Отдел продаж

Телефоны: (3532) 25-27-22, 93-60-02, 93-50-02

E-mail: [email protected]

г.Оренбург, ул.Беляевская, д.50/1, стр.1

 

Разное

Отопление геотермическое: Геотермальное отопление, принцип работы, монтаж своими руками

Содержание

Геотермальное отопление, принцип работы, монтаж своими руками

В последние десятилетия активная жизнедеятельность людей, удовлетворяющих свои потребности, начала очень негативно воздействовать на природу, окружающую среду. И теплоэлектростанции сыграли не последнюю роль в этом процессе. В то же время, общество стало понимать, что ресурсы природы являются небезграничными, именно поэтому в последние годы начали внедрять аналоги источников теплоснабжения. Одним из таких альтернативных способов отопить дом является геотермальное отопление. Система – проста и эффективна, а сделать ее можно собственноручно.

Геотермальное отопление

Заметим, что геотермальное отопление в США и европейских странах стало основным источником тепла, однако в России на сегодняшний день оно рассматривается только в качестве альтернативы газовому, электрическому, твердотопливному и другим видам отопления. Очень скоро геотермальное отопление станет основным, ведь отзывы говорят о том, что это рентабельный способ отопить свой дом без вреда для экологии и с выгодой для себя.

Принцип функционирования

Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, — становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.

Тепловую энергию, которая получается в процессе отопления, использует геотермальная система, основанная на специальном тепловом насосе.

И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт. Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял). Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.

Рекомендуем к прочтению:

Особенности системы

Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно. Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система. Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.

Бурение скважин под тепловой насос

Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло. Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление. Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.

Заметим, что в летний период отопление от земли,  работает в качестве кондиционера. Для этого нужно активировать обратный механизм. В процессе работы теплообменник будет брать охлаждающую энергию.

Способы работы системы

Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:

  1. Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.
  2. Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар.
  3. А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.

Виды тепловых насосов

Преимущества геотермальной системы отопления

Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:

  • Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
  • Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
  • Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
  • В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
  • При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.

Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно

Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.

Рекомендуем к прочтению:

Заметим, что внутри помещения, которое вы хотите отопить, ставятся отопительные элементы, ничем не отличающиеся от водяного отопления. Ваше жилье будут обогревать радиаторы, а тепло в них будет идти по трубам.

Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.

Принцип работы теплового насоса

На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, — с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею. И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан. И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

особенности, плюсы и минусы, принцип работы

Содержание статьи:

Геотермальное отопление дома — это перспективная технология получения альтернативной энергии, рассчитанная на окупаемость в течение нескольких лет. Постоянно растущие расценки на коммунальные услуги заставляют владельцев частной недвижимости искать новые и нетрадиционные способы экономии энергии. Решить проблему можно, используя геотермальное тепло земли. Изготовить такую систему можно и самостоятельно, тем самым неплохо сэкономив на услугах профессионалов. Достаточно изучить технологию земляного отопления, составить грамотную схему, закупить оборудование и выполнить его установку.

Особенности геотермального отопления

Стабильность температуры глубинных слоев грунта позволяет использовать энергию для отопления дома

Геотермальная система отопления — это полуавтономная установка, которая работает от двух источников энергии:

  1. Потенциальная энергия земли. Ее температура на глубине практически стабильна, независимо от погоды и времени года.
  2. Электричество. Необходимо для работы теплового насоса, осуществляющего сжатие жидкости, вследствие чего происходит ее нагревание или охлаждение.

Поскольку часть энергии берется извне, эффективность установки составляет 90%, что позволяет снизить расходы на отопление до минимума. Система надежна настолько, насколько качественно изготовлен силовой агрегат. Срок службы ограничен только ресурсом электрической установки.

Принцип работы

Тепло земли для отопления дома используется в странах, где есть большое количество горячих источников. Там теплоноситель закачивается в трубы и подается для обогрева в жилые и административные здания. Для отдельного строения такой вариант не подходит, так как никто не станет делать миллионные вложения, которые никогда не окупятся.

Два контура отопления – внешний и внутренний

Геотермальная система отопления частного дома работает по-другому. В основе лежит закон выделения энергии при совмещении носителей, имеющих разную температуру. При этом происходит выделение тепла, которое идет на обогрев помещений. Геотепло имеет схожий принцип работы с технологией холодильника и кондиционера, где энергия распределяется на образование жара и холода. Разница состоит в том, что низкая температура уже имеется.

Термальное отопление представляет собой систему, состоящую из таких частей:

  • Внешний контур. Представляет собой замкнутый трубопровод, в котором циркулирует жидкость. В процессе тока она приобретает температуру окружающей среды, тем самым становясь носителем энергии.
  • Внутренний контур. Это стандартная обвязка, состоящая из труб и радиаторов. В него поступает нагретая жидкость. Для работы в режиме охлаждения устанавливаются конвекторы.
  • Тепловой насос. Компактный прибор, сжимающий жидкость, придавая ей заданную температуру, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя по внутреннему и внешнему контуру.

Энергетическая установка обладает отличной производительностью. При потреблении 1 кВт от сети, она выдает до 5 кВт тепла, нагревая воду до 45 градусов.

Классификация по конструкционному типу

Три типа теплообменников-горизонтальный, вертикальный и водоразмещенный

Конструкция геотермической бытовой системы выбирается исходя из географического расположения участка, типа и уровня промерзания грунта, наличия глубоких водоемов рядом со строением.

Существуют такие виды внешних теплообменников:

  • Горизонтальные. Представляют собой контур, закопанный на глубине 2 м и более на площади не менее 60 квадратных метров. Необходимым условием для строительства является отсутствие деревьев вблизи трубопровода. Их корни могут повредить конструкцию и пострадать от перепадов температуры. Выкопать котлован можно вручную, но при наличии средств лучше нанять технику. Целесообразно над трубами обустроить газон.
  • Вертикальные. Предполагает бурение нескольких скважин глубиной до 150 м. С целью экономии полезной площади, из одной точки делается несколько отверстий под разными углами. Своими руками выполнить такую работу невозможно, необходимо приглашать специалистов. Отсюда большие затраты на установку.
  • Водоразмещенные. Трубопровод размещается на дне пруда, озера или реки. Метод требует минимум затрат, как в финансовом плане, так и в плане приложения усилий. Сложность состоит в том, что для строительства в водоеме общего пользования требуется разрешение. Кроме этого, нужно выбирать место, где вода зимой не будет промерзать до дна.

При выборе способа необходимо учитывать стабильность среды, где будет размещен контур. Чем меньше перепады температуры, тем эффективнее будет работать система.

О достоинствах и недостатках системы

Установка теплового котла требует больших первоначальных вложений

Использование энергии земли для обогрева жилья — идея выгодная во всех отношениях, несмотря на то, что в нашей стране она еще не получила должного распространения.

Данная технология имеет следующие достоинства:

  • Быстрота монтажа внутреннего и наружного оборудования, отсутствие сложных процессов, каких-либо подготовительных мероприятий.
  • Надежность техники, которая отличается простотой и способностью работать годами без обслуживания, ремонта и перебоев.
  • Экологическая чистота процесса выработки энергии. Не проводится сжигание топлива, нет вредных выбросов в окружающую среду.
  • Экономическая выгода. Обогрев и охлаждение осуществляется за счет использования сил природы, которые бесплатны и практически безграничны. При минимальных затратах электричества объем производимого тепла намного превышает его потребление.
  • Функциональность. Система одинаково эффективно работает как на нагрев зимой, так и на охлаждение летом.
  • Компактность и экономия полезного места. Размер котла сопоставим со стиральной машиной, нет необходимости выделять место для топлива.

Недостаток у технологии только один — большие первичные вложения по обустройству контура, монтажу и подключению геотермального котла.

Геотермальное отопление своими руками

Сборка внешнего контура геотермального отопления

Пошаговая инструкция по строительству геотермальной системы своими руками:

  1. Обследовать участок, выбрать место для установки внешнего контура, составить чертеж.
  2. Провести закупку необходимого материала и оборудования.
  3. Собрать внешний контур. Приглашаются бурильщики, экскаваторщик, из пруда предварительно сливается вода.
  4. Система заполняется соленой водой или антифризом.
  5. Устанавливается нагревательный котел, к нему присоединяются оба контура.

По окончании сборки проверяется герметичность системы и пробный пуск. Если все соответствует проектным данным, выполняются финишные и отделочные работы.

схема, чертеж, стоимость, фото и видео инструкция


Прогрессивный способ геотермального отопления дома использует принцип работы, заключающийся в применении тепла земли для обогрева помещения. Так как традиционное топливо относится к исчерпаемым природным ресурсам, то стоит побеспокоиться заранее о переходе на новейшие неисчерпаемые источники энергии.


Лидерами в производстве и эксплуатации систем геотермального обогрева домов являются страны Скандинавии. Они популяризируют это вариант установок и предлагают его в регионы, имеющие широкий потенциал его использования.


Применение оборудования


Неверно считать, что отопление от земли можно использовать только там, где присутствуют горячие водные источники, есть теплые гейзеры и прочие природные подземные отопительные источники. Новейшие технологии позволяют успешно эксплуатировать геотермальное отопление дома и в умеренных широтах.


На сегодня в нашей стране этот вид обогрева пока еще относится к альтернативным способам получения тепла. Однако, в большинстве случаев он является практически идеальным для дачных или загородных домов. Установленное геотермальное отопление дома своими руками способно работать в двух режимах:


  • обогрев в зимнее время;

  • охлаждение во время жарко погоды.


Таким образом формируется наиболее благоприятная атмосфера в помещении.


ВИДЕО: Как работает геотермальное отопление



Монтаж теплообменника


Актуальными типами установки являются такие варианты:


  • вертикальный, когда нужно бурить несколько скважин;

  • горизонтальный, где выкапывают траншеи ниже глубины промерзания;

  • подводный, когда укладка проводится по дну ближайшего водоема.


Бурение скважин


Для эффективного использования тепловой энергии земли, если участок возле строения небольшой, необходимо бурить глубинные скважины. В глубине земли на нескольких метрах сохраняется стабильная положительная температура. Применение таких геотермальных скважин обеспечивает теплом контур теплообменника. Далее это тепло передается второму внутреннему контуру, расположенному в помещении.


Часто бурение нескольких скважин обходится даже ниже, чем проведение укладки по дну водоема. Благодаря этому процесс становится доступным для большего количества желающих.


Процесс проводится малогабаритной буровой установкой и небольшим количеством вспомогательной техники. Это практически не затрагивает окружающую территорию. Обустройство скважины допускается даже в воде, но она не должна быть ближе, чем на 2-3 м от жилого строения.


Максимальная используемая глубина составляет до 200 м, но часто эффективность появляется с уровня в 50 м. На следующем этапе выполняется обустройство скважины. Внутрь полости ставится трубка из пластика, диаметром от 40 мм. В нее пропускают от одной до четырех петель коллектора.


Геотермальный зонд


Полость между грунтом и наружной стенкой трубки необходимо заполнить теплопроводным материалом. Выполняется проводка теплотрассы с подключением к тепловому насосу.


Энергия воды


Этот вариант по стоимости – самый рациональный, поскольку не требует подготовки траншей, котлована и прочих земельных работ. Но такой способен доступен далеко не для каждого – минимальный объем водоема, достаточный для отопление дома 100 кв.м. должен быть не менее 200 куб.м и располагаться не далее, чем 100 метров от домостроения.


В водоемы трубы прокладываются по дну, чтобы не допустить их промерзания в пик морозов.


Проведение расчетов


Чтобы выполнить расчет системы, необходимо учитывать базовые параметры:


  • на глубине, превышающей в средней полосе России 15-20 м, температура выдерживается на уровне +8-+100С;

  • для вертикальных конструкций принято брать в расчетах получаемое значение мощности в 50 Вт на 1 м высоты, а более точные значения зависят от степени влажности породы, присутствия грунтовых вод и пр.;

  • сухая порода дает 20-25 Вт/м;

  • увлажненная глина либо песчаник 45-55 Вт/м;

  • твердые гранитные породы обеспечат до 85 Вт/м;

  • наличие грунтовой воды дает до 110 Вт/м.


Использование теплового насоса


Долговечность системы зависит от характеристик и условий, в которых работает тепловой насос. В геотермальных установках он способен работать примерно 1800 часов в год. Это является средним значением для широт без термальных подземных источников.


Принцип работы теплового насоса


Принцип работы системы термального отопления идентичен и никак не связан со страной производителя или брендом. Геотермальные насосы могут различаться по дизайну исполнения, размеру, внешнему виду, но коэффициент производства тепла всегда будет одинаков у насосов разных фирм и разных стран. Связано это именно с особенностью переработки природной энергии в тепловую.


Нельзя допускать слишком большую выработку насоса, так как этот процесс способен привести к значительному понижению температуры грунта вокруг скважины, а иногда доходит до ее промерзания.


Последствия таких просчетов в итоге приводят к пагубным последствиям – грунт проседает неравномерно, в каких-то местах уходит очень глубоко, в результате чего повреждаются защитные пластиковые трубы. Если дом располагается рядом, то может произойти деформация фундамента или стен за счет геологических изменений.


Периодически необходимо принимать меры по «регенерации» грунта, для чего в теплообменник поставляют дополнительную тепловую энергию. Это может быть энергия солнечного коллектора либо подогрев зонда, когда используется тепловой насос в режиме охлаждения помещений.


В заключение необходимо отметить, что геотермальная установка пока доступна не всем. В некоторых случаях срок окупаемости может продлиться более 10 лет, но в конечно итоге именно такие способы обогрева дома в скором будущем станут не просто альтернативными, но единственно возможными.


ВИДЕО: Геотермальные тепловые насосы


Геотермальное отопление и охлаждение домов

Часто считается, что геотермальная энергия связана только с вулканической активностью в виде гейзеров и горячих источников. Геотермальная энергия может быть найдена во многих местах по всей стране и в мире, где нет вулканической активности. Энергоэффективный метод использования геотермального потенциала Земли — использование тепловых насосов. Эти системы тепловых насосов используют градиенты температуры между внутренними частями здания и почвой или грунтовыми водами, окружающими здание.Геотермальные резервуары не нужны, чтобы использовать энергию, содержащуюся в земле, только сезонные реакции земли на изменения погоды.

Правильная конструкция геотермального теплового насоса зависит от нескольких различных переменных, в том числе: изменение температуры почвы в зависимости от сезона, теплоемкость / теплопроводность почвы, пористость и влажность почвы, средний уровень грунтовых вод и глубина слоя коренных пород. Слои коренных пород служат для определения определенных ограничений геотермального теплового насоса.

Геотермальные тепловые насосы похожи на холодильники или кондиционеры. Холодильники и кондиционеры — это разные виды тепловых насосов. Тепловой насос не производит тепло, а использует имеющееся тепло и передает его из места с более низкой температурой в место с более высокой температурой, по сути «перемещая» тепло за счет некоторой потребляемой мощности. Среда, переносящая это тепло, известна как «рабочая жидкость». Если направление потока рабочей жидкости меняется на противоположное, направление теплового потока также будет обратным.Реверс этого процесса позволяет тепловым насосам эффективно как нагревать, так и охлаждать помещение без необходимости в отдельных системах, если вначале были учтены тщательные конструкторские решения.

Все тепловые насосы работают по принципу уравнения идеального газа:

(1)

\ begin {уравнение} P * V = n * R * T \ end {уравнение}

Применительно к тепловым насосам значения V, n и R остаются постоянными, и может быть показано новое соотношение.

(2)

\ begin {align} P \ \ alpha \ T \ end {align}

Используя это упрощенное соотношение, мы можем понять, как работают тепловые насосы.Используя рисунок 1, начиная с точки 2, мы определяем, что рабочая жидкость имеет начальную температуру и давление, связанные с ней. Жидкость проходит через компрессор, который увеличивает давление жидкости, в то же время повышая ее температуру выше температуры окружающего воздуха из-за закона идеального газа. Жидкость, температура которой теперь выше, чем раньше, будет терять тепло в окружающую среду через конденсатор, поскольку тепло течет из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой. После охлаждения жидкости до температуры, близкой к температуре окружающей среды, она проходит к следующему компоненту системы — расширительному клапану.Расширительный клапан медленно выпускает жидкость из конденсатора, что значительно снижает давление в контуре. Расширение жидкости вызовет снижение температуры, как показано в законе идеального газа. Следующий компонент системы, испаритель, отбирает тепло из окружающей среды, поскольку рабочая жидкость теперь имеет более низкую температуру, чем температура окружающего воздуха, возвращая жидкость обратно в компрессор с ее исходными свойствами.

Расположение двух теплообменников, конденсатора и испарителя, определяет, в какие зоны и из каких зон будет перемещаться тепло.Направление потока рабочего тела может меняться, по существу, меняя роли конденсатора и испарителя, а также меняя направление теплового потока через систему. Это одна из причин, почему тепловые насосы были очень привлекательной формой контроля микроклимата для жилых домов, поскольку они могут как обогревать, так и охлаждать дом, вместо того, чтобы полагаться на отдельную систему для каждой задачи. В то время как обычные кондиционеры работают, удаляя тепло из дома и обменивая его с наружным воздухом, системы геотермальных тепловых насосов используют землю вместо наружного воздуха в качестве обменной среды.Основное преимущество использования почвы в качестве обменной среды заключается в том, что температура грунта остается практически постоянной, в то время как температура наружного воздуха может колебаться, что влияет на производительность теплового насоса. Были разработаны и используются различные конфигурации для бытовых геотермальных тепловых насосных систем.

ТЕМПЕРАТУРА ПОЧВЫ

Есть много причин колебаний температуры почвы. Температура почвы зависит от солнечной радиации, осадков, сезонных изменений температуры, вышележащей растительности, типа почвы и глубины земли.По сравнению с воздухом почва имеет гораздо более высокую теплоемкость, поэтому температурные режимы почвы обычно отстают от колебаний температуры воздуха. Это естественное отставание может способствовать необходимому температурному градиенту в системе геотермального теплового насоса. Например, земля зимой теплее воздуха в это время года из-за запаздывающего эффекта температуры почвы, которая все еще содержит тепло от предыдущей осени. Это может помочь в обогреве помещения.

В общем, температура почвы остается постоянной на глубине более 30 футов. Это также близко коррелирует с температурой грунтовых вод на глубине от 30 до 50 футов. Средняя температура земли — это температура, при которой земля на глубине ниже 30 футов находится постоянно круглый год, независимо от сезонных колебаний. Контур средней температуры земли в США показан на рисунке 3. На рисунке 4 показано сезонное изменение температуры в зависимости от глубины почвы.Как показано на Рисунке 4, после приблизительной глубины 30 футов температура почвы остается относительно постоянной независимо от температуры приземного воздуха.

Конфигурации теплообменников, такие как вертикальная система с замкнутым контуром и хорошо обоснованная система с открытым контуром, устанавливают скважины на глубине от 200 до 300 футов или более, устраняя сезонные колебания температуры почвы. Напротив, конфигурации теплообменников, такие как система с горизонтальным контуром, в которой устанавливаются траншеи, обычно не более 10 футов глубиной, в значительной степени зависят от сезонных колебаний температуры.Это делает сезонные колебания температуры чрезвычайно важными при проектировании таких типов теплообменных систем. Это тот тип соображений, который необходимо учитывать при выборе системы геотермального теплового насоса, который будет установлен. Дополнительные затраты, связанные с более глубокими траншеями, могут быть компенсированы снижением нагрузки на тепловые насосы из-за того, что грунтовый грунт имеет менее резкие колебания температуры круглый год. На рисунке 5 температура более глубоких почв показывает меньшие колебания сезонной температуры и еще больше отстает от сезонных изменений температуры.

Чем глубже прокладывается траншея для геотермального теплового насоса, стоимость строительства может возрасти, но общая стоимость срока службы теплового насоса может снизиться, что в конечном итоге сэкономит деньги владельца. Определение оптимальной глубины зависит от сезонного изменения температуры почвы в зависимости от глубины, а также от тепловых свойств почвы.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛО / ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОЧВЫ

Теплоемкость или удельная теплоемкость почвы — это способность почвы накапливать тепловую энергию.В следующей таблице показана теплоемкость почвы и ее изменение в зависимости от содержания влаги. Чем больше влажность почвы, тем больше удельная теплоемкость. Чем суше почва, тем ниже ее теплоемкость и тем сильнее колебания температуры в зависимости от времени года.

Тип грунта Тепловая мощность (БТЕ / фунт / oF)
Сухая почва 0,20
Влажная / насыщенная почва 0.23 — 0,25
Таблица 1: Теплоемкость грунта

Теплопроводность — чрезвычайно важный критерий при проектировании геотермальных тепловых насосов. Теплопроводность подстилающего грунта и породы определяет длину необходимой трубы, поскольку теплопроводность — это скорость передачи тепла между двумя средами. Определение длины трубы имеет решающее значение при определении стоимости установки и энергии, необходимой для перекачки жидкости геотермального теплового насоса.Теплопроводность различных типов грунтов показана в следующей таблице.

