Геотермальный тепловой насос: грунт, скважина, SCOP 6,15

Геотермальный тепловой насос отапливает дом теплом, которое круглый год хранится в грунте, скважине или водоёме, а электричество тратит только на перенос этого тепла в дом. Ниже — откуда берётся это тепло и почему такой источник эффективнее воздуха.

Геотермальные тепловые насосы

Украина – страна с умеренно континентальным климатом, поэтому вопрос отопления возникает на этапе проектирования любого здания. В качестве источников тепловой энергии могут быть использованы: природный газ, другие углеводороды, древесина и продукты ее переработки, электрическая энергия. Стоимость природного газа неуклонно растет, поэтому его использование экономически нецелесообразно. Цена электрической энергии также высока, однако существует оборудование способное преобразовывать ее в тепло с высокой эффективностью, что позволяет существенно снизить затраты на его использование. Речь идет о геотермальных тепловых насосах.

Отопление геотермальным тепловым насосом было изобретено в Швеции во второй половине прошлого века, а первое серийное оборудование сошло с конвейера в начале 70-х годов. Сегодня его можно купить и в Украине благодаря компании Noviterm, помимо этого специалисты компании всегда готовы произвести расчет и проектирование системы отопления на основе теплового геотермального насоса.

Геотермальный тепловой насос – преимущества использования

Геотермальное оборудование собирает тепло из грунта или воды путем пропуска теплоносителя через их слои при постоянной циркуляции в геотермальном тепловом насосе. Использование таких теплонасосов позволяет обеспечить:

обогрев помещений в зимний период;
кондиционирование (охлаждение) воздуха жарким летом.

Коэффициент полезного действия такого оборудования значительно превышает единицу, поэтому оно позволяет экономить до 80% электрической энергии. Используя всего 1 кВт электроэнергии вы сможете получить около 6 кВт тепла. Одновременно с отоплением можно производить нагрев водя для последующего использования в бытовых целях. В зависимости от использованной технологии температура воды в баке бойлера может достигать 60 или 80 градусов Цельсия.

Для возможности кондиционирования помещений потребуется установка дополнительного блока активного или пассивного холода, а также холодного потолка и (или) стен в помещении, либо системы фанкойлов. Электрическая энергия при этом будет использоваться только для циркуляции теплоносителя в контуре, поэтому такой способ кондиционирования можно считать самым эффективным.

Модели геотермальных тепловых насосов с инверторным компрессором позволяют плавно регулировать тепловую мощность с учетом текущих потребностей и погодных условий. Обучаемый контроллер может сам снижать температуру нагрева горячей воды в то время, когда в помещении отсутствуют люди, тем самым помогает дополнительно экономить электрическую энергию.

Откуда геотермальный тепловой насос берёт тепло

Источник выбирают из трёх сред:

Грунт — трубы контура уложены в землю и снимают тепло с большой площади.
Скважина — вертикальный зонд опущен в пробурённую скважину; это тепловой насос земля-вода.
Водоём — контур уложен на дно озера или пруда.

Общее у всех трёх — стабильность. Земля и вода набирают тепло за лето и отдают его медленно, поэтому на глубине температура почти не следует за погодой и держится в пределах +8…+12 °C круглый год. Наружный воздух зимой уходит далеко в минус, причём холоднее всего становится тогда, когда дому нужно больше всего тепла. Геотермальный контур такого перепада не знает.

Наружный контур теплового насоса называют коллектором. Это замкнутая система полиэтиленовых труб, уложенных в среду, из которой снимают тепло, — в грунт, в скважину или в водоём. Внутри циркулирует рассол, незамерзающая смесь на основе спирта или гликоля: проходя по трубам, он нагревается на несколько градусов и отдаёт собранную энергию фреоновому контуру в испарителе. Дальше работу выполняет компрессор, а источник остаётся тем же круглый год.

Вертикальные зонды или горизонтальный коллектор

Разница — в том, сколько места контур занимает на участке.

Вертикальные зонды

Зонд — это петля труб, опущенная в скважину. Бурят вертикально, поэтому на поверхности остаются только оголовки: над контуром можно строить и разбивать газон. Чем глубже зонд, тем ровнее температура вокруг него. Это решение для тесных участков: когда земли почти нет, скважины бурят кустом.

Горизонтальный коллектор

Коллектор — трубы в траншеях ниже глубины промерзания, разведённые по большой площади. Бурение не нужно, зато нужна свободная земля: над коллектором не строят и не сажают деревья с глубокими корнями. Верхние слои грунта сильнее реагируют на погоду, чем скважина, поэтому площадь контура подбирают с запасом.

Рабочее правило по площади: контур занимает в два-три раза больше земли, чем отапливаемая площадь дома, то есть две-три сотки на каждые 100 м². Вилку задаёт грунт: влажная плотная земля проводит тепло охотно, и контур выходит компактнее, а сухой песок отдаёт неохотно, поэтому труб приходится закладывать заметно больше.

Из имеющихся соток сразу вычитают всё занятое — пятно дома и гаража, септик, трассы водопровода и кабелей, сад. Над контуром хорошо себя чувствует газон и клумбы с неглубокими корнями, а деревья, террасы на фундаменте и сплошной бетон исключены: под ними земля не пополняет запас тепла. Вертикальные зонды занимают во дворе считаные квадратные метры и не трогают ландшафт, но требуют буровой установки и удобного заезда для неё.

