Тепловые насосы грунт-вода

Тепловая помпа типа «грунт-вода» представляет собой комплекс оборудования, состоящий из геотермального теплообменника, сложенного из многочисленных трубопроводов и располагаемого ниже глубины фактического промерзания грунта, а также самого теплового насоса, функционирующего с применением обратного физического цикла Карно. Фактически, любое такое устройство – это холодильник, но работающий «наоборот». При помощи специальных зондов или коллекторов он отбирает тепловую энергию из почвы, а затем передает ее в бытовые сети обогрева. Схожесть по алгоритму действия с холодильными системами позволяет использовать летом многие модификации теплонасосов в качестве кондиционеров – для охлаждения помещений. Хотя при этом потери эффективности доходят до 20 %, это все равно оправдано, с учетом высокой греющей способности оборудования.

Принцип работы теплового насоса грунт-вода сводится к передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к воде, как теплоносителю. При этом, земля в данном случае летом играет роль радиатора, а в зимний период становится активным источником тепла. Это возможно, благодаря такому простому природному явлению, как тепловая инерция. Дело в том, что температура грунтовых слоев, расположенных на глубине 6 м и более от поверхности, почти идеально соответствует среднегодовой температуре воздуха в конкретном регионе. Более того, она еще и почти не меняется на протяжении всего календарного года. А разница температур в разных слоях грунта помогает повысить общую эффективность системы и позволяет уменьшить фактические эксплуатационные расходы. Все это способствует максимально экономичной работе любого теплового насоса земля-вода.

На практике в процессе его функционирования в размещенный под слоем грунта трубопровод поступает незамерзающий теплоноситель, которым может быть – антифриз, вода со спиртом, соляной раствор или гликолевая смесь с высоким показателем вязкости. Под землей он нагревается на несколько градусов, перенимая температуру почвы. Затем, благодаря работе насоса, данное вещество переходит в теплообменный узел – испаритель, где передает накопленную тепловую энергию внутреннему системному контуру, в котором находится фреон. После этого рабочая жидкость возвращается в исходную точку, став холоднее на 2-5 °С. В свою очередь, получивший тепловую энергию фреон нагревается в испарителе, переходит в газообразное состояние, а потом попадает в компрессор. В компрессоре он сжимается под воздействием очень высокого давления, и за счет этого становится еще более горячим.

На следующем этапе раскаленный газ поступает в конденсатор, где снова переходит в жидкое состояние, отдавая собственную тепловую энергию воде, циркулирующий в сети обогрева здания. Давление фреона уменьшается после прохода сквозь расширительный клапан системы. По окончании данного процесса полностью охлажденный хладагент возвращается в начальную точку цикла, то есть – в испаритель, уже в жидком состоянии, а сам цикл затем повторяется снова. Немаловажно то, что в результате протекания описанного выше процесса объем тепловой энергии, забранной у почвы и переданной в систему отопления или горячего водоснабжения жилого дома, обычно более чем в 4 раза превышает количество электроэнергии, затрачиваемой для обеспечения функционирования не только основной компрессорной установки, но и циркулярного насоса, а также их управляющего блока.

Рассматривая вопрос подбора оптимального теплонасоса земля-вода, нужно сразу отметить, что монтаж такого оборудования обходится дороже монтажа других видов альтернативных нагревателей. Причина этого – необходимость в проведении масштабных земляных работ на разных глубинах. Так, для горизонтального расположения отбирающих тепло коммуникаций, нужно размещать их на больших площадях, на глубине – ниже промерзания грунта. А для вертикального монтажа необходимо бурить скважину для размещения специального геотермального зонда. Такие требования ограничивают применение грунтовых тепловых помп, которые проблематично использовать на небольших приусадебных участках. Тем не менее, обустройство геотермального отопления позволяет не только со временем окупить затраты на него, но и существенно снизить последующие расходы на коммунальные услуги.

