MSK +7(905)500-78-99
+7(977)655-77-57
SPB +7(921)904-91-94
Геотермальные теплообменники | EnergyLEX

Виды геотермальных теплообменников для тепловых насосов, преимущества и недостатки.

Горизонтальный теплообменный контур

Такой вид теплообменника подразумевает собой закапывание ПНД трубы на глубину 1,8 метра, для средней полосы России. При использовании незамерзающего теплоносителя, длина отдельных петель контуров не должна превышать 75 метров, так как иначе потребуется циркуляционный насос большего типоразмера с повышенным потреблением электроэнергии.

Преимущество горизонтального контура — это первичные низкие затраты на его монтаж.

 

Из недостатков такого контура можно отметить:

  • Большая занимаемая площадь.
  • Полное разрушение первичного ландшафта и плодородного слоя.
  • Отсутствие возможности капитальной застройки на площади занимаемой геоконтуром.
  • На месте геоконтура не желательно сажать деревья с сильно развитой корневой системой.
  • Длительный и затратный период восстановления проседающего грунта.

«Многоэтажный» горизонтальный контур

 

Для обустройства такого вида теплообменника, в отличие от стандартного горизонтального контура, прокапываются траншеи глубиной 2,5-3 метра и шириной не менее 60 см. На дне траншеи укладывается и фиксируется первый ярус геотермального контура. Далее в стенках траншеи на глубине 1,8-2 метра делаются горизонтальные штробы в которых укладывается и фиксируется второй ярус геотермального контура. После чего производится обратная засыпка траншей. При использовании незамерзающего теплоносителя, длина отдельных петель контуров не должна превышать 75 метров, так как иначе потребуется циркуляционный насос большего типоразмера с повышенным потреблением электроэнергии.

 

Преимуществом «многоэтажного» горизонтального контура являются:

  • В 2 раза меньше занимаемая площадь, в сравнении со стандартным горизонтальным контуром.
  • Относительно не высокие первичные затраты.

Недостатки «многоэтажного» горизонтального контура:

  • Большой объём земляных работ.
  • Отсутствие возможности монтажа в сыпучих и в обводнённых грунтах.
  • Полное разрушение первичного ландшафта и плодородного слоя.
  • Отсутствие возможности капитальной застройки на площади занимаемой геоконтуром.
  • На месте геоконтура не желательно сажать деревья с сильно развитой корневой системой.
  • Длительный и затратный период восстановления проседающего грунта.
  • Требует высокого уровня соблюдения техники безопасности. (Смертельно опасно!)

Грунтовой теплообменник с переливными скважинами. Вода-вода.

Для использования в качестве источника тепла — грунтовых вод необходимо пробурить 2 скважины на расстоянии не менее 15 метров друг от друга. Одна из которых заборная, а другая поглощающая.
Такой вид теплообменника является наиболее эффективным и компактным при глубине скважин не более 30 метров, так как более глубокие скважины требуют монтажа более мощного дорогостоящего водоподъемного насоса с высоким потреблением электроэнергии, что снизит общую энергоэффективность системы.
При расчёте такой системы надо учесть объём прокачиваемой воды- не менее 2 м³/ч с температурой не менее 7 °C. на каждые 10 кВт тепловой мощности теплового насоса.

 

Требования к воде:

  • Хлор не выше 0,5 мг/л.
  • Хлориды не выше 300 мг/л.
  • Содержание железа и магния не должно превышать 0,5 мг/л.
  • Вода должна быть отчищенная от осаживаемых веществ.
  • Не допускается использование поверхностных вод и засоленные грунтовые воды.

Преимущества теплообменника с переливными скважинами (вода-вода):

  • Не высокая стоимость скважин не превышающих 30 метров.
  • Получение высокого COP теплового насоса.
  • Стабильная эффективность.
  • Использование воды из заборной скважины для бытовых нужд.
  • Компактность.

Недостатки теплообменника с переливными скважинами (вода-вода):

  • При проектировании системы мало предсказуема производительность скважин.
  • Вероятность заиливания скважин, вследствие чего снизится производительность скважин.
  • Требуется согласование с природоохранными организациями.
  • Высокие требования к качеству воды. В большинстве случаев требуется дополнительная водоподготовка. В дальнейшем частое.
  • обслуживание системы водоподготовки.
  • Система требует повышенного внимания в процессе эксплуатации.

Теплообменные зонды опущенные на дно водоема.

Такая система представляет собой зонды из трубы ПНД ду40 в виде плоской растянутой спирали с равномерно закреплёнными к ней грузами из расчёта 3 кг на каждый метр трубы. Зонды укладываются на дно реки или водоёма на глубину не менее 2-х метров. Для расчёта общей длины зондов, для водоемов со стоячей водой, берется показатель 60 Вт с погонного метра трубы зонда. Объём водоёма должен составлять не менее 20м³ на каждый киловатт тепловой мощности.

