Виды геотермальных тепловых насосов для отопления дома и как они работают

В последнее время все большей популярностью пользуются отопительные системы, работающие с использованием альтернативных источников энергии. Такая популярность связана с существенной экономией и энергонезависимостью системы. Тепловой насос геотермальный может отапливать постройку любой площади. Оборудование с простой конструкцией способно подогревать теплоноситель до +65°С. Этого вполне хватает для устройства радиаторной отопительной системы и теплых полов. Также насос может подогревать воду для горячего водоснабжения дома.

Геотермальный насос и что это?

Геотермальным насосом называют тепловые автономные станции, которые используют низко потенциальное тепло грунтовых вод или земли для отопления дома. Земляной насос активно применяется в странах Азии, Америки и Европы.

По сути, насосное оборудование представляет собой кондиционер, который работает на подогрев. Однако в отличие от воздушного нагревательного оборудования тепловые насосы не нуждаются в положительной температуре окружающей среды. Коллектор для забора тепловой энергии располагается ниже точки промерзания почвы, поэтому оборудование можно использовать даже в северных широтах.

Для эффективного обогрева дома геотермальное насосное оборудование используется в комплексе с солнечными коллекторами. В результате тепловой энергии хватает на обогрев дома и обеспечение нужд ГВС.

Преимущества и недостатки насосов

Геотермальный тепловой насос для отопления дома дает владельцам следующие плюсы:

1. Экономичность оборудования – главное его преимущество. Если сравнить расходы на другие энергоносители (газ, твердое топливо или электричество), то экономия получается существенной. Причем затраты на покупку и монтаж оборудования полностью окупаются в течение 5 лет максимум.
2. Геотермальное оборудование можно назвать универсальным, ведь оно подходит не только для обогрева помещений, но и для их охлаждения. Если летом насос будет выполнять функции кондиционера, то обеспечивается существенная экономия электроэнергии.
3. Долговечность насосного агрегата – еще одно преимущество. Само оборудование способно прослужить до 100 лет, но некоторые узлы нуждаются в ремонте раз в 30-50 лет.

К недостаткам тепловых агрегатов причисляют следующее:

• К прилегающей территории и самому оборудованию предъявляются определенные нормативные требования. Станции можно устанавливать не в каждой местности. Перед установкой нужно провести геологоразведку территории и сделать выводы о целесообразности применения тепловых насосов.
• На покупку оборудования и его монтаж нужно выложить около 5400-7700$ (350-500 тысяч рублей). Не у всех владельцев частных домов есть такие средства. Но иногда можно воспользоваться программой льготного кредитования или помощью государства.
• В течение первого года после монтажа циркуляция теплоносителя ухудшается из-за проседания трубы для геотермального контура. Это способствует снижению теплоотдачи. Именно поэтому через год приходится проводить аудит системы, что вынуждает хозяев повторно облагораживать территорию после проведения работ.

Принцип работы геотермального насоса

Система тепловых насосов использует в своей работе геотермальные процессы. Ниже точки промерзания почвы грунт не охлаждается до минусовых температур. Более того по мере углубления температура грунта возрастает.

Станция получает и преобразует тепло земли, чтобы подогревать теплоноситель в системе отопления дома.

Работа оборудования выглядит следующим образом:

1. Монтируется отбирающий тепловую энергию геотермальный контур. Он заполняется пропиленгликолем.
2. Сам контур соединяется с вертикальными зондами, которые расположены в скважинах протяженностью 60-100 м. Вместо зондов могут использоваться горизонтальные коллекторы, которые укладываются глубже одного метра от поверхности.
3. Жидкость циркулирует в замкнутом контуре между зондами и нагревается до температуры 5-6 градусов. После этого она поступает в приемник насосного оборудования.
4. Теперь тепловой насос начинает работать, как и другие аккумуляторы тепловой энергии.

Насосный агрегат состоит из следующих элементов:

• В замкнутом контуре из труб циркулирует фреон, который преобразуется из жидкого состояния в газообразное.
• Модуль, соединяющийся с приемником насоса, называется испарителем. Здесь фреон испаряется и поглощает тепло, которое передает разогретый пропиленгликоль.
• Газообразный фреон поступает в компрессор насосного оборудования. Под высоким давлением газ разогревается до температуры +65°С и впрыскивается в конденсатор.
• В конденсаторе фреон переходит из газообразного состояния в жидкое. При этом жидкость оказывается разогретой до высокой температуры. Через стенки конденсатора тепловая энергия передается жидкому теплоносителю в системе отопления.

Важно! Геотермальные насосы позволяют поддерживать в помещении комфортную температуру в пределах +23…+25°С даже в холодный сезон. Летом станция работает на охлаждение дома.

