Грунтовий тепловий насос

Тепло грунту на глибині до 20 м є накопиченим сонячним теплом, яке переходить у грунт завдяки прямому обігріву сонячними променями, передачі тепла від повітря або атмосферних опадів, що випали. Тепло глибших шарів, нижче 20 м (т. зв. «нейтральної зони»), формується енергією, що надходить з надр землі, і практично не залежить від сезонних змін клімату.

Для відбору тепла ґрунту використовуються теплові насоси конфігурації ґрунт/вода або ґрунт/повітря. Такі системи складаються з теплового насоса та ґрунтових теплообмінників. Сам тепловий насос розміщують у котельному приміщенні, до якого підводиться контур ґрунтового теплообмінника.

За принципом дії ґрунтові теплові насоси поділяють на:

• системи прямого розширення – у ґрунт закладається контур мідного трубопроводу, яким циркулює холодоагент. У процесі циркуляції він нагрівається і відбувається випаровування, після чого він надходить безпосередньо в компресор;
• системи з розсольною рідиною – у ґрунт закладається контур трубопроводу, яким циркулює незамерзаючий теплоносій. Тепло відібране у процесі циркуляції передається тепловому насосу.

Теплові насоси з ґрунтовими теплообмінниками прямого розширення мають більш високу ефективність у порівнянні з тепловими насосами ґрунтового типу з використанням розсолу. Ця відмінність пояснюється тим, що в системах з контуром розсолу відбувається подвійний теплообмін грунт – розсіл, розсіл – холодоагент, на відміну від теплообміну систем прямого розширення «ґрунт – холодоагент». У системах з використанням теплоносія як переносника тепла також накладаються додаткові витрати на забезпечення роботи циркуляційного насоса.

Типи грунтових контурів

Горизонтальні ґрунтові контури:

Переваги:

• низька ціна;

Недоліки:

• необхідність наявності великої площі землі, використовуваної розташування теплообмінників;
• вплив погодних змін на температуру ґрунту;
• обмеження по можливості зростання рослинності на території із земляним контуром;
• складність проведення ремонтних робіт у разі розгерметизації контуру.

Грунтовий тепловий насос із горизонтальним контуром

Вертикальні ґрунтові контури (зонди):

Переваги:

• температура ґрунту, не залежить від температури навколишнього середовища;
• можливе розташування на невеликій площі майданчика.

Недоліки:

• висока ціна;
• складність проведення ремонтних робіт у разі розгерметизації контуру.

Тепловий насос із вертикальним контуром (зонд)

Корисна кількість тепла та ефективність теплового насоса, і таким чином площа необхідної поверхні теплообміну залежить від теплофізичних властивостей ґрунту та від кліматичних умов регіону. Термічні властивості ґрунту, такі як об’ємна теплоємність та теплопровідність, дуже сильно залежать від гранулометричного складу та стану. Теплоакумулюючі властивості і теплопровідність ґрунту тим вищі, чим більша його вологість, мінералізація і чим менший вміст у ньому часу з повітрям. Тому ґрунтові теплові насоси, однакові за потужністю і що знаходяться в одній кліматичній зоні, можуть відрізнятися необхідною кількістю ґрунтових контурів та їх довжиною.