Грунтовый тепловой насос: принцип работы, устройство и производители

Содержание

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.

Схема работы насоса грунт-водаРис. 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.

Виды коллекторов для грунтовых насосов: вертикальный и горизонтальныйРис. 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.

Внешний контур насоса грунт-водаРис. 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.

Соединение труб муфтами в земляном коллектореРис. 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.

Вход труб внешнего контура в домРис. 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 домаТепловой насос для отопления дома

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

Грунтовый тепловой насос

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

Грунтовый тепловой насос

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 95×12м 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.

Схема укладки трубы

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.

Тепловой насос геотермальный, его типы и особенности работы

Фирма насоса

Геотермальный насос представляет собой настоящее инновационное средство, которое позволяет организовать автономное отопление. Источником охлаждения или нагрева является естественная температура земли. Она постоянная на глубине в несколько метров. Летом она холоднее, а зимой – теплее. Поэтому использовать теплонасос можно не только для нагрева здания, но и для его охлаждения.

Тепловой насос

Особенности работы

Купив геотермальный тепловой насос, следует узнать его принцип работы. Он подразумевает использование геотермальных процессов. Если углубиться на несколько метров под землю, то можно заметить, что там она будет выше ноля градусов. При этом температура увеличивается по мере  углубления.

Отопительная система, которая оснащена тепловыми насосами, использует и преобразует полученную энергию для обогрева помещений. Осуществляется это таким образом:

1. Монтируется геотермальный контур отбора, который заполняется пропиленгликолем.

2. Контур соединяется со специальными зондами. Они помещаются на глубину около 100 м.

3. Рабочая жидкость прогревается до температуры в 5°С, движется по кругу и подается в тепловой насос геотермальный.

В остальном принцип работы такого оборудования ничем не отличается от других моделей, которые берут тепло из окружающей среды.

При помощи такого оборудования можно прогреть помещение до температуры в 25°С. Зимой такого показателя вполне хватает.

Насос является отличным источником тепла, который идеально подходит для низкотемпературных отопительных систем. Многие производители советуют применять его для прогрева теплых полов.

Устройство и типы насосов

Как работает насос

Устройство насоса включает в себя:

1. Замкнутый контур. По его трубкам осуществляется циркуляция фреона, который переходит в газообразное состояние.

2. Испаритель. Данный модуль подсоединен к насосному приемнику. Он нужен для испарения фреона. Во время этого процесса тепло от прогретого пропиленгиколя поглощается.

3. Фреон. В газообразном состоянии попадает в насосный компрессор. В компрессоре образуется давление, которое разогревает газ до 65°С. После этого он впрыскивается в конденсатор.

4. Конденсатор. В нем происходит преобразование фреона в жидкость, разогретую до немалой температуры. При помощи стенок конденсатора осуществляется теплообмен, благодаря которому происходит нагревание теплоносителя.

Геотермальные тепловые насосы могут быть двух типов:

  • земля-вода;
  • вода-вода.

Тип земля-вода

Разный тип насосов

Качество работы подобных отопительных систем напрямую зависит от того, насколько эффективно добывается тепло из грунта. Есть несколько видов прокладки контуров, которые могут обеспечить разные характеристики теплоэффективности:

1. Теплообменник горизонтального типа. Контур размещается на глубине, которая ниже уровня промерзания земли. Для этого не требуется изготавливать проектные документы и использовать буровую технику. Трубы размещают на глубине от 1 м. Такое решение имеет и свои минусы. Главным минусом является довольно большой геотермальный контур. Поэтому в некоторых случаях работы могут быть осуществлены только при наличии немалой придомовой территории.

2. Теплообменник вертикального типа. Устанавливается вместе с геотермальными зондами. Для проведения работ придется применять буровую технику, так как создаются скважины глубиной в несколько сотен метров. Они делаются для того, чтобы размещать зонды. Преимущество такого метода – на глубине скважин всегда стабильная плюсовая температура.

Тип вода-вода

Тепловой насос по типу вода-вода

Есть и другой способ отопления здания при помощи геотермальной энергии. В данном случае она берется из грунтовых вод. Работы по обустройству такого вида отопления могут проводиться несколькими способами:

1. Размещение теплообменника в водоеме. Данное решение является наиболее популярным, так как не придется заниматься масштабной земляной работой. Трубы размещают на дне водоема, расположенного неподалеку от дома. Если получить все нужные разрешения, то их можно устанавливать и на речке. Водоем должен находиться в пределах 100 м от дома.

2. Артезианская скважина. Вода добывается непосредственно из скважины и прогоняется через специальный тепловой насос. Придется делать вторую скважину, которая понадобится для сброса воды. Это необходимо, чтобы избежать сильного давления в пластах и поддерживать равновесие.

Такой тип автономного отопления довольно популярен из-за небольших затрат на монтажные работы и из-за простоты монтирования системы.

Преимущества и недостатки насосов

Геотермальные насосы имеют свои плюсы и минусы. К минусам такого оборудования относятся:

1. Высокая стоимость. Не каждый человек может себе позволить установку такого оборудования. Именно поэтому некоторым приходится обращаться в банки, которые предоставляют клиентам льготное кредитование для осуществления покупки.

2. Требования к территории, где будет устанавливаться насос. Станцию нельзя устанавливать в любой местности. Сначала должна быть проведена специальная геологическая разведка. Она поможет определить, целесообразно ли использовать такой насос в данной местности.

3. Возможные изменения в геотермальном контуре. В первые месяцы использования трубы могут просесть. Из-за этого циркуляция пропиленгликоля значительно уменьшается, что приводит к ухудшению характеристик СОР и теплоотдачи. Поэтому со временем рекомендуется проводить специальный аудит.

К преимуществам геотермального насоса относятся:

1. Эксплуатационный срок. Теплонасос может проработать не один десяток лет. Некоторые модели нуждаются в ремонте только после 40 лет эксплуатации. Проведя ремонт, оборудование может быть использовано в обычных эксплуатационных условиях.

2. Функциональность. Оборудование применяется не только для прогревания домов, но и для их кондиционирования. Поэтому целесообразность покупки такого насоса вполне очевидна.

3. Экономичность. Если сравнивать его с аналогами, которые работают на электричестве, твердом топливе и газе, то становится понятным, что теплонасос более выгодный. Буквально через 5–10 лет можно полностью окупить все затраты на установку и покупку оборудования.

Обслуживание

Для некоторых геотермальные насосы кажутся чем-то сложным и необычным. Однако такое оборудование – нетребовательное и простое в своем использовании.

Процесс обслуживания заключается в тщательном осмотре системы перед отопительным сезоном. Для предотвращения проблем периодически нужно контролировать работу насоса. Внешний осмотр следует проводить ежемесячно. Делается это для того, чтобы убедиться в целостности кабелей и всей конструкции. Раз в полгода нужно анализировать теплоноситель на плотность и кислотность. При необходимости восстанавливается химический состав.

Выбор геотермального насоса

Все условия должны идеально подходить для установки такой системы. Это является главным требованием для того, чтобы использовать такое отопление. Ведь установить насос можно далеко не в каждом доме. Чаще всего все ограничения связаны с глубиной грунтовых вод, особенностями рельефа, наличием неподалеку водоема.

Перед выбором насоса необходимо сделать предварительные расчеты. Эту работу следует поручить специалисту компании, которая занимается продажей оборудования. Выбирая установку, следует учитывать такие параметры:

Фирма насоса

1. СОР. Сокращение является соотношением, которое указывает на рентабельность всей установки. Если говорить точнее, то этот параметр является отношением эффективности работы к затраченному электричеству. Например, насос с СОР 4 означает, что на каждый киловатт электричества будет производиться 4 кВт тепловой энергии.

2. Геотермальный контур. Работоспособность системы напрямую зависит от площади трубопровода, находящегося под землей. Для того чтобы провести все необходимые расчеты, нужно умножить на три отапливаемую площадь. Результат расчетов будет говорить о том, какая площадь понадобится для укладки контура.

3. Возможности насоса. С его помощью дом может отапливаться в холодное время года. Для его охлаждения летом нужно приобретать дополнительное оборудование. Чаще всего для этого используются сплит системы.

Известные производители

Выбирая насос, особое внимание нужно обращать на его производителя. Наиболее качественное оборудование производится в Германии.

Следующие производители занимаются выпуском качественного оборудования:

1. Stiebel Eltron. Их продукция отлично подходит для полного и частичного отопления жилых помещений. Все выпускаемые модели могут быть интегрированы в вентиляционную систему. Поэтому летом они охлаждают помещения.

