Теплотехники всех стран, простирающихся от экватора к обоим полюсам Земли, на разных языках выражают оптимистичное единодушие в оценке тепловых насосов, как универсальных устройств, обеспечивающих комфортные условия жизни людей в любых климатических зонах. В зависимости от характера перепада температур внутри и снаружи жилища, местные специалисты выбирают тип теплового насоса и способ рассеивания вырабатываемого им побочного холода или тепла.

Подбор теплового насоса в разных климатических зонах

Не всегда у теплотехников получается действовать однотипно. В теплых странах, где температура воздуха в отопительный период не опускается ниже нескольких градусов мороза, целесообразнее использовать тепловые насосы воздух-вода, которые отдают тепло воде системы отопления, а холод рассеивают в атмосфере. В холодных странах такие тепловые насосы не эффективны, поскольку отдать свой холод в морозный воздух намного тяжелее. Следовательно, и тепла такой насос даст намного меньше, в то время, как это так необходимо.

Для климатических зон. Где температура воздуха в отопительный период опускается до минус 25 и удерживается на этой отметке две и более недель, нужен другой способ рассеивания холода. Чаще всего, геотермальный. Геотермальные тепловые насосы, реализующие принцип «рассол – вода», отдают холод в геотермальный контур, который с помощью зондов, погруженных в скважины, рассеивает холод в земле.

геотермальный контур грунтового теплового насоса

Физические свойства того или иного грунта по его способности распределять в своей толще перепад температур, оценивают показателем рассеиваемой мощности. Этот показатель колеблется в пределах от 20 ватт на погонный метр скважины для сухих песков и рыхлых гравийных грунтов до 80 ватт на метр для твердых пород, типа базальта или гранита. Расчет общей длины скважин определяется простым делением мощности котла, например, 10000 ватт, на показатель рассеиваемой мощности, например 35 ватт на метр для глинистых почв. Результат – 286 метров.

 

Определение количества скважин для геотермального теплового насоса

На следующем этапе определяется количество скважин, исходя из оптимальной глубины и минимальных расходов на бурение. Смысл в том, что, в зависимости от типа грунта, бурение на глубины свыше 50 метров вызывает увеличение в геометрической прогрессии расходов на топливо или электроэнергию для буровой установки. В противном случае, увеличение числа скважин приводит к удлинению горизонтального контура, общему удорожанию земляных работ и увеличению числа необходимых для каждой скважины фитингов и арматуры.

 

Особенности конструкции геотермального зонта ТН

Немаловажное значение имеет конструкция геотермального зонда. Четырехтрубный зонд эффективнее двухтрубного ровно как на разницу площади поверхности соприкосновения теплоносителя и грунта через стенки его труб. У традиционно используемых полиэтиленовых труб диаметром 32 мм для четырех и 40 мм для двухтрубных зондов такая разница составит 38% при одном и том же количестве теплоносителя, помещающегося в погонном метре обоих зондов.

Без преувеличения, огромное значение имеет тампонирование скважины после погружения в нее геотермального зонда путем заполнения воздушных пустот между стенкой скважины и поверхностью зонда. Воздушные зазоры снижают эффективность теплопередачи в разы. Поэтому, для эффективной работы геотермального зонда в скважину вносят цементно-песчаный раствор иногда с добавлением пластификатора, обеспечивающего лучшее растекание и заполнение пустот, а также утяжелительные смеси, повышающие теплопроводность такого раствора.

Собранный, спаянный, заполненный пропиленгликолем и опрессованный под давлением 2,5 – 3 Бар зонд, с помощью специальных штанг погружается в скважину немедленно, чтобы исключить вероятность обрушения внутренних стенок скважины. Зачастую, при погружении зонда приходится прилагать серьезные усилия, из-за того, что неоднородность грунта образует ступенеобразные препятствия и коверны – обширные полости в зоне залегания рыхлых песков. Тампонирование производится снизу-вверх через те же трубчатые штанги, с помощью которых зонд погружается в скважину. Цементный раствор подается насосом на глубину, затем, постепенно извлекая штанги, буровики продолжают заполнять скважину из расчета 120 литров раствора на 10 метров скважины.

Горизонтальная часть геотермального контура представляет собой аккуратно уложенные в траншею глубиной 1,5 – 2,5 метра окончания зондов, попарно подсоединенные к трубам большего диаметра, и выведенные на коллектор, который объединяет концы зондов и образует входящий и исходящий патрубки, которые затем подсоединяются непосредственно к тепловому насосу.

В итоге, наружный контур геотермального теплового насоса представляет собой внушительное инженерное сооружение, к которому предъявляются очень строгие требования по надежности. Не случайно, устройство для терморезисторной пайки муфт, которыми соединяются все части геотермального зонда, имеет специальный сканер, считывающий штрих-код каждой муфты и хранящий её параметры в памяти для последующей распечатки соответствующего протокола.

Наружный контур геотермального насоса заполняется пропиленгликолем. Это безопасная для здоровья человека незамерзающая жидкость, используемая в пищевой промышленности. Она дороже обычного тосола, или метилосодержащих жидкостей, но её случайная утечка в горизонты с питьевой водой никому не причинит вреда. Не менее важное значение для экологии имеет и тампонирование скважин. Оно предотвращает перетекание воды из одного водоносного слоя в другой, что крайне значимо для качества питьевой воды, забираемой из более глубоких водоносов.

Учитывая всё вышеизложенное, становится понятно, что геотермальный контур теплового насоса – это хоть и невидимое, но внушительное и очень ответственное сооружение, назначение которого – рассеивать вырабатываемый тепловым насосом холод в объемах равных теплу, которое необходимо для системы отопления дома. Если в течение часа 1000 литров теплоносителя, прокачать через вертикальные зонды и нагреть теплоноситель на 5 градусов, то при теплоемкости пропиленгликоля равном 3,9 Вт/м°С мы получим 19500 килокалорий тепловой энергии, или почти 22 киловатт-часа. При этом, совершенно бесплатно.

Вот за что теплотехники всего мира так любят тепловые насосы и настоятельно рекомендуют их своим заказчикам.