Как работает геотермальный насос

19.06.2023

Геотермальная энергетика у многих людей вызывает ассоциации с гейзерами в Исландии или термальными водами в Дагестане. На самом деле, использовать ее можно не только в промышленных масштабах, но и для отопления частного дома. В таком случае не требуется подпитывать геотермальный насос тепловой энергией с гейзера. В скандинавских странах геотермальные насосы применяются для отопления частных домовладений очень часто. В Российской Федерации данных проекты реализуются намного реже, но не из-за неэффективности, а малой известности технологии. На самом деле применение геотермального насоса может стать эффективным основным или дополнительным источником отопления.

Принцип работы геотермальной системы отопления

Принцип работы геотермального насоса основан на использовании тепловой энергии Земли. Первые такие насосы появились полвека назад, а теперь они успешно используются в холодных регионах. Работа устройства основана на применении тепловой энергии недр с использованием обратного цикла Карно. Функционирование термодинамической системы осуществляется благодаря использованию разницы температур. Этот принцип используется в холодильном и климатическом оборудовании.

Для организации такой системы отопления необходимо использовать специальный насос. Именно он будет собирать тепло из почвы или воды, передавая его на отопительный контур. Данная система может использоваться не только для обогрева в зимнее время года, но и в качестве кондиционера летом.

На глубине в 6 метром температура грунта остается стабильной круглый год. В среднем данный показатель составляет 15 градусов, однако он зависит от типа местности и климатической полосы. Чтобы собрать тепловую энергию, которая будет использоваться для обогрева дома, используется теплообменник. Он представляет собой трубопровод, прокладываемый под землей или водой.

Основные виды геотермальных систем

Чтобы организовать геотермальную систему отопления, могут использоваться разные методы. Для больших участков рекомендуется использовать вертикальные скважины. Нужно сделать две скважины глубиной около 85 метров, в каждую из которых помещается геотермальный зонд. Насос поднимает нагретую воду, которая проходит через теплообменник, отдавая тепло.

На больших участках могут использоваться устройства горизонтального коллектора. В таком случае требуется выбить траншеи глубиной около 2,5 метров, в которой укладываются полиэтиленовые трубы. Чтобы обеспечить эффективную работу геотермальной системы отопления, площадь участка для сбора тепловой энергии не должна быть меньше площади отапливаемого сооружения.

Геотермальные системы могут быть оборудованы разным способом. Эффективным решением является установка горизонтального коллектора на дне водоема. Однако водоем должен быть достаточно глубоким и находиться недалеко от лома. В противном случае рекомендуется использованием антифриза. В таком случае создается емкость с антифризом, которая помещается на глубину от 75 метров. Жидкость нагревается и поднимается геотермальным насосом, передает тепло на теплообменник, а потом опять возвращается к недрам.

Преимущества использования геотермальной технологии отопления дома

Отопление дома с помощью геотермального насоса – энергоэффективная технология, которая не нуждается в использовании топлива. Поэтому такой способ является наиболее эффективным и экологически чистым решением. К основным преимуществам использования технологии относится:

1. Выгода с экономической точки зрения. Для получения тепла не требуется сжигать топливо, которое стоит денег. Пользователю потребуется потратить деньги только на покупку оборудования, его монтаж, настройку и обслуживание. Также для работы системы затрачивается электроэнергия для работы насоса и других элементов системы. Однако на каждый потраченный 1 кВт энергии на работу системы можно получить около 4 кВт тепловой энергии. Средний срок окупаемости 5 лет в условиях отсутствия подключения природного газа, как альтернативы.
2. Безопасность. Геотермальная система отопления не использует для работы топливо, которое сжигается. Поэтому отсутствуют любые вредные выбросы. Это имеет огромное значение не только для экологии в целом, но и для безопасности жильцов и отсутствию риска пожаров.
3. Минимум хлопот. Если использовать твердотопливные котлы, требуется заранее покупать, доставлять и где-то хранить такое топливо. При использовании геотермальной системы такие хлопоты отсутствуют.
4. Компактные размеры. Основной контур расположен под землей, поэтому не требуется оборудовать отдельную котельную.
5. Многофункциональность. Геотермический насос может использоваться не только для обогрева, но и для охлаждения помещений.
6. Длительный срок службы. Качественные геотермические насосы служат долго, поэтому их монтаж окупается. Однако для того требуется строго соблюдать технологию монтажа и регулярно проводить их обслуживание.
7. Доступность. Геотермические насосы можно установить в любом месте. Поэтому они станут отличным решением для домовладений, к которым не подведен газ. Единственное требование заключается в наличии электричества.

Особенности монтажа геотермального насоса

Работы по обустройству геотермальной системы отопления включают в себя несколько этапов:

1. Буровые и монтажные работы на участке.
2. Выбор и покупка теплового оборудования и геотермального насоса.
3. Монтаж внешнего и внутреннего контура.
4. Установка теплового насоса и его присоединение к системе.
5. Пусконаладочные работы.

Монтаж горизонтального теплообменника требуется производить ниже глубины промерзания грунта, поэтому требуется точно знать это значение при проектировании системы. Дополнительно требуется учитывать высоту залегания грунтовых вод. Если они пролегают высоко, потребуется сделать песчаную подушку и принять другие меры, которые нивелируют пучение и деформацию контура.

При расчете длины горизонтального теплообменника следует принимать во внимание, что 40 метров труб требуется на 1 кВт тепловой энергии. Поэтому для такой системы может потребоваться задействовать достаточно большой участок. При этом использовать его для постройки зданий или высаживания сада нельзя, поэтому придется придумать ему другое назначение.

Хорошей альтернативой является использование вертикального подземного контура. Он примерно на 30% эффективнее горизонтального типа системы. Для получения оптимальной системы с экономической точки зрения лучше использовать несколько мелких скважин вместо одной глубокой. Это позволит провести работы с меньшими затратами, а в сумме получить такую же мощность.

Организация подводного контура возможна только в том случае, если водоем находится на расстоянии не больше 100 метров от дома и не промерзает зимой. Если позаботиться о защите от ледообразования и препятствовать всплыванию труб, обустройство подводного контура станет самым эффективным и доступным решением.

Рекомендуется организовывать систему так, чтобы она обеспечивала нагрев до 50 градусов. Этот вариант является самым эффективным и малозатратным. Полученное тепло можно использовать для нагрева воды в радиаторах, воздушного отопления и системы теплых полов.

Заключение

Геотермальная система отопления является самой экологичной и экономически выгодной в том случае, если на объекте отсутствует природный газ. При этом не требуется сжигать топливо. К тому же такая система применяется не только для обогрева воздуха зимой, но и для его кондиционирования летом. Поэтому система может использоваться круглый год.