Тепловые насосы грунт – вода

Особенности теплонасосов грунт-вода

Геотермальные тепловые насосы типа грунт – вода трансформируют низкопотенциальное тепло недр земли в тепловую энергию для отопления и нагрева воды для ГВС. Главные отличительные особенности грунтовых теплонасосов – наличие внешнего геотермального контура в виде полипропиленовой трубы, в которой в качестве теплоносителя циркулирует незамерзающий рассол – пропиленгликоль.

Принцип работы грунтовых теплонасосов  такой же, как и у других теплонасосных систем – преобразование возобновляемой тепловой энергии с низким потенциалом в тепло для отопления и горячего водоснабжения. Используя солнечное излучение, накопленное в грунте и излучение, идущее из недр земли, геотермальный тепловой насос позволяет экономить на отоплении и подогреве воды до 80% расходов.

Температура на глубине более 2 м круглый год остаётся постоянной – от +6 до +10 °C.

Значение температуры воздуха и грунта в зависимости от сезона
Температура воздуха и грунта в зависимости от сезона

Чем глубже, тем выше постоянная температура. Поэтому эффективность теплового насоса «грунт / вода» не зависит от температуры окружающего воздуха – среднее значение коэффициента преобразования энергии 1:4. Поэтому наибольшее применение грунтовые тепловые насосы нашли в районах с суровой зимой, где температура воздуха держится на отметках ниже –10 °C более 3 недель в году.

Преимущества теплонасосов типа «грунт-вода»

  1. Высокая и постоянная эффективность независимо от времени года.
  2. Высокая температура теплоносителя на подаче до +65 °С.
  3. Компактность внутреннего оборудования — в помещении занимаю мало места, до 2 кв.м.
  4. Не требуется текущее обслуживание.

Недостатки

  1. Высокая стоимость оборудования и монтажа — в два раза выше, чем у воздушных тепловых насосов. Обустройство скважин или горизонтального грунтового коллектора стоит столько же, сколько и основное оборудование.
  2. При неправильной установке или применения некачественных геозондов исправить ошибку нельзя – нужно устанавливать новый.
  3. Требуется свободная площадь возле дома для обустройства геоконтура.

Виды геотермальных контуров

  1. Вертикальные геоконтуры – геотермальные зонды, которые опущены в скважины, пробуренные на глубину от 40 до 200 м. Применяются в случаях, когда площадь участка ограничена.
  2. Наклонные скважины – частный случай вертикальных. Несколько наклонных зондов под углом сходятся в общий коллектор.
  3. Горизонтальные геоконтуры – геополя, где на глубину около 1,5 м укладываются пластиковые трубы, каждая длиной от 100 до 200 м.
  4. Спиральные коллектора – применяются при ограничениях на объекте по площади. Устанавливаются в грунт на глубину до 5 м спиралью в широкую яму.

Устройство вертикальных контуров: бурение скважин

Вертикальный контур теплообмена для теплового насоса принципиально состоит из геозонда U-образной формы, который погружается в скважину, и коллектора. Коллектор может располагаться снаружи здания в распределительном колодце или, если есть возможность, в самом доме.

Для обустройства вертикального грунтового теплообменника бурятся скважины. Глубина рассчитывается исходя из необходимой теплоподачи: 30÷50 Вт на 1 метр глубины. На 8 кВт тепловой мощности потребуется около 200 п.м общей глубины. Это может быть 4 по 50 метров или 3 по 66,6 м.

Чтобы отдельные контуры не перемораживали друг друга, минимальное расстояние между ними должно быть не менее 10% их глубины.

Бурение скважин под геотермальные тепловые насосы - фото
Бурение скважин под геотермальные тепловые насосы

В скважину опускается пластиковая труба  диаметром 32 мм в собранном виде с зондом.

Геотермальный зонд для грунтового теплонасоса - фото
Геотермальный зонд для теплонасоса грунт-вода

Если установлено несколько зондов, то они сводятся на общую распределительную гребёнку. Гребёнка устанавливается в распределительный колодец в яме возле дома или в самом доме.

Коллектор для геотермальных зондов – установка в распределительном колодце снаружи помещения - фото
Коллектор для геотермальных зондов – установка в распределительном колодце снаружи помещения
Коллектор для геотермальных зондов – гребёнка установлена в помещении - фото
Коллектор для геотермальных зондов – гребёнка установлена в помещении

Скважина тампонируется.

Зонд заполняется теплоносителем. После чего через сбросные воздушные клапаны из контура удаляется воздух.

Устройство горизонтальных контуров: геополя.

Горизонтальный контур для грунтового теплонасоса также представляет собой пластиковую трубу, но наконечник зонда уже не нужен. Трубы длиной 100÷200 метров укладываются на глубину 1,5÷2,0 метра. Обязательно ниже уровня промерзания грунта. Глубже закапывать не стоит, так как солнечное излучение накапливается в верхних слоях грунта.

Общая протяжённость контура рассчитывается из соотношения примерно 20 Вт на каждый метр трубы. Т.е. Для 8 кВт мощности необходимо около 400 п.м длины теплообмена.

Соблюдается минимальное расстояние между параллельными участками трубы – не менее 1 м.

Отдельные трубы сводятся в один коллектор, расположенный в колодце или в самом доме.

Теплообменный контур укладывается с расчётом на десятилетия, поэтому на участке, где расположено геополе не рекомендуется высаживать деревья. Их развитая корневая система может со временем деформировать и повредить трубу.

Перспективы

Грунтовые тепловые насосы признаны как экологически чистые системы на возобновляемом источнике энергии. Они снижают расходы на отопление и ГВС в 4÷5 раз, не требуют сжигания органического топлива, сохраняют чистоту окружающей среды.

Кроме этого, грунтовые теплонасосы обеспечивают высокий уровень комфорта при отоплении на долгие десятки лет.

Вот почему можно с уверенностью говорить, что за тепловыми насосами будущее энергетики, которое доступно уже сегодня!