Геотермальний тепловий насос - пристрій, типи, вартість монтажу

Серед нетрадиційного опалювального обладнання, на особливу увагу заслуговує геотермальний тепловий насос. Маючи просту конструкцію, теплонасос здатний ефективно опалювати будинок, практично будь-якої площі.

ТН нагріває теплоносій до температури + 65 ° С, чого цілком достатньо для опалення будинку за допомогою теплих підлог і радіаторів. Додатковою перевагою є можливість отримати гарячу воду для побутових потреб.

Що таке геотермальний насос

Геотермальні теплові насоси опалення - це автономні станції, що використовують низько потенційну теплову енергію землі і ґрунтових вод, для обігріву будинку. Теплонасоси, що використовують енергію грунту, вже давно використовуються в країнах ЄС, Америки та Азії.

Багаторічна практика застосування геотермальних теплових насосів для опалення будинків, не тільки показала доцільність подальшого застосування станцій, а й дозволила побачити і усунути певні недоліки.

Теплопостачання із застосуванням геотермальних насосів засноване на використанні низько потенційної енергії. По суті, тепловий насос, це той же кондиціонер, тільки працює на нагрів. Є й відмінності. Конструкція ТН більш пристосована на обігрів, ніж на охолодження приміщень.

На відміну від повітряних теплонасосів, необхідними умовами для ефективної роботи не є позитивна температура навколишнього середовища. Колектор, по якому відбувається забір теплової енергії, розташований нижче рівня промерзання грунту. Тому, допускається застосування теплового насоса в північних широтах.

Найбільшою популярністю користуються комбіновані системи сонячного опалення та геотермального насоса. Працюючи в зв'язці, обладнання отримує достатньо енергії, для комфортного обігріву будинку і забезпечення потреб ГВП.

Як працює геотермальний насос

В принципі роботи використовують так звані геотермальні процеси. Нижче за рівень промерзання грунту, земля має постійну плюсову температуру. У міру поглиблення в грунтову породу, температура поступово збільшується.

Принцип роботи системи геотермального теплопостачання з тепловими насосами полягає в використанні і перетворенні отриманої енергії для нагріву теплоносія будинку. Відбувається це в такий спосіб:

Встановлюється геотермальний контур відбору, заповнений розсолом (пропіленгліколь).
Контур з'єднаний з вертикальними геотермальними зондами, поміщеними в свердловини глибиною 60-100 м, або горизонтальним колектором, покладеним на глибині понад 1 метра.
Робоча рідина в контурі циркулює по замкнутому колу між зондів і нагрівається до 5-6 ° С, після чого подається в приймач теплового насоса.

Далі ТН працює також, як і інші моделі, що акумулюють тепло з навколишнього середовища. Насос має наступний пристрій:

Замкнутий контур - по трубках циркулює фреон, що переходить з рідкого в газоподібний стан.
Випарник - модуль, з'єднаний з приймачем ТН. У ємності відбувається випаровування фреону, при цьому поглинається тепло від розігрітого пропиленгликоля.
Фреон, в газоподібному стані, подається в компресор насоса. Там створюється тиск, що розігріває газ до + 65 ° С, і подальше впорскування його в конденсатор.
Конденсатор - розігрітий фреон знову перетворюється в рідину, але вже нагріту до високої температури. Через стінки конденсатора відбувається теплообмін, за допомогою чого нагрівається теплоносій водяного опалення будинку.

Геотермальний насос забезпечить комфортну температуру обігріву приміщень +23 + 25 ° С. Цього показника більш ніж достатньо для опалення в зимовий час року.

Геотермальний насос влаштований як джерело тепла для низькотемпературних систем опалення. Хоча теплонасос можна підключати до радіаторним схемами, виробники рекомендують використовувати для нагріву теплоносія в теплих підлогах.

Принцип роботи геотермального теплового насоса забезпечує абсолютну безпеку використання обладнання. У літню пору року станція працює на охолодження.

Існують певні переваги використання сонячних батарей разом з геотермальних насосом, головним з яких є абсолютна автономність станції від центрального енергопостачання і додаткова економія коштів.

Насос типу земля-вода

Системи геотермального опалення та охолодження повністю залежать від ефективності забору тепла з грунту «розсолом». Існує два варіанти прокладки контуру, що забезпечують різні характеристики теплоеффектівності:

Горизонтальний теплообмінник - глибина закладення контуру нижче промерзання землі, що не вимагає використання складної бурової техніки, ретельного планування і виготовлення проектної документації. Труби закопують на глибину від 1 м. Мінусом даного рішення є те, що довжина петлі геотермального контуру повинна бути дуже великою.
Наприклад, для опалення будинку площею 220 м², буде потрібно розташувати труби на площі 600 м², тому, проведення робіт можливе лише за умови великої прибудинкової території.

