Тепловой грунтовый насос – Грунтовый тепловой насос — Отопление

Содержание

Тепловой насос для отопления дома

В условиях ухудшения экологической обстановки в мире и (что более актуально для рядового потребителя) стремительного роста тарифов на газ и электричество все больше европейцев старается внедрить в свою повседневную жизнь системы, использующие альтернативные источники энергии. Один из вариантов подобных систем – так называемый тепловой насос, посредством которого можно отапливать свое жилище в зимний период и нагревать воду для бытовых нужд, расходуя на это минимум электроэнергии.

В домах наших соотечественников в последние годы тоже все чаще можно встретить это чудо инженерной мысли. Конечно, для россиян проблема высоких цен на традиционные энергоносители пока стоит не так остро, как в Европе, но, во-первых, это лишь до поры до времени, а во-вторых, не хочется отставать от цивилизованного мира…

Итак, тепловой насос… Что это такое? На чем основан принцип его действия? Откуда, куда и как он перекачивает тепло? Давайте разбираться.

Принцип работы теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру. И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние. Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C. На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние. Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины. Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство. В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Разновидности тепловых насосов и систем

Тепловая энергия, расходуемая на отопление здания и систему горячего водоснабжения, является результатом преобразования энергии окружающей среды, осуществляемого с помощью теплового насоса. Насос концентрирует эту низкопотенциальную (низкотемпературную) энергию и передает ее системе отопления.

Осталось разобраться, что в данном случае подразумевается под энергией окружающей среды. Большинство тепловых насосов бытового назначения позволяют использовать тепло Солнца и внутреннее тепло Земли, накапливаемые верхними слоями земной коры и водой в течение всего года.

По типу конструкции первого контура теплообменника все тепловые насосы делятся на грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тепловые насосы получают тепло, необходимое для подогрева хладагента в испарителе, от грунта. Температура последнего на глубине нескольких метров практически не подвержена сезонным колебаниям. По замкнутой системе труб, размещенных в грунте, циркулирует «рассол». Слово «рассол» мы не случайно взяли в кавычки: соли, как этого можно было бы ожидать исходя из названия, он не содержит. На самом деле это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола. Трубы теплообменника могут быть уложены в грунте как горизонтальным (горизонтальный коллектор), так и вертикальным (геотермальный зонд) способом.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в землю на глубине ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (обычно 1.5-2 м). Теплообменная система этого вида занимает достаточно большую площадь. Например, для обеспечения теплом сравнительно небольшого дома площадью 100 м2 потребуется выделить 2-3 сотки земли. Следует принять во внимание, что на территории, занятой коллектором, можно садить лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки и вовсе нельзя.

Геотермальный зонд – это теплообменник, трубы которого располагаются вертикально и погружены в грунт на глубину до 100-200 м. Количество устанавливаемых зондов зависит от требуемой мощности установки. Для обогрева дома, уже рассматриваемого нами выше в качестве примера, достаточно будет двух зондов длиной около 80 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга.

Как видите, для размещения этой системы не требуется больших площадей, вы можете пробурить скважины в любой части вашего участка – там, где вам это удобно. Главный недостаток грунтовых тепловых насосов с геотермальными зондами – высокая стоимость работ по бурению скважин. Однако, невзирая на это, большинство пользователей отдает предпочтение именно этим системам, ведь геотермальные зонды обладают большей эффективностью, чем горизонтальные коллекторы, и имеют при этом меньше ограничений.


Бурение скважины для геотермального зонда.

Водяные тепловые насосы

Водяной тепловой насос «черпает» энергию грунтовых вод, которые прокачивает через свой испаритель. Подобная система отличается повышенной эффективностью и неплохой стабильностью: первая характеристика является результатом высокой теплоотдачи воды, вторая обусловлена постоянством температуры грунтовых вод.

Разумеется, чтобы использовать установку такого типа, требуется, чтобы эти самые грунтовые воды имелись на вашей территории, причем в достаточно большом количестве. Очень желательно, чтобы водоносный слой располагался не глубже 30-40 м. Одновременное выполнение этих двух условий – явление нечастое. Еще одним условием, невыполнение которого может стать препятствием для установки водяного теплонасоса в вашем доме или коттедже, является низкое содержание в грунтовых водах солей железа и прочих примесей.

Использование воды низкого качества приведет к тому, что оборудование быстро выйдет из строя, поскольку теплообменник попросту забьется. Наличие такого количества ограничений является причиной того, что подобные тепловые насосы, несмотря на всю их привлекательность, устанавливают нечасто (около 5% от всех реализованных проектов).

Воздушные тепловые насосы

С точки зрения простоты монтажа воздушные тепловые насосы обладают огромным преимуществом перед своими «собратьями». Для использования окружающего воздуха в качестве источника тепла вам не придется бурить скважины или проводить какие-то другие крупномасштабные грунтовые работы. В результате, если заложить в смету стоимость работ по установке оборудования, воздушный насос обойдется вам значительно дешевле, чем водяной или грунтовый.

Несмотря на столь весомое достоинство, идеальным этот вид климатического оборудования не назовешь, поскольку есть у него и существенный недостаток. Такой насос эффективно работает лишь при температуре окружающего воздуха выше –15°C…–20°C. Падение температуры ниже этой границы, что в зимний период не является редкостью в большинстве регионов нашей страны, ведет к существенному уменьшению коэффициента эффективности воздушного теплонасоса.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не пояснить, что это такое, тем более что это важная характеристика тепловых насосов, позволяющая сравнивать насосы разных типов между собой.

Коэффициент эффективности (называемый также коэффициентом трансформации) – это отношение выработанной насосом тепловой энергии к потребленной им электрической. По сути это КПД теплового насоса. В случае водяных теплонасосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от времени года. Это означает, что при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии установка вырабатывает 5 кВт*ч тепловой энергии.

У грунтовых насосов величина коэффициента эффективности чуть ниже – от 4 до 4.5. И, наконец, самым маленьким коэффициентом характеризуются воздушные тепловые насосы, при этом их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0°C величина коэффициента равна ~3.5, а при –20°C он уже не превышает 1.5 (при такой низкой эффективности насос попросту не окупится, и имеет смысл подумать о приобретении более дешевого климатического оборудования, например электрического котла).

Некоторые менеджеры, рекламируя реализуемые ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов в том, что данное оборудование имеет КПД 400-500%. Разумеется, ни о каком нарушении законов термодинамики речи не идет. Просто в данном случае расчеты намеренно делаются неправильно: не учитываются источники энергии, отличные от потребляемого электричества, – воздух, вода или грунт, нагретые Солнцем и геотермальными процессами. Когда при расчете КПД учитывают только электроэнергию и забывают про источник низкопотенциального тепла, как раз и получается величина больше 100%.

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Познакомившись с приведенными выше описаниями различных типов тепловых насосов, вы без труда сами сможете ответить на вопрос, какой насос больше всего подходит для эксплуатации в условиях российского климата.

Воздушные тепловые насосы пригодны для применения лишь в ограниченном числе регионов нашей страны – там, где температура воздуха зимой почти не опускается ниже нулевой отметки. Разумеется, жителям Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России о воздушных тепловых насосах не стоит и размышлять.

Для применения водяных тепловых насосов есть много ограничений. О некоторых из них мы уже рассказывали, осталось упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Если даже какому-нибудь жителю Восточной Сибири или севера Дальнего Востока «повезло», и на его участке есть грунтовые воды, залегающие не слишком глубоко, то все равно эти грунтовые воды находятся в виде льда, а значит, не пригодны для использования в системе отопления.

