Тепловые насосы земля-вода

Назначение тепловых насосов «земля-вода»

Тепловые насосы «земля-вода» предназначены для получения тепла из грунта и нагрева с его помощью теплоносителя, используемого в дальнейшем для отопления. Характерной особенностью теплотехнических устройств этого вида является расположение теплообменников непосредственно в грунте или в скальной породе, а не в воде.

Как именно поместить теплообменник, и на какой глубине, зависит от выбора источника тепловой энергии.

Дело в том, что температура грунта может иметь различное значение в зависимости от глубины залегания, а ее уровень поддерживается от различных источников энергии. В этой связи различают

• Приповерхностное тепло слоев грунта, расположенных в непосредственной близости к поверхности земли
• Геотермическое тепло грунтов, подпитываемое от глубинных геотермальных источников

Особенности формирования приповерхностного запаса тепловой энергии

Приповерхностный запас тепловой энергии формируется при нагревании  поверхности земли солнцем. Тепло накапливается в теплое время года и может быть использовано для отопления. С этой целью делают горизонтальные  замкнутые теплообменники, в которых циркулирует смесь воды с этиленгликолем, называемая также «рассолом».

Теплообменники делают в виде петель из пластиковых труб, каждая из которых имеет длину не более 100 м. (в трубах большей длины трудно обеспечить циркуляцию теплоносителя).

Их укладывают в грунт на глубину, большую уровня промерзания и затем засыпают. В средней полосе России это приблизительно 150 см. Каждую петлю подключают к распределительному коллектору, через который осуществляется подача и распределение рассола. Обычно коллектор располагают немного выше уровня петель. Делают это для того, чтобы была возможность убрать возникающие воздушные пробки.

Перед засыпанием теплообменника грунтом проводят его опрессовку и проверяют целостность системы. Засыпку грунта проводят с особой осторожностью, стараясь не допускать прямого контакта острых камней с поверхностью труб. Часто систему во время проведения земляных работ оставляют под давлением. Это позволяет в случае ее повреждения сразу же предпринять меры и устранить прорыв.

Тепловые насосы этого вида характеризуются высокой эффективностью, особенно, если теплообменник расположен в плотном грунте с высокой теплопроводностью, например в суглинке. В песчаной почве теплообмен может идти менее интенсивно.

Во время эксплуатации теплового насоса грунт над теплообменником может промерзать, но это никак не сказывается на эффективности его работы. На всякий случай не рекомендуют сажать на участке земли, где заглублен теплообменник, фруктовые деревья, а возделывать на нем овощи или использовать под посев трав.

Достоинства и недостатки теплового насоса «земля-вода» с горизонтально расположенным теплообменником:

• Быстрая окупаемость
• Высокая эффективность теплового насоса
• Высокая надежность
• Минимальные затраты на обслуживание

Среди его недостатков следует отметить

• Необходимость выполнения большого объема земляных работ
• Высокий риск повреждения труб теплообменника при их засыпке грунтом
• Трудность замены теплообменника или его ремонта в случае повреждения
• Возможность образования воздушных трубок при непрофессиональном монтаже
• Необходимость наличия больших площадей

Тепловые насосы «земля-вода», работающие на геотермическом тепле грунтов

Геотермическим называют тепло глубинных слоев планеты, поступающее от ее ядра к поверхности. Для использования геотермического тепла применяют специальные глубинные зонды, устанавливаемые в скважины на глубину до 150 м.

В них также используется замкнутый контур циркуляции теплоносителя, в качестве которого используется рассол (смесь этиленгликоля с водой). Для движения теплоносителя используют две пластиковые трубы с перемычкой. Форма конструкции напоминает букву U. Отсюда и название :  U-образный зонд. Обычно в одной скважине одновременно располагают 2 зонда.

Среди достоинств теплового насоса с U-образным зондом следует отметить

• Высокую эффективность работа
• Быструю окупаемость
• Надежность
• Компактное расположение (скважины могут быть пробурены под домом, что в значительной мере упрощает монтаж оборудования)

К недостаткам следует отнести

• Сложность бурения скважин
• возможность использования только при определенных свойствах грунта
• Необходимость получения разрешительной документации на бурение скважин и использование геотермальной тепловой энергии.