Геотермальные тепловые насосы — принцип работы альтернативных источников энергии
Современные отопительные устройства отличаются высокими показателями качества и функциональностью. Геотермальные тепловые насосы, имеющие довольно простой принцип работы, привлекают внимание потребителя своей эффективностью и неприхотливостью, так как идеально решают проблему отопления и кондиционирования.
Собирая тепло из земли (грунта), воды (грунтовых вод), геотермальный тепловой насос обеспечивает его передачу в системы отопления сооружений и зданий.
Принцип работы геотермальных тепловых насосов
Такой агрегат, использующий тепло земли, является экономически выгодным кондиционером в летнее время и отопительным прибором в зимнее. Средние температурные показатели грунта колеблются в диапазоне 4-12 градусов Цельсия, данная энергия является природным резервом использования низкопотенциальной теплоты.
В водоеме или непосредственно в грунте к тепловому насосу проводится зонд (трубопровод), по которому специальная морозостойкая жидкость циркулирует с целью сбора тепла. Подобную систему вполне можно сравнить с рабочей средой стандартного холодильника с обратными функциональными задачами. То есть если в холодильнике вырабатывается холод, а тепло испаряется во внешнюю среду, то тепловой насос имеет обратные принципы действия.
В тепловом геотермальном насосе один теплообменный аппарат (испаритель) утилизирует низкопотенциальную теплоту, другой теплообменный аппарат (конденсатор) выделяет тепло для обогрева и потребительских нужд.
Геотермальные тепловые насосы имеют ряд достоинств
Неоспоримые преимущества такого рода насосов обусловили их актуальность для разных регионов. Главными достоинствами оборудования считаются:
- Максимальная стабильность характеристик (КПД, тепловая мощность), которые не зависят от воздействия внешней среды (погодных условий, времени года). Это обусловлено тем, что температура грунта в скважинах не меняется – она постоянна;
- Высокие показатели КПД (400-500%), обеспечивающие высокую эффективность. На 1 кВт электрической энергии приходится 3-5 кВт мощности тепловой энергии;
- Щадящее отношение к окружающей среде и ландшафту при монтаже оборудования;
- Возможность компактного размещения. Скважины не требуют большой площади участка, нарушения целостности фасада и интерьера, у них не имеется наружных блоков;
- Большой эксплуатационный срок, долговечность. Заводские грунтовые зонды имеют срок эксплуатации порядка 100 лет. Компрессор, основной узел теплового насоса, который легко меняется, проработает 30 лет;
- Простота использования. Не требует повышенного внимания к себе;
- Универсальность применения оборудования – насос позволяет, и охлаждать, и нагревать необходимую площадь;
- Обеспечение максимального уровня комфорта в доме (низкотемпературное отопление – теплый пол), отсутствие шума;
- Минимум колебаний влажности и температуры;
- Освобождается территория, требующаяся для размещения узлов системы отопления;
- Двойной зонд в виде буквы «U» обеспечивает дублирование зондов в скважине, увеличенный съем тепловой энергии, малое гидравлическое сопротивление. Зонд будет надежно защищен от повреждений после того, как скважину заливают термо раствором;
- Экологическая чистота данных методов кондиционирования или обогрева. Нет выброса в атмосферу углекислого газа, вредных продуктов горения;
- Абсолютная пожаро- и взрывобезопасность. Для эксплуатации не требуется специальное оборудование;
- Использование небольшого количества электроэнергии, что дает низкие эксплуатационные затраты. К примеру, геотермальный тепловой насос (17 кВт) подходит для отопления жилого дома в 350 кв. м – потребление электричества составит до 5 кВт в час.
- Максимальная автономность и независимость, нет необходимости в газопроводе. Не возникает зависимости от поставок и цен на жидкое топливо или газ – насос работает от электричества.
- При использовании таких насосов не придется в срочном порядке освобождать лишнюю территорию для того чтобы поместить дымоход, котельную, специальное хранилище для топлива.
Виды подземных геотермальных тепловых насосов
Существует 4 разновидности коллекторов, которые являются успешными поставщиками тепловой энергии. Это подземные коллекторы следующих типов:
- Горизонтальные тепловые насосы. Размещены горизонтально на глубине порядка 1,2 — 1, 5 метра – глубже уровня промерзания грунта. Когда земельная площадь позволяет проложить контур, этот способ получения энергии предпочитают использовать для жилых объектов.
- Вертикальные тепловые насосы. Размещаются вертикально в специально пробуренных скважинах, глубина которых достигает 150 метров. Наиболее предпочтительный вариант, когда нет территориальной возможности для горизонтального размещения контура или ландшафтную зону нельзя нарушать.
- Грунтовые водные. В данном случае вода, циркулирующая по системе геотермального теплового насоса, является теплообменной жидкостью. В конце процесса прохождения по всему контуру вода возвращается в грунт.
- Водные тепловые насосы. Самый недорогой вид коллектора. Размещение предусматривается в любом типе водоема (река, озеро) – главное, чтобы глубина промерзания была выше глубины пролегания оборудования. Необходимо соблюсти требования относительно объема воды в водоеме и его размера.
Каждый из этих видов коллекторов можно считать достаточно актуальным в наше время. Выбор зависит от конкретных условий и возможностей эксплуатации.
Особенности эксплуатации тепловых насосов
Учитывая то, что геотермальные тепловые насосы являются разновидностью инновационного оборудования и требуют грамотного проектирования, важно доверять монтаж установки профессионалам, имеющим опыт работы с высокотехнологичными материалами. Для того чтобы тепловой насос сохранял высокий КПД, необходимо иметь низкотемпературную систему отопления, к которой он будет подключаться. Температура подачи не должна превышать отметку в 55 градусов (фанкойлы, теплые полы, специальные радиаторы, подстроенные на необходимую температуру).
Применение геотермальных насосов на территории России
Для многих районов Российской Федерации геотермальные тепловые насосы становятся самыми оптимальными средствами отопления и кондиционирования. Актуальными причинами использования данного оборудования в России можно считать следующие:
- Максимальность автономии;
- Экономичность;
- Горячая вода;
- Безопасность;
- Удобство и комфорт;
- Универсальность. Отопление – в холодное время года и кондиционирование – в жару;
- Отсутствие проблем с сервисным обслуживанием и наличием газопроводов.
Какие расходы требует установка и обслуживание тепловых насосов?
Тепловой насос в наше время стоит немало, однако значительная экономия средств позволяет со временем полностью окупить первоначальные затраты и начать экономить на отоплении. Не стоит забывать и о расходах на потенциальный ремонт насосного оборудования, которые могут составлять приличную сумму. Если говорить простым языком, то в общую стоимость обслуживания геотермального насоса входит:
- Бурение скважин под геотермальные зонды, содержащие экологически чистый пропиленгликоль, на глубину от 70 до 150 м;
- Монтаж/обвязка установки блока системы теплонасоса с автоматикой управления, отдельно стоящим или встроенным бойлером косвенного нагрева, имеющим высокую эффективность;
- Устанавливаются дополнительные модули управления бассейном – если есть потребность, то установка оборудуется добавочной емкостью;
- Модуль управления солнечными коллекторами, модуль системы охлаждения (кондиционирования).
Геотермальный тепловой насос: своими руками, принцип работы
СодержаниеВ настоящее время, многие люди, которые живут в частных домах, считают, что применение геотермального отопления актуально только в тех регионах, где имеются подземные горячие источники.