2. Vaillant. Фирма производит насосы всех типов. Максимальная производительность данных моделей составляет 46 кВт. Главный недостаток производителя – небольшой выбор продукции.

3. Buderus. В основном производят бытовые отопительные приборы, мощность которых может достигать 60 кВт. Большинство насосов имеют специальную изоляцию, которая снижает шум во время работы до 40 дБ. Поэтому их часто используют в частных домах.

‘;
blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2;
blockSettingArray[1] = [];
blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0;
blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘;
blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0;
blockSettingArray[3] = [];
blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000;
blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[3][«text»] = ‘

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.

Тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Бурение скважины под тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Принцип работы теплового насоса

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.

Бурение скважины под тепловой насос

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.

Бурение скважины под тепловой насос

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.

Бурение скважины под тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Бурение скважины под тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Тепловой насос

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.

Компрессор теплового 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.

Полиэтиленовые трубы PE100

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.

Водный раствор пропиленгликоля

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.

Водный раствор пропиленгликоля свойства

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.

Геотермальный насос для отопления дома: что это такое, принцип работы

Автор Петр Андреевич На чтение 10 мин. Просмотров 117

Ни для кого не секрет, насколько остро стала проблема экологии в последние годы. Именно поэтому геотермальные тепловые насосы пользуются все большей популярностью у людей неравнодушных, желающих пользоваться альтернативными энергоносителями. Благодаря этой разработке ученым удалось найти способ отапливать жилище в холодные месяцы и нагревать воду круглый год. Причем электроэнергии, газа, угля и дров затрачивать не нужно. А значит, вредных выбросов нет никаких.

Что это и принцип работы геотермального насоса

Тепловой насос – это устройство, преобразующее теплоту Земли в энергию. Данный способ организации отопления частного дома позволяет отказаться от дорогостоящих энергоносителей. Экономия со временем полностью окупает затраты на установку уже в первые сезоны использования. Европа уже давно ищет и внедряет альтернативные методы энергосбережения, чем проявляет заботу об окружающей среде. И нет ни одного повода действовать иначе, тем более, сейчас на рынке нашей страны есть все необходимое.

Применяемых хладогент обладает исключительным свойством, которое заключается в поглощении и отдаче тепла при переходе из одного агрегатного состояния в другое. Если говорить утрировано, принцип работы теплового насоса идентичен холодильной установки. Только главным элементом является теплообменник, который в последнем случае устанавливается на задней стенке.

Схематично геотермальное устройство состоит из трех контуров:

  1. Принимающий низкопотенциальное тепло от источника.
  2. Для циркуляции фреона, меняющего агрегатное состояние.
  3. Водяной, передающий тепло от установки к радиаторам.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Именно фреон в процессе работы принимает тепловую энергию от источника, когда испаряется. И наоборот он отдает ее при конденсации. Если рассматривать работу теплонасоса по циклам, суть принципа действия заключается в следующем:

  1. Хладогент, находящийся в системе в виде жидкости, в испарителе испаряется. Тепло от источника поглощается в результате этого процесса.
  2. Компрессор нагнетает фреон, который сжимаясь, снова переходит в жидкое состояние. При этом накопленная энергия передается теплообменнику.
  3. Вода в отопительном контуре, проходя через теплообменник, нагревается и циркулирует по системе. Доходя до батарей, она отдает тепло в комнату.

При этом достигается большой перепад температуры. Такая схема теплового насоса предполагает, что хладогент охлаждается до 6-10 градусов Цельсия, а к теплообменнику подается уже при +60. Но это находясь под давлением. После отдачи тепла оно сбрасывается (стабилизируется) при помощи дроссельного клапана, и циклы повторяются. Кто знаком с работой холодильной установки заметил, что принцип передачи энергии в данном случае идентичен, хотя цели абсолютно противоположные.

Если в холодильнике решается задача понижения температуры в камерах, где хранятся продукты, то отопление тепловым насосом – это возможность поднять температуру в помещении без сжигания электричества или твердых энергоносителей, газа и т.д.

Разновидности тепловых насосов и систем

Инженерам-разработчикам удалось найти способ «перехвата» энергии природы для последующего преобразования в ту, что способна отопить дом и нагреть воду в системе водоснабжения. Причем источник – низкотемпературный (низкопотенциальный), что в корне отличает идею от классической, где сжигается уголь, газ, дрова, жидкое топливо или расходуется электроэнергия. Сейчас есть несколько источников, от которых можно получить достаточно энергии, чтобы обогреть частный дом.

В первую очередь это Солнце. Лучи, достигая поверхности Земли, емли нагревают элементы, которые поглощают энергию. А установка перерабатывает ее, усиливает, и передает на теплообменник для разогрева теплоносителя в отопительном контуре. Второй источник – сама Земля, а точнее тепло ее ядра, передаваемого через мантию верхним слоям земной коры. При этом инженерам удалось разработать три различных схемы, определяющих тип устройства: грунтовые, водяные, воздушные. Каждый вид отличается, что позволяет выбрать наиболее эффективный способ для отдельно взятого случая.

Грунтовые тепловые насосы

Количества тепловой энергии, получаемой от грунта, достаточно для разогрева хладогента до уровня, где тот меняет агрегатное состояние, превращаясь в пар. Удобно то, что на глубине уже в несколько метров сезонные температурные колебания не наблюдаются. Это позволяет пользоваться прибором круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Для приема тепла земли используется раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Водный эталон применяется, но реже. Система труб, по которым циркулирует энергопоглощающая жидкость, герметична.

Есть два способ размещения трубопровода в грунте:

  1. Горизонтальный коллектор – это система горизонтально лежащего контура.
  2. Геотермальный зонд – приемники расположены вертикально и связаны между собой.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Геотермальные насосы с горизонтальным коллектором предполагают заглубление на полтора-два метра. Главное пройти отметку уровня промерзания грунта. Для каждого региона она своя. В среднем это 1,2 метра. Если требуется отопить здание, площадью до 100 кв. м., придется выкопать котлован или вырыть сеть траншей, площадью в 2-3 сотки. Это не обязательно делать под самим сооружением. Главное не садить на задействованном участке растения, имеющие корни, уходящие глубоко в землю.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Эту проблему полностью решает геотермальный зонд. Трубы устанавливаются в скважины. Бурить придется на 100-200 метров. Но их достаточно двух, если требуется обогреть здание в сто квадратов.

Между скважинами должно быть расстояние не менее пяти метров. Поэтому если участок мал, застроен или засажен, скажем, садом, это лучший способ установки теплового насоса с зондом, когда задействована минимальная площадь надела. С другой стороны цепь горизонтальных приемников тепла можно построить самостоятельно без применения бурового оборудования.

Водяные тепловые насосы

Для использования такого теплового насоса, принцип действия взят тот же. Но отличается тип источника. В данном случае это грунтовые воды. Естественно, глубина их залегания должна быть доступна в регионе. Но если такая возможность есть, система отличается тепловой стабильностью, так как подземные воды имеют постоянную температуру круглый год. Это делает устройство пригодным для применения в течение всех четырех сезонов. Перед монтажом проводят геологическую разведку, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Однако требуется и химический анализ. Если в составе мало солей железа и ряда других примесей, можно ставить геотермальный зонд. В противном случае это нецелесообразно ввиду наличия риска преждевременного выхода из строя и низкой производительности. В данном случае применяют грунтовый тепловой насос или воздушный. Именно это требование является причиной того, что среди всей массы рабочих ныне установок тепловые насосы водяного типа используются реже – порядка 5% случаев.

Воздушные тепловые насосы

Главное преимущество этого способа организации отопления и подачи горячей воды – отсутствие необходимости вести полномасштабное строительство. Не нужно бурить скважины для геотермальных зондов. Нет необходимости рыть траншеи, как в случае с грунтовым тепловым насосом. Все узлы размещаются на поверхности. В итоге сметная стоимость значительно ниже. Времени на установку и обустройство затрачивается меньше. Но при всем кажущемся комфорте это устройство далеко не идеально.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Главный минус – высокий КПД будет только если воздух на улице не охлажден до -15…-20 градусов по Цельсию. Если ударят морозы еще сильнее, система будет работать с меньшей эффективостью, что приводит к выходу из строя. А если теплоноситель в трубах и радиаторах замерзнет, произойдет разгерметизация, а по весне дом будет затоплен. Придется тратить деньги на ремонт. Однако в районах, где подобного не случается, люди пользуются таким методом организации отопления.

