Принцип работы грунтового теплонасоса
Основным источником тепла для грунтовых (земельных) теплонасосов является грунт - на глубине ниже уровня естественного промерзания (1.5-2 метра) температура положительная в любое время года. Например, на глубине 4-5 метров температура может достигать 8-12 градусов.
Для работы теплонасоса используется три контура:
- внешний, который размещается на нужной глубине (ниже уровня промерзания);
- сам теплонасос с циркулирующим хладагентом;
- внутренний, представленный домашней системой отопления.
- Теплоноситель, циркулирующий по первому контуру (внешнему) поглощает низкопотенциальное тепло земли и нагревается до температуры 5-7 градусов.
- Нагретый теплоноситель поступает в испаритель второго контура. Циркулирующий по второму контуру хладагент имеет низкую температуру кипения, поэтому при поглощении тепла из первого контура закипает и переходит в газообразное состояние.
- Затем газ-хладагент подается в компрессор, который выполняет его сжатие. При сжатии температура хладагента существенно увеличивается (до 60-70 градусов).
- Разогретый газ под высоким давлением подается в конденсатор, где отдает тепло теплоносителю третьего контура. Температура в системе домашнего отопления увеличивается до 50-60 градусов.
- После охлаждения хладагент снова переходит в жидкое состояние и после нормализации давления поступает в испаритель. Такой цикл повторяется безостановочно.
Виды внешних теплообменников грунтовых теплонасосов
Внешний теплообменный контур теплового насоса «грунт-вода» может быть выполнен в двух модификациях:
- горизонтальный коллектор;
- вертикальный зонд.
Горизонтальный коллектор
Горизонтальный коллектор - вид грунтового теплообменника, располагаемый под землей на глубине ниже уровня естественного промерзания. При этом, глубина размещения зависит от региона - в таких городах, как Москва, контур можно разместить и на глубине 2 метров, а в более северных городах глубина должна быть больше.
Трубы теплообменного контура могут укладываться змейкой, петлями, зигзагом и другими способами.
Нужная длина зависит от площади дома и теплопотерь. При этом, если теплообменник размещен во влажной почве - его теплопроводность выше. Если в песчаной - ниже.
В среднем (грубый расчет, требующий уточнения), с 1 метра трубы горизонтального теплообменника можно получить до 50 Вт тепловой энергии. То есть, на отопление частного дома площадью 150 квадратных метров нужно 300 метров теплообменника.
Поэтому, для подземного размещения горизонтального коллектора нужен достаточно большой участок земли, на котором нельзя возводить капитальные строения и высаживать огород.
Вертикальный зонд
Вертикальный зонд представляет собой длинный трубопровод, размещенный в скважине, глубина которой может быть от 40 до 200 метров. При этом, общая длина теплообменника тоже зависит от потребностей дома, которые рассчитываются исходя из площади и имеющихся теплопотерь. В некоторых случаях допускается монтировать не 1 длинный трубопровод, а несколько разделенных на равные сегменты - например, не 250 метров, а 5 скважин с зондами по 50 метров.
Такой способ установки теплообменного контура лучше, поскольку на большой глубине температура всегда выше. Кроме того, размещенный таким образом теплообменник не занимает много места на участке - территорию можно застраивать и засаживать.
Выходящие из скважины трубы «подача» и «обратка» по траншеям заводятся в дом. Место входа обязательно герметизируется и утепляется.
Особенности отопления дома с помощью грунтового теплового насоса
- Мощность тепловых насосов всегда рассчитывается с запасом, что нужно для компенсации любых путевых потерь и сохранения эффективности даже в случае снижения теплоотдачи грунта.
- В качестве приборов домашней отопительной системы лучше использовать теплые полы и стены или комбинацию теплых полов с радиаторами. Такая система сможет эффективно отапливать дом даже при низкой температуре теплоносителя.
- Для эффективного отопления грунтовым теплонасосом и сохранения тепла дом должен быть утеплен.
- Из-за большой длины внешнего теплообменника, он формируется не из цельной трубы, а из отдельных ее отрезков. Поэтому, важно контролировать качество соединений трубопровода. Перед закапыванием контура нужно провести гидравлические испытания.
- Теплообменник лучше располагать ближе к дому, но не ближе, чем 3 метра от него.
Преимущества и недостатки грунтовых тепловых насосов
Как и у другого отопительного оборудования, у грунтовых тепловых насосов есть свои особенности. Они предопределяют преимущества и недостатки.
Преимущества
- Автономность. Для работы грунтовых теплонасосов не нужно топливо и не нужен постоянный контроль владельца. Все взаимодействие с оборудованием сводится к настройке рабочих параметров.
- Простота. Тепловые насосы можно устанавливать и использовать без получения разрешений и согласования проектов. Все что нужно - просто купить и установить агрегат.
- Экологичность. Установки поглощают энергию земли - возобновляемый ресурс. При этом, при выработке тепла нет горения и других процессов, соответственно, нет и выделения вредных веществ в атмосферу.
- Безопасность. Оборудование функционирует без открытого горения, а температура теплоносителя в каждом из контуров редко превышает 60 градусов. Поэтому, тепловые насосы пожаробезопасны и взрывобезопасны.
- Экономичность. Для работы грунтового теплонасоса не надо топливо и расходных материалов. Поэтому, отопление дома с помощью этого оборудования будет выгодным.
- Долговечность. Системы тепловых насосов практически не изнашиваются, а ресурс низкопотенциальной энергии неисчерпаемый. Поэтому, теплонасосы «грунт-вода» могут эффективно отапливать дом на протяжении 50 лет и даже дольше.
- Высокая цена. Сама установка дороже, чем многое отопительное оборудование (включая газовые и твердотопливные котлы).
- Сложность монтажа. Размещение теплообменника на глубине ниже уровня промерзания подразумевает сложные земляные работы (в том числе буровые). Провести их своими руками не получится, поэтому понадобится помощь специалистов.
- Длительный срок окупаемости. Из-за высокой цены начальные вложения могут окупаться в течение 5-7 лет (в зависимости от условий использовать).
