Геотермальные системы охлаждения

Хорошо известно, что температура грунта и, соответственно, грунтовых вод на глубине свыше 5 м практически не зависит от смены времени года и составляет примерно 5-10°С, в зависимости от климатической зоны. Эта особенность делает возможным непосредственное использование подземного холода для охлаждения/кондиционирования зданий. Системы охлаждения, основанные на данном принципе называются геотермальными. В данных системах в качестве источника холода используются, как правило:

1. горизонтальный либо вертикальный коллектор — система труб, уложенных в грунте, позволяющая при прокачке через них нагретой охлаждаемым зданием водой, сбрасывать избыточное тепло в более холодный грунт;
2. система из двух либо более скважин, позволяющая использовать для охлаждения здания непосредственно холод грунтовых вод — нагретая охлаждаемым зданием вода сбрасывается в специально предназначенную для этого скважину.

При наличии рядом со зданием водоема достаточного объема, возможно его использование в качестве источника холода.

Главным достоинством геотермальной системы охлаждения является возможность прямого использования подземного холода для охлаждения/кондиционирования здания. При этом электроэнергия расходуется только на прокачивание теплоносителя. На один киловатт потраченной электроэнергии можно получить до 50 киловатт холода, что в 15 раз эффективнее кондиционера (чиллера). Такой режим кондиционирования называют «пассивным». Установка в систему теплового насоса превращает ее в «активную» и позволяет в холодное время использовать грунтовые в воды в качестве низко потенциального источника тепла. По своему принципу работы тепловой насос можно охарактеризовать как «холодильник наоборот». Охлаждая грунт (грунтовую воду) на несколько градусов тепловой насос способен на выходе дать теплоноситель с температурой до 50°С, что является наиболее оптимальным для работы с системой теплых полов. Электроэнергия при этом расходуется не на нагрев теплоносителя (теплоноситель, как писалось выше, нагревается за счет охлаждения грунта), а на прокачивание теплоносителя и работу компрессора теплового насоса. Это позволяет на каждый затраченный киловатт электроэнергии получить от 2,5 до 4,5 киловатт тепла.

Пример внедрения геотермальной системы охлаждения в здании торгового дома «Эргономика» (источник холода: скважина с дебетом 5 м³/ч, t воды 9°С)

Компания «Эргономика» реализовала в своем здании систему геотермального охлаждения. Принципиальная схема решения приведена ниже (данное изображение скопировано с реальной действующей СКАДА-системы, управляющей системой охлаждения нашего здания).

Принцип действия данной схемы заключается в следующем: вода из скважины с температурой 7–9°С помощью скважинного насоса подается в систему охлаждения. Под системой охлаждения понимается система теплых полов, система радиаторов и центральная система вентиляции. Каждая система охлаждения выполнена по независимой схеме, с применением теплообменников. После прохождения воды через теплообменники, производится ее слив во вторую скважину, но уже с температурой 12–14°С. С помощью разработанного компанией «Эргономика» шкафа управления системой геотермального охлаждения и установленных датчиков температур происходит регулирование расхода воды для каждой системы охлаждения по средством регулирующих клапанов, установленных перед теплообменниками.

Таким образом, используя экологический чистый «холод», происходит охлаждение и кондиционирование воздуха. При этом, благодаря возможности регулировки в помещениях поддерживается постоянная комфортная температура.

При строительстве здания компании «Эргономика» был произведен монтаж центральной системы вентиляции. Центральная система вентиляции включала в себя монтаж большого количества вентиляционных коробов большого сечения, чиллер мощностью 20кВт и вентиляторного блока мощностью 15кВт. При непрерывной работе центральной системы вентиляции потребление электроэнергии составляло около 40кВт, при этом температура в помещениях достигала 26–28°С. При использовании системы геотермального охлаждения нет необходимости в монтаже воздуховодов, установке чиллера и вентилятора большой мощности.