Контур для геотермального теплового насоса: кластерное бурение
Основной задачей при применении геотермальных тепловых насосов является создание грунтового контура. Первичный источник тепла должен соответствовать мощности теплового насоса и обеспечить требуемые потребности в отоплении и горячем водоснабжении объекта. На первое место при выборе технического решения выходят такие показатели как эффективность контура и стоимость его обустройства.
Время запуска в работу котельной на тепловом насосе для отопления дома обычно составляет не больше 4-5 недель. Большая часть работ приходится на строительство земляного контура отбора тепла. Исходя из фактических условий и технических параметров, предлагается 2 способа исполнения. Горизонтальный вариант укладки – самый простой, но занимает большую площадь. Более компактна вертикальная установка геотермальных зондов. Одно из перспективных на сегодняшний день решений – наклонно-кластерное бурение. В этом случае скважины расходятся лучеобразно под наклоном вниз из ограниченного пространства на поверхности.
Рассмотрим особенности применения данной технологии. На выбранном участке в грунт устанавливают железобетонное кольцо диаметром 1,5 метра. На нем крепится компактная буровая установка. Наклонные скважины идут из одного кластера под углом 10-45⁰ к горизонту в зависимости от глубины залегания твердых пород. Вся конструкция закрыта брезентовой палаткой, что позволяет работать при любой погоде, а также защищает находящиеся вокруг строения и деревья.
В готовые скважины опускают коаксиальные зонды. В том же бетонном кольце затем устанавливают сборный коллектор с запорными кранами. Такая конструкция обеспечивает деление потока и оптимальное давление, гарантирует минимальные теплопотери.
Первое очевидное преимущество – для проведения работ по бурению не требуется тяжелая техника и стандартные буровые установки. Необходимое оборудование и приспособления мобильны и переносятся по частям. Для проведения работ достаточно участка площадью 5х5 метров.
Во-вторых, точный расчет позволяет снизить затраты на буровые работы – самую дорогостоящую часть обустройства геотермального контура. Среди «хитростей» меньший диаметр ствола и бурение первой скважины под углом 45⁰. Это своеобразная разведка для оценки состояния грунта и определения требуемой длины – 33 м или 50 метров. Одинаковый размер зондов значительно облегчает последующую балансировку построенной сети.
Применение в процессе работ буровой штанги обеспечивает быстрый монтаж зонда. А минимальный зазор между трубой и скважиной позволяет сэкономить тампонирующий материал.
Геотермальный коллектор представляет собой теплообменник: циркулирующий в системе теплоноситель производит теплообмен с грунтом. Как показывает практика, наиболее оптимален для применения коаксиальный зонд с наружной полиэтиленовой трубой в верхней части скважины. С одной стороны, холодный теплоноситель доходит до активной глубины скважины, с другой – не происходит «замораживания» грунта в верхнем плодородном слое. При этом «паразитный» теплообмен между трубами составляет не более 8% за счет низкой теплопроводности материала внутренней части. Применение в технологии наклонного бурения коаксиального зонда – еще одно важное преимущество. При устройстве геотермального контура необходимо учитывать удельный теплосъем с погонного метра скважины. Этот параметр зависит от породы, из которой состоит грунт и движения подземных вод. В частности, сухой песок имеет показатель в 20 Вт, а супесь уже 60 Вт с метра скважины.
Для учета температуры грунта используют данные специальной таблицы, составленной для разных климатических зон. В идеале геотермальный зонд должен в среднем снимать 25-50 Вт, но в реальности этого не происходит.
Среди влияющих на стоимость контура факторов – тип теплоносителя и требуемый его объем для заправки системы. В предложенном решении предпочтение отдано пропилен гликолю с температурой замерзания -15 градусов. Данный продукт не наносит серьезного ущерба окружающей среде поскольку является пищевой добавкой.
Также надо отметить минимизацию при проведении земляных работ. В частности, строго вертикальное бурение требует прокладки траншей для подключения зондов к распределительному коллектору. Расстояние между скважинами составляет 5 м, таким образом, общая длина соединяющих линий нанесет ущерб уже обустроенному участку. При кластерном способе единственная теплотрасса до входа в здание обычно не превышает 5 м, что потребует минимального вмешательства в существующий ландшафт. Используемое при этом железобетонное кольцо заглублено на 30 см, что позволяет засыпать его грунтом и разбить сверху цветник или сделать газон. Для технических нужд остается небольшой люк.
Метод наклонно-кластерного бурения уже успели оценить многие заказчики. Новая технология сокращает сроки проведения работ и расход материалов, дает возможность оптимального выбора комплектующих. Важным преимуществом является минимальное воздействие на ландшафт в отличие от обычного вертикального бурения или горизонтальной прокладки. Совокупность применяемых ноу-хау значительно позволяет организовать геотермальный контур и позволяет заказчику сэкономить при организации теплоснабжения на основе теплового насоса.
Главный минус – более высокая стоимость системы, чем при классическом бурении под тепловые насосы.