Для водоемов и рек с подвижной водой показатель отбора тепла может составляет 75-100 Вт/м, при температуре воды не ниже +3 °C.

 

К достоинствам такой системы можно отнести:

  • Низкая стоимость монтажа.
  • Короткие сроки монтажа в летний период.
  • Высокая эффективность.

К недостаткам относятся:

  • Тяжело получить разрешение у природоохранных организаций на установку зондов в водоемах.
  • Низкая стабильность объема и протока водоемов и рек.
  • Возможность повреждения зондов рыбаками и водным транспортом.

Грунтовой теплообменник с вертикальными зондами (солевой раствор-вода)

Такой вид теплообменника является самым распространённым. Он представляет собой пробуренные вертикально скважины глубиной до 100м на расстоянии друг от друга не менее 5м и опущенных в них геотермальные зонды. Для получения более низкой стоимости бурения, чаще всего бурят неглубокие скважины глубиной 15-30м до первого водоупорного слоя. На скважины до первого водоупорного слоя не требуется специальное разрешение. После установки зондов в скважины, скважины тампонируются теплообменным раствором. От каждой скважины прокапываются траншеи к месту расположения общего коллектора. Далее каждый из зондов подключается к общему коллектору. По окончании монтажа геоконтура к тепловому насосу необходимо выполнить балансировку по протоку зондов, в зависимости от общей длины каждого зонда. Коллектор для вертикальных зондов должен оборудоваться расходомерами.


Преимущества теплообменника с вертикальными зондами:

  • Относительно не большая площадь для монтажа.
  • Возможность бурения не глубоких скважин малогабаритной буровой установкой.
  • В большинстве случаев не требуется разрешение на проведение буровых работ при бурении до первого водоупорного слоя.
  • Стабильные показатели производительности геотермальных зондов.
  • Возможность использования широко распространённого бурового оборудования.
  • Долгий срок эксплуатации, около 50 лет.
  • Можно сажать растения с развитой корневой системой.
  • Не прихотливая система, не требует особого внимания.

Недостатки теплообменника с вертикальными скважинами:

  • Частичное разрушение ландшафта при прокладке магистралей для геотермальных зондов.
  • Необходима балансировка геоконтуров.
  • При бурении глубоких скважин необходим заезд крупногабаритной техники, получение разрешений на буровые работы.
  • Высокая цена на буровые работы.
  • Сравнительно большие сроки монтажа.
  • Не возможна капитальная застройка над геотермальным контуром.

Теплообменник с зондами расположенными «кустом» (наклонное, кластерное бурение)

Является самым современным методом монтажа геотермального контура.
Такой вид геотермального теплообменника представляет собой пробуренные под наклоном скважины из колодца-приемного коллектора. В такие скважины опущены геотермальные зонды и подключены к общему коллектору. Скважины бурится под оптимальным углом до первого водоупорного слоя. Длина скважин составляет 30-50м. Для того чтобы исключить балансировку контуров, скважины бурят одинаковой длины. Такой геотермальный контур, ничем не уступает контуру с вертикально расположенными скважинами, а в основном превосходит его: имеет меньшее гидравлическое сопротивление и охватывает больший объём грунта. От колодца-геотермального коллектора до дома выкапывается одна траншея, в которую укладывается теплотрасса, соединяющая геотермальный коллектор и тепловой насос.


Теплообменник с наклонными зондами обладает большим количеством преимуществ:

  • Самая компактная система.
  • Ландшафт практически полностью сохраняется.
  • Минимальный объём земляных работ.
  • Возможность монтажа зимой.
  • Возможность дальнейшего наращивания геотермального контура без земляных работ.
  • По сравнению с вертикальными зондами, до первого водоупорного слоя, наклонные скважины длиннее.
  • Скважины имеют одинаковую длину, поэтому не требуют балансировки, а коллектор не оборудуется расходомерами. Это существенно снижает стоимость геотермального коллектора.
  • Стабильные показатели производительности из-за значительно большего объёма грунта находящегося в контакте с зондом.
  • Не требуется получение разрешений на выполнение буровых работ.
  • Возможна капитальная застройка над геотермальным контуром.
  • Долгий срок эксплуатации, около 50 лет.
  • Можно сажать растения с развитой корневой системой.
  • Экономия времени и средств на восстановление ландшафта.
  • Нет необходимости в заезде тяжелой техники.
  • Не прихотливая система, не требующая особого внимания.

Недостатки геотермального контура с наклонным бурением:

  • При использовании стандартных U-образных зондов возможно вымораживание зоны вокруг колодца. Мы используем ТОЛЬКО коаксиальные зонды с подачей во внутреннюю трубу. ТОЛЬКО такие зонды лишены этого недостатка.
  • Сроки монтажа больше чем при устройстве горизонтального контура.
  • Необходимо узкоспециализированное буровое оборудование.