Геотермальный тепловой насос обеспечивает более низкие затраты на отопление, чем воздушный насос. Грамотно спроектированный и изготовленный грунтовой теплообменник влияет на эффективную работу насоса. РУКОВОДСТВО: все, что вам нужно знать о геотермальном тепловом насосе.

Геотермальный тепловой насос - это полностью автоматическое отопительное устройство, которое можно использовать для обогрева дома и производства горячей воды для бытовых нужд, а также для охлаждения дома летом. Хорошо подобранный геотермальный тепловой насос будет работать в таком приложении без необходимости вкладывать средства в другое нагревательное устройство, которое будет поддерживать его зимой при очень низких температурах.Необходимость установки дополнительного отопительного прибора не только увеличила бы стоимость системы отопления, но и вынудила бы удлинить и усложнить монтаж. Геотермальный тепловой насос черпает энергию из земли, температура которой на определенной глубине даже зимой в сильные морозы постоянна и всегда положительна. Геотермальный тепловой насос экологически безопасен – он использует возобновляемую энергию, накопленную в почве, и не выбрасывает в атмосферу никаких загрязняющих веществ. Геотермальный тепловой насос можно установить в любом доме, новом или модернизируемом, особенно там, где нет доступа к газовой или отопительной сети. Хотя инвестиции в геотермальный тепловой насос стоят дорого, устройство позволяет получать тепловую энергию дешево. Наилучший эффект достигается при питании грунтового теплового насоса электроэнергией от фотоэлектрической установки. Почему стоимость инвестиций в геотермальный тепловой насос высока? Поскольку необходимо выполнить так называемую нижний источник, которым может быть горизонтальный коллектор, проложенный на глубине 1,5 м.Строительство вертикального коллектора значительно дороже горизонтального, поскольку требует бурения скважин глубиной даже более 50 м.

Содержание

  1. Для кого предназначен геотермальный тепловой насос
  2. Грунтовый тепловой насос в польском климате
  3. Грунтовый тепловой насос – нужно ли мне разрешение на строительство или уведомление?
  4. Как работает геотермальный тепловой насос
  5. Компрессор грунтового теплового насоса
  6. Тепловой насос с горизонтальным теплообменником
  7. Какой размер грунтового теплообменника?
  8. Расчет площади горизонтального теплообменника грунтового теплового насоса
  9. Вертикальный теплообменник грунтового теплового насоса
  10. Расчет длины вертикального теплообменника грунтового теплового насоса
  11. Грунтовый тепловой насос – меньше энергии – дешевле установка
  12. Какие трубы для теплообменника грунтового теплового насоса?
  13. Рабочее тело в геотермальной тепловой насосной установке
  14. Цена грунтового теплового насоса

Для кого предназначен геотермальный тепловой насос

Когда отопительная установка находится еще в стадии проектирования, нет проблем адаптировать ее под параметры каждого теплового насоса, а на незастроенном участке обычно нет препятствий для сооружения теплообменника, необходимого для получения тепла от земля. Нужно знать, что тепло в грунте на глубине 1,5 м поступает почти исключительно от атмосферных осадков и солнечной энергии, поэтому поверхность над теплообменником должна хорошо освещаться солнечными лучами и должна быть водопроницаемой. Нельзя над ней высаживать растения, корни которых в будущем могут повредить трубу. Также необходимо учитывать, что работа теплового насоса снижает температуру земли на несколько градусов, что нарушает вегетацию растений. По этой причине установка геотермального теплового насоса на давно застроенном участке часто бывает слишком хлопотной.

Преимущества геотермального теплового насоса:

  • имеет большую эффективность по сравнению с бортовой, его эксплуатационные расходы очень низкие
  • самый эффективный источник тепла
  • стабильная работа даже в самый холодный период благодаря постоянной температуре грунта
  • не требует обслуживания
  • также может обеспечить дешевое охлаждение летом
  • не шумит снаружи
  • вы получите самую высокую субсидию на его покупку - проверьте действующие субсидии на тепловые насосы

Дефекты грунтового теплового насоса:

  • высокая стоимость покупки
  • на участке должно быть место для его грунтового теплообменника
  • его сборка более хлопотная, чем воздушный насос, из-за необходимости делать нижний источник

Грунтовый тепловой насос в польском климате

Температура земли гораздо более стабильна, чем температура воздуха, поэтому геотермальный тепловой насос не должен работать в широком диапазоне температур испарителя, поэтому его компоненты могут быть дешевле, чем воздушный насос с хорошие параметры. На определенной глубине под поверхностью земли, называемой глубиной промерзания, температура всегда выше 0oC. Польша разделена на четыре зоны, где глубина колеблется от 0,8 м (в зоне I) до 1,4 м (в зоне IV). Локально температура грунта может отличаться от этих значений (земля может охлаждаться, например, сильным ветром). Однако можно сказать, что на глубине более 1,5 м грунт всегда имеет положительную температуру. Чем глубже заходишь, тем стабильнее температура земли - она не охлаждается холодным воздухом, но и меньше нагревается за счет инсоляции.

Грунтовый тепловой насос – нужно ли мне разрешение на строительство или уведомление?

Среди работ, перечисленных в действующем Законе о строительстве, для которых не требуется разрешение на строительство или уведомление, является установка теплового насоса.Однако о наземном обменнике речи не идет. Однако, поскольку отдельные очистные сооружения и подсоединения к средам, для которых требуются такие же земляные работы, как и для строительства горизонтального грунтового теплообменника, освобождаются от требования разрешения, на практике разрешение на строительство может не потребоваться (лучше всего запросить у повятовых властей). . Затем достаточно уведомить о намерении построить и подождать 30 дней так называемого молчаливого согласия.

На земляные работы, связанные с устройством такой установки, могут распространяться ограничения, вытекающие из Закона о воде, если решение об установлении охранной зоны водозабора содержит положение, запрещающее их выполнение.

Однако строительство вертикального теплообменника регулируется положениями Закона о геологии и добыче полезных ископаемых. В таком случае необходимо подготовить план геологических работ, который должен быть представлен в компетентный орган геологического управления не позднее, чем за восемь недель до предполагаемой даты начала работ.Они могут быть объединены, если в течение 30 дней со дня подачи проекта староста не выдвинет возражение в виде решения. О намерении провести буровые работы следует сообщить компетентному органу геологического управления, органу горного надзора и главе коммуны, мэру или президенту по месту работы - не менее чем за две недели до предполагаемой даты начала. Сверление может выполняться только лицами, имеющими соответствующую квалификацию. В течение шести месяцев после завершения работ в орган геологического управления должна быть представлена «Документация о выполненных геологических работах с целью использования тепла земли», содержащая обзор и сводку о проведенных работах и исследованиях.

Читайте также:

  • Стоимость отопления тепловым насосом
  • Когда инвестировать в геотермальный тепловой насос, а когда в воздушный тепловой насос
  • КПД теплового насоса - что это такое, как он измеряется?
  • Замена угольного котла на тепловой насос – в чем могут быть проблемы?

Как работает геотермальный тепловой насос

Для получения тепла из земли необходим грунтовый теплообменник. Это просто труба, помещенная в землю, образующая петлю, в которой циркулирует жидкость, обычно называемая рассолом. Контур (на практике их несколько) проходит через испаритель геотермального теплового насоса, в котором температура рассола снижается и становится ниже температуры грунта. Продолжая поступать по трубе в землю, рассол постепенно прогревается. Наконец, он возвращается в испаритель, где отдает тепло. Таким образом, он является посредником в его обмене между землей и насосом-испарителем. Теплообменник может быть горизонтальным или вертикальным. Выбор решения может быть обусловлен размером участка – для горизонтального теплообменника необходимо несколько сотен квадратных метров, а для вертикального – несколько десятков. В настоящее время чаще всего устанавливаются геотермальные тепловые насосы с вертикальным теплообменником.Важно, чтобы теплообменник был не слишком маленьким – в течение всего отопительного сезона насос получает от земли несколько мегаватт-часов тепла. Если он слишком мал, он будет переохлаждаться и, следовательно, грунтовый насос не сможет работать должным образом. Система управления геотермальным тепловым насосом обычно отключает его при снижении температуры рассола до -7oC, так как ниже этого значения процессы в цикле компрессора чрезмерно нарушены.

Компрессор грунтового теплового насоса

Компрессор является сердцем любого теплового насоса. Вместе с расширительным клапаном он используется для сжатия и расширения хладагента и создания теплообмена в конденсаторе и испарителе. В большинстве геотермальных тепловых насосов используются двухпозиционные спиральные компрессоры, которые обычно имеют фиксированную производительность. Но компрессор можно оснастить инвертором с плавной переменной производительностью. Это позволяет модулировать мощность геотермального теплового насоса, т.е. лучше приспосабливать его рабочие параметры (тепловую мощность) к потребностям здания в данный момент.При использовании с инверторным компрессором тепловой насос имеет лучший КПД и работает реже, поэтому его работа обходится дешевле.

Тепловой насос с горизонтальным теплообменником

В случае горизонтального трубчатого теплообменника оптимальная глубина составляет 0,2-0,5 м ниже линии промерзания. Однако если есть водоток на относительно небольшой глубине, то лучшим решением будет размещение труб в нем. Геотермальный тепловой насос тогда достигает более высокого КПД. Трубы горизонтального теплообменника укладываются в заранее подготовленную траншею с размерами, соответствующими необходимой площади теплообменника. Их проводят в виде змеевика (меандра) по всей поверхности выемки, с определенными интервалами между соседними участками. Расстояние между ними должно быть не менее 0,4 м и не более 1,2 м – в зависимости от типа почвы, определяющей ее способность к «регенерации» (восполнению тепла).Чем дольше поверхность земли промерзла, тем больше должно быть расстояние между ними.

Имейте в виду, что тепловая мощность теплообменника зависит не от длины трубы, а от поверхности земли, на которой он уложен. Меньшее расстояние не позволяет отбирать от него больше тепла, но требует более длинной трубы. Это приводит к более высоким капиталовложениям и эксплуатационным расходам, поскольку для перекачки рассола по более длинной трубе требуется более мощный циркуляционный насос. С другой стороны, слишком большое расстояние между трубами означает, что тепло не поступает в предполагаемом количестве, поэтому мощность теплообменника ниже.

Горизонтальный геотермальный тепловой насос - схема работы (рис. ниже)

Расчет площади горизонтального теплообменника грунтового теплового насоса

Мощность, с которой грунтовый теплообменник передает тепло, зависит от типа грунта, а именно от его влажности. В зависимости от этого для расчета поверхности горизонтального теплообменника используют следующие значения теплового КПД грунта qg (для полиэтиленовых труб):

  • песок сухой - 10 Вт/м2
  • песок мокрый - 15-20 Вт/м2
  • глина сухая - 20-25 Вт/м2
  • влажная глина - 25-30 Вт/м2
  • влажный (водоносный) - 35-40 Вт/м2.

Конечно, это приблизительные значения.

До начала строительства сложно судить о том, одинаков ли грунт по всей площади теплообменника, поэтому для расчета безопаснее использовать меньшее значение. В правильно устроенной системе компрессор теплового насоса работает от 1800 до 2400 часов в год - более низкая тепловая эффективность грунта приводит к увеличению продолжительности рабочего времени.

Площадь теплообменника рассчитывается по следующей формуле: A=Qchł/qg

Пример: потребность дома в энергии на отопление составляет 14 кВт и насос должен полностью ее удовлетворить (работать в моновалентной системе).Выбранное устройство достигает тепловой (отопительной) мощности 14 кВт для параметров B0/W35, достигая коэффициента полезного действия COP=4,5. Таким образом, мощность охлаждения Qchch=(4,5-1)/4,5 · 14=10,9 кВт, т. е. 10 900 Вт. Теплообменник должен быть выполнен в сухом глинистом грунте, поэтому его площадь должна быть A=10 900/20=545 м2Обратите внимание, что в случае водоносного горизонта теплообменник может быть почти вдвое меньше, но если грунт песчаный, его площадь превышает 1000 м2 В этой ситуации лучше размещать трубы вертикально - в скважинах.

