Теплоноситель для теплового насоса грунт/вода. Тепловой насос грунт вода


Тепловой насос грунт-вода

 

Отбор тепла от грунта

    При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30-50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. На практике 1,6 - 2,2 метра. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора - 1,5 метра, минимум - 1,2. Здесь Не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода в год: в глине - 50-60 кВт*ч, в песке - 30-40 кВт*ч для умеренных широт, на севере цифры меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350-450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20х20 м). При правильном расчёте контур не влияет на зелёные насаждения.

 

 

Отбор тепла от грунта

    Самые эффективные, но и самые дорогие схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течении года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды. По данным 2006 года в Швеции полмиллиона таких установок, в Финляндии 50 000, в Норвегии устанавливалось в год 70 000. Данный тип ТН требует бурения скважины на достаточную глубину (50 -140 метров) или нескольких таких скважин. В скважину опускается U-образный груз с двумя пластиковыми трубками,составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30% раствор этилового спирта. Скважина заполняется грунтовыми водами естественным путём, и вода проводит тепло от грунта к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверхрасчётную мощность, эта вода и даже антифриз могут замёрзнуть что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем. Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики. Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится в год 50-60 кВт*ч тепловой энергии. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной около 170 м. Нецелесообразно бурить глубже 200 метров, дешевле сделать несколько скважин меньшей глубины через 10 - 20 метров друг от друга.  Почти все имеющиеся на рынке установки работают и летом, при этом тепло (по сути солнечная энергия) отбирается из помещения и рассеивается в породе или грунтовых водах.  Также тепло постоянно приходит из недр Земли и от грунтовых вод.

terranica.ru

Тепловой насос грунт-вода

Тепловые насосы

2.3. ГрунтГрунт применяют в качестве естественного источника тепла для зимнего отопления и летнего кондиционирования. Змеевики испарителя закладывают в грунт, причем выгодно используют его зонную аккумулирующую способность. По практическим данным, коэффициент m составляет от 2,2 до 3,2 в зависимости от внешних условий. Величины теплопередачи в грунте главным образом зависят от его влажности.Тепловые насосы, использующие грунт в качестве источника тепла, применяются для обслуживания жилых и торгово-административных сооружений. Грунт, как и подпочвенные воды, имеет одно преимущество - относительно стабильную в течение года температуру. Тепло отбирается по трубам, уложенным в землю горизонтально или вертикально (спиралеобразно). Могут использоваться:системы прямого расширения с охлаждающей жидкостью, испаряющейся по мере циркуляции в контуре трубопровода, заглубленного в грунт;системы с рассольной жидкостью, прокачиваемой по трубопроводу, заглубленному в грунт.В целом тепловые насосы рассольного типа имеют более низкую производительность по сравнению с агрегатами первого типа в силу происходящего в них "двойного" теплообмена (грунт - рассол, рассол - хладагент) и энергозатрат на обеспечения работы циркуляции рассола, хотя обслуживать такие системы существенно проще.Тепловая емкость грунта варьируется в зависимости от его влажности и общих климатических условий конкретной местности. В силу производимого отбора тепла во время отопительного сезона его температура понижается.В условиях холодного климата большая часть энергии извлекается в форме латентного тепла, когда грунт промерзает. В летний период под действием солнца температура грунта вновь поднимается, и появляется возможность вернуться к первоначальным условиям. Действующие по такому принципу тепловые насосы обычно называют геотермическими, что по сути своей неверно, поскольку здесь не задействовано радиогенное тепло земли, содержащееся в глубинных скальных породах.Геотермическими (скальными) источниками можно пользоваться в регионах, где подпочвенных вод мало или нет совсем. Тогда нужно пробурить колодцы глубиной от 100 до 200 м. В случае если требуется обеспечить высокую тепловую мощность, колодцы бурятся под определенным наклоном таким образом, чтобы добраться и упереться в большой скальный массив. Для таких тепловых насосов также применяется рассольная жидкость и пластмассовый сварной трубопровод, извлекающий тепло из скалы. В некоторых системах скальная порода используется для аккумулирования тепла или охлаждающей энергии. В силу высокой стоимости буровых работ скальные породы для обслуживания жилого сектора применяются довольно редко.

СкважинаПри использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину. Можно пробурить несколько не глубоких скважин - это, возможно, обойдётся дешевле, чем одна глубокая. Главное - получить общую расчетную глубину.Для предварительных расчетов используется следующее соотношение – 50-60 Вт тепловой энергии на 1 метр скважины. То есть, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 170 метров.Земляной контурПри укладке контура в землю желательно использовать участок с влажным грунтом, лучше всего с близкими грунтовыми водами. Использование сухого грунта тоже возможно, но это приводит к увеличению длины контура. Трубопровод должен быть зарыт на глубину примерно 1 м, расстояние между соседними трубопроводами - примерно 0.8-1.0 м.Удельная тепловая мощность трубопровода, уложенного в землю трубопровода - 20-30 Вт/м. Т. е. для установки теплового насоса производительностью 10 кВт достаточно 350-450 м теплового контура, для чего хватит участка 20х20 кв.м.Специальной подготовки почвы не требуется, влияния на растения трубопровод при правильном расчёте не оказывает.