Класс текстуры Теплопроводность (БТЕ / фут-час-oF)
Песок 0,44
Глина 0,64
Суглинок 0,52
Насыщенный песок 1,44
Насыщенный ил или глина 0,96
Таблица 2: Различные типы почв по теплопроводности

Количество воды в почве значительно увеличивает теплопроводность.Чем больше пористость почвы, тем больше воды она может удерживать. Это увеличивает теплопроводность почвы. Вот почему уровень грунтовых вод очень важен при проектировании геотермального теплового насоса. В таблице 3 показано влияние теплопроводности почвы для вертикального геотермального теплового насоса с замкнутым контуром. В засушливых условиях более мелкие почвы уменьшают размер естественных промежутков между частицами почвы, увеличивая теплопроводность. Теплопроводность почвы примерно в 100 раз больше, чем у воздуха.Теплопроводность воды обычно в два-три раза больше, чем у частиц почвы. Это еще одна причина для правильного анализа географии расположения геотермального теплового насоса, чтобы максимально эффективно спроектировать систему с учетом географии.

Теплопроводность почвы (БТЕ / (ч-фут-oF)) Кол-во U-образных трубок Глубина U-образных труб (вертикальные футы) Общая вертикальная U-образная труба футов)
0,55 16 199 3,180
0.70 15 188 2 820
0,85 14 187 2 620
1,00 12 202 2,420
1,20 12 188 2,260
1,35 12 180 2,160
1,50 10 212 2 120
Таблица 3: «Влияние теплопроводности на количество скважин и общую длину заземленного теплообменника на 10 тонн нагрузки для вертикальной замкнутой системы GHP.”

Теплопроводность оказывает такое существенное влияние на конструкцию геотермального теплового насоса, что некоторые проектировщики могут рассмотреть возможность замачивания земли в горизонтальных геотермальных петлях для увеличения теплопроводности, особенно в более засушливых регионах. Чтобы получить точные данные о свойствах грунта, лучше всего провести испытания на месте, чтобы получить точную картину с областью, где вы работаете. Чем лучше будет понимание земли, тем лучше будет работать с более эффективным и экономичным геотермальным тепловым насосом.

Уровень грунтовых вод играет важную роль в определении теплопроводности почвы. Как правило, по мере смены сезонов уровень грунтовых вод меняется, и это необходимо учитывать. В дополнение к этому, глубина коренных пород имеет решающее значение при выборе геотермального контура заземления. В тех случаях, когда используются колодцы с стоячими колоннами, коренная порода должна располагаться близко к поверхности. Напротив, вертикальная замкнутая система требует глубины коренной породы от 200 до 400 футов.Эти приближения сделаны с учетом теплопроводности грунта.

Есть три основные категории геотермальных тепловых насосов; без обратной связи, с обратной связью и с прямым обменом. Системы с замкнутым контуром и прямым обменом могут иметь параллельную или последовательную конфигурацию.

РАЗРЫВНЫЕ СИСТЕМЫ

В разомкнутой системе передача тепла осуществляется с поверхностными или грунтовыми водами. Вода забирается в тепловые насосы и затем сбрасывается в окружающую среду.Существует несколько типов конфигураций с разомкнутым контуром, которые можно использовать в зависимости от окружающих условий и потребностей здания.

ОДНОСКВОРНЫЕ СИСТЕМЫ

Одноканальные системы полагаются на одинокий колодец, который служит источником воды для разомкнутой системы. Вода закачивается в систему и сбрасывается после того, как используется в дренажное поле или существующий водоем. Пример одиночной скважины с разомкнутым контуром показан на Рисунке 6. Эти системы обеспечивают экономичное решение для теплового насоса грунтовых вод, если есть уже существующая скважина.В жилых помещениях колодец для бытового водоснабжения может оказаться слишком маленьким, чтобы удовлетворить потребности в воде теплового насоса грунтовых вод. Жилые колодцы обычно производят от 300 до 400 галлонов воды в день, тогда как тепловому насосу грунтовых вод для того же дома могут потребоваться тысячи галлонов воды в день. В дополнение к этому, количество воды, сбрасываемой из системы, может быть ограничено экологическими или местными нормативами. Слегка модифицированная система с одной скважиной, которая может решить некоторые из этих проблем, представляет собой скважину с стоячей колонной.

СКВАЖИНА НА КОЛОННАХ

Колодец со стоячей колонной использует те же концепции, что и система с одной колодкой, за исключением колодца со стоячей колонной, большая часть сбрасываемой воды направляется в исходный колодец. Это сводит к минимуму количество сброса воды из системы в окружающую среду. Система скважин со стоячими колоннами возможна, когда есть доступ к трещиноватым водоносным горизонтам коренных пород у поверхности земли. Скважина со стоячими колоннами обычно состоит из необсаженных скважин диаметром 6 дюймов и глубиной от 1000 до 1500 футов.Окружающий водоносный горизонт контактирует со скважиной, что позволяет образовывать стоячий столб воды от дна скважины до вершины уровня грунтовых вод. Пример колодца с стоячей колонной показан на Рисунке 7.

Вода для системы забирается со дна колодца и сбрасывается в верхнюю часть колодца. Это позволяет не производить чистый забор из самих грунтовых вод. В периоды повышенного спроса на обогрев или охлаждение система этого типа может «истекать», что означает, что она возвращает только часть воды обратно в колодец, а другая часть сбрасывается в окружающую среду.Когда происходит это «кровотечение», происходит чистый приток грунтовых вод внутри колонны. «Это охлаждает стоячую колонну в периоды пикового отвода тепла (когда потребность здания в охлаждении является наибольшей) и / или нагревает ее во время пикового отвода тепла (когда потребность в тепле наибольшая), тем самым уменьшая требуемую глубину отверстия», [Вирджиния Технический сайт]. По сравнению с геотермальными тепловыми насосными системами с замкнутым контуром, колодец со стоячими колоннами может значительно спасти владельца, если он хорошо спроектирован и правильно расположен.Площадь земли, необходимая для установки колодца со стоячими колоннами, является наименьшей из всех геотермальных тепловых насосов, что делает этот тип системы идеальным для областей с ограниченным пространством и надлежащими геологическими условиями.

ДВОЙНЫЕ СКВАЖИНЫ

Двухскважинная система состоит как из подающего, так и из разгрузочного колодцев. Подобно колодцам со стоячими колоннами, система с двумя колодцами может использоваться в случаях, когда существуют правила или ограничения по сбросу воды. Важным аспектом конструкции этого типа разомкнутой системы является расстояние между подающей и сбросной колодцами.Основным фактором при определении расстояния между скважинами является расход от нагнетательной скважины к добывающей. Между скважинами может быть поток, но он должен быть достаточно низким, чтобы сбрасываемая вода, поступающая в добывающую скважину, имела примерно такую ​​же температуру, как и естественный водоносный горизонт. Типичное расстояние между скважинами в системе с двумя скважинами находится в диапазоне от 200 до 600 футов. Это в значительной степени зависит от максимальной тепловой / охлаждающей нагрузки системы, временного интервала этих условий максимальной нагрузки, а также естественного расхода и толщины водоносного горизонта.Пример двухскважинной системы показан на Рисунке 8.

СИСТЕМЫ ПОВЕРХНОСТНОЙ ВОДЫ

Система поверхностных вод использует более крупный водоем, такой как озеро или океан, как для водоснабжения, так и для точек сброса. Если водоем достаточно глубокий, чтобы иметь термоклин в источнике, содержащем термическую стратификацию, источник холодной воды, который остается нетронутым, доступен круглый год. Иногда этой более холодной воды, поступающей из водопровода, может быть достаточно для обеспечения прямого охлаждения помещения с помощью теплообменников вода / воздух.Это устраняет необходимость в тепловых насосах или хладагенте для охлаждения внутренних помещений здания. При использовании этого метода прямого охлаждения помещения температура воды в контуре здания должна оставаться ниже 55 ° F для обеспечения эффективного осушения. «Данные по озерам в Алабаме показывают, что значительная термическая стратификация происходит в озерах глубиной более 30 футов, с температурой придонной воды от 45 до 55 ° F в течение всего года, даже когда температура поверхностной воды летом достигает 80-90 ° F».

ТЕПЛООБМЕННИК ИЗОЛЯЦИОННЫЙ

«В системах с непрямым открытым контуром используется изолирующий теплообменник между контуром здания и водопроводом.Это исключает воздействие на компоненты водяного контура здания или теплового насоса некачественной воды, что делает больше площадок потенциально привлекательными для систем с открытым контуром. Изолирующий теплообменник также позволяет эксплуатировать контур здания и контуры подачи воды при различных расходах и давлениях для достижения оптимальных тепловых и гидравлических характеристик ».

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ РАЗРЫВА

КАЧЕСТВО ВОДЫ
  • Теплообменник подвергается воздействию растворенных ионов, взвешенных твердых частиц и микроорганизмов из колодца.
  • Теплообменник склонен к образованию накипи, образованию коррозионных пленок и отложений.
  • Тепловое и гидравлическое сопротивление теплопередаче увеличивается, что снижает общую эффективность.
  • Очистка воды неэкономична.
НАЛИЧИЕ ВОДЫ
  • Требуемый расход грунтовых вод обычно составляет 2-3 галлона в минуту на тонну системы.
ДОПУСК СЛИВНОЙ ВОДЫ
  • Подземные воды необходимо повторно закачать в грунт или дренажную систему.
  • Необходимо соблюдать местные правила по сбросу воды.
  • Вода выпускается на более высоком уровне, чем точка забора, что представляет собой статический напор. Это требует большей мощности для преодоления циркуляционным насосом.

ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ

Системы с замкнутым контуром являются наиболее распространенными геотермальными тепловыми насосами. Они циркулируют рабочую жидкость по трубам и не используют источник воды. Они работают, передавая тепло только через трубопроводную сеть, что означает отсутствие прямого взаимодействия между рабочей жидкостью и землей.Длина необходимого трубопровода зависит от теплопроводности грунта, температуры грунта, а также необходимой мощности нагрева и охлаждения, как указано выше в разделе «Основы геотермальной энергетики».

Наиболее распространенными замкнутыми системами являются: вертикальные, горизонтальные, узкие и водоем.

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ЗАМКНУТ

Горизонтальные замкнутые системы состоят из труб, которые проходят через землю горизонтально. Выкапывается длинная горизонтальная траншея глубже линии промерзания и горизонтально размещаются U-образные змеевики для соединения труб.Канавка для поля горизонтальной петли будет похожа на канал, видимый под полем узкой петли. Ширина поля зависит от количества труб. Поля с горизонтальной петлей очень распространены и экономичны при наличии подходящей земли.