Таким образом, большинству наших соотечественников приходится рассчитывать на единственный, беспроигрышный, вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в условиях российского климата больше подойдет насос не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достигнуть глубины, где температура грунта более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой. Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C. Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома. Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками. Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.


Воздушный тепловой насос.

Советы и рекомендации

Тепловой насос – оборудование технически сложное и достаточно дорогое, поэтому подходить к его выбору следует с большой ответственностью. Чтобы не быть голословными, приведем несколько вполне конкретным рекомендаций.

1. Никогда не приступайте к выбору теплового насоса без предварительного проведения расчетов и создания проекта. Отсутствие проекта может стать причиной фатальных ошибок, исправить которые можно будет лишь с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.

2. Доверить проектирование, монтаж и сервисное обслуживание теплового насоса и системы отопления следует только профессионалам. Как убедиться в том, что в данной компании работают профессионалы? В первую очередь, по наличию всей необходимой документации, портфолио реализованных объектов, сертификатов от поставщиков оборудования. Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг предоставляла одна компания, которая в данном случае будет нести полную ответственность за реализацию проекта.

3. Советуем вам отдать предпочтение тепловому насосу европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что он дороже китайского или российского оборудования. При включении в смету стоимости работ по монтажу, запуску и отладке всей системы отопления разница в цене насосов будет практически незаметна. Но зато, имея в своем распоряжении «европейца», вы будете уверены в его надежности, поскольку высокая цена насоса – это лишь результат использования при его создании современных технологий и высококачественных материалов.

Вам будет интересно

srbu.ru

Геотермальный тепловой насос вода-вода - все о геотермальном отоплении грунтовым тепловым насосом

Геотермальный тепловой насос – вид теплового насоса, который в качестве источника энергии использует тепло земли. Из всех насосов у него самый высокий и стабильный КПД, не зависящий от уличной температуры. Поэтому, его можно использовать в качестве альтернативы газовому котлу.

Далее в статье разберем принцип геотермального отопления: как работает грунтовый тепловой насос вода-вода, из чего состоит и когда его лучше применять.

Почему грунт эффективен

Любой тепловой насос в первую очередь использует электроэнергию, которую в дальнейшем посредством природного тепла (из земли, воды, воздуха и т.п.) преобразовывает в тепло. Соотношение потребленной электроэнергии к полученному теплу называется коэффициентом преобразования — СОР.

Подробнее см. в статьях: принцип работы теплового насоса и отопление тепловым насосом.

Геотермальное отопление одно из самых эффективных, так как у земляных тепловых насосов очень высокий СОР (КПД) = 1:3,5-5, который не зависит от уличной температуры или времени года. На каждый вложенный 1кВт электрической энергии он выдает от 3,5-5кВт тепловой.

Это происходит потому, что грунт — хороший и надежный источник тепла: он накапливает в себе солнечную энергию и его температура стабильна в течение года. Это позволяет грунтовому тепловому насосу постоянно извлекать из земли достаточное количество тепла необходимое для покрытия его отопительной мощности.

Устройство грунтового теплового насоса

Он состоит из двух основных блоков:

  1. Внутренний – основной блок, который устанавливается в котельной и преобразовывает тепло получаемое из земли;
  2. Внешний блок – трубы, закопанные в землю. Внутри них постоянно циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у грунта . Укладка трубы может осуществляться горизонтально и вертикально.

Поэтому геотермальный насос также называют вода-вода или вода-воздух. Первое слово означает в каком виде насос получает тепло — в жидком, а второе — во что он её преобразовывает. «Вода-вода» означает, что насос получает тепловую энергию посредством жидкости и преобразовывает её в также в жидкость (греет воду в системе отопления). Если же насос типа вода-воздух, это значит, что он греет воздух в помещении через фанкойлы (внутренние блоки кондиционеров).

Горизонтальный коллектор

Трубы укладываются параллельно земле в специально подготовленных траншеях ниже уровня промерзания грунта  – 0,8-1,5 метра. Расстояние между траншеями должно быть не менее 1,5 метров, а ширина самой траншеи – 50-70см. Это делается с целью предотвратить переохлаждение грунта. Иначе геотермальный тепловой насос не сможет получать достаточное количество энергии.

Длина труб и площадь траншеи зависят от:

  • Мощности теплового насоса – чем выше мощность насоса, тем больше должна быть площадь участка земли
  • Теплоотдачи грунта. Все грунты имеют разную теплоотдачу. В среднем для горизонтальной укладке труб теплоотдача грунта равна 15-35Вт/м2.

Главный недостаток грунтового коллектора – требуется большая территория для укладки трубы. Причем, эту территорию нельзя будет использовать под застройку или посадку деревьев.

Вертикальный зонд

В скважину глубиной от 10 до 100м опускается специальная U-образная труба. Такая укладка обеспечивает более высокую эффективность работы грунтового теплового насоса — 1:4-5 за счет того, что температура грунта на глубине всегда больше, чем у поверхности.

Для вертикального зонда требуется намного меньше места, чем для горизонтального коллектора. Расстояние между двумя соседними скважинами должно быть не менее 5-6 метров и поэтому такой способ монтажа может использоваться на маленьких участках. С другой стороны бурение скважины стоит дороже рытья траншеи и часто требует специальных разрешений (при бурении больше определенной глубины).

Сравнение требуемой площади земли для коллектора и зонда

Проведем простой расчет. Предположим, что нужно установить геотермальный тепловой насос мощностью 10кВт. Средняя тепловая мощность грунта для горизонтального коллектора – 25Вт/м2, для скважины – 50Вт/м глубины скважины.

  • Грунтовый коллектор: 10 000/25= 400м2 требуемая площадь отбора тепла. Важно учесть, что на каждый 1м2 площади отбора должно быть уложено 1,4-2 погонных метра трубы. Поэтому необходимая длина трубы равняется 400×1,43=572м. То есть, чтобы получить необходимую тепловую мощность в землю нужно закопать 572 метра трубы. Это могут быть 6 равных веток длиной по 95м с шириной траншеи 50см. Для этого понадобится участок земли размером 95х12м и площадью 1140м2.
  • Вертикальный зонд: 10 000/50 = 200м требуемая длина трубы. То есть, в землю достаточно уложить 2 ветки трубы длиной по 100м с расстоянием между собой 5-6 метров.

Для визуального сравнения ниже приведено изображение участков с сохранением пропорций.

Скрытые утечки тепла в частном доме

  1. 15 скрытых утечек тепла в частном доме, о которых вы не догадываетесь
  2. 7 ошибок монтажа в окнах, которые образуют сквозняки и увеличивают тепловые потери
  3. Как ваш дом охлаждается через вентиляционные каналы

Когда оправдано геотермальное отопление

Грунтовый тепловой насос вода-вода позволяет экономить газ. Но важно не забывать и о сроке окупаемости, который может быть очень и очень большим. Если же выбирать между газовым котлом и насосом, то вот когда наиболее целесообразно будет использовать последний:

  1. Участок не подключен к газу. Тогда лучше заплатить за монтаж теплового насоса, чем газификацию участка (если такая возможность вообще есть).
  2. У вас есть свободные деньги, которые вы хотите удачно вложить и сохранить. Грунтовый тепловой насос вода вода послужит своеобразной инвестицией.
  3. Вы получили насос бесплатно и есть желающие за бесценок выполнить земляные работы

Ставить насос ради экономии газа с учетом текущих тарифов и стоимости оборудования нецелесообразно. Для этих целей следует рассмотреть такие варианты как солнечные коллектора, камин с водяным контуром или предпринять ряд энергосберегающих мер.

