geo-comfort@yandex.ru
В этой статье мы расскажем все тонкости обустройства внешнего контура, который называется открытая схема или как часто выражаются – из скважины в скважину.
Это самый простой и дешевый способ обустройства внешнего геотермального контура для теплового насоса. В большинстве частных домов воду для бытовых нужд берут из пробуренной скважины. Ее же можно использовать и для теплового насоса.
Что важно знать о дебетовой скважине?
Дебетовая – это скважина, из которой забирается вода и поступает в теплообменник теплового насоса, где происходит отбор тепла от этой воды. Перед тем, как использовать такую скважину для теплового насоса, необходимо выяснить сколько она дает воды, т.е. её дебет. Давайте разберемся, зачем нам необходима эта информация.
Вода из скважины идет в теплообменник теплового насоса. С одной стороны пластин, который проходит вода из нашей скважины, с другой фреон, который забирает тепло от нее. Допустим пришло в теплообменник теплового насоса 10С, а выходит 6С. Т.е. фреон забрал 4С.
Прокачивая 1м3 воды через теплообменник, мы получим 4,65 кВт тепла.
Произведем расчет дебета скважины. Для примера возьмем тепловой насос производительностью 12 кВт и потребление 2,7 кВт. Для того чтобы определить количество воды, прокачиваемой через теплообменник, необходимо рассчитать холодопроизводительность теплового насоса. Это разность между тепловой мощностью и потребляемой мощностью. 12-2,7=9,3 кВт
Теперь рассчитываем объем прокачиваемой воды. 9,3/4,65=2 м3. Т.е. дебет нашей скважины должен быть больше процентов на 20-30. Например, в Краснодаре, температура воды из скважины почти круглогодично идет 13-14С. Охлаждать воду в теплообменнике, без риска для его размораживания, мы можем до +3С. Соответственно производим расчет.
13-3=10С
10*1,163=11,63
9,3/11,63=0,8 м3/ч
Из расчетов видно, как температура воды влияет на необходимый дебет из скважины. Еще один пример. Московская область. Зимой вода из скважины может опускаться до 8С. Считаем:
8-3=5
5*1,163=5,81
9,3/5,83=1,6 м3/ч
Постоянно ли должен быть такой дебет? Нет, но обеспечить его нужно не менее расчетного.
Когда тепловой насос потребует расчетного дебета? Тогда, когда будет целый час работать без остановки, а такой момент наступит, если теплопотери дома будут равны или больше, чем та тепловая мощность, которую дает насос. Происходит следующий процесс. Допустим у нас есть «умный контроллер», который управляет тепловым насосом или человек, который выставил определенную температуру подачи в систему отопления. Пусть это будет 40С. Когда наступает момент, что теплопотери выше, чем мощность теплового насоса, то вода, приходящая в теплообменник отопительного контура (обратка), сильно холодная и мощности теплового насоса не хватает, чтобы нагреть воду до установленной температуры подачи и остановиться на «перекур». Если насос будет работать сутки, то и вода из скважины будет забираться такое же время с расчетным дебетом или больше. Если дебет будет недостаточный, уровень в скважине упадет и погружной насос не сможет забирать воду. Отсутствие ее в скважине приведет к остановке теплового насоса. Сработает защита. Когда теплопотери ниже, чем мощность насоса, то он будет включаться на несколько минут, нагревать воду до определенной температуры и выключаться до того момента, пока температура не упадет на 1-2С или на другое значение, выставленное оператором.
Погружной насос для скважины
Если скважина дает воды намного больше, чем нужно, то это не значит, что насос нужно брать помощнее. Давайте разберемся по порядку.
С одной стороны хорошо, что скважину для теплового насоса можно использовать и для бытовых нужд. Но всегда ли это будет комфортно? Вы открываете кран, из него течет вода с нормальным напором, тут включается насос и происходит резкое падение давления. Сомневаемся, что это кого-то устроит. Первая мысль, заменить насос на более мощный. Но такая конструкция и больше потребляет. Для бытовых нужд погружной насос может в сутки отработать 1-2 часа, а он в разы больше, а может и сутками работать с тепловым насосом, соответственно и потреблять больше. Допустим мы рассчитали, что нам нужен погружной насос определенной модели, удовлетворяющий нас по необходимому объему с учетом глубины скважины и продолжительности магистрали. Потребляет при этом такой насос 500 ватт, а чтобы пользоваться водой для бытовых нужд, требуется замена на насос с мощностью 1 кВт. Такое устройство будет потреблять этот киловатт и при работе только теплового насоса, и при одновременной работе совместно с расходом воды для бытовых нужд. Большее потребление погружным насосом приведет к уменьшению коэффициента преобразования.