Источник тепла, температура зимой и место на участке

Источник тепла	Температура зимой	Нужное место
Скважина с вертикальным зондом	+8…+12 °C, стабильно весь год	только оголовки скважин, участок свободен
Горизонтальный грунтовый коллектор	ниже глубины промерзания, теплее наружного воздуха	большая площадь земли без построек и глубоких корней
Водоём	у дна плюсовая, до минуса не доходит	дно озера или пруда рядом с домом
Наружный воздух	падает вместе с погодой, уходит в минус	место под наружный блок

SCOP: почему геотермальные тепловые насосы эффективнее воздушных

COP показывает эффективность в одной точке, SCOP — за весь отопительный сезон: с мягким ноябрём, морозами и работой на частичной нагрузке. Сравнивать модели честнее по нему.

У геотермальных моделей Thermia SCOP держится на уровне, недоступном воздушным: Atlas — 6,15, Calibra — 5,96. Это и есть тот самый 1 кВт из сети, который превращается примерно в 6 кВт тепла, и до 80 % энергии из земли.

Причина в источнике. Компрессор поднимает температуру от источника до температуры подачи: чем меньше перепад, тем меньше затраты. Источник с +8…+12 °C держит перепад маленьким и в декабре, и в феврале, а воздушному насосу в мороз приходится поднимать температуру с минуса и тратить энергию на оттайку. Характеристики по моделям — на странице теплового насоса Thermia Atlas.

Пассивное охлаждение летом

Летом контур в земле холоднее воздуха, и лишнее тепло дома можно сбрасывать в грунт напрямую. При пассивном охлаждении компрессор не включается вообще: теплоноситель идёт по контуру и снимает тепло с холодного потолка, стен или фанкойлов. Работают только циркуляционные насосы — порядка 0,2 кВт.

Воздушный тепловой насос так не умеет: сбрасывать тепло ему некуда, и охлаждает он только активно, компрессором. Оба режима разобраны в материале про кондиционирование тепловым насосом.

Холод здесь не производится, а переносится: тепло из комнат уходит в породу вокруг скважины и заодно восстанавливает температуру грунта к началу отопительного сезона.

Ограничение одно — поверхность пола или потолочной панели не должна опускаться ниже точки росы, иначе на ней выступит влага. Поэтому контроллер следит за влажностью и ограничивает температуру подачи.

Что входит в работы и от чего зависит смета

Порядок работ на объекте примерно одинаков:

Расчёт — считают теплопотери дома и подбирают мощность в киловаттах.
Проект контура — выбирают источник, число и глубину скважин или площадь коллектора.
Буровые или земляные работы — бурение со спуском зондов либо траншеи с укладкой труб.
Монтаж и обвязка — установка насоса, подключение контура, бака горячей воды и буферной ёмкости.
Пусконаладка — заполнение контура, настройка контроллера и кривой отопления.

Смету определяют теплопотери дома, требуемая мощность, тип источника, грунт на участке, схема отопления (тёплый пол, радиаторы, фанкойлы), контур охлаждения и объём горячей воды в литрах. Поэтому смета появляется после расчёта. Модельный ряд по мощности — в каталоге тепловых насосов.

В котельной к самому насосу добавляется обвязка: циркуляционные насосы, расширительные баки, буферная ёмкость и бак горячей воды. Тепло воде передаёт змеевик увеличенной площади — насос подаёт теплоноситель с более низкой температурой, чем котёл, поэтому поверхность теплообмена должна быть больше.

Часть задачи снимает встроенная ёмкость: в Atlas это бак с послойным нагревом TWS, в котором первыми прогреваются верхние слои, так что душ доступен ещё до нагрева всего объёма. Буферные ёмкости Thermia сделаны из травлёной нержавеющей стали, и жертвенного анода конструкция не предусматривает — проверять и менять нечего.

Точную картину даёт только расчёт по проекту: план этажей, конструкции стен, желаемая температура в комнатах, тип отопления и план участка.

Геотермальное отопление под ключ от Новитерм

Компания Noviterm, основанная в 2007, одной из первых в Украине начала проектировать энергоэффективные системы отопления на основе геотермальных тепловых насосов шведской компании Thermia. Сегодня специалисты компании могут предложить клиентам полный пакет услуг по созданию эффективной и экономной системы отопления, который включает в себя:

расчет и проектирование;
помощь в выборе и покупке оборудования;
авторизированный монтаж на объекте.

Комплексный подход позволяет добиться наилучших результатов. Прямые поставки геотермальных тепловых насосов от шведского производителя Thermia идут без посредников — оборудование приходит из Швеции с заводской гарантией, а не из серого импорта. На все оборудование распространяется пятилетняя гарантия. Экономьте собственные средства на отоплении и кондиционировании помещений и подогреве горячей воды с помощью компании Noviterm.

Практическая часть разобрана отдельно: контур с кластерным бурением — когда участок мал, и монтаж геотермального теплового насоса — как проходит установка шаг за шагом.

Геотермальные тепловые насосы в Украине поставляет и устанавливает «Новитерм»: расчёт контура, бурение скважин, монтаж и пусконаладка — в одних руках.