Отопить дом: тепловой насос + газовый котел

Очень многие клиенты приобретают исключительно один вид отопления, к примеру, газовый котел, но стоит задуматься и о том, чтобы использовать комбинированное отопление для экономии ваших средств. Почему же приходит в …

Скажем «да» теплу в доме и обеспечим его

Одним из самых ответственных вопросов при строительстве загородного дома является выбор отопительной системы, ведь в данном вопросе важно учесть те затраты, к которым нужно будет быть готовым при установке оборудования …

Какие отопительные системы снизят счета за отопление?

Чтобы в процессе эксплуатации здания, нести как можно меньше затрат энергии, стоит во время строительства дома планировать монтаж современных отопительных систем. Современная отопительная система не должна негативно воздействовать на среду, …

msd.com.ua

Теплоноситель (рассол) для теплового насоса грунт/вода | Блог SolarSoul

Температура теплоносителя в грунтовых теплообменниках теплового насоса может быть отрицательной. При этом это вполне рабочий процесс. В целях безопасной работы системы следует применять специальный незамерзающий теплоноситель (антифриз). Такой теплоноситель часто называют рассолом. На сегодняшний день на рынке представлены теплоносители на основе различных компонентов. В этой статье разберем, какой теплоноситель наиболее подходит для применения в грунтовых тепловых насосах.

Типы теплоносителей для теплового насоса

Теплоносители, используемые для грунтовых тепловых наосов, можно классифицировать по основному веществу, входящему в его состав:

  • Теплоноситель на основе этиленгликоля
  • Теплоноситель на основе пропиленгликоля
  • Теплоноситель на основе глицерина
  • Спиртовые теплоносители (на основе метанола, этанола)

Температура начала кристаллизации (замерзания) так же может быть разной. Она зависит от концентрации основного компонента. Как правило выпускаются теплоносители в виде готовой водной смеси с температурами замерзания:  -15˚С, -20˚С, -25˚С, -35˚С. Так же в продаже можно найти концентраты с температурой замерзания до -60˚С. Такой антифриз необходимо перед заправкой разбавлять самостоятельно.

Температура замерзания теплоносителя для теплового насоса

Подбирая теплоноситель по температуре замерзания, не следует брать рассол с  точкой замерзания «с запасом». Это означает, что если в системе достаточно применить теплоноситель с температурой замерзания -15°C то не стоит применять теплоноситель с температурой замерзания -25°C. На практике, температура в геотермальном теплообменнике не опускается ниже -10°C. В редких случаях температура может опуститься до значения -12/-13°C.

 

Теплоноситель с низкой температурой замерзания имеет большую концентрацию основного вещества. Нежелательное превышение этой концентрации приводит к:

  • Повышению вязкости рабочей жидкости, что в свою очередь, вызывает дополнительную нагрузку на циркуляционный насос. Это приводит к снижению эффективности теплового насоса из-за переизбытка электроэнергии необходимой для преодоления дополнительного гидравлического сопротивления. К тому же, возникший дополнительный износ  снижает ресурс работы насоса.
  • Снижению теплопередачи от грунта к испарителю. Теплоносители с высокой концентрацией основного вещества имеют худший коэффициент теплопроводности. Как следствие, снижается эффективность теплового насоса.

 

Безопасность и защита окружающей среды

Так же при выборе рассола для теплового насоса следует принять во внимание экологические нормы и влияние на окружающую среду. Теплоносители на основе этиленгликоля и метанола, рассматриваются как токсичные.

Прямое попадание в организм может привести к летальному исходу. А в случае повреждения грунтового зонда, утечка теплоносителя в землю может привести к загрязнению почвы и грунтовых вод.

Теплоносители на спиртовой основе легко воспламенимы. Необходимо придерживаться норм  пожарной безопасности во время транспортировки и заправки.

При выборе теплоносителя так же следует обратить внимание на коррозионную стойкость. Большинство производителей добавляют в состав теплоносителя специальные присадки для снижения коррозии и, как следствие, продления срока службы теплового насоса.

Рефрактометр для проверки температуры замерзания теплоносителя Лакмусовая бумага для проверки кислотности теплоносителя

Учитывая физические свойства и экологическую безопасность, наилучшим выбором для тепловых насосов с грунтовым теплообменником, являются теплоносители на основе пропиленгликоля или глицерина. Температура замерзания должна быть в пределах: -12/-15°C. Во время эксплуатации следует проводить проверку температуры замерзания (при помощи рефрактометра) и уровень кислотности (используя  лакмусовые индикаторы). Уровень кислотности должен быть в диапазоне pH: 7,5-10. Проверку рекомендуется  проводить не реже чем один раз в пять лет.

