Бурение скважин под тепловые насосы: что важно знать?

Тепловой насос, работающий от водяной скважины – возражения, сомнения и плюсы

Постройка частного дома, коттеджа, да и вообще любого малоэтажного жилья заставляет задуматься о его отопительной системе. Актуальный способ – использование для отопления геотермального теплового насоса.

Существует несколько типов тепловых насосов, различающихся по способу производства тепла. К популярным способам относят ТН с применением горизонтального контура с забором воды с поверхности водоема или с водяным контуром с использованием водяной скважины.

Создание отопления с помощью теплового насоса на водяном контуре часто становится очень актуальным и выгодным по сравнению с геотермальным контуром. Почему? Ответ самый простой. Достаточно пробурить водяную скважину на глубину от 10 до 100 метров, где найдется водоносный пласт, и пользоваться скважиной для работы ТН. Вода считается более эффективным теплоносителем, чем просто использование тепла грунта.

Для создания горизонтального контура требуется наличие участка большой площади. Для геотермального контура может понадобиться пробурить достаточно большое количество скважин. Возможностей для их бурения может не оказаться. Элементарно, могут отсутствовать подъездные пути для доставки буровой установки. Для монтажа ТН с получением тепла от грунтовых вод или водоносного пласта требуется пробурить всего две скважины. Одну для забора воды, другую для сброса отработанной воды. Это намного более легкое и менее затратное в экономическом плане действие.

Существует ряд возражений, касающихся бытовых тепловых насосов. Попробуем развенчать их на примере использования тепловых насосов Ovanter.

Скептики утверждают, что грунтовая вода, используемая для тепловых насосов, не относится к возобновляемым источникам энергии.

Грунтовая вода – идеальная подпитка энергией теплового насоса. Температура грунтовой воды круглый год составляет примерно от +4 до +7 о С. Она соответствует большинству регионов в России и никогда не падает ниже этого значения. Помимо водяной скважины источником энергии для земляного теплового насоса с водяным контуром может считаться: поверхностная вода или, если присутствуют, сточные или биологические воды, поступающие от очистных сооружений или сбрасываемые жидкости из промышленных стоков.

Основные виды воды, способной служить источником тепловой энергии для ТН с водяным циклом.

• Подпочвенные воды – температура в разных географических районах от +4 до +10 о С;
• Морская вода – температура на глубине от 25 до 50 метров колеблется в пределах от +5 до +8 о С;
• Грунтовые воды – отличаются наиболее стабильной температурой;
• Ближайший водоем (река, озеро, глубокий пруд). Контур укладывается на дно водоема или притапливается на глубину до 2 метров. К слову, 1 метр трубопровода, используемого для такого контура, соответствует 30 Вт тепловой мощности.

Чем выше температура грунта, тем более повышается тепловой коэффициент (СОР), тем меньше электроэнергии тратится на работу теплового насоса на производство теплоты.

Для тепловых насосов с горизонтальным контуром необходимо учитывать фактор охлаждения грунта.

На самом деле интенсивное использование геотермального тепла грунта влечет остывание почвы вокруг регистра труб системы теплосбора. Например, в северных регионах за короткий летний период грунт не успевает набрать нужную температуру. Поэтому зачастую, на начало следующего зимнего периода грунт выходит с пониженным тепловым потенциалом.

Понижение температуры грунта носит экспоненциальный (возрастающий) характер. Поэтому примерно через 5 лет эксплуатации системы теплоснабжения, тепловое состояние грунта после понижения температуры улучшается и выходит на относительно устойчивый уровень. Однако он будет все равно меньше естественного на 1 – 2 о С. Выход из положения находится. При проектировании системы теплоснабжения важно учитывать возможное охлаждение грунта в процессе ее эксплуатации.

Существует еще такой выход. Тепловые насосы, потребляющие тепловую энергию из грунтовых вод и водоносных пластов или из открытых водоемов, создают более стабильную систему теплоснабжения с устойчивой температурой. Пример, использование российских тепловых насосов Ovanter. Насосы этой фирмы работают в открытых системах грунтовых вод, где происходит постоянный водообмен. Пополнение грунтовых вод происходит за счет следующих источников, представляющих собой:

1. Воду, просачивающуюся с поверхности почвы;
2. Воду, которая поступает из более глубоких грунтовых слоев.

Теплосодержание грунтовых вод практически никогда не иссякает и подпитывается и «сверху», и «снизу».

Таким образом, эффективность зависит от толщины и глубины нахождения водоносного слоя. Температура водоносного слоя остается постоянной и не изменяется в течение всего периода. Практика строительства подобных систем свидетельствует, что максимальный температурный градиент в общей толще грунта в течение всего времени эксплуатации не превышает, как правило, 8-10 град/м. Значит, перепады температур будут очень малы. Значение температурного градиента наблюдается по вертикали и именно в том направлении, в котором более всего наблюдается интенсивность потока жидкости. Она компенсирует миграцию влаги под воздействием термоградиентных сил. Таким образом, система сбора низкопотенциального тепла грунта под влиянием потоков влаги в грунтовых порах в общем массиве не нуждается в особой точности математических расчетов.

Получение воды из скважины нуждается в бурении и некоторого, зачастую большого, количества трубопровода. Если вода низкого качества, это влечет появление солевых отложений и коррозии на стенках труб.

Современные технологии позволили найти решение по защите трубопровода от коррозии. Эффективным способом борьбы с коррозией считается применение пластиковых труб. Это самый действенный вариант в создании отопительной системы с мощными тепловыми насосами, способными работать со скважинами глубиной до 70 и более метров. Для трубопровода используются дешевые пластиковые трубы.

Проблема сброса воды после того, как вода прошла через теплообменник.

