Тепловий насос грунт вода. Особливості вертикальних свердловин

Тепловий насос грунт вода. Особливості вертикальних свердловин.

Тепловий насос грунт вода – дивитися каталог тут.

Найпоширенішим видом первинного контуру для теплового насоса грунт вода, є система вертикальних свердловин.

Часто такий вид грунтового контуру називають “вертикальний теплообмінник”, а систему в загальному – “розсіл / вода” або “грунт/ вода”. Є принципова відмінність від системи з горизонтальним теплообмінником. Вертикальний теплообмінник відбирає тепло від ядра землі, в той час як горизонтальний – від землі, яка в свою чергу прогрівається від сонця і талих вод.

Перевагою вертикального теплообмінника над горизонтальним є те, що вертикальний теплообмінник не займає місця на ділянці. Звичайно ж, на етапі монтажу для вертикальних свердловин потрібно виділити чималий шмат ділянки, однак за фактом завершення монтажу цю ділянку можна повноцінно використовувати в інших цілях. На ній можна посадити газон, город, сад, альтанку, і навіть побудувати Будинок ! Часті випадки, коли бурять свердловини прямо в підвалі. При цьому система вертикальних свердловин не робить ніякого впливу на навколишнє середовище у вигляді “ефекту пізньої весни” і не виморожуємо грунт (це все актуально, звичайно ж, при правильному проектуванні системи). Ефект пізньої весни притаманний системам з горизонтальними теплообмінниками, коли з приходом весни на ділянці, відведеній під горизонтальний колектор, все ще є лід.

Перевага над системою “вода/вода” полягає в більш високій надійності системи, через відсутність додаткових точок відмови, таких як додатковий теплообмінник і глибнний насос.

Розрахунок

Для того, щоб зрозуміти, скільки потрібно свердловин, необхідно розрахувати загальну глибину вертикального теплообмінника. Кількість тепла, яку можна отримати з землі, залежить від геологічних властивостей підземних порід, а також від наявності грунтових вод.

Наприклад для сухого піску – з’єм тепла, з одного погонного метра свердловини, становить близько 25 Вт, в той час як насичена водою глина, може видавати до 60 Вт з метра погонного. Досвід показує, що в межах Києва та околиць в основному можна отримати близько 45 Вт з метра погонного.
Припустимо, теплова потужність теплового насоса, при параметрах, які задовольняють нашу систему, становить 15 кВт а СОР – 4. Значить що електрична (споживана) потужність теплового насоса складе 15/4 = 3,75 кВт.

 

Енергія з землі

3,75 кВт це енергія яку ми витрачаємо для того щоб отримати 15 кВт. Ці ж 3,75 кВт ми отримуємо за рахунок стиснення фреону. Таким чином, з грунту нам потрібно взяти 15 кВт – 3,75 кВт = 11,25 кВт. Якщо ми приймаємо, що один погонний метр зонда видає 45 Вт, отримуємо загальну необхідну глибину свердловин для роботи 15 кВт теплового насоса – 11250 Вт / 45 Вт = 250 погонних метрів. Теоретично, можна пробурити одну свердловину глибиною 250 метрів, на практиці можуть виникнути технічні труднощі, пов’язані з такою глибиною, та і вартість буріння на такій глибині може бути дорожче. Тому на практиці приймають, наприклад, 4 свердловини глибиною, по 63 метра. Можна зробити і 3 по 83 метра, і 7 по 36 метрів, однак слід враховувати наступні моменти:
При більшій кількості свердловин збільшується вартість системи за рахунок збільшості розміру колектора, кількості запірно-регулююча арматури і підводок до свердловин.

Перші кілька метрів свердловини не працюють (не відбирають тепло), так як просто там немає труб. Це можна побачити на схемі грунтового контуру.

Тепловий насос грунт вода. Схема ґрунтового контуру.

Тепловий насос грунт вода. Схема грунтового контуру.

Наш тепловий насос грунт вода буде мати 4 свердловини

Давайте зупинимося на 4 свердловинах глибиною по 63 метри, а оскільки перші 2 метри не працюють, то це буде 4 свердловини по 65 метрів від поверхні землі.
На схемі видно (не в масштабі) принципове з’єднання свердловин. Відстань між свердловинами не менше 8 метрів. Глибина закладення підводок не менше 1,5 метра. Блакитний колір відображає охолоджений теплоносій, який виходить з теплового насосу. Температура теплоносія складає близько -3 градуси. Видно, що з теплонасосу виходить одна труба і потрапляє в розподільний колектор, який розташований в приямку. Приямком є, як правило, два бетонних кільця діаметром від 1 до 1,5 метрів. З колектора труби розходяться безпосередньо по свердловинах, де носій прогрівається і повертається в колектор зворотної магістралі. З колектора, однією трубою, нагрітий теплоносій з температурою 0 градусів, заходить в будинок.

У нашій системі великий обсяг труб і теплоносія – понад 700 л (в одному метрі труби Д40 міститься 1 л теплоносія). Через це можливе заповітрювання, особливо на початку експлуатації системи. Для спуску повітря на колекторі передбачені автоматичні повітроспускники. На кожному відводі колектору встановлені крани, що дозволяють повністю відсікти кожну з свердловин, в разі необхідності.
Для заповнення і прокачування системи грунтового контуру передбачені додаткові крани.

Тепловий насос грунт вода. Розподільчий колектор

На фото зображений процес “прокачування” грунтового контуру.

Тепловий насос грунт вода в первинному контурі працює з гликолем

Система вертикальних свердловин – замкнута. У ній немає ніяких змінних рідин. У трубах весь час циркулює один і той же носій – розсіл. Розсіл – рідина, що складається з суміші пропіленгліколю (25%) і води. Точка замерзання гліколю повинна бути близько -15 градусів. Якщо сильно збільшити вміст гліколю, підвищиться текучість носія, і в той же час зменшиться його теплопровідні властивості. Якщо сильно зменшити його складову – ризик заморозки системи при певних умовах.

Оскільки гліколь заливається в систему один раз, не варто економити на його якості. По-перше, ми наполегливо рекомендуємо не використовувати отруйні гліколі – етиленгліколь і його похідні. У разі аварії є ризик завдати шкоди здоров’ю і навколишньому середовищу!
Рекомендований до застосування – безпечний пропіленгліколь. Однак і тут є вузькі місця. Застосовуючи неякісний пропіленгліколь, є ризик утворення осаду гліколю в вигляді пластівців. Найменшою шкодоюв такій ситуації, буде погіршення теплових властивостей гліколю і зменшення його точки замерзання. Справжньою проблемою може бути ситуація, коли “пластівцями” забивається теплообмінник теплового насосу та інша регулююча арматура. Особливо неприємно це, коли на вулиці -20 і тепловий насос є єдиним джерелом тепла. Тому завжди застосовуйте якісний поліпропіленгліколь. Наприклад, німецького концерну BASF.

BASF - виробник гліколю

Труба

Вибір труби, по якій циркулює теплоносій. Труба повинна відповідати відразу декільком параметрам: довговічність – адже нереально відремонтувати трубу, опущену на глибину 70 метрів в гурнт; міцність – вона повинна витримувати навантаження, які можуть бути при опусканні свердловин; теплопровідність.

Всі перераховані вище вимоги задовольняє поліетиленова труба ПЕ100. Це відносно дешеве рішення, яке не сильно поступається за технічними параметрами фірмовим зондам, таким як mouvitech.
Труби mouvitech призначені спеціально для того, щоб відбирати тепло від землі.
Дана труба має всередині насічки, схожі на насічки в нарізній зброї. Така конструкція створює турбулентний потік, збільшуючи число Рейнольдса, що в свою чергу призводить до більш інтенсивного теплообміну. Простими словами, можна використовувати потенціал землі в більшій мірі, що призводить до збільшення температури розсолу. Такий тепловий насос грунт вода матиме вищий COP.

 

Труба для теплового насоса грунт вода. Виробник mouvitech

труба mouvitech

Застосування даної труби зі збільшенням ефективності, збільшує і вартість облаштування ґрунтового контуру, що не завжди виправдано.

Це справедливо і для інших комплектуючих, таких як розподільні колектора і накінечники для зондів.

зонди для теплового насосу

На фото геотермальний зонд.
Труба – поліетиленова ПЕ100 SDR 17. Діаметр – 40 мм. Товщина стінки – 2,4 мм. Розрахунковий тиск – 10 бар.
Не варто застосовувати трубу з більш товстої стінки. Це призведе до збільшення опору теплопередачі, що в свою чергу призведе до погіршення теплоз’єму від свердловини.

Кінцевим елементом зонда служить – “U” -подібний накінечник. Його функція – від’єднати трубу подачі і зворотну трубу геотермального зонда. До труби, накінечник кріпитися за допомогою терморезисторного муфти.

 

терморезисторна муфта

Терморезисторна муфта.

 

Розподільчий колектор для грунтового контуру для теплового насоса грунт вода

Розподільчий колектор для грунтового контуру для теплового насоса грунт вода

Початок робіт

Вибір місця для буріння, і глибини свердловин, повинен бути поєднаний з вибором бурової техніки. Застосовуючи переносні ручні бурові установки, з’являється більше можливостей за місцем розташування свердловин, в силу компактності самої установки. Її можна перенести вручну в будь-яке місце, де є вільні кілька квадратних метрів землі. Але в той же час, в силу вступають фізичні обмеження по максимальній глибині свердловин, і по швидкості буріння.

Переносна установка бурить довше, і найчастіше пробурити глибше 60 метрів досить проблематично. До того ж переносні установки вимагають електрику, якої може не бути на ділянці на етапі проведення даних робіт.

переносна бурова машина

Переносна бурова установка потужністю 2,5 кВт.

 

 

Процес буріння свердловин для теплового насоса грунт вода. Велика бурова машина

Замовити дзвінок
+
Чекаю дзвінка!