Геотермальные тепловые насосы

Это самая эффективная схема теплового насоса, но, вместе с тем, и самая дорогая. Отбор тепловой энергии осуществляется из грунта ниже линии его промерзания. На глубине нескольких метров температура грунта является неизменной круглый год, что позволяет эффективно использовать установку на отопление или кондиционирование вне зависимости от погодных условий.

Посмотреть геотермальные тепловые насосы в каталоге

Устройство геотермального теплового насоса «Грунт-вода»

deutch.jpg

Схема 

1 - испаритель

2 - компрессор

3 - конденсатор

4 - расширительный клапан

Тепловой насос данного типа имеет то же устройство, что и модели с другим способом забора тепловой энергии:

  • Как видно из схемы, приведенной выше, солевой раствор циркулирует в замкнутом контуре.
  • Нагревшись от грунта, поступает к тепловому насосу для обогрева испарителя (1)с фреоном.
  • Полученная испарителем температура составляет 6-8 градусов, но этого достаточна для закипания фреона  в нем.
  • Кипящий фреон испаряется, переходя в газообразное состояние. Затем поступает в компрессор (2), где под давлением нагревается до высокой температуры.
  • Попадя в конденсатор (3), фреон отдает тепло в систему обогрева, а сам конденсируется в жидкое состояние.
  • Пройдя через расширительный клапан (4), фреон освобождается от давления, охлаждается окончательно и направляется в испаритель для повторения цикла.

Способы расположения коллектора геотермального теплового насоса

В системе забора тепловой энергии «грунт-вода» есть несколько вариантов расположения теплообменного контура, выбор которых зависит от существующих условий на участке. Длина коллектора во всех случаях рассчитывается исходя из необходимой мощности теплового насоса и типа грунта. Большей теплоотдачей обладает влажный грунт, нежели сухой, что также учитывается в расчетах.

1. Горизонтальный способ.

Коллектор укладывается горизонтально зигзагообразно или кольцами в траншеи. Глубина траншей должна быть ниже уровня промерзания грунта на 0,3-0,5 метра. Этот показатель может меняться, в зависимости от региона, и составлять от 1,2 метра и более.

Способы укладки горизонтального коллектора

Горизонтальная укладка кольцами.

Такой способ укладки является менее затратным, но требует проведения земляных работ большого объема. Данный метод возможен на просторных участках, в условиях отсутствия дефицита земельных площадей и отсутствия благоустройства территории.

Территория, занятая коллектором, непригодна для посадки растений. Отбирая тепловую энергию у грунта, коллектор его охлаждает. Поэтому корни растений в этом месте могут замерзнуть.

Горизонтальный коллектор

Горизонтальная укладка извилистого контура для геотермального теплового насоса

2. Вертикальный способ.

Там, где ландшафт участка повреждать нежелательно или площадь ограничена, а также в северных регионах, применяется способ вертикального размещения коллектора. Для этого бурятся скважины глубиной до 200 метров, в которые опускается заполненный незамерзающим раствором контур.

Глубина и количество скважин напрямую зависят от необходимой длины коллектора, которая рассчитывается вместе с мощностью теплового насоса. Бурить скважины глубиной более 200 метров нерационально. Дешевле будет разместить коллекторы в несколько менее глубоких скважинах с соблюдением расстояния между ними 10-20 м.

Данный способ предусматривает использование мощной буровой установки, для работы которой требуется достаточное пространство.

Установка вертикальных зондов тепловых насосов

Вертикальное размещение коллектора.

Материалы, используемые для коллектора

  • Для укладки в грунт используются полиэтиленовые трубы ПНД, отличающиеся невысокой ценой, долговечностью и надежностью.
  • Также могут применяться трубы из высококачественной  нержавеющей стали. Данный материал лучше проводит тепло в сравнении с ПНД-трубами, но их стоимость в несколько раз дороже полиэтиленовых.

Нужно помнить о том, что выбор материала для коллектора влияет на скорость теплообмена в грунте, но не влияет на мощность теплового насоса. Поэтому часто бывает нецелесообразным останавливать выбор на более дорогом материале.

DX-контур, или контур с прямым обменом

Данный способ наиболее затратный среди описанных выше, но может быть приоритетным в ряде случаев:

  • Использование DX-контура позволяет существенно сократить глубину скважин и площадь, занятую под устройство коллектора.
  • Выполнить буровые работы можно компактной буровой установкой.

схема кластерного бурения для DX-контура

Схема расположения теплообменника при использовании DX-контура.

Суть метода состоит в том, что геотермальный тепловой насос имеет один теплообменник (конденсатор), подающий тепло в систему отопления. Вместо пластикового коллектора с антифризом внутри используется медный, заполненный фреоном. Тепловая энергия из грунта напрямую передается фреону, который затем подается в компрессор и далее по кругу до завершения цикла.

Медный коллектор может располагаться в грунте следующим образом:

  • в вертикальных скважинах диаметром 80 мм и длиной до 30 метров;
  • в скважинах диаметром 80 мм и длиной до 15 метров, расположенных под углом;
  • горизонтально ниже глубины промерзания грунта.

Бесшовные медные трубы обладают теплопроводностью, наиболее высокой среди всех материалов. Медные трубы имеют гарантийный срок использования 50 лет и более, не подвержены коррозии агрессивных сред. В процессе пайки медные трубы получают надежное соединение, способное выдерживать высокое давление. Поэтому, контур с прямым обменом  высокоэффективен, надежен и долговечен.

Вместе с тем, высокая стоимость меди и фреона значительно увеличивают себестоимость установки, что может существенно влиять на выбор геотермального теплового насоса.