У кого-то может возникнуть вопрос: куда девать сброшенную воду? Сбросная вода, например, промышленных объектов может также использоваться в качестве источника энергии для тепловых насосов.

Сбросная вода, используемая для ТН частного дома, согласно технологическим условиям обязательно должна уходить в соседнюю скважину, расположенную на расчетном расстоянии от основной скважины и обратно в пласт.

Рис. №1. Схема использования теплового насоса открытого типа с отбором теплоты грунтовых вод. На схеме хорошо видно скважину для сброса воды.

Законодательные акты в виде Федеральных норм и правил обусловливают условия сброса воды и подводят под действия частных лиц юридическое обоснование. Кроме того, сброс воды при использовании в системе ТН не считается экологически вредным. Выброс вредных примесей в окружающую среду отсутствует.

Зависимость работы ТН от дебета скважины и аккумуляция возобновляемых запасов воды в дополнительном баке.

Со временем количество воды в скважине может уменьшаться, а качество якобы ухудшается.

Однако даже со временем, доставая воду со скважины глубиной до 70 и более метров объемом 3 – 5 м 3 /час, количество воды не уменьшается. Свойства воды, благодаря протоке во многом улучшаются

Вода может аккумулироваться в дополнительном резервуаре (баке для хранения запаса воды). В этом случае вода может использоваться без применения теплообменника. Например, использование бака аккумулятора емкостью 300 литров дает возможность копить тепловую энергию и выравнивает скачкообразное использование воды. Кроме того, ряд необходимых и дополнительных элементов в системе повышают ее качество, надежность и безотказность.

Тепловой насос совместно со скважинным насосом представляют собой мощную установку для подъема воды. При подъеме на поверхность вода разделяется. Часть воды используется для отопления. Другая часть воды, проходя через систему механической фильтрации, применяется для бытовых нужд. Если дом входит в категорию малоэтажных строений, можно брать воду для внутреннего потребления даже без использования дополнительной насосной станции.

Завязка в системе геотермального теплового насоса таких элементов как испаритель, компрессор, конденсатор, дроссель и теплообменник служит для приготовления воды для ГВС. Они замкнуты с помощью стального трубопровода с циркулирующим по нему хладагентом.

Солнечный коллектор для подогрева воды в аккумуляторе увеличивает эффективность системы отопления и горячего водоснабжения. Он, как и электронагреватель может служить для покрытия пиковых нагрузок.

В частности, эффективным средством для этого считается использование системы такого теплообменника, как фанкойл.

Кто-то может сказать, что при использовании воды из скважины существует опасность загрязнения теплообменников, а расходники для очистки воды стоят дорого.

Проходя по трубопроводу при скорости протоки от 1,2 до 5 м 3 /ч, вода уже очищается. Превышения марганца и железа, которые могут вызвать закупорку и снизить эффективность процесса теплообмена контролируются. Вода, проходя через фильтр грубой очистки и теплообменник, не нагревается и не взаимодействует с кислородом, поэтому не дает осадка.

Фильтрация способствуют очищению воды. Расходные материалы для фильтра грубой очистки стоят не дорого и находятся в свободной продаже.

Использование ТН только для малоэтажных построек.

Это предубеждение, что тепловые насосы с использованием водяной скважины невозможно применять для производственных и складских помещений или для высоких построек. Якобы, существующая мощность тепловых насосов теряет свою эффективность после того, как вода поднята с глубины 100 м.

Забор тепловой энергии из глубокой скважины – да. Он способен снабдить теплом только малоэтажные строения. Однако, ведь существует возможность брать воду для контура и из открытого водоема. В этом случае КПД теплового насоса повышается в разы.

Вывод: Бытовой тепловой насос с использованием воды из скважины может считаться наиболее актуальным и эффективным устройством для частного малоэтажного домостроения, производственных объектов и достаточно крупных жилых комплексов. При использовании грунтовой воды эффективность коэффициента преобразователя (СОР) может достигать 5, что позволяет производить добавочные 3-4 кВт тепловой энергии. Пример: тепловые насосы Ovanter класса Премиум.

Тепловой насос – это естественный источник тепловой энергии с выгодными экономическими и экологическими качествами, отличающийся и не зависящий от традиционных видов отопления.

Выбор теплового насоса с определенным циклом, в нашем случае это вода, строится на основании расчетов при создании технико-экономического проекта и возможности полноценного использования предоставленных условий окружающей среды.

Бурение скважин под тепловые насосы

Компания ЗАО «Гидроинжстрой» выполняет бурение скважин под тепловые насосы. Компания имеет большой опыт бурения скважин в различных районах Московской области и в Центральном Федеральном Округе.

В последнее время, в связи с уменьшением запасов традиционного топлива и постоянным ростом цен на энергоносители, становится все более актуальным использование альтернативных источников тепла. Во всем мире энергоносители постоянно дорожают. Как снизить расходы на отопление и одновременно поднять его эффективность? Задачу поможет решить геотермальное бурение скважин для теплового насоса. Применив современные технологии, Вы уже сегодня можете эффективно использовать неисчерпаемое и доступное тепло Земли для обогрева своего загородного жилища. Для установки такого оборудования выполняется бурение скважины, глубина которой может составлять десятки метров. Сегодня цена теплового насоса вместе с монтажом вполне по карману большинству граждан России.

Тепловой насос – это устройство для переноса и преобразования тепловой энергии из низко потенциального источника тепла в более высокую. Принцип работы теплового насоса для отопления аналогичен холодильным установкам и основан на извлечении тепла из любого внешнего источника, причем наиболее подходящим является температурное поле Земли за счет постоянства и неисчерпаемости.