Это далеко не так, ведь геотермальные тепловые насосы Nibe, способны к генерации тепла даже при сравнительно невысоких температурах.
Геотермальный тепловой насос горизонтального типа
Это свидетельствует о том, что использовать геотермальный тепловой насос Nibe f1345 можно в условиях умеренного климата, причем с большой степенью эффективности.
Какие особенности у геотермального насоса?
Тепловой насос представлен в виде современного альтернативного источника энергии, собрать его своими руками вполне возможно. Этот агрегат, собранный своими руками, может снабжать тепловой энергией такие системы как:
- Система кондиционирования;
- Система отопления;
- Система нагрева воды.
Принцип работы геотермального насоса, собранного своими руками, несколько отличен от газовых, дизельных и электрических генераторов тепла. Геотермальный насос, который был собран своими руками, имеет свой особый принцип работы, потому его расчет производится на основании специальной формулы.
Агрегат, находясь в рабочем режиме, функционирует по принципу выкачивания энергии из накопивших ее объектов окружающей среду. В летнее время года такое устройство, сделанное своими руками, с опорой на свой принцип работы, пользуется энергией, которая аккумулирована в пластах грунта, в скальных породах и водоемах.
Расчет контура мощности и прочих характеристик устройства, сделанного своими руками, производится с ориентировкой на особенности источников энергии.
Представленный агрегат, собранный своими руками, имеет такой принцип работы, который не позволяет ему применять во время работы жидкое топливо.
Геотермальный тепловой насос Интерклимат
Такой принцип работы подразумевает отсутствие традиционной дымовой трубы. Особый принцип работы теплового насоса позволяет произвести точный расчет, и обеспечить собственное жилище надежным источником тепла.
Произведя расчет системы отопления, которая работает с применением геотермального насоса, можно убедиться в том, что представленная система поможет значительно сэкономить энергию и деньги.
Тоже самое утверждают и производители такого оборудования, отзывы пользователей о котором, в большинстве своем также положительные.
Сегодня, в большинстве стран СНГ, цена производства тепловой энергии напрямую зависит от цены используемого топлива. Дороже всего пользователям обходится электроэнергия, дизельные виды топлива и газ.
Расчет показывает, что при учете такой тенденции, разница при установке теплового насоса, оснащенного грунтовым теплообменником, и котельной использующей дизельное топливо, окупится уже в течение трех ближайших лет.
Практически все без исключения современные модели тепловых насосов оборудованы встроенными электронагревателями. Это связанно с тем, что расчет показателей номинальной мощности, во время выбора типа отопительного оборудования, ведется с ориентировкой на покрытие тепловой нагрузки в самые холодные периоды.
Имеется в виду, что такая минимальная температура может продержаться всего несколько дней. Именно в этот период агрегат будет работать на полную мощность.
Для того, что произвести и рассчитать достоверное соотношение мощностей представленного теплового агрегата и электронагревателя применяется специальный график интегрального типа.
к меню ↑
Как работает геотермальный тепловой насос?
Геотермальный тепловой насос типа G типа
Общая схема работы представленного устройства достаточно проста. Насос получает тепловую энергию, производит ее перекачку и транспортирует ее к получателю.
В том случае, когда отопление производится с помощью геотермального насоса, его внешний блок помещается в предварительно вырытую в земле яму.
Один из альтернативных вариантов – это его погружение в озеро или водоем, который находится неподалеку от дома. В этом случае, вне зависимости от температуры воздуха окружающей среды, представленный наружный блок не подвергается частичному или полному обледенению.
Наряду с этим, общие показатели эффективности теплоотдачи остаются на достаточно высоком уровне. Как уже упоминалось выше, принцип, благодаря которому происходит работа агрегата, основывается на том, что тепло получается из почвы или воды, после чего производится его дальнейшая передача получателю.
Читайте также: как устроены тепловые насосы типа воздух-воздух?
Для того чтобы обеспечить эффективный сбор тепла, незамерзающая жидкость, находящаяся в системе, протекает по трубопроводной магистрали, расположенной в воде или под землей.
При этом агрегат берет около 8 °С у незамерзающей воды, в результате чего жидкость подвергается охлаждению. Впоследствии ток жидкости не прерывается, и она, протекая по трубе, снова восстанавливает нужный уровень температуры и далее поступает в контур теплового насоса. Те градусы, которые были получены в результате работы агрегата, тратятся на систему обогрева горячей воды.
к меню ↑
Виды и отличия геотермальных агрегатов
Геотермальные насосы подразделяются на несколько видов. Отличие производится из-за разных методов исполнения представленных агрегатов, включенных в отопительную систему.
Насос, обладающий открытым циклом, берет воду из подземного потока, которая забирается в его систему. Агрегат, расположенный внутри дома отбирает энергию у воды, далее эта вода возвращается в подземный поток на некотором расстоянии от насоса. Несомненные преимущества представленного метода заключаются в:
Зонды для тепловых насосов любого типа
- Возможности получения воды для водоснабжения дома;
- Высокой степени эффективности открытых систем;
- Отсутствии вреда для грунтовых вод;
- Постоянной поддержке одинакового уровня грунтовых вод.
Насосы, обладающие закрытым циклом, и снабженные водоразмещенным теплообменником, устроены таким образом, что внутри них специальная жидкость (теплоноситель) циркулирует по контуру коллектора, который находится в водоеме.
При этом, тепло у воды забирается и отдается получателю. Такие системы рационально использовать в том случае, если дом находится на расстоянии, не превышающем 100 метров от водоема.
При этом значение глубины водоема и особенности его береговой линии полностью должны соответствовать всем техническим условиям, которые необходимы для осуществления прокладки коллектора.
Очевидным преимуществом представленного метода является его условная дешевизна. Насос, обладающий закрытым циклом, и снабженный теплообменником горизонтального типа, отличается расположенными в почве коллекторами, в которые постепенно просачивается носитель тепла.
Трубки располагаются в земле в горизонтальном положении. Глубина их залегания не превышает одного метра. При проведении землекопных работ следует проявлять большую осторожность и не задеть теплосборные коммуникации.
Примерные расчеты показывают, что для осуществления обогрева дома с жилой площадью, равной 200 м2 нужно разместить коллекторы на площади грунта в 500 м2.
Если прокладка коллекторов производится вблизи от деревьев, то трубы должны проходить на расстоянии в 1,5 метра от кроны. Насос с циклом закрытого типа, снабженный вертикальным теплообменником, отличается тем, что трубки с циркулирующим в них теплоносителем погружаются в почву вертикально.
Коммуникации геотермального насоса
Глубина погружения может составлять 200 метров. Это основано на том, что на глубине в 10-15 метров земля уже обладает постоянной температурой в +10-12 °С в не зависимости от времени года.
Соответственно, при увеличении глубины, значение температуры возрастает. Представленный метод является наиболее эффективным при осуществлении работы теплонасоса. Он позволяет стабильно получать до 5 кВт тепловой энергии.
к меню ↑
Отзывы
Отзывы владельцев таких систем отопления в большинстве своем положительные.
Валерий, 45 лет, Улан-Удэ:
Я давно уже хотел перейти с печного отопления на более экономный и современный метод. Решил собрать своими руками систему с геотермальным насосом. Хоть на это и ушло много времени и сил, но оно того стоило. Теперь я не трачусь на уголь или дрова, а температура в доме всегда удовлетворительная. Рекомендую всем.
