Принцип работы отопительных систем с геотермальным тепловым насосом
Люди давно применяют для обогрева жилых домов и производственных помещений тепловую энергию земных недр. Но до недавнего времени это было доступно только в местах с горячими подземными источниками воды.
Потребность во внедрении энергосберегающих технологий сделала возможным использование глубинных ресурсов энергии практически в любой точке планеты, применяя для отопления геотермальный тепловой насос.
Устройство геотермального насоса
Принцип работы геотермального теплового насоса такой же, как у всем знакомых холодильника или кондиционера. Разница лишь в том, что здесь источник энергии — природное тепло земли, а не воздуха.
Углублённый в слои грунта с высоким содержанием тепла носитель аккумулирует из них энергию и передаёт её хладагенту с низкой точкой закипания (приблизительно +5° C). Чаще всего как хладагент используют фреон. Газ, образовавшийся при кипении жидкости, попадает в компрессор, где, сжимаясь, нагревается до 35-65° C и подаётся в конденсатор, через который тепло поступает в отопительный контур.
Охладившись при резком уменьшении давления в сбросном клапане, газ-хладагент снова превращается в жидкость и возвращается в трубу испарителя для нового цикла преобразований.
Из этого видео вы узнаете принцип работы теплового насоса:
Глубинные отопительные системы
Основным компонентом таких конструкций является контур прямого теплообмена. Он — самая дорогостоящая часть системы, достигает в цене от 20 до 50% её стоимости.
КПД отопительных контуров увеличивается на 4% с повышением температуры нагревателя на 1°C. Поэтому перед выбором места для установки геотермического насоса нужно обязательно проводить геологоразведку, чтобы выявить участок с наиболее высокими тепловыми показателями.
При неглубокой горизонтальной закладке (до 2,4 м) теплообменные контуры будут испытывать сезонные колебания температур. Это влияет на энергоотдачу системы.
Самые эффективные глубины с максимально стабильной температурой — от 30 до 200 м. Они подходят для установки глубоких вертикальных систем. Тепловой фон здесь может измениться только из-за геологических миграций теплоты.
Принцип работы геотермального теплового насоса:
Классификация агрегатов
Прежде чем определится, какой насос устанавливать на своём участке, нужно изучить их классификацию. Геотермальный насос может относиться к двум категориям:
- замкнутой;
- открытой.
Замкнутые контуры
Большинство геотермальных тепловых насосов имеет замкнутый контур и делится на модификации:
- горизонтальную;
- вертикальную;
- водную;
- технологию прямого обмена.
Если площадь земельного участка позволяет, лучше всего избрать горизонтальный тип устройства геотермального обогревателя. Такая модификация более всего финансово выгодна, если нет ограничений по территории.
Трубы горизонтального коллектора закладываются «змейкой» или кольцеобразно в проложенных на глубине не менее 1,2 м (чтобы не допустить промерзания) траншеях.
Вертикальный коллектор устанавливается (на глубину до 200 м), если недостаточно площади для горизонтального монтажа и нежелательно портить ландшафт. Кроме того, глубинный коллектор обеспечивает более стабильный теплообмен в любое время года.
Самим дешёвым вариантом является размещение геотермального коллектора на дне водоёма (озера, пруда, реки). Трубы укладываются так же, как и при обустройстве горизонтального насоса, — «змейкой» или кольцами.
При выборе этого варианта нужно обязательно учитывать требования к глубине и объёму водоёма по конкретному региону.
Отопление и водоснабжение дома, геотермальный тепловой насос:
Прямой обмен
Особенностью системы прямого обмена является отсутствие в ней водяного насоса и отдельного отопительного контура. Жидкость-хладагент циркулирует здесь в медных трубах без промежуточного перехода, напрямую передавая тепло из глубины земли в грунт через их стенки. Это уменьшает стоимость эксплуатации коллектора благодаря снижению потребления электричества и отсутствию потерь энергии через теплообменник. Система имеет высокую эффективность благодаря высокой теплопроводности меди и ограничивается только более низкой тепловой проводимостью земли.
Такая система из-за упрощённой конструкции имеет более низкую стоимость монтажа. Но одновременно для неё требуется повышенное количество хладагента, а медный трубопровод является самим дорогим вариантом среди применяемых в геотермальных установках.
Открытая конфигурация
Геотермальные системы открытого типа (другое название — тепловые грунтовые насосы) используют в энергообмене открытые источники воды (пруд, колодец, оросительные траншеи и т.п.), которая насосами закачивается в контур и после отбора тепла возвращается в природную среду. Для тепловой подпитки источника подающую и обратную линии нужно размещать как можно дальше одну от другой.
В трубопроводах геотермального отопления, тепловом насосе должна быть предусмотрена антикоррозионная защита от агрессивных составляющих, находящихся в неочищенной воде. А также узлы системы должны периодически очищаться от накипи.
Тепловые грунтовые насосы лучше не применять в местности с высоким уровнем химических примесей в открытых водоёмах. Здесь рекомендуется использование замкнутых систем.
Общие преимущества и недостатки
Кроме индивидуальных особенностей каждой модификации, у глубинных обогревательных систем есть и общие плюсы и минусы.
Главное преимущество — экономия финансовых ресурсов. Геотермальным отопительным агрегатам не нужны газ, уголь. Электричество в небольшом количестве требуется лишь для работы теплового насоса. Монтаж системы окупается за 5 лет.
В летнее время отопительный агрегат можно превратить в кондиционер, если собрать его по специальной схеме. А использование агрегата совместно с солнечными батареями сделает его полностью автономным.
Геотермальные тепловые насосы:
При своевременном техобслуживании и замене отработавших свой ресурс частей срок службы насоса можно продлить до 100 лет.
Недостатком является высокая стоимость самого оборудования. Насос и его установка обойдутся в сотни тысяч рублей.
Отопление жилья и производственных помещений с помощью геотермальных тепловых насосов давно применяется передовыми странами. Многолетний опыт показывает целесообразность и выгоду использования этих автономных обогревательных систем, предсказывая им перспективное будущее.
Тепловой Насос выгоден или нет: