Особенности геотермального отопления
Ключевой принцип функционирования теплонасосов данного типа несколько схож с работой привычного всем холодильника. Отличие лишь в одном: работа холодильника направлена на поглощение тепла внутри камеры и его рассеивание в окружающую среду. Геотермальные теплонасосы выполняют обратную работу, то есть забирают низкотемпературное тепло у внешних источников, используя его для выработки тепловой энергии в нужном объеме. При этом, летом система может работать на охлаждение, поддерживая комфортную температуру в доме.
Контуры отопления
Система с применением геотермальных теплонасосов состоит из трех контуров.
- Внешний теплообменник. Это замкнутая система труб с циркулирующим в них теплоносителем, которая позволяет поглощать низкотемпературную тепловую энергию. Внешний теплообменник размещается под землей или на дне водоемов.
- Теплоносос. В основном блоке теплонасоса также выстроен собственный замкнутый контур. По нему циркулирует хладагент, имеющий низкую температуру кипения. Контур проходит через испаритель, компрессор, конденсаторы и расширительный клапан.
- Внутренний контур. Это домашняя система отопления и водоснабжения.
Контуры взаимодействуют друг с другом по следующему принципу:
- теплоноситель внешнего теплообменника поглощает тепло окружающей среды и передает его теплоносителю второго контура;
- под действием этого тепла рабочая жидкость второго контура переходит в газообразное состояние и, после сжатия компрессором, сильно разогревается;
- потенциал тепловой энергии передается от второго к третьему - контуру домашнего отопления. После этого рабочая жидкость во втором контуре конденсирует и процесс начинается повторно.
Варианты монтажа
Принципиально все типы геотермальных теплонасосов отличаются только способом монтажа внешнего контура - теплообменника. Таких способов может быть три.
Вертикальный теплообменник (зонд)
Для вертикального расположения коллекторов используются предварительно подготовленные скважины - для упрощения задач бурения можно использовать несколько скважин одинаковой глубины (например, не 200 метров, а 4 по 50 метров). При этом, скважины должны быть расположены на равном расстоянии друг от друга и направлены под углом в противоположные стороны. Точный расчет параметров размещения вертикального теплообменника всегда зависит от реальных условий местности. Но, в общем случае, 1 погонный метр теплообменника способен поглотить примерно 50 Вт тепловой энергии. То есть, для получения 10 кВт тепла понадобится 200 м теплообменной сети. Одно из преимуществ теплонасосов с вертикальным теплообменником - возможность размещения на небольшом участке. При этом, ландшафтная структура практически не страдает, а приусадебный участок (за пределами скважин с трубами) можно использовать для высаживания растений или постройки сооружений.
Горизонтальный теплообменник (коллектор)
Горизонтальная схема размещения коллектора подразумевает расположение сети теплообменных труб ниже уровня промерзания почвы. Фактическая глубина зависит от климатических условий конкретного региона и состава грунта. Для создания горизонтальных коллекторов применяются различные трубы, как металлопластиковые, так и медные с внешним слоем из ПВХ. Горизонтальные теплообменники имеют высокую способность к поглощению тепла. Например, теплонасос с сетью горизонтального теплообменника длиной 300 м способен произвести до 10 кВт тепла.
Водоразмещенный теплообменник
Этот вариант конструкции считается самым экономичным в плане себестоимости работ. Все потому, что для монтажа теплообменника не нужно выкапывать котлован или бурить глубокие скважины. Все, что нужно - наличие на расстоянии 100-150 метров водоема с площадью водного зеркала более 200 квадратных метров. В системах этого типа нагреваемый внешний контур помещается на глубину от 2 до 3 метров, где температура примерно одинаковая в любое время года. Такая глубина размещения также исключает замерзание теплообменника.
Показатель эффективности
Для оценки эффективности тепловых насосов используется показатель удельного расхода энергии для получения теплоты (СОР). Фактически, это параметр, показывающий отношение затраченной энергии к полученной. Геотермальные теплонасосы имеют высокие показатели СОР. Например, при расходе 1 кВт электроэнергии:
- водяные теплонасосы производят 4-5 кВт тепла;
- грунтовые - 4-4.5 кВт тепла.
Преимущества и недостатки
Геотермальное отопление имеет свои плюсы и минусы, обусловленные техническими особенностями.
Плюсы применения
- Получить низкотемпературную тепловую энергию, нужную для стабильной работы геотермального отопления, можно почти в любом месте.
- Источники такого тепла неограниченны и возобновляемы.
- Для работы системы не нужно топливо, что многократно снижает расходы на обогрев.
- Производя тепло, оборудование не вырабатывает копоти и других вредных веществ, что гарантирует комфорт и безопасность всех жильцов дома.
- Современные теплонасосы делают отопление практически автоматизированным, поэтому их не придется постоянно обслуживать и контролировать.
- Тепловые насосы не занимают много места, поэтому могут размещаться даже в подвальных или полуподвальных помещениях.
- Большинство теплонасосов могут работать как на отопление дома, так и на его охлаждение. Это делает оборудование универсальным и всесезонным.
- При необходимости система геотермального отопления может работать с другими источниками тепла, например, с газовыми котлами, водяными коллекторами или дизельным оборудованием.
Минусы применения
Невзирая на имеющиеся преимущества, у такого способа есть и недостатки. Это:
- высокая стоимость оборудования и монтажа системы;
- относительно длительный срок окупаемости.
Организация геотермального отопления своими руками
Основы работы геотермального отопления достаточно хорошо изучены, а нужное оборудование можно найти в специальных магазинах или заказать у компаний-производителей. Все это позволяет организовать обогрев дома с помощью теплонасосов своими руками.
В этом случае нужно:
- Полностью подготовить домашнюю сеть теплоснабжения (систему теплый пол, радиаторы).
- Купить и установить теплонасос. В первую очередь нужно обращать внимание на производительность оборудования и его надежность.
- Подготовить местность для размещения теплообменника. Здесь алгоритм действия будет зависеть от типа теплообменного контура:
- для водоразмещенных теплообменников нужно будет расчистить дно водоема и предусмотреть защиту труб от повреждения;
- для вертикальных зондов нужно подготовить скважины соответствующей глубины;
- для горизонтального теплообменника нужно выкопать котлован глубиной 2-3 метра.
- Проложить трубы теплообменника и подключить их к теплонасосу, установленному в доме.
Рекомендации по использованию
Чтобы отопление с применением геотермальных теплонасосов было эффективным, надо следовать некоторым рекомендациям.
- Тепловые насосы более эффективны для обогрева помещений с начальной температурой выше 14 градусов. Поэтому, рационально предварительно утеплить дом и снизить естественные теплопотери.
- Если площадь придомовой территории недостаточна для горизонтального теплообменника, лучше выбрать вертикальное расположение контуров.
- При горизонтальном расположении теплообменника землю над ним нельзя застраивать или засаживать растениями с крупной корневой системой.
- Если в доме слабая проводка, лучше использовать не один, а два компрессора, но меньшей мощности. Это позволит выполнять последовательное включение и уменьшить нагрузку пусковыми токами.
- Во внутреннем (домашнем) контуре надо использовать химводоподготовленную воду. Это улучшает теплообмен и исключает снижение КПД впоследствии.
Заключение
Преимущества применения геотермальной системы отопления загородного дома полностью компенсируют имеющиеся недостатки метода. Именно поэтому, этот вариант альтернативного отопления становится популярнее и востребованнее, в том числе в Европе и Америке.
