Геотермальные тепловые насосы для отопления дома и их характеристики

Критерии выбора системы

Выбор типа геотермальной системы зависит от особенностей отапливаемого объекта, места его расположения, средней температуры окружающей среды на протяжении года и в определенные сезоны. Один из главных параметров – коэффициент трансформации теплоты COP. Он равен от 1 до 7, то есть 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности.

Важно понимать, что реальный коэффициент будет меньше паспортного, поскольку для работы потребуются затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя по внешнему контуру. Чем он длиннее, тем больше затраты

На практике следует рассчитывать на СОР равный 2,5-3,2 если вести учет в течение всего периода эксплуатации – температура грунта и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.

В большей степени выбор среды, откуда будет забираться тепло, зависит от климата региона и геологических особенностей места строительства. Альтернативный способ организации геотермального отопления с использованием водоема.

Расположение внешнего контура в воде выбирают, если:

Если эти условия не соблюдаются, необходима лицензия на право пользования недрами. Если при проверке ее не окажется, оборудование придется остановить и заплатить солидный штраф.

Важным фактором является расстояние от водоема до помещения. Если оно более 25-30 м, эффективность резко снижается. В этом случае потребуются дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и утепление трубопровода.

Размещение внешнего контура в грунте на своем участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб – горизонтальный или вертикальный. В зависимости от состава грунта, с одного метра горизонтальной трубы можно снимать до 50 Вт тепловой мощности. Однако это справедливо для глинистых грунтов.

Какой тип теплообменника у геотермального насоса установленного на Вашей даче?

ГоризонтальныйВертикальный

Песчаники и суглинки могут отдать от 12 до 25 Вт/м, а для теплового насоса мощностью 10 кВт может понадобиться внешний горизонтальный контур длиной от 200 до 700 м. Для его размещения понадобится участок 450 м2. Размещение труб кольцами не эффективно, так как теплоноситель охлаждает грунт вокруг себя и соседние кольца просто не будут эффективно прогреваться.

Для горизонтального контура нужна абсолютно свободная площадь. По отзывам владельцев участков в месте, где размещен горизонтальный контур теплового насоса, через несколько лет меняется структура грунта. В результате хуже растут овощные растения и землю можно использовать только под газон. Не сажают в таких местах и деревья с мощной корневой системой, которая может разрушить трубы.

Оптимальной для небольших загородных участков считают вертикальную систему проколов или скважин, в которых размещают несколько контуров, расходящихся в разные стороны. На большой глубине температура земли стабильнее и мало зависит от климата. Для выводов труб оборудуют колодец, в котором размещают коллекторы. Скважины бурят под углом к горизонту и располагают по окружности – так снижается влияние каждого контура друг на друга.

Результаты внедрения энергосберегающих решений

Использование вышеописанных методов и способов, особенно целенаправленная работа по энергосбережению — значительно снижает расходную часть бюджета предприятия касающуюся оплаты потребленных ресурсов.

Кроме того, во время оптимизации энергопотребления вы замените ваше устаревшее оборудование более новым и экономным.

Эффективность работы современного оборудования очень высокая — это повышает общую производительность вашего предприятия, понижает себестоимость продукции и улучшает ее качество.

Такой кумулятивный эффект крайне положительно сказывается на общей рентабельности бизнеса. Это доказано повсеместным внедрением политики энергосбережения в производствах Западной Европы и США, странах Юго-Восточной Азии. Предприятия которые будут игнорировать данные меры — обречены на технологическое отставание и последующий финансовый крах.

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

Типы и конструкции

Если Вы решились установить отопление из земли, стоит обратить внимание на разновидности. Виды геотермального отопления отличаются, прежде всего, по типу теплообменника, выбор которого зависит от объективных факторов. От свойств конкретной местности и характеристик участка, где расположен дом, зависит могут использоваться три вида теплообменников

От свойств конкретной местности и характеристик участка, где расположен дом, зависит могут использоваться три вида теплообменников

От свойств конкретной местности и характеристик участка, где расположен дом, зависит могут использоваться три вида теплообменников.