Тепловой насос работает по законам физики, не нарушая закон сохранения энергии. Геотермальный тепловой насос охлаждает землю, отбирая у неё тепло, которое она накопила за лето, и передает его в дом. Тепловой насос потребляет электроэнергию для передачи тепла от земли в помещение. Обычно тепловой насос потребляет в 5 раз меньше энергии чем выкачивает из земли. Т.е. тепловой насос потребляющий 1 кВт электроэнергии будет выдавать 5 кВт тепловой энергии для отопления и подогрева воды. Для отопления дома 100м2 достаточно теплового насоса потребляющего 2 кВт электричества. Для сравнения, электрочайник потребляет электричества также.

Преимущества и достоинства тепловых насосов:

1. Экономичная эффективность – на 1 кВт затраченной энергии выдает до 5 кВт тепла. Принцип работы теплового насоса базируется не на производстве, а на переносе (транспортировке) тепловой энергии, то можно утверждать, что его КПД больше единицы. Что за чушь? — скажете Вы.В теме тепловых насосов фигурирует величина — коэффициент преобразования (трансформации) тепла (КПТ). Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии. К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.
2. Экологически безвреден и безопасен. В тепловом насосе отсутствуют продукты горения, а его малое энергопотребление меньше «эксплуатирует» электростанции, косвенно снижая вредные выбросы от них. Хладагент, используемый в тепловых насосах, озонобезопасен и не содержит хлоруглеродов.
3. Двунаправленный режим работы (возможность охлаждения -кондиционирования). Тепловой насос может в зимнее время обогревать помещение, а в летнее — охлаждать. Отобранную из помещения «теплоту» можно использовать эффективно, например, подогревать воду в бассейне или в системе ГВС.
4. Безопасность эксплуатации. В принципе работы теплового насоса Вы не рассмотрите опасных процессов. Отсутствие открытого огня и вредных опасных для человека выделений, низкая температура теплоносителей делают тепловой насос «безобидным», но полезным бытовым прибором.
5. Универсальная повсеместность применения. Даже при отсутствии доступных линий электропередач работа компрессора теплового насоса может быть обеспечена дизельным приводом.
6. Монтаж не требует согласований. Недра Земли ниже определенной глубины имеют постоянную положительную температуру, значение которой не зависит от времени года на поверхности. Именно это природное свойство постоянства положительной температуры на глубине позволяет использовать тепловой насос практически в любых средах – не только в земле (мягких грунтах), но и в скальных породах, а также в воде.
7. Полная автоматизация процесса отопления помещения. Простота ухода за оборудованием.
8. Срок окупаемости бурения скважины и установки теплового насоса 2-4 года.
9. Отсутствие необходимости в топливе.

В Советском Союзе был практически бесплатный газ и подводили его к домам бесплатно. Сейчас же средняя стоимость подключения газа коттеджу в Подмосковье составляет от 500000 до 1500000 рублей. Вам придется еще обустроить специальное помещение для газового котла, сделать дымоход и вентиляцию. Пройти согласование в газовой службе и т.д и т.п.
Средние сроки подключения газа к дому сейчас в России составляют примерно 5 лет.

Всё это время Вам придется отапливаться электричеством, соляркой или газгольдером. Установка дизельного котла или газгольдера и емкостей для них стоит дорого. Газ для газгольдера и дизельное топливо постоянно дорожают. Отопление дома 300 м2 газгольдером или дизелем стоит 15-25 т.руб в месяц. Отопление электричеством такого же дома обойдется в 25-30 т.р. Во многих случаях подключение газа невозможно или экономически не оправдано.

В развитых странах с дорогими энергоносителями тепловые насосы активно используются уже более 50 лет. В некоторых европейских странах государство субсидирует установку тепловых насосов в частных домах, а административные здания строятся только с геотермальной системой отопления.

Тепловые насосы различаются – По типу используемого вида рассеянного тепла:

1. Грунт-вода (используют закрытые грунтовые контуры или глубокие геотермальные зонды и водяную систему отопления помещения);
2. Вода-вода (используют открытые скважины для забора и сброса грунтовых вод — внешний контур не закольцованный, внутренняя система отопления — водяная);
3. Вода-воздух (использование внешних водяных контуров и системы отопления воздушного типа);

Цены на бурение скважин под тепловые насосы

Стоимость работ по установки первого контура геотермального отопления

Почему я выбрал тепловой насос для системы отопления и водоснабжения дома?

Итак, я купил участок для строительства дома без наличия газа. Перспектива подвода газа – через 4 года. Надо было решать, как до этого времени дожить.

Рассматривались следующие варианты:

1) газгольдер
2) дизтопливо
3) пеллеты

Затраты при всех этих видах отопления соразмерны, поэтому принял решение сделать подробный расчет на примере газгольдера. Соображения были такие: 4 года на привозном сжиженном газе, потом замена форсунки в котле, подвод магистрального газа и минимум затрат на переделку. В итоге получается:

• для дома в 250 м 2 затраты на котёл, газгольдер около 500 000 руб
• участок надо весь перерыть
• наличие удобного подъезда для заправщика на будущее
• содержание около 100 000 руб в год:
• в доме будет отопление + горячая вода
• при температуре -150°С и ниже затраты 15-20 000 руб в месяц).

• газгольдер + котел – 500 000 руб
• эксплуатация 4 года – 400 000 руб
• подвод магистральной газовой трубы на участок – 350 000 руб
• замена форсунки, обслуживание котла – 40 000 руб

Всего – 1 250 000 рублей и большое количество суеты вокруг вопроса отопления в ближайшие 4 года! Личное время в пересчете на деньги – тоже приличная сумма.

Поэтому мой выбор пал на тепловой насос с соразмерными затратами на бурение 3 скважин по 85 метров и его покупку с монтажом. Тепловой насос Buderus 14 квт работает уже 2 года. Год назад поставил отдельный счетчик для него: 12000 квт часов за год. В пересчете на деньги: 2400 руб в месяц! (Месячный платеж за газ был бы больше) Отопление, горячая вода и бесплатное кондиционирование в летнее время!