Для прокладки наружных трубопроводов системы типа «земля-вода» требуются прочные полимерные трубы с хорошими эксплуатационными характеристиками. Для их монтажа с помощью экскаватора выкапывается продолговатый котлован, на дно которого коммуникации укладывают горизонтально примерно по той же схеме, какая применяется для контуров напольного отопления. При этом, используется площадь из расчета 25-50 м2 на каждый кВт мощности имеющегося теплового насоса. Как уже было отмечено, глубина котлована должна быть ниже максимальных отметок промерзания грунта в конкретном регионе, а все точные длины и шаг укладки труб определяются при проведении расчетов, выполнять которые должны исключительно специалисты. В противном случае оборудование не только может оказаться неэффективным, но и вообще перестать функционировать должным образом.

Разумеется, горизонтальный монтаж коммуникаций тепловых насосов подходит только для владельцев относительно крупных земельных наделов. Особенно с учетом того, что задействованные для этого площади уже невозможно использовать ни для огородных грядок, ни для высадки деревьев. Сверху можно обустроить только газон или цветочные клумбы. Соответственно, хозяевам маленьких участков приходится ограничиваться вертикальным монтажом глубинных зондов, которые углубляются в нижние слои грунтов, и не занимают полезных площадей вблизи поверхностей. Но у этого способа установки тоже есть значительный недостаток – это его трудоемкость, связанная с необходимостью применения специальной строительной техники. Очевидно, что в таком случае затраты на монтаж существенно увеличиваются, особенно, если необходимо ставить несколько зондов.

Впрочем, будущим владельцам подобных нагревателей необходимо учитывать, что и при горизонтальном, и при вертикальном монтаже все строительные и наладочные работы занимают минимум месяц. Ну а для горизонтального расположения коммуникаций теплового насоса на участке бурят скважины глубиной от 20 м до 150 м. В каждую из них опускаются специальные геотермальные зонды, предварительно подключенные к помпе. Каждый из них представляет собой относительно небольшой оголовок с присоединенными трубами. Нужное количество таких скважин и зондов, а также глубину их погружения и оптимальный диаметр присоединительных трубопроводов просчитывают отдельно для каждого конкретного участка. И, как и в случае с горизонтальными коммуникациями, такие расчеты выполняют только профессионалы – на основе данных, полученных при проведении геологической разведки.

После завершения бурения и монтажа зондов, присоединенные к ним трубы укладывают в коллекторный колодец. От него по направлению к тепловому насосу идут две магистральные линии – подающая и обратная, снабженные изоляционными покрытиями. При этом, диаметр магистрали зависит от общих размеров системы обогрева, вычисляемых при создании ее проекта, а также площади помещений, которое необходимо отапливать. Иногда этот параметр достигает значения 160 мм. В свою очередь, самый важный критерий подбора тепловых помп грунт-вода – мощность, также определяется после разработки комплексного проекта сети отопления дома, позволяющего точно ценить его потребности в тепле. В данном случае это важно не только для того, чтобы не купить слишком слабое оборудование или слишком производительное, а значит – постоянно потребляющее лишнюю электроэнергию.

В случае с геотермальными сетями типа «земля-вода», при установке очень мощного оборудования, отбирающего из грунта слишком много тепла, почва вокруг трубопроводов просто начнет промерзать. А с учетом того, что в ней всегда содержится определенное количество влаги, в таких случаях вероятно образование вокруг труб полноценной ледяной корки, после появления которой насос вообще прекратит работать. Соответственно, потребности в тепле для конкретного здания просчитываются с учетом его теплопотерь, расхода энергии в его частях, а также наличия или отсутствия дополнительного контура горячего водоснабжения. Эту работу тоже стоит доверять специалистам, но пробный и примерный расчет при желании можно выполнить даже лично.

Алгоритм расчета мощности теплового насоса грунт-вода для помещений с потолками высотой не более 2,7 м таков:

• Рассчитывается общая площадь всех помещений, нуждающихся в обогреве;
• Количество энергии для этой цели берется из среднего значения 0,07 кВт на 1 м2;
• Чтобы обогреть здание на N квадратных метров, необходимо умножить N · 0,07 кВт;
• Ну а для обеспечения потребностей в тепловой энергии сети горячего водоснабжения к полученной цифре прибавляют еще 15-20 %, или N · 0,07 · 0,8 или N · 0,07 · 0,85.