Коэффициент эффективности

Именно этот параметр позволяет сопоставить эффективность установок различного типа, чтобы определить оптимальный вариант. Данный термин является тем самым КПД. Рассчитывается эффективность как отношение вырабатываемого количества энергии и потребляемому. Под потреблением стоит понимать электроэнергию, затраченную на запуск системы и расходуемую в процессе ее работы. Независимо от времени года для водяных модификаций коэффициент эффективности равен 5.

Другими словами, если устройство потребляет, скажем 2 кВт в час, то установка выдает до 10 кВт час, но уже в виде тепла. Геотермальное отопление частного дома менее эффективно, так как коэффициент равен 4,0-4,5. В случае с воздушным типом определяющим фактором является температура окружающей среды. Так при нуле он равен 3,5. Если же она снизится до -20 град. то эффективность будет равна 1,5. Именно нестабильность в последнем случае является фактором низкого спроса на устройства воздушного типа. А все больше людей отдают предпочтение «золотой» середине – геотермальным агрегатам.

Часто поставщики оборудования указывают в техническом описании КПД в процентах. Этот маркетинговых ход не должен ввести вас в заблуждение. Если, например, имеет место характеристика эффективности в 400%, то это означает, что коэффициент равен 4. Иными словами при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии отопительная система способна вырабатывать до4 кВт*ч. То есть величину, указанную в процентах необходимо разделить на 100. Это и будет отношение потребления к «выработке».

Применение геотермальных насосов в условиях российского климата

Теперь вы знаете, чем отличаются типы тепловых установок, и сможете правильно определить, какой именно необходим в вашем случае. Воздушный тип пригоден для регионов, где температура не опускается ниже нуля. Это отличный способ организовать отопление дачи тепловым насосом, если собственник проводит там досуг с семьей с весны по осень. На зиму систему консервируют. В Сибири, Северных регионах, и даже в Европейской части России об отоплении зимой воздушными агрегатами не стоит и помышлять.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Водяные также не подойдут людям, живущим в условиях вечной мерзлоты. Здесь вода в грунте есть, но она находится в виде льда, а значит, не может служить источником тепла. На юге Российской Федерации, где глубина промерзания грунта невелика, а подземные реки и озера залегают неглубоко, такие устройства вполне жизнеспособны и достаточно эффективны. А вот геотермальные – универсальный вариант, и поэтому является самым востребованным на всей территории РФ, несмотря на трудоемкость организации зонда или коллектора.

Применение геотермального насоса для охлаждения

Некоторым производителям удалось интегрировать функцию кондиционирования. Такие модели стоят дороже, но нет необходимости нести дополнительные затраты, ведь нужно покупать кондиционеры для всех комнат. Если же такой опции изначально не предусмотрено, делают гидравлическую развязку, что также требует капиталовложений.

Охлаждение происходит благодаря холодным панелям на стенах и потолке, охлаждающему «теплому пол», через радиаторы отопления с хорошим обдувом или же с помощью фанкойла. В последнем случае речь идет о пластинчатом теплообменнике, вмонтированном в кожух с вентилятором и направляющими жалюзями.

Применение геотермального насоса для горячего водоснабжения

Каждая из описанных выше схем позволяет не только обогревать жилище, но и снабжать людей горячей водой, причем независимо от времени года. Даже при отключенном отоплении в трубах будет вода с температурой от +45 до +60 град. Используется специальная емкость с теплообменником – бойлер. Проточные модификации не нашли применения ввиду слабой эффективности и отсутствия возможности иметь запас. Недостаток – необходимость обустройства отдельного помещения под котельную.

Обычный водонагреватель не подойдет. Покупают специализированное оборудование, предназначенное для подключения к теплонасосной установке. Такой бак обойдется дороже, ведь для эффективного разогрева объема воды потребуется развитая сеть теплообменных элементов, что влечет за собой удорожание. Материалов расходуется больше, а устройство сложнее в исполнении. Однако экономия перекроет затраты уже в первые год-два в зависимости от частоты использования и количества жильцов.

Геотермальные насосы со встроенным тэном

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использованиеТепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Это способ решить массу возможных проблем. Даже если морозы превысят отметку в -20 градусов, электроника включит дополнительный нагревательный элемент, и температура в комнатах будет всегда комфортной. Если на зиму дом оставлен без присмотра, такая система не будет заморожена, так как ТЭН поддерживает положительную температуру в системе. Любая поломка не является проблемой, и пока не будут предприняты меры по ее устранению, агрегат работает как обычный электрический котел. Правда придется заплатить чуть больше.

Советы и рекомендации

Выбирая оборудование, оценивайте имеющиеся возможности, но не экономьте. Рассчитывая требуемую производительность, закладывайте запас мощности в 10%. Это необходимо на случай запредельных морозов. Оснащение, работающее на пределе, прослужит меньше, тогда как насос, эксплуатируемый в нормальном диапазоне нагрузки, отработает дольше. Разработку проекта и монтаж доверьте профессионалам. Изучите инструкцию, и не отступайте от требований производителя. Без согласования не вносите в конструкцию изменений.

ПолезноБесполезно

Геотермальные тепловые насосы: принцип работы и виды

Геотермальные тепловые насосы. Принцип работы, виды.

Тепло от грунтовых вод
Тепло, которое можно выпросить определенным способом у грунтовых вод, подземных озер и самого грунта, называют геотермальной энергией. Такой вид энергии известен давно и хорошо изучен. Применение его на практике ограничивало только отсутствие технологий для изготовления оборудования. Все изменилось, и мы можем говорить о таком методе получения тепла, как о практически применимом.
Геотермальный тепловой насос – целый комплекс устройств и технологий, направленных на получения тепла. Эта тепловая энергия впоследствии может быть использована как угодно – для отопления жилого дома, технологических процессов, сельскохозяйственных потребностей. Применить такое устройство — значит получить безлимитный доступ к тепловой энергии в любое время и в любых количествах. Все зависит от параметров применяемого оборудования. Насколько близко к реальности применение метода, мы узнаем после рассмотрения важных моментов, которые помогут понять принцип работы и способы внедрения его в жизнь.

Тепловой насос и его принцип работы

Очень упрощает понимание сложных аспектов проведение прямых и простых параллелей. Принцип работы теплового насоса можно сопоставить с работой обычного холодильника. Сходите на кухню и прикоснитесь к теплообменнику холодильника. Принцип работы теплового насоса Он теплый. Теперь откройте холодильник. Внутри низкая температура. Что же получается – необходимый холод мы получаем путем нагревания змеевика?
Точнее, хладоносителя, который циркулирует внутри системы. Теперь представьте, что мы вывернули холодильник наизнанку. Все. Источник тепла получен за счет холода. Предельно просто. Поскольку запасы холодной воды или воздуха в почве неиссякаемы, то напрашивается вопрос – как преобразовать постоянный источник холода в постоянный источник низкотемпературного тепла. Для этого и применяют геотермальный тепловой насос.

Виды геотермальных насосов

Тепловой насос работает в широком температурном режиме – от -30 до +40°С. По принципу транспортировки тепловой энергии их разделяют на:

  • адсорбционные;
  • парокомпрессорные;
  • абсорбционные.

По источникам тепла геотермальные тепловые насосы делятся на:

  • грунтовые воды;
  • грунт: скважина или горизонтальный коллектор;
  • водоем.

Мы рассмотрим геотермальные тепловые насосы, как более перспективные и близкие к реализации в жизни. Сам тепловой насос, не считая всей системы, занимает места, как электрическая духовка. Экономическая эффективность его работы можно рассмотреть только в сравнении с похожим устройством – кондиционером. Для получения тепла в количестве 5кВт геотермальный насос расходует всего 1кВт электроэнергии, в то время как кондиционер использует 6кВт.