Кондиционирование работает за счет подъема теплоносителя при температуре +6-8°C из скважин, который и используется для охлаждения помещений через обычные фанкойлы (радиатор с вентилятором и датчиком температуры).

Обычные кондиционеры тоже очень энергоемкие – не менее 3 кВт на каждую комнату. То есть 9-12 кВт на весь дом! Эту разницу тоже надо учитывать в окупаемости теплового насоса.

Так что окупаемость в 5-10 лет – это миф для тех, кто сидит на газовой трубе, остальных милости просим в клуб “Зеленых” потребителей энергии.

ВАЖНО ЗНАТЬ.

Что надо знать про тепловой насос перед его установкой

Преимущества геотермальной системы отопления перед традиционными (газом, пеллетами и т.д)

Преимущества геотермальной системы отопления очевидны.

1) Низкая стоимость эксплуатации.

2) Не требует загрузки/залива топлива.

3) Взрывопожаро безопасность

4) Управление системой удаленно.

6) Экономия энергоресурсов планеты.

Принцип работы тепловых насосов

Тепловой насос это холодильная машина. В обычных условиях тепловая энергия передается от более нагретого тела к менее нагретому. Холодильная машина может забирать тепловую энергию у менее нагретого тела и передавать его более нагретому, нагревая его еще сильнее.

Людям далеким от понимания работы холодильных машин, можно объяснить принцип работы теплового насоса на простом пример:

Все знают, что у холодильника сзади есть решетка из трубок с фреоном, которая греется и нагревает воздух в комнате. Внутри холодильника есть морозилка, внутри которой тоже трубки с фреоном. Представьте, что мы удлинили трубки и положили морозилку в ванну. Ванну наполнили холодной водой из-под крана. Температура воды +10 градусов. Затем мы включаем холодильник. Вода в ванной начинает остывать, а решетка сзади греется. Через несколько часов вода в ванной остынет до 0 градусов. Вода , хотя и была холодная, но имела тепловую энергию. Все мы знаем закон сохранения энергии, если энергии где-то стало меньше, то в другом месте именно на эту величину, её станет больше. Решетка отдаст в воздух комнаты ровно столько энергии, сколько забрала морозилка у воды в ванне. Мы просто перекачали тепловую энергию из холодной воды , сделав её еще холоднее, в комнату. Для перекачивания энергии холодильник затратит немного электроэнергии на работу компрессора. Для перекачивания 4 кВт тепловой энергии нам понадобится примерно 1 кВт электроэнергии. Но электроэнергия тоже ни куда просто так не пропадет, она превратится в тепловую энергию, т.к. компрессор в процессе работы греется.

Геотермальный тепловой насос работает точно так-же как описано в примере, только морозилку мы не опускаем в ванну, а закапываем в землю и делаем такого размера, чтобы она охватила большой объем земли и не успела его заморозить за отопительный период. Затрачивая 1 кВт электроэнергии мы получаем 5 кВт тепла ( 4 кВт из земли + 1 кВт от нагрева компрессора).

Всё просто и давным –давно придумано лордом Кельвиным. Более 150 лет назад своё изобретение он назвал «преумножителем тепла» и считал, что это произведет революцию в отоплении.

Особенности эксплуатации системы геотермального отопления

Как и у любой системы, у теплового насоса есть свои особенности, которые надо учитывать при проектировании системы отопления.

Во первых геотермальный тепловой насос требует довольно больших по объёму земляных работ. При обустройстве одноэтажного грунтового теплообменнника Вам понадобится примерно 5 соток земли на каждые 10 кВт мощности. После завершения работ эту землю можно использовать без ограничений, единственное, на ней нельзя будет строить капитальные строения.

Для обустройства вертикального теплообменника с помощью бурения скважин понадобится гораздо меньше земли, скважины можно расположить вдоль забора, вокруг дома, под дорожками, под парковкой и т.д. Зонды соединяются на глубине 1.5 метра, траншеи закапываются и далее это место Вы можете использовать по своему усмотрению.

Во вторых Вам надо сделать низкотемпературную систему отопления в доме. Идеально подходят водяные теплые полы. Если у Вас деревянные перекрытия, то это не повод отказываться от водяных теплых полов. Можно смонтировать легкую систему водяных теплых полов с помощью алюминиевых теплораспределяющих пластин SagaTherm. Самые современные тепловые насосы могут нагреть теплоноситель до 65 градусов, при этом коэффициент передачи тепла (COP) не превысит 3, т.е. мы затратим 1 кВт тепловой энергии, а получим только 3 кВт тепла. Если мы будем греть теплоноситель для теплых полов до 35 градусов цельсия, то COP=5, мы получим максимальный эффект от теплового насоса.

Что должен знать потребитель об особенностях монтажа системы геотермального отопления на основе тепловых насосов, что выбрать?

° Вертикальная система монтажа

° Горизонтальная система монтажа

° Водяная (открытая) система

Вертикальная и горизонтальная системы обустройства грунтового теплообменника одинаково эффективны , при условии, что размеры теплообменников правильно рассчитаны и квалифицированно установлены. Различия только в занимаемых площадях и стоимости работ. Горизонтальный теплообменник занимает много места, но значительно дешевле вертикального. Бурение скважин дорогое удовольствие, но зато можно сэкономить место на участке. Для многих это единственное решение, т.к. участок не позволяет разместить горизонтальный теплообменник.