Вертикальний теплообмінник - варіант установки теплового насоса з геотермальними зондами. Вимагає буріння спеціальних свердловин. глибиною близько 200 м і діаметром 150 мм, для розташування зондів. Перевагою вертикального контуру є стабільна висока температура на глибині свердловин + 18 ° С. Як мінусів можна виділити високу вартість робіт.

Установка геотермального ТН вимагає проведення глобальних земляних робіт, що обмежує популярність систем опалення даного типу.

Насос типу вода-вода

Існує альтернативний варіант опалення будинку геотермальної енергією, взятої з грунтових вод. Роботи також проводять двома способами:

Теплообмінник на дні водойми - одне з популярних рішень. Не вимагає капітальних витрат і проведення масштабних земляних робіт. Труби укладають на дно, поруч розташованого озера чи ставка, а за умови отримання відповідного дозволу, річки. Мінімальною вимогою для установки є розташування водойми не більше 100 м від опалювального приміщення, глибина не менше 3 м.
Використання артезіанської свердловини - принцип роботи заснований на тому, що воду прямо качають з свердловини, проганяючи через тепловий насос. Таке рішення вимагає виготовлення другої свердловини, для скидання води і підтримки рівноваги, для запобігання зміни тиску в пластах.

Автономне опалення на основі геотермальних теплових насосів, що використовують тепло ґрунтових вод і водойм, користується більшою популярністю за рахунок простоти установки системи, менших витрат на монтажні роботи і більшою теплоеффектівності.

Як підібрати геотермальний насос

Головною вимогою при геотермальному опаленні з використанням теплового насоса, є визначення відповідності умов для установки станції. Чи не в кожному будинку вдасться встановити ГН. Обмеження застосовності в основному пов'язані з рельєфом, глибиною пролягання грунтових вод, загальною площею присадибного господарства, наявністю розташованого поруч з будівлею водойми і т.д.

Попередні розрахунки і проектну документацію становить фахівець компанії, що продає опалювальне обладнання. При виборі підходящої моделі, звертають увагу на наступні параметри:

СОР - під скороченням, прийнятим у багатьох країнах світу, ховається співвідношення, яке вказує на рентабельність установки, а точніше продуктивність насоса по відношенню до витраченому електрики. Так, СОР 3 означає, що на кожен 1 кВт електроенергії, необхідної для підтримки роботи пристрою, буде вироблено 3 кВт теплової енергії.
Укладання геотермального контуру - продуктивність прямо впливає на загальну площу покладеного в грунт трубопроводу. Для попередніх розрахунків, буде досить помножити загальну опалювальну площу на 3. Отриманий результат вкаже на те, які розміри ділянки будуть необхідні для укладання контуру.
Функціональні можливості. Будинок, обладнаний геотермальним тепловим насосом, опалюється взимку, і за умови придбання додаткового обладнання, охолоджується влітку. Щоб це стало можливим, додатково встановлюються спліт системи.

ККД геотермального насоса набагато вище, ніж у будь-якого іншого опалювального обладнання. Своєчасні моделі мають коефіцієнт СОР рівний п'яти. Для порівняння, електрокотел виробляє на кожен 1 кВт, 0.09-0.99 кВт теплової енергії.

Як розрахувати потужність ГН

ГН видає температуру теплоносія рівну 65 ° С, при максимальному навантаженні. Оптимальними вважаються параметри, що знаходяться в межах 45-50 ° С. ТН підключається до низькотемпературних систем опалення. Коефіцієнт потужності і інші параметри, розраховуються з урахуванням особливостей експлуатації:

Потужність насосу - на 1 квадратний метр, знадобиться теплова потужність, рівна 0,7 кВт. Для обігріву приватного будинку в 200 м², вибирають установку з продуктивністю 14 кВт.
Розрахунок геотермального контуру - при обчисленнях беруть до уваги вологість і тип ґрунту, а також середній рівень точки промерзання. В середньому, для отримання 1кВт теплової енергії, буде потрібно 40-60 метрів підводу води укладеного в грунт.
Витрати електроенергії - геотермальний насос працює за рахунок електричної енергії, необхідної для створення примусової циркуляції теплоносія в первинному водяному контурі, а також нагнітання тиску фреону в компресорі. Чим вище СОР, тим менше будуть витрати електроенергії і вище окупність теплового насосу.

Виробники геотермальних насосів

При виборі опалювальної геотермальної техніки, важливу роль відіграє підбір виробника. Якщо враховувати якість і надійність обладнання, то кращі теплові насоси випускають німецькі виробники.