Вертикальный теплообменник грунтового теплового насоса

Тепловой насос достигает более высокого КПД, когда трубы теплообменника размещаются вертикально в земле - в скважинах глубиной 40-150 м. Это связано с тем, что на глубине ниже 10 м температура грунта круглый год составляет около 10°CoC - зимой почти на десять больше, чем на глубине 1,5 м.

Однако делать вертикальный обменник явно дороже, чем горизонтальный. Это вертикальные отрезки трубы, образующие петлю (труба опускается в колодец, разворачивается на дне и выводится вверх). Их называют геотермальными зондами. В этом случае рассчитывается не площадь, а общая длина теплообменника, состоящего обычно из более чем одного зонда.

В вертикальных скважинах размещают одну или две пары труб (U-образные или двойные U-образные зонды). Ввод трубы в скважину облегчает оголовок - элемент, соединяющий вертикальные трубы, который можно приспособить к использованию дополнительной заправочной (выталкивающей) трубы. В просверленное отверстие просовывается головка, а вместе с ней и трубы теплообменника. Затем через заливную трубу в скважину вводят бетонно-цементную смесь.

В U-образном теплообменнике жидкость стекает к головке по одной трубе и возвращается из нее по другой. В теплообменнике двойного U - он течет по двум трубам вниз и двум вверх.

Расстояние между колодцами глубиной до 50 м должно быть не менее 5 м, а в случае более глубоких – от 8 до 15 м. Они должны располагаться в линию, перпендикулярную направлению движения грунтовых вод .

Расчет длины вертикального теплообменника грунтового теплового насоса

В этом случае важно выяснить, как меняются свойства грунта с глубиной. Эта информация может быть предоставлена геологическими картами и документацией ранее пробуренных поблизости скважин. На основании этого можно оценить мощность отдельных слоев грунта и рассчитать среднее значение коэффициента теплопроводности l для участка, где предполагается размещение труб теплообменника. Однако расчеты не в состоянии учесть все движения грунтовых вод и на практике часто бывает так, что полученный результат существенно отличается от реальности. Чтобы убедиться, что вертикальный теплообменник будет работать должным образом, необходимо провести пробу грунта в том месте, где он будет производиться.При этом теплоемкость грунта qg также зависит от его типа.

Для труб ПЭ80:

  • сухой песчаный грунт - 10-12 Вт/м;
  • песок мокрый - 12-16 Вт/м;
  • глина средняя сухая - 16-18 Вт/м;
  • среднесуглинистый влажный - 19-21 Вт/м;
  • тяжелая глина сухая - 18-19 Вт/м;
  • тяжелая глинистая мокрая - 20-22 Вт/м;
  • влажный (водоносный) - 25-30 Вт/м.

Конечно, приходится учитывать толщину отдельных слоев конкретного типа грунта и на этой основе рассчитывать общую производительность каждого зонда.

Тепловой КПД грунта как с сухим, так и с водоносным слоем при использовании двойных U-образных зондов (четыре трубки в скважине) составляет в среднем около 50 Вт/м. Таким образом, в качестве приблизительного ориентира можно предположить, что в случае теплового насоса, рассматриваемого в примере расчета горизонтального теплообменника (холодопроизводительностью 10,9 кВт), скважины общей длиной L=10 900/50=Нужно 218 м, т. е., например, четыре по 55 м.

Вертикальный геотермальный тепловой насос - схема работы (рис. ниже)

Грунтовый тепловой насос – меньше энергии – дешевле установка

Стоимость инвестиций в геотермальный тепловой насос прямо пропорциональна тепловой мощности установки. Поэтому, несмотря на то, что КПД геотермального насоса не снижается с наступлением сильных морозов, стоит рассмотреть возможность использования теплового насоса в бивалентной системе. Проще всего оборудовать его электрическим проточным водонагревателем (обычно он предлагается в качестве аксессуара – для установки в корпус теплового насоса). Затем устанавливается бивалентная точка и для нее определяется необходимая тепловая мощность насоса. Если геотермальный тепловой насос должен обогревать дом, расположенный в третьем климатическом поясе, и мы предполагаем, что он может поддерживаться электронагревателем ниже наружной температуры -10oC, то его тепловая мощность может быть на 25% ниже расчетной тепловой нагрузки, рассчитанной в соответствии с PN-EN 12831.Стоимость изготовления грунтового теплообменника также будет ниже.