Открытая система, когда мы поднимаем воду из одной скважины, охлаждаем и сбрасываем в другую скважину, выглядит привлекательно, т.к. мы можем получить больший COP, потому что температура воды под землей стабильна и составляет примерно +8 градусов цельсия для Московской области. Но надежность такой системы низкая, т.к. нам надо прокачивать большие объемы воды, для 15-ти киловатного теплового насоса надо прокачать около 3 м3 в час. При таких объемах высока вероятность размывания породы в скважине и её разрушение. Погружные насосы такой мощности потребляют больше электроэнергии чем циркуляционные насосы, используемые в закрытых системах.

Устройство и бурение скважины для теплового насоса

Энергоэффективность геотермального насоса, работающего по принципу земля-вода, зависит от правильного расположения, глубины, диаметра скважин для укладки первичного контура. Предварительно проводятся расчеты, помогающие установить глубину залегания зондов и их расположение.

Выполненная с соблюдением рекомендаций производителя и строительных норм, скважина для теплового насоса обеспечит достаточным количеством энергии, чтобы прогреть частный дом и удовлетворить потребности в ГВС.

Устройство и принцип работы скважины теплонасоса

Автономное независимое отопление дома от скважины с тепловым насосом состоит из двух контуров:

Первичный контур расположен под землей на глубине не менее 1,5 м или на дне водоема. Благодаря зонду происходит отбор тепла из грунта и передача его в теплообменник насоса. По трубам циркулирует пропиленгликоль или как его часто называют – рассол. По мере продвижения жидкость разогревается до 6-8°С, что более чем достаточно для обеспечения теплонасоса необходимым количеством низко потенциальной тепловой энергией.

Существует несколько типов первичного контура, отличающихся технологией бурения геотермальных скважин для тепловых насосов. Наиболее подходящий вид скважины определяется в зависимости от мощности тепловой станции и фактических ожидаемых затратах энергии зданием.

Проведение работ по бурению скважин под геотермальный тепловой насос начинается с составления проектной документации и проведения геодезического аудита на участке.

Виды скважин для подключения теплонасоса

Существует три основных типа решений, используемых для укладки геотермального первичного контура. Способы бурения скважин рассчитывают исходя из нескольких параметров:

Общей придомовой площади.

Работы выполняют следующим образом:

Горизонтальное направленное бурение – для укладки трубопровода понадобится не менее 200 м² площади придомовой территории. Перед выполнением направленного бурения снимают верхнюю часть грунта ниже точки промерзания на 30-50 см. Глубина, как показывает практика, в зависимости от региона составит от 1,3 до 2 м.
Данный способ монтажа является наиболее простым, но трудоемким процессом. В качестве минусов можно выделить относительно низкую теплоэффективность решения.

Вертикальное бурение – ниже, приблизительно 20 метров над уровнем грунта температура увеличивается до 10-18°С, в зависимости от региона. Бурение вертикальной скважины под тепловой насос позволяет добраться до грунтовых слоев с лучшими показателями теплоотдачи, и, следовательно, увеличить эффективность обогрева дома.
Каждая скважина дает больше тепла чем при горизонтальной укладке контура. Соответственно, требуется меньше земляных работ, уменьшается стоимость бурения. В целом, за подключение придется заплатить приблизительно на 10-15% меньше.

Наклонное кластерное бурение – используется, если возможности установки вертикальных зондов ограничены площадью участка. Бурение скважин под углом осуществляется следующим образом. Сначала выкапывают один общий колодец. Так как для конструкции требуется всего 4 м², бурить можно даже в подвале своего дома. Колодец углубляют до 4 м, устанавливают в нем специальное оборудование. Дальше выполняется бурение скважин под углом или «кустом». Работы выполняются с помощью специальной техники.
Технология бурения для наружного контура «кустом» была разработана в Европе, где пользуется огромной популярностью. В нашей стране данная методика только начинает внедряться, поэтому еще не нашла широкого применения.

Какое количество скважин нужно для работы теплового насоса

Необходимое количество скважин высчитывают исходя из типа грунта и производительности оборудования. Большую теплоотдачу обеспечивает земельный участок с неглубоким прохождением подземных вод, наименьший процент тепла можно получить из песка.

Расчет скважины теплонасоса выполняется в согласии со следующими параметрами:

Песок и сухие отложения – даст всего 25-30 Вт на каждый погонный метр уложенного контура.

Водонасыщенный грунт – теплоотдача будет на уровне 60 Вт, на п.м. трубы.

Камень – гранит, известняк, базальт, имеют самые высокие показатели теплоотдачи, варьирующиеся от 65 до 85 Вт.

Глубина скважины для теплонасоса рассчитывается следующим образом:

В значение принимают средние параметры или показатели теплоотдачи 50 Вт на 1 п.м.

Высчитывают общую производительность теплового насоса. Для частного дома на 200 м² рекомендуется установить теплонасос с производительностью не менее 14 кВт.

Высчитывают общую протяженность контура. 14 кВт равны 14000 Вт. Соответственно, водяной контур имеет протяженность 280 м.

Если планируется уложить горизонтальный трубопровод, расчеты проводят несколько другим способом:

Учитывается зависимость количества тепла от количества труб в скважине. Оптимальным решением является уложение контура с шагом 1-1,5 м.

Получается, что 1 м² придомовой территории равен 1- 1,5 м. п. земляного коллектора.

Теплоотдача грунта, при горизонтальной укладке: водонасыщенный песок и щебень 40 Вт, обычная почва 20-30 Вт.

Срок службы скважины под теплонасос

Производя расчет стоимости бурения необходимо учитывать, что минимальное время эксплуатации геотермального первичного зонда составляет не менее 50 лет. На время службы влияет то, какая труба используется для изготовления коллектора.

Расчетный срок эксплуатации нержавеющего металла составляет 70 лет, полимер прослужит 50-60 лет. В первый год укладки коллектора возможно проседание, требующее дополнительной корректировки и исправлений. В остальное время первичный контур будет работать с полной теплоотдачей и эффективностью.

Первоначальные затраты, отпугивающие потенциального покупателя, на самом деле полностью окупятся благодаря длительному сроку эксплуатации как самого насоса, так и геотермального контура.

Бурение скважин для системы тепловых насосов

Устройство скважины лучше доверить профессиональной монтажной организации. Оптимально, чтобы этим занимались представители компании, продающей теплонасос. Так, можно учесть все нюансы бурения и расположения зондов от строения, выполнить другие требования.

Специализированная организация поспособствует получению разрешения на бурение скважины под зонды для грунтового теплового насоса. Согласно законодательству, использование грунтовых вод в хозяйственных целях запрещено. Речь идет об использовании в любых целях вод, расположенных ниже первого водоносного горизонта.

Как правило, процедура бурения вертикальных систем должна быть согласована с органами государственной администрации. Отсутствие разрешений ведет к штрафным санкциям.

После получения всех необходимых документов начинаются монтажные работы, согласно следующему порядку:

Определяются точки бурения и расположения зондов на участке, учитывая расстояние от строения, особенности ландшафта, наличие подземных вод и т.д. Выдерживают минимальный разрыв между колодцами и домом не менее 3 м.

Какая глубина скважины должна быть

Глубина рассчитывается исходя из нескольких факторов:

Зависимость КПД от глубины скважины – существует такое понятие, как ежегодное снижение теплоотдачи. Если колодец имеет большую глубину, а в некоторых случаях требуется сделать канал до 150 м, каждый год будет происходить уменьшение показателей получаемого тепла, со временем процесс стабилизируется.
Сделать скважину максимальной глубины не самое лучшее решение. Обычно делают несколько вертикальных каналов, удаленных друг от друга. Расстояние между скважинами 1-1,5 м.

Создание геотермальных скважин – сложный технический процесс. Все работы, начиная с проектной документации и заканчивая введением теплового насоса в эксплуатацию должны выполнять исключительно специалисты.

Чтобы подсчитать приблизительную стоимость работ используют он-лайн калькуляторы. Программы помогают высчитать объем воды в скважине (влияет на количество необходимого пропиленгликоля) ее глубину и выполнить остальные расчеты.

Чем заполнить скважину

Выбор материалов зачастую полностью ложится на самих хозяев. Подрядная организация может советовать обратить внимание на тип трубы и рекомендовать состав для заполнения скважины, но окончательное решение придется принимать самостоятельно. Какие есть варианты?

Трубы, применяемые для скважин – используют пластиковые и металлические контуры. Как показала практика, второй вариант является более приемлемым. Срок эксплуатации металлической трубы не менее 50-70 лет, стенки металла имеют хорошую теплопроводность, что увеличивает эффективность коллектора. Пластик проще монтировать, поэтому строительные организации зачастую предлагают именно его.

Что лучше для теплового насоса – земляной коллектор или скважина

Технические характеристики скважины выглядят привлекательней, но проведение работ по бурению грунта невозможно выполнить без специализированного оборудования и техники. Горизонтальный коллектор можно уложить самостоятельно, но забор тепла от земли будет меньше практически в 2 раза.

Применение скважины оправдано еще по той причине, что это не отражается на ландшафтном дизайне. Так, сверху горизонтального контура запрещается сажать деревья с глубокой корневой системой, к вертикальному коллектору подобные требования не предъявляются.

Устройство геотермальной скважины ТН, выполненной с наклонным направлением, вариант практически не имеющий недостатков и лишен всех минусов, присущих остальным вариантам. Размещается всего на 4 м² и обеспечивает максимальную теплоотдачу.

Затраты на бурение окупаются уже через 3-8 лет. Вариант со скважинами полностью оправдан и эффективен, несмотря на то, что потребуются первоначальные вложения средств.

Особенности бурения скважин для тепловых насосов

Бурение скважин под геотермальные тепловые насосы является одним из важнейших этапов установки таких агрегатов. Так как тепловая энергия, используемая этим видом теплонасосов для отопления, черпается из грунта, параметры скважины играют огромную роль в достижении максимальной эффективности теплообмена.

Параметры и принцип действия скважин для тепловых насосов

Скважина, созданная для функционирования теплового насоса, предполагает наличие внутри контура. По данному контуру циркулирует специальный жидкий состав, обладающий специфическими свойствами. Данный состав не затвердевает даже при собственной отрицательной температуре. Как правило, для этой цели используется пропиленгликоль, именуемый также рассолом.

Контур уходит вглубь до самого дна скважины, где контактируя с грунтом, находящимся ниже глубины промерзания почвы нагревается. Пропиленгликоль на входе в скважину имеет температуру порядка минус одного градуса по Цельсию, а выходя из скважины, прогревается до 6-8 градусов. Этой температуры вполне достаточно для эффективного обогрева.

Бурение скважин под тепловые насосы

На выходе осуществляется теплообмен между скважинным контуром и наружным контуром, в котором циркулирует хладагент. При контакте контуров хладагент разогревается и переходит в газообразное состояние. После чего происходит повторный теплообмен аналогично общим принципам действия всех тепловых насосов.

Количество необходимых под теплонасос скважин

Расчет количества скважин, бурение которых необходимо для эффективного функционирования тепловых насосов зависит от ряда факторов. Здесь играют роль и тип грунта, преобладающий на участке бурения, и технические характеристики самого оборудования. Выделяют следующие зависимости эффективности теплоотдачи от типов грунта:

• При заложении первичного контура в песчаные, либо другие сухие грунты теплоотдача от одного погонного метра контура составит порядка 30 ватт.
• Грунты с высоким содержанием влаги будут уже более эффективны, данный показатель у них колеблется на уровне 60 ватт. Грунты обладают такими свойствами при относительно неглубоком нахождении подземных водоемов.
• Твердые каменные породы обладают наивысшим показателем эффективности теплоотдачи. У них он колеблется от 65 до 85 ватт на погонный метр контура.
• Обычный земляной грунт умеренного увлажнения может похвастаться показателем теплопередачи порядка 50 ватт на метр. Так как данный тип грунтов является преобладающим, показатель теплоотдачи в 50 ватт принимают за усредненную величину.