Возьмем пример потребления теплового насоса 12 кВт, котороесоставляет около 2,7 кВт
2,7+0,5=3,2
2,7+1,0=3,7
12/3,2=3,75
12/3,7=3,25
В первом случае мы получим больше тепла на киловатт затраченной энергии, чем во втором.
Сделаем еще один расчет. Предположим, что тепловой насос установлен в Краснодаре, где отопительный период длится 149 суток. Возьмем средние теплопотери за отопительный сезон 5 кВт. Рассчитаем количество необходимой тепловой энергии за этот период:
5*24*149=17880 кВт
В первом случае с КОПом 3,75 тепловой насос «съест» 4768 кВт (17880/3,75=4768).
Во втором случае с КОПом 3,25 тепловой насос израсходует 5501 кВт (17880/3,25=5501).
Разница составит: 5501-4768=733 кВт. При цене за киловатт 4 рубля получаем 733*4=2932 рубля. Кто-то скажет, что это немного. Возможно и так, но тепловые насосы бывают разной мощности, теплопотери отличаются и сумма может исчисляться не одним десятком тысяч рублей. Так что такой момент нужно обязательно учитывать.
Скважина приемная
Самая большая проблема при установке теплового насоса по открытой схеме – это, когда вода сбрасывается сверху в скважину. Так неправильно. Труба должна идти практически до самого дна скважины и приподниматься от него на 0,5-1 метр. Внизу все должно бурлить. При сбросе воды сверху скважина может быстро заилиться и перестать принимать воду. Происходит перелив. Если это произойдет при хорошем минусе на улице, то каток вам обеспечен. Поэтому, если рядом имеется река или какой-нибудь водоем, ливневка или дренажная траншея, то лучше приемную скважину соединить с ними переливной трубкой, на случай перелива. Если ничего рядом нет, то придется бурить не одну, а две или более скважин на прием. Ответа на вопрос, на сколько хватит приемной скважины, не знает никто. Она может принимать много лет, а может забиться через один отопительный сезон. Поэтому самый большой недостаток открытой схемы – непредсказуемость.
Еще один важный момент. Приемная скважина должна располагаться от дебетовой ниже по течению, на расстоянии не менее 6 метров. Это еще одна неясность. Как определить, в каком направлении течет подземная река. Ответ на этот вопрос даст только эксперимент. Если в дебетовой скважине после запуска теплового насоса вода не будет опускаться, все нормально, угадали. Если она начнет падать по температуре, то скважины нужно менять местами, а погружной насос переносить. Трубопроводы дебетовой и сливной скважины лучше выполнять из ПНД трубы, как более дешевого материала. Надежности и долговечности таких труб тоже достаточно.
Идеальный вариант, когда скважины расположены поперек подземного течения. Тогда достаточно сделать в колодце скважины разъемное соединение трубопровода, прокинуть в оба колодца питание с разъемным водонепроницаемым штекером и можно раз в год делать реверс скважин, меняя дебетовую и приемную местами.
Промежуточный теплообменник теплового насоса
При реализации проекта по установке теплового насоса по открытой схеме рекомендуется установка промежуточного теплообменника. Он нужен, чтобы защитить фреоновую часть и, самое главное, компрессор теплового насоса от попадания воды. При размораживании теплообменника вода может попасть в систему с фреоном, компрессор закачает эту воду и произойдет гидроудар, который выведет из строя компрессор. Вода перемешается с маслом и достать ее оттуда будет очень проблематично. Такой теплообменник устанавливается между скважиной и тепловым насосом. Участок теплового насоса и промежуточный теплообменник заполняется рассолом с температурой замерзания -10 -15С. Соответственно, если защита не сработает, и вода замерзнет в теплообменнике, то рассол не замерзнет и не разморозит теплообменник теплового насоса. Стоимость промежуточного теплообменника зависит от его конструкции и размера. А последний зависит от мощности теплового насоса.
Лучше всего в качестве промежуточного теплообменника использовать разборный вариант. Но его стоимость в 2-4 раза выше, чем у паянного.
Если скважина чистая, дебет скважины хороший, то можно обойтись и без промежуточного теплообменника, но лучше с ним.
Фильтры для теплового насоса
Фильтры конечно нужны, но стоит помнить, что на них идет очень сильное сопротивление и погружной насос необходимо подбирать большей мощностью. Если из скважины поступает вода с песком, целесообразней в качестве фильтра использовать гидроциклон.
Как видно из написанного выше, установка теплового насоса по открытой схеме проста, но следует учитывать много факторов и тщательно подбирать оборудование.