В этой статье хотелось дать краткое описание и возможные варианты реализации системы геотермального отопления на основе теплового насоса. Принципы работы, основные параметры, терминологии. Более подробное описание технологии вы без труда найдете в интернете, данная статья несет задачу, за пять минут дать представление о устройстве и работе геотермального отопления на основе теплового насоса.
В основе ГТО с ТН лежит как не парадоксально холодильный агрегат. Все мы знаем , что холодильный агрегат представляет из себя тепловую машину , которая благодаря компрессору и циклам конденсации/испарения фреона, позволяет транспортировать тепло от более холодной среды к более горячей. Этот принцип мы наблюдаем и в холодильнике и в кондиционере, и в системе отопления с тепловым насосом. В нашем случае компрессор теплового насос и является тем агрегатом, который из грунтового тепла в +4 гр. сделает необходимые нам +22 в помещении. При этом в данной системе электроэнергия тратится не на генерацию тепла, а на транспортировку тепла из глубины, за счет чего мы и получаем экономический выигрыш.
упрощенно мы может нарисовать схему работы теплового насоса вот таким образом:
По данной картинке видно, что перед нами обычный «холодильник», компрессор гонит фреон, испаритель в земле охлаждает землю, на конденсаторе в помещении конденсируется фреон, он нагревается, и избыточное тепло переносит в помещение.
Но в связи со сложностью изготовления больших контуров нагрева и охлаждения из меди, необходимости большого количества фреона и сложности с обеспечением герметичности, используют теплообменники. И по контурам в доме и в земле уже циркулируют привычные нам вода и незамерзающая жидкость, а фреон циркулирует только между теплообменниками и компрессором.
Теперь мы видим классическую схему ГТО с ТН, которая используется в большинстве систем:
Давайте определимся с терминами, для дальнейшего облегчения взаимопонимания. То что обведено оранжевым будет называться «горячая сторона», то, что зеленым «тепловой насос», а то, что синим «холодная сторона».
Это три основных узла, о которых мы и будем говорить подробней.
Тепловой насос-сердце системы отопления, который состоит из трех основных элементов: непосредственно компрессора, теплообменника-испарителя и теплообменника-конденсатора. Существует довольно большой список производителей тепловых насосов, которые отличаются как по цене так и по надежности. Есть экстремально дорогие ТН, так же как и экстремально ненадежные. Истину наверное надо искать посередине. Вам нужно выбрать ТН по необходимой мощности и по типу подключения к сети.
В данном абзаце хотелось остановиться на выборе мощности ТН. Это немаловажный вопрос, тем более зачастую приходится сталкиваться с заблуждениями клиентов. Связано это обычно со сравнением мощности ТН и мощности угольного котла. Для того что бы оценить потребную мощность отопления неплохо иметь тепловой паспорт дома, либо просто знать теплопотери дома в самые морозные дни. Если дом отапливается электричеством то это можно сделать просто, посмотрев потребление ЭЭ электрокотлом. При отоплении углем можно оценить теплопотери дома по количеству сжигаемого угля в сутки, к примеру если вы в -35 сжигаете 60кг угля в сутки, то зная теплотворную способность угля(5квтч/кг), и кпд котла (<80%), можно подсчитать, что вы в сутки тратите примерно 240кВт*ч , значит усредненная за сутки мощность вашего котла составляет 10 кВт, что обычно получается в два раза меньше паспортной мощности котла, в связи с циклами загрузки-догорания-чистки обычно даже в пики морозов, среднесуточно угольный котел работает на половине своей мощности. Теперь мы знаем, в нашем примере, пиковое потребление тепла домом 10квт. Значит для такого дома нам хватит ТН тепловой мощностью 10 кВт, электрическая же мощность такого насоса будет 2-2,5 кВт. Кроме того, экстремально холодных дней в году тоже обычно не больше 10, и иной раз люди предпочитают не покупать тепловой насос из расчета на самую холодную десятидневку, предпочитая в эти дни немного догреть дом либо просто электричеством, либо камином\твердотопливным котлом.Иногда в этом есть доля смысла , зачем переплачивать за мощность , которая будет использоваться совсем редко.
Прежде чем продолжить хочется сделать небольшое отступление о коэффициенте полезного действия системы. Общепринято в устройствах ТН соотношение потраченной насосами электроэнергии и полученой тепловой энергии называют СОР. В нынешних системах отопления он обычно составляет 4-5, то есть затрачивая на насос 1 кВт, мы получим 4-5 кВт тепла, в процессе эволюции ТН этот коэффициент неизбежно повышается, сейчас есть образцы систем выдающие СОР 8-9 и в дальнейшем этот коэффициент будет только расти. От чего зависит СОР? в первую очередь он конечно зависит от эффективности ТН, так же немаловажный фактор это температура в холодном и горячем контуре. Дело в том, что в конденсатор (теплообменник нагрева) компрессор накачивает фреон, и давление при котором происходит конденсация (и нагрев соотвественно) напрямую зависит от температуры. Чем температура ниже, тем ниже давление конденсации. Чем ниже давление конденсации, тем легче крутить компрессор, меньше расход ЭЭ. Отсюда простой вывод: чем ниже будет температура на горячей стороне, тем выше будет СОР, и это будет экономить ваши деньги. Как нам добиться снижения температуры в системе отопления? вариант один-увеличением площади теплообмена.
Горячая сторона.Как мы выяснили в предыдущем абзаце , мы получим максимально эффективную систему при максимально большой площади теплообмена. Обычно в горячей стороне в качестве обогревателя используют водяные теплые полы в бетонной стяжке, они очень эффективны, очень комфортны, и при этом недорого обходятся в монтаже. Обогрев теплыми полами позволяет обогревать дом температурой теплоносителя до 35-40 гр. При этом мы получаем скрытый монтаж с минимумом труб. В случае невозможности использования бетонных полов, к примеру в деревянном доме, возможна установка сухих тёплых полов,либо фанкойлов, которые представляют из себя радиаторы с рАзвитой площадью теплообмена и вентилятор. Система с фанкойлами обычно дороже чем теплый пол, но имеет свой плюс в том, что в отличии от теплого пола может комфортно работать в режиме охлаждения, то есть в реверсивном летнем режиме. Так же с фанкойлом проще оперативно управлять отоплением отдельных комнат, и легко можно отключать или понижать температуру в нежилых комнатах, к примеру в гостинице.
Летом многие тепловые насосы как и кондиционеры могут работать в реверсе, отдавая летнюю жару в землю, и охлаждая помещение, причем с огромной эффективностью. Обычный уличный сплит выталкивает на жаркую улицу тепло , при этом конденсатор нагревается до 60 гр, это снижает СОР системы, в случае утилизирования тепла в землю, происходит совсем другая картина, температура в земле +4гр и компрессор крутится легко и без нагрузки. Кроме того не приходится уродовать фасад здания неказистыми ящиками кондиционеров. Ну и немаловажный факт, что грея землю, мы откладываем это тепло себе на осень.
Про «холодную сторону» -геоконтур поговорим в отдельной статье.
Ссылка на материал обязательна.