Первый вид представляет собой горизонтальный теплообменник, установка которого предполагает наличие свободного участка земли непосредственно у дома. Так, для отопления дома площадью 100 кв.м понадобится не менее 300 кв.м земли. Нужно уложить трубы в траншеи, имеющие на глубину ниже замерзания грунта.

Ко второму виду относится вертикальный теплообменник, использование которого не требует дополнительной местности и не наносит ущерба ландшафту приусадебной территории. Этот тип предполагает углубление специальных зондов внутрь скважин, созданных с помощью бурильного оборудования и имеющих параметры: глубины 100-150 м, диаметра 100-150 мм.

Третий вид составляют теплообменники, устанавливаемые в воде, что является наиболее экономичным вариантом сравнительно с дорогостоящими технологиями монтажа предыдущих систем. Правда, обязательным условием для установки такого отопления является наличие вблизи (не далее 100 м) водоема.

Как видим, каждый из видов геотермальных систем имеет свои особенности, оказывающие прямое влияние на выбор конкретного варианта. Так, если недалеко от дома расположен водоем, следует отдать предпочтение третьему виду, который считается наиболее выгодным по простоте монтажа и финансовым затратам.

Если возле дома есть достаточно неосвоенной земли, тогда можно установить горизонтальный теплообменник. А вот выбор в пользу вертикального вида потребует от Вас ощутимых денежных затрат и сложных бурильных работ.

Преимущества системы данного типа

Рассмотрим ряд особенностей:

• высокую эффективность, подтверждаемую высоким показателем КПД, и быструю окупаемость затрат;
• неограниченные запасы тепловой энергии земли;
• отсутствие необходимости создания и хранения запасов топлива, как при использовании традиционного отопления;
• автономность работы без контроля и вмешательства со стороны;
• безопасность и экологичность, исключающие использование углеродов и горючих элементов;
• возможность самостоятельного выбора типа системы, покупки ее элементов и монтажа.

Таким образом, отдав предпочтение отопительной системе на основе геотермального теплового насоса, Вы сможете получить неиссякаемый надежный и эффективный источник тепла на многие десятилетия.

Плюсы и минусы геотермальных тепловых насосов

В заключение стоит сказать о сильных и слабых сторонах геотермальных тепловых насосов. К их преимуществам можно отнести:

• Экономичность. Геотермальные установки более выгодны чем газ, электричество, твёрдое топливо и т. п. Экономическая выгода является очень существенной. Затраты окупаются примерно за 5 лет;
• Функциональность. Геотермальное оборудование можно сочетать с другими системами, предназначенными для кондиционирования и отопления помещений. Можно собрать установку, которая в летнее время работает на охлаждение, а зимой на обогрев. Кроме того, ничто не мешает параллельно использовать солнечные батареи вместе с насосом для выработки требуемого электричества;
• Срок службы теплонасоса 100 лет при плановой замене комплектующих. Первый ремонт потребуется через 30 лет. После плановой замены изношенных частей насос продолжит работать дальше в рабочем режиме.

• Высокие требования к придомовой территории. Где попало насосы установить нельзя. Нужно провести разведку на предмет того, что будет делать целесообразнее, горизонтальный или вертикальный контур;
• Высокая стоимость. Покупка и установка насоса средней мощности обойдётся в 300─500 тыс. р. В некоторых странах существуют программы льготного кредитования на покупку подобных систем;
• Существуют некоторые проблемы с контуром в первый год службы. Это приводит к некоторому снижению циркуляции теплоносителя. Поэтому через год рекомендуется проводить осмотр водяного контура, а это влечёт за собой расходы на облагораживание придомового участка.

Лучшие производители

При выборе отопительной геотермального оборудования одну из главных ролей играет подбор производителя. По качеству и надежности лучшие тепловые насосы выпускают немецкие производители.