В данном примере вместо 10,9 кВт холодопроизводительности достаточно 8,2 кВт, поэтому горизонтальный теплообменник может быть 410 м2вместо 545 м2, а по вертикали 164 м вместо 218 м. В дополнение к более низкой цене преимущество заключается также в том, что требуется меньше места.

Какие трубы для теплообменника грунтового теплового насоса?

Длина одного контура (контура) ограничена - она вытекает из мощности циркуляционного насоса, которым геотермальный тепловой насос обычно комплектуется на заводе (в противном случае длина труб и соответствующий циркуляционный насос выбирает проектировщик установки). Допустимую длину трубы следует считывать из технических данных устройства. Это зависит от диаметра и типа используемой рабочей жидкости (рассола). В случае тепловых насосов мощностью до нескольких киловатт применяют от одного до четырех контуров по 100-400 м каждый, выполненных из трубы диаметром от DN25 до DN65 (в зависимости, в том числе, от материал).Для горизонтальных теплообменников чаще всего используют полиэтиленовые трубы ПЭ100 (если в грунте нет камней) или ПЭ100 RC, для вертикальных можно использовать трубы ПЭ80. Грунтовые теплообменники также изготавливаются из PE-Xa, полибутилена (ПБ) и медных труб с пластиковой оболочкой.

Трубы грунтового теплообменника должны быть заполнены жидкостью, не замерзающей при минусовых температурах, для уверенности предполагается до -15оС, хотя у теплового насоса есть защита, которая отключает его при -7оC (тогда он перестает охлаждать землю). Т.к. атмосферный воздух может быть еще более холодным, то трубу теплообменника нельзя подвергать его воздействию где бы то ни было – ее необходимо заглубить в землю на глубину не менее 0,5 м, по возможности теплоизолировать. В районе труб, проходящих через стену здания, необходимо утепление, чтобы предотвратить промерзание грунта до 2 м от фундамента, что может привести к строительной катастрофе.

Рабочее тело в геотермальной тепловой насосной установке

Раньше солевой раствор NaCl использовался в установках, передающих тепло из земли, отсюда и термин, который используется и сегодня – рассольные насосы. Рассол давно вышел из употребления. Наиболее популярен водный раствор пропиленгликоля, который считается экологически чистым. В целом рекомендуется для заправки установки – его можно приобрести в виде готовой рабочей жидкости для этого применения. При выборе руководствуйтесь рекомендациями производителя теплового насоса, так как жидкость может содержать различные добавки ингибиторов, стабилизаторов, антиоксидантов и пеногасителей. Пропиленгликоль не только имеет достаточно низкую температуру замерзания, но и не разъедает металлы, не растворяет пластмассы и не заедает насосы. Однако ее плотность и вязкость, которые переводятся в количество энергии, необходимой для перекачки, больше, чем у воды, поэтому она используется в низкой концентрации (34%). Есть, конечно, много жидкостей, которые не замерзают при -15оC.Также часто используется раствор этиленгликоля, но он считается вредным для окружающей среды, поскольку он ядовит и не подвергается биологическому разложению.

Этанол также обладает хорошими свойствами – его самым большим преимуществом является низкая вязкость и плотность, благодаря чему на его перекачку расходуется меньше энергии. Его использование не популярно из-за горючести, высокой летучести, резкого запаха и, прежде всего, отсутствия смазывающих свойств, что грозит заклиниванием циркуляционного насоса. Вот почему некоторые производители запрещают его использование.

Цена грунтового теплового насоса

Цена геотермального теплового насоса составляет почти 30 000 злотых. до более 60 000 зл.

Категория:

Реконструкция