✅ +7 (917) 579 72 17
⚡ Как работает геотермальное отопление
Немного теории
Современные технологии позволяют отапливать загородный дом и осуществлять нагрев воды в зимнее время, а летом охлаждать его, используя физический принцип работы Теплового насоса. Действие основывается на преобразовании низкой температуры Земли в более высокую (замкнутый цикл Карно) – холодильник наоборот.
Основные компоненты Теплового насоса – это компрессор и два теплообменника с внешним подключением к двум замкнутым контурам для циркуляции: теплому контуру системы отопления внутри дома (теплый пол или батареи) и холодному контуру, который обустраивают на улице в грунте Земли, где будет циркулировать незамерзающий теплоноситель. Такой насос называют Грунтовый или Геотермальный.
Тепловой насос потребляет всего 20% электричества, задействуя его исключительно на работу компрессора для термодинамического цикла, то есть сжатие газообразного хладагента с получением при этом положительной температуры до +55°C.
Выглядит это так: на 1 кВт потребляемого «из розетки» электричества, мы получаем до 5 кВт тепловой энергии - это 1:5.
Наибольшая экономия для Теплового насоса будет зависеть от того, на сколько стабильно будет справляться холодный геотермальный контур с продолжительными пиковыми нагрузками.
Современные технологии позволяют отапливать загородный дом и осуществлять нагрев воды в зимнее время, а летом охлаждать его, используя физический принцип работы Теплового насоса. Действие основывается на преобразовании низкой температуры Земли в более высокую (замкнутый цикл Карно) – холодильник наоборот.
Основные компоненты Теплового насоса – это компрессор и два теплообменника с внешним подключением к двум замкнутым контурам для циркуляции: теплому контуру системы отопления внутри дома (теплый пол или батареи) и холодному контуру, который обустраивают на улице в грунте Земли, где будет циркулировать незамерзающий теплоноситель. Такой насос называют Грунтовый или Геотермальный.
Тепловой насос потребляет всего 20% электричества, задействуя его исключительно на работу компрессора для термодинамического цикла, то есть сжатие газообразного хладагента с получением при этом положительной температуры до +55°C.
Выглядит это так: на 1 кВт потребляемого «из розетки» электричества, мы получаем до 5 кВт тепловой энергии - это 1:5.
Наибольшая экономия для Теплового насоса будет зависеть от того, на сколько стабильно будет справляться холодный геотермальный контур с продолжительными пиковыми нагрузками.
Процесс теплообмена в холодном контуре
Охлажденный тепловым насосом теплоноситель (рассол) подается в грунтовый геотермальный контур, состоящий из расчетного количества коаксиальных зондов. Все зонды имеют строго одну длину, располагаются в одном месте по кругу внутри бетонного кольца, диаметром 1,5 м – 2 м.
Внутри зонда циркулирует теплоноситель. Охлажденный теплоноситель проходит до конца сердечника и, подымаясь вверх с глубины Земли, отогревается через тонкую внешнюю стенку оболочки зонда. Нагрев от грунта Земли составляет 2-3 градуса, и далее теплоноситель возвращается обратно в теплообменник Теплового насоса, где и происходит теплообмен с газообразным охлажденным хладагентом (фреоном). Далее цикл повторяется.
Коэффициент преобразования геотермального теплового насоса называется COP и находится в прямой зависимости от температуры теплоносителя приходящего из грунта Земли. Чем выше будет температура теплоносителя, приходящая из грунта Земли, тем эффективнее (экономнее) работа вашего теплового насоса.
Важно знать, что при продолжительной работе теплового насоса, происходит охлаждение грунта.
По этому нельзя допускать перехода через ноль до отрицательного значения температуры теплоносителя, чтобы не допускать заморозку грунта. Грунт должен иметь возможность восстанавливаться. В Geozondmaster при разработке проектной документации для каждого объекта обязательно учитывается особенность грунта.
Охлажденный тепловым насосом теплоноситель (рассол) подается в грунтовый геотермальный контур, состоящий из расчетного количества коаксиальных зондов. Все зонды имеют строго одну длину, располагаются в одном месте по кругу внутри бетонного кольца, диаметром 1,5 м – 2 м.
Внутри зонда циркулирует теплоноситель. Охлажденный теплоноситель проходит до конца сердечника и, подымаясь вверх с глубины Земли, отогревается через тонкую внешнюю стенку оболочки зонда. Нагрев от грунта Земли составляет 2-3 градуса, и далее теплоноситель возвращается обратно в теплообменник Теплового насоса, где и происходит теплообмен с газообразным охлажденным хладагентом (фреоном). Далее цикл повторяется.
Коэффициент преобразования геотермального теплового насоса называется COP и находится в прямой зависимости от температуры теплоносителя приходящего из грунта Земли. Чем выше будет температура теплоносителя, приходящая из грунта Земли, тем эффективнее (экономнее) работа вашего теплового насоса.
Важно знать, что при продолжительной работе теплового насоса, происходит охлаждение грунта.
По этому нельзя допускать перехода через ноль до отрицательного значения температуры теплоносителя, чтобы не допускать заморозку грунта. Грунт должен иметь возможность восстанавливаться. В Geozondmaster при разработке проектной документации для каждого объекта обязательно учитывается особенность грунта.
Конструкция коаксиального теплоотборного зонда
Коаксиальный зонд состоит из двух труб разного диаметра, расположенных «труба в трубе». Труба меньшего диаметра является внутренним сердечником, с термоформованием концевого основания (внешней оболочки зонда).