Условия для установкиОсобенностиЗаключение
Горизонтальный теплообменник
Горизонтальный теплообменник геотермального теплового насоса
Теплообменник помещают в почву на глубину, гораздо превосходящую глубину промерзания.У такой системы есть один существенный недостаток. Площадь. Для того, чтобы полноценно отопить средний жилой дом, нужно расположить теплообменник на площади, в три раза большей, чем отапливаемая.Если вы не крупный помещик, то такая схема, скорее всего вам не подойдет.
Вертикальный теплообменник
Вертикальный теплообменник геотермального теплового насоса
Компактнее, но с большими затратами теплообменник может быть расположен вертикально. Потребуются скважины 30-50 м глубиной каждая в зависимости от типа грунта.Площадь он займет гораздо меньшую, но для реализации такой системы необходимо применить буровую установку, что само по себе не является проблемой, но стоимость работ будет достаточно высока.Такая система хороша тем, что не нарушит ландшафт приусадебного участка и прослужит минимум лет сто, в зависимости от качества применяемых материалов.
Водный теплообменник
Водный теплообменник геотермального теплового насоса
Это очень экономичная конструкция и актуальна в первую очередь для тех домов, которые расположены на берегу водоема или не дальше, чем 150м от него. Трубы теплообменника погружают на трехметровую глубину.Площадь водоема должна быть не меньше 200м.Но все равно такой метод окупается очень быстро. В среднем, срок окупаемости около двух лет. Это зависит от способа расположения теплообменника и применяемых конструктивных материалов.

Плюсы и минусы геотермальных систем

Весь мир, напуганный топливным кризисом середины прошлого века, стал постепенно внедрять в жизнь этот метод отопления жилых домов.

Швеция использует тепловые насосы различных типов в 70% частных домовладений.

Несмотря на все преимущества, есть серьезные проблемы по внедрению таких систем в наших условиях:

  • дороговизна оборудования и масштабы работ;
  • необходимость моментального капиталовложения со сроком окупаемости в 2-7 лет при доступном подключении магистрального газа.

Какая будет экономическая выгода от внедрения таких систем, посмотрим через 2-3 года, а пока будем готовиться к очередному подорожанию энергоресурсов.

Вам нужно подобрать геотермальный тепловой насос для отопления загородного дома? Заполните форму ниже и мы свяжемся с Вами!

for(var i = 0; i

Тепловой насос как отопительная система дома


Тепловой насос (ТН) – это устройство, которое осуществляет перенос, трансформацию и преобразование тепловой энергии. По принципу работы он схож с известными всем приборами и оборудованием, такими как холодильник или кондиционер. В основе функционирования любого ТН лежит обратный цикл Карно, названного в честь известнейшего французского физика и математика Сиди Карно.

Принцип работы теплового насоса


Изучим более подробно физику процессов работы данного оборудования. Тепловой насос состоит из четырех основных элементов:

  1. Компрессор
  2. Теплообменник (конденсатор)
  3. Теплообменник (испаритель)
  4. Соединительная арматура и элементы автоматики.


Компрессор необходим для сжатия и перемещения хладагента по системе. При сжимании фреона его температура и давление резко повышается (развивается давление до 40 бар, температура до 140 С), и в форме газа с высокой степенью сжатия он поступает в конденсатор (адиабатический процесс, т.е. процесс в котором система не взаимодействует с внешним пространством), где передает энергию потребителю. Потребителем может выступать как непосредственно среда, которую необходимо обогреть (например, воздух в помещении), так и теплоноситель (вода, антифриз и т.д.), который далее распределяет энергию по системе отопления (радиаторы, теплые полы, обогреваемые плинтуса, конвекторы, фанкойлы и прочее). Температура газа при этом, естественно понижается, и он меняет свое агрегатное состояние с газообразного на жидкостное (изотермический процесс, т.е. процесс, протекающий при постоянной температуре).


Далее хладагент в жидком состоянии поступает в испаритель, проходя через терморегулирующий вентиль (ТРВ), необходимый для уменьшения давления и дозирования поступления фреона в испарительный теплообменник. В следствии снижения давления при прохождении каналов испарителя осуществляется фазовый переход, и агрегатное состояние хладагента снова меняется на газообразное. При этом энтропия газа снижается (исходя из теплофизических свойств фреонов), что приводит к резкому падению температуры, и происходит «отъем» тепла у внешнего источника. В качестве внешнего источника может выступать уличный воздух, недра земли, реки, озера. Далее охлажденный газообразный фреон возвращается в компрессор, и цикл повторяется снова.


Фактически получается, что тепловая машина сама не производит выработку тепла, а является устройством по перемещению, модифицированию и видоизменению энергии от окружающей среды в помещение. Однако для этого процесса необходима электроэнергия, основным потребителем которой выступает компрессорный агрегат. Соотношение полученной тепловой мощности к затраченной электрической называется коэффициентом преобразования (СОР). Он меняется в зависимости от типа ТН, его производителя, прочих факторов и варьируется в пределах от 2 до 6.


В настоящее время в качестве хладагента используются озонобезопасные фреоны различного типа (R410A, R407C), которые наносят минимальный ущерб окружающей среде.


В современных тепловых машинах используются компрессоры спирального типа, которые не требуют обслуживания, в них практически отсутствует трение, и они могут безостановочно проработать 30-40 лет. Это обеспечивает долгий срок службы всего агрегата. Так, например, у немецкой фирмы Stiebel Eltron есть ТН, проработавшие без капитального ремонта с начала 70-х годов прошлого века.

ООО «Нова Грос» — Официальный дистрибьютор продукции Stiebel Eltron

Связаться с нами
Связаться с нами

Типы тепловых насосов


В зависимости от сред используемых для отбора и перераспределения энергии, а так же конструктивных особенностей и способах применения, различают четыре основных типа ТН:

Тепловой насос «воздух — воздух»

отопление штибель


В качестве низкопотенциального источника энергии, данный тип оборудования использует уличный воздух. Внешне он не отличается от обычной сплит — системы кондиционирования, однако имеет ряд функциональных особенностей, позволяющих ему работать при низких температурах (до -30 С) и «изымать» энергию из окружающей среды. Обогрев дома осуществляется непосредственно теплым воздухом, нагреваемом в конденсаторе теплонасоса.


Достоинства ТН «воздух — воздух»:

  • Невысокая стоимость
  • Малое время монтажных работ и сравнительная простота установки
  • Отсутствие возможности утечки теплоносителя


Недостатки:

  • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
  • Устойчивая работоспособность до -20 С
  • Необходимость установки внутреннего блока в каждую комнату или организацию системы воздуховодов для подачи нагретого воздуха во все помещения.
  • Невозможность получения горячей воды (ГВС)


На практике, такие системы применяются для сезонного жилья и не могут выступать в качестве основного источника обогрева.

Тепловой насос «воздух — вода»

воздух вода.png


По своему принципу действия схожи с предыдущим типом, однако они нагревают не напрямую воздух внутри помещения, а теплоноситель, который в свою очередь используется для отопления дома и приготовления ГВС.


Достоинства ТН «Воздух – вода»:

  • не требует организация «внешнего контура» (бурения)
  • надежность и долговечность
  • высокие показатели эффективности (СОР) в осенний и весенний периоды


Недостатки ТН:

  • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
  • Необходимость оттаивания внешнего блока (реверсивный режим)
  • Невозможность эксплуатации при температуре ниже -25 С — -30 С


Такие насосы в нашем климате все же не могут выступать единственным источником отопления. Поэтому они зачастую устанавливаются (по бивалентной схеме) в связке с дополнительным отопительным оборудованием (электрический, пеллетный, твердотопливный, дизельный котел, камин с водяной рубашкой). Также они подходят для реконструкции и автоматизации старых котельных, использующие традиционные виды топлива. Это позволяет большую часть года эксплуатировать систему в автоматическом режиме (нет необходимости загружать твердое топливо или заправлять дизельное топливо), используя только мощность ТН.

Тепловой насос «рассол – вода»

рассол вода


Один из самых распространенных на территории Республики Беларусь. Используя статистику нашей организации 90% установленных теплонасосов, являются геотермальными. В данном случае в качестве «внешнего контура» используется недра земли. За счет этого, данные ТН обладают самым главным преимуществом перед остальным типами теплонасосов – стабильный показатель эффективности работы (СОР) вне зависимости от времени года.


По устоявшейся терминологии, внешний контур называется геотермальным.


Существуют две основные разновидности геотермального контура:

  • Горизонтальный
  • Вертикальный


Остановимся на каждом из них подробнее.