Выводы

Главная особенность грунтового теплового насоса – высокая эффективность независимо от уличной температуры и времени суток. Он может постоянно обеспечивать здание тепло и является полноценной заменой газовому котлу.

Существует 2 способа укладки трубы в землю: горизонтальный и вертикальный.

  • Горизонтальный коллектор дешевле и проще в монтаже, однако он требует большую свободную территорию для укладки трубы;
  • Вертикальный зонд занимает гораздо меньше места на участке и работает с большим КПД.  Однако из-за высокой стоимости, его установка может не окупиться.

Геотермальный тепловой насос лучше всего использовать если участок не подключен к газу. Во всех остальных случаях, затраты на покупку и установку всего необходимого оборудования могут не окупиться и экономический эффект не будет достигнут.

term.od.ua

Тепловой насос грунт-вода (грунтовый), земля-вода (земляной)

Альтернативные источники энергии в наше время достаточно актуальны. Установка тепловых насосов частое явление сегодня, так как тарифы на газ и электроэнергию стали достаточно большими и люди стараются сократить свои растраты. Земляной тепловой насос (рис. 1) – это устройство, которое берет тепловую энергию из грунта и передает ее воде в системе отопления.

Следует отметить, что грунт является хорошим источником тепла, которое не иссекается, так как грунт вбирает солнечную энергию и тепло недр. Земля сохраняет стабильную температуру не зависимо от времени года и погодных условий. Например, на глубине 4 - 5 метров температурный режим может быть уже от 80С и до 120С.

Рис. 1 Схема работы насоса грунт-вода

Конструкция и принцип работы теплового насоса

Конструкция системы с тепловым насосом земля-вода:

  • Земляной зонд или коллектор;
  • Теплообменник, который транспортирует тепловую энергию к внутреннему контуру;
  • Компрессор;
  • Теплообменник, который передает тепловую энергию в систему отопления;
  • Система отопления и горячего водоснабжения внутри дома.

Система грунтового теплового насоса имеет в своей схеме 3 контура. Внешний контур находится в земле, собирая там тепловую энергию. Второй контур – это сам тепловой насос, теплоноситель попадает в испаритель, где температура поднимается. А третий контур – это уже непосредственно система отопления в доме, в которой циркулирует вода.

За 1 час циркулирует 2-3 м3 теплоносителя. Этот теплоноситель нагревается в земле на 5-70С. Земляной зонд теплового насоса грунт вода, то есть теплообменник, который закопан на определенную глубину, собирает тепловую энергию. И с помощью теплоносителя эта энергия переносится в тепловой насос, а именно в испаритель. Теплоносителем может быть антифриз или смесь воды и пропиленгликоля или этиленгликоля. Часто в системе циркулирует фреон (хладагент) в жидком состоянии, который в испарителе сжимается и превращается в газ. Особенностью фреона является то, что он закипает при низкой температуре. Когда он закипает, то расширяется и пары, которые образуются, попадают в конденсатор.

Далее это тепло попадает к другому теплообменнику, в котором циркулирует уже вода для системы отопления дома. После того как фреон остыл, он обратно преобразуется в жидкое состояние, и циркулирует в грунтовой теплообменник. Процесс начинается заново.

Внешний теплообменник устройства грунт вода выглядит как полиетиленовая тонкостенная труба, ее диаметр может быть 4 см. Приблизительный расчет длины змеевика, который закапывается, такой: 5 погонных метров трубы соответствует 1 м2 площади дома. Можно сделать вывод, что если площадь дома 150 м2, то длина змеевика должна быть 750 метров погонных.

Важно соблюдать все дистанции. Например, нужно укладывать теплообменник на 3 метра от дома или других построек. Глубина, на которую ложится труба, не должна быть меньше 1,4 м.

Виды коллектора грунт вода

Коллектор грунтового теплового насоса может быть двух видов (рис. 2):

  • Вертикальный;
  • Горизонтальный.
Рис. 2 Виды коллекторов для грунтовых насосов: вертикальный и
горизонтальный

Вертикальный коллектор – это длинный трубопровод, опущенный в скважину длина, которой составляет от 40 до 150 м. Этот вид теплообменника лучше горизонтальных тем, что на такой глубине температура больше. Если скважина очень глубокая то теплообменник оснащается еще защитной обсадной трубой, а если глубина сравнительно не большая, то это не обязательно. Но значительным недостатком такого способа размещения коллектора является высокая стоимость такой скважины.

Конечно, специалисты рекомендуют бурить скважину глубже. Но если техника или почва не позволяют, то можно сделать несколько скважин. Например, можно сделать одну скважину глубиной 80 м, а можно 4 скважины по 20 м. Главное чтобы суммарный результат получился достаточным для отопления дома. Может быть каменистая почва, с которой достаточно тяжело работать, в ней можно пробурить скважины не более 15-20 метров.

Горизонтальный коллектор (рис. 3) – этот вид грунтового коллектора для насоса грунт вода выглядит как трубопровод, который выложен в горизонтальном положении на определенную глубину, под слоем земли. Этот коллектор легко устанавливается.

Рис. 3 Внешний контур насоса грунт-вода

Площадь, на которую устанавливается коллектор земляного теплового насоса достаточно большая в отличие от вертикального варианта, на который нужен небольшой кусочек земли. Как правило, горизонтальный теплообменник занимает от 25 до 50 м2, а может и больше, смотря какая отапливаемая площадь. Негативным фактором этого варианта является то, что территория с этим коллектором может использоваться только под газон.

Зависимо от различных обстоятельств теплообменник может укладываться зигзагом, петлями, змейкой и т.д. Очень важно, какая теплопроводность у грунта, в который устанавливается теплообменник. Это зависит от качества земли, например, если почва влажная, то теплопроводность больше, а если почва песчаная, то теплопроводность маленькая. Если есть много петель в теплообменнике, то в комплектации обязательно должен быть циркуляционный насос.

Преимущества и недостатки насосов грунт вода

Тепловой насос грунт-вода имеют такие преимущества:

  • Автономность установки. Насос грунт вода не зависит от энергоносителей, для потребления этой тепловой энергии не нужны никакие разрешения и проекты.
  • Экологичность. Тепловые насосы это установки, от которых нет вредных выбросов в атмосферу, а также используется неиссякаемая энергия Земли.
  • Безопасность. Это отопление безопасно, так как максимальная температура здесь достигает 600С, а значит оборудование пожаробезопасно и взрывоопасно.
  • Универсальное оборудование. Грунтовой насос можно использовать совместно с газовым или другим котлом.
  • Небольшие затраты при эксплуатации грунтового насоса. Установке грунт вода не нужно никакое дополнительное обслуживание.

Недостатки земляных тепловых насосов:

  • Высокая стоимость. Сама по себе установка стоит достаточно дорого, а также, чтобы ее установить, нужны большие затраты. Работа спецтехники, установка теплообменника и т.д. это все дорогостоящие услуги. Это оборудование намного дороже котельного оборудования.
  • Срок эксплуатации грунтового насоса становит около 25 лет. С такой стоимостью это не так уж и много. После этого срока, как правило, нужен либо ремонт, либо бурение другой скважины.

