здесь мы расскажем о методах получения энергии ....

виды наружных контуров......

Поверхностное тепло является энергией, которая находиться в почве на небольшой глубине. Геотермальное тепло добывается из больших глубин. Это две устойчивые формы энергии, которые способствуют экономии ископаемого топлива и снижению выбросов CO2.За счет использования этих источников энергии можно обогревать и охлаждать жилые дома, производственные помещения, теплицы и т.д.

Существует два типа поверхностных систем: открытые и закрытые.

В индивидуальном строительстве, как правило, применяют системы с закрытым контуром

  • В открытой системе происходит откачивание грунтовой воды, проток её через теплообменник и утилизация.

  • В закрытой системе теплоноситель циркулирует в замкнутой трубе.  

 

Закрытая система бывает нескольких  типов конструкций.

 

  • вертикальный 

Грунтовый вертикальный контур представляет из себя скважину с опущенным в нее теплообменником обычно из двух труб с U образным наконечником

 

 

 

 

  • горизонтальный

Горизонтальный грунтовый теплообменник состоит из одной или более петель с замкнутой циркуляцией теплоносителя.  Как правило, для этого выкапывают траншею, в которую укладывают трубу;

 

 

 

  • сваи

Специальные фундаментные энергетические сваи, с встроенным теплообменником применяются при новом строительстве;

 

 

 

 

  • корзины

Сочетание вертикального и горизонтального контуров, возможно, сделать при помощи энергетических корзин которые закапывают в землю. К сожалению, есть много практического опыта, где такие теплообменники показали свою неэффективность, не рекомендуем их использовать.

Открытая система бывает нескольких видов.

 

  • система утилизации

Эта система использует тепло бытовых стоков. Очень редко применима.

  • двойная система

Теплая вода берется из одной скважины и, пройдя через тепловой насос, сливается в другую скважину. Примерно через полтора года циркуляцию переключают в другую сторону. Такие скважины обязательно должны быть на определенном расстоянии друг от друга и лучше всего, чтобы вода бралась из разных водоносных горизонтов. Глубина таких скважин обычно в районе 6-100 метров.

  • моно система

В моноисточнике забор и слив воды происходит из одного источника (скважина, водоем) на разной высоте. Стоимость такой системы гораздо ниже, чем у двойной, но одинарную систему можно применять только на тепловом насосе небольшой мощности.

глубина бурения вертикального контура

 

Количество и глубина скважин напрямую зависит от мощности теплового насоса. Для начала надо подобрать его мощность достаточную для обогрева.

Допустим, у Вас есть хорошо утепленный дом с общей площадью 200 м2 (цокольный этаж + общий этаж). В качестве примера, мы предположим, что потребуется: 200 x 50 Вт = 10 000 Вт или до 10 кВт * (будем использовать бета-фактор 0.8 без рекуперации) значит, нам нужно считать наружный контур для теплового насоса мощностью 8 кВт. Исходя из расчетных данных, мы можем определить,  что такой контур должен работать не менее 2 500 т. часов в год на мощности 8 кВт в течение 30 лет.

Средняя мощность скважины в Санкт-Петербурге составляет от 16 до 65 Вт на метр и сильно зависит от района.  Мы обладаем данными по грунтам по всей России. Например, в п. Сертолово Ленинградской области мощность скважины будет 35 Вт\метр, а в п. Стрельна гораздо меньше 20 Вт\метр,  Предположим, что мощность скважины будет 40 Вт\метр, значит для теплового насоса мощностью 8 кВт нам нужно 200 метров (8 000 : 40=200) скважины. На практике лучше сделать 2 скважины по 100 метров или 4 по 50 метров, расстояние между скважинами должно быть не менее 5 метров.

 

Для более точных расчётов необходимо  сделать тестовое бурение, чтоб убедиться в составе почвы и определить ее теплотворность.

 

Памятка

Чтобы точно рассчитать глубину скважин Вам необходимо:

  • знать точное расположение здания;

  • сделать расчет мощности теплового насоса;

  • определить бета-фактор теплового насоса;

  • решить будете ли вы использовать в здании пассивное охлаждение.