Если существует такая возможность, то перед бурением скважин лучше провести локальную геологоразведку. Если же ее нет, рекомендуется использовать усредненный показатель.

Кроме типа грунта потребуется уточнить еще несколько параметров. Итак, расчет количества скважин можно провести следующим образом:

• Определяется либо берется средний показатель эффективности теплоотдачи грунта. Для примера возьмем среднюю величину 50 ватт.
• Рассчитывается требуемая для нужд конкретного здания мощность теплового насоса. Ориентировочно ее можно определить из расчета 0.7 киловатт на 10 квадратных метров помещения. Таким образом, для дома общей площадью 100 квадратный метров, требуемая мощность агрегата будет равна 7 киловатт или 7000 ватт. Стоит отметить, что данный показатель определен при условии хорошей теплоизоляции дома и стандартной высоте потолков 270 сантиметров.
• Определяется необходимая протяженность контура: 7000 ватт делим на 50 ватт на метр, получаем протяженность контура 140 метров.
• При средней глубине скважины 30 метров, проведя расчет и округление, получим количество равное 5 скважинам.

Срок исправного функционирования скважин

Насколько долгий период времени прослужит пробуренная для теплового насоса скважина, зависит от качества самого бурения и материала, использованного при ее обустройстве.

Львиную долю материалов в скважине составляет коллектор. Если изготовить его из металла, устойчивого к коррозии, он прослужит вплоть до 70 лет. Использование полимерной трубы позволит коллектору продержаться порядка 50-60 лет.

Однако не стоит сразу по окончании работ по обустройству скважины забывать о ней. Как минимум в течение одного года следует проводить мониторинг состояния скважины, так как грунт подвержен оседанию. В случае влияния оседания грунта на целостность скважины, нужно оперативно произвести ремонтные воздействия в ее отношении.

Разновидности скважин для тепловых насосов

Бурение горизонтальных скважин для тепловых насосов

В основе деления скважин на разные типы лежит способ их бурения. В зависимости от него выделяют следующие виды скважин:

1. Скважины вертикального бурения. Такой вид бурения позволяет проложить первичный контур на глубинах, где грунт имеет более высокую степень теплоотдачи. Однако создание вертикальных скважин предполагает применение спецтехники.
2. Скважины горизонтального бурения. Такое расположение скважин требует наличия придомового участка площадью не менее двух соток. Для осуществления горизонтальной закладки скважин требуется снять слой грунта примерно на полметра ниже уровня его промерзания. Эта глубина будет зависеть от региона расположения участка. Данный способ является наиболее простым в техническом плане, но требует больших трудозатрат.
3. Скважины наклонного бурения. Такое бурение будет актуальным, если существует строгое ограничение доступной площади. Даже вертикальные скважины требует определенного удаления друг от друга. Наклонное бурение позволяет обойтись площадью в 4 квадратных метра. Теоретически его можно осуществлять даже в подвале частного дома, ели он расположен не на монолитном фундаменте. С технической точки зрения такое решение самое сложное.

Технология создания скважин под теплонасосы

Процесс создания скважин для теплонасосов предполагает использование специализированных буровых установок. Однако перед их применением нужно тщательно рассчитать параметры самой скважины. Наиболее важными из них являются ее глубина и используемые в монтаже материалы.

Необходимая глубина скважин для тепловых насосов

Глубина скважин для тепловых насосов рассчитывается с учетом нескольких факторов. К ним относится площадь дома, а соответственно и количество тепла, необходимого для его отопления. Кроме того играют роль уже упомянутые типы грунтов и доступная под расположение скважин площадь. В том случае, если ограничений по площади не испытывается лучше сделать несколько среднезаглубленных скважин, порядка 30 метров глубиной. Техника позволяет производить бурение на 100 и более метров. Однако лучше этого не делать, так как куда проще обслуживать скважины и проводить мониторинг их состояния при меньших глубинах.

Материалы для оборудования скважины

Коллектор скважины может быть выполнен из металла или полимерного состава. Кроме установки самого коллектора нужно провести работы по изоляции его от грунта. Пространство между трубой коллектора и грунтом должно быть заполнено специальным составом. При выборе обоих компонентов решающее значение имеет их качество, а также теплопроводность, так как от нее напрямую зависит эффективность теплопередачи.

Геотермальная скважина

Лучшим вариантом станет металлический коллектор. Помимо большего срока службы, металл обладает более высокой теплопроводностью, чем полимер. Что касается заполнителя, то данный материал должен обладать достаточной прочностью для защиты от усадочных деформаций. Если не производить защиту от усадки грунта, тепловой контур может быть поврежден и приведен в негодность. Оптимальным вариантом выбора материала для заполнителя является бетонит.

Бурение скважинного колодца под геотермальные тепловые насосы требует тщательных расчетов и подготовки. От качества выполнения данного процесса зависит не только эффективность теплонасоса, но и срок его эксплуатации.

Бурение скважин для тепловых насосов

Мало кто знает, что у каждого из нас под рукой есть тепло, доступное всегда и в неограниченных количествах – тепло земли. Нужно просто до него добраться и начать правильно использовать. Для этого разрабатываются технологии, позволяющие эффективно получать энергию из земных недр, и направлять ее на нужды пользователей – например, на обогрев жилищ.

