Производство и продажа тепловых насосов

Преимущества теплового насоса, работающего от водяной скважины перед геотермальным теплом

Что выбрать, тепловой насос, который забирает энергию от водяной скважины или геотермальное тепло? Попробуем определить сильные качества и преимущества обеих типов ТНУ(тепловая насосная установка) и сделать свой выбор.

Разберем несколько качественных факторов, свойственных обоим типам тепловых насосов, работающих с низкопотенциальными источниками тепла. Выявим что выгоднее с точки зрения энергоэффективности и качества, что лучше – вода или грунт.

Фактор №1.

Для водяной скважины свойственен постоянный тепловой потенциал, по сравнению с геотермальным контуром, он намного выше.

Утверждается такой факт, что геотермальное грунтовое тепло относится к возобновляемым альтернативным источникам энергии. Однако обычные расчеты свидетельствуют, что поток тепла от земных недр не всегда оказывается достаточным и обычно не превышает более чем 0,1 Вт/м2.

При эксплуатации грунтового теплообменника появляется ситуация, когда при постоянном потреблении геотермального тепла земли, во время сезона отопления, температура грунта вокруг регистра труб постепенно снижается. Зачастую, в течение теплого времени года грунт не успевает набрать нужную температуру для последующего зимнего периода. Температурный потенциал снижается, а тепло из недр Земли и солнечная инсоляция не успевают его восполнить.

В первый год эксплуатации высокая теплоемкость грунтовых масс увеличивает систему теплового сбора. В последующие годы теплоемкость земли теряется, он восстанавливает свои показатели очень медленно.

Посмотрим, является ли водяная скважина достойной альтернативой геотермальному контуру.

Открытые системы, основывающиеся на низкопотенциальном тепле грунтовых вод за счет воды, поступающей с поверхности Земли и воды, прибывающей из глубин, постоянно подпитываются тепловой энергией.

Однако, особо нужно обратить внимание на общее состояние влажности грунтового массива и продвижению, миграции влаги в почвенных порах, которая влияет на тепловой процесс, связанный со сбором тепла.

В капиллярно-пористых системах, каким может считаться грунтовый массив системы теплового сбора, имеющаяся влага оказывает влияние на эффективность распространения и сбора тепла.

Водоносный пласт, за счет передвижения подземной воды никогда не замерзает. Таким образом,  использование в качестве источника тепловой энергии водяной скважины намного выгоднее теряющего свой температурный потенциал геотермального контура.

Фактор №2

Разница в значении коэффициента преобразования тепловой энергии

Даже несколько U-образных контуров, размещенных в геотермальной скважине, не могут обеспечить должное количество потребляемой мощности. Несколько U-контуров не создадут существенное отличие перед одним контуром, разница составит всего лишь 25%.  Даже трубка, несколько большей толщины и диаметра, не столь существенно влияет на показатель полученной от грунта тепловой мощности.

Что же водяная скважина?

Водяная скважина позволяет получать мощность, способную удовлетворить в течение всего отопительного периода потребности многоэтажного дома. Подпитывание водяного пласта за счет сточных вод повышает его тепловую эффективность. Коэффициент преобразования тепловой энергии таких вод весьма высок (3,5 – 4,5; 5), что соответствует хорошим экономическим показателям.


Фактор №3

Зависимость теплоотдачи погонного метра термоскважины от характеристики грунта

Коэффициент теплопроводности намного выше у плотных пород грунта, так как они обладают увеличенной долей теплоотдачи. Она выше при увеличенной влажности грунта, потому что теплопроводность воздуха, вытесняемого водой из грунтовых масс намного ниже теплопроводности воды.



Теплофизические свойства грунтов

Насыщенные влагой грунты, плотные скалы лучше отдают тепло, а затем быстрее восстанавливают свои свойства. Так, скала и грунт отдает до 70 Вт/м, обычный грунт со стандартной плотностью 50 Вт/м. Вода по сравнению с грунтами отдает до 100 Вт/м. Водоносный пласт по сравнению с геотермальным теплом грунта отличается намного большей тепловой эффективностью.

Теплоотдача сухого грунта падает по мере его эксплуатации.

В этом заключается выгода использования тепловой насосной установки с водяной скважиной.

Тепловой насос малой мощности около 10 кВт, применяемый в отопительной системе индивидуальных домов, расходует подъемный поток примерно 1 – 2 м3.

В случае с использованием испарителя, вода после охлаждения сбрасывается обратно в специально предназначенную скважину. При этом она должна быть расположена на значительном расстоянии от основной заборной скважины, дабы исключить охлаждение подземного водоносного пласта.

Небольшой расчет на основе практических наблюдений

Расчет мощности потребления геотермального тепла сухих плотных грунтов на 1 погонный метр с использованием двух U-образных контуров с трубопроводом диаметром 32мм. Начальная температура грунта составляет 10оС. Теплоноситель – 4оС. Теплопроводность грунта составляет 1,3 Вт/м.

  • При мощности насоса 60/70 Вт/м получается мощность 27 Вт/м, радиус охлажденного грунта при понижении температуры 1оС составляет 27 см.
  • Через 2 дня мощность уменьшается до 23 Вт/м, радиус увеличивается до 34 см.
  • Через полгода (180 дней) мощность уменьшилась до 11,6 Вт/м, радиус охлажденного грунта составил 1,8 м.

Это означает, что с самого начала работы ТНУ на геотермальном контуре мощность падает.

Что мы наблюдаем при использовании ТНУ с забором теплоты от водяной скважины.

В качестве примера возьмем работу теплового насоса Ovanter Эконом класса типа W7W55. При заборе тепловой энергии с поверхности воды температурой 7оС, насос выдает конечную температуру 55оС при кипении +2 и конденсации +60 Коэффициент преобразования тепловой энергии составляет СОР=3,4 и это без учета потребления теплового насоса. Эффективность насоса зависит от глубины расположения водоносного пласта. Более подробно ознакомиться с расчетом можно здесь

Вывод:

Из всего вышеизложенного можно сказать, что открытые системы низкопотенциального тепла, забирающие тепло из водоносного пласта грунтовых вод с помощью водяной скважины являются наиболее перспективным направлением в развитии тепловых насосных установок (ТНУ).

Тепловые насосы компании Ovanter являют собой наглядное доказательство отопительной энергоэффективной системы.