23.08.2011 - Новая технология сбора тепла грунта для тепловых насосов. Спиральные вертикальные геозонды.
На российском рынке появился новый продукт для использования совместно с тепловыми насосами. Это спиральный геозонд, для сбора тепловой энергии грунта. Эта новинка при установке требует бурения скважины, но не глубокой, шесть - семь метров. Геозонд в зимнее время года обеспечивает отопление помещения, а в летнее - отвод тепла (кондиционирование). Данную систему удобно использовать как при новом строительстве, так и при реконструкции систем отопления и кондиционирования существующих зданий.
Устройство спирального геозонда.
Геозонд представляет из себя трубопровод, закрученный в спираль цилиндрической формы. На поверхность коллектора одета пластиковая оболочка (типа чулка). Предпочтительный материал для трубопровода геозонда это сшитый полиэтилен РЕ-Ха. Сшитый полиэтилен РЕ-Ха стойкий к воздействию каменистого грунта и к высоким (для пластиков) температурам до 95°C. (В отличие, например, от несшитого полиэтилена (РЕ 100)). Возможно подключение к солнечным коллекторам для запаса солнечной энергии в грунте в летнее время. Более высокая тепловая эффективность коллектора благодаря засыпке исходным обратным грунтом (глина, суглинок).
Основные преимущества спирального геозонда
- Низкие затраты на земельные работы;
- Скважины такой глубины не требуют согласований вообще, или согласовать ее проще, чем скважину сто и более метров (в зависимости от статуса территории);
- Можно установить там, где невозможно бурение глубокой скважины или установка горизонтального коллектора;
- Производительность одного спирального зонда глубиной 5 метров достигает 700 Вт., в среднем 300-400 Вт. (в зависимости от типа грунта и наличия грунтовых вод);
- Сплошной трубопровод обеспечивает отсутствие подземных соединений.
Монтаж
Скважина в земле для размещения спирального геозонда обычно делается спиральным буром. Диаметр скважины должен быть не менее 450 мм. При песчаных сыпучих грунтах или высоких грунтовых водах используют обсадные трубы во избежание обрушения или оплывания скважины. Минимальная глубина скважины пять метров. Не снимая целлофановую пленку, зонд расправляют на длину три метра и с помощью пяти метрового установочного каркаса (бруска из дерева) погружают в скважину. Обратную засыпку осуществляют песком или глиной. По теплотехническим свойствам лучшая засыпка это глина с небольшим содержанием песка. Необходимо послойно проливать засыпаемый грунт.
Минимальное расстояние от зонда до здания два метра, во избежание заморозки фундаментов и стен. Расстояние между геозондами 3 или 4 метра. Отступ от других инженерных коммуникаций не менее одного метра. Для коммуникаций с водой предусмотреть дополнительную теплоизоляцию.
Для защиты от промерзания грунта скважина заглубляется на два дополнительных метра. Верхние два метра скважины гильзуются обсадной трубой.
После завершения работ по установке зонда, он испытывается повышенным давлением и на расход теплоносителя. Испытание давлением происходит до 10 бар, в зависимости от расчетных параметров системы. За час падение давления не должно составить более 0,2 бар.
Подключение спиральных гео коллекторов к распределительному коллектору теплового насоса осуществляется, обычно, по параллельной схеме. Последовательно можно подключить не более трех спиральных коллектора.
Расчёт системы
Рассмотрим укрупненный расчёт требуемого количества спиральных зондов на примере зондов Рихау Хелис (Rehau Helix).
В приведенной ниже таблице указана примерная мощность зондов HELIX в зависимости от типа грунта при продолжительности эксплуатации 1800 нормо часов с полной нагрузкой на тепловой насос.
| Грунт | Удельная мощность зондов HELIX (Вт.) |
|---|---|
| Песок (сухой) | 200 - 300 |
| Песок (мокрый, наличие грунтовых вод) | 400 - 700 |
| Суглинок/Шлам (сухой) | 250 - 350 |
| Суглинок/Шлам (мокрый, наличие грунтовых вод) | 400 - 650 |
| Чистая глина | 250 - 350 |
| Глина с примесью песка (сухая) | 300 - 400 |
| Глина с примесью песка (мокрая, наличие грунтовых вод) | 450 - 700 |
При отсутствии данных о типе грунта и условиях залегания грунтовых вод при проведении предварительных расчетов можно исходить из ожидаемого среднего уровня удельной мощности 400 Вт. на каждый спиральный зонд HELIX.
Пример расчёта требуемого количества геозондов HELIX:
Мощность теплового насоса*: 8,25 кВт. (8250 Вт.)
Срок эксплуатации 1800 н-ч
Грунт: глина с примесью песка (грунтовые воды на глубине от 3 м. от поверхности земли)
Расчётная удельная мощность зондов: 550 Вт./зонд.
Кол-во зондов (шт.) = Мощн. тепл. насоса (Вт.)/Удельн. мощн. зонда (Вт.)
итого, всего требуется 15 зондов. (*Мощность теплонасоса равна теплосъёму из грунта)
Таким образом, тепловая потребность здания находится в следующей зависимости от коэффициента мощности теплового насоса:
Тепловой расход = Мощн. тепл. насоса х КПД/КПД тепл. насоса - 1
При предварительном расчете необходимого количества зондов HELIX можно использовать следующую таблицу.
Расчет требуемого количества зондов HELIX при КПД теплового насоса 4 (0/35) и удельной мощности 400 Вт./зонд:
| Тепловой расход здания, кВт. | Мощность теплового насоса, кВт. | Кол-во зондов RAUGEO HELIX, шт. |
|---|---|---|
| 4 | 3 | 8 |
| 6 | 4,5 | 12 |
| 8 | 6 | 15 |
| 10 | 7,5 | 19 |
| 12 | 9 | 23 |
| 14 | 10,5 | 27 |
| 16 | 12 | 30 |
| 18 | 13,5 | 34 |
| 20 | 15 | 38 |
Служба информации ООО "ОТОПЛЕНИЕ.РУ"
