Бурение скважин под тепловые насосы

Можете ли вы представить себе эффективное отопление дома энергией из недр Земли? А между тем, сегодня это является вполне реальным и достижимым.

Хорошо известно, что Земля сохраняет тепло постоянно, в ее глубинах температурный режим всегда плюсовой, и чем дальше от Земли, тем выше температура. К примеру если на глубине около 2 — 2,5 м. показатели температуры составляют +6 — +8 град., То на 20-м глубине уже +10 град. Горячая магма в глубинах Земли позволяет нагревать объекты на ее поверхности, грунт помогает удерживать тепло. Именно эти простые факты легли в основу набирающего популярность отопления геотермальным способом.

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

Плюсы геотермального отопления:

  • высокий выход энергии;
  • экологическая безопасность, отсутствие токсичных 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.

В наши дни отопление жилых и производственных помещений 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

Современные геотермальные скважины бурятся 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. Теплопоглощающие 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

Технологически идея тепловых насосов была хорошо разработана еще в далеком 1852 физиком и инженером из туманного Альбиона Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована известным австрийским инженером Петером фон Риттингером. Петера Риттера фон Риттингера считают при этом изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году.

Реальное практическое применение тепловой насос получил несколько позже, а точнее в 40-х годах XX века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой. Как то раз Вебер совершенно случайно прикоснулся к горячей трубы на выходе камеры и понял, что тепло просто таки выбрасывается наружу. Инноватор задумался над тем, как использовать это доступное тепло — и захотел поместить трубу в бойлер для подогрева воды. Как результат Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которую они просто не могли использовать, — так что при этом некоторая часть тепла попадала в воздух. Это подтолкнуло его к идее, что от одного источника тепла можно одновременно подогревать и воду, и воздух, экономя на затратах топлива. Вебер значительно усовершенствовал это свое изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через специальный змеевик) и с помощью весьма компактного вентилятора распространять тепло по дому для его отопления.

Спустя некоторое время именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло прямо из земли, где температура не слишком менялась в течение всего года. Он поместил для этого в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. При этом газ конденсировался, отдавая свое тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводилося в движение с помощью мощного вентилятора и тепло распространялось по дому.

Начиная с 40-х годов тепловой насос был известным благодаря своей чрезвычайно высокой эффективности, но реальная практическая потребность в нем возникла во времена Арабского нефтяного кризиса в 70-х годах, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.

Структура теплового насоса

Внутренний контур тепловых насосов состоит из следующих компонентов:

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

Принцип работы

Качественный, специально подобранный 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 можно увидеть, 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.

В наши дни 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

По принципу работы современные 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 теплые, как источнике энергии (с помощью электроэнергии или топлива).

В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы подразделяются на:

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 глубины и объема 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.

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

Преимущества тепловых насосов

Экологичность. Тепловой насос не только экономит деньги, но и бережет здоровье владельцам дома и их детям. Прибор не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы 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 замерзания жидкостей в компрессоре или других составных частей.

Особенности:

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.
Чем больше коэффициент загрузки теплового насоса, тем целесообразнее его использования. Например, системы нагрева воды для бассейнов работают в постоянном режиме, в течение всего года. При этом 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.
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 текущий момент времени в Укарине нет четких законодательных и технических возможностей для определения реальных технических показателей тепловых насосов. Пользуясь этим, отдельные производители и продавцы тепловых насосов указывают сильно завышенные показатели эффективности оборудования. Лично нам известны два случая, когда под видом тепловых насосов конечному потребителю устанавливались обычные электрокотлы, в измененном корпусе.

Европейский опыт говорит о необходимости внедрения в Украине высоких международных стандартов, по которым измеряются показатели эффективности тепловых насосов, и создание современной лаборатории для этой цели. Кроме сугубо законодательного регулирования, в ЕС существует специальная общественная организация — Европейская ассоциация тепловых насосов (EHPA), которая проверяет важные показатели тепловых насосов и при этом обозначает авторским знаком качества QL (Quality Label).

 

Заказать звонок
+
Жду звонка!