Тепло є одним з найбільш затребуваних видів енергії, необхідної для підтримки життєдіяльності людини. При цьому витрати ресурсів на його вироблення досить значні – будь то електрика з нафтопродуктами або традиційне паливо зразок вугілля і деревини. Очевидно, що на цьому фоні виникає потреба в реченні альтернативного способу опалення. До одним з найбільш перспективних і активно розвіваються технічних рішень такого типу можна віднести геотермальний тепловий насос, концепція якого поступово наближається до побутових умов експлуатації.
Загальні відомості про технології
Будь-яка ідея альтернативного джерела тепла передбачає обслуговування того чи іншого природного матеріалу або явища. В даному випадку центральним постачальником енергії виступають земельні надра. Грунт на певних глибинах підтримує достатню температуру, щоб його тепло можна було акумулювати і надалі використовувати на поверхні. Гідрологічні ресурси також можуть розглядатися в якості джерела тепла, вносячи свої корективи в технічне виконання акумулюючої інфраструктури.
Для подання ефективності даної технології можна відзначити, що при вкладенні 1 кВт енергії в зміст геотермального теплового насоса можна отримати віддачу у вигляді 2-6 кВт. Чим же пояснюється такий високий ККД? Порівняно з іншими засобами обробки природних джерел енергії, геотермальні механізми не передбачають проміжних етапів перетворення. Наприклад, акумуляція сонячної енергії вимагає, щоб світло і тепло конвертувалися в електроенергію, яка витрачається на утримання будинку. У даному ж випадку тепло не перетворюється, а безпосередньо або з мінімальними перехідними етапами переноситься до цільовим споживачам.
Принцип дії
Для початку варто визначити конкретні точки, які беруть участь у процесі геотермального опалення. Починається процес в землі – на рівні, який розташовується нижче точки промерзання. Температура може бути різною залежно від глибини. Для мінімального теплового ефекту достатньо, щоб вона перевищувала 0 °C, але на практиці економічно виправданим показником вважається 35-40 °C. Кінцевим же споживачем виступає опалювальний контур.
За перенесення енергії від ґрунту до системи домашнього опалення відповідає спеціальний трубопровід, що обслуговується геотермальним тепловим насосом. Принцип роботи будується на тому, що через цю лінію поставки з теплообмінником-випарником по контуру холодоагенту передається тепло. Як і в кондиціонерах, роль активного испаряемого речовини виконує фреон. До початку роботи насоса він перебуває в рідкому стані, а після запуску переходить у газоподібну форму. Далі оновлений холодоагент переноситься в компресор, комунікації якого зв’язуються з кінцевим опалювальним контуром. Надлишок фреону до цього моменту скидається через відвідний канал.
Геотермальне обладнання
Основним функціональним елементом системи є тепломеханический насос. Структуру агрегату представляють три контуру:
- Зовнішній. Забезпечує циркуляцію звичайного теплового носія у вигляді антифризу або соляного розчину.
- Внутрішній. Містить холодоагент в герметичних камерах, в яких відбуваються процеси нагрівання-випаровування.
- Зовнішній контур, який безпосередньо надсилається до цільової обслуговується системі.
Також у перелік робочих органів геотермального теплового насоса для опалення входить компресор, випарник, канал скидання і теплоносії. Важливо зазначити, що конструкції, компонування і додатковий функціонал може змінюватися в залежності від умов застосування. Існують установки для грунту, води і повітря, а також комбіновані системи, здатні працювати в різних умовах.
Джерела тепла і засоби акумуляції
У геотермальних систем чимало плюсів, пов’язаних з економним споживанням енергії, практичності і технологічної доступністю для побутової експлуатації. Але, як і у інших систем, що акумулюють альтернативну енергію, вона залежна від джерела. Тому, щоб бути впевненим у стабільності теплопостачання, слід заздалегідь продумати і можливість підключення до резервного каналу постачання енергії. Грунтові й гідрологічні джерела будуть розглянуті нижче, а поки варто ознайомитися в принципі з робочою інфраструктурою, яку обслуговує геотермальний тепловий насос як систему постачання ресурсу. У якості приймачів тепла виступають сипучі матеріали, труби, зонди і конструкції, структура яких може акумулювати енергію. Зокрема, це можуть бути нагрівальні мати, пов’язані з насосом, теплоносієм і сторонніми системами опалення.
Грунтовий джерело теплової енергії
Високопродуктивні системи, що акумулюють геотермальну енергію, розміщуються на полях площею близько 200 м2. З розміченій зони знімається шар грунту завтовшки 40-50 см нижче, ніж точка промерзання. В цілому виходить товщина в 150-200 див Ці та інші дані вказуються в проекті з розрахунком обсягів енергії для конкретного опалювального контуру. Багато чого буде залежати і від регіону, оскільки в одній місцевості можна витягти 30 Вт з 1 м2, а в іншій – 70-80 за 1 м2.
На майданчику формуються свердловини, траншеї або ж суцільні майданчики для розміщення акумулюючих елементів. Найдоступнішою в реалізації вважається вертикальна свердловинна установка, в якій розміщуються спіральні акумулюючі труби або мати. У горизонтальній конфігурації розміщення забірної інфраструктури геотермальний тепловий насос для опалення може видавати великі обсяги енергії, але у нього є мінуси. Вони відносяться до складності виконання земляних робіт (потрібна спецтехніка для розробки великих площ), виключення будь-яких ландшафтних робіт та зниження температури до кінця опалювального сезону.
