Геотермальні теплові насоси принцип роботи

Більшість населення СНД поки не знайома з поняттям "тепловий насос", але безперервно вживають термонасоси в звичайних холодильниках і кондиціонерах. Холодильники і кондиціонуючі установки стали настільки надійними, комфортними і звичайними, що ми припинили звертати увагу на їх роботу. Таким же звичайним, як для нас кондиціонери, для, наприклад швейцарців, є опалення будівель геотермальними тепловими насосами. Геотермальний тепловий насос за принципом роботи схожий c повсякденним кондиціонером реверсивного типу (вони здатні опалювати і охолоджувати), але має розширені функції і, на відміну від кондиционирующих установок, адаптований для роботи при будь-яких погодних умовах і мінусових температурах. Основна проблема кондиціонерів - зменшення ефективності та зупинка їх при мінусових температурах (коли опалення більш важливо) - вирішена в геотермальних теплових насосах.

Термонасоси не є якимись дивними пристроями, існування яких осмислюють лише торговці і установники теплових насосів. Тепловий насос потрібно сприймати як будь-який інший опалювальний пристрій, яке вживається для виробництва тепла і відносно якого діють всі закони збереження енергії. Теплотехнічні розрахунки у всіх способів отримання тепла однакові. Термодинаміка діє як при дров`яному пічному опаленні, так і при керованої через Інтернет геотермальної теплонасосної установки.

Технічні подробиці теплових насосів

У відповідності до зображеного принципу роботи, тепловий насос бере теплову енергію, перекачує її, і передає в інше місце. Наприклад, в звичайному холодильнику тепло відбирається морозильною камерою з холодильника і викидається в кухню, при цьому задня стіна холодильника стає гарячою.

У реверсивних кондиціонерах, що працюють на опалення, розташований зовні будівлі блок забирає тепло з повітря і дає внутрішньому блоку в будинок. Але, при температурах близько плюс 5 градусів, зовнішній блок установки починає покриватся інеєм і льодом з конденсату повітря, що зменшує ефективність теплопередачі. Для видалення льоду кондиціонер починає часом опалювати зовнішній блок електрикою, при цьому потужність опалення падає, витрата електроенергії зростає. При подальшому зниженні температури в результаті ефективність опалення на таких установках стає рівною нулю, опалення припиняється.

При опаленні геотермальними теплонасосами. зовнішній блок закопується в землю або занурюється в озеро поряд з будівлею. При цьому, незалежно від температури повітря у дворі, зовнішній блок залишається вільним від льоду, ефективність теплопередачі залишається високою.

Принцип опалення геотермальними тепловими насосами заснований на зборі тепла з землі або води, і передачі зібраного тепла опаленню будови. Для збору тепла незамерзаюча рідина тече по трубі, розташованій в грунті або водоймі, до теплового насосу. Тепловий насос, подібно холодильнику, відбирає близько 8 ° С у незамерзаючої води, при цьому рідина охолоджується. Рідина знову тече по трубі, відновлює свою температуру і надходить до теплового насосу. Відібрані тепловим насосом градуси передаються системі опалення та / або на обігрів гарячої води.

Теплова енергія є у будь-якого предмета з температурою вище мінус 273 градуса Цельсія - так званий "абсолютний нуль". Тобто тепловий насос може відібрати тепло у будь-якого предмета - землі, водойми, льоду, підземної гори, води тощо

Обмін теплом із навколишнім середовищем геотермальні термонасоси виконують такими головними методами:

- насос з відкритим циклом - з підземного потоку забирається підземна вода, подається до розташованого в будівлі тепловий насос, вода віддає / забирає тепло у теплового насоса, і повертається до підземного потоку на деякій відстані від місця забору. Плюсом такого способу є можливість відразу отримати воду для водопостачання будинку. Такі системи є надзвичайно дієвими, так як температура підземної води є умовно найвищої і щорічно стабільною. Впровадження підземної води не завдає збитку ґрунтовим водам, не змінює рівень грунтових вод в аквагорізонте, так як відкриту систему можна сприймати як з'єднані посудини, де вода, що забирається з 1-го колодязя, повертається на своє місце через 2-ий колодязь, не змінюючи загальний рівень води. Коректно, відповідно до нормативів споруджені свердловини забезпечують безпечну для оточуючої природи стабільну роботу системи опалення.

- насос з закритим циклом і водорозташованим теплообмінником - особлива рідина (теплової носій) прокачується по колекторам (трубкам), що знаходяться у водоймі, і віддає / забирає тепло у води. Будівлі доцільно опалювати тепловою енергією відкритої водойми в тому випадку, якщо будинок знаходиться від водойми ближче 100 метрів, і глибина водойми, а також берегова лінія відповідають вимогам, необхідним для прокладки колектора. Плюсом такого способу є його умовна дешевизна.

- насос з закритим циклом і горизонтальним теплообмінником. розташованим в землі - трубки (колектори), в яких прокачується теплової носій, розташовані горизонтально на глибині не менше метра від поверхні землі. Головною загрозою є необережність при проведенні землекопних робіт в зоні знаходження грунтового колектора. Для сучасно житлового будинку з опалювальною площею в 200 м2 під колектор потрібно біля 500 м2 поверхні грунту. При прокладанні колектора поблизу дерев трубу колектора не потрібно укладати ближче, ніж 1,5 м. Від крони. Вірно обраний по розмірам і правильно укладений ґрунтовий колектор не впливає погано на ріст рослин, ні на екологічні умови.

- насос з закритим циклом і вертикальним теплообмінником - трубки, в яких прокачується теплової носій, розташовані вертикально в ґрунті та спрямовані в глибину землі до 200 метрів. Як відомо, на глибині 15-20 метрів від поверхні, земля має стабільну температуру 10-12 градусів Цельсія незалежно від пори року. Зі збільшенням глибини температура землі збільшується. Цей метод забезпечує найвищу ефективність роботи теплонасоса, мала витрата електроенергії і доступне тепло - на 1 кВт електроенергії забезпечує до 5 кВт теплової енергії, але цей метод вимагає чималих початкових капіталовкладень.

Термонасоси, які забирають / віддають тепло з землі або води, в Європейських країнах традиційно називають "геотермальні теплові насоси", або по-англійськи «geothermal heat pumps» - «GHP».