Использование грунтовых теплообменников для геотермальных тепловых насосов

Одними из главных элементов геотермального теплового насоса являются грунтовые теплообменники. Именно благодаря этому элементу тепловой насос получает низкопотенциальное тепло. Правильно спроектированный и установленный грунтовый теплообменник залог эффективной и надежной работы грунтового теплового насоса. Монтаж горизонтального теплообменника наиболее прост и не требует значительных денежных затрат. Недостатком является большая занимаемая площадь, на которой не должно быть впоследствии строений и деревьев.


Раскладка такого теплообменника осуществляется на глубине ниже уровня промерзания грунта, обычно от 1 до 3 м в зависимости от географической местности и типа грунта. Верхние слои почвы накапливают солнечное тепло и, по сути, являются аккумуляторами солнечной энергии. Поэтому температура верхних слоев грунта не равномерна в течение года и имеет сезонные колебания, что в свою очередь влияет на эффективность теплового насоса в период срока эксплуатации. К примеру на глубине 2 м температура почвы колеблется от 7 °С до 13 °С в течении года.

Существует множество конструкций теплообменников для получения теплоты из грунта и грунтовых вод. Всех их можно классифицировать по трем основным типам:
1. Горизонтальные теплообменники (коллекторы).
2. Вертикальные теплообменники, так называемые «зонды».
3. Теплообменники типа «корзина» и «спираль».


Съем тепла с каждого метра грунтового коллектора зависит от множества факторов. Таких как: глубина укладки, тип и влажность грунта, затенение площадки под теплообменник и т.д. В среднем значение составляет 20 Вт/м. Для более подробных расчетов следует обратиться к специалистам для детального геологического анализа почвы. Шаг укладки труб не должен быть меньше 0,7 м для эффективной работы коллектора. Рекомендуется использовать контур общей длинной не более 150 м из-за большого гидравлического сопротивления. При применении нескольких контуров необходимо стараться, что бы каждый из них был примерно одинаковой длинны.

Температура грунта глубже 20 метров стабильна на протяжении всего года и равна 8-10 °С, она поддерживается благодаря геотермальной энергии недр Земли. Для получения этой энергии используют вертикальные грунтовые теплообменники называемые «Зондами», которые погружают в скважины глубиной 20-300 м и диаметром 120-200 мм. Обычно используют пластиковую трубу диаметром от 32 мм. В скважину помещают одну или две петли зонда и пространство между грунтом и трубой заполняют бентонитом или другим раствором с высокой теплопроводимостью.