Поделиться "Теплоноситель для теплового насоса грунт/вода"

Рекомендуемые статьи

solarsoul.net

Тепловой насос Грунт-Вода | Все для обогрева дома

Тепловой насос Грунт-Вода

Грунт – это наиболее универсальный источник рассеяного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и целый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда «под ногами” и способен отдавать тепло в независимости от погоды. На глубине 5-7 м температура практически постоянная на протяжении всего года. Для большей территории Украины она составляет 8-12°С, что вполне достаточно для обустройства высокоэффективного системы отопления и охлаждения.

Более того, в верхних слоях земли минимальное значение температуры достигается на несколько месяцев позже от пиков морозов – потребность в интенсивном обогреве с помощью теплового насоса «грунт-вода» до той поры уменьшается. В целом же, грунт достаточно надежно поставляет калории для теплового насоса. Необходимая энергия собирается грунтовым теплообменником, углубленным в землю, и аккумулируется в теплоносителе, который потом подается в испаритель теплового насоса и возвращается назад за новой порцией тепла. В качестве такого носителя используется незамерзающая, экологически безопасная жидкость (ее еще также называют “рассолом” или антифризом). В большинстве тепловых насосов «грунт-вода» используется раствор воды и пропиленгликоля или этиленгликоля.

Есть и другая схема отбора тепла, когда вместо ”рассола” в контуре циркулирует фреон, который превращается в пару непосредственно в трубах теплосборника. Хоть эта схема немножко повышает КПД теплового насоса, но ее эксплуатация сложна и небезопасна для окружающей среды.

Сегодня наиболее популярный тепловой насос «грунт-вода» с ”рассолом”. В этих геотермальных тепловых насосах используется два вида теплообменников: грунтовий коллектор и грунтовий зонд. Оба выполняются из полиэтиленовых труб диаметром около 40 мм с добавками теплопроводного пластификатора.

Грунтовий коллектор (горизонтальный коллектор) представляет собой длинную трубу, горизонтально вложенную под слоем грунта. Главное преимущество горизонтального коллектора – универсальность и простота монтажа. Недостаток – большая площадь под грунтовый коллектор – 25-50 м2 на 1 кВт мощности теплонасоса (причем площадку можно использовать лишь под газон или однолетние цветы). Есть много схем укладки труб грунтового теплообменника: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм, так называемый способ ”Slinky” и др. Выбор способа укладки горизонтального коллектора определяется теплопроводностю грунта и геометрией участка.

Производительность грунтового теплообменника больше на увлажненных суглинках и значительно меньше на сухих песчаных участках. В среднем 1 м2 поверхности грунта может обеспечить снабжение 10-40 Вт мощности. Если нужна большая мощность теплового насоса «грунт-вода», то петель грунтового коллектора делают несколько.

Вертикальные коллекторы (вертикальные теплообменники) – это система длинных труб, которые опущены в глубокую скважину (50-150 м). Тепловой насос «грунт-вода» с использованием вертикального теплообменника нуждается лишь в небольшом участке земли, на котором проводятся работы по бурению. На глубине всегда одинаковая температура – от 10°С и выше, поэтому вертикальные коллекторы мощнее по съему тепла в отличие от  горизонтальных.

Один метр длины вертикального теплообменника дает возможность получить от 30 до 100 Вт тепловой энергии в зависимости от грунта и его увлажненности. Известно около десяти разных конструкций вертикальных коллекторов, даже достаточно необычных (например, в виде труб, забетонированных в сваи фундамента дома). Но наиболее применяемыми являются две: «труба в трубе» и U-образная. По одной линии «рассол» подается циркуляционным насосом вниз, а по другой им же поднимается вверх, к испарителю теплового насоса.

Для улучшения теплопередачи и повышения прочности вертикального коллектора зазор между землей или обсадной трубой и рабочими трубами заполняется бетонитом или бетоном. Если нужно получить большую мощность, таких вертикальных теплообменником делают несколько. Расстояния между вертикальными коллекторами (скважинами) составляет 5-7 м.

Земные недра являются бесплатным теплоисточником для тепловых насосов «грунт-вода», поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией обеспечивания теплом и горячим водоснабжением всех типов зданий, больших и малых, общественных и частных. Уровень капиталовложений в систему геотермального теплового насоса достаточно высок, но взамен Вы получите безопасный в работе альтернативный обогревательный высокоэффективный теплогенератор с максимально длительным сроком эксплуатации с минимальными требованиями к сервисному обслуживанию,.

Коэффициент преобразования тепла (СОР) в тепловых насосах «грунт-вода» достаточно высок и достигает 3-5. Геотермальный тепловой насос не требует много места и может быть внедрен на участке земли малой плошади. Объем восстановительных работ после работ по бурению для грунтового коллектора незначителен, влияние пробуренной скважины на окружающую среду минимально. На уровень грунтовых вод воздействие не оказывается, так как грунтовые воды не потребляются.

Тепловой насос «грунт-вода» с горизонтальным теплообменником:

Обратите внимание, что наибольшее количество энергии извлекается грунтовым коллектором из почвы с большим содержанием влаги.

Обратите внимание, что профессиональный подход к организации и обустройству теплового насоса необходимо начать с проекта. Для этого обязательным станет  обращение в специализированную инжиниринговую компанию, имеющую опыт работы как с данным оборудованием, так и по выполнению подобных проектных работ: от рассчета технико-экономического обоснования до рабочего проектирования.

Как правило, частные домовладения при общей площади от 400 м2 и выше являются уже сегодня экономически «оправданными заказчиками» для этой технологии со сроками окупаемости от 2 до 5 лет.

teplo.cherkasy.net

принцип работы и примеры расчета

Альтернативные источники энергии в наше время достаточно актуальны. Установка тепловых насосов частое явление сегодня, так как тарифы на газ и электроэнергию стали достаточно большими и люди стараются сократить свои растраты. Земляной тепловой насос (рис. 1) – это устройство, которое берет тепловую энергию из грунта и передает ее воде в системе отопления.

Следует отметить, что грунт является хорошим источником тепла, которое не иссекается, так как грунт вбирает солнечную энергию и тепло недр. Земля сохраняет стабильную температуру не зависимо от времени года и погодных условий. Например, на глубине 4 - 5 метров температурный режим может быть уже от 80С и до 120С.

Рис. 1

Конструкция и принцип работы теплового насоса

Конструкция системы с тепловым насосом земля-вода:

  • Земляной зонд или коллектор;
  • Теплообменник, который транспортирует тепловую энергию к внутреннему контуру;
  • Компрессор;
  • Теплообменник, который передает тепловую энергию в систему отопления;
  • Система отопления и горячего водоснабжения внутри дома.

Система грунтового теплового насоса имеет в своей схеме 3 контура. Внешний контур находится в земле, собирая там тепловую энергию. Второй контур – это сам тепловой насос, теплоноситель попадает в испаритель, где температура поднимается. А третий контур – это уже непосредственно система отопления в доме, в которой циркулирует вода.

За 1 час циркулирует 2-3 м3 теплоносителя. Этот теплоноситель нагревается в земле на 5-70С. Земляной зонд теплового насоса грунт вода, то есть теплообменник, который закопан на определенную глубину, собирает тепловую энергию. И с помощью теплоносителя эта энергия переносится в тепловой насос, а именно в испаритель. Теплоносителем может быть антифриз или смесь воды и пропиленгликоля или этиленгликоля. Часто в системе циркулирует фреон (хладагент) в жидком состоянии, который в испарителе сжимается и превращается в газ. Особенностью фреона является то, что он закипает при низкой температуре. Когда он закипает, то расширяется и пары, которые образуются, попадают в конденсатор.

Далее это тепло попадает к другому теплообменнику, в котором циркулирует уже вода для системы отопления дома. После того как фреон остыл, он обратно преобразуется в жидкое состояние, и циркулирует в грунтовой теплообменник. Процесс начинается заново.

Внешний теплообменник устройства грунт вода выглядит как полиетиленовая тонкостенная труба, ее диаметр может быть 4 см. Приблизительный расчет длины змеевика, который закапывается, такой: 5 погонных метров трубы соответствует 1 м2 площади дома. Можно сделать вывод, что если площадь дома 150 м2, то длина змеевика должна быть 750 метров погонных.

Важно соблюдать все дистанции. Например, нужно укладывать теплообменник на 3 метра от дома или других построек. Глубина, на которую ложится труба, не должна быть меньше 1,4 м.

Виды коллектора грунт вода

Коллектор грунтового теплового насоса может быть двух видов (рис. 2):

  • Вертикальный;
  • Горизонтальный.
Рис. 2 Виды коллекторов для грунтовых насосов: вертикальный и горизонтальный

Вертикальный коллектор – это длинный трубопровод, опущенный в скважину длина, которой составляет от 40 до 150 м. Этот вид теплообменника лучше горизонтальных тем, что на такой глубине температура больше. Если скважина очень глубокая то теплообменник оснащается еще защитной обсадной трубой, а если глубина сравнительно не большая, то это не обязательно. Но значительным недостатком такого способа размещения коллектора является высокая стоимость такой скважины.

Конечно, специалисты рекомендуют бурить скважину глубже. Но если техника или почва не позволяют, то можно сделать несколько скважин. Например, можно сделать одну скважину глубиной 80 м, а можно 4 скважины по 20 м. Главное чтобы суммарный результат получился достаточным для отопления дома. Может быть каменистая почва, с которой достаточно тяжело работать, в ней можно пробурить скважины не более 15-20 метров.

Горизонтальный коллектор (рис. 3) – этот вид грунтового коллектора для насоса грунт вода выглядит как трубопровод, который выложен в горизонтальном положении на определенную глубину, под слоем земли. Этот коллектор легко устанавливается.

Рис. 3

Площадь, на которую устанавливается коллектор земляного теплового насоса достаточно большая в отличие от вертикального варианта, на который нужен небольшой кусочек земли. Как правило, горизонтальный теплообменник занимает от 25 до 50 м2, а может и больше, смотря какая отапливаемая площадь. Негативным фактором этого варианта является то, что территория с этим коллектором может использоваться только под газон.