Отопление тепловым устройством грунт вода

Квалифицированные специалисты рекомендуют при установке земляного теплового насоса обустроить в доме систему теплых полов. Так как особенностью этого отопления является то, что нужно большие радиаторы, а это не слишком красиво. Поэтому можно обустроить теплые полы и дополнительно небольшие радиаторы.

Дом должен быть подготовленным, то есть полностью утепленным. Так как чем лучше утеплен дом, тем меньше будет тепловых потерь. Также следует отметить, что температура при работе теплового насоса типа грунт-вода не достигает такого уровня, как при отоплении котельным оборудованием, а значит нужно предпринять все меры, чтобы тепло не выходило.

Если на участке где устанавливается змеевик, проходит водопроводная труба, то беспокоиться не стоит, так как никакого воздействия на нее грунтовый теплообменник не будет оказывать.

Конечно, цельной трубы для земляного коллектора такой длины не найти, по этому они будут устанавливаться бухтами, и между собой соединяться специальными муфтам (рис. 4) и, как правило, бухты длинной 100-200 м.

Рис. 4 Соединение труб муфтами в земляном коллекторе

Тепловой насос земля-вода питается от электрической сети 220В или 380В. Так как циркуляционный насос работает только от электричества. Грунтовое тепловое устройство потребляет электрической энергии в 4-5 раз меньше, чем вырабатывает тепловой энергии. Экономия очевидна. То есть на 1 кВт электроэнергии приходится 4-5 кВт тепловой энергии.

Теплоноситель для теплового насоса

Фреон – это вещество, которое относится к искусственным синтезированным газам. Этот газ используется не только в работе грунтового устройства грунт вода, но также в конструкции холодильников и кондиционеров. Когда фреон нагревается до +30С, он начинает закипать и переходит в газообразное состояние. В компрессоре он сжимается до 26 атмосфер.

Рис. 5 Вход труб внешнего контура в дом

Именно под воздействием такого давления температура этих газов поднимается до +600С, а иногда и до +750С. Но когда происходит теплоотдача воде в системе отопления, то теряется от 10 до 150°. Отдав тепло, фреон остывает, показатель давления опускается до 4 атмосфер. Это так называемый эффект дросселирования. Далее происходит полное охлаждение до 00С, и фреон переходит опять в жидкое состояние.

Статьи по теме:

Тепловой насос для отопления дома

kotlomaniya.ru

Тепловой насос для отопления дома. Принцип работы и расчета

Грунтовой геотермальный тепловой насос для отопления дома обеспечивает в нашем климате значительно более низкую стоимость отопления, чем водяная система. Существенное влияние на его эффективное действие, имеет правильно спроектированный и изготовленный грунтовый теплообменник.

Для кого разрабатываются геотермальные тепловые насосы.

Когда отопительная система еще находится в стадии проекта, не проблема настроить ее параметры для каждого теплового насоса.

Как правило, не существует препятствий для выполнения теплообменника, необходимого для получения тепла из грунта.

Необходимо знать, что тепло в грунте на глубине 1,5 м, поставляется почти исключительно из атмосферных осадков и солнечной энергии. Так что поверхность над теплообменником, по возможности, должна быть свободна и должна пропускать воду. Не допускается посадка на нем растений, корни которых могут в будущем повредить трубу.

Также нужно брать во внимание то, что действие теплового насоса приводит к снижению температуры почвы на несколько градусов, что нарушает вегетацию растений. В связи с этим монтаж грунтового теплового насоса на благоустроенной даче, часто слишком громоздок.

Геотермальные тепловые насосы — нужно ли разрешение на строительство или уведомление?

Среди перечисленных в действующем законодательстве строительных работ, выполнение которых не требует разрешения на строительство или уведомления, является установка теплового насоса. Но это не касается теплообменника. Но поскольку от обязанности получения разрешения освобождаются индивидуальные очистные сооружения сточных вод, требующие выполнения аналогичных земляных работ, то при строительстве горизонтального теплообменника в земле, на практике, также разрешение на его строительство может не потребоваться (лучше уточнить это в районных городских управлениях). Иначе, достаточно сообщить о намерении построить и подождать 30 дней для получения согласования.

Земляные работы, связанные с монтажом такой установки могут подлежать ограничениям, предусмотренным водным кодексом, в случае проведения работ в защитной зоне водозабора.

А постройка вертикального теплообменника производится в соответствии с положениями законов геологического и горного Права. В этом случае требуется разработка проекта геологических работ, который необходимо предоставить в компетентные органы администрации не позднее, чем за восемь недель до предполагаемого срока начала работ.

Собираясь проводить буровые работы необходимо подать пакет документов с заявкой в компетентные органы Государственной администрации, не позднее, чем за две недели до предполагаемого срока их начала. Бурение может быть выполнено только лицами с соответствующей квалификацией, в соответствии с выданным ордером на земляные работы.

Геотермальные тепловые насосы в нашем климате.

Температура грунта более стабильна, чем воздуха, поэтому грунтовой тепловой насос не должен работать в широком диапазоне температур испарителя и его компоненты могут быть благодаря этому дешевле, чем воздушного насоса, с хорошими параметрами. На некоторой глубине под поверхностью земли, называемой глубиной промерзания, температура всегда выше 0 градусов по Цельсию.

Глубина промерзания грунта в России нормируется СНиП 2.01.01-82, в котором эта глубина варьируется от 0,8 м до 2,4 м. Применяется также расчетный метод. На местном уровне, температура грунта может отличаться от этих значений (грунт может быть охлажден, например, от сильного ветра). Однако, на глубине большей, чем 1,5 м грунт всегда имеет плюсовую температуру. Чем глубже, тем температура грунта более стабильна – его не охлаждает холодный воздух, но он и меньше нагревается в результате воздействия солнечных лучей.

Как действует грунтовой тепловой насос? Принцип работы.

Для получения тепла из грунта нужен грунтовый теплообменник. Для этого просто помещается в землю труба, образующая петлю, в которой циркулирует жидкость — в народе ее называют рассолом. Петля (на практике их бывает несколько) проходит через испаритель теплового насоса, где температура рассола понижается и становится ниже, чем температура грунта. Проходя далее по трубе в земле, рассол постепенно нагревается. В конце снова попадает в испаритель, где отдает тепло.

Таким образом, рассол является посредником в обмене разницы температур между почвой и испарителем насоса.

Теплообменник может быть горизонтальный или вертикальный. В выборе решения помогает размер земельного участка – для изготовления горизонтального теплообменника требуется несколько сотен квадратных метров, а на вертикальные зонды достаточно несколько десятков.

Важно, чтобы объем теплообменника был большим – на весь отопительный сезон насос получает из грунта несколько мегаватт-часов тепла. Если он слишком мал, то подвергается чрезмерному охлаждению и, как следствие, насос не может правильно работать. Система управления грунтового теплового насоса, как правило, выключает его, когда температура рассола снижается до -7°С, потому что ниже этого значения ход процессов в контуре чрезмерно нарушается.

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным теплообменником.

В случае теплообменника из труб расположенных горизонтально, оптимальной считается глубина 0,2 — 0,5 м ниже границы промерзания. Однако, если на относительно небольшой глубине находится водоток, то лучшим решением является размещение труб именно в нем. Тогда тепловой насос достигает более высокого коэффициента производительности Кп.

Трубы горизонтального теплообменника укладываются в заранее подготовленном котловане с размерами, соответствующими требуемой поверхности теплообменника. Ведут их в виде змеевика (изгибами) по всей поверхности котлована, с соблюдением определенных интервалов между соседними участками. Интервалы не должны быть меньше, чем 0,4 м и не больше, чем 1,2 м с учетом вида грунта, из которого вытекает его способность к „регенерации” (добавления тепла). Чем дольше поверхность грунта замерзшая, тем больше должен быть интервал.