Павел, 30 лет, Воронеж:
По образованию я инженер и занимаюсь своим бизнесом по продаже насосов и насосных систем. Сейчас решил организовать продажу геотермальных насосов. Все, кто купил эти агрегаты и установил их — остались довольны.
Александр, 50 лет, Саратов:
Живу в частном доме и по совету зятя решил установить себе вертикальный геотермальный насос. Вложил немало сил и финансов, но он уже начинает себя окупать. Советую всем.
к меню ↑
Расчет мощности насоса
Процесс установки геотермального теплового насоса
Получение тепла от каждого отдельно взятого метра трубы с теплоносителем во всех случаях напрямую зависит от показателей нескольких параметров.
Это глубина укладки, наличие грунтовых вод, качество грунта и прочие. Для коллекторов горизонтального типа это значение равняется 20 Вт.м.п.
При проведении расчетов разница в показателях температуры теплоносителя в обратном и прямом контуре петли равняется 3 °С. При проведении расчетов обязательно нужно иметь в виду, что параметр теплоемкости этиленгликоля при значении температуры в 0°С, равняется 3,7 кДж/кг.
При этом плотность равна 1,05 г/см3. Для того чтобы произвести расчет параметров первого контура установленного теплонасоса нужно, в первую очередь, узнать расход медиума.
Он рассчитывается по формуле Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·.t), где t является разницей температур между первым и вторым контуром. Qo обозначает общую тепловую мощность, которая получается от источника тепла (в данном случае грунта).
Qwp представляет собой разницу между полной и электрической мощностью представленного теплового насоса, которая тратится на нагревание хладагента.
к меню ↑
Нюансы и последовательность подключения
Весь внешний контур системы собирается с применением труб выполненных их полиэтилена. Предварительные расчеты свидетельствуют о том, что работы производятся с соотношением 40-50 Вт энергии тепла на один погонный метр коллектора.
Исходя из этого, при значении производительности насоса, равному 10 кВт, нужно будет произвести бурение скважины, протяженность которой будет составлять 170-200 метров.
В некоторых случаях, вместо одной скважины, производиться бурение нескольких, более мелких, для того, чтобы в сумме получилась такая же расчетная глубина.
Схема горизонтального геотермального теплового насоса
Бурение скважины производится с одной точки, но в нескольких направлениях одновременно. Последовательность проводимых работ должна проводиться в строго установленном порядке.
Для начала нужно обеспечить трехфазное электрическое питание, счетчик при этом должен быть 40 амперным. Далее выполняется обвязка теплого пола, примерный шаг которой будет равен 15 сантиметрам.
После этого производится закрепление компрессора с применением кронштейнов в 300 мм. При монтаже вспомогательного компрессора кронштейны удлиняются при помощи U-профиля.
Далее производится обмотка обжимного кольца, которое потом зажимается с помощью контргайки. После этого проводится установка испарителя с кронштейнами в 400 мм. Затем производится заправка системы фреоном и производится тестовый запуск.
к меню ↑
Как собрать геотермальный тепловой насос своими руками? (видео)
Главная страница » Тепловые насосы
Нужен ли вам геотермальный тепловой насос?
Эта статья будет полезна тем людям, кто решил сделать систему отопления и охлаждения своего здания, используя геотермальный тепловой насос. Я уже писал, как отопить дом дешево без газа, сколько что стоит, и каковы будут затраты на эксплуатацию. Если не читали — обязательно прочтите.
Что такое геотермальный тепловой насос?
Геотермальный тепловой насос — система центрального отопления и/или охлаждения, использующая тепло земли. Земля в геотермальных системах является радиатором в летний период или источником тепла в зимний период. Разница температур грунта используется, чтобы повысить эффективность и снизить эксплуатационные расходы системы обогрева и охлаждения, и может дополняться солнечным отоплением. Геотермальные тепловые насосы используют явление тепловой инерции: температура земли ниже 6 метров примерно равна среднегодовой температуре воздуха в данной местности и слабо изменяется в течение года.Википедия
Что такое внешний контур геотермального теплового насоса?
По сути это теплообменник, который устроен из трубы и заложен в землю или воду. Встречаете ли Вы теплообменники в своей обычной жизни?
Безусловно.
Радиатор под капотом Вашего автомобиля — это теплообменник. Печка в автомобиле — это теплообменник. Радиатор сзади Вашего холодильника — это теплообменник.
То есть теплообменник это устройство, в котором осуществляется тепловой обмен между двумя теплоносителями, имеющими различную температуру.
Геотермальный тепловой насос кому он нужен?
Есть ли смысл устанавливать геотермальный тепловой насос в Краснодарском крае или Адыгее? Если вы планируете сделать систему пассивного охлаждения и добиться максимальной экономии в процессе эксплуатации здания, или у вас есть рядом речка или озеро, то можно рассматривать монтаж геотермального контура. Во всех остальных случаях, особого смысла в этом не вижу.
Лучше установите воздушный тепловой насос, например CHOFU.
Виды геотермальных контуров
Внешние контуры геотермального теплового насоса делятся на два типа:
- с открытым контуром
- с закрытым контуром
Открытый геотермальный контур — что это и как он работает?
Открытым контуром называется он так, потому что через теплообменник теплового насоса прокачивается вода, которая затем возвращается в землю. Часто делают так: бурится две скважины, подающая и приемная, из одной вода выкачивается, в другую скважину вода сливается. Встречаются варианты забора воды из рек и озер, если они конечно есть поблизости.
Открытый геотермальный контур
Температура рек, озер и воды в скважинах редко опускается ниже +5°C, а значит это прекрасный потенциал.
Пассивное охлаждение дома
Сделайте систему теплых стен, прокачайте через эту систему воду с температурой +5°С, и летом в вашем доме будет будет прохладно. Затраты возникнут только на перекачку воды, т.е. на работу циркуляционного или скважинного насоса. Вот видео, где рассказывается о теплых стенах.
Закрытый (замкнутый) контур геотермального теплового насоса
Это значит, что теплоноситель замкнут в какую-то систему, и циркулирует внутри этой системы. Закрытые контуры делятся в свою очередь еще на несколько типов:
- вертикальный
- горизонтальный
- водный
Горизонтальный контур теплового насоса
В основном это размотанные трубы на дне траншеи или котлована. Достаточно хорошая система, но для нее нужно много места.
горизонтальный контур теплового насоса
Вертикальный контур теплового насоса
Преимущества: экономия площади земельного участка и возможность монтажа в любых грунтах.
вертикальный зонд теплового насоса
В вертикальном контуре используются геотермальные зонды нескольких типов: двухтрубные, коаксиальные и четырехтрубные.
- Двухтрубный геотермальный зонд – самый популярный, на мой взгляд, геотермальный зонд, не дорогой и легкий в монтаже.
- Коаксиальный геотермальный зонд — устройство: труба в трубе, распространенные варианты диаметров пнд труб: 63 мм. и 40 мм., 63мм. и 32 мм.
- Четырехтрубный геотермальный зонд – состоит из четырех труб и наконечника. Применяется для увеличения мощности геотермального контура до 20% в холодных регионах.
Считаю, что использование четырехтрубного зонда ничем не оправдано.
Водный контур теплового насоса
Самый дешевый вариант геотермального контура, к сожалению, не у каждого есть рядом с домом озеро или река.
водный контур теплового насоса
Очень выгодная система, если у вас рядом с домом есть доступ к такому источнику низкопотенциального тепла, рассмотрите этот вариант.
Из чего сделать грунтовый теплообменник?
Труба для геозондов должна быть:
- долговечной;
- прочной;
- иметь как можно большую теплопроводность.