Зависимо от различных обстоятельств теплообменник может укладываться зигзагом, петлями, змейкой и т.д. Очень важно, какая теплопроводность у грунта, в который устанавливается теплообменник. Это зависит от качества земли, например, если почва влажная, то теплопроводность больше, а если почва песчаная, то теплопроводность маленькая. Если есть много петель в теплообменнике, то в комплектации обязательно должен быть циркуляционный насос.

Преимущества и недостатки насосов грунт вода

Тепловой насос грунт-вода имеют такие преимущества:

  • Автономность установки. Насос грунт вода не зависит от энергоносителей, для потребления этой тепловой энергии не нужны никакие разрешения и проекты.
  • Экологичность. Тепловые насосы это установки, от которых нет вредных выбросов в атмосферу, а также используется неиссякаемая энергия Земли.
  • Безопасность. Это отопление безопасно, так как максимальная температура здесь достигает 600С, а значит оборудование пожаробезопасно и взрывоопасно.
  • Универсальное оборудование. Грунтовой насос можно использовать совместно с газовым или другим котлом.
  • Небольшие затраты при эксплуатации грунтового насоса. Установке грунт вода не нужно никакое дополнительное обслуживание.

Недостатки земляных тепловых насосов:

  • Высокая стоимость. Сама по себе установка стоит достаточно дорого, а также, чтобы ее установить, нужны большие затраты. Работа спецтехники, установка теплообменника и т.д. это все дорогостоящие услуги. Это оборудование намного дороже котельного оборудования.
  • Срок эксплуатации грунтового насоса становит около 25 лет. С такой стоимостью это не так уж и много. После этого срока, как правило, нужен либо ремонт, либо бурение другой скважины.

Отопление тепловым устройством грунт вода

Квалифицированные специалисты рекомендуют при установке земляного теплового насоса обустроить в доме систему теплых полов. Так как особенностью этого отопления является то, что нужно большие радиаторы, а это не слишком красиво. Поэтому можно обустроить теплые полы и дополнительно небольшие радиаторы.

Дом должен быть подготовленным, то есть полностью утепленным. Так как чем лучше утеплен дом, тем меньше будет тепловых потерь. Также следует отметить, что температура при работе теплового насоса типа грунт-вода не достигает такого уровня, как при отоплении котельным оборудованием, а значит нужно предпринять все меры, чтобы тепло не выходило.

Если на участке где устанавливается змеевик, проходит водопроводная труба, то беспокоиться не стоит, так как никакого воздействия на нее грунтовый теплообменник не будет оказывать.

Конечно, цельной трубы для земляного коллектора такой длины не найти, по этому они будут устанавливаться бухтами, и между собой соединяться специальными муфтам (рис. 4) и, как правило, бухты длинной 100-200 м.

Рис. 4

Тепловой насос земля-вода питается от электрической сети 220В или 380В. Так как циркуляционный насос работает только от электричества. Грунтовое тепловое устройство потребляет электрической энергии в 4-5 раз меньше, чем вырабатывает тепловой энергии. Экономия очевидна. То есть на 1 кВт электроэнергии приходится 4-5 кВт тепловой энергии.

Теплоноситель для теплового насоса

Фреон – это вещество, которое относится к искусственным синтезированным газам. Этот газ используется не только в работе грунтового устройства грунт вода, но также в конструкции холодильников и кондиционеров. Когда фреон нагревается до +30С, он начинает закипать и переходит в газообразное состояние. В компрессоре он сжимается до 26 атмосфер.

Рис. 5

Именно под воздействием такого давления температура этих газов поднимается до +600С, а иногда и до +750С. Но когда происходит теплоотдача воде в системе отопления, то теряется от 10 до 150°. Отдав тепло, фреон остывает, показатель давления опускается до 4 атмосфер. Это так называемый эффект дросселирования. Далее происходит полное охлаждение до 00С, и фреон переходит опять в жидкое состояние.

Внешний контур теплового насоса

Давно известно что грунт является наиболее универсальным источником рассеянного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда под ногами и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды. Ведь на глубине уже 5-7 м температура п

perfect-floor.ru

Тепловой насос. Источники тепла для теплового насоса. Виды тепловых насосов

За видом теплоносителя во входном (грунтовый контур, наружный воздух, водный источник и др.) и выходном (система отопления, горячее водоснабжение, охлаждение) контурах тепловые насосы делятся на шесть типов: "грунт-вода", "вода-вода", "воздух-вода", "грунт-воздух", "вода-воздух", "воздух-воздух".

 

 

Тепловой насос "грунт-вода"

Грунт – это наиболее универсальный источник рассеяного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и целый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда "под ногами” и способен отдавать тепло в независимости от погоды. На глубине 5-7 м температура практически постоянная на протяжении всего года. Для большей территории Украины она составляет 8-12°С, что вполне достаточно для обустройства высокоэффективного системы отопления и охлаждения.

