Геотермална термопомпа

Геотермална термопомпа

Геотермална термопомпа

Геотермална термопомпа Това е иновативно средство за организиране на автономно отопление в частни къщи. Същността на оборудването е да използва естествената температура на земята като източник на отопление или охлаждане на охлаждащата течност.

Гореща топлина или яростна студ бушува само на повърхността на нашата планета. Няколко метра дълбочина и температурата става почти постоянна. През зимата дълбочината на земята е по-топла от повърхността на почвата, а през лятото - по-студена.

По този начин системите с геотермални помпи могат да се използват не само за отопление, но и за охлаждане на къщи. За по-ефективна работа на геотермални помпи, отоплителните системи с тяхното участие често се комбинират със слънчеви колектори.

Примерна диаграма на помпата

Общи принципи на експлоатацията на геотермални помпи

Понятието "геотермални" за определяне на този вид поддържане на определена температура в къщата не е напълно точна. Най-често геотермалната енергия се разбира като нагряване на определени части от земната кора под влиянието на магма, издигаща се от дълбините на Земята. Най-типичният пример са горещите геотермални източници.

Оборудване вътре в къщата

Разликата между температурата на повърхностния слой на земята и температурата в нейната дълбочина може да се използва почти навсякъде. Многобройни проучвания показват, че вече на дълбочина 6 метра под нивото на почвата, нейната температура постоянно е равна на средната годишна температура на въздуха над тази точка.

В зависимост от местоположението температурата на дълбочина 6 m ще бъде от +10 до +16 ° C. Районът на постоянна температура обикновено се намира между дълбочините от 7 до 12 метра. Причината за това явление е топлинната инерция.

Как е геотермалната термопомпа?

Принципът на работа на термопомпа, използващ температурна разлика, е почти същият като този на обикновен хладилник или климатик. Такива помпи пренасят топлината от студеното пространство до топло, в посока, противоположна на естественото разпространение на топлина, или в естествена посока, като ускоряват предаването. В първия случай, системата работи като хладилник, а във втория - като нагревател.

Подобни помпи обаче не са всемогъщи. Експертите смятат, че тяхната ефективност пада рязко, когато външната температура падне под 5 ° С. Ефективността (показател за ефективността на такива системи) варира между 3-6 в най-студения период.

Разходите за инсталиране на такива отоплителни и охладителни системи обикновено са по-високи от тези на други независими източници на отопление. Според оценки на западните експерти разликата в цената на проектирането и строителството обикновено се изплаща в период от 3 до 10 години в резултат на общите икономии на енергия. По-високите периоди на изплащане могат да бъдат причинени само чрез целево финансиране или чрез данъчни стимули.

Срокът на експлоатация на качествено проектирана и изградена отоплителна система, използваща геотермални термопомпи, се оценява на 25 години за вътрешните компоненти на системата и повече от половин век за външната верига.

Тръб за тръби

Външна верига на директна топлообменна система

Варианти на конструкцията на системите, използващи разликата в температурата на земята

Основната част от отоплителната система, изградена на този принцип, е директна топлообменна схема. Този компонент струва някъде от 1/5 до 1/2 от общите разходи на системата и е най-тромавата част.

При изграждането на такава система основните геоложки проучвания са много важни: енергийната им ефективност се подобрява от около 4 за всеки 1 ° C, спечелена от правилното място на топлообменната верига.

Хоризонталното разположение на топлообменната верига на дълбочина от 1 до 2.4 m, тази част на устройството ще се опита сезонни цикли на температурни колебания поради естествената слънчева енергия и топлинните загуби в атмосферата на нивото на земята. Тези цикли на температурните колебания изостават от промяната на сезона поради термична инерция.

Дълбоките вертикални системи с наличието на топлообменници на височини от 30 до 160 метра зависят само от геоложката топлинна миграция.

1. Системи с директен обмен

При термопомпите с директна размяна се използва директен термичен контакт със земята (за разлика от комбинацията от цикъла на хладилния агент и водния контур). Охлаждащата течност излиза от корпуса на термопомпата, циркулира през контур от медна тръба, намираща се под земята, и обменя топлината със земята, преди да се върне към помпата.

Наименованието "директен обмен" се отнася до топлообмена между цикъла и хладилния агент, без да се използва междинна течност. В такава система няма директно взаимодействие между течността и земята, има само предаване на топлина през стената на тръбата. Директно обменяните термопомпи се използват по-рядко, те не трябва да се бъркат с оборудване, работещо на базата на топлообмен чрез междинни вериги.

