Самый стабильный тепловой насос типа «земля-вода»

Июль 5, 2016, Energylogia Автор , Категория Отопление, Просмотров: 1 345 Нет комментариев

Обогрев с помощью тепловых насосов типа «земля-вода» — самый удачный способ организовать отопление здания. Нет более стабильного источника тепла, чем грунт, залегающий на глубине 2 м и более. Эффективное использование данной теплоты — задача геотермальной отопительной системы.

Тепловой насос «земля-вода» — принцип работы

В основе принципа действия тепловых насосов типа «земля-вода» лежит отбор тепловой энергии от грунта с температурой от +5 до +10 °С и перемещение ее в дом с последующей передачей водяной системе отопления. Технология реализована с помощью отопительной установки, состоящей и 2 частей:

  • геотермальный теплообменник, находящийся ниже глубины промерзания почвы;
  • сам тепловой насос, действующий по обратному циклу Карно (холодильник наоборот).

Тепловая установка, обеспечивающая отопление за счет возобновляемого тепла земли, функционирует по такому алгоритму:

  1. Рассол или антифриз, циркулирующий по трубам геотермального контура, приобретает температуру почвы и подается перекачивающим агрегатом в теплообменник — испаритель. Там рассол отдает теплоту хладагенту теплового насоса (фреону), а сам охлаждается на 2—5 °С и возвращается обратно в землю.
  2. Получив порцию энергии, фреон испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор. Его задача — поднять давление газа, чтобы он мог сконденсироваться при плюсовой температуре.
  3. Сжатый газ в теплообменнике — конденсаторе переходит обратно в жидкую фазу за счет передачи энергии теплоносителю системы отопления дома.
  4. Давление жидкого фреона падает после прохождения расширительного клапана, хладагент движется в испаритель за новой порцией теплоты.
  5. В результате количество тепловой энергии, отнятой у земли и направленной на отопление дома, в 4 и более раза превышает расход электричества, питающего компрессор, циркуляционные насосы и блоки управления. Агрегат способен функционировать и в обратную сторону — на охлаждение, но его эффективность снизится на 15—20%.
 Величина, характеризующая эффективность работы тепловых насосов, — коэффициент энергоэффективности СОР (не путать с КПД). У грунтовых геотермальных систем СОР равен 4 и более (получено тепла вчетверо больше, чем затрачено электричества).

Особенности устройства земляных геоконтуров

Горизонты грунта, имеющие постоянную положительную температуру, начинаются на 20—30 см ниже глубины промерзания почвы. Существует 3 вида подземных теплообменников, используемых для совместной работы с тепловыми насосами:установка теплового насоса

  • вертикальные зонды;
  • плоскостные коллекторы из труб;
  • энергетические сваи.

Вертикальный зонд — это оголовок с подключенными трубами, погружаемый в скважину глубиной 18 м и более. Точное число скважин и зондов, их глубина и диаметр трубопроводов определяется расчетом после проведения геологических исследований.

Трубы от скважин сходятся в колодце с коллектором, от которого идут 2 утепленные магистрали к тепловому насосу — подающая и обратная. Диаметры магистралей могут достигать 160 мм.

Плоскостные геоконтуры — это полимерные трубы, уложенные на дне котлована и напоминающие структурой теплые полы. Глубина котлована — ниже границы замерзания, размеры и шаг укладки также определяется расчетом.

Энергетические сваи — это те же зонды, окруженные арматурным каркасом и залитые специальным бетоном, хорошо проводящим тепло.

На отопление небольшого утепленного коттеджа площадью 100 м2 потребуется 7.5 кВт/ч тепловой энергии. По данным ведущего производителя отопительной техники Vaillant, примерная длина вертикальных зондов в грунте составит 110 м, а под устройство плоскостного контура понадобится 250 м2 площади участка.

Для монтажа подземных теплообменников различных типов используются трубы из сшитого полиэтилена марки РЕ-Ха и полиэтилена низкого давления (ПНД) марки РЕ-100, чьи данные указаны в таблице:

Тип геоконтура Применяемые трубы Диаметр, мм Сфера применения Влияние, оказываемое на окружающую среду
Зонд вертикальный РЕ-Ха, РЕ-100 32, 40 32, 40 Малая площадь земельного участка Нагрев грунтовых вод в режиме охлаждения помещений
Коллектор плоскостной РЕ-Ха, РЕ-100 20, 25, 32, 40 25, 32, 40 Большая площадь земельного участка При работе на отопление небольшое охлаждение почвы и влияние на растения
Свая энергетическая буронабивная РЕ-Ха, РЕ-100 20, 25 20, 25 Малая площадь земельного участка со слабыми грунтами При режиме охлаждения небольшой подогрев грунтовых вод
 Чтобы предупредить воздействие плоскостного теплообменника на растительность, его рекомендуется максимально углубить (до 3—3.5 м), а участок подобрать открытый, где солнце станет пополнять запас тепла, нагревая почву.