 

Более того, в верхних слоях земли минимальное значение температуры достигается на несколько месяцев позже от пиков морозов – потребность в интенсивном обогреве с помощью теплового насоса "грунт-вода" до той поры уменьшается. В целом же, грунт достаточно надежно поставляет калории для теплового насоса. Необходимая энергия собирается грунтовым теплообменником, углубленным в землю, и аккумулируется в теплоносителе, который потом подается в испаритель теплового насоса и возвращается назад за новой порцией тепла. В качестве такого носителя используется незамерзающая, экологически безопасная жидкость (ее еще также называют “рассолом” или антифризом). В большинстве тепловых насосов "грунт-вода" используется раствор воды и пропиленгликоля или этиленгликоля.

Есть и другая схема отбора тепла, когда вместо ”рассола” в контуре циркулирует фреон, который превращается в пару непосредственно в трубах теплосборника. Хоть эта схема немножко повышает КПД теплового насоса, но ее эксплуатация сложна и небезопасна для окружающей среды.

Сегодня наиболее популярный тепловой насос "грунт-вода" с ”рассолом”. В этих геотермальных тепловых насосах используется два вида теплообменников: грунтовий коллектор и грунтовий зонд. Оба выполняются из полиэтиленовых труб диаметром около 40 мм с добавками теплопроводного пластификатора.

Грунтовий коллектор (горизонтальный коллектор) представляет собой длинную трубу, горизонтально вложенную под слоем грунта. Главное преимущество горизонтального коллектора – универсальность и простота монтажа. Недостаток – большая площадь под грунтовый коллектор – 25-50 м2 на 1 кВт мощности теплонасоса (причем площадку можно использовать лишь под газон или однолетние цветы). Есть много схем укладки труб грунтового теплообменника: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм, так называемый способ ”Slinky” и др. Выбор способа укладки горизонтального коллектора определяется теплопроводностю грунта и геометрией участка.

Производительность грунтового теплообменника больше на увлажненных суглинках и значительно меньше на сухих песчаных участках. В среднем 1 м2 поверхности грунта может обеспечить снабжение 10-40 Вт мощности. Если нужна большая мощность теплового насоса "грунт-вода", то петель грунтового коллектора делают несколько.

Вертикальные коллекторы (вертикальные теплообменники) – это система длинных труб, которые опущены в глубокую скважину (50-150 м). Тепловой насос "грунт-вода" с использованием вертикального теплообменника нуждается лишь в небольшом участке земли, на котором проводятся работы по бурению. На глубине всегда одинаковая температура – от 10°С и выше, поэтому вертикальные коллекторы мощнее по съему тепла в отличие от  горизонтальных.

 

Один метр длины вертикального теплообменника дает возможность получить от 30 до 100 Вт тепловой энергии в зависимости от грунта и его увлажненности. Известно около десяти разных конструкций вертикальных коллекторов, даже достаточно необычных (например, в виде труб, забетонированных в сваи фундамента дома). Но наиболее применяемыми являются две: "труба в трубе" и U-образная. По одной линии "рассол" подается циркуляционным насосом вниз, а по другой им же поднимается вверх, к испарителю теплового насоса.

Для улучшения теплопередачи и повышения прочности вертикального коллектора зазор между землей или обсадной трубой и рабочими трубами заполняется бетонитом или бетоном. Если нужно получить большую мощность, таких вертикальных теплообменником делают несколько. Расстояния между вертикальными коллекторами (скважинами) составляет 5-7 м.

Тепловой насос "грунт-вода" с вертикальным теплообменником:

 

 

 

 

 

Земные недра являются бесплатным теплоисточником для тепловых насосов "грунт-вода", поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией обеспечивания теплом и горячим водоснабжением всех типов зданий, больших и малых, общественных и частных. Уровень капиталовложений в систему геотермального теплового насоса достаточно высок, но взамен Вы получите безопасный в работе альтернативный обогревательный высокоэффективный теплогенератор с максимально длительным сроком эксплуатации с минимальными требованиями к сервисному обслуживанию,.

 

Коэффициент преобразования тепла (СОР) в тепловых насосах "грунт-вода" достаточно высок и достигает 3-5. Геотермальный тепловой насос не требует много места и может быть внедрен на участке земли малой плошади. Объем восстановительных работ после работ по бурению для грунтового коллектора незначителен, влияние пробуренной скважины на окружающую среду минимально. На уровень грунтовых вод воздействие не оказывается, так как грунтовые воды не потребляются.

Тепловой насос "грунт-вода" с горизонтальным теплообменником:

 

 
 

     

 

 

 

 

Обратите внимание, что наибольшее количество энергии извлекается грунтовым коллектором из почвы с большим содержанием влаги.

 

Обратите внимание, что профессиональный подход к организации и обустройству теплового насоса необходимо начать с проекта. Для этого обязательным станет  обращение в специализированную инжиниринговую компанию, имеющую опыт работы как с данным оборудованием, так и по выполнению подобных проектных работ: от рассчета технико-экономического обоснования до рабочего проектирования.

 

Как правило, частные домовладения при общей площади от 400 м2 и выше являются уже сегодня экономически "оправданными заказчиками" для этой технологии со сроками окупаемости от 2 до 5 лет.