Труба не должна:
- быть подвержена коррозии;
- иметь разборных соединений.
Мы используем полиэтиленовую трубу ПНД 32×2 ПЭ100 SDR17 и ПНД 40×2,4 ПЭ100 SDR17.
Критики могут сказать, что труба ПНД 32×2 ПЭ100 SDR17 рассчитана на давление 10 бар, и из такой трубы нельзя изготавливать геотермальный зонд, длинной 100 метров. Все знают, что водяной столб каждые 10 метров создает давление 1 бар. А 100 метров зонда это 10 бар + 1,5 бара еще должно быть в геотермальном контуре котельной. Труба не выдержит!!!
Это неверное рассуждение. На трубу грунты давят снаружи, а водяной столб изнутри. Давление на стенку трубы примерно одинаковое.
Прекрасное тому доказательство, целые амфоры, найденные на дне моря, пролежавшие там 1 500 лет, на глубине 200 метров.
1500 летние амфоры под водой
Поэтому перед погружением геотермальных зондов их обязательно наполняют водой. Иначе трубу просто сдавит, и перекроет поток теплоносителя.
Чтобы узнать, как убрать воду из погруженных геотермальных зондов посмотрите это видео.
Подпишитесь на нашу рассылку
Подходите к выбору тщательно, если возникнут сложности, обращайтесь к нам, мы проконсультируем и подберем оптимальную систему отопления для вашего дома.
Автор
Александр Кузнецов
Facebook TwitterПридумываю, проектирую, строю и автоматизирую системы отопления и водоснабжения. Нужно построить котельную, систему отопления, теплые полы, водопроводы – обращайтесь. Консультирую по электронной почте [email protected], Whats App или Telegram +7 988 354-52-62. Наши работы смотрите на YouTube
Читайте также
Геотермальные тепловые насосы | Weswen
Геотермальный тепловой насос не является чем-то сверхъестественным, а его принцип работы подчиняется основным законам термодинамики. Первая идея устройства геотермального теплового насоса принадлежит лорду Кельвину, который выдвинул ее еще в 1852 году, назвав данное устройство «умножителем тепла». Геотермальные тепловые насосы состоят из компрессора, это самая важная деталь этого оборудования. Компрессор сжимает низкопотенциальное тепло. В общем случае, происходит отбор теплоты из грунта или воды и передача его отапливаемому зданию. Кроме этого, в состав теплового насоса входят испаритель (теплообменник) и конденсатор. Отбор тепла происходит за счет специальных теплообменников, которые располагаются в земле или воде, имеющие постоянную температуру на протяжении всего года. Теплообменники представляют собой трубы, по которым течет специальная жидкость или газ. Компрессор отбирает тепло у данной жидкости и передает его конденсатору, который накапливает и передает тепло системе отопления. Охлажденная жидкость поступает обратно к испарителю, где нагревается до определенной температуры. Низкопотенциальной энергией обладает любое вещество, температура которого выше температуры абсолютного нуля (-273ºС), поэтому в качестве источников тепла для теплового насоса можно использовать любые объекты в виде грунта, водоема, скал, льда и т.п. Геотермальные тепловые насосы, используемые зимой в качестве отопления, летом можно использовать для охлаждения или кондиционирования помещения, когда насос работает в обратном направлении, отбирая тепло из помещения и сбрасывая его в грунт или водоем.
Геотермальные тепловые насосы обмениваются теплом с внешней средой различными способами. Существуют такие основные способы отбора тепла из источника низкопотенциальной энергии:
— открытые системы – источником данной системы является подземная вода, которая транспортируется в тепловой насос, отдает свое тепло и возвращается обратно в недра земли на некотором расстоянии от точки сбора. При таком способе отопления помещения одновременно можно использовать данную систему для водоснабжения потребителей. Учитывая, что подземные воды обладают постоянной относительно высокой температурой на протяжении всего года. Открытые системы никогда не наносят вред окружающей среде, сохраняя постоянный состав грунтовых вод.
— закрытые системы с погруженными в воду теплообменниками – в таких системах теплоноситель циркулирует по размещенным в водоеме коллекторам, отдавая или забирая тепло у воды. Строительство таких систем сопряжено с некоторыми условиями, согласно которых отапливаемое здание должно находиться на расстоянии не дальше ста метров от открытого водоема, глубина и берега которого позволяют проложить коллекторы. Данные системы имеют относительно низкую цену.
— закрытые системы с горизонтальными теплообменниками, размещенные в грунте – коллекторы с теплоносителем размещаются на малой глубине горизонтально. Большим минусом таких систем является наличие большой площади для прокладки теплообменника и возможное повреждение при проведении любых земляных работ. При правильной организации данной системы, во время эксплуатации не происходит негативное влияние на ближайшую растительность и другие экологические условия.
— закрытые системы с вертикальными теплообменниками – в таком случае теплообменник имеет вертикальную ориентацию и размещается на большой глубине, которая может достигать двухсот метров. Такие системы очень эффективны и экономичны. Это объясняется тем, что под землей на глубине около двадцати метров температура не изменяется в течение всего года и достигает примерно 10ºС. Температура грунта растет с ростом глубины расположения теплообменников. В таком случае отопление помещения обеспечивается при малых затратах электроэнергии и относительно малых первоначальных капиталовложений.
Также существуют различные типы тепловых насосов. Тип «жидкость-хладагент-жидкость» или «вода-вода» характеризуется тем, что передача рассеянного тепла происходит от грунта или водного объекта в систему водяного отопления. Такие тепловые насосы имеют возможность отапливать помещение через теплые полы или радиаторы, также охлаждение помещения через файнкойлы. Такие типы могут использоваться и для организации горячего водоснабжения объекта круглый год. Мощность таких насосов может находиться в пределах от 5 до 1290 кВт для отопления и от 4 до 1189 КВт для охлаждения. Система водяного отопления такого типа состоит из трех теплообменников, компрессора, расширительного бака и циркуляционного насоса. А циклами работы управляет многофункциональный контроллер.
Когда же испаритель теплового насоса забирает тепло у воздуха и передает его также в систему водяного отопления, такой тип называют «воздух-хладагент-жидкость». Особенностью типа «воздух-хладагент-воздух» является то, что испаритель устанавливается снаружи здания и обдувается воздухом, а конденсатор монтируется в помещении, которое необходимо отапливать. Таким образом, конденсатор служит отопительным элементом и непосредственно нагревает воздух.
Геотермальный тепловой насос состоит из конденсатора, капилляра, испарителя, компрессора. Кроме основных устройств в составе теплового насоса еще присутствуют контроллер, управляющий устройством, и хладагент – это вещество, которое циркулирует в системе и имеет определенные физические и химические свойства.
Таким образом, геотермальные тепловые насосы являются отличным решением в организации теплоснабжения любых объектов, так как отличаются низкой стоимостью по сравнению с другими системами использования альтернативной энергии, достаточно надежны, могут использоваться в любой местности и не загрязняют окружающую среду.
Перед выбором теплового насоса компания WESWEN рекомендует проводить тепловизионное обследование для выявления действительных теплопотерь Вашего дома, квартиры, здания или помещения. В ходе обследования выявляются места, где происходят наибольшие теплопотери. Выбирайте тепловой насос после устранения дефектов, выявленных в ходе тепловизионного обследования. Так Вы можете существенно сократить затраты на его приобретение, выбрав менее мощную и более экономичную модель теплового насоса.
Компания WESWEN предлагает работы по проведению тепловизионного обследования в течение 1 рабочего дня, а также работы по устранению выявленных дефектов.
Сохраните тепло и уют в Вашем доме!
Геотермальные тепловые насосы для отопления дома и принцип их действия
Блок: 1/6 | Кол-во символов: 162
Источник: https://www.forumhouse.ru/articles/house/6145
Разделы статьи
Устройство геотермальных систем
Устройство геотермальных систем
Даже из названия ясно, что суть такого типа отопления заключается в использовании энергии земли. По принципу действия она отдаленно напоминает кондиционеры или холодильники.
Главный элемент – это тепловой насос, подключенный к двум контурам.
- Под внутренним контуром подразумевается привычная для нас отопительная система, она состоит из радиаторов и трубопровода.
- Внешний – это весьма габаритный теплообменник, установленный под землей или в водоеме. В нем теплоноситель (а им может быть простая вода или антифриз), приняв температуру окружающей среды, подается в тепловой насос, откуда накопленное тепло поступает во внутренний контур. Так нагреваются отопительные приборы в доме.
Основным элементом системы является именно тепловой насос – устройство, которое занимает не больше места, чем газовая плита. Производительность теплового насоса достаточно высокая: на каждый киловатт использованной энергии он вырабатывает до пяти киловатт тепловой.
Схема работы теплового насоса
Обратите внимание! Обычный кондиционер, принцип работы которого очень похожий, вырабатывает ровно столько энергии, сколько потребляет, то есть один к одному.
Безусловно, геотермальное отопление является на сегодня наиболее трудоемким и затратным. Большую часть денег придется потратить на земляные работы и соответствующую аппаратуру, в том числе на тепловой насос. И многие задумываются, можно ли сэкономить на этом и соорудить, скажем, самодельный тепловой насос. Чтобы выяснить это, нужно разобраться с видами и особенностями оборудования.
Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1585
Источник: https://svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/otoplenie/geotermalnyj-teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html
Плюсы и минусы системы
Вот основные достоинства такого способа отопления:
- использование неисчерпаемой энергии земли;
- высокий коэффициент производительности;
- отсутствие риска возгорания;
- экономичность;
- простота ухода и эксплуатации;
- отсутствие необходимости в хранении топлива;
- автономность;
- экологичность и безопасность.
К недостаткам можно отнести разве что высокую стоимость монтажа, но, как уже говорилось, эти затраты непременно окупятся.
Обратите внимание! Геотермальное отопление наиболее выгодно в тандеме с «теплым полом», а также в домах, площадь которых не превышает 150 квадратных метров.
Блок: 3/5 | Кол-во символов: 600
Источник: https://svoimi-rykami.ru/stroitelstvo-doma/otoplenie/geotermalnyj-teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html
Применение оборудования
Неверно считать, что отопление от земли можно использовать только там, где присутствуют горячие водные источники, есть теплые гейзеры и прочие природные подземные отопительные источники. Новейшие технологии позволяют успешно эксплуатировать геотермальное отопление дома и в умеренных широтах.
.jpg)
На сегодня в нашей стране этот вид обогрева пока еще относится к альтернативным способам получения тепла. Однако, в большинстве случаев он является практически идеальным для дачных или загородных домов. Установленное геотермальное отопление дома своими руками способно работать в двух режимах:
- обогрев в зимнее время;
- охлаждение во время жарко погоды.
Таким образом формируется наиболее благоприятная атмосфера в помещении.
ВИДЕО: Как работает геотермальное отопление
Эксплуатация системы
В доме необходимо установит тепловой насос. Он будет отбирать энергию от грунта или грунтовых вод, отдавая ее циркулирующему в доме по трубам теплоносителю. Этот принцип работы был выявлен еще в 19 веке французским физиком Сади Карно.
Составными элементами базового узла являются:
- компрессор;
- испаритель;
- конденсатор;
- дроссельный клапан.
Компрессор занимается «сжатием» тепла и перемещением его к потребителям. Сам прибор нуждается во внешнем источнике электропитания.
Работа теплового насоса проводится по следующему алгоритму:
- Коллектор-теплозаборник должен содержать внутри жидкость, имеющую низкую температуру замерзания. Часто при изготовлении геотермального отопления своими руками внутрь заливают воду с повышенным содержанием солей, разбавленный водой спирт, гликолевые смеси.
- В модуле испарителя тепло отдается хладагенту, имеющему невысокую температуру кипения, в это время он закипает и переходит в парообразное состояние.
- Установленный в цепи компрессор способствует повышению давления пара, из этого следует повышение температуры вещества до 78-800С.
- Попадая в конденсатор вещество-хладагент переходит в жидкую фазу, одновременно с этим выделяется энергия для контура отопления.
- Возврат образовавшейся жидкости в компрессор осуществляется сквозь дроссельный клапан.
Так как тепловой насос для отопления дома работает по принципу рефрижератора, то его часто называют «холодильником наоборот». Во многих случаях энергия из земли применяется для монтажа теплых полов.
Правильно проведенные расчеты и грамотно выполненный монтаж теплообменника способны обеспечить отдачу от одного потребленного насосом киловатта пятикратное увеличение мощности на выходе.
ВИДЕО: Как работает геотермальный тепловой насос
Монтаж теплообменника
.jpg)
Актуальными типами установки являются такие варианты:
- вертикальный, когда нужно бурить несколько скважин;
- горизонтальный, где выкапывают траншеи ниже глубины промерзания;
- подводный, когда укладка проводится по дну ближайшего водоема.
Бурение скважин
.png)
Для эффективного использования тепловой энергии земли, если участок возле строения небольшой, необходимо бурить глубинные скважины. В глубине земли на нескольких метрах сохраняется стабильная положительная температура. Применение таких геотермальных скважин обеспечивает теплом контур теплообменника. Далее это тепло передается второму внутреннему контуру, расположенному в помещении.
Часто бурение нескольких скважин обходится даже ниже, чем проведение укладки по дну водоема. Благодаря этому процесс становится доступным для большего количества желающих.
Процесс проводится малогабаритной буровой установкой и небольшим количеством вспомогательной техники. Это практически не затрагивает окружающую территорию. Обустройство скважины допускается даже в воде, но она не должна быть ближе, чем на 2-3 м от жилого строения.
Максимальная используемая глубина составляет до 200 м, но часто эффективность появляется с уровня в 50 м. На следующем этапе выполняется обустройство скважины. Внутрь полости ставится трубка из пластика, диаметром от 40 мм. В нее пропускают от одной до четырех петель коллектора.
.png)
Геотермальный зонд
Полость между грунтом и наружной стенкой трубки необходимо заполнить теплопроводным материалом. Выполняется проводка теплотрассы с подключением к тепловому насосу.
Энергия воды
.jpg)
Этот вариант по стоимости – самый рациональный, поскольку не требует подготовки траншей, котлована и прочих земельных работ. Но такой способен доступен далеко не для каждого – минимальный объем водоема, достаточный для отопление дома 100 кв.м. должен быть не менее 200 куб.м и располагаться не далее, чем 100 метров от домостроения.
В водоемы трубы прокладываются по дну, чтобы не допустить их промерзания в пик морозов.
Проведение расчетов
Чтобы выполнить расчет системы, необходимо учитывать базовые параметры:
- на глубине, превышающей в средней полосе России 15-20 м, температура выдерживается на уровне +8-+100С;
- для вертикальных конструкций принято брать в расчетах получаемое значение мощности в 50 Вт на 1 м высоты, а более точные значения зависят от степени влажности породы, присутствия грунтовых вод и пр.;
- сухая порода дает 20-25 Вт/м;
- увлажненная глина либо песчаник 45-55 Вт/м;
- твердые гранитные породы обеспечат до 85 Вт/м;
- наличие грунтовой воды дает до 110 Вт/м.
Использование теплового насоса
Долговечность системы зависит от характеристик и условий, в которых работает тепловой насос. В геотермальных установках он способен работать примерно 1800 часов в год. Это является средним значением для широт без термальных подземных источников.
.jpg)
Принцип работы теплового насоса
Принцип работы системы термального отопления идентичен и никак не связан со страной производителя или брендом. Геотермальные насосы могут различаться по дизайну исполнения, размеру, внешнему виду, но коэффициент производства тепла всегда будет одинаков у насосов разных фирм и разных стран. Связано это именно с особенностью переработки природной энергии в тепловую.
Нельзя допускать слишком большую выработку насоса, так как этот процесс способен привести к значительному понижению температуры грунта вокруг скважины, а иногда доходит до ее промерзания.
Последствия таких просчетов в итоге приводят к пагубным последствиям – грунт проседает неравномерно, в каких-то местах уходит очень глубоко, в результате чего повреждаются защитные пластиковые трубы. Если дом располагается рядом, то может произойти деформация фундамента или стен за счет геологических изменений.
Периодически необходимо принимать меры по «регенерации» грунта, для чего в теплообменник поставляют дополнительную тепловую энергию. Это может быть энергия солнечного коллектора либо подогрев зонда, когда используется тепловой насос в режиме охлаждения помещений.
В заключение необходимо отметить, что геотермальная установка пока доступна не всем. В некоторых случаях срок окупаемости может продлиться более 10 лет, но в конечно итоге именно такие способы обогрева дома в скором будущем станут не просто альтернативными, но единственно возможными.
ВИДЕО: Геотермальные тепловые насосы
Блок: 2/2 | Кол-во символов: 7220
Источник: http://www.PortalTepla.ru/montagh-otopleniya/geotermalnoe-otoplenie-doma-svoimi-rukami/
Общие принципы действия геотермальных насосов
Понятие «геотермальный» для определения такого вида поддержания определенной температуры в доме не совсем правильно. Чаще всего под геотермальной энергией понимают нагрев определенных участков земной коры под воздействием магмы, поднимающейся из глубины Земли. Самый характерный пример – это горячие геотермальные источники.
Оборудование внутри дома
Разницу между температурой поверхностного слоя земли и температурой в ее глубине, можно использовать практически повсеместно. Многочисленные исследования показали, что уже на глубине 6 метров ниже уровня почвы ее температура постоянно равна среднегодовой температуре воздуха над этой точкой.
В зависимости от места расположения, температура на глубине 6 м будет составлять от +10 до +16°С. Область постоянной температуры обычно располагается между отметками глубины от 7 до 12 метров. Причина такого явления – тепловая инерция.
Как устроен геотермальный тепловой насос?
Принцип работы теплового насоса, использующего разницу температур, практически аналогичен работе обычного холодильника или кондиционера. Такие насосы передают тепло от холодного пространства в теплое, в направлении, противоположном естественному распространению тепла, либо по естественному направлению, ускоряя его передачу. В первом случае система работает как холодильник, а во втором – как нагреватель.
Однако, такие насосы не всесильны. Специалисты считают, что их эффективность резко падает при падении температуры наружного воздуха ниже 5°С. КПД (показатель эффективности таких систем) колеблется в промежутке 3-6% в наиболее холодный период.
Затраты на монтаж таких отопительно-охладительных систем в целом выше, чем у других автономных источников отопления. По расчетам западных специалистов разница в цене проектирования и строительства обычно окупается в период от 3 до 10 лет в результате общей экономии энергии. Более высокие сроки окупаемости могут быть вызваны только целевым финансированием или введенными налоговыми льготами.
Срок службы качественно спроектированной и построенной системы отопления с использованием геотермальных тепловых насосов оценивается в 25 лет для внутренних компонентов системы и более полувека для наружного контура.
Траншея под трубы
Наружный контур системы прямого теплообмена
Блок: 2/5 | Кол-во символов: 2357
Источник: https://kanalizaciyaseptik.ru/nasosnoe_oborudovanie/geotermalnyj-teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html
Как подобрать геотермальный насос?
Основное требование – соответствие условий для монтажа ТН геотермального типа. Монтаж возможен не в каждом доме, ограничения касаются особенностей рельефа, глубины залегания водоносных слоев, площади надела, наличия водоема и прочих факторов. Составлением проектов, предварительными расчетами занимается мастер из компании, которая реализует оборудование.
Выбор модели осуществляется по следующим параметрам:
- СОР. Это международное сокращение, которое показывает уровень рентабельности монтажа теплового геотермального насоса, то есть производительность оборудования в отношении к затратам электроэнергии. СОР обозначает, что на каждый 1 кВт затраченной энергии будет произведено не менее 3 кВт тепловой энергии.
- Тип размещения, выкладки насоса. Этот показатель влияет на производительность и в расчет берется площадь участка, в грунт которого укладывается контур. Чтобы провести предварительные расчеты, нужно умножить общую площадь дома (отапливаемую) на 3. Итоговая цифра покажет нужные размеры надела.
- Функциональные возможности. Строение, оборудованное геотермальной системой тепла, получает зимой отопление, а в теплое время года охлаждается. Чтобы такое положение дел было возможным, нужен монтаж сплит-системы.
Важно! КПД ТН геотермального типа выше, чем у прочих отопительных систем. Современные модели предлагаются с коэффициентом СОР от 5 единиц, что выше популярных тепловых электрокотлов, вырабатывающих на 1 кВт всего 0,9-0,99 кВт тепловой энергии.
Блок: 4/8 | Кол-во символов: 1502
Источник: https://vodakanazer.ru/otoplenie/sistemy-otopleniya/avtonomnoe-i-geotermalnoe-otoplenie/teplovoy-nasos-geotermalnyy.html
Самостоятельная установка геотермальной отопительной системы
Самостоятельный монтаж геотермальной системы отопления и кондиционирования требует серьезного денежного вливания и определенных технологических навыков.
- Проводятся геологоразведочные мероприятия, определяется глубина промерзания грунта.
- Составляется проект системы, исходя из выбранной технологии (закрытая, открытая, с горизонтальным или вертикальным расположением контуров).
- Приобретается необходимое оборудование: трубы, тепловой насос. В зависимости от конфигурации системы подбираются необходимые элементы внутренней отопительной системы: радиаторы отопления, теплый водяной пол или фанкулеры (системы принудительного обдува).
- Производится монтаж системы. Бурятся скважины или прокладываются системы траншей, возможна подготовка к размещению трубопроводов в водоеме.
- После монтажа всех элементов производится подключение и тестовый запуск.
В связи с большим объемом и сложностью проводимых работ проектирование и строительство отопительно-охладительных геотермальных систем лучше поручать специализированной организации, имеющей необходимый опыт. И уж точно у вас вряд ли получится самостоятельно изготовить сам обменный тепловой насос — их производство в домашних условиях пока не очень распространено.
Чтобы более подробно ознакомиться с процессом строительства геотермальных тепловых насосов, посмотрите ознакомительное видео.
Видео — Геотермальный тепловой насос своими руками
Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы
Содержание:1. Что такое тепловые насосы
2. Принцип отопления геотермальными насосами основан на сборе тепла
3. Применение водяной тепловой энергии
4. Применение воздушной тепловой энергии
5. Виды обмена тепла
6. Достоинства и недостатки тепловых насосов
При строительстве загородного дома нужно обязательно продумать систему отопления. В настоящее время существует много вариантов обогрева жилья, и один из них – использование тепловых насосов для отопления дома. С такими устройствами знакомы далеко не все, поэтому будет не лишним разобраться, что они собой представляют и какие имеет особенности.
Что такое тепловые насосы
Геотермальные тепловые насосы для отопления по принципу работы похожи на холодильник (подробнее: «Геотермальное отопление: принцип работы на примерах»). Например, в самом обычном холодильнике тепло забирается из камеры и передается в помещение, а его задняя стенка становится горячей. По такому же принципу работают и геотермальные тепловые насосы – они забирают его извне и после повышения температуры передают в дом (прочитайте также: «Тепловой насос: принцип работы — особенности и виды»).
Принцип отопления геотермальными насосами основан на сборе тепла
Внутри планеты находится горячее ядро, поэтому уже на небольшой глубине температура грунта значительно выше уровня замерзания воды. Так, на расстоянии 10-50 метров от поверхности (в зависимости от климата) температура почвы составляет 8-12 градусов. Что касается зон вечной мерзлоты, но в этих областях земля просто не успевает оттаять за короткий летний период. Даже здесь можно пользоваться геотермальными насосами, но источник тепла придется искать на большей глубине. Такие устройства с мелкозаглубленными горизонтальными коллекторами или вертикальными зондами забирают у грунта тепло и передают его дому.
Отопление строений с помощью геотермальных насосов очень выгодно. Эти устройства имеют высокую эффективность, так как температура почвы всегда высока. Чем она выше, тем меньше затраты электричества на транспортирование тепла. Кроме того, данная температура остается постоянной в течение всего года, поэтому система отопления будет высокоэффективной даже в самый сильный мороз.
Использование горизонтального коллектора обходится гораздо дешевле, к тому же траншею для него можно даже выкопать самостоятельно всего за пару дней. Что касается установки теплового насоса, то если есть навыки в области монтажа сплит-систем, и с данным оборудованием проблем не возникнет.
Однако у горизонтальных коллекторов имеется пара существенных недостатков:
- площадь, отведенная под устройство, должна превышать квадратуру дома в несколько раз;
- данный участок не получится использовать для выращивания растений, так как многим из них не пойдет на пользу охлаждение корней.
Применение водяной тепловой энергии
Вода также служит хорошим источником энергии. Главное требование – наличие большого источника с постоянной температурой. Для отопления дома подойдет незамерзающий водоем глубиной хотя бы в 3-4 метра, желательно, проточный. Если на участке высокий уровень грунтовых вод, то также можно воспользоваться тепловым насосом (прочитайте также: «Как подобрать водяной насос для отопления»).
Монтаж системы выглядит следующим образом. На дно водоема укладывают трубу теплообменника. Чтобы она не перемещалась течением и не всплывала, ее отягощают грузом (на каждый погонный метр должно приходиться около 5 килограммов веса). Для нормальной работы теплообменника расстояние между витками трубы должно составлять минимум 1,5 метра.
Геотермальный тепловой насос, поглощающий тепло грунтовых вод, обычно представляет собой открытую схему сбора. Это означает, что по направлению течения подземного источника делают две скважины. В одну из них погружают обычный скважинный насос, функцией которого является подача воды в теплообменник. Во вторую скважину передается холодная вода.
Конечно, обнаружить грунтовые воды гораздо проще, чем незамерзающий водоем, но нужно учитывать, что резерв скважины ограничен, а эффективный теплообмен возможен лишь в том случае, если температура воды не будет опускаться до точки замерзания. Также следует помнить, что уровень воды при сдвижении пластов почвы может заметно изменяться. Бурение скважин обходится довольно дорого, а учитывая непостоянность подземных источников, вся затея может оказаться весьма проблемной.
Применение воздушной тепловой энергии
Самым доступным источником тепла является атмосферный воздух. В данном случае теплообменник представлен большим радиатором с заметным оребрением и вентилятором для осуществления принудительного обдува. Насосы похожей конструкции также используются и для подогрева воды в бассейнах.
Отопление дома обычно организуется по традиционной схеме, с использованием теплоносителя и его распространения по элементам системы. В итоге насос может не только обогревать здание, но и обеспечивать его жильцов горячей водой для бытовых нужд.
Наружный теплообменник может быть навесным – он устанавливается на стене здания. Для мощных устройств требуется отдельный фундамент, кроме того, они передают вибрацию стенам дома, что не добавляет комфорта.
Самые простые модели способны отапливать только одну комнату, но если теплообменник имеет большие размеры, а компрессор довольно мощный, то прибора хватит для поддержания температуры в помещениях с общей площадью в несколько десятков квадратных метров. Также встречаются и мультисплит-системы, в которых одного внешнего блока достаточно для обеспечения тепловой энергии нескольких внутренних. Подключить такой геотермальный тепловой насос своими руками не составит труда, обладая определенными знаниями в сфере климатического оборудования.
Почти все современные приборы, относящиеся к данной категории, являются инверторными. В них переменный ток преобразуется в постоянный, благодаря чему удается легко управлять мощностью компрессора. При нагреве воздуха в помещении до нужного уровня температуры компрессор не останавливается полностью, а лишь уменьшает производительность в несколько раз. Благодаря этому такие устройства являются экономичными и долговечными, но для них вредны постоянные запуски и остановки.
В продаже встречаются и обычные сплит-системы, которые функционируют по схеме «старт-стоп» и приближаются по теплоотдаче к инверторным. Производительность таких устройств также может в несколько раз превышать потребление электроэнергии.
Выбирая сплит-системы для отопления, нужно учитывать, что их эффективность снижается при понижении температуры на улице. Также существует предельная температура, при которой эти устройства еще можно использовать. Большинство приборов разрешается эксплуатировать до температуры 15-20 градусов ниже нуля, а нижняя граница некоторых моделей составляет 30 градусов мороза. При отрицательной температуре большая часть потребляемого электричества уходит на подогрев кабелем обмерзающего теплообменника внешнего блока, за счет этого и уменьшается производительность оборудования.
Виды обмена тепла
Насосы с открытым циклом забирают подземную воду, подают ее в теплообменник и затем возвращают обратно в почву на некотором расстоянии от точки забора. Преимущество такой схемы заключается в возможности сразу получать воду для бытовых целей. Использование грунтовых источников не наносит вреда окружающей среде. Однако стоит учитывать, что эффективность такой отопительной системы не всегда одинакова, а использовать ее можно только при постоянно высоком уровне воды.
Насосы с закрытым циклом и водоразмещенным теплообменником забирают жидкость из водоема и прокачивают ее по трубам, забирая тепло. Отапливать дом таким способом удастся в том случае, если расстояние от него до водоема не превышает 100 метров. Глубина источника и береговая линия должны подходить для прокладки трубопровода. Нужно учитывать, что работа отопительной системы станет невозможной в случае промерзания водоема. Главным преимуществом метода является его невысокая стоимость по сравнению с другими.