В отличии от двухтрубного U-образного зонда, коаксиальный зонд изготавливают без применения сварных и стыковочных муфт.
Внешняя оболочка зонда изготовлена из полиэтиленовой трубы диаметром 50 мм (PE100.50.2,4 ГОСТ, 18599 - 2001), внутреннего сердечника из высокопрочного полимера диаметром 32 мм или 25мм.
Немного о запасе прочности. Рабочее давление в геотермальной системе 1,4 -1,8 Bar. Длина зонда может достигает до 50 м, а при наклонной установке в грунт зонд погружается на глубину до 35 м. Это дополнительно еще 3,5 Ваr. Суммарное давление внизу у наконечника зонда возрастет до 4,4 - 4,8 Bar. Лабораторное испытание показало,
что разрушение оболочки зонда происходит при давлении более 24 Bar,
а это почти десятикратный запас прочности!
Коаксиальный зонд состоит из двух труб разного диаметра, расположенных «труба в трубе». Труба меньшего диаметра является внутренним сердечником, с термоформованием концевого основания (внешней оболочки зонда).
В отличии от двухтрубного U-образного зонда, коаксиальный зонд изготавливают без применения сварных и стыковочных муфт.
Внешняя оболочка зонда изготовлена из полиэтиленовой трубы диаметром 50 мм (PE100.50.2,4 ГОСТ, 18599 - 2001), внутреннего сердечника из высокопрочного полимера диаметром 32 мм или 25мм.
Немного о запасе прочности. Рабочее давление в геотермальной системе 1,4 -1,8 Bar. Длина зонда может достигает до 50 м, а при наклонной установке в грунт зонд погружается на глубину до 35 м. Это дополнительно еще 3,5 Ваr. Суммарное давление внизу у наконечника зонда возрастет до 4,4 - 4,8 Bar. Лабораторное испытание показало,
что разрушение оболочки зонда происходит при давлении более 24 Bar,
а это почти десятикратный запас прочности!
Преимущество коаксиального
теплоотборного зонда в модели кластерного "куста"
теплоотборного зонда в модели кластерного "куста"
- В отличие от U-образного двухтрубного зонда, в коаксиальном зонде происходит равномерный теплоотбор по всей длине геозонда;
- Обладает лучшими гидравлическими характеристиками (уменьшение мощности циркулирующего насоса);
- Более прочный, не боится перегибов и не подвержен пластовому сжатию;
- Температура рассола, с приближением к основанию коллектора, всегда возрастает там, где массив грунта существенно меньше;
- Грунт вокруг колодца всегда тёплый и не переохлаждается (в отличие от применения U-образного зонда для этой технологии). Можно сажать деревья с любой корневой системой;
- Коаксиальный зонд может взять столько тепла Земли, сколько будет способен отдать ему грунт;
- Наклонная установка зондов позволяет максимально пересекать подземные зоны водоносного горизонта, что дополнительно оказывает зонду тепловую поддержку, улучшая характеристики и стабилизируя COP теплового насоса на протяжении всего отопительного сезона.
Снижение эффективности работы
теплонасосной установки (заморозка грунта)
Особенностью коаксиального зонда является отсутствие холодных зон, ухудшающих отбор низкопотенциального тепла Земли.
Например, при продолжительной работе U зонда происходит постепенная заморозка грунта, что приводит к снижению нагрева циркулирующего теплоносителя в трубах зонда и снижению эффективности преобразования тепла тепловым насосом., т.е. просто упадет СОР преобразования теплового насоса.
Теплоноситель от теплонасосной установки поступает в геотермальный контур всегда охлажденным (т.е. с пониженной температурой).
А при ошибках в геотермическом расчете, из-за не достаточной длины контура, теплонасосная установка будет просто морозить грунт!
Стабильный теплообмен возможен только за счет привлечения большого массива грунта Земли, а не локального грунта вокруг.
Температура грунта, от которого зонд отнимает низкопотенциальное тепло Земли, не должна достигать отрицательных значений. Однако, при работе геоконтура допускается некоторое начальное снижение температуры с её дальнейшей стабилизацией на какой-то определенной положительной отметке. Чем выше эта отметка, тем эффективнее будет экономия СОР преобразования тепловой энергии и, соответственно, дешевле получаемое тепло.
теплонасосной установки (заморозка грунта)
Особенностью коаксиального зонда является отсутствие холодных зон, ухудшающих отбор низкопотенциального тепла Земли.
Например, при продолжительной работе U зонда происходит постепенная заморозка грунта, что приводит к снижению нагрева циркулирующего теплоносителя в трубах зонда и снижению эффективности преобразования тепла тепловым насосом., т.е. просто упадет СОР преобразования теплового насоса.
Теплоноситель от теплонасосной установки поступает в геотермальный контур всегда охлажденным (т.е. с пониженной температурой).
А при ошибках в геотермическом расчете, из-за не достаточной длины контура, теплонасосная установка будет просто морозить грунт!
Стабильный теплообмен возможен только за счет привлечения большого массива грунта Земли, а не локального грунта вокруг.
Температура грунта, от которого зонд отнимает низкопотенциальное тепло Земли, не должна достигать отрицательных значений. Однако, при работе геоконтура допускается некоторое начальное снижение температуры с её дальнейшей стабилизацией на какой-то определенной положительной отметке. Чем выше эта отметка, тем эффективнее будет экономия СОР преобразования тепловой энергии и, соответственно, дешевле получаемое тепло.
© 2017-2023 Geozondmaster
Перспективный проект по геотермальному отоплению загородного дома.