 

Тепловой насос "вода-вода"Солнце нагревает воду в морях, озерах и других водных источниках. Солнечная энергия накапливается в воде и донных слоях. Редко температура снижается ниже +4 °С. Чем ближе к поверхности, тем температура больше варьируется в течение года, а в глубине - она относительно стабильна. Полиэтиленовые трубы для отбора тепла укладывается на дне или в грунте дна, где температура еще немного выше, чем температура воды. Важно, чтобы  трубы снабжались отягощающим грузом для предотвращения всплытия или имели каркас. Чем ниже они залегают, тем меньше риск повреждения. Вода, как источник низкопотенциального тепла для теплового насоса очень эффективена!

 

Возможен также вариант монтажа теплового насоса без использования классических грунтовых коллекторов. Так, организация забора воды из колодца или водоема с последующим сбросом, после прохождения теплообменника, через отводной канал обратно в водоем или другой колодец.

 

 

 

Источником тепла для тепловых насосов "вода-вода" могут быть поверхностные (реки, озера) или грунтовые воды (скважины), а также стоковые воды технологических циклов предприятий (например, система оборотного водоснабжения).

 

Сами тепловые насосы "вода-вода" практически не отличаются от тех, которые работают с "рассолом". Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой, годовая эффективность использования таких тепловых насосов оказывается наивысшей.

 

Если рядом протекает незамерзающая река, вы можете проложить петлю трубы с антифризом на дно (притопив грузами) и обогреваться практически за даром. Конечно, со скважиной сложнее и дороже.

 

 

Тепловой насос "воздух-вода" По универсальности применения в отечественных условиях тепловой насос "воздух-вода" занимает второе место. Но скорее всего, это обусловлено недостатком профессиональных инженерных кадров, нежели характеристиками самого оборудования.  Для обустройства данного теплового насоса нет необходимости в проведении работ по бурению скважин, а значит, исключаются затраты на земляной контур .  Современные воздушные тепловые насосы работает до минус 20-25 °С достаточно эффективно. 

 

Когда речь идет о выборе воздушного теплового наса, как источника тепловой энергии, полезно учитывать одно важное обстоятельство:  с усилением холодов воздушный тепловой насос развивает меньшую мощность, а значит, начинает потреблять большее количество электроэнергии при выработке одного и того же количества тепла.  Именно поэтому, подбор мощности воздушного теплового насоса должна производить специализированная инжиниринговая компания.

 

Кроме того, воздушные тепловые насосы промышленной мощности (от 60 кВт и выше) - достаточно дорогостоящее оборудование. Применение данных установок должно быть экономически оправданным мероприятием.

 

К рациональным решениям при подборе этого оборудования приводит оптимизация мощностей потребителей тепла, а также расчет точки переключения на традиционный источник (например, газовую котельную или электрический котел). Данные расчеты позволяют сократить капитальные затраты на оборудование,  исключая резервирование установленных мощностей самого теплового насоса, а значит и закупку более мощной и дорогостоящей установки.

 

Кроме того, воздушная теплонасосная установка (ТНУ) реверсивного типа в летний период времени является источником холода для системы кондиционирования. Как правило, для больших промышленных, общественных, офисных и торговых зданий используют системы кондиционирования с источником холода - чиллером, который размещают на кровле. Воздушный тепловой насос, способен полностью заменить роль чиллера летом, но еще и энергоэффективно готовить теплоноситель для системы горячего водоснабжения и системы отопления зимой. Фактически, это система "2 в 1".

 

!!! Бессмысленно затрачивать средства на устройство в виде чиллера, который готовит только "холод" и работающий только 4 месяца в году !!! Тепловой насос, как источник тепла и как источник холода, в таком случае, будет способен работать не менее 11 месяцев в году и сроки его окупаемости будут достаточно короткими при практически равных капитальных затратах с чиллером.

 

 

Тепловой насос "Воздух-вода" на кровле торгово-офисного центра в г.Харькове (Корпорация "Vlada-ltd"):

 

 

Кроме отопления и подготовки горячей воды, некоторые модели тепловых насосов  "научились" не только работать в системах вентиляции, но и использовать тепло отработанного воздуха помещений (например, вентиляционные системы с термодинамической рекуперацией).

 

Также, воздушные тепловые насосы могут использовать удаляемые тепловые сбросы самого помещения (сбросную воду,  вентиляционные выбросы,  дымовые газы и т.д.), утилизируя их тепло, с последующим обеспечением теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения.  

 

 

Применение тепловых насосовПеречисленные преимущества тепловых насосов "грунт-вода", "вода-вода", "воздух-вода", обусловили их широкое применение в развитых странах мира. Ставится задача не в локальном или ограниченном применении теплоснабжения с применением теплонасосных систем, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива. Область применения теплонасосов поистине безгранична. С их помощью легко решать вопросы теплоснабжения и горячего водоснабжения городского комплекса, и объектов, расположенных вдали от коммуникаций - будь то фермерское хозяйство, коттеджный поселок, ресторан или АЗС на трассе. Применение тепловых насосов особенно эффективно в случае применения низкотемпературных систем раздачи тепла: теплых полов, теплых стен или водяных потолочных систем лучистого отопления/охлаждения, характеризующихся высоким коэффициентами теплопередачи и соответственно допускающих использование теплоносителя с пониженными температурами.

