Геотермальный зонд. Устройство
Геотермальный зонд - это одна или две U-образные трубы, которые погружаются в специальную пробуренную скважину. Зонды, как правило, выполнены из пластиковых труб РЕ-Ха, специально разработанных для применения в тяжелых условиях, так как зонд на большой глубине испытывает воздействие высокого давления.
Все промежутки между трубами и грунтом заполняются материалом с хорошей теплопроводностью - бетонитом. В противном случае будут существенные потери в теплопередаче.
Расчёт геотермального контура.
Сделаем самостоятельно геотермальный зонд
RL - подающая магистраль контура
VL - обратная магистраль магистраль
А - Бетонит
В - Наконечник зонда
VL - обратная магистраль магистраль
А - Бетонит
В - Наконечник зонда
Холодный теплоноситель (рассол) от теплового насоса по магистрали VR перетекает к нижней точке зонда, а затем обратно по магистрали VL - к испарителю теплового насоса. При этом он отбирает тепло. Удельный тепловой поток в значительной степени непостоянен и составляет от 20 до 100 Вт/м длины зонда. Если исходить из среднего значения 50 Вт/м - это означает, что, например, для теплового насоса мощностью 10 кВт потребуется зонд длиной 200 м или четыре зонда по 50 м. Зонды между собой из разных скважин соединяются через коллектор.
Расстояние между 2 земляными зондами должно составлять:
- при глубине до 50 м минимум 5 -7 м
- при глубине до 100 м минимум 7 - 9 м
Если есть возможность развести зонды на большее расстояние, то это будет только лучше.
Расстояние между 2 земляными зондами должно составлять:
- при глубине до 50 м минимум 5 -7 м
- при глубине до 100 м минимум 7 - 9 м
Если есть возможность развести зонды на большее расстояние, то это будет только лучше.
Удельный показатель отбора мощности для земляных зондов в зависимости от типа грунта:
Рассмотрим пример расчёта геотермального зонда в виде двойной U-образной трубы. Средний отбор мощности q = 50 Вт/м длины зонда, мощность теплого насоса берём за N = 5,0 кВт. Длина зонда составит L=N/q, то есть 5000 разделить на 50, равно 100 метров.
Для зонда берем полиэтиленовую труба 32 × 3,0 (2,9) мм с 0,531 л/м.
Рассчитываем необходимое количество теплоносителя. Диаметр подводящего трубопровода должен быть больше диаметра трубных контуров, рекомендуется PE 32 - PE 63. Земляной зонд в виде двойной U-образной трубы, подающая магистраль 10 м (2 × 5 м) из полиэтиленовой трубы 32 × 3,0 (2,9)= 2 × 100 м × 2 × 0,531 л/м + 10 м × 0,531 л/м = 217,7 л. Лучше предусмотреть не менее 220 л, включая количество рассола, необходимого для теплового насоса.
В качестве рассола/теплоносителя лучше использовать, примеру, пропиленгликоль или 25% раствора гликоля. Точка замерзания рассола должна быть не ниже -20 °С.
Для зонда берем полиэтиленовую труба 32 × 3,0 (2,9) мм с 0,531 л/м.
Рассчитываем необходимое количество теплоносителя. Диаметр подводящего трубопровода должен быть больше диаметра трубных контуров, рекомендуется PE 32 - PE 63. Земляной зонд в виде двойной U-образной трубы, подающая магистраль 10 м (2 × 5 м) из полиэтиленовой трубы 32 × 3,0 (2,9)= 2 × 100 м × 2 × 0,531 л/м + 10 м × 0,531 л/м = 217,7 л. Лучше предусмотреть не менее 220 л, включая количество рассола, необходимого для теплового насоса.
В качестве рассола/теплоносителя лучше использовать, примеру, пропиленгликоль или 25% раствора гликоля. Точка замерзания рассола должна быть не ниже -20 °С.
В вертикальном геотермальном контуре могут использоваться зонды нескольких типов: двухтрубные, коаксиальные и четырехтрубные.
- Двухтрубный геотермальный зонд – самый популярный геотермальный U-зонд, не дорогой и легкий в монтаже.
- Коаксиальный геотермальный зонд — устройство: труба в трубе, распространенные варианты диаметров пнд труб: 63 мм. и 40 мм., 63мм. и 32 мм. Более сложный в исполнении.
- Четырехтрубный геотермальный зонд – состоит из четырех труб и наконечника. Применяется для увеличения мощности геотермального контура до 20% в холодных регионах. Один из самых оптимальных в монтаже.
Основной вид конструкции геотермального зонда: пластиковые трубы (ПНД) диаметром 25 - 40 мм, которые герметично соединяющиеся внизу специальной U-образной муфтой, образуя длинный U-образный канал, заполненный рассолом. В продаже имеются готовые зонды и отдельно наконечники и трубы, которые соединяются между собой пайкой. Трубы перед началом эксплуатации обязательно опрессовываются. Сборка производится посредством коллектора.
Соединение осуществляется при помощи фитингов и электромуфтовой сварки. Для этого используется специальный сварочный автомат.
Рассмотрим еще один пример, приближенный к реальности. Исходные данные – те же, что в приведенном выше расчете горизонтального коллектора. При удельном теплосъеме зонда 50 Вт/м и берём мощность теплового насоса 11,35 кВт (дом до 200 квадратных метров) длина зонда L должна составить 225 м. Для устройства коллектора необходимо, таким образом, пробурить три скважины глубиной по 75 м. Что в целом представляется весьма реалистичным для самостоятельной работы с использованием МГБУ. В каждой из скважин размещаем по две петли из трубы: всего – 6 контуров по 150 м.
Общий расход теплоносителя при t = 5 С составит 2,1 м3/ч; расход через один контур – 0,35 м3/ч. Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25% раствора гликоля); сопротивление контура – 14,4 кПа; скорость потока – 0,3 м/с.
Общий расход теплоносителя при t = 5 С составит 2,1 м3/ч; расход через один контур – 0,35 м3/ч. Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25% раствора гликоля); сопротивление контура – 14,4 кПа; скорость потока – 0,3 м/с.