Нижним источником тепла для тепловых насосов, за исключением вертикального зонда и горизонтального коллектора, которые уже обсуждались в предыдущих статьях, может быть вода: вода в колодце, вода в водохранилище (пруд, озеро) или вода в реке. Так каковы преимущества и условия, связанные с использованием скважины в качестве нижнего источника тепла? Тепловой насос, использующий тепло подземных вод, сконструирован аналогично насосу, взаимодействующему с горизонтальным коллектором или вертикальным зондом в качестве нижних источников тепла. Разница в самом источнике тепла. В горизонтальном коллекторе и вертикальном датчике рабочая среда, которая циркулирует в подземных трубах, чаще всего представляет собой водный раствор пропиленгликоля с температурой замерзания примерно минус 15 ° С, тогда как в насосе, который извлекает тепло из грунтовых вод, сама вода забирается из скважины. Эта вода в принципе течет через теплообменник с тепловым насосом, в котором она выделяет часть своего тепла, а затем возвращается обратно на землю через вторую скважину. Из этого, казалось бы, простого принципа отвода тепла из подземных вод, помимо преимуществ, вытекает ряд важных условий, которые необходимо соблюдать на практике.

Важные особенности Интерес к использованию подземных вод для тепловых насосов обусловлен тем фактом, что это потенциально очень эффективный и термически стабильный источник тепла. Подземная вода на глубине менее 6 м имеет высокую температуру, как для теплового насоса, порядка 7-12 ° С. Для расчета теплового кпд этого типа нижнего источника средняя температура обычно составляет 10 ° С. Это на 10oC больше, чем для горизонтального коллектора, и на 5oC больше, чем для вертикального зонда. Второй важной особенностью водяного источника тепла является его постоянная температура в течение всего года, благодаря которой тепловой насос может достичь очень высокого коэффициента энергоэффективности. На практике это может означать низкие эксплуатационные расходы теплового насоса, то есть дешевое отопление здания и дешевое отопление технической воды. Однако на конечный результат эффективности работы теплового насоса с источником в виде подземных вод влияют более важные компоненты.
Рисование и падение
Надо сделать две скважины. С одной стороны, вода втягивается в тепловой насос, а вторая - слив воды из теплового насоса. Выполнение скважины, как хорошо дренированной, так и впитывающей, требует соответствующих предварительных и последующих геологических работ, реализации проекта и выполнения всех юридических формальностей, связанных с ним. В соответствии с Законом о воде (Закон от 18 июля 2001 года. Закон о воде (Законодательный вестник № 115, пункт 1229)) владелец земли может использовать воду на своей собственности без разрешения, если потребление воды не превышает 5 м3 / день, а производительность насосов, забирающих воду из скважины, не превышает 0,5 м3 / ч. Глубина пробуренной скважины не может превышать 30 м. Эти условия определяют так называемые потребности обычного водопользования (статья 124), тогда как скважина пробурена глубже 30 м или с большей потребностью в воде, должен быть составлен план геологических работ (закон о воде) и должно быть получено разрешение на воду для «специального водопользования» и «объектов водоснабжения» (пункты 1 и 3 статьи 122). Гидрогеолог проводит обследование воды или уполномоченный проектировщик В разрешении по водному законодательству (статья 128) цель и сфера использования воды, условия осуществления права и обязанности, необходимые для защиты ресурсы окружающей среды, интересы населения и экономики, в частности: количество забираемой воды, ограничения, вытекающие из необходимости поддерживать нерушимый сток, управление водными ресурсами, необходимые меры, ограничивающие негативное воздействие на окружающую среду, проведение периодических измерений производительности и уровня воды в колодце и другие. Дополнительным юридическим документом, важным с точки зрения освоения скважины, является Закон о геологии и горной промышленности (Закон от 4 февраля 1994 года, Законодательный вестник 1994 года, № 27, пункт 96). В соответствии с Законом о геологии и разработке месторождений, необходимо подтвердить проект воеводством и разработать результирующую гидрогеологическую документацию по выполненной скважине и ее одобрение геологической администрацией в данном районе, а также зарегистрировать скважину и получить регистрационную карточку. Документирование результатов скважины важно с точки зрения выбора теплового насоса для источника. Он определяет три основных параметра скважины, такие как: допустимая мощность, уровень статического уровня воды и разрежение. Эти параметры не могут быть превышены во время эксплуатации скважины. Урегулирование всех формальностей требует, как вы видите, больших усилий, времени и финансовых затрат.