Чтобы оборудовать и обустроить источник бесперебойной поставки тепла, применяют бурение скважин под тепловые насосы. Цена работы быстро себя оправдает удобством и выгодой от использования термального насоса. Такое решение поможет создать в доме уютную и теплую атмосферу, зимой не переживать по поводу холодов в жилище, а летом не страдать от зноя.

Тепловой насос многофункционален: в нем сочетаются отопительный узел, прибор для нагрева воды в доме и кондиционер. От других систем теплоснабжения насос отличается несколькими вещами:

• В нем используется уникальный возобновляемый теплоноситель – низкотемпературная энергия окружающей среды.
• Система не требует постоянной покупки и доставки топлива.
• Не наносится вред окружающей среде.

Важное достоинство, которым обладает бурение скважин для тепловых насосов – цена расходов на отопление жилища заметно снижается из-за использования природных геотермальных ресурсов. На массовый рынок это изобретение попало далеко не вчера и получило достойное распространение. Например, 95% шведских домохозяйств оборудованы экономичными тепловыми насосами. Популяризируются они и в Украине.

Такая услуга, как бурение геотермальных скважин для теплового насоса, очень востребована за рубежом. Это решение используется для обогрева коттеджей и домов совместно с газовым, твердотопливным, электрическим отоплением или самостоятельно. Пользователям доступны разные модели насосов, которые можно использовать не только для обогрева, но и для кондиционирования.

Геотермальные зонды: принцип действия

Секрет геотермальных насосов – в том, что они погружаются в землю на определенную глубину, где всегда сохраняется положительная температура. Сколько бы градусов не было над поверхностью земли, какой бы тип грунта не был характерен для конкретной местности, эта температура не меняется. При заглублении на 15 метров она постоянна, а при бурении вглубь начинает повышаться. Заметное повышение наблюдается уже на глубине 30 метров. «Подпитываться» от тепла земли можно постоянно. Достаточно лишь правильно смонтировать тепловой насос.

Геотермальный зонд – вертикальная разновидность геотермального насоса. Для него пробуриваются пара или больше параллельных шурфов. Для этого требуется минимум места. Бурение скважин под геотермальные зонды на украинских землях проводится на глубину 40-150 м, в зависимости от высоты над уровнем моря, грунтов и других факторов. Делается это по тому же принципу, по которому бурятся водяные скважины. А по стоимости – даже экономичнее.

Бурение скважин под тепловые насосы можно произвести на довольно ограниченном участке местности. Для этого используются:

• Буровые машины УРБ 2а2. Им требуется немного больше места для размещения, но проходимость и мощность таких установок больше, а глубина бурения – до 200 м.

Что представляет собой геозонд конструктивно?

Фактически бурение скважин для геотермальных зондов предполагает размещение одной или двух U-образных труб, которые опускаются в пробуренный шурф. Эти трубы, или геозонды, являются рабочим компонентом грунтового коллектора, с их помощью из недр извлекается тепло. Их заглубление зависит от типа грунта, включений скальных пород и возможностей бурильного оборудования.

В качестве материала для геотермального зонда используется металл или пластик. Наилучшие геозонды – пластиковые. Они не корродируют и не портятся в земле, служат больше 50 лет. Гарантия от производителей на них – полвека. Надежность – основной критерий при создании и выборе геозонда. Ведь он погружается в пробуренную скважину, в которую потом наливается цементный или другой укрепляющий раствор. Зонд не получится отремонтировать или извлечь на протяжении всего процесса эксплуатации.

Бурение скважин для тепловых насосов проводится специалистами с расчетом на современные стандартные коллекторы (зонды). Они делаются из полиэтилена последнего поколения (маркировка PE100 SDR11, SDR17). Распространенные размеры труб (диаметр и толщина стенки):

Преимущества геотермальных коллекторов

Геозонды обладают рядом преимуществ по сравнению с горизонтальными грунтовыми коллекторами. Эти преимущества часто влияют на решение потенциального заказчика работ. Среди достоинств:

• Очень малая территория в плане, которую займет теплообменник. Для монтажа и подготовки к работе не требуются подготовительные земляные работы, которые необходимы для горизонтальных решений. На участке будет чище, аккуратнее и тише.
• При более значительном заглублении температура источника тепла выше. Система работает эффективнее, дает больше тепла при меньшем энергопотреблении.

Работы по установке геотермальных насосов

Установке геозонда предшествует целый комплекс работ, из которых далеко не единственная – бурение скважин под тепловые насосы. Цена работ и эффективность системы в будущем во многом зависят от подготовки и расчетов. Состав работ предполагает следующее:

• расчет мощности грунтового коллектора с учетом нужд потребителей;
• непосредственно бурение;
• закладка геозондов (грунтовых теплообменников);
• тампонаж скважины (закупоривание цементным раствором);
• проведение гидравлических испытаний;
• создание теплотрассы внутри и снаружи дома;
• выдача гарантии заказчику на выполненные работы.

Собирать тепловую систему нужно определенным образом, и лучше переложить эти работы на специалистов. Один из важных моментов, который будет влиять на эксплуатацию – расчет мощности насоса с учетом потребностей домохозяйства. Также нужно правильно заложить оборудование и обустроить коммуникацию всех частей.

Инженерно – геологическая компания «Акватория» – надежный исполнитель в сфере бурения геотермальных скважин и обустройства теплонасосов:

Вид услуг

Цена

Бурение скважины под геотермальные зонды 151-191мм

от 90грн Получить консультацию по вопросам проектирования, бурения скважин под геотермальные зонды, тепловые насосы вы можете: позвонить по телефону: +38 044 223 60 90 или +38 097 700 10 10 отправив электронное письмо, заполнив эту форму узнав стоимость на бурение скважины под тепловой насос в Киеве и по всей Украине Будем рады помочь советом и консультацией! Сохранить себе в: Бурение скважин под тепловые насосы: что важно знать? Ссылка на основную публикацию