Геотермальное отопление принцип работы: Принцип работы геотермального теплового насоса

Принцип работы геотермального теплового насоса

Большинство населения пока не знакомы с понятием «тепловой насос», но постоянно используют тепловые насосы в обычных холодильниках и кондиционерах.
Холодильники и кондиционеры стали настолько надежными, удобными и привычными, что мы перестали обращать внимание на их работу.
Таким же привычным является отопление зданий геотермальными тепловыми насосами, например для жителей Евросоюза. Геотермальный тепловой насос по принципу работы похож на обычный кондиционер реверсивного типа ( отопление и охлаждение). В отличие от кондиционеров, геотермальный тепловой насос адаптирован для работы при любых погодных условиях и минусовых температурах. Главная проблема кондиционеров — уменьшение производительности и остановка кондиционеров при минусовых температурах, когда отопление наиболее важно. Эта проблема решена в геотермальных тепловых насосах. Тепловой насос следует рассматривать как любое другое отопительное устройство, которое используется для производства тепла, и в отношении которого действуют все законы, касающиеся энергии. Как и у каждого спсоба отопления, у теплового насоса есть свои особенности, сильные и слабые стороны. Теплотехнические расчёты у всех способов получения тепла одинаковые. Правила термодинамики действуют как при дровяном печном отоплении, так и при управляемой через Интернет геотермальной климатической установке.

Технические подробности роботы тепловых насосов.

Принцип работы основного элемента теплового насоса – фреонового компрессора отображен в цикле Карно, опубликованном в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 г. под названием „умножитель тепла”.

В соответствии с изображенным принципом действия, тепловой насос берет тепловую энергию из одного места, « сжимает» ее, и отдает в другое место. Например, в обычном холодильнике тепло отбирается морозильной камерой из продуктов и выбрасывается в кухню, при этом задняя стенка холодильника нагревается. Принцип действия геотермального теплового насоса основан на сборе тепла из почвы или воды, и передаче в систему отопления здания. Для сбора тепла незамерзающая жидкость течет по трубе, расположенной в почве или водоеме возле здания, к тепловому насосу. Тепловой насос, подобно холодильнику, охлаждает жидкость (отбирает тепло), при этом жидкость охлаждается приблизительно на 5 °С. Жидкость снова течет по трубе в наружном грунте или воде, восстанавливает свою температуру, и снова поступает к тепловому насосу. Отобранное тепловым насосом тепло передается системе отопления и/или на подогрев горячей воды. Возможно отбирать тепло у подземной воды — подземная вода с температурой около 10 °С подается из скважины к тепловому насосу, который охлаждает воду до +1…+2°С, и возвращает воду под землю. Тепловая энергия есть у любого предмета с температурой выше минус двести семьдесят три градуса Цельсия — так называемый «абсолютный ноль». То есть тепловой насос может отобрать тепло у любого предмета — земли, водоема, льда, скалы и т.д. Если же здание, например летом, нужно охлаждать (кондиционировать), то происходит обратный процесс — тепло забирается из здания и сбрасывается в землю (водоем). Тот же тепловой насос может работать зимой на отопление, а летом на охлаждение здания. Очевидно, что тепловой насос может греть воду для горячего бытового водоснабжения, кондиционировать через фанкойлы, греть бассейн, охлаждать например ледовый каток, подогревать крыши и дорожки от льда… Одно оборудование может выполнить все функции по тепло-холодоснабжению здания. Обмен теплом с окружающей средой геотермальные тепловые насосы осуществляют такими основными способами:

• Насос с открытым циклом — из подземного потока (плывуна) забирается подземная вода, подается в размещенный внутри здания тепловой насос, вода отдает/забирает тепло у теплового насоса, и возвращается в подземный поток на расстоянии от места забора. Плюсом такого способа является возможность одновременно получить воду для водоснабжения дома. Открытые системы являются очень эффективными, поскольку температура подземной воды является относительно высокой и круглогодично стабильной. Использование воды из скважины не наносит ущерба грунтовым водам, не изменяет уровень грунтовых вод в водном горизонте, поскольку открытую систему можно рассматривать как соединённые сосуды, где вода, забираемая из одного колодца, направляется обратно под землю через второй колодец, не изменяя общий уровень воды. Корректно, сооружённые в соответствии с нормативами скважины обеспечивают безопасную для окружающей природы стабильную работу системы отопления.

• Насос с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником, размещенным в земле — трубки (коллекторы), в которых прокачивается теплоноситель, размещены горизонтально на глубине не менее 4 метра от поверхности земли. Такой теплообменник обычно называют поверхностным коллектором. Основной опасностью является неосмотрительность при проведении землекопных работ в зоне нахождения поверхностного коллектора. Для современно жилого дома с отапливаемой площадью в 200 м2 под основание коллектора требуется около 500 м2 поверхности грунта. При прокладке коллектора вблизи деревьев трубу коллектора не следует укладывать ближе, чем 1,5 метра от кроны. Правильно выбранный по размерам и правильно уложенный почвенный коллектор не влияет негативно ни на рост растений, ни на экологические условия.

• Насос с закрытым циклом и вертикальным теплообменником — трубки, в которых прокачивается теплоноситель, размещены вертикально в земле и уходят в глубину земли обычно 50 — 100 метров. Такой теплообменник обычно называют зондом.

Как известно, на глубине более 8 метров от поверхности земля имеет стабильную температуру (для Приморского края +7,2 градуса Цельсия) независимо от поры года. Этот способ обеспечивает самую высокую эффективность работы теплового насоса, малый расход электроэнергии и дешевое тепло — на 1 кВт электроэнергии получают до 5 кВт тепловой энергии, но требует больших первоначальных капиталовложений на буровые работы

Обращаем внимание на нецелесообразность использования в Дальневосточном регионе систем отопления на так называемых «воздушных тепловых насосах», по сути обычных кондиционерах, в которых тепло для отопления здания забирается из наружного воздуха. Эти системы разработаны и успешно используются в более теплых странах, где не бывает значительных морозов — южных штатах США, Греции, Японии и т.д. Проблема в том, что размещенный снаружи теплообменник при температуре на улице около плюс 5 градусов Цельсия начинает покрываться льдом из-за замерзающего конденсата, резко снижается теплопередача, эффективность уменьшатся. При дальнейшем понижении температуры наружного воздуха эффективность становится близкой нулю, воздушный тепловой насос переходит на обычное электроотопление, что резко увеличивает расход электроэнергии.

Количество компрессоров в тепловом насосе — один или два. Тепловые насосы с двумя компрессорами значительно дороже однокомпрессорных, но более надежны, имеют больший моторесурс. Кроме того, при выходе из строя одного из компрессоров (любая техника когда-нибудь выходит из строя), возможно частично отапливаться одним компрессором до завершения ремонта.
Конструкция внешнего коллектора. В качестве внешнего коллектора большинство производителей тепловых насосов предусматривает полиэтиленовую трубу диаметром 25 — 40 миллиметров с циркуляцией незамерзающей жидкостью — водным раствором гликоля. Существуют также геотермальные тепловые насосы с медной трубой диаметром 6 — 10 миллиметров и циркуляцией фреона:

— полиэтиленовая труба в зависимости от диаметра имеет толщину стенки 2 — 2,4 миллиметра. Так, например, труба диаметром 40 миллиметров имеет толщину стенки 2,3 — 2,4 миллиметра. Такая толщина обеспечивает высокую надежность и прочность трубы — человек весом 110 килограмм трубу не сдавливает;

— геотермальные тепловые насосы с полиэтиленовой трубой и водным раствором являются конструктивно более сложными, но более эффективными и надежными, чем с медной трубой. Тепловые насосы с медной трубкой и фреоном конструктивно проще, но значительная (часто многокилометровая) длинна медной трубки с фреоном под давлением потенциально более опасна, чем полиэтиленовая.

При проектировании и монтаже целесообразно пользоваться требованиями, технологией и рекомендациями изготовителей оборудования и нормативно-правовой базой Европейского сообщества. Очевидно, что не все рабочие, которые могут взяться за работы по установке, знакомы с этими требованиями и технологиями. Использование неквалифицированного персонала приведет к некачественной установке.

Геотермальное отопление: принцип работы

Поговорим сегодня про геотермальное отопление и тепловые насосы. Для начала рассмотрим часть теоретическую: принципы работы, нюансы монтажа и его особенности при применении в местных условиях Складчатого Урала.