Водяний джерело теплової енергії
Основними об’єктами обслуговування в даному випадку виступають озера, водойми і ставки. Що стосується акумулюючих елементів, то їх функцію виконують полімерні труби з антифризным наповненням. Обсяги витягуваної енергії в середньому можна представити як 30 Вт з 1 м труби. Для комплексного обслуговування великого приватного будинку потрібно 12 кВт – відповідно, потрібно організовувати систему трубопроводу довжиною 400 м.
Є й інший підхід до акумуляції тепла від гідрологічних ресурсів. Якщо поблизу немає озер і водойм, на власній ділянці можна облаштувати 2-3 колодязя зі свердловинами глибиною близько 20 м. Вода на цьому рівні буде мати температуру близько 10 °C, але для допоміжної функції підігріву цього достатньо. Суть в тому, що геотермальний тепловий насос виконує завдання постійної циркуляції теплої або гарячої води. З одного боку контуру відбувається постійний підігрів ресурсу в колодязях без найменших витрат, а в будинку акумулюється енергія знову надійшла порції води.
Установка геотермальної системи
Перед тим як прийняти рішення про покупку устаткування, слід оцінити, наскільки в конкретному регіоні в принципі виправдано використання даної технології. Для цього проводиться ряд геологорозвідувальних досліджень з визначенням глибини промерзання грунту.
У монтажі задіюються труби або інші акумулюючі елементи, насос і настановна фурнітура. Внутрішню опалювальну інфраструктуру можуть формувати радіатори, фанкулеры або теплий водяна підлога і т. д. Це буде система споживання поставляється ресурсу.
Отже, встановлюються геотермальні теплові насоси для дому в свердловинах – як вже зазначалося, не лише земельних, але і водяних. Можна облаштовувати колодязі, траншеї та поля з ліквідованим шаром грунту, але цей варіант частіше використовують для промислового теплопостачання. У створеній ніші укладаються акумулятори по всій майданчику – в прямолінійною конфігурації або спіральної. Контури підключаються до що знаходиться на поверхні насосу, який, в свою чергу, з’єднується з домашніми опалювальними контурами.
Виробники геотермальних насосів
Сегмент активно розвивається зусиллями найбільших розробників кліматичного обладнання. Зокрема, виробник котлів Viessmann є надійні агрегати для водяної та ґрунтової акумуляції тепла при робочій температурі близько +65 °C. Для промислових і громадських будівель площею 300-350 м2 пропонується геотермальний тепловий насос NIBE F1145. До його особливостей можна віднести можливість підключення до трифазної мережі 380 В, і однофазної – на 220 Ст. Універсальні з точки зору сфер застосування моделі геотермальних насосів пропонує японська компанія Mitsubishi. Розробники даної фірми з 2007 р. займаються розвитком концепції мультизональної поділу обігріву зі спрощеною системою управління.
Не обходять увагою такий перспективний сегмент і вітчизняні компанії. Наприклад, геотермальний тепловий насос російського виробництва BROSK Mark II 100 розрахований спеціально на приватного споживача – власника невеликого заміського будинку. Але, незважаючи на скромну продуктивність, дане обладнання характеризується як надійне, енергоефективне і багатофункціональний.
Позитивні відгуки про технології
Даний спосіб опалення багатьох приваблює зручністю утримання, обслуговування і, звичайно, мінімальними фінансовими витратами при експлуатації. Обладнання практично не вимагає витратних паливних матеріалів. Потрібні електричні ресурси для забезпечення функції того ж насоса і керуючої апаратури, але вони незначні на тлі повертається обсягу енергії. Підкреслюється і екологічна чистота геотермальних теплових насосів. Відгуки та зовсім на одне з перших місць в числі плюсів ставлять те, що робоча інфраструктура не займає місця в будинку. Підводяться тільки комунікації, а інші функціональні агрегати і вузли залишаються на вулиці.
Негативні відгуки
З повноцінною котельні теплову продуктивність геотермальних систем все-таки не порівняти. І справа навіть не в конкретних показниках потужності, а в стрибкоподібної подачі тепла. Багато хто скаржиться на тривалі періоди низьких показників доставки енергії, для чого і рекомендується організовувати резервні системи постачання. Але тут виявляється й інший недолік. Хоча на утримання обладнання витрачається трохи грошей, початкові вкладення порівнянні з покупкою потужного промислового котла. Навіть геотермальний тепловий насос російського походження BROSK Mark II 100 доступний на ринку за 250-300 тис. руб. в залежності від комплектації. Витрати на монтажні заходу також обійдуться в 50-70 тис. руб.
Висновок
Варіантів організації теплопостачання в умовах приватного будинку досить багато. Кожен з них по-своєму затратний в процесі експлуатації – від дорогих електричних панелей до економних газових котлів. Але, традиційне устаткування в сучасному виконанні представляє собою оптимізовані по конструкції і прості в управлінні системи. Чим же може залучити геотермальний тепловий насос для опалення будинку? Звичайно, економічний фактор вийде на перший план, але що ще? Звертатися до подібних установок можна у випадку, якщо на ділянці є достатньо місця для організації комплексу. В цьому випадку можна розраховувати як мінімум на пасивний допоміжний обігрів приміщень без постійного контролю та обслуговування. І ще один момент – це повна автономність, що дозволяє використовувати геотермальне обладнання як резервне джерело тепла.