Согласно усредненным приблизительным расчетам, для обогрева дома площадью 100 м2 необходимо затратить порядка 7,5 кВт/ч энергии. Для такого случая вертикальные зонды грунтового теплового насоса нужно поместить в грунт на глубину 110-115 м, или отвести под горизонтальные трубопроводы 250 м2 площади прилегающего земельного участка. Напоследок, стоит отметить, что из двух описанных выше способов укладки коммуникаций для рассматриваемого оборудования, более эффективным признан вертикальный метод. Благодаря тому, что на больших глубинах температура грунтов всегда оказывается выше и стабильней за счет влияния энергии земного ядра, вертикальная укладка обеспечивает максимальный КПД тепловой помпы. Более того, геотермальные зонды позволяют теплонасосу надежно работать на протяжении многих лет, без сбоев и поломок.

Несмотря на высокую эффективность, данные помпы закономерно имеют, как плюсы, так и минусы, с которыми нужно ознакомиться, начав с достоинств тепловых насосов грунт-вода:

• Экономичная работа – самое ценное качество любой подобной системы, и возможное за счет использования бесплатной природной энергии грунтов;
• Стабильно высокая производительность – не зависящая от времени года, благодаря почти постоянной температуре на определенной глубине под поверхностью грунта;
• Возможность достижения энергонезависимости – для получения которой тепловому насосу нужны большие площади или несколько скважин для отбора тепла;
• Универсальность применения – благодаря подобному оборудованию можно греть теплоноситель и для сетей отопления, и для сетей горячего водоснабжения;
• Отсутствие загрязнений окружающей среды – тепловые насосы для грунта в процессе эксплуатации не выбрасывают в атмосферу токсичных веществ;
• Повышенный уровень комфорта – позволяющий данным устройствам почти ничем не уступать классическим газовых и электрическим аналогам;
• Безопасная эксплуатация – реальная, благодаря отсутствию открытого огня, взрывоопасного топлива или токсичных продуктов сгорания;
• Длительный эксплуатационный срок – исчисляемый десятилетиями, при условии правильной работы и своевременном обслуживании;
• Постоянный уровень прогрев почв – всегда более высокий, чем у воды в водоемах, что делает КПД грунтовых теплонасосов большим, чем у их водяных аналогов.

В свою очередь, недостатки тепловых насосов грунт-вода заключаются в следующем:

• Относительно высокая стоимость – как самого подобного устройства, так и монтажа его элементов, для чего нужно привлекать специальную строительную технику;
• Трудоемкость монтажных работ – предусматривающих горизонтальную укладку многочисленных трубопроводов в длинные траншеи на довольно больших площадях;
• Длительность установки – весь комплекс работ по установке теплонасоса и его коммуникаций, а также отладке их работы, в среднем, занимает не менее месяца;
• Необходимость в точном расчете мощности – невыполнение которого может привести к большому потреблению тепла из почвы и следующего за этим ее промерзания;
• Задействовании больших площадей почв – которые уже нельзя использовать для сельскохозяйственных нужд после прокладки в их глубинах трубопроводов;
• Зависимость эффективности от многих факторов – таких как, тип теплообменника, сложность и состав грунтов, близость подземных вод, а также климата региона.

Купить тепловые насосы грунт-вода в Киеве, с разной производительностью и функциональностью, очень легко в онлайн-маркете «Современные инженерные системы». Вся представленная в нашем каталоге продукция является исключительно оригинальной и произведена самыми известными компаниями – мировыми лидерами в данной отрасли. В ее быстром выборе из нашего каталога всегда готовы помочь наши опытные менеджеры, а также созданные специально для этого продуманные интерактивные фильтры. Также нашим заказчикам доступны разные способы оплаты и доставка по всей Украине. Тепловые насосы грунт-вода, цена которых зависит от их мощности, режимов работы, а также наличия или отсутствия бойлера – это отличный способ постоянной экономии на обогреве и создания комфортных условий даже там, где недоступны централизованные системы отопления.