Земля-вода

Насосы типа земля-вода могут отличаться тепловой эффективностью в зависимости от варианта прокладки контура. Горизонтальный теплообменник закладывается ниже точки промерзания грунта, поэтому для его монтажа не понадобится бурильная техника, проект и тщательная планировка. Трубы укладывают на глубине более одного метра. Недостатком этого варианта является значительная протяженность контура. Например, для обогрева дома площадью 220 квадратов понадобится уложить трубы на территории площадью 600 м?. Этот вариант подходит для домов с большой придомовой территорией.

Вертикальный теплообменник подразумевает установку геотермальных зондов с бурением скважин диаметром 15 см и глубиной 200 м. Плюсы метода заключаются в стабильной температуре в пределах +18°С на глубине скважины. К недостаткам можно отнести дороговизну работ.

На заметку! Насосы типа земля-вода не очень популярны по причине необходимости выполнения масштабных земляных работ.

Вода-вода

Тепловое насосное оборудование типа вода-вода бывает двух типов:

• Самым популярным решением является теплообменник, уложенный на глубине водоема. Большие затраты и масштабные работы в этом случае не понадобятся. Трубопроводы укладываются на дне пруда, озера или другого природного водоема, расположенного недалеко от дома. В реке трубы можно укладывать только после получения разрешения. Глубина водоема должна быть не меньше 3-х метров. Он должен находиться на расстоянии максимум 100 м от обогреваемого дома.
• Можно использовать артезианскую скважину. Откачанную воду прогоняют через тепловой насос. Но для сброса использованной воды нужно сделать вторую скважину. Это позволит поддерживать постоянное давление и равновесие в земных пластах.

Правила выбора геотермального насоса

При выборе подходящего насосного оборудования учитывают следующие параметры:

1. Соотношение рентабельности установки к расходам электроэнергии. Например, СОР 3 означает, что при выработке 3 кВт тепловой энергии будет потрачен 1 кВт электричества. У современных агрегатов СОР достигает 5.
2. Затраты на укладку геотермального контура. Производительность системы зависит от протяженности уложенного трубопровода. Чтобы быстро узнать необходимую площадь укладки, отапливаемую площадь множат на три.
3. Чтобы насос мог не только отапливать дом зимой, но и охлаждать помещения летом, понадобится приобрести сплит системы.

Важно! КПД геотермального насоса в разы выше, чем у другого оборудования для отопления дома.

Расчет мощности

При расчете мощности оборудования учитывают, что на каждый квадратный метр отапливаемой площади понадобится мощность теплового насоса около 0,7 кВт. При определении параметров контура учитывают влажность грунта и его тип, а также точку промерзания почвы. Для выработки 1 кВт тепловой энергии нужно уложить в грунт 40-60 м контура.

Геотермальный насос работает от электрической сети. Также для принудительной циркуляции теплоносителя в первичном контуре, а также нагнетания давления фреона нужно установить циркуляционный насос, который тоже потребляет электроэнергию. Окупаемость теплонасоса ускорится, а затраты на электроэнергию уменьшатся при увеличении СОР.

Лучшие производители

Наибольшей популярностью пользуется продукция следующих производителей теплового насосного оборудования:

1. Насосы Viessmann могут развивать мощность до 290 кВт, подогревая теплоноситель до 60 градусов. Станции данного производителя укомплектованы встроенными накопительными емкостями разного объема, которые позволяют обеспечивать нужды горячего водоснабжения.
2. Компания Buderus выпускает бытовые агрегаты с мощностью не выше 60 кВт. Они подогревают теплоноситель до 65°С. Станция имеет хорошую звукоизоляцию и издает шум не выше 40 дБ. Выбор насосного оборудования у этого производителя небольшой, но производительность агрегатов доходит до 46 кВт.
3. Насосы Stiebel Eltron не только обеспечивают дом теплом, но и охлаждают его в летний сезон, потому что встраиваются в систему вентиляции. Производительность оборудования доходит до 98 кВт.

Стоимость монтажа и оборудования

При подсчете расходов на устройство геотермальной станции учитывают затраты на приобретение оборудования, обустройство геотермальных полей и монтажные работы. Станцию можно купить за 1230 – 18400$ (80-1200 тысяч рублей).

Дешевле всего обойдется устройство горизонтального контура. Для уменьшения стоимости работ вдвое траншеи можно вырыть своими силами. Установку геотермального насосного оборудования стоит доверить специалистам. Монтаж станции «под ключ» для обогрева дома площадью 80 квадратов будет стоить приблизительно 7700$ (500 тыс. руб.).