 

рассол в контуре

В закрытом наружном контуре  используют в качестве теплоносителя 10 и 30% этиленгликоль (моно пропиленгликоль или моно этиленгликоль). Это объясняется тем, что есть вероятность, что тепловой насос охладит теплоноситель ниже 0 °C. Чтобы предотвратить замерзание  добавляется гликоль. 

 

В открытом контуре  вода из открытого источника почти никогда не перекачивается сразу на испаритель теплового насоса, она сначала проходит фильтрацию. К тому же, температура воды из открытого источника всегда имеет достаточно высокую температуру, чтобы не замерзнуть.

теплоемкость почвы

 

В одной скважине может быть несколько слоев разной по составу почвы:

  • Сухой осадок - 20 Вт / метр;

  • Гравий, песок  (сухие) - 16 Вт / метр;

  • Гравий, песок  (водоносного горизонта) - 55 - 65 Вт / метр;

  • Глинистые, суглинистые  (влажные) - 30 - 40 Вт / метр;

  • Известняк (твердые) - 45 - 60 Вт/ метр;

  • Песчаник - 50 - 65 Вт / метр;

  • Кислые магматические породы (например, гранит) - 50 - 70 Вт / метр;

  • Щелочные магматические породы (например, базальт) - 35 - 55 Вт / метр;

  • Гнейсы - 60 - 70 Вт / метр.

стоимость геотермального контура

 

Стоимость может незначительно варьироваться в зависимости от типа почвы в расчёте на 1 кВт отопительной системы:

  • вертикальный контур - 50.000 руб.

  • горизонтальный контур - 20.000 руб.

  • контур в водоеме -10.000 руб.

В эту цену входят: все комплектующие, буровые и монтажные работы.

Используя бета-фактор и грамотное проектирование, можно сократить эти расходы до 30%.

 

недостаток мощности геотермального контура

Многих интересует вопрос, что если проект сделан неправильно и контур сделан недостаточно мощным, какие в таком случае ожидают последствия и что с этим делать.

Если мощности контура недостаточно, то в итоге земля вокруг него начнет охлаждаться быстрее, чем нагреваться в естественным образом. Причем этот процесс может происходить несколько лет.
Вследствие этого упадет эффективность теплового насоса и не будет хватать энергии, чтобы возместить теплопотери здания.

Можно ли это исправить?  Да можно, но не просто.

  • Можно отогреть замороженный контур электрическим, дизельным и т.д. котлом (очень затратная процедура).

  • Сделать еще несколько новых контуров, и за счет них медленно отогревать замороженные.

  • Летом запускать тепловой насос в режим пассивного кондиционирования.

 

Поэтому очень важно произвести точный расчет контура перед монтажом.

использование геотермальных корзин

 

Все больше и больше компаний в целях снижения себестоимости наружных контуров начинают использовать различные методики (корзины, укладка трубы в несколько слоев и т.д.). Надо понимать, что количество определяемой энергии, которую можно "снять" с горизонтального контура измеряется не м3, а м2 поверхности земли, из чего следует, что, сколько трубы не закопали в поверхность почвы, максимальная мощность грунта не будет более 50 Вт\м2, без риска заморозки грунта.  Вы можете купить дорогие теплообменники, например Rehau или Uponor, это будут деньги, выброшенные на "ветер". Это звучит странно, но относительно уровня годовой доходности, лучше делать по "старинке", то есть укладывать ПНД трубу 40 или 32 мм.

Почему это так?

Так называемые "корзины" могут иногда, действительно выдавать  до 100 Ватт на 1 метр скважины  (в зависимости от структуры почвы). Только есть одна непреодолимая проблема, сама земля имеет плохую теплопроводность и со временем вокруг этих теплообменников не будет успевать восстанавливать свою температуру. На практике мы видим что, такие теплообменники применять можно только со съемом мощности до 35 Ватт (в зависимости от типа грунта).

Такие теплообменники эффективно применять, устанавливая на  высоких водоносных пластах, но на практике такие условия бывают редко.

открытый геотермальный контур

 

Это контур с использованием подземных вод или воды из водоема.
Существует два метода применения.