Нужно помнить, что тепловая мощность теплообменника не вытекает из длины трубы, только от поверхности грунта, на котором она уложена. Небольшие зазоры не позволяют получать от него большего количества тепла, по причине необходимости применения длинной трубы. Это выражается в большей стоимости инвестиций, а также эксплуатации, потому что для перекачивания рассола через длинную трубу, необходим циркуляционный насос с большей мощностью. Из-за этого слишком большого зазора между трубами происходит то, что тепло не поступает в проектном количестве, так что мощность теплообменника получается меньше.

Проект грунтового теплообменника.

Проектирование грунтового теплообменника соответствующего размера — это ключ к правильной работе теплового насоса. Для расчета необходимой его величины требуется информация о требуемой мощности теплового насоса. Если ее нет в технических характеристиках устройства, то достаточно знать, что она соответствует тепловой мощности, уменьшенной на мощность компрессора. Если мы не знаем, какую мощность имеет компрессор, но у нас есть информация о коэффициенте производительности Кп, то мощность охлаждения вычислим с достаточной точностью по формуле:

Qохл = (Кп – 1)/Кп • Qотопл.

Нужно обратить внимание, чтобы подставленные значения были достигнуты при температуре, соответствующей той, которая царит как в грунте, так и в отопительной системе во время работы насоса на полную мощность (например, 0/35 – температура рассола 0 градусов Цельсия, системы отопления 35 градусов Цельсия).

Расчет поверхности теплообменника горизонтального грунтового теплового насоса.

Сила, с которой грунтовый теплообменник передает тепло, зависит от типа почвы, а именно от ее влажности. В зависимости от этого, для расчета поверхности горизонтального теплообменника принимают следующие значения тепловой мощности грунта qg (для полиэтиленовых труб):

  • песчаный сухой – 10 Вт/м2
  • песчаный, влажный – 15-20 Вт/м2
  • глинистый сухой – 20-25 Вт/м2
  • глинистый, влажный – 25-30 Вт/м2
  • мокрый (водоносный) – 35-40 Вт/м2.

Конечно, это ориентировочные значения.

Трудно оценить, является ли грунт таким же по всей области, предназначенной на теплообменник до тех пор, пока не начнут его строить, поэтому для расчета лучше принять меньшее значение. В правильно сделанной системе компрессор теплового насоса работает от 1800 до 2400 часов в год, производительность тепла грунта приводит к удлинению рабочего времени.

Поверхность теплообменника рассчитывают по формуле:

А = Q/qg

Пример: потребность дома в энергии для отопления составляет 14 кВт, и насос будет их удовлетворять в полном объеме (должен работать в системе моновалентной). Выбранное устройство получает тепловую мощность (отопления) 14 кВт для параметров 0/35, достигая при этом коэффициента эффективности Кп = 4,5. Мощность охлаждения составляет, следовательно, Qохл = (4,5-1)/4,5 • 14 = 10,9 кВт, то есть 10900 W. Теплообменник должен быть изготовлен в грунте, глинистом сухом, поэтому его площадь должна составлять А = 10 900/20 = 545 м2. Обращается внимание на то, что в случае водоносного грунта теплообменник может быть в два раза меньше, но если грунт песчаный, то его площадь займет более 1000 м2. В такой ситуации лучшим решением является размещение труб по вертикали.

Теплообменник вертикального грунтового теплового насоса.

Тепловой насос достигает более высокого коэффициента производительности Кп, когда трубки теплообменника располагаются в земле вертикально – на глубине 40-150 м. Это связано с тем, что на глубине ниже 10 м температура грунта составляет круглый год примерно 10 градусов Цельсия – то есть зимой почти на десять больше, чем на глубине 1,5 метра.

Выполнение теплообменника вертикального, однако, явно дороже, чем горизонтального. Это вертикальные отрезки трубы, образующей петлю (труба проходит вниз через отверстия, на дне она разворачивается и ведется вверх). Их называют геотермальными зондами. В этом случае рассчитываются не по площади, а по общей длине теплообменника, состоящей обычно из более, чем одного зонда.

В вертикальных скважинах помещают по одной или по две пары труб (зонда типа U или Y). Введение трубы для скважины облегчает головка – элемент, соединяющий вертикальные трубы, который могут быть приспособлен для использования дополнительной трубы для заполнения. В отверстия вталкивают головку, а вместе с ней и трубы теплообменника. Затем в скважину заливается жидкий бетон.

В теплообменнике типа Y в одной трубе жидкость течет вниз к головке, а в другой с нее возвращается. В теплообменнике типа двойной U – течет двумя трубами вниз и двумя вверх.

Расстояние между точками бурения глубиной до 50 м не должно быть меньше 5 м, а в случае более глубоких от 8 до 15 метров. Должны быть расположены на линии, перпендикулярной к направлению потока воды.

Расчет длины теплообменника вертикального грунтового теплового насоса.

В этом случае важным является то, как вместе с глубиной изменяются свойства грунта. Сведения могут предоставить геологические карты и документация скважин, ранее сделанных вблизи. На этой основе можно оценить толщину отдельных слоев грунта и вычислить среднее значение коэффициента теплопроводности для области, в которой должны быть размещены трубки теплообменника.

Расчеты, однако, не в состоянии учесть всех движений грунтовых вод и на практике часто случается, что полученный результат значительно отличается от реальности. Чтобы иметь уверенность в том, что вертикальный теплообменник будет работать должным образом, необходимо произвести исследование грунта в месте, в котором должно быть сделано бурение. В этом случае производительность тепла грунта qg также зависит от его типа.

Для труб ПЭ80 составляет:

  • грунт песчаный сухой – 10-12 Вт/м;
  • песчаный мокрый – 12-16 Вт/м;
  • средне-глинистый сухой – 16-18 Вт/м;
  • средне-глинистый мокрый – 19-21 Вт/м;
  • тяжелый глинистый сухой – 18-19 Вт/м;
  • тяжелый глинистый мокрый – 20-22 Вт/м;
  • мокрый (водоносный) – 25-30 Вт/м.

Нужно учитывать толщину отдельных слоев определенного типа грунта и на этой основе рассчитать общую производительность каждого зонда.

Производительность тепла грунта, в котором оба слоя сухие, как и водоносных горизонтов, при применении зондов типа двойной U (четыре трубы в скважине), составляет в среднем около 50 Вт/м. Ориентировочно можно принять, что в случае теплового насоса заявителей в примере расчета теплообменника горизонтального (мощностью охлаждения 10,9 кВт), необходимы отверстия с общей длиной L = 10 900/50 = 218 м, то есть, например, четыре по 55 метров.

Грунтовой тепловой насос: чем меньше мощность тем дешевле установка.

Стоимость инвестиций прямо пропорциональна тепловой мощности установки. Поэтому, несмотря на то, что коэффициент производительности насоса для грунтовых вод не уменьшается с приходом сильного мороза, стоит рассмотреть применение теплового насоса в бивалентной системе.

Проще всего оборудовать ее электрическим проточным нагревателем воды (как правило, предлагается в качестве дополнительного оборудования – для установки в корпусе теплового насоса). Затем определяется точка бивалентности и для нее определяется необходимая тепловая мощность насоса.

