Геотермальні системи опалення, кондиціювання у Краснодарі

21.02.2017

Яка ефективність геотермальної системи з грунтовим теплообмінником?

Оскільки це «ознайомча», а не «навчальна» стаття, ми не ставимо своєю метою представити формули і методи обчислення, допомагають у будівництві геотермальних систем, наше завдання відповісти на питання — вигідно чи ні, в яких випадках доцільно застосовувати і скільки коштує. Так ось:

Коефіцієнт перетворення енергії (не плутати з ККД) у геотермальної системи з грунтовим теплообмінником (закритого типу) становить

1 до 6 (1 до 7), тут багато чого залежить від типу грунту, наявності грунтових вод, глибини закладання теплообмінника і т. п… тобто (спрощено) на 1 кВт. спожитої електричної енергії, система здатна справити 6-7 кВт. тепловий (або холодової) енергії. Для порівняння найсучасніший тепловий насос типу «повітря-повітря» працює з коефіцієнтом перетворення енергії 1 до 3 (а геотермальна система

1 до 6 (1 до 7).

У разі, якщо ви виробляєте тепло електричними тенами (водяний електричний котел) цей коефіцієнт виглядає так – 1 до 1 (електричний котел 1 кВт. ел. енергії спожив, 1 кВт. тепла видав). З таких цифр випливає, що геотермальна система здатна обігріти ваш будинок в 5 разів ефективніше, ніж це зробили б водяні, електричні котли, а кондиціонувати в 2,0 — 2,5 рази ефективніше, ніж це б зробили звичайні спліт-системи (навіть найсучасніші).

Типи геотермальних систем (деякі відмінності)

Слово «геотермальна» в контексті геотермальних систем багатьох вводить в оману. Можна логічно припустити, що це слово зобов’язує до наявності на ділянці гарячих геотермальних вод, а в інших випадках її будівництво не можливо,- але це не так. На Північному Кавказі, у Краснодарському краї (інших регіонах Росії) є деяка кількість регіонів, в яких залягання гарячих ґрунтових вод близько до поверхні, в цьому випадку дійсно можливе використання такої води для цілей опалення, але кондиціонер в даному випадку ви не отримаєте. Це один з варіантів, який розуміється під терміном «геотермальна система», але не про нього ми будемо говорити далі, так як він (варіант) не передбачає наявність кондиціонування і не передбачає використання теплового насоса з тими показниками ефективності, які ми вже обговорили.

Далі ми будемо говорити переважно про «геотермальної системи з закритим ґрунтовим теплообмінником», бо така система має значні переваги в порівнянні з іншими типами геотермальних систем. Трохи торкнемося тему відкритого контуру, але тільки для того, що б показати відмінності і сумнівну доцільність його (відкритого контуру) застосування.

Тепловий насос в геотермальних системах

Перш ніж продовжити розмову про геотермальних системах як таких, необхідно поговорити про теплових насосах, тому як саме тепловий насос (разом з теплообмінником) відповідає за ті самі коефіцієнти перетворення енергії, про які ми говорили вище. В геотермальних системах використовуються теплові насоси типу «вода-вода» і «вода-повітря» та для прикладу давайте коротко розглянемо принципову схему роботи будь-якого теплового насоса.

Звичайна спліт-система, являє собою класичний приклад теплового насосу типу «повітря-повітря». Сьогодні досить багато спліт-систем, які можуть працювати в «режимі обігріву». Тобто в міжсезоння (скажімо, на вулиці 0 градусів С.), ми можемо включити спліт-систему в режим обігріву і вона дасть нам цілком відчутне тепло. А якщо ми включимо спліт-систему при температурі зовнішнього повітря -15 Гр.С. вона (спліт-система) вже ніякого тепла нам не дасть (якщо звичайно це не спеціальна дуже дорога серія обладнання), чому так відбувається?

Ми не будемо тут і зараз сипати цифрами, все-таки хочемо, що б ця стаття була найбільш простий для розуміння звичайної людини (у тому числі потенційного замовника), тому опустимо математику (благо статей з термодинаміки в інтернеті безліч). «На пальцях» процес отримання тепла в тепловому насосі (спліт-системи) відбувається наступним чином: при роботі спліт-системи опалення, «теплота», яка знаходиться в зовнішньому повітрі перекачується до внутрішнього блоку спліт-системи і лунає вентилятором в приміщення. Яка «теплота» в повітрі, якщо на вулиці – 5?С. запитаєте ви?

