов мороза. При отрицательной температуре большая часть потребляемого электричества уходит на подогрев кабелем обмерзающего теплообменника внешнего блока, за счет этого и уменьшается производительность оборудования.

Виды обмена тепла

Насосы с открытым циклом забирают подземную воду, подают ее в теплообменник и затем возвращают обратно в почву на некотором расстоянии от точки забора. Преимущество такой схемы заключается в возможности сразу получать воду для бытовых целей. Использование грунтовых источников не наносит вреда окружающей среде. Однако стоит учитывать, что эффективность такой отопительной системы не всегда одинакова, а использовать ее можно только при постоянно высоком уровне воды.

Насосы с закрытым циклом и водоразмещенным теплообменником забирают жидкость из водоема и прокачивают ее по трубам, забирая тепло. Отапливать дом таким способом удастся в том случае, если расстояние от него до водоема не превышает 100 метров. Глубина источника и береговая линия должны подходить для прокладки трубопровода. Нужно учитывать, что работа отопительной системы станет невозможной в случае промерзания водоема. Главным преимуществом метода является его невысокая стоимость по сравнению с другими.

Насосы с закрытым циклом и вертикальным теплообменником отличаются высокой эффективностью и малым энергопотреблением. В этом случае трубы, по которым прокачивается тепловая энергия, прокладываются вертикально и уходят в грунт на глубину до 200 метров. Уже на расстоянии 15-20 метров от поверхности земли температура почвы стабильна и составляет около 12 градусов. Чем глубже проложены трубы, тем выше эффективность системы. Главный недостаток метода заключается в значительных финансовых вложениях при обустройстве отопления.

Насосы с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником требуют наличия немалой свободной площади около дома. В этом случае трубы располагаются горизонтально, на глубине не меньше метра от поверхности земли. Для дома площадью 200 «квадратов» потребуется примерно 500 «квадратов» поверхности земли (подробнее: “Используем тепло земли для отопления дома”). Нужно учитывать, что на данном участке, в случае поверхностной прокладки коллектора, вряд ли получится выращивать какие-либо растения – им будет не хватать тепла. Поэтому будет разумнее углубить теплообменник на несколько метров. Основное преимущество горизонтальных устройств – гораздо меньшая стоимость по сравнению с вертикальными.

Альтернативная система отопления, смотрите подробное видео:

Достоинства и недостатки тепловых насосов

Нужно учитывать, решаясь на геотермальное отопление – тепловой насос обойдется недешево. Дорого обойдутся и работы, связанные с бурением скважин. Если сравнивать газовое и электрическое отопительное оборудование, то первое гораздо экономнее. Устройства, работающие на электроэнергии, в эксплуатации обходятся намного дороже. Однако цены на газ постоянно растут, поэтому невозможно предсказать, какая система отопления в будущем станет дороже.

Тепловые насосы удобны в использовании: они не требуют регулярного обслуживания и имеют длительный срок эксплуатации. Кроме того, при их работе не образуются вредные продукты сгорания топлива, как в случае с природным газом или древесиной. Еще одним положительным моментом является то, что можно регулировать отопление дома тепловыми насосами с помощью термостата.

Что касается выбора, то в первую очередь нужно учитывать климат региона. В холодных областях лучше использовать систему отопления, в которую тепло поступает из грунта. Вдвое дешевле обойдется применение в качестве источника тепловой энергии воды из незамерзающего водоема – такой вариант предпочтителен в местности с умеренным климатом. В теплых регионах целесообразно пользоваться инверторными кондиционерами или тепловыми насосами, извлекающими тепло из воздуха – если температура воздуха практически никогда не опускается ниже нуля, затраты на отопление будут минимальными. Читайте также: “Теплообменник для печи своими руками”.

teplospec.com

Геотермальные «ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ».

Геотермальные «ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ».

На сегодняшний день геотермальный тепловой насос является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества. Геотермальные системы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах. Толчок к развитию эти системы получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития они устанавливались в домах высокой ценовой категории, но за счет применения современных технологий геотермальные тепловые насосы стали доступны многим потребителям. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы.