ОБЛЕГАЮЩИЕ ЗАКРЫТЫЕ ПЕТЛИ

Обтягивающее поле с замкнутым контуром устанавливается в горизонтальной ориентации с перекрывающейся сетью трубопроводов. Поля с узкой петлей используются, когда недостаточно места для горизонтальной замкнутой системы. Обтягивающие системы с обратной связью просты в установке.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ЗАМКНУТЫЙ КОНТУР

Вертикальные поля с замкнутым контуром ориентированы так, что трубопроводная сеть проходит вертикально в землю. В земле проделываются ямы глубиной 150-250 футов. На дне отверстий соединительных трубок расположены U-образные соединители. Скважина обычно заполняется бентонитовым раствором, окружающим трубу, чтобы обеспечить хорошее тепловое соединение с окружающей почвой или скальной породой и максимизировать передачу тепла. Вертикальные поля с замкнутым контуром идеальны для ограниченных участков.Во время сезона похолодания на локальное повышение температуры в поле скважины больше всего влияет перемещение влаги в почве.

ДРУГИЕ ВИДЫ ЗАМКНУТЫХ СИСТЕМ

  • Погружные замкнутые контуры
  • Гибридный контур с прудом-охладителем
  • Гибридный контур с градирней
  • Гибридный контур с солнечным коллектором

ПЕТЛИ ПРЯМОГО ОБМЕНА (DX)

В системах с прямым обменом

хладагент циркулирует по медным трубам, просверленным непосредственно в земле, что устраняет необходимость в теплообменнике между контуром хладагента, водяным контуром и водяным насосом.

Петлевые системы DX имеют множество преимуществ, в том числе:

  • Простая установка
  • Более высокий КПД
  • Трубопровод все короче и меньшего размера
  • Снижение затрат на установку
  • Может также использоваться для нагрева воды в доме
  • Очень долгий срок службы

Горизонтальное расположение DX:

  • Для систем DX с горизонтальным контуром требуется около 350 футов медных труб на тонну системы, в отличие от 450-500 футов на тонну для контуров заземления из полиэтилена.
  • Из-за своей меньшей длины горизонтальным контурам заземления DX требуется всего около 500 квадратных футов площади на тонну системы, что значительно меньше 1500–3000 квадратных футов, необходимых для обычных горизонтальных замкнутых контуров.

Вертикальное расположение DX:

  • Для вертикальных систем DX требуются отверстия диаметром всего 3 дюйма на глубину 120 футов на тонну, в отличие от отверстий диаметром от 4 до 6 дюймов на глубину от 200 до 300 футов на тонну для полиэтиленовых U-образных труб в обычных условиях. вертикальные замкнутые петли.
  • Вертикальные петли DX требуют, по крайней мере, той же площади земли, что и их обычные аналоги, или даже несколько больше.
  • Вертикальные скважины DX должны располагаться на расстоянии не менее 20 футов друг от друга, чтобы свести к минимуму возможность промерзания и коробления грунта в режиме обогрева или чрезмерного нагревания и высыхания почвы в режиме охлаждения.
Геотермальный контур Тип Преимущества Недостатки
Разомкнутый контур Более простой дизайн; меньшие затраты на бурение, чем для вертикальных замкнутых систем; более эффективная работа за счет предотвращения термической деградации, связанной с передачей тепла через стенку трубы от земли или воды к раствору антифриза в замкнутом контуре; более низкая стоимость установки, если колодец для бытового водоснабжения или орошения грунта уже существует, с достаточной избыточной производственной мощностью для снабжения системы теплового насоса. При условии получения разрешения на забор и сброс подземных и поверхностных вод на местном, государственном и федеральном уровнях; потребность в большом потоке воды может превышать доступность местной воды; сторона подачи теплообменников подвержена воздействию коррозионных и абразивных агентов, химических отложений и микробного загрязнения; главные циркуляционные насосы обычно требуют большей мощности в открытых контурах, чем в замкнутых; правила сброса воды могут исключать системы с одной скважиной или ограничивать проектирование систем с стоячими колоннами; более высокая стоимость установки, если требуется отдельная нагнетательная скважина для отвода воды из контура.
Горизонтальный замкнутый контур Затраты на рытье траншей для горизонтальных контуров обычно намного ниже, чем затраты на бурение скважин для вертикальных замкнутых контуров, и есть больше подрядчиков с соответствующим оборудованием; гибкие варианты установки в зависимости от типа землеройного оборудования (бульдозер, обратная лопата или траншеекопатель) и количества петель труб на траншею. Наибольшая потребность в земельной площади; производительность в большей степени зависит от сезона, осадков и глубины залегания; возможность засухи (низкий уровень грунтовых вод) необходимо учитывать при оценке необходимой длины трубы, особенно в песчаных почвах и на возвышенностях; при засыпке траншеи может быть поврежден трубопровод контура заземления; большая длина трубы на тонну, чем для вертикальных замкнутых контуров; раствор антифриза, скорее всего, понадобится для работы с зимними температурами почвы.
Обтягивающий замкнутый контур Обтягивающие петли требуют меньше площади и меньше траншей, чем другие системы с горизонтальными петлями, и затраты на установку могут быть значительно меньше. Требуется больше энергии накачки, чем для прямых горизонтальных петель; обратная засыпка траншеи с одновременным обеспечением отсутствия пустот вокруг бухт труб затруднена с некоторыми типами грунта, и тем более с вертикальными бухтами в узких траншеях, чем с бухтами, уложенными плоско в широких траншеях.
Вертикальный замкнутый контур Требуется меньшая общая длина трубы, чем для большинства других систем с обратной связью; требует наименьшего количества земельного участка; сезонные колебания температуры почвы не вызывают беспокойства. Стоимость бурения обычно выше, чем стоимость горизонтальной прокладки траншей, а конструкции с вертикальной петлей обычно являются наиболее дорогостоящими системами GHP; потенциал для долгосрочных изменений температуры почвы, если скважины расположены недостаточно далеко друг от друга.
Погружной замкнутый контур Может потребоваться наименьшая общая длина трубы и может быть наименее дорогой из всех систем с обратной связью, если имеется подходящий водоем. Подводные петли, вероятно, потребуют большего количества разрешений регулирующих органов, чем подземные замкнутые системы; без надлежащей маркировки может быть поврежден при постановке лодки на якорь.
Контур прямого обмена Более высокий тепловой КПД; не требуются теплообменники жидкость / жидкость; меньшая площадь земли необходима для горизонтальной конфигурации. Грунт, контактирующий с контуром заземления, подверженный промерзанию; медные трубы нельзя закапывать рядом с большими деревьями, где растущая корневая система может повредить змеевик; утечки в контуре заземления могут привести к катастрофической потере хладагента; меньшая вспомогательная инфраструктура в отрасли GHP, требующая большей осторожности и навыков для установки и, как следствие, более высокие затраты на установку.
с замкнутым контуром в серии Одинарный диаметр трубы позволяет упростить сварку труб, что ускоряет установку; единый путь потока обеспечивает более легкую продувку для удаления воздуха из контура при заполнении водой или раствором антифриза. Более длинный путь потока требует трубы большего диаметра, чтобы минимизировать падение давления и поддерживать мощность насоса на разумном уровне; больший диаметр также влечет за собой большие объемы антифриза; пропускная способность системы ограничена общим перепадом давления от конца до конца, поэтому не подходит для больших зданий.
Замкнутый параллельный контур Более короткие пути потока позволяют использовать трубы меньшего диаметра, что снижает стоимость трубопровода и требует меньше антифриза; уменьшение перепада давления на более коротких путях потока приводит к снижению требований к мощности насоса. Линии коллектора должны быть большего диаметра, чем отдельные петли, и поэтому требовать более сложных операций по соединению труб, чем при последовательной установке; Особая осторожность необходима для обеспечения полного удаления воздуха из всех каналов при продувке системы при запуске.

* Преимущества:

  • Самым большим преимуществом геотермальных тепловых насосов является то, что они потребляют на 25–50% меньше электроэнергии, чем обычные системы отопления или охлаждения.
  • Согласно EPA, геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии и соответствующие выбросы до 44% по сравнению с воздушными тепловыми насосами и до 72% по сравнению с электрическим резистивным нагревом со стандартным оборудованием для кондиционирования воздуха.
  • Геотермальные тепловые насосы также улучшают контроль влажности, поддерживая около 50% относительной влажности в помещении, что делает геотермальные тепловые насосы очень эффективными во влажных областях.
  • Различные петлевые системы с геотермальным тепловым насосом обеспечивают гибкость конструкции и могут быть установлены как в новых, так и в модернизируемых ситуациях. Поскольку для оборудования требуется меньше места, чем требуется для обычных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, помещения для оборудования можно значительно уменьшить, освобождая место для продуктивного использования.
  • Геотермальные тепловые насосы также обеспечивают отличное зональное кондиционирование пространства, позволяя нагревать или охлаждать различные части вашего дома до различных температур.
  • Поскольку системы геотермальных тепловых насосов имеют относительно небольшое количество движущихся частей, и поскольку эти части находятся внутри здания, они долговечны и очень надежны. Гарантия на подземные трубопроводы часто составляет 25–50 лет, а на тепловые насосы — 20 лет и более.
  • Поскольку геотермальные тепловые насосы обычно не имеют наружных компрессоров, они не подвержены вандализму, с другой стороны, компоненты в жилом помещении легко доступны, что увеличивает фактор удобства и помогает гарантировать своевременное обслуживание основание.
  • Поскольку у них нет внешних конденсаторных агрегатов, таких как кондиционеры, шум вне дома не вызывает беспокойства. Двухскоростная геотермальная система с тепловым насосом работает настолько тихо внутри дома, что пользователи даже не подозревают, что она работает: нет явных порывов холодного или горячего воздуха.
  • Счета за коммунальные услуги будут снижены в среднем на 25–70% по сравнению с традиционными системами.
  • Геотермальная система не сжигает ископаемое топливо на месте для производства тепла, она генерирует гораздо меньше выбросов парниковых газов, чем обычная печь.
  • Can также полностью устраняет потенциальный источник ядовитого окиси углерода в доме или здании.
  • С учетом доли выбросов электростанции, производящей электроэнергию для работы геотермальных систем, общие выбросы намного ниже, чем у традиционных систем.
  • Согласно данным, предоставленным Управлением геотермальных технологий Министерства энергетики США (DOE), почти 40% всех выбросов углекислого газа (CO2) в США являются результатом использования энергии для отопления, охлаждения и обеспечения горячей водой зданий. .Это примерно такое же количество CO2, которое вносит транспортный сектор.
  • Типичная 3-тонная бытовая система GeoExchange производит в среднем примерно на один фунт меньше углекислого газа (CO2) в час использования, чем обычная система. Для сравнения: в среднем за 20 лет жизни 100 000 единиц жилых систем GeoExchange номинального размера сократят выбросы парниковых газов почти на 1,1 миллиона метрических тонн углеродного эквивалента. Это будет эквивалентно переоборудованию около 58 700 автомобилей в автомобили с нулевым уровнем выбросов или посадке более 120 000 акров деревьев.
  • Отработанное тепло, удаляемое из внутренних помещений дома во время сезона охлаждения, можно использовать для обеспечения практически бесплатной горячей воды, что приводит к общей экономии затрат на горячую воду примерно на 30% в год и еще большему снижению выбросов.

* Недостатки

  • Первоначальная стоимость покупки и установки может составлять более 20 000 долларов до применения государственных налоговых льгот. Хотя более низкие ежемесячные затраты на коммунальные услуги компенсируют это, существуют «периоды окупаемости», связанные с ценой и экономией системы, которые могут занять годы.
  • Некоторые геотермальные системы тепловых насосов, в которых используются хладагенты, могут быть связаны с ХФУ и ГХФУ, вызывающими экологические проблемы.
  • Поскольку земля используется в качестве теплоносителя, который обычно находится под землей, ремонт трубопроводной сети будет дорогостоящим и трудоемким.

Принимая решение об установке геотермального теплового насоса для отопления и охлаждения жилых помещений, следует учитывать несколько факторов, прежде чем выбирать тип.Географическое положение и соответствующие колебания температуры земли будут влиять на теплопроводность передающей среды. Содержание влаги и тип почвы также влияют на теплопроводность и, следовательно, на общую производительность системы. Зная влажность почвы, а также топографию земли, можно выбрать наиболее эффективный контур обмена. Температура окружающего воздуха и физический размер места установки помогут определить размер системы с точки зрения количества тепла, которое необходимо отвести как летом, так и зимой.Перед установкой системы необходимо ознакомиться с местными законами, регулирующими использование хладагентов / систем с замкнутым / разомкнутым контуром.

  1. Как долго прослужит контурная труба? Замкнутые системы следует устанавливать только с использованием труб из полиэтилена высокой плотности или полибутилена. При правильной установке эти трубы прослужат многие десятилетия. Они инертны по отношению к химическим веществам, обычно присутствующим в почве, и обладают хорошими теплопроводными свойствами. Трубу из ПВХ нельзя использовать ни при каких обстоятельствах.
  2. Как соединяются отрезки трубы петли? Единственным приемлемым методом соединения участков специальной трубы, используемой для замкнутых систем, является электросварка. Соединения труб нагреваются и сплавляются друг с другом, образуя более прочное соединение, чем исходная труба. Механическое соединение труб для заземляющего контура является общепринятой практикой в ​​некоторых ограниченных областях применения. Использование зазубрин, зажимов и клеевых соединений обязательно приведет к выходу из строя петли из-за утечек.
  3. Какая система лучше — с обратной или обратной связью? Чистые результаты по эксплуатационным затратам и эффективности практически одинаковы.Какую систему выбрать, в основном зависит от того, есть ли у вас достаточное количество грунтовых вод и средства их удаления. Если вы это сделаете, можно очень эффективно использовать разомкнутый контур. В противном случае лучшим выбором будет горизонтальная или вертикальная замкнутая система. Через несколько лет система с замкнутым контуром потребует меньше обслуживания, поскольку она герметична и находится под давлением, что исключает возможное накопление минералов или отложений железа.
  4. Фактический рейтинг эффективности или средний показатель производителя? Все типы систем отопления и охлаждения имеют номинальный КПД.Котлы, работающие на ископаемом топливе, имеют процентную эффективность. Котлы, работающие на природном газе, пропане и мазуте, имеют рейтинг эффективности, основанный на лабораторных условиях. Чтобы получить точный установленный коэффициент полезного действия, необходимо учитывать такие факторы, как тепловые потери дымовых газов, потери при циклических нагрузках, вызванные превышением размеров, использование электроэнергии вентилятором и т. Геотермальные тепловые насосы, как и все другие типы тепловых насосов, имеют КПД, оцениваемую в соответствии с их коэффициентом полезного действия или COP. Это научный способ определить, сколько энергии производит система по сравнению с тем, сколько она потребляет.Большинство геотермальных тепловых насосных систем имеют КПД от 3,5 до 4,5. Установки WaterFurnace имеют типичный КПД от 4 до 8. Это означает, что на каждую единицу энергии, используемой для питания системы; четыре или более блока поставляются в виде тепла. Если котел, работающий на ископаемом топливе, может иметь КПД 50-90 процентов, геотермальный тепловой насос WaterFurnace имеет КПД около 600 процентов. Мы используем компьютерные программы, чтобы точно определить эффективность работы системы для вашего дома или здания.
  5. Все ли геотермальные тепловые насосы одинаковы? №Существуют различные типы геотермальных тепловых насосов, предназначенные для конкретных применений. Например, многие геотермальные тепловые насосы предназначены для использования только с грунтовыми водами с более высокой температурой, встречающимися в системах с открытым контуром. Другие будут работать при температуре воды на входе до -4 ° C, которая возможна в системах с обратной связью. Большинство тепловых насосов goethermal обеспечивают летнее кондиционирование воздуха, но некоторые марки предназначены только для отопления зимой. Иногда эти системы только для обогрева включают змеевик, охлаждаемый грунтовой водой, который может обеспечить охлаждение в умеренном климате.Геотермальные тепловые насосы также могут различаться по конструкции. Автономные блоки объединяют нагнетатель, компрессор, теплообменник и змеевик в одном шкафу. Сплит-системы позволяют добавить змеевик к котлу с принудительной подачей воздуха и использовать имеющийся вентилятор.
  6. Насколько эффективна система геотермального теплового насоса? Современные системы очень энергоэффективны. На каждый киловатт электроэнергии, используемый для работы теплового насоса, в здание доставляется от трех до четырех киловатт тепла.
  7. Насколько велики эти устройства? Типичный тепловой насос для домашнего дома по размеру примерно такой же, как и большой холодильник.
  8. Можно ли подавать горячую воду в дом? Да. Некоторые бытовые системы могут нагревать горячую воду с помощью современного высокоэффективного водонагревателя косвенного нагрева. Затем погружной нагреватель может повысить температуру, что можно сделать ночью, используя непиковые значения.
  9. Могут ли системы обеспечивать охлаждение? Да. Существуют тепловые насосы с обратным циклом, которые могут обеспечивать как обогрев, так и охлаждение.
  10. У меня дом в старом стиле. Могу ли я установить систему GSHP? Да, вы можете, но ваше здание должно быть хорошо изолировано, чтобы вы могли получить максимальную пользу. Стоимость системы напрямую зависит от ее размера, а из-за довольно высоких тепловых потерь в старых зданиях это может существенно увеличить капитальные затраты на установку. Деньги, потраченные на повышение уровня изоляции, могут значительно сэкономить на капитальных затратах. К сожалению, многие старые здания никогда не смогут стать достаточно энергоэффективными, чтобы использовать современные системы распределения тепла, такие как низкотемпературные полы с подогревом или низкотемпературные радиаторы.
  11. Могу ли я установить траншеи на участке с уклоном вниз? Да, если вы физически можете рыть траншеи, небольшой уклон вниз не проблема. Следует рассмотреть возможность удаления воздуха из системы с контурами заземления выше теплового насоса.
  12. У меня очень влажная земля. Могу я использовать это? Да, влажная земля лучше проводит тепло, поэтому, если вы физически можете вырыть траншею, это идеальный вариант.
  13. Действительно ли системы GSHP безвредны для окружающей среды? Да.В Великобритании сейчас наблюдается сильное движение к альтернативным технологиям, которые являются более устойчивыми и экологически более приемлемыми. Было подсчитано, что 40% выбросов CO 2 связано с отоплением зданий. Используя возобновляемые источники энергии для обогрева вашей собственности, вы можете помочь сократить эти выбросы, особенно по сравнению со сжиганием ископаемого топлива, такого как нефть. Большинство поставщиков электроэнергии теперь предлагают «чистую зеленую» электроэнергию из возобновляемых источников энергии, и, если вы используете их для питания своего теплового насоса, ваша собственность будет полностью отапливаться за счет возобновляемых источников энергии с нулевыми выбросами углерода.
  14. Опасны ли наземные тепловые насосы? А как насчет обслуживания и ремонта? Здесь отсутствуют выбросы вредных газов, горючее масло, сжиженный нефтяной газ или трубы для газа, дымоходы или дымоходы, а также неприглядные топливные баки. Системы GSHP абсолютно НЕ производят выбросов на месте. Нет необходимости в регулярном обслуживании или ежегодных проверках безопасности, а техническое обслуживание очень мало.
  15. Как сравнить эксплуатационные расходы с традиционными альтернативами? Это зависит от того, что вы сравниваете. В современном, хорошо изолированном доме система с тепловым насосом от источника тепла может предложить очень высокую эффективность и умеренные эксплуатационные расходы.Бойлер, работающий на жидком топливе, будет стоить значительно дороже, а электрическое отопление будет как минимум в три раза дороже. Это правда, что самые лучшие из современных конденсационных газовых котлов могут быть лишь немного дороже в эксплуатации, но это при нынешних ценах на газ, которые будут расти. Кроме того, все котлы, работающие на ископаемом топливе, нуждаются в регулярном обслуживании и ремонте.
  16. Дорогие ли эти системы? Первоначальные затраты на покупку системы теплового насоса с грунтовым источником будут намного выше, чем у обычного жидкого или газового котла.Первоначальные единовременные расходы компенсируются более низкими эксплуатационными расходами, меньшими затратами на техническое обслуживание и низкими требованиями к обслуживанию. Существует также уверенность в том, что большая часть вашей тепловой и охлаждающей энергии исходит из вашей земли, находится под вашим контролем и не будет расти в цене.
  17. Как соединяются отрезки трубы петли? Единственный приемлемый метод соединения секций труб — термическая сварка. Соединения труб нагреваются и сплавляются друг с другом, образуя более прочное соединение, чем исходная труба.Механическое соединение трубы для заземления никогда не является общепринятой практикой. Использование зазубрин, зажимов и клеевых соединений обязательно приведет к выходу из строя петли из-за утечек.
  18. Повлияет ли петля земли на мой газон или ландшафт? Нет. Исследования доказали, что петли не оказывают вредного воздействия на траву, деревья или кустарники. В большинстве горизонтальных петель используются траншеи шириной около шести дюймов. Это, конечно же, оставит временные голые участки, которые можно восстановить с помощью семян травы или дерна.Вертикальные петли занимают мало места и приводят к минимальному повреждению газона.
  19. Могу ли я утилизировать тепло из области утилизации септической системы? Нет. Заземляющий контур будет достигать температуры ниже нуля в экстремальных условиях и может заморозить вашу септическую систему. Такое использование запрещено во многих областях.
  20. Могу ли я сам установить контур заземления? Не рекомендуется. Помимо термического плавления трубы, для успешной работы контура очень важен хороший контакт заземления с катушкой.Непрофессиональная установка может привести к снижению производительности системы.

Примечание: Все часто задаваемые вопросы и ответы взяты непосредственно из FAQs

по наземным тепловым насосам

  1. Geothermal International. http://www.geothermalint.co.uk/index.html
  2. Геотермальные тепловые насосы (Технологический институт Вирджинии). http://www.geo4va.vt.edu/A3/A3.htm
  3. Консорциум геотермальных тепловых насосов. http://geoexchange.org/
  4. Геотермальный тепловой насос. http: //en.wikipedia.org / wiki / Geothermal_heat_pump # Closed_loop_fields

Страница Создана:
Стефани Волошин
Дональд Кортезе

Геотермальные тепловые насосы | Министерство энергетики

Перейти к основному содержанию

  • Национальные лаборатории
  • Energy.gov Офисы

Поиск

Энергосбережения

  • О нас О нас

Энергосберегающий Дом

  • О нас О нас
  • Услуги Услуги
  • Heat & CoolHeat & Cool
  • Weatherize
  • DesignDesign
  • Электричество и топливоЭлектричество и топливо

Геотермальное отопление | Майор

Знаете ли вы, что под вашим домом или коммерческой недвижимостью есть источник бесплатной и возобновляемой энергии, который всегда работает 365 дней в году? Поэтому, по мнению У.Агентство по охране окружающей среды, геотермальная система отопления и охлаждения, является «самой энергоэффективной, экологически чистой и экономичной системой кондиционирования пространства на сегодняшний день».

В Major мы являемся наиболее уважаемыми экспертами в области геотермального отопления и охлаждения в регионе Скалистых гор. Мы установили более 25 миллионов квадратных футов геотермальной энергии, охватывающей более 1000 систем. Мы успешно приобрели одни из самых удобных, эффективных и экономичных механических систем в Колорадо! Наш опыт обширен и охватывает жилую, коммерческую, промышленную и институциональную сферы.Фактически, у нас есть более 50 школ, успешно работающих по нашему геотермальному проекту в США.

Если вы подумываете о внедрении или у вас есть вопросы о системах геотермального отопления, один из наших экспертов по геотермальной экспертизе и системных экспертов может помочь вам. Мы оценим и оценим вашу собственность и предоставим вам индивидуальное геотермальное решение. Кроме того, поскольку мы не зависим от каких-либо конкретных брендов, ваше геотермальное решение подойдет именно вам и вашим потребностям.

Мы предлагаем

  • Геотермальный тепловой насос и установка с КПД, превышающим 600%, как для коммерческих, так и для жилых помещений
  • Криминалистическая экспертиза для исследования вашей геотермальной системы с целью устранения неисправностей
  • Решения для проектирования и строительства, позволяющие вам работать напрямую с нами без посредников между проектировщиком и подрядчиком
  • Конструкция кольцевого поля для геотермальных теплообменников, обеспечивающая бесплатную доставку возобновляемой энергии 24/7/365
  • Элементы управления лежат в основе любой отличной геотермальной системы, включая новую технологию автоматизации зданий
  • EnviroPlate — отличный геотермальный вариант, если поблизости есть озеро или источник воды.
  • SHARC Sewage Heat Recovery — это система возобновляемого источника энергии, которая использует возобновляемую энергию, содержащуюся в наших водостоках

Независимо от того, какой тип здания или дома вы строите, Major работает с YOU , чтобы ваша система каждый раз полностью соответствовала вашим ожиданиям или превосходила их!

Узнайте больше о нашем подходе и опыте в:

  • Жилые геотермальные и наши геотермальные системы отопления и охлаждения для вашего дома
  • Commercial Geothermal и наши геотермальные системы отопления и охлаждения для вашей коммерческой недвижимости

Позвоните нам сегодня, если у вас есть какие-либо вопросы по поводу экологичного использования геотермального отопления и охлаждения.Мы будем более чем рады приехать к вам и ответить на все ваши вопросы.

Позвоните по телефону 303-424-1622 (пн-пт 7.00-17.00)
или Запишитесь на прием онлайн

Преимущества геотермальной энергии в коммерческих целях

  • Значительное сокращение операционных расходов
  • Резкое сокращение энергопотребления и выбросов углерода
  • Увеличивает справедливую стоимость вашего объекта
  • Срок службы оборудования увеличился более чем на 50%
  • Градирня не нужна!
  • Повышенный комфорт и превосходное качество воздуха
  • Возможность использовать значительные федеральные, государственные и коммунальные льготы
  • Легче управлять с помощью простых и эффективных стратегий управления
  • Пониженные пиковые нагрузки на объект
  • Больше места на крыше для Solar, если это вам нравится, ИКЕА это нравится!

Существует бесконечное количество БЕСПЛАТНОЙ тепловой энергии, которую можно получить как из земли, так и из вашего здания, которая окупит вашу прибыль долгие годы! Поэтому позвоните нам сегодня, чтобы обсудить дальнейшее геотермальное отопление и охлаждение с одним из наших «лучших в своем классе» экспертов по геотермальному отоплению и охлаждению!

Позвоните по телефону 303-424-1622 (пн-пт 7.00-17.00)
или Запишитесь на прием онлайн

Консультации по вопросам геотермальной энергии

Геотермальные системы отопления могут стать отличным активом для вашего объекта; они снижают эксплуатационные расходы и техническое обслуживание, обеспечивают превосходный комфорт и повышают ценность вашего объекта.Отрасль геотермального отопления и охлаждения растет, но опытные проектные ресурсы ограничены; поэтому существует лишь ограниченный круг опытных геотермальных специалистов, из которых можно выбрать, чтобы обеспечить успех вашего проекта. Компания Major осознала это и обнаружила, что, сотрудничая с уважаемыми специалистами по проектированию и закупкам, мы можем предоставить бесплатные консультационные решения, чтобы помочь вашей команде обеспечить успех вашего геотермального проекта. Наши консультационные услуги приводят к обеспечению качества, инновациям в дизайне и системам, которые соответствуют ожиданиям клиентов или превосходят их.

Major имеет одну из самых уважаемых и опытных групп геотермальных консультантов в Соединенных Штатах, на сегодняшний день на рынке успешно работает более 25 000 тонн геотермальных мощностей. В Major у нас есть подразделение, занимающееся геотермальной инженерией, закупками и строительством (EPC), и благодаря этому опыту мы предлагаем широкий спектр консультационных услуг, которые соответствуют потребностям вашего индивидуального проекта. Наши геотермальные консалтинговые услуги широко используются как здесь, в Соединенных Штатах, так и за рубежом.

Некоторые консультационные услуги, которые могут вам понадобиться:

  • Анализ недр: геологический, гидрологический и термический
  • Стратегии термической добычи (недра и сооружения)
  • Анализ почасовой нагрузки на здание
  • Конструкция геотермального теплообменника
  • Обучение и обзор систем
  • Тестирование функциональных характеристик системы
  • Предварительное планирование и анализ осуществимости
  • Выбор геотермального оборудования
  • Партнерская проверка разработанных систем
  • Инновационные стратегии финансирования (спросите нас о GeoCity ™ для вашего следующего проекта)
  • Тестирование и отчетность по теплопроводности
  • Анализ жизненного цикла
  • Стратегия управления и автоматизации зданий
  • Криминалистический анализ существующих систем
  • Дизайн / Сборка

Если вам нужна простая экспертная оценка завершенного геотермального проекта, комплексное проектирование новой геотермальной системы для вашего объекта или судебно-медицинская экспертиза неисправной системы, мы предлагаем индивидуальные геотермальные консультационные услуги, которые позволят вам и вашей команде использовать наши внутренние знания и опыт, полученные от ведущих мировых лидеров геотермальной промышленности!

Позвоните по телефону 303-424-1622 (пн-пт 7.00-17.00)
или Запишитесь на прием онлайн

Геотермальные системы отопления

Заинтересованы в геотермальном отоплении и охлаждении для вашего нового или существующего объекта? Что, если бы мы сказали вам, что вы могли бы покончить с градирнями, чиллерами, крышными агрегатами и даже с этой надоедливой котельной? Вы можете, и ответ — геотермальное отопление и охлаждение! Все больше и больше наших клиентов осознают масштабы преимуществ, связанных с использованием геотермальной энергии; речь идет не только о том, чтобы быть экологичным, это о вашей прибыли!

Самая уважаемая геотермальная команда в регионе Скалистых гор!

Major — самая уважаемая геотермальная компания в регионе Роки-Маунтин и одна из немногих компаний в Соединенных Штатах, которые получили статус дилера GeoElite ™ от крупнейшего в стране производителя геотермальных тепловых насосов ClimateMaster.Мы участвовали в некоторых из самых успешных коммерческих и институциональных геотермальных проектов в США, Европе и Азии. На сегодняшний день мы спроектировали и / или установили геотермальные системы на площади более 15 миллионов квадратных футов кондиционированного пространства по всему миру, включая 50 школ, несколько многосемейных комплексов и наш любимый проект, IKEA-Kansas City.

В Major мы работаем напрямую с вами и вашей командой, чтобы спроектировать и обеспечить наиболее эффективную, удобную и экономичную систему геотермального отопления для вашего объекта.Поэтому, прежде чем поддаться мифам о геотермальной энергии, свяжитесь с нами сегодня и узнайте факты об этой блестящей технологии. Вы будете приятно удивлены, узнав о преимуществах геотермального отопления и охлаждения. Знаете ли вы, что геотермальное отопление и охлаждение принесут вам огромные очки в достижении целей устойчивого развития LEED ?!

Позвоните по телефону 303-424-1622 (пн-пт 7.00-17.00)
или Запишитесь на прием онлайн

Геотермальные системы управления отоплением

Мы откроем вам очень важный секрет, когда дело доходит до некоторых из лучших геотермальных систем отопления, и любой геотермальной системы, которую вы найдете в нашем портфолио… все они имеют очень хорошо продуманные системы управления.Прелесть геотермальной системы, в отличие от обычной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в том, что для нее требуется меньше контрольных точек, что снижает сложность стратегий контроля. Благодаря новым технологиям управления, автоматизации зданий и нашей уникальной конструкции мы можем получать «бесплатную» энергию не только из земли, но и из самого здания!

Любой опытный, «седой» профессионал в области геотермального отопления скажет вам, что за любой отличной геотермальной системой отопления и охлаждения стоит исключительный профессионал в области управления, который разработал последовательность операций.Органы управления — это мозг любой системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, и в случае геотермальной энергии их можно использовать для достижения еще большей экономии энергии, повышения комфорта и увеличения срока службы систем. Вот почему Major инвестировал 100% в разработку одной из лучших команд управления в Соединенных Штатах. Мы пользуемся услугами наших опытных специалистов по контролю, чтобы предоставить нашим клиентам комплексный дизайн, который включает предварительно упакованные системы управления и последовательность, чтобы гарантировать, что ваша система будет максимально раскрывать свой потенциал.

Major — независимый поставщик услуг управления с широким спектром услуг, включая проектирование, установку и экспертизу систем управления и автоматизации зданий.Наша динамичная команда специалистов по контролю уделяет большое внимание оценке и внедрению систем, которые позволят снизить потребление энергии и повысить эффективность, сохраняя при этом цели вашего объекта. Требуются доказательства, Major является надежным партнером для всех потребностей IKEA-CO и их средств управления, включая многих других надежных клиентов в Соединенных Штатах.

В Major мы верим в то, что делаем все правильно и строим долгосрочные отношения с нашими клиентами. Итак, чего вы ждете, позвоните нам сегодня, чтобы узнать о наших возможностях управления, и вы будете поражены дверью, которая откроется для вашего объекта.

Позвоните по телефону 303-424-1622 (пн-пт 7.00-17.00)
или Запишитесь на прием онлайн

Геотермальное отопление жилых домов

Жилой геотермальной энергии идеально подходит для больших домов и нестандартных архитектурных резиденций, поскольку именно здесь домовладельцы увидят наибольший прирост эффективности.

Кстати об эффективности. Геотермальные системы отопления и охлаждения имеют эффективность более 400% и могут сэкономить до 80% затрат на электроэнергию в вашем доме! Таким образом, геотермальное отопление и охлаждение — это не только оптимальное решение для повышения качества вашей жизни, но и разумное вложение для вашей семьи и вашей собственности! А поскольку геотермальные системы отопления и охлаждения используют возобновляемые источники энергии, вы получаете дополнительное преимущество, делая свой вклад в защиту окружающей среды!

Чтобы узнать больше о геотермальной энергии в жилых помещениях, посмотрите видео ниже

ClimateMaster: Геотермальная энергия для бытовых потребителей

ФАКТ: Установка геотермальной системы отопления и охлаждения эквивалентна посадке одного (1) акра деревьев или удалению двух (2) автомобилей с дороги, как это круто!

Energy 101: Геотермальные тепловые насосы

Major работал с Министерством энергетики над созданием этого обучающего видео для национального рынка.Узнаете этот экскаватор? Президент, Джек Мейджор-младший, никогда не колеблется, чтобы довести дело до конца, и время от времени вы будете видеть, как он появляется на поле, чтобы дать ребятам дополнительную мотивацию!

Позвоните по телефону 303-424-1622 (пн-пт 7.00-17.00)
или Запишитесь на прием онлайн

Использование геотермальной энергии — Управление энергетической информации США (EIA)

  • Системы прямого использования и централизованного теплоснабжения
  • Геотермальные электростанции
  • Геотермальные тепловые насосы

Системы прямого использования и централизованного теплоснабжения

Системы прямого использования и централизованного теплоснабжения используют горячую воду из источников или резервуаров, расположенных недалеко от поверхности земли.Древние римские, китайские и индейские культуры использовали горячие минеральные источники для купания, приготовления пищи и обогрева. Сегодня многие горячие источники по-прежнему используются для купания, и многие люди считают, что горячая, богатая минералами вода полезна для здоровья.

Геотермальная энергия также используется для непосредственного обогрева отдельных зданий и для обогрева нескольких зданий с помощью систем централизованного теплоснабжения. Горячая вода у поверхности земли подается в здания для обогрева. Система централизованного теплоснабжения обеспечивает теплом большинство зданий в Рейкьявике, Исландия.

Промышленные применения геотермальной энергии включают обезвоживание (сушку) пищевых продуктов, добычу золота и пастеризацию молока.

Производство геотермальной электроэнергии

Для выработки геотермальной электроэнергии требуется вода или пар при высоких температурах (от 300 ° до 700 ° F). Геотермальные электростанции обычно строятся там, где расположены геотермальные резервуары, в пределах одной или двух миль от поверхности земли.

Соединенные Штаты являются мировыми лидерами по производству геотермальной электроэнергии.В 2019 году в семи штатах были геотермальные электростанции, которые производили около 16 миллиардов киловатт-часов (кВтч), что составляет 0,4% от общего объема производства электроэнергии в США.

Штаты с геотермальными электростанциями в 2019 году
Доля государства в общем производстве геотермальной электроэнергии в США Доля геотермальной энергии в общем объеме производства электроэнергии государством
Калифорния 71.2% 5,6%
Невада 23,5% 9,5%
Юта 2,8% 1,1%
Орегон 0,9% 0,2%
Гавайи 0,7% 1,1%
Айдахо 0.5% 0,4%
Нью-Мексико 0,4% 0,2%

В 2018 году 27 стран, включая США, произвели в общей сложности около 83 миллиардов кВтч электроэнергии за счет геотермальной энергии. Индонезия была вторым по величине производителем геотермальной электроэнергии после США, производя около 14 миллиардов кВтч электроэнергии, что равнялось примерно 5% от общего объема производства электроэнергии в Индонезии.Кения была восьмым по величине производителем геотермальной электроэнергии с производительностью около 5 миллиардов кВтч, но на нее приходилась самая большая доля от общего годового производства электроэнергии за счет геотермальной энергии — 46%.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальные тепловые насосы используют постоянные температуры у поверхности земли для обогрева и охлаждения зданий. Геотермальные тепловые насосы передают тепло от земли (или воды) зданиям зимой и обращают вспять процесс летом.

Последнее обновление: 20 ноября 2020 г.Данные по США являются предварительными на 2019 год.

Узнайте о геотермальных системах | Trane

В геотермальных системах жидкость циркулирует через землю и через змеевик, который либо поглощает, либо рассеивает тепло, в зависимости от сезона.

Проще говоря, геотермальная система не обогревает и не охлаждает ваш дом за счет сжигания ископаемого топлива или использования электричества привычными способами. Вместо этого он использует электричество для получения почти постоянных температур глубоко под землей.Геотермальная энергия работает по очень простому принципу: независимо от температуры воздуха на улице, под поверхностью земли, температура остается постоянной. Это означает, что летом земля холоднее, чем окружающий воздух, а зимой земля теплее, чем внешний воздух.

Как работают геотермальные системы

В холодную погоду ваш дом обогревается теплом, приносимым землей. В теплую погоду ваш дом охлаждается за счет движения тепла из дома обратно в землю.Доступны четыре типа геотермальных конфигураций: открытый контур, контур пруда, горизонтальный контур и вертикальный контур. Ваш дилер Trane поможет определить, какая установка лучше всего подходит для ваших нужд.

Почему геотермальная энергия имеет смысл

Агентство по охране окружающей среды признало геотермальные системы одним из наиболее эффективных способов обогрева и охлаждения вашего дома. Почему это важно? Вы можете этого не осознавать, но отопление и охлаждение могут составлять более половины вашего счета за электроэнергию.Геотермальная система дает вам значительные возможности для экономии. Фактически, типичная геотермальная система работает с такой эффективностью, что может возвращать до четырех долларов тепла на каждый доллар, потраченный на электричество. Геотермальные системы также можно настроить так, чтобы снизить потребность в энергии для нагрева воды, которую вы используете для купания, стирки и мытья посуды. Поскольку геотермальная энергия использует постоянную температуру земли, она является устойчивым возобновляемым источником энергии, который никогда не иссякнет.

Геотермальная система Trane EnviroWise ™

Это система теплового насоса, которая использует бесплатную энергию Земли круглый год, чтобы обеспечить эффективное и экономичное отопление и охлаждение для вашего дома или бизнеса.

Преимущества геотермальной системы Trane EnviroWiseTM

Сбережения и налоговые льготы

Почему геотермальная система Trane EnviroWiseTM подходит для вашего дома

Геотермальные тепловые насосы | WBDG

Введение

Внутри этой страницы

ЭТА СТРАНИЦА ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ

Геотермальные тепловые насосы, также называемые геотермальными тепловыми насосами или геообменными системами, относятся к системам, которые используют землю, грунтовые воды или поверхностные воды в качестве источника или поглотителя тепла.В зависимости от конфигурации эти системы называются тепловыми насосами с заземлением, тепловыми насосами для грунтовых вод и тепловыми насосами для поверхностных вод, соответственно. Первый успешный коммерческий проект был реализован в здании Содружества в Портленде, штат Орегон, в 1946 году. По состоянию на 2004 год в Соединенных Штатах было 12 гигаватт установленной тепловой мощности от геотермальных тепловых насосов, при этом ежегодно устанавливались дополнительные 80 000 единиц.

Геотермальные тепловые насосы потребляют на 25–50% меньше электроэнергии, чем традиционные системы отопления или охлаждения.По сравнению с воздушными тепловыми насосами они тише, служат дольше, не требуют особого обслуживания и не зависят от температуры наружного воздуха. Соображения, в том числе тарифы на электроэнергию, природный газ или другие виды топлива, могут повлиять на решения о внедрении этой технологии.

Хотя на большинстве площадок по всей территории США можно использовать геотермальные тепловые насосы, некоторые характеристики площадки будут влиять на тип системы, наиболее подходящей для данной площадки. Доступная площадь земли, теплопроводность окружающей почвы, наличие и температура местных грунтовых вод или доступ к открытым водным источникам могут в дальнейшем определять их использование в проекте.

Геотермальная система с тепловым насосом в здании суда округа Кайова в Гринсбурге, штат Канзас

Этот обзор предназначен для предоставления конкретных деталей федеральным агентствам, рассматривающим геотермальные тепловые насосы как часть нового строительного проекта или капитального ремонта. Дополнительную общую информацию можно получить в Управлении энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (EERE) Министерства энергетики США (DOE) «Основы геотермальных тепловых насосов».

Описание

Система геотермального теплового насоса состоит из нескольких ключевых компонентов, в том числе:

  • Контур заземления
  • Тепловой насос
  • Система подачи воздуха.

Контур заземления — это система труб, проложенная в неглубокой земле рядом со зданием. Жидкость циркулирует через контур заземления, поглощая или отводя тепло внутри земли. Зимой тепловой насос отводит тепло от жидкости в трубе, концентрирует его и передает в здание. Летом этот процесс меняется на противоположный. В системе подачи воздуха используются обычные системы воздуховодов или трубопроводов для распределения нагретого или охлажденного воздуха по всему зданию.

Как это работает?

Как и холодильники, тепловые насосы работают по основному принципу: жидкость поглощает тепло, когда испаряется в газ, и аналогично отдает тепло, когда конденсируется обратно в жидкость. Система геотермального теплового насоса может использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Типы тепловых насосов, которые можно адаптировать к геотермальной энергии, — это вода-воздух и вода-вода. Тепловые насосы доступны с тепловой мощностью от менее 3 киловатт (кВт) до более 1500 кВт.

Виды технологий и стоимость технологий

Почти шесть миллионов футов 1 дюйм.полиэтиленовый трубопровод был установлен с теплообменниками в Форт-Полке.

Геотермальные тепловые насосы могут использоваться для удовлетворения потребностей как в отоплении, так и в охлаждении при новом строительстве, а также в крупных проектах реконструкции. Внедрение этих технологий в крупные проекты реконструкции, как правило, приводит к более высоким затратам на установку, чем в проектах нового строительства, но может работать с большей эффективностью, чем типичные блоки отопления и охлаждения. Типичные геотермальные тепловые насосы имеют коэффициент полезного действия 3.От 5 до 4,0, что указывает на то, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемой для сжатия, производится от 3,5 до 4,0 единиц нагрева или охлаждения. Например, обычная газовая печь имеет эквивалентный КПД 0,85. В зависимости от существующих систем отопления и охлаждения установка геотермальных тепловых насосов может оказаться невозможной. Существующие здания со специальным котлом и центральной системой кондиционирования воздуха обычно наиболее подходят для сценариев модернизации.

В настоящее время системы тепловых насосов с заземлением и грунтовыми водами представляют собой два основных типа геотермальных тепловых насосных систем, которые устанавливаются в большом количестве в США — около 120 000 единиц в год.В этих системах используются подземные водоносные горизонты и температура почвы в диапазоне от 40 ° F до 90 ° F (от 5 ° C до 30 ° C). Почти все штаты США, особенно штаты Среднего Запада и Востока, используют эти системы; частично субсидируется государственными и частными предприятиями. По оценкам, в Соединенных Штатах установлено более 1,0 миллиона устройств (12 кВт). Ежегодные темпы роста составляют около 15%, что является самым быстрым из всех приложений прямого использования.

Системы тепловых насосов с заземлением

Также называемая тепловым насосом с замкнутым контуром, система теплового насоса с заземлением состоит из обратимого цикла сжатия пара, который соединен с теплообменником в виде отверстий в земле.Эти типы систем могут использовать как тепловой насос типа вода-воздух, так и тепловой насос прямого расширения.

Конфигурация «вода-воздух» обеспечивает циркуляцию воды или раствора воды и антифриза через теплообменник жидкость-хладагент и ряд скрытых трубопроводов из термопласта. Для сравнения, тепловой насос прямого расширения обеспечивает циркуляцию хладагента через ряд скрытых медных труб. В этих приложениях используются как вертикальные, так и горизонтальные теплообменники.

Вертикальные колодцы обычно состоят из двух небольших (3/4 дюйма.до 1 дюйма) трубы из полиэтилена высокой плотности диаметром в вертикальном стволе скважины, заполненной твердой средой, обычно называемой цементным раствором. Диаметр скважин обычно составляет от 50 до 600 футов, в зависимости от местных условий на площадке, включая теплопроводность почвы и наличие оборудования. Из-за такой конфигурации для вертикальных скважин требуются относительно небольшие участки земли по сравнению с горизонтальными траншеями.

Горизонтальные скважины обычно требуют наибольшей площади земли и могут быть разделены на три подгруппы: однотрубные, многотрубные и спирально-обтяжные.Однотрубные горизонтальные тепловые насосы с заземлением обычно устанавливаются в одной траншее на глубину от 4 до 6 футов и требуют наибольшей площади земли из трех. Хотя требуемая площадь земли, необходимая для нескольких труб, состоящих из двух-шести труб, помещенных в одну траншею, может быть уменьшена, общая длина трубы должна быть увеличена, чтобы преодолеть помехи от соседних труб. Рекомендуемая длина траншеи для спиральной трубы может составлять от 20% до 30% длины траншеи для одной трубы, но может быть увеличена для достижения более высоких тепловых характеристик.

Вертикальная конфигурация системы теплового насоса с заземлением

Горизонтальная конфигурация системы теплового насоса с заземлением

Хотя конфигурация вертикальной скважины может обеспечить наиболее эффективную работу теплового насоса с заземлением, из-за уменьшения изменчивости температуры почвы и тепловых свойств, а также меньшего количества трубопроводов и соответствующей энергии насоса, затраты, связанные с вертикальными скважинами, обычно больше. Стоимость оборудования, необходимого для бурения скважин, наряду с ограниченным количеством квалифицированных подрядчиков, также способствует увеличению затрат.Из-за снижения затрат на установку горизонтальные траншеи широко используются в жилых домах. Однако эти системы обычно работают с пониженной эффективностью из-за влияния сезонных колебаний свойств почвы и более высоких требований к перекачиваемой энергии. Вертикальные системы обычно устанавливают в больших зданиях с ограниченной площадью земли.

Системы тепловых насосов для грунтовых вод

Конфигурация системы теплового насоса грунтовых вод

До появления систем тепловых насосов, подключенных к грунту, системы тепловых насосов грунтовых вод были наиболее широко используемым типом геотермальных тепловых насосных систем.В системе этого типа в качестве теплоносителя используется вода из колодца или поверхностного слоя, которая циркулирует непосредственно через систему теплового насоса. Как только вода циркулирует в системе, она возвращается в землю через колодец, колодец подпитки или поверхностный сток.

Типовая конструкция системы теплового насоса грунтовых вод состоит из центрального водо-водяного теплообменника между грунтовыми водами и замкнутым водяным контуром, который соединен с тепловыми насосами вода-воздух, расположенными в здании. Альтернативной стратегией является циркуляция грунтовых вод через охладитель с рекуперацией тепла, который изолирован теплообменником и используется для обогрева и охлаждения здания через распределенный гидравлический контур.

Многие объекты по всей территории Соединенных Штатов хорошо подходят для прямого предварительного кондиционирования с использованием тепловых насосов грунтовых вод. Температура грунтовых вод ниже 60 ° F может циркулировать через водяные змеевики последовательно или параллельно с тепловыми насосами, тем самым компенсируя энергию, которую в противном случае необходимо было бы вырабатывать с помощью механического холодильного оборудования. При правильных условиях системы тепловых насосов с грунтовыми водами могут стоить меньше, чем системы с тепловыми насосами с заземлением. Это, наряду с требованиями к компактному пространству для водозаборной скважины и наличием подрядчиков по производству водозаборных скважин, сделало эту технологию популярной в крупных коммерческих приложениях и использовалась десятилетиями.

Обратите внимание, что потенциальные проблемы с коррозией могут потребовать установки промежуточного пластинчатого теплообменника для защиты теплового насоса. Эта проблема специфична для сайта и должна быть оценена там, где рассматривается эта технология. Этот вариант применим только в том случае, если имеется достаточное количество относительно чистой воды и соблюдаются все местные нормы и правила, касающиеся сброса грунтовых вод.

Системы поверхностных водяных тепловых насосов

Конфигурация системы теплового насоса исходной воды

Хотя тепловые свойства поверхностных водных объектов сильно отличаются от других технологий геотермальных тепловых насосов, их применения и стратегии аналогичны.Системы поверхностных водяных тепловых насосов могут быть либо системами с замкнутым контуром, подобными тепловым насосам с заземлением, либо системами с открытым контуром, подобными тепловым насосам грунтовых вод.

Тепловые насосы на поверхности воды с замкнутым контуром состоят из тепловых насосов типа вода-воздух или вода-вода, подключенных к контурам трубопроводов, размещенным непосредственно в озере, реке или другом открытом водоеме. Насос обеспечивает циркуляцию воды или раствора воды и антифриза через теплообменник вода-хладагент теплового насоса и подводный трубопровод, который передает тепло в водоем или от него.

Поверхностные водяные тепловые насосы с открытым контуром могут использовать поверхностные водные объекты так же, как и градирни, но без энергии вентилятора и необходимого обслуживания. Озерную воду можно перекачивать непосредственно в тепловые насосы типа вода-воздух или вода-вода.

Благодаря снижению затрат на земляные работы, поверхностные водяные тепловые насосы с замкнутым контуром могут стоить меньше, чем обычные системы тепловых насосов с заземлением. Несмотря на то, что эти системы снизили энергию перекачивания и эксплуатационные расходы наряду с низкими требованиями к техническому обслуживанию, существует возможность повреждения змеевика в общественных озерах и изменение производительности в небольших и мелководных водоемах в результате сильных колебаний температуры воды.

Приложение

Геотермальные тепловые насосы обеспечивают гибкость конструкции и могут быть установлены как в новых, так и в модернизируемых ситуациях. Поскольку для оборудования требуется меньше места, чем требуется для обычных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, помещения с оборудованием можно значительно уменьшить в размере, освобождая пространство для продуктивного использования. Системы геотермальных тепловых насосов также обеспечивают отличное зональное кондиционирование пространства, позволяя обогревать или охлаждать различные части дома до разных температур.

Для нагрева воды вы можете добавить пароохладитель к системе геотермального теплового насоса. Пароохладитель — это дополнительный теплообменник, в котором для нагрева воды используются перегретые газы компрессора теплового насоса. Затем эта горячая вода циркулирует по трубе в водонагреватель дома. Летом пароохладитель использует избыточное тепло, которое в противном случае было бы выброшено на землю. Поэтому, когда геотермальный тепловой насос часто работает летом, он может обеспечить значительную мощность нагрева воды.Осенью, зимой и весной, когда пароохладитель не производит столько избыточного тепла, предприятию придется больше полагаться на традиционные методы нагрева воды. Некоторые производители также предлагают тройные геотермальные тепловые насосы, которые обеспечивают отопление, охлаждение и горячую воду. Следует отметить, что когда в проекте используется геотермальный тепловой насос, обычно более экономично нагревать воду с помощью теплового насоса, а нагрев воды с помощью солнечной энергии может быть неэкономичным.

Экономика

В отрасли геотермальных тепловых насосов принято относиться к затратам на наземный источник системы в расчете на тонну.В приведенной ниже таблице основное внимание уделяется системам для жилых помещений. Фактическая стоимость установленных систем геотермальных тепловых насосов отражена в обзоре 2008 г. программы скидок на геотермальные тепловые насосы в штате Индиана.