Справа в тому, що повітря має «теплову енергію», аж до рівня «абсолютного нуля» – 273?С. але тепловий насос (ефективно) справляється із завданням виділення і перекачування цієї теплової енергії з повітря, до – 5?С. Окремі комплекти спліт-систем здатні перекачувати теплову енергію із зовнішнього повітря до – 25?С. (але це спеціальні дуже дорогі установки). Фізика є фізика і тут нічого не поробиш.

Якщо ви захочете розібратися в питанні детально, цикл відбору тепла зовнішнього повітря (робота теплового насоса) описаний на просторах інтернету досить докладно ми не будемо зупинятися детально на такому процесі.

Так от,- ефективна робота теплового насоса на тепло, можлива до – 5?С. Справедливості заради слід зауважити, що перекачування теплоти буде тим ефективніше, чим більше цієї самої теплоти є в зовнішньому повітрі. Ми не раз помічали, що чим нижче температура «за бортом», тим менше тепла дає спліт-система. Ми (наприклад) отримаємо більше тепла з повітря при його температурі +10?С. ніж при — 5?С. Це положення нам потрібно далі при розборі теплових насосів типу «вода-вода» і «вода-повітря», запам’ятаємо ці дані.

Що ж таке геотермальний тепловий насос?

Ми розібрали роботу теплового насоса на прикладі спліт-системи типу «повітря-повітря». Що означає «повітря-повітря»? Це означає, що тепловий насос бере тепло з повітря і передає його повітря. Виділяє теплоту з навколишнього повітря і повідомляє цю виділену теплоту повітрю приміщення. Тепло з повітря виділено і повітрю передано «повітря-повітря». До геотермальної системи (як ми розуміємо такий тип теплового насоса відношення не має, ми розібрали його роботу для загального розуміння фізики процесу. Такі дані нам неодмінно знадобляться пізніше.

Так само, бувають теплові насоси типу «повітря-вода», цей тип теплового насоса може передавати виділену теплоту зовнішнього повітря воді, наприклад гріти бойлер (воду в бойлері). Так само не має відношення до геотермальної системи.

Бувають теплові насоси «вода-повітря» і «вода-вода». Тобто тепловий насос може брати тепло не тільки з повітря, але і з води. Тип «вода-вода» означає, що теплота виділяється з води і воді повідомляється, а це якраз наш випадок. В геотермальних системах опалення та кондиціонування використовуються як раз теплові насоси типу «вода-вода» і «вода-повітря».

Принцип роботи геотермальної системи з грунтовим теплообмінником.

Отже, раніше, у випадку з тепловим насосом «повітря-повітря» ми відбирали тепло з зовнішнього повітря і повідомляли таке тепло (теплоту) повітрю приміщення. А що якщо ми будемо відбирати тепло з води,- причому води постійної температури? У Краснодарському краї (не будемо брати Мостівського район) температура ґрунту на глибині 2 метрів і нижче постійна (від + 11?С. до + 13?С.). Для того, що б надалі було легше вести пояснення давайте виберемо середню цифру + 12?С. Причому така температура майже не залежить від температури зовнішнього повітря. При тому, що на вулиці може бути — 25?С. у землі, на глибині 2 метрів і нижче температура все одно залишиться постійною чи зміниться зовсім не значно. Така ж ситуація і з періодом кондиціонування (на вулиці + 34?С.). а в землі +12?С.).

Для інших регіонів Росії, отримаєте дані температури грунту нижче глибини промерзання додатково.

Слід нагадати про роботу теплового насоса «повітря-повітря», тут температура зовнішнього повітря мінлива, чим вона нижче, тим менше тепла ми можемо з повітря виділити, а от температура ґрунту величина постійна… Якщо ми закопаємо на певну глибину розрахункова кількість трубопроводу (побудуємо грунтовий теплообмінник) на вході в тепловий насос отримаємо постійну температуру води, яка дорівнює температурі грунту. Далі таку воду зможе використовувати тепловий насос «вода-вода» або «вода-повітря» для виділення (відбору) з неї теплоти або холоду в залежності від циклу роботи.