Если насос может отапливать дом, расположенный в III климатической зоне и принимается, что ниже температуры наружного воздуха -10 градусов по Цельсию может ее продвинуть электрический нагреватель, то его тепловая мощность может быть на 25% меньше от проектной тепловой нагрузки. На столько же меньше будет стоимость изготовления грунтового теплообменника.

В рассматриваемом примере вместо мощности 10,9 кВт, достаточно 8,2 кВт. А, в связи с этим, площадь горизонтального теплообменника может иметь 410 м2 вместо 545 м2 и глубина вертикального 164 м вместо 218 метров. Помимо более низкой цены, преимуществом является, следовательно, также меньше количество необходимого места.

Какие трубы применяются для грунтового геотермального теплообменника теплового насоса?

Длина одной петли (контура) ограничена – это связано с мощностью циркуляционного насоса, которым геотермальные тепловые насосы, как правило, на заводе оборудованы (если нет, то длина труб и соответствующий циркуляционный насос подбирается дизайнером системы). Допустимую длину трубы следует считать по техническим характеристикам устройства. Она зависит от диаметра и от типа используемой рабочей жидкости (рассола).

В случае тепловых насосов с мощностью двигателя до десятков киловатт применяются от одной до четырех петель по 100 — 400 м из труб диаметром от DN25 до DN65 (в зависимости от материала трубы). Для выполнения горизонтальных теплообменников используется чаще всего полиэтиленовые трубы PE100 (если в грунте нет камней) или PE100 RC для скалистой породы. Для вертикальных можно использовать трубы PE80. Вертикальные грунтовые теплообменники тоже сделаны из труб PE-X, полибутиленовых (PB) и меди в оболочке из пластика.

Трубы грунтового теплообменника должна заполнять жидкость, которая не замерзает при отрицательной температуре, для определенности предполагается, что до -15 градусов Цельсия, хотя тепловой насос имеет защиту для отключения ее при -7 градусов (в таком случае перестает охлаждать грунт).

Поскольку атмосферный воздух бывает еще холоднее, труба теплообменника не может быть ни в одном месте подвержена его воздействию – должна быть заглубленной в земле не менее 0,5 м. Возле прохода труб через стену здания теплоизоляция их необходима на расстоянии 2 м от фундамента, чтобы не происходило промерзание грунта, что может привести к строительной катастрофе.

Рабочая жидкость в установке грунтового теплового насоса.

Ранее, в системах проводящих тепло из грунта, был использован раствор соли NaCl, отсюда и возник сегодня термин – соляные насосы. «Солянки» давно уже не применяются. Самым популярным является водный раствор пропиленгликоля, считающийся экологичным. Как правило, именно он рекомендуется для заполнения – он может покупаться, как готовая рабочая жидкость для такого использования. При его выборе необходимо руководствоваться рекомендациями производителя теплового насоса, так как жидкость может содержать различные добавки ингибиторов, стабилизаторов, антиоксидантов.

Пропиленгликоль имеет не только достаточно низкую температуру застывания, но и не вызывает коррозии металлов, не растворяет пластик и не вызывает размывания насосов. Тем не менее, его плотность и вязкость, положительно влияющие на количество энергии, необходимой для прокачки, больше, чем воды, поэтому его используют в не очень большой концентрации (34%). Есть, конечно, много жидкостей, которые не замерзают при температуре -15 градусов Цельсия. Часто используется также раствор этиленгликоля, но он считается вредным для окружающей среды, потому что ядовитый и не подвергается биологическому разложению.

Хорошие свойства имеет также этанол. Его самое большое преимущество — это низкая вязкость и плотность, благодаря чему его прокачка поглощает меньше энергии. Применение его не является популярным из-за его воспламеняемости, интенсивного запаха, и, в первую очередь, отсутствия смазочных свойств, что грозит повреждением циркуляционного насоса. Поэтому некоторые производители запрещают его использование.

Тепловой насос: устройство и принцип работы. Видео урок.

o-remonte.com

Грунтовые тепловые насосы

 Грунтовые тепловые насосы часто классифици­руют также как тепловой насос «рассол - вода». Теплообменник в тепловых насосах типа «грунт - вода» бывает двух видов: горизонтальный кол­лектор и грунтовый зонд. Оба они выполняются преимущественно из полиэтиленовых либо других пластиковых труб диаметром 25-40 мм. И чем больше диаметр, тем лучше осуществляется отбор тепла, однако увеличивается и стоимость системы. Горизонтальный коллектор отбирает тепло, на­копленное в верхних слоях почвы в результате сол­нечного излучения, и представляет собой не­сколько контуров пластиковых труб, уложенных под слоем грунта.

Для эффективной работы системы, исходя из осо­бенностей грунта, его теплопроводности и геоме­трии участка, выбирается определенная схема укладки труб - петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм.

Эффективность теплообмена увеличивается на влажных грунтах и уменьшается на сухих песчаных участках, но в среднем для отопления дома пло­щадью 150-200 кв. м придется уложить приблизи­тельно 400-650 м трубопровода несколькими пет­лями-контурами. Для этого нужен участок площадью примерно 300-400 кв. м, то есть в 1,5-2 раза больше, чем отапливаемая площадь дома. Необхо­димость в большом пространстве, незанятом строе­ниями, является главным недостатком системы этого типа. Использовать такой участок можно только в качестве лужайки или цветника.

Главным преимуществом этого метода является сравнительная простота монтажа и то, что при про­чих равных условиях работы по монтажу оборудова­ния 

необходимых для оборудования системы по следующему методу.

Грунтовые зонды представляют собой систему длинных труб, опускаемых в скважины глубиной до 50-200 м. В этом случае не требуется большой уча­сток свободной земли, но приходится выполнять дорогостоящие бурильные работы. Зато на боль­шой глубине температура грунта выше, потому эф­фективность теплообмена при использовании таких труб выше, чем горизонтального коллектора. Раз­ница в эффективности работы тепловых насосов, использующих грунтовые зонды и коллекторы, со­ставляет около 20 %.

Конструкции зонда бывают разные, но чаще всего применяется U-образная. В этом случае трубы герме­тично соединяются внизу, образуя длинный U-образ- ный канал, заполненный антифризом, причем в зонде может быть две и больше петель. По одной ли­нии "рассол" подается циркуляционным насосом вниз, по другой поднимается вверх, к испарителю. Пространствов скважине вокруг зонда заполняется буровым раствором или цементно-бетонной смесью для защиты труб от поврежденийи улучшения тепло­передачи. Для дома площадью 150-200 кв. м пона­добится 5-6 скважин глубиной около 50 м, при этом располагать их следует не ближе 2мот стены дома, чтобы не повредить фундамент. Также сква­жины не должны находиться на одной линии тече­ния подземных вод. В противном случае эффектив­ность теплового насоса резко уменьшится, ведь из скважины в скважину будет перемещаться одна и та же охлажденная вода, от которой уже была отоб­рана тепловая энергия.

