HP-wwwГеотермічні зонди широко використовуються у теплонасосних системах. Але, на жаль, під час установлення таких систем припускаються багатьох помилок, які спричиняють значні збитки. Тому у цій галузі необхідний суворий контроль якості для гарантування тривалої роботи обладнання.

 

Проблеми якості

 

Важливими факторами, що впливають на якість геотермічних зондів, є недостатня компетентність фахівців, неякісний монтаж і помилки протягом усього процесу реалізації проекту. Тому необхідний дуже суворий контроль якості на всіх етапах виконання проекту, починаючи з консультацій і проектування і завершуючи монтажем. До цієї сфери також належить вичерпне інформування всіх працівників, підвищення кваліфікації та атестація.

Вирішальним фактором для забезпечення належного управління якістю є прозорість під час виконання робіт на всіх етапах. Крім того, необхідна також відкрита дискусія про всі переваги та недоліки цієї техніки і необхідні умови для гарантування високої ефективності теплового насоса, COP якого може сягати 3,5 і більше. Незрозуміло, чому деякі виробники і монтажники систем не намагаються підвищити їхню ефективність. Адже прийнятним коефіцієнтом енергоефективності для систем з геотермічними зондами, наприклад у Європі, має бути COP більше 4. Висока енергетична ефективність цих систем має становити інтерес для виробників і монтажників систем. Зрештою, для споживача витрати на теплонасосну установку з геотермічним зондом є чималими, а тому система мусить бути довговічною і здатною безперебійно працювати.

 

На що слід звертати увагу під час проектування?

 

Вирішальною передумовою для раціонального використання теплонасосної системи з геотермічним зондом є власне будівля, яку потрібно опалювати. Щоб отримати вигоду від такої установки і підвищити її ефективність, опалюваний об'єкт повинен бути добре теплоізольований та оснащений панельною системою опалення. Потреба в енергії для опалення повинна бути менше за 100 кВт*год/м2. Для особливо ефективної роботи теплового насоса необхідна підлогова система опалення, а ще краще – стінова, тому що така система є низькотемпературною.

Надзвичайно важливим параметром під час проектування установки є температура води, оскільки температура води в накопичувачі має становити не менше 60 OC. А це нелегке завдання для теплового насоса, якщо температура води, що подається геотермічним зондом, становить від 2 до 12 OC. Тут варто подумати про додаткові допоміжні засоби, навіть якщо вся установка таким чином стане дорожчою.

Чому б не нагрівати воду для побутових потреб сонячною енергією? Те, що на перший погляд виглядає трохи дивно, з іншої точки зору може виявитися геніальною синергетичною ідеєю. Саме в літні місяці порода, у якій розміщений геотермічний зонд, повинна відпочити від відбирання тепла. Йдеться про те, щоб на початку нового опалювального сезону порода була у такому ж стані, як і на початку попереднього опалювального сезону. Тільки у такому випадку може бути забезпечена тривала робота теплонасосної установки.

Завдяки використанню сонячної енергії також можливо забезпечити регенерацію породи. Влітку геліоустановка постачає значно більше енергії, ніж це потрібно для нагрівання води. Ця енергія може безпосередньо використовуватися для відновлення породи навколо геотермічного зонда.

Також тепло у будівлі влітку створює передумови для прискорення відновлення грунту навколо геотермічного зонда. Передумовою для цього в будь-якому випадку є матеріал, з якого вироблено зонд, він має бути із зшитого поліетилену (PEX). Марка полімеру PE 100, яку, як правило, застосовують, не може тривалий час витримувати високі температури.

Заходи з відновлення породи навколо геотермічного зонда можуть зменшити необхідну глибину встановлення. Проте це потребує більш точних розрахунків при використанні геотермічного зонда.

 

Геологічні знання про грунт

 

Для коректного закладання геотермічного зонда необхідно знати геологічну будову грунту і глибину, на якій знаходиться водяний шар. Потреба у теплі об'єкта повинна покриватися геотермічними зондами. Основою для розрахунків є геотермічний зонд, заповнений чистою водою. Нижнє граничне значення температури цього геотермічного зонда становить +2 OC. На противагу цьому, геотермічні зонди, які працюють на суміші води з гліколем, функціонують при температурі до -1,5 OC. Загалом, геотермічний зонд повинен закладатися надійно. Зонди, що працюють на суміші води з гліколем, можна закладати не так глибоко, тобто робити їх трохи коротшими, але це значно впливає на собівартість установки.

Поширена думка про те, що водяні геотермічні зонди повинні бути значно довшими за зонди, що працюють на суміші води з гліколем, жодним чином не відповідає дійсності, оскільки для визначення довжини зонда має значення тільки нижнє граничне значення температури геотермічного зонда. Це нижнє граничне значення температури визначає інтенсивність відбирання тепла геотермічним зондом. Температури нижчі за -5 OC в принципі є непідходящими для забезпечення надійної і тривалої роботи установки. Геотермічні зонди, заповнені чистою водою, при однаковій глибині закладання мають значно вищу енергетичну ефективність.

