Тепловой насос геотермальный для отопления дома: система, трубы и характеристики

Зимой загородный дом должен отапливаться даже при отсутствии хозяев. Проблема обогрева коттеджа вдали от газораспределительной сети часто становится непреодолимым препятствием для жизни на земле. Отопление электричеством слишком дорого даже для состоятельного человека, а нанимать постороннее лицо в качестве истопника дровяной или угольной печи — рискованно. Самый прогрессивный вариант решения этой задачи — отопление с помощью геотермального теплового насоса (ГТН).

Что такое геотермальный тепловой насос

Использовать планетарную энергию можно на любом участке земли. Геотермальные источники с кипящей водой бьют ключом только там, где раскаленная магма подходит близко к поверхности. На остальном пространстве тепло из центра Земли распределяется равномерно. Поэтому на глубине ниже уровня промерзания почвы круглогодично поддерживается одна и та же температура.

Предназначение ГТН — перекачивать тепло из почвы или водоема внутрь дома. С прилегающей территории энергия собирается трубами, а затем компрессор нагревает воду для отопительной системы коттеджа. Поэтому из 1 кВт потраченного электричества получается 3—5 кВт тепла.

Устройство

Для работы ГТН необходимы три независимых системы: внутридомовой, компрессорный, внешний контуры. Они объединены в одну схему теплообменниками, в которых циркулируют различные теплоносители.

Устройство ГТН состоит из таких компонентов:

Система отопления дома, для которой лучше применить теплые полы.
Горячее водоснабжение.
Конденсатор передает энергию, собранную извне, к теплоносителю внутридомового отопления.
Испаритель отбирает тепловую энергию у теплоносителя, циркулирующего во внешнем коллекторе.
Компрессор перекачивает хладагент от испарителя, переводя его из газообразного в жидкое состояние, повышая давление и охлаждая в конденсаторе.
Расширительный клапан устанавливается перед испарителем для регулирования потока хладагента.
Трубы внешнего коллектора укладываются на дно водоема или опускаются в скважины.
Насосы.
Автоматика для управления ГТН по заданной программе обогрева помещения, которая зависит от изменений температуры наружного воздуха.

Теплоноситель внешнего контура перекачивается насосом и нагревается под землей или в водоеме. Внутри испарителя энергия передается хладагенту, который поступает в компрессор, где увеличивается давление и температура.

В конденсаторе происходит передача тепла системе отопления коттеджа. Затем хладагент проходит дроссель, где резко падает давление из-за увеличения объема. При переходе в газообразное состояние температура хладагента сильно уменьшается. Значительный температурный перепад ускоряет поглощение тепла хладагентом из наружного коллектора.

Принцип действия

Схема переноса лишнего тепла используется в быту уже 70 лет. Например, внутри морозильника образуется лед за счет отбора тепла хладагентом. Снаружи эта энергия сбрасывается в воздух помещения радиаторной решеткой. Потрогайте ее рукой — она всегда горячая во время работы холодильника.

Для функционирования ГТН применяется тот же принцип действия, но процессы немного сложнее:

Когда хладагент попадает в испаритель, эта фаза называется изотермическим расширением. Фреон получает тепло от внешнего коллектора, давление падает.
Затем происходит адиабатическое сжатие — компрессор увеличивает давление хладагента. При этом его температура возрастает до +70 °С.
Проходя конденсатор, фреон становится жидкостью, так как отдает тепло контуру отопления при повышенном давлении. Эта фаза называется изотермическим сжатием.
Когда хладон проходит дроссель, давление и температура резко падают. Происходит адиабатическое расширение.

Управлять таким сложным механизмом почти так же просто, как и холодильником. Когда производство монтажных работ закончено, а все системы подключены, опробованы, отрегулированы, пользователь будет переключать лишь несколько тумблеров и кнопок. Например, чтобы установить разную температуру обогрева для детской комнаты, гостиной, кухни.

Преимущества

Главное преимущество ГТН — не нужно сжигать уголь, газ, дрова для отопления дома. Тепловой насос собирает энергию с поверхности земли или из глубоких скважин, концентрирует, а затем направляет в систему обогрева коттеджа.