Выполнение на месторождении Дальнейшие затраты связаны с внедрением обеих скважин на месторождении. Их расположение должно соответствовать направлению потока подземных вод; колодец поднимается выше, чем ниже, так что вода, возвращенная в колодец, не возвращается в колодец. Обе скважины должны достигать одного и того же водоносного горизонта и находиться на расстоянии не менее 15 м друг от друга. Правильное выполнение этих работ требует хорошего дизайна, хорошей компании по водоснабжению и постоянного гидрогеологического надзора. Только после того, как скважина будет построена, можно практически оценить ее эксплуатационные характеристики, в частности: уровень зеркала, расход и чистоту воды. В таблице приведены примерные необходимые расходы исходной воды для тепловых насосов в зависимости от их номинальной мощности. Тип насоса, необходимого для подачи воды в испаритель теплового насоса, будет зависеть от глубины уровня воды. При стабильном уровне воды на глубине до 8 м можно использовать горизонтальный самовсасывающий насос с донным клапаном, аналогичным тем, которые используются в гидрофорных установках. Такой насос может быть расположен в помещении теплового насоса. На более низких уровнях грунтовых вод необходимо будет использовать погружной насос с подходящей высотой подъема и соответствующей мощностью, погруженный в скважину. Использование погружного насоса в отличие от горизонтального насоса позволяет избежать источников шума и вибрации в здании.

Качество воды Химический состав воды, особенно содержание железа, марганца и других химических соединений, имеет большое значение для эффективности теплового насоса. Железо, содержащееся в грунтовых водах, очень легко окисляется и образует суспензии оксидов железа. В результате загрязняется испаритель теплового насоса, который чаще всего представляет собой пластинчатый теплообменник, что приводит к значительному снижению его эффективности и энергоэффективности. Очистка испарителя теплового насоса потребует демонтажа всего насосного агрегата, что будет связано с огромным объемом работ и высокими затратами. Этому вредному явлению можно противодействовать несколькими способами.

Без утечек Прежде всего, убедитесь, что установка, обеспечивающая грунтовые воды для испарителя, герметична. Это вопрос газонепроницаемости, так что кислород не имеет доступа к воде и не окисляет содержащееся в ней железо. Эта герметичность также должна поддерживаться при обратной установке в абсорбирующую скважину. Возвратная вода должна сохранять неизменный химический состав благодаря чистоте природной среды. Независимо от герметичности установки используется дополнительный теплообменник для источника воды. Обычно это разборный пластинчатый теплообменник, который можно периодически чистить внутри. Подземные воды отдают тепло в дополнительном теплообменнике в чистую среду, которая переносит тепло в испаритель. Такое конструктивное решение защищает испаритель от загрязнения, но в некоторой степени снижает эффективность теплового насоса из-за потерь тепла на дополнительном теплообменнике. Некоторые производители предлагают тепловые насосы с испарителями специальной конструкции с коаксиальным теплообменником (рис.) Вместо пластинчатых теплообменников.
Характерной особенностью этих теплообменников является большее и регулярное поперечное сечение потока рабочего тела, благодаря которому все содержащиеся в воде примеси не останавливаются, но могут свободно течь через теплообменник. Коаксиальные теплообменники также характеризуются высокой эффективностью теплообмена и коррозионной стойкостью. Абсорбент хорошо играет важную роль. Его задача - эффективно собирать и поглощать все количество воды из теплового насоса. Это не всегда возможно из-за гидрогеологических причин или из-за заиливания впитывающей скважины после определенного периода ее работы. В этом случае может оказаться, что однажды вокруг дома образовалось озеро.

Работа теплового насоса с нижним источником в виде грунтовой воды требует от пользователя постоянного контроля как приемных, так и абсорбционных скважин. Только таким образом можно быстро и своевременно обнаружить неблагоприятные изменения в нижнем источнике тепла, чтобы правильно отреагировать, защищая от неприятных последствий неправильной работы всей системы теплового насоса. В нашей динамично развивающейся стране следует также учитывать еще одну опасность того, что тепловой насос может представлять опасность для нижнего источника в виде грунтовых вод. Если в нескольких десятках или даже нескольких сотнях метров от скважины будут созданы инвестиции в строительство, что потребует глубоких земляных работ, в результате чего уровень грунтовых вод может быть уменьшен настолько низко, что все скважины в этом районе высохнут. В этой ситуации компенсация за ущерб, обычно получаемый после длительного процесса компенсации, не покрывает все расходы, связанные с восстановлением функционирования подземных сооружений.
Доктор Инь. Ян Седлачек
Рис. Поперечные сечения теплообменников, используемых в качестве испарителей в тепловых насосах: 1) пластинчатый теплообменник, 2) коаксиальный теплообменник.
Смотрите статью в формате PDF