В тепловых насосах, работающих по принципу «грунт - воздух», тепловая энергия также отбира­ется у грунта и через компрессор напрямую переда­ется воздуху, который используется для отопления зданий. Вода также привлекательный источник тепла, довольно стабильный и очень эффективный, но водоемы есть не у каждого дома. Если же рядом с домом имеется река или пруд, то можно использо­вать тепловой насос, работающий по схеме «вода - вода». Для этого из водоема отбирается мощным насосом вода, которая прокачивается через пер­вичный теплообменник теплового насоса (вместо рассола), отдавая свою тепловую энергию фреону, и сбрасывается затем в этот же (или другой, близ­корасположенный) водоем. Поэнергоэффективно- сти такой тепловой насос наиболее экономичный. Впрочем, в силу загрязненности внешней воды необ­ходимо предпринимать меры для ее предваритель­ной очистки перед подачей в тепловой насос и, ско­рее всего, периодически чистить теплообменник. Поэтому в мире тепловые насосы типа «вода - вода» используются нечасто и занимают менее 10 % рынка. На практике водоем обычно используют так: на дно водоема укладывается конструкция, по­добная грунтовому коллектору. Такой «подводный» коллектор притапливается грузом либо устанавли­вается вдонном грунте, температура которого чуть выше, чем температура воды. Получается обычный тепловой насос типа «рассол - вода», использую­щий тепло воды внешнего водоема. В случае ра­боты теплового насоса по принципу «вода - воздух» тепловая энергия передается воздуху, распределяе­мому потом по отапливаемым помещениям.

Системы типа «воздух-воздух» и «воздух-вода» схожи по принципу работы с кондиционерами и стоят существенно дешевле, но проигрываютдругим видам насосов по универсальности, ведь из морозного воз­духа много тепла не отберешь, и применяться они могут в первую очередь для нагревания горячей воды. Выполняться такие устройства могутв двух ва­риантах: сплит или моно. В первом случае установка состоит из двух блоков, соединенных инженерными коммуникациями: в состав наружного входят мощ­ный вентилятор и испаритель, внутренний содержит конденсатор и автоматику. При этом компрессор мо­жет располагаться как во внутреннем блоке, так и в наружном, чтобы избежать шума в помещении. Во втором случае все элементы собираются в едином корпусе и монтируются либо в доме, соединяясь с улицей гибким воздуховодом, либо снаружи.

У тепловых насосов есть целый ряд преимуществ. Так, система очень долговечна, сами насосы рабо­тают по 20-25 лет (на многие компрессоры произ­водители декларируют срок эксплуатации не менее 25 лет), после чего компрессор насоса может быть заменен и система продолжит свою работу. Кроме того, системы тепловых насосов безопасны, по­скольку отсутствуюттопливо, открытый огоньи опас­ные газы, и комфортны. И, конечно же, большим преимуществом является экологическая чистота системы, ведь тепловые насосы не образуют вред­ные окислы, применяемые в них фреоны не содер­жат хлороуглеродов и озонобезопасны. Широкое применение тепловых насосов существенно сокра­щает необходимость в электроэнергии, а соответ­ственно расход топлива на ее производство. Нако­нец, важна экономичность тепловых насосов, которая достигается за счет высокого КПД системы.

Отметим, что, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощно­сти, чтобы покрыть возможные пиковые нагрузки на систему отопления при самых сильных морозах. Это неоправданно дорого и не имеет смысла: коли­чество действительно холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год, и выбирать стоит насос, мощность которого составляет 60-80% от максимальной. Для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традицион­ным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы, которые могут вклю­чаться по очереди (их режим работы может опреде­ляться специальным алгоритмом, который програм­мируется пользователем), добавляя системе тепловую мощность.

Конечно, сейчас первоначальные затраты на си­стему отопления на основе теплового насоса до­статочно высоки, причем еще столько же, если не больше, потребуется затратить на обустройство си­стемы. Однако если смотреть в будущее в разрезе неминуемого повышения цен на традиционные энергоносители, то за счет низких расходов на отоп­ление можно значительно сократить затраты. Еще больше сэкономить поможет многотарифный счет­чик в сочетании с теплоаккумулирующим баком за счет использования электроэнергии, накопленной по более низким тарифам в ночное время.

Если нужно комфортно и надежно отопить не­большой дом или помещение и неподалеку нет га­зопровода, то тепловой насос - самое лучшее на сегодня решение. И, установив современный тепло­вой насос от ведущих мировых производителей, Вы еще минимум 20 лет будете с одобрением вспоми- натьо принятом когда-то решении. Не забывайте и о том, что, используя тепловой насос, Вы вносите пусть небольшой, но реальный вклад в энергосбе­режение и сохранение чистоты на Земле.

ru-stroyka.com

Тепловые насосы: плюсы и минусы

Плюсы и минусы тепловых насосов – вот что интересует многих. Действительно, если вы решили организовать с помощью такого оборудования отопления дома и ГВС, необходимо знать всю правду о нем. В противном случае, велик риск обжечься.

Тепловые насосы набирают популярность благодаря экономичности и экологичности. Их часто используют для отопления дома, так как принцип работы теплового насоса позволяет получать больше тепла, чем потреблять электроэнергии. В этой публикации мы рассмотрим их позитивные и негативные стороны.

Виды тепловых насосов

В зависимости от среды, из которой черпается тепловая энергия, все тепловые насосы можно разделить на три категории:

  • Грунтовые (геотермальные) – получают тепло из земли и грунтовых вод.
  • Водяные – работают за счет тепла, накопленного в водоемах
  • Воздушные – извлекают тепловую энергию из воздуха в окружающей среде

Каждый вид можно разделить на отдельные типы, такие как грунт-вода, грунт-воздух, воздух-вода, воздух-воздух, вода-вода и вода-воздух. Из названия следует, откуда будет получать энергию и что будет нагревать тепловой насос.

Существуют более экзотические типы, такие как фреон-вода, лед-вода и абсорбционные. Но они не распространены, их не применяют для отопления жилья.

Особенности работы

В отличие от котлов, конвекторов и других типов нагревателей, тепловой насос не производит тепло. Он переносит его из одной среды в другую. К примеру, тепловой насос воздух-вода охлаждает воздух за пределами здания и нагревает воду в бойлере. Благодаря этому можно добиться эффективности более 100%.

Тепловой насос потребляет электроэнергию и генерирует тепло. Соотношение этих показателей характеризует его производительность. Но реальный КПД теплового насоса может существенно колебаться. Чем меньше температура на входе и выше на выходе, тем ниже эффективность.

Так выглядит график эффективности воздушного теплового насоса в зависимости от температуры воздуха. Некоторый разброс — это и есть зависимость КПД от того, насколько большой была разница температур.

Экономия от теплового насоса

Противники тепловых насосов часто говорят, что они имеют большой срок окупаемости, но при этом не учитывают трех фактов:

  1. Стоимость топлива постоянно дорожает, будь то уголь, дрова или газ
  2. Цена подключения к газу часто гораздо выше, чем цена теплового насоса и его установки
  3. Тепловой насос имеет большой срок эксплуатации

То, что отапливать тепловым насосом выгоднее чем электричеством – это факт. Но насколько велика эта выгода? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Правда о тепловых насосах такова – в каждом конкретном случае не обойтись без расчетов. В некоторых случаях могут перевесить недостатки тепловых насосов, а в других – преимущества.

Чтобы просчитать нюансы нужно знать, какое обслуживание нужно в процессе эксплуатации, сколько лет в среднем работает выбранная моде, какое количество теплоты потребуется для обогрева квадратного метра (а в некоторых случаях – кубического метра). Если использовать твердое топливо или газ – стоит учитывать их стоимость и стоимость оборудования (газового котла, печи, камина и т.д.).

Практика показывает, что средняя экономия при использовании теплового насоса грунт-вода и использовании теплых полов составляет 400-700% по сравнению с электрическими теплыми полами.

Плюсы и минусы

Рассмотрим по отдельности три вида, которые чаще используют для отопления коттеджей, домов, дач и вообще любого частного жилья.