Стабильно хорошие отзывы заслуживают модели, предлагаемые следующими компаниями:

Vaillant

Компания производит все типы геотермальных насосов. Отдельно разработаны серии для укладки водяного коллектора на дно водоема, использования геотермальных зондов и укладки контура ниже точки промерзания. Теплоноситель на выходе прогревается до 60 градусов. Максимальная производительность 46 кВт. Недостатком продукции компании Vaillant является скромный выбор насосов. Но этот минус компенсируется высоким качеством продукции.

Stiebel Eltron

Продукция этой компании предназначена для частичной и полной компенсации потребностей жилых помещений в тепле. Все модели интегрируются в систему вентиляции и летом работают как кондиционеры. Производительность теплонасосов Stiebel Eltron – до 98 кВт.

Viessmann

Станции укомплектовываются интегрированными накопительными емкостями, для обеспечения нужд ГВС, различной вместимостью. Насосы Vitocal 300-G/-W Pro способны развивать мощность до 290 кВт. Максимальный нагрев теплоносителя 60 градусов.

Buderus

Компания делает акцент на бытовых приборах отопления мощностью до 60 кВт. Подача теплоносителя с температурой 65 градусов. При этом шум от геотермального насоса Buderus, благодаря специально сконструированной изоляции, всего 40 дБ.

Правила выбора теплового насоса

Модель ТН подбирается в зависимости от условий установки станции. Ограничения могут быть связаны с рельефом местности, уровнем залегания грунтовых вод, отсутствием площади участка для раскладки петель, наличием водоема. Например, если грунт скальный, то бурение до обводненных пластов выльется в значительные расходы – придется искать вариант с горизонтальным расположением петель, а это значит, что происходит освобождение больших площадей участка, или наличие близко расположенного водоема.

Самые экономные и дешевые способы отопления частного дома

На что обратить внимание при выборе теплового насоса:

• СОР. Это сокращение, принятое в мировой практике и определяющее рентабельность установки схемы, то есть производительность оборудования по отношению к затрачиваемому электропитанию. Например, СОР3 показывает, что на каждый 1 кВт потребляемого тока ТН производит 3 кВт тепловой энергии – показатель считается средним.
• Выкладка контура. Схема также влияет на производительность всей станции. Чтобы уточнить, какая площадь потребуется для выкладки трубопровода в грунт, нужно рассчитать отапливаемую площадь и умножить на 3. Итоговая цифра – это показатель размера участка для выкладки контура. Например, если отапливать нужно 20 м2, то размер площади участка для выкладки петель равен 60 м2.
• Функциональные возможности. Для того чтобы дом не только получал тепло зимой, но и охлаждался летом, следует купить сплит-систему.

Принцип действия тепловых насосов

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том, что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

1. Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
2. Охлажденный агент поступает в компрессор, который в результате работы сжимает и нагревает его.
3. Уже горячий газ попадает в отсек для теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
4. Сконденсированный хладагент возвращается к старту цикла.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких основных контурных элементов:

• контур с теплоносителем, который перемещает энергию от теплоисточника;
• контур с фреоном, который периодически испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает конденсатом, передавая тепло третьему;
• контур, где циркулирует жидкость, являющаяся переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.  

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным плюсам теплового насоса относится:

• небольшой расход электричества на отопление дома;
• отсутствие необходимости регулярного осмотра и технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса для отопления минимальными;
• допускается монтаж в любой местности. Насос может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода. Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали, устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода на основе бензина или дизеля;
• отопление дома осуществляется в автоматическом режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как, например, в случае с котельным оборудованием;
• отсутствие загрязнения окружающей среды вредными газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и экологически пригодны;
• пожаробезопасность. Жителям дома никогда не будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
• возможность эксплуатации даже при условиях холодной зимы (до -15 градусов);
• качественный тепловой насос для отопления дома может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.