Системите за директен обмен обаче са по-ефикасни и имат потенциални по-ниски разходи за монтаж, отколкото затворените системи с водна схема. Високата топлопроводимост на медта допринася за ефективността на системата, но входящият топлинен поток е ограничен главно от топлинната проводимост на земята, а не от тръбата.

Основните причини за висока ефективност на такова оборудване са липсата на водна помпа (която използва електричество), липсата на топлообменник между водата и охлаждащата течност, която е източник на топлинни загуби.

В същото време те изискват повече хладилен агент, а техните тръбопроводни системи са по-скъпи.

2. Системи с затворен контур

Повечето от инсталираните понастоящем системи имат два вериги:

• първичен кръг с хладилен агент;
• Вторичен кръг, напълнен с вода, разположен под земята.

Вторичната верига обикновено е изработена от полиетиленови тръби с висока якост и съдържа смес от вода и антифриз (пропилей гликол, денатуриран алкохол или метанол).

След излизане от вътрешния топлообменник, водата преминава през вторичния кръг извън сградата, за да замени топлината със земята, преди да се върне. Вторичният кръг се намира под линията на замръзване, където температурата е по-стабилна или потапя в най-близкото достъпно езеро.

Системите, намиращи се в земя, наситена с влага или във вода, обикновено са по-ефективни от сухи земни контури. Ако почвата в зоната ви е суха, тогава заедно с веригата се препоръчва да поставите маркуч за оттичане, навлажняващ земята около земната верига.

Затворените системи имат по-ниска ефективност от системите за директен обмен, тъй като те изискват по-дълга тръбопроводна система и голям обем от изкопни или сондажни операции.

Подземният контур на геотермалната система може да бъде монтиран хоризонтално под формата на контур в окопите или вертикално под формата на няколко дълги U-образни конструкции. Размерът на площта на цикъла зависи от вида на почвата и съдържанието на влага, средната температура и възможните загуби на топлина, както и от други характеристики.

3. Затворени системи с вертикална тръбна подредба

Контурът на такава затворена система се състои от тръби, които вървят вертикално към земята. Дълбочината на проникване е от 15 до 120 метра. Двойките тръби във всяка ямка са свързани с U-образен напречен конектор в дъното на вала. Гнездата за тръби обикновено се пълнят със специално решение за осигуряване на термична връзка със заобикалящата ги почва или скала, за да се подобри преносът на топлина. Специално решение предпазва подземните води от замърсяване.

Вертикално подреждане на геотермални тръби

4. Затворени системи с хоризонтално разположение на тръбите

Контурът на такава затворена система се състои от тръби, които преминават хоризонтално в земята. U-образните или пръстеновидни завои на тръбопровода са погребани в земята по-ниски от линията на замръзване.

Треска с изпънат контур

Работата по земя по време на инсталирането на такава система е около половината по-евтина от вертикалното сондиране. Тази технология се използва, когато има достатъчно място на сайта.

Възможност за изграждане на геотермална система

Например, една отоплителна система от този тип в самостоятелна къща, която консумира 10 kW топлинна мощност, ще изисква 3 контура с дължина от 120 до 180 метра всяка.

5. Направляваща сондажна система

Като алтернатива, геотермалните контури на циркулационната тръба на термопомпата могат да бъдат положени с помощта на хоризонтална технология за пробиване. Тази технология позволява да се поставят тръби за дворове, алеи, градини и други инфраструктурни елементи, без да се унищожават.

Цената на такава система варира между цената на конструкциите, използващи окопите, и цената на конструкцията с вертикално сондиране. Тази система може да се различава и от конструкции с окоп или с вертикално сондиране, тъй като могат да бъдат свързани с една централна камера, което допълнително намалява необходимото пространство. Системите, използващи насочено сондиране, често се инсталират ретроспективно, т.е. след построяването на сградата.

6. Инсталиране на веригата в езерото

Топлообменни верига преди да се потопите до дъното на резервоара

Затворена система с потапяне на контура до дъното на резервоара се състои от тръбопроводи, разположени под формата на бримки и разположени на дъното на езерото с подходящ размер или друг източник на вода.

Система с местоположението на тръбите в езерото

7. Отваряне на геотермални топлинни системи

При откритите геотермални системи (наричани също термопомпи, подземните) на вторичната верига помпи природна вода се изпомпва от кладенец или резервоар. След това водата влиза в топлообменника вътре в термопомпата. След възстановяване на топлината и се прехвърля в тръбопровода на първичния охладител водата се връща в инжекторни кладенци, изкопи или напояване езерото. поточни линии и връщане трябва да се поставят достатъчно далеч един от друг, за да позволи на топлинна istochnika.Poskolku подаване на вода химия не се контролира, термопомпата и тръбите трябва да бъде защитена от корозия от различни метали в топлообменника и помпата. Също така, системата може да замърсяват мащаба и може да се наложи да го почистите периодично.

