Статьи

Тепловые насосы грунт-вода

Тепловой насос грунт-вода

Принцип работы теплового насоса грунт-вода сводится к отбору тепла у грунта и передаче его циркулирующему в системе отопления теплоносителю и/или водопроводной воде. Причем если грунт в том месте, где зонды отбирают у него тепло, может иметь температуру лишь на несколько градусов выше температуры воздуха, то температура теплоносителя в системе отопления повышается на десятки градусов относительно первоначальной.

Рассмотрим конструкцию типичного теплового насоса грунт-вода, призванного обеспечить теплом и горячей водой небольшой загородный дом. Он имеет три замкнутых контура, совместная работа которых переносит тепло из почвы домой.

Первый контур передает тепло грунта теплоносителю (как правило, во внешнем контуре используется незамерзающая жидкость, так как при промерзании извлечь трубопровод, ведущий к заглубленным на десятки метров зондам, будет затруднительно). Отбор тепла может осуществляться как погружными зондами, так и грунтовым коллектором. Выбор той или иной схемы определяется как динамикой распределения тепла в почве, так и площадью участка, который можно отвести для работы теплового насоса.

В первом случае (при использовании глубинных зондов) бурится одна или несколько скважин глубиной от нескольких десятков до сотен метров. Именно бурение составляет зачастую наибольшую часть расходов на монтаж внешнего контура теплового насоса. Альтернативой является грунтовый коллектор. Трубы с теплоносителем закапываются горизонтально ниже уровня, до которого зимой промерзает грунт. Разумеется, расходы на то, чтобы выкопать траншеи, несопоставимы с расходами на бурение, но площадь, занятая таким коллектором, должна в два-три раза превышать площадь отапливаемого дома. К сожалению, возможность отвести под коллектор такое пространство имеется далеко не всегда.

Второй контур - объединенные вместе дроссель, испаритель, конденсатор и то, что приводит в движение хладагент - компрессор. То же самое, что можно увидеть, разобрав любой кондиционер.

И, наконец, третий, и последний контур - это, собственно, дом с его системой отопления и горячего водоснабжения.

Рассмотрим более детально, как работает каждый контур.

Первичный, или внешний

Маломощный насос заставляет теплоноситель непрерывно циркулировать. Поскольку температура грунта на значительной глубине слабо меняется в зависимости от сезона и, как правило, не опускается ниже 10 градусов Цельсия, рассол (именно он обычно используется в качестве теплоносителя первичного контура) незначительно нагревается при прохождении подземного участка контура. Затем, проходя через испаритель вторичного контура, рассол отдает ему тепло, после чего отправляется на новый цикл.

Вторичный

Собственно, именно вторичный контур и является тепловым насосом. Он использует тот факт, что некоторые вещества способны кипеть и испаряться при сравнительно низкой температуре. Отобрав у испарителя некоторое количество тепла и незначительно нагревшись, хладагент полностью испаряется. В газообразном состоянии он поступает в компрессор, где многократно сжимается, разогреваясь примерно до температуры кипения воды. Разогретый и все еще газообразный, хладагент попадает в так называемый конденсатор, разогревает его до высоких температур, сам же, остывая, снова становится жидкостью. Сбросив избыточное давление, хладагент снова направляется к испарителю на следующий цикл.

Как легко догадаться, чем быстрее циркуляция теплоносителя, тем большее количества тепла отбирается тепловым насосом у первичного контура и направляется в систему отопления.

Третий контур: отопление

Третий контур теплового насоса: отопление

Теплоносителем здесь может быть как обычная вода, так и масло, и антифриз, и масса других веществ. Разумеется, вода используется чаще всего из-за дешевизны этого варианта. С другой стороны, оставив систему отопления остановленной в сильный мороз, можно, вернувшись домой через несколько дней, обнаружить размороженные трубы и разорванные льдом радиаторы.

При циркуляции теплоносителя внутри отопительной системы тепло переносится от конденсатора второго контура к собственно отопительным приборам. Вода для системы горячего водоснабжения нагревается все тем же конденсатором.

При проектировании системы отопления, приводящейся в действие тепловым насосом, стоит учесть, что температура теплоносителя не будет превышать примерно 60 градусов Цельсия, а значит лучше использовать не небольшие конвектора, а радиаторы с большой площадью оребрения, массивные регистры или теплые водяные полы.

Как и обыкновенный кондиционер, тепловой насос способен не только греть, но и охлаждать дом. Обратив процесс теплообмена во вторичном контуре, он начинает перемещать тепло из помещения в грунт, где оно и рассеивается.