Горизонтальный контур


Горизонтальный контур представляет собой систему полиэтиленовых труб, уложенных под верхним слоем грунта на глубине около 1,5 – 2 м, ниже уровня промерзания. Температура в этой зоне остается положительной (от +3 до +15 С) в течение всего календарного года, достигает максимума в октябре, а минимума в мае. Площадь, занимаемая коллектором зависит площади строения, степени его утепления, размеров остекления. Так, например, для двухэтажного жилого дома площадью 200 м2, имеющего неплохое утепление, отвечающее современным нормам, под геотермальное поле придется выделить порядка четырех соток земли (400 м2). Безусловно для более точной оценки диаметра используемым труб и занимаемой площади, необходим подробный теплотехнический расчет.


Вот как выглядит монтаж горизонтального коллектора на одном из наших объектов в г. Дзержинск (Республика Беларусь):

горизонтальный коллектор


Достоинства горизонтального коллектора:

  • Более низкая стоимость по сравнению с геотермальными скважинами
  • Возможность проведения работ по его устройству совместно с прокладкой других коммуникаций (водопровод, канализация)


Недостатки горизонтального коллектора:

  • Большая занимаемая площадь (не ней запрещается возводить капитальные строения, асфальтировать, укладывать тротуарную плитку, необходимо обеспечить естественный доступ света и осадков)
  • Отсутствие возможности обустройства при готовом ландшафтном дизайне участка
  • Меньшая стабильность по сравнению с вертикальным коллектором.


Обустройство такого типа коллектора обычно осуществляется двумя способами. В первом случае на всей площади укладки снимается верхний слой грунта, толщиной 1,5-2м, выполняется раскладка труб теплообменника с заданным шагом (от 0,6 до 1,5м) и производиться обратная засыпка. Для выполнения таких работ подходит мощная техника, такая как фронтальный погрузчик, бульдозер, экскаваторы с большим вылетом стрелы и объемом ковша.


Во втором случае укладка петель грунтового контура производиться поэтапно в подготовленные траншеи, шириной от 0,6м до 1 м. Для этого подходят небольшие экскаваторы и экскаваторы — погрузчики.

Вертикальный контур


Вертикальный коллектор представляет собой скважины глубиной от 50 до 200 м и более, в которые опущены специальные устройства – геотермальные зонды. Температура в этой зоне в течение многих лет и десятилетий остается постоянной и растет с увеличением глубины. Повышение происходит в среднем на 2-5 С на каждые 100 м. Величина это характеризующая называется температурным градиентом.


Процесс монтажа вертикального коллектора на нашем объекте в п. Крыжовка, под Минском:

вертикальный контур


Изучая карты распределения температур на различных глубинах на территории РБ и города Минска в частности, можно заметить, что температура меняется от области к области, и может существенно отличаться в зависимости от местоположения. Так, например, на глубине 100 м в районе г. Светлогорск она может достигать +13 С, а в некоторых районах Витебской области на той же самой глубине не превышает +8,5 С.


Безусловно при расчете глубины бурения и проектирования размера, диаметра и прочих характеристик геотермальных зондов, необходимо учитывать этот фактор. Помимо этого, необходимо учитывать геологический состав проходимых пород. Только опираясь на эти данные можно правильно запроектировать геотермальный контур.


Как показывает практика и статистика нашей организации 99% проблем при эксплуатации ТН связано с функционированием внешнего контура, при чем эта проблема проявляется не сразу после ввода в эксплуатацию оборудования. И этому есть объяснение, так при неправильном расчете геоконтура (например, на территории Витебской области, где как мы помним геотермальный градиент является одним из самых низких в Республике), его первоначальная работа не вызывает нареканий, однако с течением времени толща земли «выхолаживается», нарушается термодинамический баланс и начинаются неприятности, при чем проблема может возникнуть только на второй — третий отопительный сезон. Менее проблемно выглядит переразмеренный контур, но заказчик вынужден оплачивать не нужные метры бурения из-за некомпетентности подрядчика, что неумолимо ведет к удорожанию всего проекта.


Особенно критичным к изучению недр земли нужно относиться при строительстве больших коммерческих объектов, где количество скважин исчисляется десятками, и сэкономленные (либо растраченные) средства на их устройство, могут быть очень значительными.

Тепловой насос «вода — вода»

вода вода


Одной из разновидностей геотермального источника тепла могут быть подземные воды. Они имеют постоянную температуру (от +7 С и выше), и в значительном количестве залегают на различных глубинах на территории РБ. По технологии, подземные воды поднимаются центробежным насосом из скважины и поступают на станцию тепломассообмена, где передают энергию антифризу нижнего контура теплового насоса. Эффективность работы данной системы зависит от уровня залегания грунтовых вод (в зависимости от глубины подъема, требуется определенная мощность помпы), расстояния от заборной скважины до станции обмена. Эта технология имеет один из самых высоких показателей COP, однако имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.


Среди них:

  • Отсутствие подземных вод, либо низкий уровень их залегания;
  • Отсутствие постоянного дебета скважины, понижение статического и динамического уровней;
  • Необходимость учитывать солевой состав и загрязненность (при не надлежащем качестве воды, происходит засорение теплообменника, снижаются показатели производительности)
  • Необходимость устройства дренажного колодца для сброса значительных объемов отработавшей воды (от 2200 л/ч и более)


Как показывает практика, установка таких систем целесообразна, если в непосредственной близости имеется водоем или река. Отработавшую воду, также можно использовать в хозяйственных и промышленных целях, например, для полива, или организации искусственных водоемов.


Что качается качества заборной воды то, например, немецкий производитель альтернативных отопительных систем Stiebel Eltron рекомендует следующие параметры: общая доля железа и магния не более 0,5 мг/л, содержание хлоридов менее 300 мг/л, отсутствие осаждаемых веществ. При превышении этих параметров необходимо установка дополнительной системы очистки — станции подготовки и обессоливания, что повышает материалоемкость проекта.

ООО «Нова Грос» — Авторизованная монтажная организация Stiebel Eltron

Связаться с нами
Связаться с нами

Буровые работы для теплового насоса.


Исходя из опыта монтажа и эксплуатации геотермальных агрегатов, мы рекомендуем бурить скважины не менее 100м. Практика показывает, что лучшие показатели эффективности и стабильности тепловой машины, будет наблюдаться, например, для двух скважин по 150 м, чем для трех по 100м. Безусловно, для обустройства таких шахт требуется специальная техника и роторный метод производства бурения. Малогабаритные шнековые установки не способны обеспечить нужной длины скважин.


Так как, геотермальный контур является важнейшей составляющей, и правильность его обустройства является залогом успешного функционирования всей системы, то подрядчик, осуществляющих бурение должен соответствовать ряду критериев:

  • обязательно иметь опыт производства подобного вида услуг;
  • иметь специальный инструмент для погружения зондов;
  • давать гарантию погружения зонда на проектную глубину и гарантировать его целостность и герметичность в процессе производства работ;
  • после погружения проводить мероприятия по тампонированию скважины для увеличения ее теплообмена и производительности, зачеканить ствол шахты до обратной засыпки.


В целом, при правильном проектировании и квалифицированном монтаже, геотермальные зонды очень надежны, и способны Вам прослужить до 100 лет.


Процесс опускания геотермального зонда в пробуренную скважину:

опускание геотермального зонда


Геотермальный зонд на станине, перед проведением проверки на герметичность («опрессовки» давлением):

опрессовка давления

Выводы


Исходя из нашего опыта в устройстве систем альтернативной энергетики, мы можем выделить основные факты, которые являются основополагающими при выборе нашими Заказчиками тепловых насосов:

штибель.jpg

  • полная безопасность и экологичность (отсутствую процессы горения и движущие части)
  • возможность «сегодня» заказать систему и через три недели наслаждаться ее использованием без каких-либо согласований с контролирующими и разрешительными органами.
  • Полная автономность и минимальное техническое обслуживание (нет необходимости состоять в газовом кооперативе, зависеть от него; не надо подбрасывать дрова или проводить ежемесячную чистку воздуховодов, организовывать подъезд топливозаправщика и прочее)
  • Стоимость участка для строительства индивидуального дома без подведенного газа значительно ниже и срок сдачи жилья не зависит от газовых служб
  • Возможность удаленного управления через интернет
  • Передовое и инновационное оборудование стильного исполнения, которое не стыдно показать друзьям и знакомым, что безусловно подчеркивает статус домовладельца.


Если в данной статье мы не затронули какие-то вопросы и вы хотите задать их лично – вы можете приехать к нам в офис по адресу: г. Минск, ул. Одоевского, 117, компания ООО «Нова Грос» и проконсультироваться у наших инженеров.


Так же, у нас есть возможность организовать бесплатное посещение уже реализованных функционирующих объектов.


Контактные телефон для связи: 044 765 29 58; 017 399 70 51


e-mail: [email protected]


Геотермальные тепловые насосы | Министерство энергетики

Геотермальные тепловые насосы (GHP), иногда называемые GeoExchange, земные, наземные или водные тепловые насосы, используются с конца 1940-х годов. В качестве обменной среды они используют постоянную температуру земли, а не температуру наружного воздуха.

Хотя во многих частях страны наблюдаются сезонные экстремальные температуры — от палящей жары летом до минусовых морозов зимой — на несколько футов ниже поверхности земли температура земли остается относительно постоянной.В зависимости от широты температура земли колеблется от 45 ° F (7 ° C) до 75 ° F (21 ° C). Как и в пещере, эта температура земли теплее, чем воздух над ней зимой, и прохладнее, чем воздух летом. GHP использует это преимущество, обмениваясь теплом с землей через грунтовый теплообменник.

Как и любой тепловой насос, геотермальные тепловые насосы и тепловые насосы на основе воды могут нагревать, охлаждать и, если таковые имеются, снабжать дом горячей водой. Некоторые модели геотермальных систем доступны с двухскоростными компрессорами и регулируемыми вентиляторами для большего комфорта и экономии энергии.По сравнению с воздушными тепловыми насосами они тише, служат дольше, не требуют особого обслуживания и не зависят от температуры наружного воздуха.

Тепловой насос с двумя источниками энергии объединяет тепловой насос с воздушным источником и геотермальный тепловой насос. Эти устройства сочетают в себе лучшее из обеих систем. Тепловые насосы с двойным источником имеют более высокие показатели эффективности, чем агрегаты с воздушным источником, но не так эффективны, как геотермальные агрегаты. Основное преимущество систем с двумя источниками энергии состоит в том, что они стоят намного дешевле в установке, чем одиночный геотермальный блок, и работают почти так же хорошо.

Несмотря на то, что стоимость установки геотермальной системы может в несколько раз превышать стоимость установки системы с воздушным источником тепла и охлаждения, дополнительные затраты окупаются за счет экономии энергии через 5–10 лет. Срок службы системы оценивается до 24 лет для внутренних компонентов и более 50 лет для контура заземления. Ежегодно в Соединенных Штатах устанавливается около 50 000 геотермальных тепловых насосов. Для получения дополнительной информации посетите Международную ассоциацию наземных тепловых насосов.

.

Земляные тепловые насосы | Энергосберегающий трест

Земляные тепловые насосы (GSHP) используют трубы, проложенные в саду, для извлечения тепла из земли. Затем это тепло можно использовать для обогрева радиаторов, полов или систем отопления с теплым воздухом и горячей воды в вашем доме.

Тепловой насос с грунтовым источником циркулирует смесь воды и антифриза вокруг петли трубы, называемой петлей заземления, которая проложена в вашем саду.

Тепло от земли поглощается жидкостью и затем проходит через теплообменник в тепловой насос.
Температура грунта под поверхностью остается довольно постоянной, поэтому тепловой насос можно использовать круглый год.

Длина контура заземления зависит от размера вашего дома и количества тепла, которое вам нужно.

Более длинные петли могут отводить больше тепла от земли, но для их размещения требуется больше места. Если пространство ограничено, вместо них можно пробурить вертикальную скважину.

Преимущества геотермальных тепловых насосов

Пожалуйста, примите сторонние файлы cookie для просмотра

Как работают геотермальные тепловые насосы?

Тепло от земли поглощается при низких температурах жидкостью внутри петли трубы (петли заземления), закопанной под землей. Затем жидкость проходит через компрессор, который нагревает ее до более высокой температуры, которая затем может нагреть воду для контуров отопления и горячего водоснабжения дома.

Охлажденная жидкость контура заземления проходит обратно в землю, где поглощает дополнительную энергию от земли в непрерывном процессе, пока требуется нагрев.

Если места достаточно, коллекторную петлю можно проложить горизонтально в траншее на глубине примерно метра под землей. Там, где для этого нет места, вы можете пробурить вертикальные скважины, чтобы отводить тепло гораздо глубже, обычно глубиной 90–160 метров.

Пространство, необходимое для горизонтальной петли, и глубина, необходимая для скважины, будут зависеть от многих факторов — установщик теплового насоса спроектирует коллекторную решетку с учетом местных условий и требований к теплу вашего дома.

Тепловые насосы оказывают определенное влияние на окружающую среду, поскольку для работы им требуется электричество, но тепло, которое они извлекают из земли, воздуха или воды, постоянно обновляется естественным путем.

Посмотрите наше простое поясняющее видео ниже:

Стоимость

Пожалуйста, примите сторонние файлы cookie для просмотра

Экономия

Сколько вы сможете сэкономить, будет зависеть от того, какую систему вы используете сейчас, а также от того, чем вы ее заменяете.На вашу экономию повлияет:

Пожалуйста, примите сторонние файлы cookie для просмотра

Англия, Шотландия и Уэльс

Пожалуйста, примите сторонние файлы cookie для просмотра

См. Последнюю информацию и предлагаемые изменения в схеме RHI на внутренней странице программы стимулирования использования возобновляемых источников тепла.

Северная Ирландия

Пожалуйста, примите сторонние файлы cookie для просмотра

Финансовая поддержка

Вы можете получать платежи за тепло, которое вы производите с помощью теплового насоса, в рамках программы поощрения возобновляемого тепла правительства Великобритании.

Внутренний RHI больше не доступен в Северной Ирландии — подробности предыдущей схемы можно посмотреть на NI Direct.

Что нужно учитывать

Вот несколько ключевых вопросов, которые следует учитывать, чтобы узнать, подходит ли геотермальный тепловой насос для вашего дома и потребностей:

Подходит ли ваш сад для заземления?

Он не должен быть особенно большим, но грунт должен быть подходящим для рытья траншеи или скважины и доступным для копающей техники.

Хорошо ли изолирован ваш дом?

Поскольку геотермальные тепловые насосы лучше всего работают при выработке тепла при более низкой температуре, чем традиционные бойлеры, важно, чтобы ваш дом был хорошо изолирован и защищен от сквозняков, чтобы система отопления была эффективной.

Какое топливо вы будете заменять?

Система окупится гораздо быстрее, если заменит систему отопления на электричестве или угле.Тепловые насосы могут быть не лучшим вариантом для домов, использующих газ из сети.

Какую систему отопления вы будете использовать?

Тепловые насосы, работающие на грунте, могут работать лучше с системами напольного отопления или теплым воздухом, чем с системами на основе радиаторов, из-за более низкой температуры воды.

Предназначена ли система для нового развития?

Объединение установки с другими строительными работами может снизить стоимость установки системы.

Техническое обслуживание

На системы с тепловым насосом

обычно предоставляется гарантия от двух до трех лет. Гарантия качества изготовления тепловых насосов может длиться до 10 лет, например, через QANW (Национальные гарантии качества).

Многие производители также предлагают дополнительное продление гарантии за определенную плату.

Можно ожидать, что они проработают 20 лет и более, но они требуют регулярного планового обслуживания.
Вам будет достаточно ежегодной проверки и более подробной проверки профессиональным установщиком каждые три-пять лет.

Установщик должен оставить письменные сведения о любых проверках обслуживания, которые вы должны предпринять, чтобы убедиться, что все работает должным образом. Перед установкой теплового насоса проконсультируйтесь с вашим поставщиком о точных требованиях к техническому обслуживанию.

Ассоциация наземных тепловых насосов заявляет, что нет необходимости в проверках безопасности для наземных тепловых насосов, а требования к текущему обслуживанию очень низкие.

Сюда могут входить проверки водяного насоса, внешних труб, фитингов и электроники перед началом отопительного сезона.

Разрешение на строительство

Бытовые наземные тепловые насосы обычно допускаются в качестве разрешенных разработок, но уточните у местных властей, нужно ли вам разрешение на строительство или нет.

Полезные ресурсы

Посмотрите это видео, чтобы узнать больше о выработке нашей энергии с помощью геотермального теплового насоса:

В этом видео включен «режим повышенной конфиденциальности» для защиты вашей конфиденциальности.