В случай, че използваната вода съдържа високо съдържание на соли, минерали, желязо, бактерии или сероводород, за предпочитане са затворените системи.

Отворените геотермални системи за отопление, използващи подземни води, обикновено са по-ефективни от затворените системи, тъй като те са по-добре да използват температурната разлика. По този начин системите с затворен контур трябва все още да предават топлината през допълнителни слоеве на стената на тръбата и почвата.

При инсталирането на такива системи обаче могат да възникнат правни проблеми, тъй като те могат да доведат до оскъдни водоносни хоризонти или да замърсят кладенци. Това принуждава строителите да използват по-екологични затворени системи.

8. Система с течна колона

Системата за геотермално охлаждане или отопление е специализиран тип затворени системи. Водата в този дизайн идва от дъното на дълбоката ямка на скалата, минава през термопомпата и се връща в горната част на кладенеца, където пътува надолу, заменя топлината с околните скали.

Системите с течна колона обикновено се използват в затворени пространства. Този дизайн не се препоръчва за използване на пясъчни и глинести почви. Структурата може също да осигури няколко течни колони. Той е популярен в жилищни и малки търговски сгради.

Основните компоненти на геотермалната отоплителна система

Термопомпата с течен въздух

Топлинна помпа е централното звено на геотермално охлаждане или отоплителна система. Външно и функционално прилича на хладилник.

Някои модели на такива термопомпи не само могат да отопляват помещенията, но и да ги охлаждат, затоплят водата, като осигуряват необходимост от топла вода.

Отопляемият или охлаждан въздух може да бъде подаден към крайното устройство на отоплителната или климатичната система чрез циркулация на водата или принудително подаване на въздух. Почти всички видове термопомпи се произвеждат както за търговски, така и за домашни нужди.

Термопомпи с течен въздух (наричани още "вода във въздуха") често се използват за замяна на остарели централни климатични системи.

Топлинна помпа с течност-вода

Термопомпи с течност-вода (Наречен също "вода-вода") са хидравлични системи, които използват два верига течност попълнено топлообмен между тях. Такива системи обикновено се подават оборудване охладител като етажа с вода за отопление, радиатори с топлопреносната течност. Такива устройства могат да загряват вода до температура от около 50 ° С, докато температурата на изхода на охлаждащата течност на конвенционален котел достигне 65-95 ° С този начин, в системи за геотермална помпа не може да използва радиатори, предназначени за по-високи температури.

Геотермална термопомпи са особено подходящи за подово отопление, което изисква относително ниски температури до 40 ° С използването на големи повърхности като подове, за разлика от радиатори, разпределя топлина по-равномерно и ефективно използване на по-ниска температура на водата. Подово покритие, изработени от дърво или мокет смекчи този ефект, тъй като топлинната ефективност на предаване на тези материали е по-ниска от тази на каменни подове (плочки, бетон).

Съществуват и комбинирани термопомпи, които могат да предизвикат едновременно принудителна циркулация на въздуха и водата. Тези системи се използват главно за жилища, които имат комбинация от нуждите от климатизация и отопление.

Самоинсталация на геотермална отоплителна система

Самоинсталацията на геотермална отоплителна и климатична инсталация изисква сериозна парична инфузия и определени технологични умения.

1. Провеждат се геоложки проучвания, определя се дълбочината на замръзване на почвата.
2. Проектирането на системата се извършва въз основа на избраната технология (затворена, отворена, с хоризонтално или вертикално подреждане на контурите).
3. Необходимото оборудване е закупено: тръби, термопомпа. В зависимост от конфигурацията на системата, се избират необходимите елементи на вътрешната отоплителна система: отоплителни радиатори, топла вода или вентилаторни охладители (системи с принудително въздух).
4. Системата се инсталира. Изместваме кладенци или изкопаем системи, възможно е подготовка за поставяне на тръбопроводи в резервоар.
5. След монтажа на всички елементи се прави връзка и се прави тест.

Поради големия обем и сложността на извършената работа е по-добре да се проектират и изградят отоплителни и охладителни геотермални системи на специализирана организация, която има необходимия опит. И със сигурност няма вероятност да можете самостоятелно да произвеждате термопомпената станция - тяхната продукция у дома не е много обичайна.

За по-подробно запознаване с процеса на изграждане на геотермални термопомпи вижте фактическото видео.

Геотермална термопомпа