Принцип действия геотермального отопления: ликбез

Вспоминаем раздел молекулярной физики, в частности — раздел про свойства газов из школьного курса. Итак, если некоторые газы сжимать, они выделяют тепло — нагреваются, а если их расширять, они охлаждаются и выделяют холод. Примером такого газа является фреон. И как раз на этом свойстве основана работа обычного холодильника. А именно: компрессор сжимает газ, затем он охлаждается, проходя через радиатор сзади холодильника, отправляется по трубочкам во внутрь холодильника, где расширяется и охлаждает «внутренности». Напоминаем, что схема это очень упрощена. Но так работает обычный холодильник.

А что, если взять у нашего холодильника радиатор и поместить его в пол? Тогда мы получим теплый пол. Если же холодильную камеру закопать в землю (без дверцы), то обогрев пойдет за счет радиатора холодильника. И это уже будет тепловой насос – или холодильник наоборот, «неправильный» антихолодильник.

Принципы работы теплового насоса

Как же работает тепловой насос? Внутри у агрегата есть замкнутый контур с фреоном, на контуре 4 устройства. Первое – компрессор, который сжимает газ. Второе – это теплообменник. Третье – камера испарения или расширения. Четвертое – еще один теплообменник, согревающий фреон, сильно охлажденный после расширения.

Когда компрессор сжимает газ, он нагревается, допустим, до температуры 65 градусов и поступает в теплообменник, через него он нагревает теплоагент. Под воздействием циркуляционного насоса теплоагент проходит через теплый пол или радиатор, нагревая дом. При этом он остывает и снова возвращается к теплообменнику. Сжатый газ остывает и поступает в камеру испарения (она же — расширения), где остывает окончательно. Дальше газ идет на еще один теплообменник, где немного нагревается и снова отправляется в компрессор.

Излишний холод необходимо куда-то сбрасывать (через последний теплообменник перед компрессором). Вот для этого существуют разнообразные коллекторы (воздушные, солнечные и пр.).

Типы коллекторов

Давайте разберемся с типами коллекторов, связанных с водой и землей. Они бывают двух видов – открытые и закрытые. Открытые проще: есть две скважины производительностью примерно на 5 кубов, мы выкачиваем воду из одной, направляем ее на коллектор, вода остывает, и мы сбрасываем ее во вторую скважину. Таким образом происходит работа с теплообменником.

Схема простая, и вроде бы должна отлично работать. Однако проблема в том, что надо обязательно учитывать местные условия. Во-первых, расстояние между скважинами должно быть минимум метров 8-10, иначе их не пробурить, будет потеря давления и отсутствие выброса шлама. А в условиях Складчатого Урала даже на таком расстоянии скважины могут иметь разную производительность. По идее, сколько воды скважина дает, столько же может и принять. Но в разных геологических разрезах схема не действует.

Есть и другая проблема. В наших условиях мы получаем воду из производительной зоны трещиноватости. А если их две, расположены одна над другой, и та, что повыше – непродуктивна, другими словами, сухая, потому что где-то у нее есть точка разгрузки. Или когда из первой скважины, объемом 5 кубов, вода выкачивается и сбрасывается во вторую, но уходит всего полкуба, а остальное разгружается в другом месте, наступает момент, когда вода в скважине заканчивается, и система встает. Результат — всё и все замерзли.

Кроме того, в наших условиях далеко не все скважины выдают 5 кубометров, большая часть дает меньшее количество воды. По итогу, сделать такую систему во многих районах не всегда получается.

Закрытый тип коллектора

Теперь рассмотрим закрытый контур. Это труба, которая тоже замкнута в контур, с циркулирующим «рассолом» — специальным образом перемешанными спиртом и водой. Циркуляция происходит при помощи насоса. Располагается замкнутый контур (он же коллектор) или вертикально, или горизонтально.

Горизонтальный контур можно вкопать в землю, ниже точки промерзания, или утопить в водоеме (соответственно, непромерзающем до дна или проточном, поскольку тепло мы будем забирать и замораживать все вокруг). Это дешево. Но обязательно привлечет внимание санитаров и экологов: при утечке «рассола» из коллектора вся живность рискует погибнуть.

Что касается закопанного коллектора, то при постоянном охлаждении грунта трава на поверхности появится только к середине короткого уральского лета. Постепенно начнется эрозия почвы, с вечной грязью и пылью. Можно закатать участок в асфальт, но трещин и провалов не избежать. Кроме того, учитывая глубину промерзания, вкапывать горизонтальный коллектор на 2,20 метра, тоже сомнительное удовольствие.

Вертикальный коллектор геотермального отопления

Это такой же замкнутый контур из труб (обычно, полиэтиленовых), по которому бегает «рассол» под действием насоса. То есть труба уходит вниз и поднимается вверх, создается колено, на котором ставится тепловой зонд (или наконечник). Температура воды и земли внизу 4 градуса, и за счет определенного метража мы можем получить заданное количество теплоты. Но метраж должен быть немалым: для обычного загородного домика необходимо метров 200. Это одна скважина по 200, или две по 100, или четыре по 50 метров – прикидываем стоимость буровых работ.

При монтаже трубы в пробуренную скважину возникают свои интересные «эффекты». Например, полиэтилен легче воды, и пустая труба с наконечником всплывает обратно. Смонтировать ее без специнструмента довольно сложно.

Когда скважин много, все трубы сводят в концентрационном колодце, откуда дальше направляют в дом. После чего элементы укладываются, соединяются, подключаются, и после пуско-наладки система начинает работать.

Это в теории. А вот про экономику и практику мы поговорим в следующей части. Ждите новый видеоролик о геотермальном отоплении с выводами об эффективности данной системы в местных условиях.

Есть вопросы? Пишите в WhatsApp
Наш канал в Телеграм 
Мы в Вконтакте
Мы в OK.RU
Мы на Facebook
Телефон: +7 (343) 268-17-07

принцип работы, преимущества, выполнение монтажа

Из-за постоянного роста цен на энергоносители люди стараются стать энергетически независимыми. Так, более актуальным становится использование альтернативных источников тепла. Речь идет о геотермальной системе отопления, предполагающей применение специальных насосов. Благодаря ей становится возможным получение тепла непосредственно из земли.

Принцип работы системы отопления

Люди всегда старались получить тепло, исходящее из недр земли. Благодаря появлению геотермального отопления это стало возможным.

В центре земли располагается магма, прогревающая землю. Из-за наличия верхнего слоя грунта она не охлаждается. Достаточно было научиться применять такое тепло, чтобы открыть альтернативный источник тепла. При его грамотном использовании удастся решить проблему теплообеспечения любых загородных домов.

Многие люди считают принцип работы геотермального теплового насоса довольно сложным. На самом деле достаточно разобраться с особенностями отопления из земли. Работа системы возможна благодаря наличию внешнего контура, выполняющего функции теплообменника. Он располагается в воде либо под землей. Внутри этого элемента располагается вода или любая другая жидкость, вбирающая в себя тепло. Теплоноситель попадает в геотермальный насос, аккумулирующий тепло. Это оборудование распределяет полученную энергию по всему внутреннему контуру.

Стоит отметить, что подобные тепловые насосы соответствуют стандартным размерам, однако их производительность оказывается действительно высокой.

Разновидности геотермальных систем

Существует несколько видов таких систем отопления. Все они отличаются только теплообменником. Его выбор зависит от особенностей участка и некоторых нюансов местности.

• Горизонтальный теплообменник используется для отопления только при наличии значительной территории, где нет огорода либо сада. Если вы хотите обеспечить тепловую энергию для загородного дома площадью в 200 м², то размеры земельного участка должны составлять минимум 600 м². Трубы располагаются в подготовленных траншеях, находящихся ниже уровня промерзания земли. Естественно, эта глубина может быть разной в зависимости от региона.
• Вертикальный теплообменник помогает сэкономить место. Устанавливать такое оборудование можно, сохраняя ландшафт местности. Для углубления зондов применяется бурильное оборудование, что делает использование тепловых насосов дорогим. Важно помнить о том, что глубина скважины составляет около 100 м, а диаметр – не более 150 мм.
• Некоторые теплообменники размещаются в толще воды. Подобный вариант отопления признан наиболее экономным, однако он подойдет только для тех людей, чей дом находится на расстоянии в 100 м от ближайшего водоема. В таком случае удастся использовать тепловую энергию воды. Соответственно, все трубы укладывают непосредственно на дно озера или пруда глубиной минимум в 2,5–3 м. Площадь водоема должна составлять хотя бы 200 м².