С течением времени геотермальный тепловой насос становится все более востребованным, поскольку обладает еще целым рядом преимуществ:

Экологически безопасен.
Использует возобновляемый источник энергии.
После окончания пусконаладочных работ отсутствуют регулярные затраты расходных материалов.
Автоматически регулирует нагревание внутри дома по температуре наружного воздуха.
Срок окупаемости начальных затрат 5—8 лет.
Можно подключить бойлер для горячего водоснабжения коттеджа.
Летом работает как кондиционер, охлаждая приточный воздух.
Продолжительный срок службы — более 30 лет.
Минимальные энергозатраты — генерирует от 4 до 6 кВт тепла при 1 кВт потребленного электричества.
Полная независимость отопления и кондиционирования «удаленного от цивилизации» коттеджа при наличии электрогенератора любого типа.
Возможна адаптация к системе «умный дом» для дистанционного управления и дополнительной экономии энергии.

На бюджет владельцев ГТН подорожание энергоносителей почти не влияет. Если установить ветряной или солнечный генератор, то получится абсолютная энергетическая независимость.

Недостатки

Монтаж и запуск систем ГТН — это технологически сложный комплекс работ, которые могут выполнить только опытные специалисты. Сделать то же своими руками получится далеко не у всех, поэтому проще купить геотермальный тепловой насос с установкой и последующим обслуживанием. Общая стоимость оборудования и комплектующих материалов значительно выше по сравнению с обычным газовым оборудованием для теплоснабжения. Поэтому срок окупаемости первоначальных затрат растягивается на долгие годы.

Есть и другие недостатки:

Из-за постоянного отбора геотермальной энергии возле расположения труб внешнего коллектора происходит охлаждение почвы. На севере короткое лето не дает возможности полного восстановления энергетического потенциала окружающей среды. Из-за этого эффективность ГТН постепенно снижается в течение примерно 5 лет. Затем тепловое равновесие стабилизируется.
Бурить скважины — дорогое мероприятие, особенно в плотном грунте или скальных породах.
Существует вариант с открытым внешним коллектором, когда можно обойтись двумя скважинами: одна — для забора грунтовых вод, а вторая — для слива обратно в водоносный слой. Такой вариант возможен только при хорошем качестве воды, потому что фильтры быстро засоряются, если слишком много солей жесткости или взвешенных микрочастиц. Перед монтажом надо обязательно сделать анализ воды из скважины.
Отопление наполняется водой, нагретой до +35 °С. При такой температуре обычные радиаторы не будут эффективно обогревать здание, поэтому надо применять систему «теплый пол».
Электродвигатель, компрессор, насос создают вибрацию и шумят во время работы.

Неприятных эффектов легко избежать, если оборудование разместить в подсобном или подвальном помещении. Обязательно установите принудительную вентиляцию. Утечка фреона опасна для здоровья человека.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, достоинства и недостатки

Образец подобного тепловому насосу устройства есть в каждом доме – это холодильник. Он вырабатывает не только холод, но и тепло – это заметно по температуре задней стенки агрегата. Подобный принцип заложен и в тепловом насосе – он набирает термальную энергию из воды, земли и воздуха.

Принцип работы и устройство

Составляющие отопительной системы

Система работы устройства следующая:

вода из скважины или водоёма проходит через испаритель, где её температура падает на пять градусов;
после охлаждения жидкость попадает в компрессор;
компрессор сжимает воду, увеличивая её температуру;
нагретая жидкость перемещается в теплообменную камеру, где отдаёт своё тепло системе отопления;
остывшая вода возвращается к началу цикла.

Система отопления с тепловым насосом

Системы отопления на основе теплонасосных установок имеют три составные части:

Зонд – змеевик, расположенный в воде или земле. Он собирает тепло и передаёт его в устройство.
Тепловой насос – прибор, извлекающий термальную энергию.
Сама система отопления, включающая теплообменную камеру.

Плюсы и минусы устройства

Сначала о положительных сторонах подобного отопления:

Тепловой насос не требует никакого специального ухода или расходных материалов

Универсальность. Эта отопительная система может устанавливаться в любой местности. Особенно это актуально для удалённых районов, где отсутствуют газовые магистрали. При невозможности подключения электроэнергии насос может работать на дизельном или бензиновом двигателе.
Полная автоматизация. В систему не нужно добавлять воду или следить за её работой.
Экологичность и безопасность. Теплонасосная установка не производит никаких отходов и газов. Устройство не может случайно перегреться.
Такой агрегат может не только отапливать дом зимой при температуре воздуха до минус пятнадцати градусов, но и охлаждать его летом. Такие функции есть в реверсивных моделях.

Принцип реверсивности в работе теплового насоса

Есть у этой системы и свои недостатки, о которых нельзя не упомянуть:

Цены. Тепловой насос для отопления дома – не дешёвое удовольствие. Окупится эта система не раньше, чем через пять лет.
В местности, где зимняя температура опускается ниже пятнадцати градусов мороза, для функционирования устройства потребуются дополнительные источники тепла (электрические или газовые).
Система, забирающая тепловую энергию из земли, нарушает экосистему участка. Урон не значительный, но следует это учитывать.

Устройство забирает тепло из грунта, понижая его температуру, это может неблагоприятно сказаться на корневой системе деревьев и кустарников

Виды насосов

С течением времени выгодность геотермального теплового насоса для отопления дома, несмотря на высокие цены , становится все более очевидной из-за постоянного роста стоимости топлива. Правильно подобранный и качественно смонтированный ГТН обеспечивает теплом вне зависимости от времени года и рыночных колебаний стоимости энергоносителей.

Существует несколько вариантов монтажа внешнего коллектора, что позволяет адаптировать тепловой насос к конкретным условиям прилегающего к дому земельного участка:

Трубы укладываются в траншеи на глубину ниже уровня промерзания почвы. На юге России земля замерзает максимум на 0,5 м, поэтому проще снять грейдером полностью слой земли на монтажном участке, уложить коллектор, а затем засыпать экскаватором котлован.
Если вблизи дома есть водоем на расстоянии не более 100 м, то применяют самый экономичный и эффективный вариант — трубы укладывают под воду на глубину от 3 метров и более.
Сухие песчаные грунты не дадут достаточного теплового потока, поэтому применяют бурение скважин глубиной до 50 метров, чтобы достичь водоносного слоя. В скважины опускают трубы.
Если вода из скважины хорошего качества, то достаточно пробурить только две: одна — для забора грунтовых вод, а вторая — для слива обратно в водоносный слой.

Сливную скважину пробурите на расстоянии 20 метров от заборной и ниже по течению водоносного слоя.

Тип вода-вода

Относительно недорогую разновидность ГТН типа вода-вода рекомендуется использовать, когда рядом находится озеро, пруд, река или море. Эффективность такой системы достигается за счет максимальной величины конвективного теплообмена между внешней средой и теплоносителем, который циркулирует в трубах коллектора. Экономия получается за счет простоты монтажа. Бухты расстилают на поверхности воды, затем к трубам крепят грузы и затапливают систему на глубину 3 метра и более.

Если поблизости нет водоема, то можно применить вариант с разомкнутым коллектором. В этом случае используется энергетический потенциал грунтовых вод хорошего качества. Тогда системе и насосу не угрожает заиливание, отложение солей жесткости, ускоренная коррозия. Из одной скважины берут воду, прокачивают через теплообменник ГТН, а затем сливают в другую, которая должна располагаться на расстоянии 15—20 метров.

Если пробуренная скважина быстро заиливается или вода содержит много солей жесткости, тогда стабильную работу ГТН обеспечивается бурением большего количества скважин. В них опускают петли герметичного внешнего контура. Затем в скважины заливают тампонаж из глинисто-песчаной смеси.

Тип грунт-вода

Когда рядом с домом нет водоема и нет возможности пробурить скважины, тогда трубы укладывают горизонтально ниже глубины промерзания грунта. Если подпочвенные воды залегают близко к поверхности, то эффективность системы грунт-вода практически такая же, как у ГТН типа вода-вода, так как принцип работы тот же. На юге России величина промерзания грунта менее 0,75 м, поэтому роют котлован глубиной 1 метр, раскладывают трубы внешнего контура, а затем засыпают. В северных регионах почва замерзает глубже, поэтому экономичнее рыть параллельные траншеи.

Подбор и расчёт геотермального насоса

Основное требование, которое предъявляется при использовании геотермального насоса, соответствие условиям для установки такого оборудования. Геотермальный насос получится установить далеко не в каждом доме. Есть ряд ограничений по рельефу, глубине грунтовых вод, площади придомового участка. А также влияет наличие или отсутствие водоёма поблизости. Все эти расчёты и оценку возможности установки геотермального теплового насоса должен оценивать специалист фирмы, где вы заказываете оборудование.

Когда будете выбирать подходящую модель, обращайте на такие параметры, как СОР, тип укладки контура с теплоносителем, дополнительные функциональные возможности. Давайте, рассмотрим эти параметры подробнее.

Коэффициент СОР. Показывает соотношение, по которому можно судить о рентабельности установки. Это отношение выработки тепла насосом к затраченной электроэнергии. Значение 4 говорит о том, что при затратах 1 киловатта электричества насос вырабатывает 4 киловатта тепла;
Длина контура и способ его укладки. Производительность геотермального насоса напрямую зависит от площади теплообменного контура в грунте. Чтобы приблизительно оценить его площадь, нужно общую дома умножить на три. В результате у вас получиться площадь участка, необходимая для укладки контура. Так, вы сможете оценить, возможно ли разместить его на участке рядом с вашим домом;
Дополнительные возможности. К примеру, возможность обогрева дома зимой и охлаждения летом. Естественно, что для этого потребуется дополнительное оборудование (сплит-система) и расходы.

Геотермальный насос имеет высокий КПД, который превышает таковой у других видов отопительного оборудования. Большинство современных моделей имеют СОР 5. Электрический котёл на 1 киловатт даёт до 0.99 киловатта тепла. То есть, СОР 1.

Расчёт геотермального насоса
Насос даёт теплоноситель, нагретый до 65 градусов, если работает при максимальной нагрузке. При оптимальном режиме работы теплоноситель нагревается до 45─50 градусов. То есть, насос без проблем работает с низкотемпературными системами отопления. Что касается мощности, то её можно примерно прикинуть, как 0,7 киловатта на 1 квадратный метр отапливаемого помещения. То есть, для обогрева дома площадью 100 «квадратов», потребуется установка мощностью 7 киловатт.
При расчётах контура для геотермального насоса учитывается тип и влажность грунта, средний уровень его промерзания. Обычно специалисты исходят из того, что 1 киловатт тепла даёт водяной контур длиной 40─60 метров в грунте. Электричество в геотермальной системе расходуется на принудительную циркуляцию теплоносителя и работу компрессора. Чем выше коэффициент СОР, тем меньше насос расходует электричества, и тем быстрее он окупится.

Критерии выбора и расчеты

При выборе оборудования ГТН для предварительных расчетов обычно используют упрощенную формулу: на 10 м² отапливаемого здания требуется 700 Ватт тепла. Тогда для дома площадью 250 м² подойдет тепловой насос мощностью 17,5 кВт. Чтобы обеспечить коттедж горячей водой, итоговую цифру умножьте на 15 %.

При расчете срока окупаемости ГТН учтите эксплуатационные расходы за все время службы оборудования — минимум 30 лет. Если предположить, что современные цены на топливо будут неизменны, то геотермальные тепловые насосы — самый экономичный способ отопления для загородных коттеджей.

Только за 1 год экономия составит в сравнении с:

газовым котлом — 70 %;
электрообогревом — 350 %;
твердотопливным котлом — 50 %.

Если умножить полученную выгоду на 30 лет, то экономия многократно превысит первоначальные затраты.

Обзор популярных марок и их стоимость

Чтобы обеспечить частный дом геотермальной энергией, потребуется решение большого количества технологических задач. Качественно и в срок это делают только опытные специалисты российских компаний, которые уже давно работают на рынке.

Популярных производителей тепловых насосов можно разделить на три ценовых категории:

Дешевые китайские. Например, Meeting (КНР) с максимальной мощностью 7 кВт для отапливаемой площади 50—100 м² по цене 95 200 руб.
Под американским брендом Mammoth производят оборудование в том же Китае: максимальная мощность 7,8 кВт, отапливаемая площадь 50 м², цена 261 000 руб.
Самые дорогие изделия производятся немецкими компаниями. Например, Stiebel Eltron: максимальная мощность 9,9 кВт, отапливаемая площадь 50 м², цена 645 000 руб.

Чтобы в будущем не возникало непредвиденных ситуаций лучше выбрать компанию, которая обеспечивает весь комплекс услуг: выполняет проектные работы, поставляет оборудование, производит монтаж, пусконаладочные работы и сервисное обслуживание.

Цены на модельный ряд геотермальных тепловых насосов

геотермальный тепловой насос

Установка геотермальной системы

Строительство комплекса ГТН состоит из трех независимых участков работы: внутренняя система отопления, тепловой насос и внешний контур.

Монтаж внешнего контура состоит из следующих этапов:

Выполните проектные работы.
Произведите пробное бурение для анализа грунта.
Пробурите скважины при вертикальном размещении петель коллектора или выройте котлован для горизонтальной укладки труб.
В котловане или скважинах разместите трубы внешнего контура.
Заполните трубы теплоносителем, выпустите из системы воздух.
Произведите подключение всех петель контура к коллектору.
Сделайте опрессовку всей системы, чтобы выявить и устранить возможные протечки.
Соедините коллектор с оборудованием ГТН.
Сделайте пробный запуск.
Подключите систему отопления дома и отрегулируйте работу всего комплекса.

Для размещения оборудования выделите отдельное подсобное помещение с температурой не ниже +14 °С. Систему отопления дома подготовьте к моменту пусконаладочных работ.

Какие расходы требует монтаж

Компрессор, насосы, автоматика ГТН требуют бесперебойного электроснабжения. На случай отключения приобретите электрогенератор с автоматическим запуском.

Установка ГТН включает расходы на:

комплект основного оборудования с компрессором, теплообменниками, автоматикой;
бурение скважин и рытье котлована;
монтаж коллектора;
теплоноситель для наружных труб — пропиленгликоль;
бойлер для горячего водоснабжения;
монтаж;
пусконаладочные работы.

Общие расходы на монтаж, с учетом стоимости скважин, находятся в пределах от 5 до 10 тысяч долларов. При использовании открытого водоема будет дешевле на 30—50 %.

Варианты строительства систем, использующих разницу температур земли

Основной частью отопительной системы, построенной по такому принципу, является контур прямого теплообмена. Этот компонент стоит где-то от 1/5 до 1/2 общей стоимости системы и является наиболее громоздкой частью.

При строительстве такой системы очень важны первичные геологические исследования: ее энергоэффективность улучшается с примерно на 4% для каждого 1°С, выигранного от правильного расположения теплообменного контура.

При горизонтальном расположении теплообменных контуров на глубине от 1 до 2,4 м эта часть устройства будет испытывать сезонные циклы колебания температуры из-за естественного солнечного нагрева и потери тепла в атмосферный воздух на уровне земли. Эти циклы колебания температуры отстают от смены сезонов из-за тепловой инерции.

Глубокие вертикальные системы с залеганием теплообменников на отметках от 30 до 160 метров зависят только от геологической миграции тепла.

Системы с прямым обменом

В тепловых насосах с прямым обменом используется непосредственный тепловой контакт с землей (в отличие от комбинации петли хладагента и водяной петли). Хладагент выходит из корпуса теплового насоса, циркулирует по петле из медной трубки, расположенной под землей, и обменивается теплом с грунтом перед возвращением к насосу.

Название «прямой обмен» относится к теплопередаче между петлей с хладагентом и землей без использования промежуточного жидкости. В такой системе нет прямого взаимодействия между жидкостью и землей, имеется только передача тепла через стенку трубы. Тепловые насосы с прямым обменом в настоящее время используются редко, их не следует путать с оборудованием, работающим на основании обмена теплом через промежуточные контуры.

Тем не менее, системы прямого обмена являются более эффективными и имеют потенциально более низкие затраты на установку, чем закрытые системы с водяным контуром. Высокая теплопроводность меди вносит свой вклад в повышение эффективности системы, но входящий тепловой поток преимущественно ограничен теплопроводностью земли, а не трубы.

Основными причинами высокой эффективности такого оборудования являются отсутствие водяного насоса (который использует электричество), отсутствие теплообменника между водой и хладагентом, который является источником тепловых потерь.

В тоже время они требуют большего количества хладагента, и их трубопроводные системы являются более дорогими.

Системы с замкнутым контуром

Большинство из систем, устанавливаемых в настоящее время, имеют две петли:

первичный контур с хладагентом;
вторичный контур, заполненный водой, располагающийся под землей.

Вторичный контур, как правило, изготавливается из полиэтиленовых труб высокой прочности и содержит смесь воды и антифриза (пропиленглиголя, денатурированного спирта или метанола).

После выхода из внутреннего теплообменника, вода течет через вторичный контур вне здания, чтобы обмениваться теплом с землей перед возвращением. Вторичный контур располагается ниже линии замерзания, где температура является более стабильной или погружается в ближайший доступный водоем.

Системы, расположенные в земле, насыщенной влагой или в воде, как правило, более эффективны, чем сухие контуры заземления. Если земля в вашей местности сухая, то вместе с контуром рекомендуется размещать дренажный шланг, увлажняющий грунт вокруг контура заземления.

Закрытые системы имеют более низкую эффективность, чем системы прямого обмена, так как требуют более длинной трубопроводной системы и большого объема земляных или буровых работ.

Подземный контур геотермальной системы может быть установлен горизонтально в виде петли в траншеях или вертикально в виде нескольких длинных U-образных конструкций. Размер области петли зависит от типа почвы и содержания влаги, средней температуры и возможных потерь тепла, а также от иных характеристик.

Замкнутые системы с вертикальным расположением труб

Контур такой замкнутой системы состоит из труб, которые вертикально уходят в грунт. Глубина проникновения составляет от 15 до 120 метров. Пары труб в каждой скважине соединены с U-образным поперечным разъемом в нижней части шахты. Скважины под трубы обычно заполняются специальным раствором, чтобы обеспечить тепловую связь с окружающей почвой или породой, для улучшения передачи тепла. Специальный раствор также защищает грунтовые воды от загрязнения.

Вертикальное расположение геотермальных труб

Замкнутые системы с горизонтальным расположением труб

Контур такой замкнутой системы состоит из труб, которые проходят горизонтально в грунте.U-образные или кольцевые витки трубопровода закапываются в грунт ниже, чем линия промерзания.

Траншея с уложенным контуром

Земляные работы при монтаже такой системы обходятся вполовину дешевле, чем вертикальное бурение. Такая технология используется везде, где имеется достаточное пространство на участке.

Вариант строительства геотермальной системы

Для иллюстрации, отопительная система такого типа в отдельно стоящем доме, потребляющая 10 кВт тепловой мощности, потребует 3 петли длиной от 120 до 180 метров каждая.

Система с направленным бурением

В качестве альтернативы, траншеи петли контура геотермального теплового насоса могут быть заложены с помощью технологии горизонтального бурения. Эта технология позволяет заложить трубы под дворы, подъездные пути, сады и другие элементы инфраструктуры, не разрушая их.

Стоимость такой системы колеблется между ценой конструкций с использованием траншей и ценой конструкции с вертикальным бурением. Эта система может также отличается от конструкций с траншеями или с вертикальным бурением, так как петли могут бытьсоединены с одной центральной камерой, что еще больше снижает количество необходимого пространства. Системы с использованием направленного бурения часто устанавливается ретроспективно, то есть уже после того, как здание было построено.

Установка контура в водоеме

Теплообменный контур перед погружением на дно водоема

Замкнутая система с погружением контура на дно водоема состоит из трубопроводов, укладываемых в виде петель и расположенных на дне пруда соответствующего размера или другого водного источника.

Система с расположением труб в водоеме

Открытые геотермальные тепловые системы

В открытых геотермальных системах (также называемых тепловыми грунтовыми насосами), во вторичный контур насосами закачивается природная вода из колодца или водоема. Затем вода поступает в теплообменник внутри теплового насоса. После извлечения тепла и переноса его на первичный контур хладагента вода возвращается в нагнетательные скважины, траншеи орошения или в водоем. Подающая и обратная линии должны быть размещены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить тепловую подпитку источника.Поскольку химический состав воды не контролируется, тепловой насос своими руками и трубопроводы должны быть защищены от коррозии с помощью различных металлов в теплообменнике и насосе. Также систему может загрязнять накипь и возможно, вам потребуется ее периодическая очистка.

В том случае, если используемая вода содержит высокий уровень солей, минералов, железа, бактерий или сероводорода, предпочтительнее использовать замкнутые системы.

Открытые отопительные геотермальные системы с использованием грунтовых вод, как правило, более эффективны, чем закрытые системы, так как они лучше используют разность температур. Так, системы с замкнутым контуром должны ещё передавать тепло через дополнительные слои стенки трубы и почвы.

Однако, при установке таких систем могут возникнуть юридические проблемы, потому что они могут делать скудными водоносные горизонты или загрязнять скважины. Это заставляет строителей использовать более экологичные замкнутые системы.

Система со столбом жидкости

Система геотермального охлаждения или отопления является специализированным типом замкнутых систем. Вода в такую конструкцию поступает из нижней части глубокой скважины породы, пропускается через тепловой насос и возвращается в верхнюю часть скважины, где путешествуя вниз, обменивается теплом с окружающей породой.

Системы со столбом жидкости обычно используются при ограниченных площадях участка. Такая конструкция не рекомендуется к использованию на песчаных и глинистых почвах. Конструкция также может предусматривать несколько столбов жидкости. Она популярна в жилых и небольших коммерческих зданиях.

Основные узлы системы геотермального отопления

Жидкостно-воздушный тепловой насос

Тепловой насос является центральным блоком системы геотермального охлаждения или отопления. Внешне и функционально он напоминает холодильник.

Некоторые модели таких тепловых насосов могут не только отапливать помещения, но и охлаждать их, подогревать воду, обеспечивая потребность в горячем водоснабжении.

Нагретый или охлажденный воздух может быть доведен до конечного прибора системы отопления или кондиционирования за счет циркуляции воды или принудительной подачей воздух. Почти все виды тепловых насосов изготавливаются как для коммерческого, так и для бытового назначения.

Жидкостно-воздушные тепловые насосы (также называемые «вода-воздух») часто используются для замены устаревших центральных систем кондиционирования.

Жидкостно-водяной тепловой насос

Жидкостно-водяные тепловые насосы (также называемые «вода-вода») являются гидравлическими системами, которые используют два контура, заполненных жидкостью для теплообмена между ними. Такие системы обычно питают теплоносителем такое оборудование, как полы с водяным подогревом, отопительные радиаторы с жидким теплоносителем. Такие устройства могут нагревать воду до температуры примерно в 50° C, в то время как температура теплоносителя на выходе из обычного отопительного котла достигает 65-95° C. Таким образом, в системах с геотермальными насосами невозможно использовать радиаторы, предназначенные для более высоких температур.

Геотермальные тепловые насосы особенно хорошо подходят для напольного отопления, которое требует сравнительно низких температур до 40° C. Использование больших поверхностей, таких как полы, в отличие от радиаторов, распределяет тепло более равномерно и позволяет эффективно использовать более низкую температуру воды. Напольное покрытие из древесины или ковровые напольные покрытия ослабляют этот эффект, потому что термический КПД передачи этих материалов ниже, чем у каменных полов (плитка, бетон).

Также существуют комбинированные тепловые насосы, которые могут производить одновременную принудительную циркуляцию воздуха и воды. Эти системы в основном используются для домов, имеющих сочетание потребностей воздушного кондиционирования и жидкостного отопления.