К настоящему времени масштабы внедрения геотермальных тепловых насосов в мире ошеломляют:

• В США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов. При строительстве новых общественных зданий используются исключительно геотермальные тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.  
• В Швеции 70% тепла обеспечивается тепловыми насосами. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник низкопотенциального тепла воды Балтийского моря с температурой + 8°С.
• В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности.
• Общий объём продаж выпускаемых за рубежом ТН составляет 125 млрд. долларов США, что превышает мировой объём продаж вооружений в 3 раза.
• В мире по прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.

Преимущества геотермальных систем.

• Экономичность и эффективность.

Низкое энергопотребление достигается за счет высокого коэффициента преобразования системы (от 3 до 7) и позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии на выходе. Система исключительно долговечна и прослужит до 30 лет без особого внимания к себе. Срок окупаемости оборудования обычно не превышает 5 лет.

Одна установка может контролировать отопление, охлаждение и нагрев воды.

В течение всего года создается желаемый климат в помещении, система работает устойчиво, колебания температуры и влажности минимальны. Отсутствует шум. Применяется мультизональный климатический контроль.

Установка занимает минимум пространства и не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, так как нет внутреннего и внешнего блока.

Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, так как используется возобновляемая тепловая энергия земли. В окружающую среду не выделяется вредных веществ.

Надежное и долговечное оборудование, имеет срок службы до капитального ремонта более 15 лет. Работает полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.

• Безопасность.

Установки даже высокой мощности имеют высокую степень безопасности, так как не связанны с горючими или взрывоопасными материалами, процессами горения, высокими температурами.

Принцип работы.

Геотермальная теплонасосная система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле. Теплоноситель (обычно вода) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низко-потенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунта, тепло грунтовых и геотермальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (вентиляционные выбросы, промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло). Цикл осуществляется с помощью электрического двигателя. Электричество приводит в действие электродвигатель, от которого механический момент передается на компрессор. Инициируется термодинамический цикл и тепло, накопленное землей или водоемом, отбирается теплообменниками теплового насоса. Электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости, но ничего удивительного в получении дополнительной энергии нет, т.к. используется уже накопленное Землей тепло. Сегодня тепловые насосы выпускаются тепловой мощностью от 2 кВт до 200 МВт. 

Сведения о некоторых источниках низкопотенциального тепла (ИНТ). 

ИНТ	Среда промежуточного контура	Температура источника, °С
Грунтовые   воды	вода	8..10
Грунт	рассол	2..10
Речная   и озерная вода	рассол	3..15
Канализационные   стоки	вода	10..20
Окружающий   воздух	воздух	5..20
Вытяжной   воздух	воздух	15..25

  Область применения тепловых насосов.

Тепловые насосы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторах:

• в общественных зданиях с кондиционированием воздуха обычно применяют реверсивные тепловые насосы, обеспечивающие охлаждение воздуха в теплый период и нагревание в холодный период года;
• в жилищно-коммунальном секторе с помощью ТН может осуществляться автономное теплоснабжение коттеджей и отдельных зданий для отопления и горячего водоснабжения, а так же осуществляется кондиционирование в летний период года;
• на промышленных предприятиях различных отраслей тепловые насосы применяют для утилизации теплоты низкопотенциальных технологических выбросов, водооборотных систем и стоков, с целью использования такого тепла для теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения. При необходимости используется и вырабатываемый тепловыми насосами холод.

Варианты применения геотермальных тепловых насосов.

1.) Тепловые насосы открытого цикла используют грунтовые или поверхностные воды как главный источник энергии. Теплоноситель подается непосредственно из водоема, и после прохождения цикла, охлажденным возвращается обратно. При идеальных условиях, использование ТН с открытым циклом может быть наиболее экономичным типом геотермальной системы.

2.) Тепловые насосы с закрытым водоемным циклом крайне экономичны, так как при установке используется доступный водоем или река, и отсутствуют затраты на земляные работы. Спирали труб просто помещаются на дно водоема или реки.

