В этой статье пойдет речь о расчете, грунтовых теплообменников для геотермальных (рассольных) тепловых насосов.

Теплообменник (ТО) – это устройство передачи тепла от одной среды к другой. Они бывают контактные, например, когда тепло передают, впрыскивая горячий пар в холодную воду или бесконтактные, когда греющая и нагреваемая среды обмениваются теплом через стенку теплообменного аппарата.

В нашей статье мы рассмотрим бесконтактный теплообменник, который состоит из замкнутого трубопровода, под давлением. Греющая среда – грунт, а нагреваемая – раствор незамерзающей жидкости с водой, который циркулирует внутри замкнутого трубопровода.

Сами трубы с жидкостью мы заглубляем в землю разными способами:

• Вертикально – в грунте пробуривается отверстие, с помощью специальной буровой установки. Отверстие делают до 100 м в глубину и опускают в него наш теплообменник. Эту систему называют — зонд.
• 
• Зонд – две или четыре трубы спаянные в нижней точке специальным наконечником, по одной (двум) трубам жидкость опускается в зонд, по второй (второй паре труб) поднимается в тепловой насос.

• Кроме зондов, вертикально могут закапывать трубу, закрученную в спираль. Эта конструкция очень похожа на баскетбольную корзину, из-за этого этот вид грунтового теплообменника называют – энергетическая корзина

• Горизонтально – вырывают котлован, на глубину, ниже промерзания (от 1,2 до 3 м), и раскладывают наш теплообменник наподобии водяного теплого пола. Далее котлован с трубами засыпают и застилают газоном.

Каждый случай применения геотермальных тепловых насосов требует индивидуального подхода к планированию грунтового теплообменника.

Расчет

Для расчета грунтового нужно проанализировать геологический срез местности, примерно на 100 м в глубину. Важно отметить, что геология, которую делают строители ограничивается 6 – 15 м, которых достаточно для правильного проектирования фундамента.

Если на глубинную геологию нет возможности или желания тратиться, то можно воспользоваться общественными геологическими картами региона, знаниями местного бурильщика (фирмы) или попросить буровую организацию фиксировать изменение слоев и типа грунта при бурении водоносной скважины на участке. Однако, самый надежный метод – профессиональный геологический анализ.

После оценки грунтов вычисляем необходимую мощность грунтового теплообменника. Ее можно легко посчитать, заглянув в инструкцию выбранного теплового насоса. В технической документации находим тепловую мощность и номинальное потребление компрессора. И то и то указывают в «кВт». Отнимаем от тепловой мощности, потребление компрессора – и все! Расчет окончен.

Рассмотрим на примере современного дома 400 м2: ТН – 20 кВт с номинальным потреблением компрессора – 4 кВт. Тогда из грунта нам нужно будет вытянуть 16 кВт низкопотенциальной тепловой энергии.

Применив анализ грунта и необходимую мощность – рассчитываем погонаж (для вертикальных зондов). Необходимую мощность делим на удельную теплоотдачу грунта:

• Сухая глина – 25 Вт/м.п.
• Глина – до 35 Вт/м.п.
• Влажный грунт – 40 Вт/м.п.
• Влагонасыщеный песок – 45 Вт/м.п.
• Камень – от 40 Вт/м.п.

Для Киева и ближних сел средняя актуальная величина – 35 Вт/м.п. Соответственно, необходимый погонаж нашего грунтового теплообменника: 16 000 (Вт) поделить на 35 (Вт/м.п.) будет равен 457 м.п. зондов. Мы не просто так выделяем понятие «зонд», ведь при расчете погонажа грунтового ТО, мы получаем необходимую длину зондов, а не метры трубы.

 Не стоит переживать, когда получите цифру намного больше 100 м.п. К ядру земли никто не буриться. При расчете мы получаем общую длину зондов, в процессе проектирования и монтажа их можно будет разбить на 5 – 7 шт, в зависимости от размеров участка, на котором можно буриться.

А вот для горизонтального теплообменника можно посчитать именно количество трубы. В среднем с 1 м.п. можно вытянуть 20 Вт, тогда получается, что для нашего теплового насоса понадобиться – 800 м.п. трубы. Укладывают такую трубу с шагом – 30-60 см, чаще всего змейкой. Не трудно посчитать, что на 1 м2 площади поместиться от 1,5 до 3 м трубы, тогда для нашей задачи нам нужно будет задействовать от 300 до 500 м2 площади участка. При этом, данный участок категорически запрещено закрывать от солнечной радиации и осадков.

Для расчета корзин упрощенной методики нет. При необходимости наша команда профессионалов сделает для Вас все необходимые вычисления.

Как принять решение на каком виде теплообменника остановиться и про конструктив зонда, материалы труб и прочем мы обсудим в разделе «Подбор грунтового теплообменника теплообменника» и «Проектирование и монтаж грунтового теплообменника»