Анализ зарубежного опыта в использовании тепловых насосов

Анализ зарубежного опыта в области отопления и горячего водоснабжения показывает, что там уже достаточно давно и в настоящее время очень широко используются тепловые насосы.

 

Сегодня в мире работает свыше 10 млн. тепловых насосов различной мощности - от нескольких киловатт до сотен мегаватт. Рынок теплонасосных систем достаточно устойчив к конъюнктурным колебаниям и составляет примерно миллион продаж в год.

 

По прогнозу Мирового Энергетического Агентства, к 2020 году в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения от теплонасосов составит не менее 75%. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что в мировой практике меняется стратегия теплоснабжения: происходит переход от традиционного сжигания органического топлива к использованию этих энергоэффективных технологий для утилизации рассеянного или сбросного техногенного тепла.

Частично использован материал   источника  "progress21.com.ua"

decentral.web-box.ru

Тепловой насос грунт вода

Для обеспечения энергонезависимости различных объектов недвижимости сегодня активно используются альтернативные виды ресурсов. Вода, грунт, воздух – в наши дни легко могут выступать в качестве источников качественной, экологически чистой, а главное возобновляемой энергии.

Одной из наиболее продуктивных энергетических систем данного типа является установка тепловой насос грунт вода, принцип работы которой основан на том, что в качестве источника низкопотенциального тепла здесь выступают пласты грунта, а передача энергии от генератора тепла к объекту недвижимости осуществляется с использованием теплоносителя в виде воды.

Высокая эффективность тепловых насосов данного типа обусловлена в первую очередь постоянством температур источника энергии (грунта) в течение всего года. Ведь тепло, накапливаемое грунтом поступает не только из вне (в виде солнечного излучения), но и аккумулируется изнутри (до 0,1Вт/м2), что позволяет удовлетворять потребности теплопотребителей на протяжении всего года.

Устройство теплового насоса грунт вода реализовано таким образом, что передача рассеянного тепла от внешнего источника окружающей среды к термопреобразователю осуществляется за счет теплоносителя (незамерзающей жидкости), который циркулирует в коллекторе, проложенном в грунтовой полости. Причем, в зависимости от индивидуальных особенностей участка, прокладка грунтовых коллекторов может происходить в заранее подготовленные траншеи (высотой 1,5 – 2 метра) либо путем укладки в скважины (глубиной до 100 метров).

Подбирая наиболее оптимальный тепловой насос грунт вода цена его во многом зависит от типа применяемых коллекторов. Так вертикальные грунтовые коллекторы характеризуются большей стоимостью по сравнению с горизонтальными аналогами (обусловлено необходимостью выполнения бурильных работ), но вместе с тем имеют и более качественные показатели теплоприема 50-60 Вт/м, к 20-40 Вт/м – при использовании горизонтального коллектора.

Конструктивное устройство теплового насоса грунт вода реализовано таким образом, что все основные его узлы располагаются в едином корпусе, а подключение внешних и внутренних контуров, осуществляется через систему специальных патрубков.

Установка теплового насоса грунт вода должна происходить на основании предварительных расчетов, которые позволяют определить потребности объекта недвижимости в теплоэнергии. Причем все ключевые моменты, касающиеся монтажа оборудования должны соответствовать требованиям завода-изготовителя.

Дабы эксплуатация теплонасосного оборудования не вызывала каких-либо затруднений, выполняя его установку следует придерживаться определенных требований:

  • Габариты прилегающего к строению земельного участка (с какого планируется производить съем тепла), должны быть достаточными и технологически пригодными для расположения грунтовых коллекторов;
  • Место расположения теплового насоса должно подбираться с таким условием, чтобы оборудование размещалось в зоне, доступной для обслуживания;
  • Подключение магистралей внешних и внутренних контуров тепловых насосов должно осуществляться с использованием теплоизолирующих материалов, а для снижения уровня вибраций – еще и через гибкие соединения;
  • Подключение теплового насоса грунт вода по электрической схеме должно предусматривать использование соответствующей кабельно-проводниковой продукции и надежных элементов защиты (УЗО, автоматические выключатели).

Если более детально остановиться на обустройстве грунтовых теплосъемников, то можно отметить, что, при использовании коллекторов горизонтального исполнения, трубопроводы должны прокладываться в виде автономных контуров, на глубине, исключающей промерзания грунта.

Когда же требуется обеспечение более высоких показателей системы, прибегают к использованию грунтовых зондов, состоящих из закольцованных труб, погружаемых в скважину. Более часто эффективность теплосъема увеличивают за счет параллельного подключения нескольких грунтовых коллекторов, но в любом случае выполнение данных работ должно сопровождаться соответствующими разрешительными документами и реализовываться профессионалами.

esligazanet.ru