3.) Тепловые насосы с горизонтальным теплообменником рассматриваются лишь при наличии поверхности необходимой площади. Замкнутый контур теплообменника укладывается горизонтально в глубокие (1,5 метра) траншеи, длина которых варьируется от 100 до 300 метров.

4.) Замкнутый контур теплообменника в виде U-образной трубки устанавливается вертикально в подготовленные отверстия-скважины малого диаметра глубиной 25-100 метров. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченности участка.

5.) Использование солнечных коллекторов совместно с тепловым насосом. Солнечные коллекторы и искусственные соляные водоемы используются как дополнительные источники тепла и прекрасно дополняют тепловые насосы 6 месяцев в году (с апреля по сентябрь).

Схема применения геотермального теплового насоса для отопления и горячего водоснабжения частного загородного дома.

Данная схема содержит резервные пиковые электрические подогреватели для контура отопления и приготовления горячей воды, а так же солнечный коллектор.

Где (А) – грунтовый зонд или грунтовый коллектор; (B) – распределитель рассола; (С) – датчик наружной температуры; (D) – отопительный контур; (E) – солнечный коллектор; VL – подающий трубопровод; RL – обратный трубопровод.

1. Тепловой насос с контроллером.

2. Циркуляционный насос первичного контура (рассол).

3. Циркуляционный насос вторичного контура (вода).

4. Трех ходовой переключающий клапан.

5. Буферный аккумулятор и нагреватель сетевой воды.

6. Верхний датчик температуры контура отопления.

7. Нижний датчик температуры контура отопления.

8. Циркуляционный насос системы отопления.

9. Датчик температуры горячего водоснабжения.

10. Система дополнительного электронагрева.

11. Датчик температуры отопления.

12. Датчик температуры буферного аккумулятора.

13. Циркуляционный насос коллектора.

14. Датчик температуры коллектора.

15. Система электронного регулирования. 

teplovoy-nasos.com

принцип работы и схемы размещения

Содержание статьи

Тепловые насосы используются сегодня повсеместно. Они верно служат человеку в кондиционерах и холодильниках. Это привычно и удобно.

Точно также во многих европейских странах рассматривают геотермальный насос для отопления дома. Данные изделия по принципу своей работы аналогичны всем знакомому кондиционеру, который может обогревать помещение, или охлаждать его (реверсивный тип).

Как работает геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос для отопления дома отличается от тепловых насосов аналогичных конструкций своей 100% адаптацией к любым природным явлениям и знакопеременным температурным нагрузкам. Говоря о подобных устройствах, следует понимать, что все законы термодинамики для них действуют в полном объёме и теплотехнические расчёты выполняются аналогичными способами. И не важно, какое тепло используется, будь то сгорающие дрова или геотермальные источники.

Любой тепловой насос из точки «А» тепло забирает, аккумулирует его («сжимает»), и передаёт в точку «Б». Поясним на примере холодильника. Он отбирает тепло у находящихся в нём продуктов, и, благодаря работе морозильной камеры, выводит его в то помещение, в котором установлен холодильник. При этом его задняя стенка при этом ощутимо нагревается.

Точно также функционирует геотермальный насос для дома. Только тепло аккумулируется им из грунтовых вод или почвы, а передаётся в отопительную систему здания. Здесь теплоноситель отдаёт до пяти градусов своей температуры, после чего вновь проходит по трубам, уложенным на определённой глубине во внешнем грунте (вариант, в грунтовых водах), нагревается и опять подаётся в здание. Средняя температура подземных вод, поступающих на насос, составляет порядка 10 градусов. Он охлаждает её на 8 – 9 градусов, затем возвращает в водоносный пласт под землю.

Тепло можно, согласно физическим законам, отобрать практически у любого тела, имеющего температуру, превышающую -273 градуса. При охлаждении помещения проводится реверс. Тепло, отбираемое у объекта, отводится в землю.

Особенности функционирования геотермального теплового насоса

Геотермальный тепловой насос принцип работы имеет единый для любой версии, а специфические особенности работы зависят от конструкции, типа расположения теплообменника и конкретного места установки.