Многие люди затрудняются сделать выбор. Чтобы не ошибиться, стоит учесть финансовые возможности и некоторые особенности земельного участка. Если рядом с домом располагается водоем, который соответствует всем упомянутым требованиям, то удастся организовать геотермальное отопление своими руками. Причем разрешение на использование тепловых насосов и выполнение работ от каких-либо инстанций не потребуется. Если говорить об использовании других систем, то для вертикального теплообменника потребуются значительные финансовые вложения, а для горизонтального – много незанятой земли.

Преимущества подобного способа отопления

Существует много противоречивых мнений об альтернативных источниках тепла. Естественно, геотермальное отопление дома не стало исключением. Однако объективных преимуществ у такой системы действительно много.

• В ходе экспериментов было доказано, что благодаря использованию тепловых насосов удастся получить тепло с минимальными затратами. Подобный вид отопления отличается действительно высоким КПД, а средства окупятся очень быстро.
• Количество энергии, которое может выделять грунт, считается безграничным. Соответственно, даже самой холодной зимой в помещении будет тепло.
• Благодаря подобной системе не придется покупать топливо и организовывать место для его хранения.
• Работа геотермального отопления осуществляется в автономном режиме, а значит, контроль или обслуживание не потребуются.
• Подобный вариант считается действительной экологичным. Это объясняется тем, что в процессе работы системы химические вещества не применяются. В свою очередь, это помогает избежать возможного возгорания.
• При желании можно реализовать подобную систему своими руками. Причем на выполнение работ потребуется минимум средств.
• Если вы правильно установили тепловой насос и учли особенности оборудования, то получите вечный источник тепла.

Самостоятельная организация геотермального отопления

Как уже упоминалось ранее, подобная система является наиболее доступной, а значит, каждый владелец дома может воспользоваться энергоресурсами земли. При этом организация геотермального отопления не потребует значительных вложений или человеческих ресурсов. Монтаж системы своими руками довольно прост. В данном случае главное – выполнить правильные расчеты.

Естественно, установка оборудования и самих тепловых насосов зависит от выбранного типа теплообменника.

• Проще всего выполнить монтаж при условии, что дом расположен возле водоема. В таком случае достаточно нанять нескольких помощников и спецтехнику, чтобы проложить трубу на дне. После этого останется лишь подключить тепловой насос, после чего в доме станет тепло.
• Если вы отдали предпочтение горизонтальному теплообменнику, то придется перекопать участок. Впоследствии здесь не удастся организовать сад или огород.
• Наиболее сложной считается установка вертикального теплообменника. Выполнение такой работы стоит доверить специалистам, имеющим соответствующий опыт и профессиональное бурильное оборудование.

Помимо укладки труб, необходимо обратить внимание на монтаж самого теплового насоса. Подобный прибор должен быть правильно установлен, иначе система окажется неэффективной.

Геотермальное отопление стало использоваться совсем недавно. Благодаря ему удается получить дешевую энергию с минимумом расходов. Чтобы такой альтернативный вариант оказался эффективным, необходимо учесть все требования, а также правильно установить тепловой насос.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Особенности и принцип работы геотермальной установки для отопления дома

Перед каждым владельцем загородного дома встает такой важный вопрос, как обеспечение подачи тепла во все жилые помещения. Сегодня различные производители предлагают свои варианты индивидуального отопления частных коттеджей за пределами города. Новинкой в этой сфере можно назвать геотермальное отопление. Конечно, большинство владельцев домов уверены, что столь удобную и экономичную системы подачи тепла можно монтировать лишь в тех районах, где есть гейзеры, вулканические образования и горячие водные источники. Современные установки такого типа способны успешно работать и в умеренных широтах, с теплыми источниками при невысоких температурных показателях.

Особенности геотермального отопления

Геотермальное отопление относится к альтернативным видам подачи тепла в доме. Такой вариант тепловой установки можно назвать практически идеальным для обустройства частного дома или загородной дачи. Для работы в системе используется геотермальная энергия, которая добывается из различных природных источников тепла. Основной принцип работы в такой установке схож с работой ходильной системы. Главное отличие при этом следующее: если в холодильнике рефрижератор продуцирует из полученной системы охлаждение для воздуха, то здесь вырабатывается тепловая энергия. Слаженная работа возможна даже при низких температурных характеристиках.

Главная особенность геотермального отопления в доме заключается в том, что в теплую летную пору воздух в доме охлаждается, а вот зимой нагревается. При этом затраты на такое отопление очень низкие в сравнении с другими тепловыми установками. В чем-то работа такой системы схожа с кондиционированием воздушных потоков. Она помогает создать в доме нужные тепло и уют, обеспечивая хозяевам комфортные условия проживания в доме.

Принцип геотермального отопления

Геотермальная установка работает в автономном режиме, четко регулируя при этом необходимую в помещении температуру. Принцип, заложенный в основу ее работы, одинаков для всех установок, поэтому он независим от различных производителей комплектующих элементов. Основная работа возлагается на специальные насосы, которые могут иметь некоторые отличия между собой по дизайнерскому решению, разновидностям, но при этом коэффициентные данные по производительности тепла у всех них аналогичны. Что касается используемой энергии, то геотермальная система успешно работает с различными видами энергии земли.

Состоит система из двух контуров, а именно:

• внутреннего;
• внешнего.

Первый из упомянутых представлен привычной для многих отопительной установкой из соединения труб и радиаторных элементов. Внешний контур — это габаритный теплообменник, который монтируется под толщей земли или же в водном массиве. Внутри по нему циркулирует особая жидкость с добавлением антифриза, иногда еще его заполняют обычной водой. Теплоноситель набирает температуру окружающей среды, и уже прогретый поступает далее в геотермальный насос. Накопленное таким образом тепло передается далее внутреннему контуру. Это позволяет прогревать воду в радиаторных элементах и трубах по дому.

Способы реализации геотермальной установки

Такое отопление отличается между собой по способам установки теплообменника. На сегодня используются три разновидности:

1. Вертикальный теплообменник: отличается компактностью и более высокой себестоимостью установки в сравнении с другими видами. Для установки вертикального теплообменника не нужно использовать большую площадь, но понадобится использование специализированных бурильных установок. В зависимости от выбранной технологии глубина готовой скважины может достигать показателя до 200 метров, минимальный показатель — 50 метров. Срок службы системы составляет до одной сотни лет. Выгодно устанавливать такой вид геотермального отопления в случае монтажа на уже обустроенном участке. Ландшафт местности останется практически не тронутым.
2. Горизонтальный теплообменник: такой тип используется довольно часто. При монтаже горизонтального теплообменника трубы укладываются на большую достаточно глубину, которая обязательно превышает уровень промерзания грунта. Основной минус использования именно такой разводки заключается в том, что под монтаж коллектора необходимо использовать большую площадь. Трудно проложить такую систему на уже обустроенном участке.
3. Водоразмещенный теплообменник: такая установка является наиболее экономной по затратам среди всего разнообразия геотермального отопления, так как работает за счет энергии водных массивов. Такая система актуальна для тех домовладельцев, у которых на расстоянии сотни метров есть какой-либо водоем. Такой теплообменник наиболее выгодный, что делает его монтаж наиболее целесообразным среди всех разновидностей подобного отопления.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Актуальным геотермальное отопление стало в Америке в период кризиса в 80-е годы. Изначально монтаж установок стоил больших денег и такое отопление использовалось исключительно состоятельными людьми, но позже геотермальное отопление стало более доступным для массового использования населением.

Преимущества использования геотермального отопления в частном жилище:

• энергию геотермального вида получать и в дальнейшем использовать можно практически в любом месте;
• подача такого вида тепла неограниченна;
• использование такой энергии считается наиболее устойчивым;
• энергия геотермального вида не содержит в себе разного рода вредные выбросы от сгорания углекислого газа;
• отопление на основе геотермальной установки не требует оказывать дому постоянное обслуживание;
• отопление считается бесплатным для владельца дома;
• насосы установки занимают намного меньше места, чем аналогичные тепловые установки, геотермальному насосу под установку нужно места примерно столько же, как и, к примеру, холодильнику;
• геотермальная энергия помогает, как нагревать помещение, так и при необходимости охлаждать его, принцип работы схож с алгоритмом работы кондиционеров;
• при желании можно устанавливать такое отопление совместно с другими системами подачи тепла, например, с газовой системой, дизельной или работающей за счет энергии солнца.

