Геотермальный тепловой насос

Тепловые насосы используются сегодня повсеместно. Они верно служат человеку в кондиционерах и холодильниках. Это привычно и удобно.

Точно также во многих европейских странах рассматривают геотермальный насос для отопления дома. Данные изделия по принципу своей работы аналогичны всем знакомому кондиционеру, который может обогревать помещение, или охлаждать его (реверсивный тип).

Как работает геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос для отопления дома отличается от тепловых насосов аналогичных конструкций своей 100% адаптацией к любым природным явлениям и знакопеременным температурным нагрузкам. Говоря о подобных устройствах, следует понимать, что все законы термодинамики для них действуют в полном объёме и теплотехнические расчёты выполняются аналогичными способами. И не важно, какое тепло используется, будь то сгорающие дрова или геотермальные источники.

Любой тепловой насос из точки «А» тепло забирает, аккумулирует его («сжимает»), и передаёт в точку «Б». Поясним на примере холодильника. Он отбирает тепло у находящихся в нём продуктов, и, благодаря работе морозильной камеры, выводит его в то помещение, в котором установлен холодильник. При этом его задняя стенка при этом ощутимо нагревается.

Точно также функционирует геотермальный насос для дома. Только тепло аккумулируется им из грунтовых вод или почвы, а передаётся в отопительную систему здания. Здесь теплоноситель отдаёт до пяти градусов своей температуры, после чего вновь проходит по трубам, уложенным на определённой глубине во внешнем грунте (вариант, в грунтовых водах), нагревается и опять подаётся в здание. Средняя температура подземных вод, поступающих на насос, составляет порядка 10 градусов. Он охлаждает её на 8 – 9 градусов, затем возвращает в водоносный пласт под землю.

Тепло можно, согласно физическим законам, отобрать практически у любого тела, имеющего температуру, превышающую -273 градуса. При охлаждении помещения проводится реверс. Тепло, отбираемое у объекта, отводится в землю.

Особенности функционирования геотермального теплового насоса

Геотермальный тепловой насос принцип работы имеет единый для любой версии, а специфические особенности работы зависят от конструкции, типа расположения теплообменника и конкретного места установки.

Разновидности геотермальных насосов и их отличия

Количество устанавливаемых в тепловом насосе компрессоров может равняться двум или одному. В первом случае модель существенно дороже, но и значительно более надёжна и обладает большим показателем моторесурса. Ещё один серьёзных плюс таких конструкций заключается в том, что при выходе из строя одного насоса, отапливать помещение во время ремонта возможность сохраняется. Пусть и не в полном объёме.

Геотермальный тепловой насос для отопления дома, чаще всего, имеет внешний коллектор, изготовленный из полиэтиленовой трубы, диаметр которой может составлять от 25 до 40 миллиметров, по которой, в качестве теплоносителя, циркулирует незамерзающий гликоль (в водном растворе). Ряд геотермальных насосов имеет коллекторы, выполненные из медных труб, диаметр которых лежит в диапазоне 6 – 10 мм, а в качестве теплоносителя используется фреон.

В зависимости от выбранного диаметра полиэтиленовая труба имеет стенки различной толщины, от двух до 2,4 мм, что обеспечивает надёжность работы и повышенную прочность.

Геотермальные тепловые насосы nibe, работающие с ПЭ коллекторами, сложнее в конструктивном плане, но они существенно более надёжны, чем аналоги с медными коллекторами.

При расчете и последующем монтаже в обязательном порядке требуется неукоснительно соблюдать требования изготовителя используемого оборудования и действующими нормативами. Поэтому установка геотермального насоса должна выполняться исключительно профессиональными монтажниками.

Схемы размещения и этапы установки геотермального насоса

Обмениваться теплом с внешней средой подобные насосы могут несколькими способами. В настоящее время монтаж геотермального теплового насоса может выполняться следующим образом:

1. Изделия с открытым циклом используются для забора подземных вод из плывуна, прокачивается через здание и возвращается обратно на определённом расстоянии от того места, где выполняется водозабор. Достоинство метода – возможность параллельно с отоплением решать вопрос обеспечения водоснабжения объекта. Применение указанной версии не нарушает уровня подпочвенных вод в горизонте, а если скважины забора и возврата выполнены технически корректно, то работа системы полностью исключает какое-либо негативное воздействие на экологию. Система демонстрирует круглогодичную стабильную и надёжную работу.
2. Геотермальный тепловой насос, принцип работы которого основан на использовании закрытого цикла, оборудованный теплообменником, уложенным под поверхностью земли горизонтально. При этом глубина заложения последнего составляет ≥ 4 метра. Этот вариант именуется коллектором поверхностным. Главным минусом является достаточно высокая вероятность повреждения при выполнении на участке земляных работ. Чтобы отопить объект площадью в 200 кв. м, потребуется развернуть коллектор на пятистах кв. метрах. Если в районе его размещения растут крупные деревья, то трубы коллектора не рекомендуется укладывать ближе 1500 мм от кроны последних.
3. Геотермальный насос для отопления дома с закрытым циклом и теплообменником, размещённым в грунте вертикально. Предусматривают заглубление труб коллектора на 50 и более метров (до 100). Обычно подобные теплообменники принято именовать зондами. Поскольку на глубинах, превышающих 8000 мм, от поверхностного слоя температура стабильна (значение варьируется в зависимости от регионов), указанная версия позволяет обеспечить работу с максимальной эффективностью, минимально расходовать электроэнергию от внешних источников и получать на выходе достаточно дешёвое тепло. При этом на каждый киловатт потреблённой электроэнергии на выходе получается почти 5 кВт энергии тепловой. Однако установка подобного насоса требует значительных первичных затрат на проведение бурения.
4. Геотермальные насосы, принцип работы которых основан на заборе тепла, потребного для отопления объекта, из наружного воздуха, именуются воздушными. На территории России широкого распространения они не получили. Они забирают тепло, потребное для отопления объекта, из наружного воздуха. На постоянной основе это возможно только на территориях, расположенных значительно южнее, т.к. при температурах ≤ пяти градусов эффективность указанных моделей стремится к нулю, а потребление электроэнергии существенно возрастает.