Плюсы и минусы геотермальных тепловых насосов

достоинтства геотермального теплового насосаГеотермальные системы типа «земля-вода» наиболее стабильны, поскольку извлекают теплоту глубокозалегающих горизонтов грунта.

Температура этих слоев всегда одинакова независимо от времени года и лежит в диапазоне 5—10 °С. В целом преимущества данных установок перед тепловыми насосами других типов выглядят так:

  • стабильно высокая эффективность (СОР не менее 4);
  • надежность в работе;
  • долговечность наружного теплообменника (трубы ПНД и РЕ-Ха при температуре теплоносителя +20 °С могут прослужить до 50 лет);
  • при температуре грунтовых вод до 12 °С в летнее время геоколлектор может охлаждать помещения напрямую через теплообменник, без включения теплового насоса;
  • кроме нагрева теплоносителя в системе отопления, агрегат способен готовить горячую воду для хозяйственных нужд.
 Теоретический СОР геотермальных систем достигает 7, но на практике подобная эффективность невозможна из-за расхода электричества компрессором и насосом наружного контура, чья задача — перекачивать рассол на большое расстояние либо поднимать его со значительной глубины.

Недостатков теплового насоса «земля-вода» всего 2, но они существенны:

  • Устройство подобного отопления обойдется значительно дороже, нежели воздушные или водяные системы (в 4—5 раз).
  • Длительность строительно-монтажных и наладочных работ — около 1 месяца.

Для закладки геотермального контура важно тщательно выполнить расчеты и произвести геологические исследования грунта. Вкупе с монтажом подобные работы проводятся специалистами высокой квалификации, имеющими опыт.

Частных фирм, способных выполнить качественный монтаж агрегата и наружного контура, насчитывается буквально единицы. Отсюда возникает риск «закопать деньги в землю» без всякой отдачи, воспользовавшись услугами халтурщиков.

Эксплуатация

Тепловые насосы, черпающие энергию грунта — высокотехнологичные и надежные установки, не нуждающиеся в постоянном присмотре. Домовладельцу достаточно выполнять такие требования:

  • вызывать специалистов сервисной службы для проверки с периодичностью, указанной в руководстве по эксплуатации;
  • проводить осмотр фреоновых магистралей с целью обнаружения утечек, о чем свидетельствуют масляные пятна на трубках и узлах;
  • периодически (1 раз в месяц) проверять видимые стыки геоконтура, распределительную гребенку;
  • прислушиваться к работе компрессора и перекачивающих агрегатов, они не должны издавать посторонних шумов.

Профилактические мероприятия могут отличаться для изделий от разных производителей, их точный перечень и описание даны в инструкции по эксплуатации.

Ценовая политика

Если не принимать во внимание продукты китайского производства, то общая стоимость геотермального отопления выльется в следующие суммы:

  • Цена оборудования стартует от 8000 у. е.
  • Стоимость монтажа самой простой системы мощностью 5 кВт — от 2000 у. е.
 На рынке есть предложения и дешевле (китайская техника), но подобные приобретения связаны с риском получить некачественное изделие.

Отзывы реальных владельцев о геотермальных тепловых насосах

Откровенно негативных отзывов об этом типе тепловых насосов крайне мало и связаны они с некачественным выполнением монтажных работ, что нельзя отнести к недостаткам самой установки.

Реальные владельцы говорят следующее:

Живу на Кубани, дом 150 м2 отапливаю тепловым насосом на 10 кВт. Геоконтур делал сам, заложил ПНД трубу 25 мм в широкую траншею на глубине 2 м. Укладывал змейкой, одна труба на глубине 2 м, вторая – 1 м, общая длина траншеи – 200 м. Уже второй сезон все работает отлично.
В нашем суровом климате (г. Нижневартовск) пришлось делать 3 скважины глубиной 50 м, чтобы тепловой насос дал температуру теплоносителя 55 °С в системе. Не скажу что доволен, слишком дорого все обошлось. Но если считать только цену отопления, то реально мы в плюсах.
Геоколлектор для теплового насоса спроектировали еще перед строительством дома. Сделали горизонтальный теплообменник на глубине 2.5 м, где заканчивается суглинок и начинается плотная глина. Сейчас агрегат мощностью 10 кВт обеспечивает дом с расчетными теплопотерями 12 кВт, уже второй сезон проблем нет. Посчитать расход электричества насосом руки не доходят, но вижу, что СОР = 4.0 приблизительно соблюдается.

Многие пользователи–энтузиасты удачно совмещают с тепловым насосом другие энергоэффективные технологии — солнечные коллекторы, воздушные системы с рекуперацией тепла и ветряки для производства собственной электроэнергии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *