Принцип работы отопительных систем с геотермальным тепловым насосом

March 10, 2019 просмотров: 319

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.

гео_монтаж
Подобное отопление используется природный ресурс – землю

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.

гео_труба
Большим спросом пользуются замкнутые контуры

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.

гео_стена
Монтаж подобного отопления штука не из дешёвых

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: