Принцип работы тепловых насосов грунт вода

Принцип работы тепловых насосов грунт вода заключается в аккумулировании рассеянного солнечного тепла, находящегося во всех природных источниках,  и состоит в его транспортировке к системам отопления и ГВС различных объектов. Помимо передаточных функций, тепловой насос выполняет и трансформацию тепловой энергии, преобразуя большие объемы низкопотенциальной составляющей в тепло, достаточное для обеспечения нужд обогревательных систем.

Если рассматривать конструктивные особенности теплового насоса грунт-вода, то можно отметить, что он состоит из трех замкнутых контуров, совместная работа которых как раз и обеспечивает необходимый температурный режим.

В первом грунтовом контуре происходит передача свободного тепла от окружающей среды к теплоносителю (чаще всего применяется антифриз или незамерзающая жидкость), циркулирующему по замкнутому кольцу. Данный контур может состоять из погружного зонда или грунтового коллектора. Это зависит от потребностей объекта в тепловой энергии и индивидуальных особенностей прилегающего участка.

Погружной зонд представляет собой систему трубопроводов, установленных в специальных углублениях – буровых скважинах. Глубина данных скважин может достигать200 метров, однако на практике для одного объекта чаще применяют несколько погружных зондов, соединенных параллельно и достигающих глубины 50-60 метров. Естественно использование представленных зондов предполагает высоких материальных затрат, но экономический эффект от их применения наиболее весомый.

Грунтовый коллектор, аналогичен зонду, с тем лишь отличием, что трубопроводы погружаются не в скважины, а в специально подготовленные траншеи, выкопанные на глубину ниже промерзания грунта. Такой способ обустройства грунтового коллектора мене затратный, но требует наличия больших свободных площадей. Так для отопления коттеджа 10х20 с помощью ТН потребуется занять участок до 500м2.

Второй замкнутый контур представляет собой систему, состоящую из испарителя, конденсатора, компрессора и дроссельного вентиля, соединенных между собой системой трубок по которым циркулирует хладагент.

Ну а в виде третьего контура выступает вся отопительная система дома с подключением потребителей тепловой энергии (радиаторы, теплые полы, системы ГВС).

Чтобы понять принцип работы теплового насоса грунт-вода необходимо рассмотреть все процессы, происходящие в каждом отдельном контуре:

1. Внешний, грунтовый контур.

В коллекторе, подсоединенном к испарителю теплового насоса, перемещается (при помощи циркуляционного насоса) незамерзающий теплоноситель (рассол). Грунт, обладающий стабильной температурой в течение всего года 10-12?С передает рассеянное тепло незамерзающей жидкости, то есть нагревает ее на 3-5 ?С. Далее разогретый рассол поступает к испарителю теплового насоса и отдает ему накопленное тепло, охлаждаясь при этом до исходного состояния. Далее теплоноситель вновь возвращается к низкотемпературному источнику (грунту) и весь процесс повторяется в той же последовательности. Фактически, задачей грунтового контура является доставка низкопотенциального тепла к контуру хладагента.

2. Контур хладагента.

Принцип работы этого контура основан на физическом свойстве хладагента, закипать при очень низких температурах. Циркулируя в замкнутой системе, хладагент проходит через испаритель и запасается тепловой энергией, полученной от рассола. При разогреве до  –2°C он начинает кипеть и полностью переходит в газообразное состояние. Полученный пар с низким давлением устремляется к компрессору, в котором его давление значительно возрастает, а соответственно повышается и температура (до +100 °C). После компрессора разогретый пар под большим давлением поступает в теплообменник конденсатора. Здесь он отдает тепло следующему контуру отопительной системы и остывает, переходя из газообразного состояния в жидкое. Для того, чтобы сбросить остаточное давление хладагент проходит через расширительный вентиль, а после вновь попадает к испарителю.  Функционально контур хладагента выполняет процесс трансформации тепловой энергии. Причем описанный выше процесс происходит с определенной периодичностью в зависимости от производимой мощности.

3. Контур системы отопления.

Здесь теплоносителем может выступать дистиллированная вода или любая жидкость (антифриз, масло и прочее). В процессе перемещения теплоносителя по контуру отопительной системы происходит передача тепла от конденсатора к элементам системы отопления и ГВС.  В виду того, что максимальная температура теплоносителя на выходе из теплового насоса не превышает +60 °C, рекомендуется применять низкотемпературные отопительные приборы (теплые полы, фанкойлы).

Помимо режима обогрева, практически все тепловые насосы грунт-вода способны кондиционировать помещение в летнее время года. Для этого применяются трехходовые клапаны, установленные в контуре хладагента. При их переключении  теплоноситель начинает циркулировать в обратном направлении, принципиально меняя испаритель с конденсатором местами. В такой системе ТН извлекает тепловую энергию из помещения и передает ее окружающей среде.