,

Выбор и установка геотермальных тепловых насосов

Вы находитесь здесь

Главная »Выбор и установка геотермальных тепловых насосов

Эти геотермальные системы отопления и охлаждения, установленные в подвале нового дома, связаны со сложным набором подземных змеевиков, чтобы поддерживать комфортную температуру в помещении.| Фото любезно предоставлено © iStockphoto / BanksPhotos

При выборе и установке геотермального теплового насоса учитывайте эффективность нагрева и охлаждения, экономичность системы и характеристики вашего объекта. Обязательно найдите квалифицированного установщика.

Эффективность нагрева и охлаждения геотермальных тепловых насосов

Тепловая эффективность геотермальных и водяных тепловых насосов определяется их коэффициентом полезного действия (COP), который представляет собой соотношение тепла, предоставленного в британских тепловых единицах на британские тепловые единицы потребляемой энергии.Их эффективность охлаждения указывается коэффициентом энергоэффективности (EER), который представляет собой отношение отведенного тепла (в британских тепловых единицах в час) к электроэнергии, необходимой (в ваттах) для работы устройства.

Ищите этикетку ENERGY STAR®, которая указывает, что устройство соответствует критериям ENERGY STAR. Производители высокоэффективных геотермальных тепловых насосов (GHP) добровольно используют знак EPA ENERGY STAR на соответствующем оборудовании и соответствующей документации по продукции. Многие GHP имеют маркировку ENERGY STAR Министерства энергетики США (DOE) и Агентства по охране окружающей среды (EPA).

Экономика геотермальных тепловых насосов

Хотя стоимость покупки и установки системы GHP для жилых помещений часто выше, чем у других систем отопления и охлаждения, правильно подобранные и установленные GHP обеспечивают больше энергии на единицу потребляемой энергии, чем традиционные системы.В целях дополнительной экономии пароохладители, оснащенные устройством, называемым «пароохладитель», могут нагревать воду в домашних условиях. В период летнего похолодания тепло, забираемое из дома, используется для бесплатного нагрева воды. Зимой расходы на нагрев воды снижаются примерно вдвое.

В зависимости от таких факторов, как климат, почвенные условия, особенности системы, которые вы выбираете, а также доступное финансирование и льготы, вы можете окупить свои первоначальные вложения через два-десять лет за счет более низких счетов за коммунальные услуги. И — при включении в ипотечный кредит — ваши инвестиции в GHP с самого начала принесут положительный денежный поток.Например, если дополнительные 3500 долларов США на GHP добавят 30 долларов в месяц к каждому платежу по ипотеке, экономия затрат на энергию легко превысит эту добавленную сумму ипотеки в течение каждого года.

При модернизации высокая эффективность GHP обычно означает гораздо меньшие счета за коммунальные услуги, что позволяет окупить вложения в течение двух-десяти лет. Также можно включить покупку системы GHP в «энергоэффективную ипотеку», которая покроет это и другие улучшения энергосбережения в доме.Банки и ипотечные компании могут предоставить дополнительную информацию по этим кредитам.

Существует также специальное финансирование и льготы, которые помогут компенсировать затраты на добавление GHP в ваш дом. Эти положения доступны от федерального правительства, правительства штата и местного самоуправления; поставщики электроэнергии; а также банки или ипотечные компании, предлагающие энергоэффективные ипотечные ссуды для улучшения энергосберегающих жилищных условий. Прежде чем совершить окончательную покупку, убедитесь, что интересующая вас система соответствует критериям доступных поощрений.

Оценка вашего участка для геотермального теплового насоса

Низкие температуры грунта относительно постоянны на всей территории Соединенных Штатов, поэтому геотермальные тепловые насосы (GHP) можно эффективно использовать практически везде.Однако конкретные геологические, гидрологические и пространственные характеристики вашей земли помогут местному поставщику / установщику системы определить лучший тип контура заземления для вашего объекта.

Такие факторы, как состав и свойства почвы и горных пород (которые могут влиять на скорость теплопередачи), требуют учета при проектировании контура заземления.Например, грунт с хорошими свойствами теплопередачи требует меньше трубопроводов для сбора определенного количества тепла, чем грунт с плохими свойствами теплопередачи. Количество доступного грунта также способствует проектированию системы — поставщики систем в районах с обширными твердыми породами или почвой, слишком мелкой для траншеи, могут устанавливать вертикальные контуры заземления вместо горизонтальных контуров.

Наличие грунтовых или поверхностных вод также играет роль в принятии решения о том, какой тип контура заземления использовать.В зависимости от таких факторов, как глубина, объем и качество воды, поверхностные водоемы могут использоваться в качестве источника воды для разомкнутой системы или в качестве хранилища змеевиков трубопроводов в замкнутой системе. Грунтовые воды также могут использоваться в качестве источника для разомкнутых систем, при условии, что качество воды является подходящим и соблюдаются все правила сброса грунтовых вод.

Перед покупкой системы с открытым контуром убедитесь, что поставщик / установщик системы полностью изучил гидрологию вашего объекта, чтобы вы могли избежать потенциальных проблем, таких как истощение водоносного горизонта и загрязнение грунтовых вод.Антифризы, циркулирующие в системах с замкнутым контуром, обычно не представляют опасности для окружающей среды.

Размер и планировка вашей земли, ваш ландшафт, расположение подземных коммуникаций или спринклерных систем также влияют на дизайн вашей системы. Горизонтальные контуры заземления (как правило, наиболее экономичные) обычно используются для недавно построенных зданий с достаточным земельным участком.Вертикальные установки или более компактные горизонтальные установки «Slinky ™» часто используются для существующих зданий, поскольку они минимизируют нарушение ландшафта.

Установка геотермальных тепловых насосов

Для правильной установки трубопроводов необходимы специальные технические знания и оборудование, поэтому установка системы GHP не является самостоятельным проектом.Чтобы найти квалифицированного установщика, обратитесь в местную коммунальную компанию, в Международную ассоциацию наземных тепловых насосов или в Консорциум геотермальных тепловых насосов для получения списков квалифицированных установщиков в вашем регионе. Установщики должны быть сертифицированными и опытными. Спросите рекомендации у владельцев систем, которым несколько лет, и проверьте их.

Подземный теплообменник в системе GHP состоит из системы труб с замкнутым или открытым контуром. Наиболее распространен замкнутый контур, в котором трубы из полиэтилена высокой плотности закапываются горизонтально на глубине от 4 до 6 футов или вертикально на глубине от 100 до 400 футов.Эти трубы заполнены экологически чистым водным раствором антифриза, который действует как теплообменник. Зимой жидкость в трубах забирает тепло из земли и переносит его в здание. Летом система реверсирует и забирает тепло из здания и отдает его в более прохладную землю.

Воздуховоды распределяют нагретый или охлажденный воздух через воздуховоды дома, как и в обычных системах. Ящик, в котором находятся внутренний змеевик и вентилятор, иногда называют устройством обработки воздуха, поскольку он перемещает воздух в помещении через тепловой насос для нагрева или охлаждения.Воздухоочиститель содержит большой вентилятор и фильтр, как и в обычных кондиционерах.

Большинство геотермальных тепловых насосов автоматически покрывается страховкой вашего домовладельца. Обратитесь к своей страховой компании, чтобы убедиться. Даже если ваш провайдер будет покрывать вашу систему, лучше всего письменно проинформировать его о том, что у вас есть новая система.

Преимущества геотермальных тепловых насосных систем

Самым большим преимуществом GHP является то, что они потребляют на 25–50% меньше электроэнергии, чем обычные системы отопления или охлаждения.Это переводится в GHP, использующий одну единицу электричества для отвода трех единиц тепла от земли. Согласно EPA, геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии и соответствующие выбросы до 44% по сравнению с воздушными тепловыми насосами и до 72% по сравнению с электрическим резистивным нагревом со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха. GHP также улучшают контроль влажности, поддерживая относительную влажность в помещении около 50%, что делает GHP очень эффективными во влажных помещениях.

Геотермальные системы с тепловыми насосами обеспечивают гибкость конструкции и могут быть установлены как в новых, так и в модернизированных условиях.Поскольку для оборудования требуется меньше места, чем требуется для обычной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, аппаратные помещения можно значительно уменьшить, освобождая место для производственных целей. Системы GHP также обеспечивают превосходное зональное кондиционирование пространства, позволяя нагревать или охлаждать различные части вашего дома до разных температур.

Системы GHP имеют относительно небольшое количество движущихся частей, и эти части скрыты внутри здания, поэтому системы долговечны и очень надежны. Гарантия на подземные трубопроводы часто составляет от 25 до 50 лет, а на тепловые насосы — 20 лет и более.У них обычно нет наружных компрессоров, поэтому ГТД не подвержены вандализму. Кроме того, компоненты жилого помещения легко доступны, что увеличивает фактор удобства и помогает обеспечить своевременное обслуживание.