Стабільно хороші відгуки заслуговують моделі, пропоновані такими виробниками:

Viessmann - продукція компанії відрізняється високою продуктивністю. Зокрема, насоси Vitocal 300-G / -W Pro здатні розвивати потужність до 290 кВт. Максимальний нагрів теплоносія 60 ° С. Станції Viessmann укомплектовуються інтегрованими накопичувальними ємностями, для забезпечення потреб ГВП, різної місткістю.
Buderus - на відміну від попереднього виробника, компанія робить акцент на побутових приладах опалення, потужністю до 60 кВт. Подача теплоносія з температурою 65 ° С. Шум від геотермального насоса Buderus всього 40 дБ, завдяки спеціально сконструйованої ізоляції. Можна спокійно експлуатувати тепловий насос безпосередньо в будинку, поруч з житловими приміщеннями.
Vaillant - компанія пропонує всі типи геотермальних насосів. Окремо розроблені серії для укладання водяного колектора на дно водойми, використання геотермальних зондів і укладання контуру нижче точки промерзання. Теплоносій на виході прогрівається до 60 ° С. Максимальна продуктивність 46 кВт. Недоліком продукції компанії Vaillant є скромний вибір ГН, що, втім, компенсується високою якістю продукції.
Stiebel Eltron - продукція компанії призначена для часткової і повної компенсації потреб житлових приміщень в теплі. Всі моделі інтегруються в систему вентиляції і в літню пору року працюють на охолодження. Максимальна продуктивність ГН Stiebel Eltron 98 кВт.

Асортимент продукції, що випускається величезний. При виборі краще орієнтуватися на думку фахівця.

Вартість геотермального обладнання та монтажу

Щоб підрахувати, у скільки обійдеться придбання та встановлення геотермальної опалювальної системи, враховують такі чотири чинники:

Придбання станції - собівартість ГН залежить від виробника і потужності модуля. Середня вартість варіюється від 80 до 1200 тис. Руб. і вище. Найдорожче обійдеться обладнання німецьких виробників, але переплати в даному випадку виправдані, через високої якості і надійності.
Облаштування ділянки геотермальних полів або земляні роботи - найдешевше обходиться горизонтальний геотермальний контур теплового насоса. При бажанні, можна самостійно вирити траншеї, по попередньо підготовленого проекту, що зменшить вартість робіт практично вдвічі.

Монтаж геотермального насоса - прокладка трубопроводу і підключення його до ємності з випарником, правильно виконає тільки кваліфікований фахівець. На монтажних роботах краще не економити і надати професіоналам виконання робіт.

Більшість виробників ГН пропонує придбання установки «під ключ». Підключення станції, достатньої для обігріву 80 м², обійдеться в 350 тис. Руб. 220 м² - 750 тис. Руб.

Переваги та недоліки геотермальних опалювальних насосів

Відгуки про геотермальних насосах теплопостачання і реальний досвід експлуатації, допомагають виявити сильні і слабкі сторони обладнання. До недоліків геотермального насоса можна віднести:

Високі нормативні вимоги до геотермальних теплових насосів, а точніше прилеглої території. Станція не може бути встановлена в будь-якій місцевості. Спочатку потрібно провести геологічну розвідку, і визначити, чи буде доцільно використовувати ГН або краще вибрати інше джерело теплової енергії.
Вартість - не кожен господар приватного будинку, в змозі викласти за придбання та установку насосного обладнання порядку 350-500 тис. Руб. Деякі банки пропонують пільгове кредитування на придбання обладнання, також можна скористатися державною допомогою (якщо вона передбачена).
Зміни в геотермальному контурі в перший рік експлуатації - укладені труби просідають, що призводить до зменшення швидкості циркуляції пропиленгликоля. В результаті, знижуються показники тепловіддачі і характеристики СОР. Тому, через рік експлуатації проводиться аудит первинного підводу води що часто незручно і призводить до додаткових витрат на облаштування території.

Ось практично і всі недоліки геотермального насоса. Теплонасос, на противагу цьому, володіє достоїнствами, переважує існуючі мінуси:

Економічність - порівняння витрат на газ, тверде паливо і на електрику, що витрачаються традиційними котлами опалення, покаже, що ГН є більш вигідним. Причому, економічна вигода настільки істотна, що дозволяє окупити витрати на покупку і установку модуля вже через 4-5 років.
Функціональність - існує можливість використання геотермального обладнання для опалення та кондиціювання приміщень. Якщо врахувати, що в літню пору року теплонасос буде продовжувати працювати як кондиціонер і забезпечувати додаткову економію електроенергії, стають очевидним, доцільність придбання.
Тривалий термін експлуатації - сам теплонасос зможе пропрацювати і 100 років, але окремі вузли зажадають ремонту вже через 30-50 років. Після проведення ремонтних робіт, можна буде продовжити використовувати обладнання в звичайних умовах експлуатації.

Геотермальні насоси в країнах ЄС встановлюють не тільки в житлових приміщеннях. Деякі великі промислові центри, опалюють за допомогою тепла, що віддається грунтом або водою. Великий досвід експлуатації показує економічну вигоду і доцільність вкладення коштів в теплові геотермальні установки.

Розрахунок потужності і температури теплого водяного статі