Несмотря на целый ряд позитивных моментов использования такого вида отопления, геотермальные установки имеют и свои недостатки, основные среди которых такие:

• высокие показатели себестоимости для монтажа всей системы;
• долгий срок окупаемости.

Такие недостатки системы отопления меркнут в сравнении с нынешними тенденциями мирового удорожания различных видов топлива. Конечно, срок окупаемости длительный, но за сотню лет геотермальная установка покажет все свои плюсы и докажет свою экономичность на практике. Такой вид отопления уже по достоинству оценили в целом ряде стран Европы и в Америке. К примеру, в Швеции около 70% частных домовладельцев выбрали в качестве отопления именно такую систему.

Видео

Сергей Елгазин разузнал все о геотермальном отоплении в одном из финских домов:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Принцип работы геотермального теплового насоса

        Тепловые насосы «Dewix»  являются  экономичными и легкими в эксплуатации.   Использование теплового насоса  выгоднее в денежном эквиваленте, по сравнению с использованием отопления газом, электричеством, дровяными котлами.  Стоимость теплового насоса с его установкой, конечно, не малая, но в то же время  это прекрасная инвестиция. Стоимость насоса отобьется уже за 2 года!  И Вы начнете существенно экономить деньги на отоплении. А ведь ресурс данного устройства — не менее 20 лет! 

  Недры земли дают нам бесплатное тепло. Почему же не использовать его для своей выгоды?! Тепловой насос благодаря своей конструкции помогает использовать тепло земли и преумножать его в несколько раз!

      Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос —  устройство, которое выкачивает тепло из земли и с его помощью отапливает Ваш дом. Система состоит из двух контуров – внутреннего и внешнего, соединяющихся между собой тепловым насосом. Внутренний контур —  это традиционная система отопления в доме —  радиаторы, теплые полы и т.д. Внешний – теплообменник, который монтируется под землей.  В нем циркулирует незамерзающая жидкость – рассол  или антифриз. Эта жидкость принимает на себя температуру грунта и уже прогретая поступает в геотермальный (тепловой) насос,  который и передает это тепло внутреннему контуру,  так и происходит нагрев воды в радиаторах.

 

 

  Геотермальный (тепловой) насос – основная составляющая системы. Этот небольшой, размером со стиральную машину, агрегат функционирует как холодильник, только наоборот.  Холодильник переносит тепло изнутри во вне.  Тепловой насос переносит тепло, накопленное в почве, в Ваш дом.    

 

 

 

 

        Тепловой насос состоит из 4-х основных агрегатов:

1. испаритель
2. конденсатор
3. расширительный вентиль (дроссель, понижает давление)
4. компрессор (повышает давление)

Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом.   В системе трубопроводов циркулирует хладагент. В испарителе происходит процесс кипения хладагента за счет поступления тепла от теплоносителя.  Образующиеся от процесса пары сжимаются компрессором, что также сопровождается повышением  температуры, и поступают в конденсатор, где происходит уже отбор тепла в систему отопления.  Из конденсатора жидкий,  с уже понизившейся температурой, хладагент поступает на дроссельный клапан, осуществляющий автоматическое поддержание  процесса кипения  хладагента в испарителе.  За счет одновременной работы агрегатов теплового насоса  и повторения при этом термодинамического цикла реализуется  постоянный нагрев воды до задаваемой температуры.

Тепловой насос, конечно, затрачивает электроэнергию для питания компрессора и насосов, которые перекачивают теплоноситель, но при этом добытое из земли тепло в 3-4,5 раза больше, чем затраченная  электроэнергия! В этом и заключается выгода!  Получаете больше в 3-4,5 раза, чем затрачиваете!

Геотермальное отопление дома: принцип работы | Полезное

В связи с повышением цен на традиционное топливо, потребители все чаще задумываются об использовании альтернативных источников энергии. Достойной альтернативой газовым котлам и работающим на угле, стали теплонасосы — отбирают тепло из грунта или подземных вод.

Принцип действия таких агрегатов основан на переносе преобразованной теплоэнергии от источника к потребителю. Грунт и подземные воды имеют стабильную среднегодовую температуру, которая колеблется в пределах 7-12°C, на глубине ниже уровня промерзания. Этого условия достаточно, чтобы обеспечить эффективное геотермальное отопление дома.

Геотермальные тепловые насосы требуют установки коллектора, внешнего контура, который может быть:

• Горизонтальный. Укладывается ниже уровня промерзания грунта. Извлекает энергию из почвы.
• Вертикальный. Требует бурения специальных скважин, получает тепло из грунта или подземных вод.

Расчет геотермального отопления дома

Владельцы частных домов, решившие перейти на более экономичный вид энергоресурсов, могут оценить эффективность геотермального теплонасоса, вычислив мощность, которая потребуется ему для отопления здания. Делается это по формуле:

Q = (k x V x ∆T)/860, где:

Q — теплопотери здания, по этому параметру выбирается мощность теплового насоса для обогрева помещения (ккал/час). 1 кВт/ч = 860 ккал/ч;

k — усредненный коэффициент теплопередачи конструкций здания: например, если k=1, здание из кирпича, k=0,6 — хорошо утеплено, а 4 — это пристройка из досок;

V — суммарный объем всего отапливаемого помещения, в куб.м.;

∆T — максимальный перепад температур внутри и снаружи помещения.

Возьмем капитальный кирпичный дом площадью 100 м и высотой стен 3 м. Минимальная внешняя температура зимой составляет -25ºС, в доме 20ºС. В итоге, получаем:

Q = (1*300*(20-(-25))/860 = 15,698 кВт.

Таким образом для отопления нашего здания нам потребуется тепловой насос мощностью 16 кВт.

Каким будет геотермальное отопление для дома и принцип его работы выбирают, исходя из географических особенностей местности — наличия свободных участков земли, водоемов, глубины промерзания грунта. Если местность не позволяет установку горизонтального коллектора. Все расчеты лучше доверить специалистам профильной компании, имеющим практический опыт монтажа геотермальных систем.

Схема системы геотермального отопления дома

Устройство геотермальной системы отопления состоит из:

• непосредственно насоса,
• внешнего теплообменника — коллектора,
• внутреннего отопительного контура, в который поступает тепло. Это могут быть радиаторы, теплые полы, и т.д.

Во внешнем элементе хладагент забирает тепло из источника — грунта или воды. Далее хладагент циркулирует в системе и в конце отдает тепло в отопительный контур.

Учитывая, что земля и вода — ресурсы неисчерпаемые, а за использование их в качестве источников тепла не нужно платить, то геотермальное отопление дома выгодно в долгосрочной перспективе и окупается за несколько лет. Причем рабочий ресурс системы в несколько раз выше. Естественно, теплонасос потребляет какое-то количество электроэнергии, но оно в 4-5 раз меньше количества тепла, которое он генерирует.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Принцип работы системы геотермального отопления — Gebwell

Геотермальная тепловая энергия собирается при помощи устанавливаемых под землей трубопроводов контура сбора тепла. При помощи системы геотермальных насосов она может использоваться для отопления зданий и нагрева бытовой воды.

При помощи геотермального насоса собранная тепловая энергия может использоваться для производства горячей бытовой воды, а также для отопления и охлаждения здания. Геотермальная энергия возникает в результате солнечного излучения и накапливается в земле.

Утилизация тепла

Трубопроводы контура сбора тепла могут быть установлены горизонтально в поверхностные слои почвы, погружены в водоем или установлены в вертикально пробуренных в скале скважинах. Вертикально пробуренные скважины называются геотермальными скважинами и представляют собой наиболее распространенное технологическое решение в области сбора геотермальной тепловой энергии. Такое решение подходит даже для небольших земельных участков и является более энергетически эффективным, чем контуры, установленные горизонтально.

По трубопроводам контура сбора тепла циркулирует незамерзающая, безвредная для окружающей среды жидкость-теплоноситель, которая собирает накопившуюся в земле тепловую энергию. В испарителе теплового насоса энергия теплоносителя передается в хладагент, при этом жидкость-теплоноситель остывает приблизительно на три градуса.

Температура хладагента повышается при помощи компрессора. Через конденсатор тепловая энергия из хладагента передается в воду, циркулирующую в отопительной системе здания (сеть нагрева полов или батареи), а также для подогрева бытовой воды в теплонакопителе.

Распределение тепла

Лучшие показатели КПД теплового насоса достигаются при распределении тепла с помощью системы отопления полов или другой низкотемпературной системы отопления. В системе отопления полов температура прямой сетевой воды ниже (28–40 градусов), чем, например, в отопительных батареях, где температура прямой сетевой воды может составлять 35–60 градусов. Тем не менее, наличие отопительных батарей не является препятствием для установки теплового насоса, так как с помощью геотермальных насосов Gebwell возможна надежная выработка воды с температурой до 60 градусов.

Геотермальный тепловой насос — Принцип работы и экономика

Геотермальные тепловые насосы, которые также часто называют земными, водными или наземными тепловыми насосами, используются уже почти 70 лет, начиная с 1940-х годов. Эти насосы используют умеренную температуру земли как для обогрева, так и для охлаждения. Температура под поверхностью земли остается относительно постоянной в течение всего года, обычно в диапазоне от 45 ° F (7 ° C) до 75 ° F (21 ° C), что означает, что зимой температура почвы выше, чем воздух, и поэтому используется для обогрева, а летом температура земли ниже по сравнению с воздухом, и поэтому используется для охлаждения.

Как работают геотермальные тепловые насосы? Их принцип работы намного проще, чем многие думают, и геотермальные тепловые насосы в основном имеют тот же принцип работы, что и кондиционеры или холодильники, за счет передачи тепла. Проще говоря, геотермальные тепловые насосы могут передавать тепло из прохладного помещения в теплое, против естественного направления потока, или они могут увеличивать естественный поток тепла из теплого помещения в более прохладное, что зависит от того, они используются для отопления (зимой) или для охлаждения (летом).

Здесь также следует упомянуть разницу между геотермальными тепловыми насосами и воздушными тепловыми насосами (например, компрессор). В то время как тепловой насос с воздушным источником передает тепло наружному воздуху или из него, геотермальный тепловой насос обменивается теплом с землей, что делает этот процесс намного более эффективным, поскольку температура под землей намного более постоянна по сравнению с температурами воздуха, которые значительно меняются в течение года.

Геотермальные тепловые насосы могут быть системами открытого или закрытого типа.Системы с открытым контуром забирают колодезную воду для использования в качестве источника тепла или радиатора, а после использования возвращают эту колодезную воду в дренажное поле или другой колодец. В системах с замкнутым контуром используется вода и раствор антифриза, циркулирующие в заземляющем контуре трубы, чтобы извлекать тепло из земли. Контуры заземления могут быть установлены в вертикальном колодце или горизонтальном контуре. Горизонтальная петля обычно является наиболее рентабельной, а вертикальная петля сегодня используется только там, где мало места на площадке или когда поверхностные породы затрудняют бурение из-за высоких затрат на бурение.

Большинство людей хотят знать о геотермальных тепловых насосах, сколько они стоят. Цена установки геотермальной системы во многих случаях как минимум вдвое превышает цену обычной системы. В среднем геотермальная система с тепловым насосом стоит около 2500 долларов за тонну мощности, а среднему домашнему хозяйству потребуется трехтонная установка стоимостью около 7500 долларов. Это не окончательная стоимость, так как вам также нужно добавить затраты на бурение, и эти затраты могут значительно варьироваться в зависимости от района, в котором вы живете, и качества местности.Если, например, ваша система должна быть пробурена вертикально глубоко под землей, затраты на бурение будут значительными, и поэтому общая стоимость бурения может составить от 10 000 до 30 000 долларов или даже больше.

Как вы можете видеть, затраты на установку относительно высоки, но разница обычно окупается в экономии энергии через 3-10 лет, что очень приемлемо, особенно с учетом того, что срок службы системы оценивается в 25 лет для внутренних компонентов и 50+ лет для земли. петля. Компоненты внутри дома небольшие и легко доступны для обслуживания, а вся система работает бесшумно, потому что в отличие от кондиционеров в этих системах нет внешних конденсаторных агрегатов.

Каждый год в Соединенных Штатах устанавливается около 50 000 новых геотермальных тепловых насосов, а во всем мире в настоящее время установлено более миллиона единиц, обеспечивающих около 12 ГВт тепловой мощности, с ежегодным темпом роста 10%.

Каковы принципы геотермального охлаждения?

Охлаждение дома с помощью геотермального теплового насоса — один из самых надежных и энергосберегающих методов кондиционирования воздуха. По оценкам Министерства энергетики США, геотермальные тепловые насосы работают в три-четыре раза эффективнее, чем стандартные воздушные тепловые насосы.Они также обладают необычайной долговечностью: компоненты внутреннего теплового насоса могут прослужить 20 лет, а змеевики в земле — более 50. Геотермальная энергия также производит мало выбросов, что также делает ее хорошей идеей для окружающей среды.

Но как геотермальная энергия охлаждает дом? Мы объясним удивительно простой способ, которым геотермальный тепловой насос обеспечивает такое же мощное охлаждение, как и любой стандартный кондиционер.

Если вы хотите начать работу с геотермальным охлаждением в Нью-Хейвене, Коннектикут, свяжитесь с нашими техническими специалистами Celco Heating and Air Conditioning.Мы помогаем клиентам круглый год с 1976 года.

Как работает геотермальное охлаждение

Основным принципом геотермального охлаждения является теплообменник , который также используется в кондиционерах и тепловых насосах с воздушным источником тепла. Геотермальные системы домашнего комфорта — это разновидности тепловых насосов: они перемещают тепло из одного места и передают его в другое. Однако стандартный тепловой насос использует воздух в качестве среды для теплообмена. В жаркую погоду тепловой насос отводит тепло из воздуха в помещении и выводит его наружу, снижая температуру в помещении.В холодную погоду происходит обратный процесс.

Геотермальный тепловой насос, однако, является тепловым насосом , работающим на земле, : он использует тепло земли для половины процесса теплообмена. Летом внутренний блок поглощает тепло за счет испарения, как и кондиционер. Но он перемещает тепло через заполненные водой змеевики вниз в землю и откладывает его там. Катушки заземления зарыты на 10 футов или глубже под поверхностью, где температура стабилизируется на отметке 55 ° F.Благодаря стабильной температуре геотермальные тепловые насосы достигают высокого КПД; им не нужно беспокоиться о колебаниях температуры в воздухе, которые могут затруднить теплообмен. Это особенно важно зимой, когда тепловой насос переключается из режима охлаждения в режим нагрева; низкие температуры зимы в Коннектикуте не влияют на тепловой насос, работающий от источника тепла, потому что температура под землей остается прежней.

Профессиональная геотермальная установка

Работа, необходимая для установки геотермального теплового насоса, является интенсивной и требует много времени.Доверьте это только опытным установщикам, которые сделают работу максимально гладкой и быстрой. Чтобы получить качественную установку для геотермального охлаждения в Нью-Хейвене, Коннектикут, свяжитесь с Celco Heating and Air Conditioning прямо сейчас. Мы также ремонтируем и обслуживаем геотермальные тепловые насосы, поэтому вы можете рассчитывать на то, что мы позаботимся о вашей системе на долгие годы.

Теги: Геотермальное охлаждение, Нью-Хейвен
Пятница, 16 мая 2014 г., 12:36 | Категории: Кондиционер |

Как работают геотермальные тепловые насосы • Earth River Geothermal, Inc.

Геотермальные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха — часто задаваемые вопросы
Геотермальные системы — подробный обзор

Energy 101: Геотермальные тепловые насосы

Как работает геотермальное отопление и охлаждение

В геотермальных тепловых насосах нет ничего волшебного. Геотермальные тепловые насосы в основном работают так же, как и любой другой тепловой насос. Тепловые насосы — это машины, которые используют цикл охлаждения (такой же, как в вашем холодильнике) для передачи тепла — они делают его горячим с одной стороны и холодным с другой.Зимой вы хотите, чтобы в вашем доме было жарко, а на улице — холодно, а летом наоборот.

Особенность геотермальных тепловых насосов заключается в том, что они связаны с землей, а не с внешним воздухом. В Мэриленде температура на глубине 10 футов под землей составляет постоянные 57 градусов, что является отличной температурой для геотермальной системы. Когда на улице холодно, обычные тепловые насосы становятся все менее и менее эффективными, потому что они пытаются передавать тепло в ваш дом от холодного наружного воздуха, что неэффективно и дорого, если не невозможно.

Геотермальные тепловые насосы не имеют этой проблемы, потому что они передают тепло от относительно теплой земли с температурой 57 градусов. Кроме того, геотермальные тепловые насосы используют воду в качестве теплоносителя. Вода передает тепло в 200 раз лучше, чем воздух (воздух на самом деле является изолятором). Вуаля, благодаря соединению геотермального теплового насоса с землей теперь у вас есть сверхэффективный способ получения тепла зимой. Летом цикл хладагента меняется на противоположный, и у вас есть суперэффективный способ охлаждения вашего дома.Хорошо, может быть, здесь есть немного магии, но это хорошая магия, которая экономит ваши деньги и заставляет чувствовать себя комфортно.

Узнайте больше о геотермальных тепловых насосах из грунтовых источников, прочитав статью под названием «Геотермальное отопление и охлаждение в Мэриленде», в которой представлена ​​геотермальная энергия на земной реке.

• Программа геотермальных технологий Министерства энергетики США: Геотермальные тепловые насосы
• Как работает система геотермального отопления и охлаждения с водяной печью

Водяная печь — Геотермальные системы отопления и охлаждения Видео

Возобновляемые источники энергии в жилищном секторе

Геотермальные тепловые насосы работают за счет использования возобновляемой солнечной энергии, хранящейся в земле, что обеспечивает экономию до 72% затрат на отопление и охлаждение .Хотя он работает аналогично стандартному тепловому насосу, геотермальный тепловой насос обменивается теплом с землей, а не с наружным воздухом. Температура наружного воздуха может сильно варьироваться от дня к ночи или от зимы к лету, в то время как температура всего в нескольких футах от поверхности земли круглый год в среднем составляет от пятидесяти семи до семидесяти градусов по Фаренгейту.

Чтобы понять, почему это так важно, давайте рассмотрим традиционные системы кондиционирования. Чтобы охладить ваш дом, обычная система собирает тепло в помещении и выводит его наружу.К сожалению, летние температуры могут легко достигать девяноста или ста градусов, что означает, что наружный воздух уже наполнен теплом и не желает принимать больше. Процесс обмена становится все труднее и труднее. В результате обычный тепловой насос или кондиционер становится наименее эффективным именно тогда, когда вам нужно, чтобы он был наиболее эффективным.

Earth River Geothermal эксклюзивно устанавливает вертикальные геотермальные системы отопления и охлаждения с замкнутым контуром
в штате Мэриленд.

Как работает геотермальное охлаждение

Геотермальная установка никогда не видит жаркого летнего воздуха. Он собирает тепло из вашего дома и перемещает его на более прохладную землю 57 °. Не имеет значения, насколько сильно меняются внешние условия; земля остается относительно постоянной. Благодаря постоянной температуре земли геотермальный тепловой насос более чем в два раза эффективнее охлаждает, чем любой обычный тепловой насос или кондиционер.

Как работает геотермальное отопление

Чтобы обогреть ваш дом, обычный тепловой насос реверсирует, собирая наружное тепло из воздуха и перемещая его в помещение.К сожалению, по мере того, как зимние температуры падают, тепла для сбора становится все меньше и меньше. Опять же, процесс обмена усложняется, и тепловой насос становится наименее эффективным именно в то время, когда он необходим для максимальной эффективности. Геотермальная установка никогда не видит холодного зимнего воздуха. Он извлекает из резервуара с гораздо более высокой температурой 57 °, концентрирует его и переносит в ваш дом.

КПД геотермального теплового насоса

И в отличие от традиционной печи, которая возвращает менее 96 ¢ тепла на каждый доллар, потраченный на сжигание дорогого, загрязняющего ископаемого топлива, геотермальный тепловой насос возвращает до пяти долларов тепла на каждый доллар, потраченный на электричество.Это потому, что, в отличие от печи, геотермальный тепловой насос не вырабатывает тепло за счет сгорания — он просто собирает и перемещает его.
Теперь, когда вы знаете о преимуществах использования Земли, давайте посмотрим, как это достигается. Геотермальная система использует серию подземных труб, называемых «петлей». Контур заземления устраняет необходимость в ископаемом топливе. Это сердце геотермальной системы и ее самое большое преимущество перед обычными технологиями отопления и охлаждения.

Геотермальные системы с замкнутым циклом

В системах с замкнутым контуром раствор на водной основе циркулирует через набор подземных труб из полиэтилена высокой плотности малого диаметра.Есть три основных типа замкнутых систем. Там, где пространство ограничено, используются вертикальные петли. Ну, буровое оборудование используется для бурения скважин небольшого диаметра, глубиной от ста до четырехсот футов. Горизонтальные петли обычно предпочтительнее, если доступно больше места. Трубы укладываются в траншеи длиной от 100 до 400 футов. Если поблизости есть водоем, его можно использовать для создания петли пруда. Катушки трубы просто кладут на дно пруда или озера для улавливания геотермальной энергии.

Геотермальные системы открытого цикла

Системы с открытым контуром — вариант, если вода много и мало минералов. Эти системы используют грунтовые воды из колодца в качестве прямого источника энергии.

Экологичность и экономичность

Геотермальные системы признаны Агентством по охране окружающей среды США как наиболее экологически чистая, экономичная и энергоэффективная из имеющихся технологий обогрева и охлаждения. Геотермальные тепловые насосы помогают электроэнергетическим компаниям значительно снизить пиковые нагрузки.Снижая спрос на электроэнергию, геотермальные системы уменьшают потребность в новых электростанциях, которые обычно работают на угле или природном газе. По сравнению с системой электрического сопротивления, типичный дом площадью 2500 квадратных футов с геотермальной системой может сэкономить электроэнергетической компании более девяти тонн угля в год.

Эти системы также минимизируют угрозы кислотных дождей, загрязнения воздуха, парникового эффекта и проблем глобального потепления, напрямую связанных со сжиганием ископаемого топлива.Фактически, установка одной геотермальной установки — это экологический эквивалент посадки семисот пятидесяти деревьев или удаления автомобилей с дороги.

Как видите, есть много причин для перехода на геотермальный тепловой насос. Это самая эффективная из имеющихся систем кондиционирования. Это экологически чистый. У него самый долгий срок службы… и он обеспечивает тихий комфорт. Вот почему мы называем это умным с нуля!

Как работают геотермальные тепловые насосы

Геотермальные системы обеспечивают высокий комфорт.Благодаря точному распределению комфортного воздуха в течение всего года исключаются горячие и холодные точки. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! » Зимой вы будете наслаждаться теплым воздухом без дутья, связанного с печами. По сравнению с воздушным тепловым насосом воздух, поступающий в ваш дом через геотермальный тепловой насос, намного теплее, и больше нет шумных уличных вентиляторов, работающих днем ​​и ночью.
Тепловые насосы «геотермальная вода — воздух» также вырабатывают бесплатную горячую воду для бытовых нужд , что дополнительно снижает затраты на коммунальные услуги.

Эти системы также делают использование лучистого теплого пола рентабельным в эксплуатации — впервые — благодаря тому факту, что котлы больше не требуются.

Это особенно полезный опыт, позволяющий повысить комфорт вашего собственного дома, сократить выбросы углекислого газа и в то же время сэкономить деньги на счетах за коммунальные услуги. Каждый из наших клиентов доволен своим переходом на геотермальное отопление и охлаждение.

Посмотрим, что мы можем для вас сделать!

Геотермальные тепловые насосы | Министерство энергетики

Управление геотермальных технологий занимается только производством электроэнергии.Для получения дополнительной информации о геотермальном отоплении и охлаждении, а также о тепловых насосах, использующих грунтовые источники, посетите Отдел строительных технологий Министерства энергетики США (DOE).

Геотермальный тепловой насос, также известный как геотермальный тепловой насос, представляет собой высокоэффективную технологию использования возобновляемых источников энергии, которая получает широкое распространение как в жилых, так и в коммерческих зданиях. Геотермальные тепловые насосы используются для отопления и охлаждения помещений, а также для нагрева воды. Преимущество наземных тепловых насосов заключается в том, что они концентрируют естественное тепло, а не производят тепло за счет сжигания ископаемого топлива.

Видео: Энергия 101: Геотермальные тепловые насосы

Технология основана на том факте, что земля (под поверхностью) остается при относительно постоянной температуре в течение всего года, теплее воздуха над ней зимой и прохладнее летом. , очень похоже на пещеру. Геотермальный тепловой насос использует это преимущество, передавая тепло, накопленное в земле или грунтовых водах, в здание зимой и передавая его из здания обратно в землю летом.Другими словами, земля зимой действует как источник тепла, а летом — как теплоотвод.

Система состоит из трех основных компонентов:

1. Подсистема заземления
   Используя землю в качестве источника / поглотителя тепла, ряд соединенных труб, обычно называемых «петлей», закапывают в землю рядом со зданием. быть обусловленным. Петлю можно закапывать как вертикально, так и горизонтально. В нем циркулирует жидкость (вода или смесь воды и антифриза), которая поглощает тепло от окружающей почвы или отдает тепло окружающей почве, в зависимости от того, холоднее или теплее окружающий воздух, чем почва.
2. Подсистема теплового насоса
   Для отопления геотермальный тепловой насос отводит тепло от жидкости в заземлении, концентрирует его, а затем передает его в здание. Для охлаждения процесс обратный.
3. Подсистема распределения тепла
   Обычные воздуховоды обычно используются для распределения нагретого или охлажденного воздуха от геотермального теплового насоса по всему зданию.

Бытовая горячая вода

Помимо кондиционирования помещения, геотермальные тепловые насосы могут использоваться для горячего водоснабжения во время работы системы.Многие жилые системы теперь оснащены пароохладителями, которые передают избыточное тепло от компрессора геотермального теплового насоса в резервуар для горячей воды дома. Пароохладитель не подает горячую воду весной и осенью, когда геотермальная система теплового насоса не работает; однако, поскольку геотермальный тепловой насос намного более эффективен, чем другие средства нагрева воды, производители начинают предлагать системы «полного спроса», в которых используется отдельный теплообменник для удовлетворения всех потребностей домашнего хозяйства в горячей воде.Эти агрегаты экономично обеспечивают горячую воду так же быстро, как и любая конкурирующая система.

Дополнительная информация

Геотермальная энергия | Пособие для студентов по глобальному изменению климата

Если бы вы вырыли большую яму прямо в Земле, вы бы заметили, что чем глубже вы войдете, тем выше температура. Это потому, что внутри Земли полно тепла.Это тепло называется геотермальной энергией.

Люди могут получать геотермальную энергию с помощью:

• Геотермальные электростанции, , которые используют тепло из глубины Земли для выработки пара для производства электроэнергии.
• Геотермальные тепловые насосы, , которые используют тепло вблизи поверхности Земли для нагрева воды или обеспечения теплом зданий.

Геотермальные электростанции

На геотермальной электростанции скважины пробурены на глубину 1 или 2 миль вглубь Земли, чтобы перекачивать пар или горячую воду на поверхность.Вы, скорее всего, найдете одну из этих электростанций в районе, где много горячих источников, гейзеров или вулканической активности, потому что это места, где Земля особенно горячая прямо под поверхностью.

Как это работает

1. Горячая вода под высоким давлением закачивается из глубины под землей через скважину.
2. Когда вода достигает поверхности, давление падает, в результате чего вода превращается в пар.
3. Пар вращает турбину, которая связана с генератором, вырабатывающим электричество.
4. Пар охлаждается в градирне и снова конденсируется в воду.
5. Охлажденная вода закачивается обратно в Землю, чтобы процесс снова начался.

Геотермальные тепловые насосы

Не вся геотермальная энергия поступает от электростанций.Геотермальные тепловые насосы могут делать все — от обогрева и охлаждения домов до обогрева бассейнов. Эти системы передают тепло, перекачивая воду или хладагент (особый тип жидкости) по трубам чуть ниже поверхности Земли, где температура постоянна от 50 до 60 ° F.

Зимой вода или хладагент поглощают тепло Земли, и насос передает это тепло в здание наверху. Летом некоторые тепловые насосы могут работать в обратном направлении и помогать охлаждать здания.

Как это работает

1. Вода или хладагент движется по петле труб.
2. В холодную погоду вода или хладагент нагревается, проходя через часть петли, которая находится под землей.
3. Когда он снова поднимается над землей, нагретая вода или хладагент передает тепло в здание.
4. Вода или хладагент остывают после передачи тепла.Его перекачивают обратно под землю, где он снова нагревается, снова запуская процесс.
5. В жаркий день система может работать в обратном направлении. Вода или хладагент охлаждают здание, а затем перекачиваются под землю, где дополнительное тепло передается земле вокруг труб.

Посмотрите видео, чтобы узнать больше о том, как геотермальные тепловые насосы могут обогревать и охлаждать ваш дом.

Интересные факты

• Взгляд в прошлое. Люди использовали геотермальную энергию тысячи лет. Древние римляне, китайцы и индейцы использовали горячие минеральные источники для купания, приготовления пищи и еды.
• Горячие штучки! Большинство людей в Исландии используют геотермальную энергию для нагрева воды и зданий.
• Кольцо Огня. Многие из лучших мест для геотермальной энергии находятся в «Огненном кольце», области в форме подковы вокруг Тихого океана, которая переживает множество землетрясений и извержений вулканов.Это потому, что горячая магма там находится очень близко к поверхности Земли.

Начало страницы

Принцип работы геотермального теплового насоса

Контекст 1

… используется для эксплуатации неглубоких геотермальных ресурсов, спроектирован для разработки геотермального потенциала на глубинах менее 400 м. Эти системы чаще всего используются для отопления и охлаждения, и, поскольку они не основаны на эксплуатации высокотемпературных геотермальных ресурсов, как в случае с системами глубокой эксплуатации, они не считаются эффективными при производстве электроэнергии.Системы эксплуатации неглубоких геотермальных ресурсов основаны на принципе, согласно которому температура почвы / породы и грунтовых вод постоянна в течение года на определенной глубине. Фактически, зона земной поверхности подвергается прямому влиянию внешних погодных условий, и это влияние уменьшается с увеличением глубины, вплоть до глубины, на которой температура постоянна. Представление измеренных среднемесячных температур почвы до 100 см с расчетными значениями демпфирования температуры почвы с изменением глубины, основанных на синусоидальных функциях для участка Загреб — Максимир, согласно Куревии [9], приведено на Рисунке 2.Чтобы дать возможность полностью понять принципы, касающиеся использования различных типов систем для эксплуатации неглубоких геотермальных ресурсов, прежде всего необходимо объяснить понятие геотермального теплового насоса, который является центральной частью каждой геотермальной замкнутой системы. Процесс его работы будет представлен ниже на примере нагрева. Геотермальный тепловой насос, рис. 3, представляет собой систему, основанную на обратном цикле Карно, то есть на термодинамическом круговом цикле, и его роль заключается в преобразовании работы в тепло.Для реализации цикла система должна содержать рабочую жидкость, обеспечивающую теплопередачу. В зависимости от способа использования геотермальной энергии рабочей жидкостью для геотермального теплового насоса является вода или антифриз (гликоль), смешанный с водой. Чтобы предотвратить вредное воздействие на окружающую среду, использование ХФУ или других галогенированных углеводородов было запрещено в соответствии с Монреальским протоколом (1987 г.) и его последующими изменениями, внесенными в Лондоне (1990 г.) и Копенгагене (1992 г.) [10].Основные компоненты геотермального теплового насоса: испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. Тепловая энергия почвы передается рабочему телу в испарителе. Затем давление в компрессоре повышается, чтобы поднять температуру рабочей жидкости до более высокого энергетического уровня. После этого рабочая жидкость попадает в конденсатор, где выделяется тепло и используется для обогрева здания. После теплопередачи рабочая жидкость достигает расширительного клапана, который отмечает переход от трубы с более низким профилем к трубе с более высоким профилем, где давление рабочей жидкости (и, следовательно, также температура) уменьшается, так что испаритель может снова получить тепловая энергия из почвы.Эффективность тепловых насосов чаще всего выражается через коэффициент производительности (COP), который можно определить как соотношение между выходной мощностью насоса и электрической энергией, необходимой для работы теплового насоса. Более высокое значение COP означает большую эффективность теплового насоса. Однако сезонный коэффициент производительности является лучшим показателем эффективности всей системы (а не только геотермального теплового насоса), поскольку он коррелирует общую производимую полезную мощность с общей мощностью, потребляемой для работы системы в целом.Этот коэффициент дает более точные результаты в отношении операционных затрат, понесенных за весь год. Высокий уровень эффективности геотермальных систем достигается за счет накопления «излишка тепла» в летний период и использования его в …

Принципы и компоненты геотермальных тепловых насосных систем

Что означает геотермальная энергия? Гео просто означает «земля», а термический означает «связанный с теплом или вызванный им». Например: горячие источники = термальные воды, стресс из-за тепла = термическое напряжение, а изоляция, задерживающая поток тепла = теплоизоляция.

Отсюда мы можем получить базовое определение геотермальной энергии: «связанная с теплом земли или вызванная им». Геотермальные тепловые насосы — один из способов использования этого тепла. Геотермальные тепловые насосы, также называемые наземными (может быть грунтовыми или грунтовыми водами) тепловыми насосами или системами земной энергии (ESS), используют систему оборудования и трубопроводов для передачи тепла от земли к жилому пространству зимой и от занятое пространство до земли летом.

Что такое тепловой насос? Тепло естественным образом передается от более теплых веществ к более холодным.Например, если у вас есть стакан, полный льда, и вы поставите его на стол, лед растает, если температура в комнате поднимется выше 32 градусов по Фаренгейту. На самом деле происходит то, что тепло из комнаты течет к льду в стекле, повышая его температуру. Оставшись в покое, и лед, и комната найдут равновесие.

Тепловой насос меняет это положение на противоположное, заставляя тепло переходить от более низких температур к более высоким. Геотермальные тепловые насосы действуют так же, как тепловые насосы воздух-воздух, но, поскольку разница температур намного более умеренная, энергия, необходимая для работы системы, намного меньше.Тепло земли также можно использовать для нагрева воды для бытовых нужд до 125 градусов. Зимой геотермальные тепловые насосы отводят тепло от земли через жидкость, такую ​​как грунтовые воды, растворы антифриза или хладагенты. Затем это тепло передается в воздух в помещении с помощью теплового насоса. В летние месяцы этот процесс обратный; тепло извлекается из воздуха в помещении и передается земле через грунтовые воды или раствор антифриза. В системе прямого расширения (DX) в теплообменнике грунт-тепло используется хладагент вместо раствора антифриза.

Геотермальные тепловые насосы доступны для использования как в системах воздушного, так и в водяном отоплении. Они также могут быть спроектированы и установлены для обеспечения только обогрева, обогрева с «пассивным» охлаждением или обогрева с «активным» охлаждением. Системы только отопления не обеспечивают охлаждение. Пассивные системы охлаждения обеспечивают охлаждение путем прокачки холодной воды или антифриза через систему без использования теплового насоса для помощи в процессе. В системах активного охлаждения используется тепловой насос.

Летом (режим охлаждения) тепло отводится изнутри помещения, в данном примере 70 градусов, на землю, которая имеет постоянную температуру 55 градусов.В этой ситуации вместо того, чтобы требовать, чтобы тепловой насос перекачивал тепло из холодильника в более теплую область, существует естественный поток тепла от более теплых 70 градусов к более прохладным 55 градусам. Обычно этот процесс не требует помощи теплового насоса. Затем, зимой (режим отопления), тепло необходимо отводить из земли с постоянными 55 градусами и отводить в помещение, поддерживающее температуру 70 градусов. Поскольку 55 градусов намного выше ограничения тепловых насосов в 45 градусов, можно легко увидеть экономию.В отличие от тепловых насосов с воздушным источником, которые сегодня обычно используются во многих домах, ленточное электрическое отопление не требуется.

При использовании теплового насоса с воздушным источником летом (режим охлаждения) тепло отводится изнутри помещения, в данном примере 70 градусов, до температуры наружного воздуха 95 градусов. Этот отвод тепла от более холодного вещества к более теплому требует, чтобы тепловой насос обращал естественный поток тепла. Зимой (режим отопления) тепло отводится от наружного воздуха при температуре 0 градусов и доставляется во внутреннее пространство, которое поддерживается на уровне 70 градусов.Поскольку это также меняет естественный поток тепла, требуется тепловой насос. К сожалению, поскольку разница между температурой в помещении и температурой наружного воздуха настолько велика, тепловой насос сам по себе не может выполнить эту задачу. Из-за этого необходимо обеспечить резервное тепло, обычно в виде тепла от электрической ленты. Он устроен таким образом, что нагрев электрической ленты запитывается всякий раз, когда температура наружного воздуха опускается ниже 45 градусов. Другой способ взглянуть на это — сказать, что если температура наружного воздуха ниже 45 градусов, тепловые насосы источника воздуха неэффективны.По этой причине воздушные тепловые насосы обычно не рекомендуются для использования в более холодном климате на севере США и в Канаде. Хотя электрическая компания может предложить скидки за установку теплового насоса с воздушным источником, это, вероятно, будет единственной экономией, которую вы, как домовладелец, понесете.

Легко понять, почему геотермальная энергия так привлекательна и откуда берется экономия энергии. Кроме того, поскольку снаружи нет оборудования, техническое обслуживание можно легко запланировать круглый год. Еще одна экономия заключается в том, что оборудование больше не подвергается экстремальным погодным условиям зимой и летом.

Геотермальные тепловые насосы включают внутренние компоненты и внешний теплообменник. Теплообменник может быть одного из двух типов: система с замкнутым контуром или система с открытым контуром. В системе с замкнутым контуром вся жидкость, которая покидает здание, чтобы пройти через теплообменник, будет доставлена ​​обратно в здание после того, как он закончит свой цикл. В системе с открытым контуром вода откачивается из колодца или колодца и направляется в здание для обмена теплом. Затем его откачивают обратно и сбрасывают в тот же водоем, из которого он был изначально откачан.Для разомкнутой системы можно использовать поля вертикальных стволов скважин. Из систем с замкнутым контуром существует три различных ориентации контура теплообменника, все из которых скрыты под землей.

Горизонтальные грунтовые теплообменники с замкнутым контуром закапывают в среднем на глубину от 5’-0 дюймов до 8’-0 дюймов. На этой глубине температура земли составляет почти постоянные 55 градусов и не зависит от климата и погодных условий. Внешний трубопровод устанавливается горизонтально и должен быть очень длинным, чтобы передавать необходимое количество тепла.Когда теплообменник закопан, вода или другой хладагент циркулирует по контуру. Один из способов ограничить длину горизонтальных желобов, используемых для размещения теплообменника, — это использовать продукт, напоминающий «Слинки». Они были изобретены, чтобы закопать мили трубопроводов в ограниченном пространстве. Другой тип используемого теплообменника может быть закопан в близлежащем пруду или озере. Опять же, трубы в стиле «обтягивающего» типа могут использоваться для минимизации длины трубы, которая должна быть заглублена. Поскольку трубопровод является плавучим и наполнен воздухом, он сначала заполняется, а затем используются бетонные блоки для опускания теплообменника на дно пруда или озера.

Скважинные теплообменники (BHE), также называемые скважинными теплообменниками (DHE), используются там, где площадь земли ограничена. Например, они могут располагаться под паркингом или даже под самим зданием. В системе этого типа вертикальные отверстия просверливаются в земле по шаблону. Затем в просверленные отверстия вставляются петли трубопровода и соединяются коллектором наверху. Читатель не хотел бы размещать скважины под зданием из-за сложности обслуживания оборудования.Хотя скважинные теплообменники рассчитаны на срок службы от 50 до 75 лет, никто не знает, какой вид обслуживания может потребоваться, поскольку системы в течение этого времени нигде не устанавливались. Скважинные теплообменники также могут использоваться в системах с открытым контуром.

Геотермальные тепловые насосы стоят около 2500 долларов за тонну мощности. Например, если в типичном доме используется трехтонный агрегат, то геотермальный тепловой насос будет стоить около 7500 долларов, что почти вдвое больше, чем обычная система теплового насоса.Вы также должны учитывать стоимость бурения, рытья траншей и установки контуров скважин, коллекторов или трубопроводов, в зависимости от типа системы. В среднем стоимость бурения может составлять от 10 000 до 30 000 долларов, в зависимости от местности и составляющих грунта. Но эффективная геотермальная система позволяет сэкономить на счетах за коммунальные услуги, чтобы окупить вложения за пять-десять лет.

Геотермальные тепловые насосы требуют незначительного технического обслуживания, поскольку они относительно долговечны по сравнению с обычными тепловыми насосными системами, в которых конденсаторный блок находится снаружи.В них меньше механических компонентов, чем в других системах, и большинство из них находятся под землей или внутри помещений, защищенных от непогоды. Подземные трубопроводы, используемые в системе, часто имеют гарантированный срок службы от 25 до 50 лет и более и практически не вызывают беспокойства. Компоненты внутри небольшие и легко доступны для обслуживания. Как и в обычной системе приточного воздуха, теплый и прохладный воздух распределяется по воздуховодам в комнаты.