Насосы с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником требуют наличия немалой свободной площади около дома. В этом случае трубы располагаются горизонтально, на глубине не меньше метра от поверхности земли. Для дома площадью 200 «квадратов» потребуется примерно 500 «квадратов» поверхности земли (подробнее: «Используем тепло земли для отопления дома»). Нужно учитывать, что на данном участке, в случае поверхностной прокладки коллектора, вряд ли получится выращивать какие-либо растения – им будет не хватать тепла. Поэтому будет разумнее углубить теплообменник на несколько метров. Основное преимущество горизонтальных устройств – гораздо меньшая стоимость по сравнению с вертикальными.
Альтернативная система отопления, смотрите подробное видео:
Достоинства и недостатки тепловых насосов
Нужно учитывать, решаясь на геотермальное отопление — тепловой насос обойдется недешево. Дорого обойдутся и работы, связанные с бурением скважин. Если сравнивать газовое и электрическое отопительное оборудование, то первое гораздо экономнее. Устройства, работающие на электроэнергии, в эксплуатации обходятся намного дороже. Однако цены на газ постоянно растут, поэтому невозможно предсказать, какая система отопления в будущем станет дороже.
Тепловые насосы удобны в использовании: они не требуют регулярного обслуживания и имеют длительный срок эксплуатации. Кроме того, при их работе не образуются вредные продукты сгорания топлива, как в случае с природным газом или древесиной. Еще одним положительным моментом является то, что можно регулировать отопление дома тепловыми насосами с помощью термостата.
Геотермальные «ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ».
Геотермальные «ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ».
На сегодняшний день геотермальный тепловой насос является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества. Геотермальные системы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах. Толчок к развитию эти системы получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития они устанавливались в домах высокой ценовой категории, но за счет применения современных технологий геотермальные тепловые насосы стали доступны многим потребителям. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы.
К настоящему времени масштабы внедрения геотермальных тепловых насосов в мире ошеломляют:
- В США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов. При строительстве новых общественных зданий используются исключительно геотермальные тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.
- В Швеции 70% тепла обеспечивается тепловыми насосами. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник низкопотенциального тепла воды Балтийского моря с температурой + 8°С.
- В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности.
- Общий объём продаж выпускаемых за рубежом ТН составляет 125 млрд. долларов США, что превышает мировой объём продаж вооружений в 3 раза.
- В мире по прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.
Преимущества геотермальных систем.
- Экономичность и эффективность.
Низкое энергопотребление достигается за счет высокого коэффициента преобразования системы (от 3 до 7) и позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии на выходе. Система исключительно долговечна и прослужит до 30 лет без особого внимания к себе. Срок окупаемости оборудования обычно не превышает 5 лет.
Одна установка может контролировать отопление, охлаждение и нагрев воды.
В течение всего года создается желаемый климат в помещении, система работает устойчиво, колебания температуры и влажности минимальны. Отсутствует шум. Применяется мультизональный климатический контроль.
Установка занимает минимум пространства и не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, так как нет внутреннего и внешнего блока.
Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, так как используется возобновляемая тепловая энергия земли. В окружающую среду не выделяется вредных веществ.
Надежное и долговечное оборудование, имеет срок службы до капитального ремонта более 15 лет. Работает полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.
- Безопасность.
Установки даже высокой мощности имеют высокую степень безопасности, так как не связанны с горючими или взрывоопасными материалами, процессами горения, высокими температурами.
Принцип работы.
Геотермальная теплонасосная система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле. Теплоноситель (обычно вода) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низко-потенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунта, тепло грунтовых и геотермальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (вентиляционные выбросы, промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло). Цикл осуществляется с помощью электрического двигателя. Электричество приводит в действие электродвигатель, от которого механический момент передается на компрессор. Инициируется термодинамический цикл и тепло, накопленное землей или водоемом, отбирается теплообменниками теплового насоса. Электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости, но ничего удивительного в получении дополнительной энергии нет, т.к. используется уже накопленное Землей тепло. Сегодня тепловые насосы выпускаются тепловой мощностью от 2 кВт до 200 МВт.
Сведения о некоторых источниках низкопотенциального тепла (ИНТ).
ИНТ | Среда промежуточного контура | Температура источника, °С |
Грунтовые воды | вода | 8..10 |
Грунт | рассол | 2..10 |
Речная и озерная вода | рассол | 3..15 |
Канализационные стоки | вода | 10..20 |
Окружающий воздух | воздух | 5..20 |
Вытяжной воздух | воздух | 15..25 |
Область применения тепловых насосов.
Тепловые насосы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторах:
- в общественных зданиях с кондиционированием воздуха обычно применяют реверсивные тепловые насосы, обеспечивающие охлаждение воздуха в теплый период и нагревание в холодный период года;
- в жилищно-коммунальном секторе с помощью ТН может осуществляться автономное теплоснабжение коттеджей и отдельных зданий для отопления и горячего водоснабжения, а так же осуществляется кондиционирование в летний период года;
- на промышленных предприятиях различных отраслей тепловые насосы применяют для утилизации теплоты низкопотенциальных технологических выбросов, водооборотных систем и стоков, с целью использования такого тепла для теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения. При необходимости используется и вырабатываемый тепловыми насосами холод.
Варианты применения геотермальных тепловых насосов.
1.) Тепловые насосы открытого цикла используют грунтовые или поверхностные воды как главный источник энергии. Теплоноситель подается непосредственно из водоема, и после прохождения цикла, охлажденным возвращается обратно. При идеальных условиях, использование ТН с открытым циклом может быть наиболее экономичным типом геотермальной системы.
2.) Тепловые насосы с закрытым водоемным циклом крайне экономичны, так как при установке используется доступный водоем или река, и отсутствуют затраты на земляные работы. Спирали труб просто помещаются на дно водоема или реки.
3.) Тепловые насосы с горизонтальным теплообменником рассматриваются лишь при наличии поверхности необходимой площади. Замкнутый контур теплообменника укладывается горизонтально в глубокие (1,5 метра) траншеи, длина которых варьируется от 100 до 300 метров.
4.) Замкнутый контур теплообменника в виде U-образной трубки устанавливается вертикально в подготовленные отверстия-скважины малого диаметра глубиной 25-100 метров. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченности участка.
5.) Использование солнечных коллекторов совместно с тепловым насосом. Солнечные коллекторы и искусственные соляные водоемы используются как дополнительные источники тепла и прекрасно дополняют тепловые насосы 6 месяцев в году (с апреля по сентябрь).
Схема применения геотермального теплового насоса для отопления и горячего водоснабжения частного загородного дома.
Данная схема содержит резервные пиковые электрические подогреватели для контура отопления и приготовления горячей воды, а так же солнечный коллектор.
Где (А) — грунтовый зонд или грунтовый коллектор; (B) — распределитель рассола; (С) — датчик наружной температуры; (D) — отопительный контур; (E) — солнечный коллектор; VL — подающий трубопровод; RL — обратный трубопровод.
1. Тепловой насос с контроллером.
2. Циркуляционный насос первичного контура (рассол).
3. Циркуляционный насос вторичного контура (вода).
4. Трех ходовой переключающий клапан.
5. Буферный аккумулятор и нагреватель сетевой воды.
6. Верхний датчик температуры контура отопления.
7. Нижний датчик температуры контура отопления.
8. Циркуляционный насос системы отопления.
9. Датчик температуры горячего водоснабжения.
10. Система дополнительного электронагрева.
11. Датчик температуры отопления.
12. Датчик температуры буферного аккумулятора.
13. Циркуляционный насос коллектора.
14. Датчик температуры коллектора.
15. Система электронного регулирования.