Тепловой Насос ВЫГОДЕН или НЕТ?.. Кому не Стоит Покупать Тепловой Насос? (РАЗБОР)

Смотрите это видео на YouTube

Плюсы и минусы

Как и любое устройство, тепловые насосы имеют определенные недостатки:

1. Если температура окружающей среды опускается ниже 15 градусов, то насос работать не сможет. В таком случае потребуется монтаж второго теплоисточника. При очень низких температурных значениях включается котел, генератор или электрический обогреватель;
2. Высокая стоимость оборудования. Оно будет стоить примерно 350 000-700 000 рублей, еще такую же сумму придется потратить на создание геотермальной станции и установку устройства. Дополнительные монтажные работы не требуются только для теплового насоса, использующего воздух в качестве теплового источника;
3. Лучше всего устанавливать тепловой насос в сочетании с теплым полом или вентиляторными конвекторами, однако в старых зданиях потребуется перепланировка и возможно даже капитальный ремонт, что повлечет дополнительные затраты времени и средств. Если частный дом строится с нуля, такая проблема отсутствует;
4. При работе теплового насоса температура грунта, расположенного вокруг трубопровода с теплоносителем, снижается. Это становится причиной гибели некоторых микроорганизмов, участвующих в функционировании окружающей среды. Таким образом, некоторый ущерб экологии все же наносится, однако он существенно меньше урона от газо- или нефтедобычи.

Геотермальные тепловые насосы имеют ряд достоинств

Неоспоримые преимущества такого рода насосов обусловили их актуальность для разных регионов. Главными достоинствами оборудования считаются:

• Максимальная стабильность характеристик (КПД, тепловая мощность), которые не зависят от воздействия внешней среды (погодных условий, времени года). Это обусловлено тем, что температура грунта в скважинах не меняется – она постоянна;
• Высокие показатели КПД (400-500%), обеспечивающие высокую эффективность. На 1 кВт электрической энергии приходится 3-5 кВт мощности тепловой энергии;
• Щадящее отношение к окружающей среде и ландшафту при монтаже оборудования;
• Возможность компактного размещения. Скважины не требуют большой площади участка, нарушения целостности фасада и интерьера, у них не имеется наружных блоков;
• Большой эксплуатационный срок, долговечность. Заводские грунтовые зонды имеют срок эксплуатации порядка 100 лет. Компрессор, основной узел теплового насоса, который легко меняется, проработает 30 лет;
• Простота использования. Не требует повышенного внимания к себе;
• Универсальность применения оборудования – насос позволяет, и охлаждать, и нагревать необходимую площадь;
• Обеспечение максимального уровня комфорта в доме (низкотемпературное отопление – теплый пол), отсутствие шума;
• Минимум колебаний влажности и температуры;
• Освобождается территория, требующаяся для размещения узлов системы отопления;
• Двойной зонд в виде буквы «U» обеспечивает дублирование зондов в скважине, увеличенный съем тепловой энергии, малое гидравлическое сопротивление. Зонд будет надежно защищен от повреждений после того, как скважину заливают термо раствором;
• Экологическая чистота данных методов кондиционирования или обогрева. Нет выброса в атмосферу углекислого газа, вредных продуктов горения;
• Абсолютная пожаро- и взрывобезопасность. Для эксплуатации не требуется специальное оборудование;
• Использование небольшого количества электроэнергии, что дает низкие эксплуатационные затраты. К примеру, геотермальный тепловой насос (17 кВт) подходит для отопления жилого дома в 350 кв. м – потребление электричества составит до 5 кВт в час.
• Максимальная автономность и независимость, нет необходимости в газопроводе. Не возникает зависимости от поставок и цен на жидкое топливо или газ – насос работает от электричества.
• При использовании таких насосов не придется в срочном порядке освобождать лишнюю территорию для того чтобы поместить дымоход, котельную, специальное хранилище для топлива.