Разновидности геотермальных насосов и их отличия

Количество устанавливаемых в тепловом насосе компрессоров может равняться двум или одному. В первом случае модель существенно дороже, но и значительно более надёжна и обладает большим показателем моторесурса. Ещё один серьёзных плюс таких конструкций заключается в том, что при выходе из строя одного насоса, отапливать помещение во время ремонта возможность сохраняется. Пусть и не в полном объёме.

Геотермальный тепловой насос для отопления дома, чаще всего, имеет внешний коллектор, изготовленный из полиэтиленовой трубы, диаметр которой может составлять от 25 до 40 миллиметров, по которой, в качестве теплоносителя, циркулирует незамерзающий гликоль (в водном растворе). Ряд геотермальных насосов имеет коллекторы, выполненные из медных труб, диаметр которых лежит в диапазоне 6 – 10 мм, а в качестве теплоносителя используется фреон.

В зависимости от выбранного диаметра полиэтиленовая труба имеет стенки различной толщины, от двух до 2,4 мм, что обеспечивает надёжность работы и повышенную прочность.

Геотермальные тепловые насосы nibe, работающие с ПЭ коллекторами, сложнее в конструктивном плане, но они существенно более надёжны, чем аналоги с медными коллекторами.

При расчете и последующем монтаже в обязательном порядке требуется неукоснительно соблюдать требования изготовителя используемого оборудования и действующими нормативами. Поэтому установка геотермального насоса должна выполняться исключительно профессиональными монтажниками.

Схемы размещения и этапы установки геотермального насоса

Обмениваться теплом с внешней средой подобные насосы могут несколькими способами. В настоящее время монтаж геотермального теплового насоса может выполняться следующим образом:

1. Изделия с открытым циклом используются для забора подземных вод из плывуна, прокачивается через здание и возвращается обратно на определённом расстоянии от того места, где выполняется водозабор. Достоинство метода – возможность параллельно с отоплением решать вопрос обеспечения водоснабжения объекта. Применение указанной версии не нарушает уровня подпочвенных вод в горизонте, а если скважины забора и возврата выполнены технически корректно, то работа системы полностью исключает какое-либо негативное воздействие на экологию. Система демонстрирует круглогодичную стабильную и надёжную работу.
2. Геотермальный тепловой насос, принцип работы которого основан на использовании закрытого цикла, оборудованный теплообменником, уложенным под поверхностью земли горизонтально. При этом глубина заложения последнего составляет ≥ 4 метра. Этот вариант именуется коллектором поверхностным. Главным минусом является достаточно высокая вероятность повреждения при выполнении на участке земляных работ. Чтобы отопить объект площадью в 200 кв. м, потребуется развернуть коллектор на пятистах кв. метрах. Если в районе его размещения растут крупные деревья, то трубы коллектора не рекомендуется укладывать ближе 1500 мм от кроны последних.
3. Геотермальный насос для отопления дома с закрытым циклом и теплообменником, размещённым в грунте вертикально. Предусматривают заглубление труб коллектора на 50 и более метров (до 100). Обычно подобные теплообменники принято именовать зондами. Поскольку на глубинах, превышающих 8000 мм, от поверхностного слоя температура стабильна (значение варьируется в зависимости от регионов), указанная версия позволяет обеспечить работу с максимальной эффективностью, минимально расходовать электроэнергию от внешних источников и получать на выходе достаточно дешёвое тепло. При этом на каждый киловатт потреблённой электроэнергии на выходе получается почти 5 кВт энергии тепловой. Однако установка подобного насоса требует значительных первичных затрат на проведение бурения.
4. Геотермальные насосы, принцип работы которых основан на заборе тепла, потребного для отопления объекта, из наружного воздуха, именуются воздушными. На территории России широкого распространения они не получили. Они забирают тепло, потребное для отопления объекта, из наружного воздуха. На постоянной основе это возможно только на территориях, расположенных значительно южнее, т.к. при температурах ≤ пяти градусов эффективность указанных моделей стремится к нулю, а потребление электроэнергии существенно возрастает.

Загрузка…

vse-otoplenie.ru