Як ми вже писали раніше, тут є ряд змінних, таких як грунтові води, тип ґрунту… Так само на температуру води повернуту до теплового насосу впливає температура води, що подається в водяний (закритий контур), (тривалість) час роботи геотермальної системи. У літній період ви повідомляєте землі теплоту (відбираючи холод), а в зимовий цю теплоту відбираєте (реверсивний цикл). За фактом температура землі в районі ґрунтового теплообмінника може відходити від + 12?С. на 5 — 7?С. в будь-яку сторону (залежно від пори року). Це відхилення враховується при проектуванні геотермальної системи і розрахунку того самого робочого коефіцієнта.

Внутрішні інженерні мережі

Внутрішні інженерні мережі не несуть за собою ніяких складнощів в розумінні (і/або будівництві), якщо з теплового пункту геотермальної системи ви отримаєте гарячу (або холодну) воду розрахункової температури (швидкості і об’єму), ви (вважаємо) легко зможете використовувати її для опалення та/або кондиціонування. Основний «фокус», це отримання тієї самої гарячої або холодної води і на цьому ми зупинимося докладніше.

В режимі роботи системи на тепло («вода-вода»), на виході з теплового насоса, ми маємо температуру води 50 – 60?С. яку і будемо використовувати для опалення.

В режимі роботи системи на тепло («вода-повітря»), на виході з теплового насоса, ми маємо температуру повітря 45 – 55?С. який (повітря) так само можемо використовувати для опалення.

Все залежить від того, який тепловий насос у вас встановлений і як при цьому спроектовані і побудовані внутрішні інженерні мережі.

Грунтовий теплообмінник – відкритий і закритий контур

Чому ми робимо акцент саме на «закритий» контур? Що ж таке «грунтовий теплообмінник «закритого» та «відкритого» типу?

В даному випадку, ми будемо бурити розрахункова кількість свердловин, на глибину приблизно 50 м. (далі не доцільно), у ці свердловини ми розмістимо петлі трубопроводів, один край такої петлі з’єднаємо з подаючим контуром, інший із зворотним контуром і наведемо в тепловий пункт на розподільчий колектор. Тут важливо зрозуміти наступне,- ми нізвідки не качаємо воду (теплоносій) і нікуди її не скидаємо, а перекачуємо за допомогою насоса по «закритому контуру» і виграємо як мінімум у трьох випадках, а саме:

— Ми не залежні від наявності грунтових вод (у випадку з теплообмінником «відкритого» типу, що пішла з водоносного горизонту вода стане причиною зупинки всієї геотермальної системи).

— Ми не несемо «вагомих» електричних витрат на підняття води з водоносного горизонту (який у випадку з відкритим контуром з’їдає ту саму ефективність, про яку ми говорили вище). Для того, що б підняти воду з глибини 50 м. вам будуть потрібні достатньо потужні насоси, які будуть споживати велику кількість ел. енергії. У випадку з «закритим» контуром, нам не потрібно піднімати воду, тому як в нашій «петлі», спадний стовп води штовхає стовп води висхідний (фізика 8 клас.). Все що нам потрібно зробити, це забезпечити циркуляцію цієї самої води…

— Ми не обтяжені необхідністю очищення жене на поверхню води. У випадку з відкритим водяним контуром, необхідно таку воду очищати, для чого буде потрібно устаткування і воно досить дороге. Так само, у випадку з відкритим водяним контуром нам необхідно боротися з жорсткістю води, іноді ставити установки « «обезжелезиванию»». У випадку з грунтовим теплообмінником, ми наповнюємо теплообмінник чистою водою один раз і далі не маємо необхідності її очищати.

Беручи до уваги вище перелічені причини, використання геотермального контуру «відкритого типу» бачиться сумнівним підприємством, саме тому ми чітко розставляємо акценти, говорячи про види теплообмінників.

Комерційна частина (скільки коштує?)

Далі наведена орієнтовна вартість будівництва геотермальної системи з грунтовим теплообмінником для будівлі комерційного або побутового призначення площею 500 м2. Дані ціни не можна транслювати пропорційно площі, так наприклад вартість геотермальної системи (за м2.) для площі до 2 000 м2. буде нижче.

Короткий опис статті: геотермальна система опалення ціна Повітряне опалення

Джерело: Геотермальні системи опалення, кондиціювання у Краснодарі

Також ви можете прочитати