Разновидности тепловых насосов и систем

В первую очередь это Солнце. Лучи, достигая поверхности Земли, емли нагревают элементы, которые поглощают энергию. А установка перерабатывает ее, усиливает, и передает на теплообменник для разогрева теплоносителя в отопительном контуре. Второй источник – сама Земля, а точнее тепло ее ядра, передаваемого через мантию верхним слоям земной коры. При этом инженерам удалось разработать три различных схемы, определяющих тип устройства: грунтовые, водяные, воздушные. Каждый вид отличается, что позволяет выбрать наиболее эффективный способ для отдельно взятого случая.

Грунтовые тепловые насосы

Количества тепловой энергии, получаемой от грунта, достаточно для разогрева хладогента до уровня, где тот меняет агрегатное состояние, превращаясь в пар. Удобно то, что на глубине уже в несколько метров сезонные температурные колебания не наблюдаются. Это позволяет пользоваться прибором круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

Для приема тепла земли используется раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Водный эталон применяется, но реже. Система труб, по которым циркулирует энергопоглощающая жидкость, герметична.

Есть два способ размещения трубопровода в грунте:

1. Горизонтальный коллектор – это система горизонтально лежащего контура.
2. Геотермальный зонд – приемники расположены вертикально и связаны между собой.

Геотермальные насосы с горизонтальным коллектором предполагают заглубление на полтора-два метра. Главное пройти отметку уровня промерзания грунта. Для каждого региона она своя. В среднем это 1,2 метра. Если требуется отопить здание, площадью до 100 кв. м., придется выкопать котлован или вырыть сеть траншей, площадью в 2-3 сотки. Это не обязательно делать под самим сооружением. Главное не садить на задействованном участке растения, имеющие корни, уходящие глубоко в землю.

Эту проблему полностью решает геотермальный зонд. Трубы устанавливаются в скважины. Бурить придется на 100-200 метров. Но их достаточно двух, если требуется обогреть здание в сто квадратов.

Между скважинами должно быть расстояние не менее пяти метров. Поэтому если участок мал, застроен или засажен, скажем, садом, это лучший способ установки теплового насоса с зондом, когда задействована минимальная площадь надела. С другой стороны цепь горизонтальных приемников тепла можно построить самостоятельно без применения бурового оборудования.

Водяные тепловые насосы

Для использования такого теплового насоса, принцип действия взят тот же. Но отличается тип источника. В данном случае это грунтовые воды. Естественно, глубина их залегания должна быть доступна в регионе. Но если такая возможность есть, система отличается тепловой стабильностью, так как подземные воды имеют постоянную температуру круглый год. Это делает устройство пригодным для применения в течение всех четырех сезонов. Перед монтажом проводят геологическую разведку, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

Однако требуется и химический анализ. Если в составе мало солей железа и ряда других примесей, можно ставить геотермальный зонд. В противном случае это нецелесообразно ввиду наличия риска преждевременного выхода из строя и низкой производительности. В данном случае применяют грунтовый тепловой насос или воздушный. Именно это требование является причиной того, что среди всей массы рабочих ныне установок тепловые насосы водяного типа используются реже – порядка 5% случаев.

Воздушные тепловые насосы

Главное преимущество этого способа организации отопления и подачи горячей воды – отсутствие необходимости вести полномасштабное строительство. Не нужно бурить скважины для геотермальных зондов. Нет необходимости рыть траншеи, как в случае с грунтовым тепловым насосом. Все узлы размещаются на поверхности. В итоге сметная стоимость значительно ниже. Времени на установку и обустройство затрачивается меньше. Но при всем кажущемся комфорте это устройство далеко не идеально.

Главный минус – высокий КПД будет только если воздух на улице не охлажден до -15…-20 градусов по Цельсию. Если ударят морозы еще сильнее, система будет работать с меньшей эффективостью, что приводит к выходу из строя. А если теплоноситель в трубах и радиаторах замерзнет, произойдет разгерметизация, а по весне дом будет затоплен. Придется тратить деньги на ремонт. Однако в районах, где подобного не случается, люди пользуются таким методом организации отопления.