Воздушный тепловой насос: плюсы и минусы

Стоимость воздушных тепловых насосов ниже чем у других типов за счет простоты конструкции. По сути, это кондиционер, но имеющий высокую надежность, производительность и способный работать при экстремально низких и высоких температурах. Монтаж теплового насоса прост и не требует проведения сложных работ.

Чем холоднее на улице, тем ниже эффективность (КПД). При очень низких температурах (в зависимости от модели и производителя) перестает вырабатывать тепло. Есть модели, способные работать и при -35, но они слишком дороги.

Тепловой насос воздух-воздух, это тот же кондиционер. Но его стоимость выше, ведь он нормально функционирует при низких температурах. Например, средней руки кондиционер не будет эффективно работать на обогрев при 0 градусов, а тепловой насос сможет не только обогревать помещение, но и позволит сэкономить.

Еще одно отличие – воздушный теплонасос имеет большую производительность и лучший КПД, чем любой из кондиционеров.

Внутренний блок воздушного теплового насоса очень похож на внутренний блок кондиционера.

Водяные тепловые насосы: за и против

Температура в водоеме стабильная на протяжении года, поэтому эффективность работы не зависит от погодных условий. Для отбора термальной энергии из озера, пруда или реки нужно укладывать трубопровод (поле), но это несложный процесс.

За счет погружаемого в воду поля и прокладки магистрали между ним и испарителем стоимость оборудования и монтажа удорожается. Чем дальше от теплового насоса находится водоем, тем выше энергопотери и ниже КПД.

И, конечно, основной минус – необходимо наличие водоема.

Не каждый водоем может быть использован в качестве источника тепла для теплового насоса вода-вода или вода-воздух. Если объем воды небольшой, то она будет переохлаждаться и на трубопроводах образуется наледь. Она будет своеобразной «шубой», которая не позволит эффективно получать тепло.

Идеальный вариант – устанавливать поле в проточной воде, тогда можно не беспокоиться о температуре. Но не у всех есть река рядом с домом или дачей.

Идеальное месть для установки водяного теплового насоса

Плюсы и минусы грунтовых (геотермальных) тепловых насосов

На уровне ниже 1-1,5 метра под поверхностью земли температура не меняется на протяжении года. Поэтому производительность оборудования не зависит от того, лето на дворе или зима. На глубине почва прогрета лучше, чем в водоемах зимой, поэтому КПД грунтовых тепловых насосов выше, чем водяных.

Для прокладки труб нужно бурить скважины, либо укладывать трубопровод горизонтально. Это существенно удорожает процесс монтажа по сравнению с водяными тепловыми насосами. Что касается стоимости оборудования – она сравнима с последними.

Большую опасность для грунтового теплового насоса представляет неправильный расчет мощности. Если потребление тепла из земли будет высоким, а площадь поля или глубина и количество скважин – небольшими, почва начнет промерзать. Так как в грунте содержится влага, она образует ледяной кокон и доступ тепла прекратится.

Процесс эксплуатации грунтовых установок отличается в каждом отдельном случае. Геотермальный тепловой имеет свои насос за и против в зависимости от многих факторов, таких как:

  • Тип установки теплообменника;
  • Мощность теплового насоса;
  • Необходимая температура теплоносителя или воды;
  • Требуемая тепловая мощность;
  • Сложность грунтов;
  • Близость грунтовых вод;
  • Климат региона.
Так происходит укладка горизонтального поля для грунтового теплового насоса.

Система отопления на основе теплового насоса

Произведенную тепловым насосом тепловую энергию можно использовать как угодно. Как правило, такое оборудование используют для нагрева воды, которая далее идет на нужды горячего водоснабжения (кухня, ванная, баня) и на отопление.

Практика показывает, что лучше использовать теплый пол, чем отопление с помощью радиаторов. Кроме того, что это мягкое тепло и не требует подогрева воды до высокой температуры, есть третья, и немаловажная с точки зрения экономии.

Чем ниже температура воды, которую нужно нагреть, тем выше КПД любого теплового насоса. Если для радиаторов вода должна быть прогрета до 50-55 градусов, то для теплых полов – 30-35 градусов. Даже если температура воды на входе составляет 1-2 градуса, то разница в КПД составит около 30%.

Нередко для обогрева помещений используют воздух. Это особенно эффективно в регионах, где температуры не опускаются ниже 0, а также если использовать тепловой насос в качестве дополнительного источника тепловой энергии.

Удобнее всего для этого использовать фанкойлы, но для их монтажа придется либо сооружать подвесной потолок, либо жертвовать эстетикой. В случае если есть приточная вентиляция, для подачи теплого воздуха можно использовать ее.

Так происходит установка фанкойлов под подвесные потолки.

Сейчас тепловые насосы не так широко распространены на территории СНГ, чем в других странах. У нас по-прежнему дешевы традиционные источники тепла, такие как уголь, газ и древесина. Но ситуация постоянно меняется и тепловые насосы все чаще используют для отопления домов и нежилых зданий.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

vteple.xyz

Грунтовый тепловой насос грунт, вода, воздух

Тепловой грунтовый или геотермальный насос – одна из наиболее энергоэффективных систем альтернативной энергетики. Его работа не зависит от времени года и температуры окружающей среды, как для насоса воздух-воздух, не ограничена наличием рядом с домом водоема или колодца с грунтовыми водами, как система вода-вода.

Тепловой насос грунт-вода, использующий для нагрева теплоносителя в системе отопления тепло, отбираемое у почвы, имеет самый высокий и постоянный КПД, а также коэффициент преобразования энергии (СОР). Его значение составляет 1:3,5-5, то есть каждый затраченный на работу насоса киловатт электричества возвращается 3,5-5 киловаттами тепловой энергии. Таким образом, отопительная мощность грунтового насоса вполне позволяет использовать его как единственный источник тепла даже в доме с большой площадью, конечно, при установке агрегата соответствующей мощности.

Погружной грунтовый насос требует оборудования почвенного контура с циркулирующим хладоносителем для отбора тепла земли. Возможны два варианта его размещения: горизонтальный грунтовой коллектор (система труб на небольшой глубине, но остаточно большой площади) и вертикальный зонд, размещаемый в скважине от 50 до 200 м глубиной.

Эффективность теплообмена с почвой существенно зависит от того, какой залегает грунт – грунт влагонаполненный отдает намного больше тепла, чем, к примеру, песчаная почва. Больше всего распространены насосы, работающие по принципу грунт-вода, в которых хладоноситель запасает энергию почвы и в результате прохождения через компрессор и теплообменник передает ее воде как теплоносителю в системе отопления. Цены на грунтовые насосы такого типа соответствуют их высокой эффективности и производительности.

Погружной грунтовый насос

Любые сложные высокотехнологичные агрегаты, такие как грунтовые насосы ГрАТ, а также почвенные тепловые насосы требуют к себе внимания профессионалов. Мы предлагаем полный спектр услуг по реализации, монтажу и обслуживанию систем отопления и горячего водоснабжения на основе тепловых насосов.

На сегодняшний день среди представленных на рынке стран-производителей таких агрегатов особо популярны европейские страны и Китай. Самые известные модели тепловых насосов: Nibe, Stiebel Eltron, Mitsubishi Zubadan, Waterkotte. Не менее востребован также и отечественный грунтовый тепловой насос.

Наша компания предпочитает работать только с оборудованием надежных европейских производителей: Viessmann и Nibe.

heatpumps.spb.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *