Бурение скважин под тепловые насосы

Отопление дома энергией из недр Земли — возможно ли такое?

Как известно, Земля сохраняет тепло постоянно, в ее недрах температурный режим всегда плюсовой, причем чем дальше от Земли, тем показатели выше. Так, если на глубине около 2 — 2,5 м. температурные показатели составляют +6 — +8 град., то на 20-метровой глубине уже +10 град. Горячая магма в глубинах Земли позволяет нагревать объекты на ее поверхности, грунт помогает удерживать тепло. Именно эти факты легли в основу отопления геотермальным способом.


Бурение геотермальных скважин осуществляют на глубину до 200 метров. Количество скважин обусловлено рядом факторов: потребностью в объемах производимой энергии, мощностью применяемого оборудования, особенностями почвы, где будет обустроена скважина для теплового насоса.

Плюсы геотермального отопления:

    • большой выход энергии;
    • экологическая безопасность, отсутствие вредных выбросов;
    • экономичность: при использовании системы не будут нужны топливо и химические реагенты;
    • пожаро- и взрывобезопасность;
    • длительный срок службы. При правильном монтаже отопительной системы она прослужит в течение 30 и более лет.

Отопление жилых и производственных площадей энергией Земли с успехом применяется в европейских странах и США, где он стал основным источником тепла. В нашей стране геотермальные системы рассматриваются только как альтернатива привычным видам отопления с помощью электроэнергии, газа, твердого топлива. Однако, с уверенностью можно сказать, что в недалеком будущем этот рентабельный и экологический способ отопления станет основным.

Как осуществляется бурение скважин под тепловой насос.

Геотермальные скважины создаются многими способами. Наша компания использует вертикальный способ теплообмена. В этом способе не обойтись без глубокого бурения скважин для тепловых насосов, это позволит сэкономить площадь участка земляных работ. Теплопоглощающий контур трубопровода помещается в скважину для теплового насоса.
Жидкость, нагреваясь под воздействием земного тепла, по трубам поступает в насос. Там она охлаждается, выделяя энергию для обогрева помещения. Процесс напоминает принцип устройства холодильника (только в данном случае сохраняется не холод, а тепло земных недр). Отработанная жидкость возвращается в землю, где снова нагревается.

История возникновения теплового насоса

Концепция тепловых насосов была разработана еще в 1852 британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером фон Риттингером. Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, поскольку именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году.

Практическое применение тепловой насос получил значительно позже, а точнее в 40-х годах XX века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой. Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло — и решил поместить трубу в бойлер для подогрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которую они просто не могли использовать, — и при этом часть тепла попадала в воздух. Это натолкнуло его на мысль, что от одного источника тепла можно подогревать и воду, и воздух одновременно. Вебер усовершенствовал свое изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления.

Впоследствии именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком менялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавая свое тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому.

В 40-х годах тепловой насос был известным из-за своей чрезвычайной эффективности, но реальная потребность в нем возникла во времена Арабского нефтяного эмбарго в 70-х годах, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.

Состав теплового насоса

Внутренний контур тепловых насосов состоит из следующих компонентов:

  • конденсатор;
  • капилляр;
  • испаритель;
  • компрессор, работающий от электрической сети;
  • терморегулятор, который управляет оборудованием;
  • хладагент.

Принцип работы

Хладагент под высоким давлением через капиллярное отверстие попадает в испаритель, где за счет резкого уменьшения давления происходит процесс испарения. При этом хладагент отбирает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отбирает тепло у земляного или водяного контура, за счет чего он постоянно охлаждается. Компрессор впитывает хладагент с испарителя, сжимает его, за счет чего температура хладагента резко повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме этого, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) отопительному контуру и переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется постоянно. Когда температура в доме достигает необходимого уровня, электрическая цепь разрывается терморегулятором и тепловой насос перестает работать. Когда температура в отопительном контуре падает, терморегулятор вновь запускает тепловой насос. Таким образом хладагент в тепловом насосе делает обратный цикл Карно.

Как видите, тепловые насосы перекачивают рассеянную тепловую энергию земли, воды или воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 75% отопительной энергии можно собрать бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 25% энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Иначе говоря, владелец тепловых насосов экономят 3/4 средств, которые он бы регулярно тратил на дизтопливо, газ или электроэнергию для традиционного отопления. Попросту говоря, тепловой насос с помощью теплообменников собирает тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «переносит» ее в помещение.

Тепловые насосы способны не только отапливать помещение, но и обеспечивать горячее водоснабжение, а также осуществлять кондиционирование воздуха. Но при этом в тепловых насосах должен быть реверсивный клапан, именно он позволяет тепловому насосу работать в обратном режиме.

Типы тепловых насосов

В зависимости от принципа работы тепловые насосы разделяют на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда действуют с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также работать на тепле, как источнике энергии (с помощью электроэнергии или топлива).

В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы подразделяются на:

  1. Геотермальные (используют тепло земли, наземных или подземных грунтовых вод)

а) замкнутого типа

— горизонтальные

Коллектор размещается кольцами или волнисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,20 м. и более). Этот способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.

— вертикальные

Коллектор размещается вертикально в скважины глубиной до 200 м. Этот способ применяется в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

— водные

Коллектор размещается волнисто или кольцами в водоем (озеро, пруд, реку) ниже глубины промерзания. Это самый дешевый вариант, но есть требования к минимальной глубине и объему воды в водоеме для определенного региона.

б) открытого типа

Такая система использует как теплообменную жидкость — воду, циркулирующую непосредственно через систему геотермального теплового насоса в рамках открытого цикла, то есть вода после прохождения системой возвращается в землю. Этот вариант можно реализовать на практике только при наличии достаточного количества относительно чистой воды и при условии, что такой способ использования грунтовых вод является разрешенным.

2. Воздушные (источником отбора тепла является воздух)
3. Такие, которые используют вторичное тепло (например, тепло трубопровода центрального отопления). Этот вариант наиболее целесообразный для промышленных объектов, где есть источники паразитного тепла, которое требует утилизации.

Преимущества тепловых насосов

Экономичность. Тепловой насос использует электрическую энергию гораздо эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Коэффициент эффективности тепловых насосов значительно больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по условной величине — коэффициенте преобразования тепла (КПТ), также это понятие называется коэффициентом трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. К примеру, КПТ = 4,5 означает, что номинальная (потребляемая) мощность теплового насоса составляет 1 кВт, на выходе мы получим 4,5 кВт тепловой мощности, то есть 3,5 кВт тепла мы получаем из природы;

Широкий спектр применения. На нашей планете существует множество рассеянного тепла. Земля и воздух есть везде, также большинство людей не имеют проблем с водой. Именно они содержат в себе тепловую энергию, полученную от солнца. Тепловые насосы независимо от погодных условий, падение давления в газовой трубе соберут это тепло для вас. Все что нужно для этого — электрическая энергия. Но если ее нет, это тоже не проблема — некоторые модели тепловых насосов могут использовать дизельное топливо или бензин для своей работы;

Экологичность. Тепловой насос не только экономит деньги, но и бережет здоровье владельцам дома и их детям. Прибор не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окиси типа CO, CO2, NO х, SO2, PbO2. Поэтому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. И для нашей планеты применение тепловых насосов несомненное благо. Ведь на ТЭЦ сокращается расход газа или угля на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах хладоны не содержат хлоруглеродные и озонобезопасны;

Универсальность. Тепловые насосы, оборудованные реверсивным клапаном, работают как на отопление, так и на охлаждение. Тепловой насос может отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточное тепло можно использовать для подогрева бытовой воды или для бассейна;

Безопасность. Тепловые насосы Атмосистемы взрыво- и пожаробезопасны. В процессе отопления отсутствуют опасные газы, открытый огонь или вредные смеси. Детали теплонасоса не нагреваются до высоких температур, способных стать причиной пожара. Остановка теплового насоса не приведет к его поломке, им можно смело пользоваться после длительного простоя. Также исключено замерзание жидкостей в компрессоре или других составных частях.

Особенности:

    1. Чем меньше разница между температурой источника теплоты и температурой теплоносителя в отопительном контуре, тем больше коэффициент преобразования тепла (КПТ). Поэтому выгоднее отапливать помещение низкотемпературными системами отопления: системой «теплый пол» или воздушным отоплением, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям и строительным нормам не должен быть выше 35 ° C.
    2. Чем больше коэффициент загрузки теплового насоса, тем целесообразнее его использование. Например, системы нагрева воды для бассейнов работают в постоянном режиме, в течение всего года. Их коэффициент загрузки (использования мощности в течение года) может достигать 80%. В системах отопления домов коэффициент загрузки оборудования составляет около 30-40%. Соответственно, в первом случае годовая экономия от применения теплового насоса равной мощности будет в 2-3 раза больше, чем во втором, а сроки окупаемости оборудования — в 2-3 раза меньше.
  1. Чем больше тепловые потери, тем целесообразнее использование тепловых насосов: во-первых, удельная стоимость для тепловых насосов большой мощности (стоимость установленного кВт) в 3-5 раз ниже, чем для ТН малой мощности; а во-вторых, чем больше объемы потребления теплоты, тем больше экономия от применения ТН в абсолютном измерении.

Регулирование деятельности в сфере тепловых насосов

В настоящее время в Украине нет законодательных и технических возможностей для определения действительных технических показателей тепловых насосов. Пользуясь этим, некоторые производители и продавцы тепловых насосов указывают завышенные показатели оборудования. Известны два случая, когда под видом тепловых насосов конечному потребителю устанавливались электрокотлы, в измененном корпусе.

Европейский опыт указывает на необходимость внедрения в Украине международных стандартов, по которым измеряются показатели тепловых насосов, и создание соответствующей лаборатории. Кроме законодательного регулирования, в ЕС существует общественная организация — Европейская ассоциация тепловых насосов (EHPA), проверяет показатели тепловых насосов и обозначает знаком качества QL (Quality Label).

Получить консультацию можно, позвонив по номеру:
+38(096) 258-41-41
+38(095) 258-41-41
+38(093) 258-41-41
+38(097) 258-41-41
+38(050) 258-41-41
Email: order@burok.com.ua
ПОЗВОНИТЕ МНЕ
+
Жду звонка!