Специализированный портал для профессиональных участников рынка бытовых услуг

Геотермальные тепловые насосы

В городе Акурейри, что на севере Исландии, проживает около 18 000 человек, и все они пользуются природными источниками отопления. Горячая вода течет в различных слоях земли и на протяжении почти 40 лет жители используют ее для централизованного отопления. Арни Арнасон, главный инженер из Нордурорки, отвечает за водоснабжение в Акурейри. Его работа заключается в том, чтобы сохранять постоянное давление протекающей горячей воды. «У нас есть несколько сотен скважин, температура воды в районе 82–95 градусов по Цельсию, когда мы выкачиваем ее из земли и из самых дальних скважин, ей предстоит перемещаться до 20 часов при низком давлении, чтобы добраться до города», – говорит он. Горячая вода находится в грунте при экстремальных температурах и давлении, а насосы CR от Grundfos различных размеров помогают доставлять ее потребителям, которые используют горячую воду для отопления домов, ферм, бассейнов с подогревом, заводов и теплиц. Исландцы известны своей заботой об окружающей среде и природных ресурсах, поэтому они пытаются получить всю энергию из воды, прежде чем она возвращается к природе. Во многих городах вода проходит по трубам под тротуарами и дорогами, сохраняя их в зимний период без льда. В последние годы геотермальные тепловые насосы благодаря своей надежности и стабильности набирают популярность и в нашей стране.

Принцип действия геотермальных тепловых насосов

Принцип работы основного элемента теплового насоса – фреонового компрессора отображен в цикле Карно, опубликованном в 1824 году. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 году под названием «умножитель тепла», сообщает primorsky.ru.

Тепловой насос берет тепловую энергию в одном месте, «сжимает» ее и передает в другое место. Например, в обычном холодильнике морозильная камера «отбирает» тепло у продуктов и выбрасывает на кухню, при этом задняя стенка холодильника нагревается. Принцип действия геотермального теплового насоса основан на сборе тепла из почвы или воды и передаче в систему отопления здания. Для сбора тепла незамерзающая жидкость течет по трубе, расположенной в почве или водоеме возле здания, к тепловому насосу. Тепловой насос, подобно холодильнику, охлаждает жидкость (отбирает тепло), при этом жидкость охлаждается приблизительно на 5°С. Жидкость снова течет по трубе в наружном грунте или воде, восстанавливает свою температуру и снова поступает к тепловому насосу. Отобранное тепловым насосом тепло передается системе отопления и/или на подогрев горячей воды. Тепловая энергия есть у любого предмета с температурой выше минус 273°С, так называемого «абсолютного ноля», таким образом тепловой насос может отобрать тепло у любого предмета: земли, водоема, льда, скалы и т. д. Если же здание, например, летом нужно охлаждать (кондиционировать), то происходит обратный процесс – тепло забирается из здания и сбрасывается в землю (водоем). Тот же тепловой насос может работать зимой на отопление, а летом на охлаждение здания.

Виды тепловых насосов

• Насос с открытым циклом. Из подземного потока (плывуна) подземная вода подается в размещенный внутри здания тепловой насос, вода отдает/забирает тепло у теплового насоса и возвращается в подземный поток. Плюсом такого способа является возможность одновременно получить воду для водоснабжения дома. Открытые системы очень эффективны, поскольку температура подземной воды является относительно высокой и круглогодично стабильной. Использование воды из скважины не наносит ущерба грунтовым водам, не изменяет их уровень.

• Насос с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником, размещенным в земле. Трубки (коллекторы), в которых прокачивается теплоноситель, размещены горизонтально на глубине не менее 4 метров от поверхности земли. Такой теплообменник обычно называют поверхностным коллектором. В зоне нахождения поверхностного коллектора следует с особой осторожностью проводить земляные работы. Для современного жилого дома с отапливаемой площадью 200 м2 под основание коллектора требуется около 500 м2 поверхности грунта. При прокладке коллектора вблизи деревьев трубу коллектора не следует укладывать ближе, чем на 1,5 метра от кроны.

Насос с закрытым циклом и вертикальным теплообменником. Трубки, в которых прокачивается теплоноситель, размещены вертикально в земле и уходят на глубину 50–100 метров. Такой теплообменник обычно называют зондом.

Как известно, на глубине более 8 метров от поверхности земля имеет стабильную температуру независимо от времени года. Этот способ обеспечивает самую высокую эффективность работы теплового насоса, малый расход электроэнергии и дешевое тепло (на 1 кВт электроэнергии получают до 5 кВт тепловой энергии), но требует больших первоначальных капиталовложений на буровые работы.

Тепловые насосы оснащены одним или двумя компрессорами. Тепловые насосы с двумя компрессорами значительно дороже однокомпрессорных, но они надежнее и имеют больший моторесурс. Кроме того, при выходе из строя одного из компрессоров до завершения ремонта можно частично отапливаться одним компрессором.

 

Конструкция внешнего коллектора

В качестве внешнего коллектора большинство производителей тепловых насосов предусматривают полиэтиленовую трубу диаметром 25–40 миллиметров с циркуляцией незамерзающей жидкости – водным раствором гликоля. Существуют также геотермальные тепловые насосы с медной трубой диаметром 6–10 миллиметров и циркуляцией фреона.

Полиэтиленовая труба в зависимости от диаметра имеет толщину стенки 2–2,4 миллиметра. Так, например, труба диаметром 40 миллиметров имеет толщину стенки 2,3–2,4 миллиметра, что обеспечивает высокую надежность и прочность трубы. Геотермальные тепловые насосы с полиэтиленовой трубой и водным раствором являются конструктивно более сложными, но более эффективными и надежными, чем с медной трубой. Тепловые насосы с медной трубкой и фреоном конструктивно проще, но значительная длина медной трубки с фреоном под давлением потенциально более опасна, чем полиэтиленовая.

Стоимость геотермальной системы выше, чем у обычной системы отопления, она зависит от мощности и температуры нагрева хладагента и, конечно же, от производителя. На сегодняшний день цены на геотермальные тепловые насосы начинаются в районе $7000.

При проектировании и установке геотермальных тепловых насосов необходимо пользоваться требованиями и рекомендациями производителей. Не каждый рабочий, взявшийся за выполнение этих работ, знаком с этими требованиями и технологиями. Следовательно, для качественной и продолжительной эксплуатации геотермального теплового насоса стоит тщательно выбирать не только сам насос, но и рабочих для его установки.

 

Фото: energosberejenie.org, intklimat.ru