GHP не имеют внешних конденсаторных агрегатов, таких как кондиционеры, поэтому можно не беспокоиться о шуме вне дома. Двухскоростная система GHP настолько тиха внутри дома, что пользователи обычно не знают, что она работает.

,

Земляные тепловые насосы — TheGreenAge

Ground Source Heat Pumps

Что такое геотермальные тепловые насосы?

Земные тепловые насосы используют землю в качестве источника тепла, используя преимущества стабильных температур в земле для обеспечения дома теплом и горячей водой.

Геотермальные тепловые насосы — не новая концепция, они используются с 19 века. Эта технология стала очень популярной в Швеции в 1970-х годах, и с тех пор устройства были проданы по всему миру.

В Великобритании произошел внезапный всплеск спроса на тепловые насосы с момента запуска программы возобновляемого тепла, по которой домовладельцам платят за каждую произведенную единицу горячей воды.Хотя ставки уже не такие высокие, как были, они все же могут покрыть большую часть первоначальных затрат на установку систем.

Ground Source Heat Pumps

Как работают геотермальные тепловые насосы?

Система геотермального теплового насоса использует тепло, удерживаемое под землей, и нагнетает его до более высокой температуры с помощью теплового насоса. Затем это тепло используется для отопления дома или горячего водоснабжения. Тепловой насос выполняет ту же роль, что и котел в системе центрального отопления, но использует тепло окружающей среды от земли, а не сжигает топливо для выработки тепла.

Первоначально жидкий теплоноситель (обычно гликоль) перекачивается по трубам, закопанным глубоко в землю. По мере того, как жидкость проходит по трубопроводу, она поглощает окружающее тепло от земли и нагревается, прежде чем вернуться обратно в блок теплового насоса источника тепла. Как только он возвращается, теплообменник отводит тепло от жидкости, а затем он продолжает двигаться по трубопроводу в непрерывном цикле.

Низкопотенциальное тепло передается через теплообменник, затем проходит через компрессор теплового насоса, который повышает температуру до уровня, пригодного для отопления и горячего водоснабжения.

Сколько трубопроводов требуется для GSHP?

Длина контура заземления зависит от размера вашего дома и количества тепла, которое вам нужно — более длинные контуры могут отводить больше тепла от земли, но для их заглубления требуется больше места.

Трубопровод можно прокладывать горизонтально или вертикально. При горизонтальной прокладке трубопроводы имеют тенденцию зарываться в траншеи глубиной 2–3 м и располагаться на огромной площади для обеспечения возможности нагрева теплоносителя до достаточной температуры.Если трубопровод устанавливается вертикально, скважины пробурены до земли (по цене от 6000 до 8000 фунтов стерлингов за каждую скважину!). Они должны быть пробурены профессионалами, и их глубина будет регулярно превышать 100 м, чтобы жидкость-теплоноситель снова имела возможность поглощать достаточно тепла.

Есть два типа грунтовых тепловых насосов, и оба имеют несколько общих компонентов — они состоят из грунтового теплообменника, теплового насоса и системы распределения тепла (например, теплый пол или радиаторы).

Земляной тепловой насос с замкнутым контуром

Большинство установленных сегодня геотермальных тепловых насосов представляют собой тепловые насосы с замкнутым контуром. Как следует из названия, внешняя жидкость ни в какой точке не попадает в контур трубопровода. В этом случае герметичная петля из полиэтиленовой трубы высокой плотности укладывается в земле вертикально или горизонтально. Жидкий теплоноситель находится в полностью замкнутой системе, перемещаясь по трубопроводу и возвращаясь обратно в тепловой насос.

Тепловой насос с разомкнутым контуром и заземлением

Земной тепловой насос с открытым контуром использует грунтовую воду для перекачивания системы; однако количество установок этого типа сокращается, в основном потому, что вам нужен источник грунтовых вод.Кроме того, дополнительная проблема, связанная с наземным тепловым насосом с открытым контуром, заключается в том, что качество грунтовых вод может фактически иметь пагубное влияние на систему.

Земляные тепловые насосы требуют электричества

Тот факт, что геотермальные тепловые насосы работают на электричестве, говорит о том, что они дороги в эксплуатации (электричество составляет примерно 15 пенсов за кВтч, а газ — всего 4 фунта за кВтч). Однако тепловые насосы на самом деле невероятно эффективны.

Фактически, геотермальные тепловые насосы даже более эффективны, чем воздушные тепловые насосы, поскольку они преобразуют каждую единицу электроэнергии (необходимую для работы насоса и компрессора) в 3 единицы.5 — 4,5 единиц полезного тепла. Сравните это с совершенно новым энергоэффективным котлом, который преобразует каждую единицу газа всего в 0,9 единицы полезного тепла.

Эффективность тепловых насосов с воздушным источником энергии измеряется коэффициентом производительности (CoP), который просто показывает, сколько единиц полезной энергии производится из каждой единицы электроэнергии, потребляемой для работы системы. У тепловых насосов с воздушным источником КПД меняется в течение года. Это связано с тем, что в зимние месяцы агрегат должен работать больше (и, следовательно, потреблять больше электроэнергии), чтобы повысить температуру до приемлемой.

Для геотермальных тепловых насосов коэффициент полезного действия относительно постоянен — ​​это означает, что даже в середине зимы, когда потребности в горячей воде и отоплении максимальны, GSHP должен работать так же эффективно, как и на раскаленной воде. летний день. Это связано с тем, что температура под землей остается относительно постоянной круглый год — и это одно из ключевых преимуществ GSHP перед тепловыми насосами с воздушным источником.

Тепловые насосы действительно оказывают некоторое влияние на окружающую среду, поскольку для работы им требуется электричество, но тепло, которое они извлекают из земли, постоянно обновляется естественным путем, поэтому они считаются возобновляемым источником тепла.

Установка геотермального теплового насоса

The Energy Saving Trust (EST) рекомендует домашним хозяйствам, рассматривающим возможность использования теплового насоса с грунтовым источником, проконсультироваться с установщиком схемы сертификации Microgeneration и использовать для выполнения работы только должным образом аккредитованного специалиста. Во время испытаний EST обнаружил, что несколько тепловых насосов установлены неправильно, поэтому они не работали так эффективно, как могли бы. Чтобы претендовать на участие в программе Renewable Heat Incentive, необходимо использовать утвержденного MCS установщика.

Важно присмотреться к магазинам, и мы всегда рекомендуем получить несколько предложений, прежде чем выбрать лучший вариант для вас. Исследования показали, что большинство поставщиков склонны преувеличивать экономию энергии, которую дает эта система.

Поощрение возобновляемого тепла

Тепловые насосы являются частью программы государственного стимулирования использования возобновляемых источников тепла (RHI). Это означает, что вы можете получать оплату за каждую единицу произведенного вами возобновляемого тепла. Вы можете получить значительную часть стоимости установки за 7 лет выплат, не говоря уже об экономии за счет самого теплового насоса.Подробнее об этом читайте здесь.

Преимущества

    • Наземные тепловые насосы могут снизить счета за топливо, особенно если в настоящее время вы используете обычное электрическое отопление (экономия 420 фунтов стерлингов), сжиженный нефтяной газ или масло (экономия 50 фунтов стерлингов).
    • Наземные тепловые насосы часто классифицируются как технология «поставил и забыл», потому что они не требуют значительного обслуживания и не требуют доставки топлива, однако они обеспечивают отопление помещений и горячую воду 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
    • Могут уменьшить углеродный след: тепловые насосы могут снизить выбросы углерода в вашем доме, в зависимости от того, какое топливо вы заменяете.

Ограничения

    • Земляные тепловые насосы требуют разумного количества земли снаружи для прокладки змеевиков под землей. Если этого нет, технология не подойдет для вашего дома.
    • Если у вас есть вертикально погруженная система с замкнутым контуром и есть утечка, получить доступ к ней может быть сложно.

Стоимость

Установка тепловых насосов

Вы думаете о тепловом насосе? Мы обыскали всю страну в поисках лучших торговцев, чтобы убедиться, что мы рекомендуем только тех, кому действительно доверяем.

Если вы хотите, чтобы мы нашли для вас специалиста по установке теплового насоса, просто заполните форму ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время!

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о