Для постійного контролю за роботою установки користувачам варто запропонувати встановити електронний лічильник всієї теплоти, відданої тепловим насосом. Тільки таким чином можна визначити фактичну ефективність роботи установки протягом року. Лише цей показник є мірилом енергетичної ефективності всієї установки.

 

HP ground-22Помилки в роботі з геотермічними зондами та їхні наслідки

 

Ще на фазі проектування геотермічного зонда можуть виникати невиправні помилки. Визначення розмірів геотермічного зонда залежить в першу чергу від потреби об'єкта в теплі і геологічних умов місцевості. Недостатня увага до термічних властивостей пластів і порожнин, а також глибини залягання водяного шару може призвести до неправильного закладання геотермічного зонда. Через це виникає небезпека, що зонд буде проходити у зоні замерзання, що може призвести до пошкоджень зонда і прилеглої території. Ці пошкодження можуть негативно впливати на ефективність зонда, а також становити небезпеку для грунтових вод через витоки небезпечних сполук.

При закладанні геотермічного зонда необхідно узгодити систему з теплоносієм. Зонди, які працюють на чистій воді, не можуть функціонувати у зонах замерзання, так само як і зонди, робочою речовиною у яких є суміш води з гліколем. Геотермічні зонди, що працюють на воді, потребують обережного закладання всієї системи. Однак чиста вода має, загалом, значно кращі властивості порівняно з іншими рідинами-теплоносіями. Вода потребує значно менших енергетичних витрат насоса і має кращі термодинамічні властивості при передачі тепла та його зберіганні.

Забутовування або запресовування геотермічного зонда має повністю виключити протікання води вздовж усього геотермічного зонда. Таким чином ущільнюються різні шари грунтових вод і відновлюється стан пластів, які не пропускають воду. Коректне забутування слугує додатковим захистом грунтових вод від потрапляння води-теплоносія при дефектах зонда, а також оптимально притискає геотермічний зонд до оточуючого каміння.

Недостатнє або відсутнє забутування чи заповнення свердловини геотермічного зонда одним лише матеріалом із кар'єру ставить під сумнів стабільність геотермічного зонда. Крім того, це призводить до незадовільного відбирання тепла, таким чином виникає небезпека перевантаження зонда і зонд через це потрапляє у холодну зону зі зміною замерзання та відтавання. Внаслідок цього можуть виникати пошкодження зонда і матеріалу забутування та прилягаючих шарів грунту, може доходити навіть до підняття або опускання грунту. Захист грунтових вод зникає. Значно зростає витрата електроенергії.

Недостатнє запресування неможливо виправити. Забутування повинно бути стійким і без просідань грунту. Щоб досягти задоволення необхідних вимог, матеріал запресування повинен підходити для застосування у грунтових водах, мати мінімальну проникність, підходити до підстилаючої породи і тривалий час залишатися щільним. Спресований матеріал має бути зручним для користування в умовах будівельного майданчика і легко оброблятися. Необхідно, щоб матеріал легко закачувався (гарна плинність), мав седиментаційну стабільність і сталий об'єм, а також стійкий до усідання та просідання цементуючий ефект. Спресований матеріал повинен бути стійким до хімічних, термічних і механічних навантажень. Він також має бути холодостійким. В'яжуча субстанція не повинна містити порожнин у своїй структурі, а також повинна мати високу провідну здатність.

 

vert loop diagram-22-wwwПошкодження під час монтажу

 

Щоб не пошкодити зонд, його насамперед не можна закладати у свердловину, докладаючи значних зусиль. Між геотермічним зондом і свердловиною повинно бути достатньо місця для матеріалу для забутовування і шланга, яким цей матеріал подається, щоб створити ефективне ущільнення. Залежно від типу зонда (коаксіальний, звичайний U-подібний зонд чи подвійний U-подібний зонд) і діаметра його труби вираховується потрібний діаметр свердловини. Свердловина також має проходити максимально вертикально. Щоб уникнути пошкоджень під час монтажних робіт у зимовий період, зонд потрібно перед закладанням розігріти або зберігати у теплому місці. Щоб використовувати геотермічний зонд для опалення й охолодження або для подавання теплоносія температурою вище 30-40 OC, потрібно використовувати як матеріал для зонда зшитий поліетилен. При заповненні міжтрубного простору навколо геотермічного зонда довжиною понад 150 м слід використовувати спеціальний матеріал або дотримуватися певної процедури при використанні звичайного матеріалу.

Якщо до грунту потрапить артезіанська вода або вода під тиском, виникає небезпека змішування грунтових вод різних шарів, що впливає на гідравліку і хімічний склад теплоносія. Наприклад, можуть виникати просідання внаслідок зниження порового тиску. Також може виникнути надмірне виділення грунтових вод, зокрема і з твердими частинками.

 

Висновок

 

Професійне проектування, кваліфікований монтаж і контроль за встановленням є основними передумовами для тривалої вигідної експлуатації геотермічної установки й запобігання її пошкодженням, оскільки за це несе відповідальність власник ділянки. У зв'язку з цим пропонується залучати для буріння сертифіковану фірму із досвідченими фахівцями. Якщо всі ці умови виконані, теплові насоси з геотермічними зондами допоможуть значно заощадити енергію та кошти на опалення.

 

Інгрід Штобер