Геотермальний тепловий насос – це система опалення (або охолодження), яка використовує тепло землі, наземних або підземних грунтових вод як середовище обміну для забезпечення житлового приміщення або нагрівання внутрішньої води. Була введена в експлуатацію з кінця 1940-х років. Модель геотермального теплового насоса, як правило, складається з одного або декількох фабричних з’єднань, що включають внутрішні теплоізоляційні або внутрішні теплообмінники, компресори та теплообмінник на земній поверхні. Система геотермального теплового насоса, як правило, складається з однієї або декількох геотермальних теплових насосних моделей, земляних теплообмінників, систем розподілу повітря або гідроємкості регулювання температури та резервуарів термічного зберігання.
Принцип дії
Влітку температура грунту є холоднішою, а взимку – теплішою, ніж температура повітря. Це явище називається тепловою інерцією, завдяки якому, використовуючи теплообмінник, геотермальний тепловий насос може перемістити тепло з одного простору до іншого. Влітку він витягує тепло від будівлі і передає його на землю для охолодження. Взимку – бере природне тепло від землі і передає для опалення. Тобто може забезпечувати прогрівання приміщень, охолодження, внутрішнє нагрівання води або комбінацію цих функцій, циркуляцію рідини, повітря, термічного зберігання, очищення повітря, осушення або зволоження.
Типи
1)замкнуті
- горизонтальні – зазвичай є найбільш рентабельним для житлових установок, особливо для нового будівництва, де є достатньо землі. Колектор розміщується кільцями або звивисто в горизонтальних траншеях нижче глибини промерзання грунтів (звичайно від 1,2 м і більше).
- вертикальні – використовують часто великі комерційні будівлі та школи, де кількість землі є обмежена, недостатньо для горизонтальних, або де є можливість пошкодження ландшафту. Колектор розміщується вертикально в глибину до 200 м. Вертикальні петлі з’єднані з горизонтальною трубою (тобто колектором), поміщені в траншеї і підключені до теплового насосу в будівлі.
- водні – є найдешевшим варіантом. Колектор розміщується з виливом або кільцями в водоймі (озеро, ріка) нижче глибини промерзання. Трубопровід лінії подачі проходить під землею від будівлі до води та згортається в кола на певну глибину, яка залежить від конкретного регіону.
- з прямим теплообміном -використання такої технології дозволяє зменшити довжину буріння свердловини, зменшивши таким чином вартість установки. Модель геотермального теплового насоса, в якій холодоагент поширюється в трубах, захоплених у землю або занурюваних у воду, яка обмінює тепло з землею, а не використовує вторинну рідину для теплопередачі, таку як вода або розчин антифризів, в окремій замкнутій петлі.
2) відкриті
Цей тип системи використовує свердловину або поверхню води як тіло теплообміну рідини, яка циркулює безпосередньо через геотермальну систему теплового насоса.
Після того як вона поширилася через системи, вода повертається до землі через колодязь, поповнюється свердловина. Цей тип практичний тільки з хорошим постачанням відносно чистою водою, і якщо наявні всі місцеві норми і правила щодо скидання грунтових вод.
3) одноступеневі
Геотермальні теплові насоси, призначені для роботи на одному етапі та одній потужності.
4) багатоступеневі
Геотермальні теплові насоси, призначені для роботи на більш, ніж одному етапі або потужності, завдяки використанню технологій, таких як багатоступеневі компресори, подвійні компресори, компресори зі змінною швидкістю тощо. Багатоступеневі моделі більш ефективні при роботі на нижчих потужностях, але мають здатність постачати більше обігріву або охолодження, використовуючи більшу потужність, коли це потрібно.
5) вода-повітря
Модель геотермального теплового насоса, яка забезпечує просторову обробку, в першу чергу, за допомогою внутрішньої теплообмінної катушки повітря. Моделі “вода-повітря” також можуть забезпечити внутрішнє нагрівання води та приміщень на гідронімі, використовуючи десеперітер або функції нагріву води.
6) вода-на-воду
Модель геотермального теплового насоса, яка забезпечує кондиціювання приміщень або нагрівання внутрішньої води за допомогою внутрішнього теплообмінника з охолоджуючої рідиною у воді. Моделі “вода-вода” можуть забезпечити внутрішнє нагрівання води, використовуючи дезінсекційну систему або функції нагріву води.
Енергоефективність та економічність
Встановлення геотермальної системи тепла може бути найбільш економічно ефективним і енергозберігаючий варіант опалення та охолодження будинку. Геотермальні теплові насоси – особливо хороший варіант, якщо будується новий будинок або для відновлення існуючого шляхом заміни, наприклад, системи HVAC.
Геотермальні теплові насоси значно більше енергоефективні, тому що вони користуються перевагами відносно постійної температури, які є набагато рівномірніші, ніж температури повітря.
Геотермальні системи можуть зменшити споживання енергії приблизно від 25% до 50% у порівнянні з системами теплового насосу повітряного джерела. Вони досягають високої ефективності (300-600%) під час найхолодніших зимових ночей.
Як і будь-який тепловий насос, геотермальні здатні нагрівати, охолоджувати, забезпечувати будинок гарячою водою. Деякі моделі геотермальних систем доступні з двошвидкісними компресорами та змінними вентиляторами для більшого комфорту та енергозбереження. Середня тривалість експлуатації геотермальних теплових насосів 20 років.
Визначення енергоефективності геотермального теплового насоса проводиться за допомогою коефіцієнта енергоефективності (EER) і коефіцієнта ефективності (КС). Хоча встановлення геотермальної насосної системи коштує дорожче, ніж встановлення системи повітряного джерела, проте через потужність нагріву та охолодження можна відшкодувати додаткові витрати в енергозбереженні через 5-10 років.