  • Система рециркуляции.  Извлечение подземных вод, проток через теплообменник теплового насоса и слив обратно под землю.

 

  • Вода берется из непроточного водоема, зимой используется для нагрева здания, а летом для охлаждения, в итоге источник не изменяет свою температуру по итогу года.


Строительство хорошего открытого контура стоит не меньше 400 000 руб., более того, этот тип источника нуждается в обслуживании. Однако иногда экономически более выгодно делать такой источник энергии.

Хороший открытый контур с соблюдением экологических требований сделать довольно сложно.

В случае с моносистемой нужно сделать расчет мощности этого источника, чтобы его хватало на отопительный сезон. Рассчитаем пример для непроточного источника

Система отопления работает в среднем 2 000 часов в год. Если считать, что вам необходимо 10 кВт\час тогда источник должен без изменений температуры отдавать 20 000 кВт в год.

Проблема частично решается пассивным охлаждением.

Пассивное охлаждение работает в среднем 500 часов в год, для 10 кВт отопительной системы на охлаждение будет отдавать в источник примерно 7,5 кВт, 500 х 7,5 = 3 750 кВт.
То есть 20 000 кВт - 3 750 кВт = 16 250 кВт не будет возвращаться в землю.

Для компенсации 16 250 кВт вам придется что-то придумать. Вы можете, например, сбрасывать в него избыточную энергию с солнечных панелей в летнее время.

Для непроточного источника важно, чтобы среднегодовой баланс энергии был равен нулю.

горизонтальный закрытый контур

 

Наиболее экономически выгодный тип внешнего контура.

Выход энергии с м2 земной поверхности в горизонтальном контуре:

  • 10-15 Вт - в сухой песчаной почве;

  • 15-20 Вт - влажные песчаные почвы;

  • 20-25 Вт - в сухих суглинистых почвах на;

  • 25-30 Вт - влажные суглинистые почвы;

  • 30 - 35 Вт - на водоносной почве.

С этими данными, можно вычислить, сколько м2 земли вам нужно.

 

Необходимо  знать какая теплопередача у трубы, которая будет использоваться для внешнего контура.

Если у вас влажный песчаный грунт, то можно получить максимум 20 Вт / м2.

При использовании  трубы с теплопередачей 10 Ватт на метр, делая петли диаметром 50 см расход трубы составит 2 метра на 1 м2 поверхности.

Трубы нужно закладывать ниже уровня промерзания почвы (в Санкт-Петербурге, например для суглинков 1.16 м.) Петли желательно делать длинной не более 100 метров из-за ограничений по гидравлическому сопротивлению трубы. Если требуется укладка большего количества труб их можно соединять петлей Тихельмана или коллектором.

водоем в качестве источника энергии

 

Метод  А: Вы размещаете трубы закрытого контура в области водных ресурсов, как правило, на дне реки/канала/озера.

Зимой температура воды на поверхности замерзает, что может понизить температуру в закрытом контуре ниже  0 °C. Поэтому в закрытом контуре используют гликоль или другие незамерзающие жидкости. Однако вода вокруг труб закрытого контура размещённого в водоёме может замерзнуть и покрыть кокой льда трубопровод. Это приведет к ухудшению теплопередачи от водоёма к контуру, что скажется на эффективности теплового насоса и, в конечном счете, может привести его к поломке из-за пониженного давления на входе в компрессор. Важно, чтобы контур был в проточной воде и проток должен быть не менее необходимой расчетной величины.


Метод Б: Вы перекачивает воду из реки/канала/озера через теплообменник теплового насоса и сливаете её обратно в водоём. Забор и слив воды лучше производить со дна реки/канала/озера на значительном расстоянии друг от друга. Данный метод тоже не лишён недостатков. Он заключается в том, что речную воду необходимо фильтровать, иначе забьётся теплообменник теплового насоса и это также может привести к описанным выше последствиям.

 

 

© 2023 «marpa».
 

Санкт-Петербург

pro@marpa.ru

т: (931) 216-50-97

  • Vkontakte Social Icon
  • Instagram Social Icon
открытый моноконтур.png