Размеры контура заземления для частного дома: Размеры контура заземления для частного дома

Почему заземление делают треугольником – нормы ПУЭ

Далеко не всегда возле здания имеется контур заземления, монтаж которого производился при постройке дома. В этих случаях для повышения электробезопасности желательно изготовить такую конструкцию самостоятельно. Традиционная форма таких устройств — треугольная, но почему заземление делают треугольником? Это просто традиция или такая конструкция является оптимальной?

Для чего нужно заземление

Напряжение сети, необходимое для работы электроприборов, является опасным при прикосновении. В обычной ситуации все токоведущие части изолированы от металлического корпуса, но при повреждении изоляции на корпусе оказывается опасное напряжение и главное, для чего нужно заземление — уменьшить его величину практически до нуля.

Если аппарат не заземлён, то при контакте людей с таким устройством электрический ток проходит через тело, а в заземлённом приборе он идёт по пути меньшего сопротивления через заземляющий проводник РЕ и контур заземления. Поэтому в сетях 0,4 кВ сопротивление контура должно составлять не более 4Ом.

Контур заземления в виде треугольника своими руками

Изготовить и подключить заземление треугольником можно самостоятельно. Для этого необходимо иметь навыки монтажных и сварочных работ и небольшое количество уголков, полосы или труб из углеродистой стали.

Размеры треугольника для заземления

Конструкция такого заземления представляет собой равносторонний треугольник, по углам которого вертикально в землю забиты стальные уголки 50х50, трубы 32х3,5 или прутки Ø16мм. Верхние концы стержней соединены прутом Ø10мм или аналогичными трубами или уголками.

Отвод выполняется стальной полосой 40х4, подключение к электропроводке производится медным проводом 10мм².

Размеры контура заземления в частном доме зависят от типа почвы, но для большинства видов грунта они составляют:

• длина стержней — 2-3 метра;
• сторона треугольника — не менее 1,2 метра;
• глубина канавы — 1 метр.

Инструкция как сделать заземление треугольником

Монтаж самодельного контура заземления производится в следующей последовательности:

1. Выбор места. Перед тем, как сделать заземление, необходимо выбрать место для его установки. Над будущим контуром не должно быть деревьев, корни которых при росте могут разрушить стержни и перемычки между ними. Оптимальный вариант расположения — под клумбой, при поливе которой будет падать сопротивление заземления.
2. Земляные работы. На расстоянии 1 метра от фундамента нужно нарисовать равносторонний треугольник со стороной 2,5-3 метра и линию отвода от него к стене здания. По линиям разметки выкопать канаву глубже уровня промерзания почвы.
3. Забить заземлители. Для облегчения забивания концы уголков можно обрезать под углом 30°, концы труб необходимо дополнительно сплющить.
4. Сборка конструкции. После забивания уголков верхние концы необходимо соединить между собой. Эта операция выполняется при помощи электросварки отрезками труб, уголков или полосы 40х4. Места соединений окрашиваются или покрываются антикоррозионной смазкой.
5. Подвод заземления к зданию. Он производится в канаве стальной полосой 25х4 и поднимается по стене на высоту 20см. Допускается выполнить его из такого же профиля, как соединительные перемычки, а из полосы изготовить только последний отрезок. Участок, находящийся над землёй необходимо окрасить в жёлтые и зелёные полосы.
6. Контрольная проверка. До завершения земляных работ необходимо при помощи специального прибора проверить качество изготовления заземления. Сопротивление контура должно быть не более 4 Ом.
7. Подключение контура к электропроводке. Согласно ПУЭ п.1.7.117 для этой операции необходимы стальная полоса или прут сечением 75мм², медный проводник 10мм² или алюминиевый провод 16мм².

Обязательно ли делать контур заземления в виде треугольника

Изначально контур заземления изготавливался из углеродистой стали путём забивания электродов в землю. Такая конструкция имеет ряд недостатков.

Они связаны с тем, что такая сталь подвержена коррозии и разрушению с уменьшением площади контакта с почвой и увеличением сопротивления контура. Поэтому для обеспечения длительной работы заземления необходимо увеличивать длину электродов.

Однако в землю не получится забить пруты или уголки длиной 6-10 метров, а ограниченная длина прутков приводит к необходимости установки нескольких, не менее трёх электродов, соединённых прутками или трубами из такого же материала.

При линейном расположении электродов разрушение одного из соединительных прутков приведёт к отсоединению участка, расположенного дальше от места подвода заземления к зданию.

Поэтому основная причина, почему заземление делают треугольником, в том, что в такой конструкции каждый угол треугольника соединён с остальными электродами двумя соединителями и разрушение одного из них не приводит к увеличению сопротивления контура.

Однако, несмотря на то, что такая форма является более надёжной, она не предписывается ни одним нормативным документом и при использовании более качественных материалов допускается изготавливать конструкцию любой удобной формы.

В частности, согласно ПУЭ п.1.7.35 рекомендуется использовать в качестве контура заземления элементы металлоконструкций, заборов или беседок находящиеся под землёй.

Почему заземление треугольником устарело

Заземлять корпуса электроприборов начали с момента начала использования электроэнергии в быту, позже оно начало упоминаться в различных нормативных документах. Требование к наличию заземления содержится в Правилах Устройства Электроустановок, первое издание которых появилось в СССР в 1949 году.

Вплоть до сегодняшнего дня единственными инструментами при его изготовлении являлись кувалда и электросварка, а материалом для изготовления конструкции выбиралась углеродистая сталь, поэтому самая надёжная форма конструкции была треугольная.

В настоящее время для монтажа контура заземления используются более современные методы и материалы, что даёт возможность монтажа глубинного заземления из одного глубинного электрода.

Благодаря такой конструкции и высокой коррозийной стойкости применяемых материалов установка заземления производится за полчаса без значительных объёмов земляных работ, а срок службы контура составляет более 100 лет.

Какой может быть форма контура заземления

В связи с тем, что в нормативных документах отсутствуют требования к форме конструкции, а имеются только технические параметры, форма контура заземления может быть любой. Главное, чтобы он обеспечивал надёжную защиту от поражения электрическим током и этим требованиям может соответствовать любая конструкция.

1) Треугольник

Это традиционная форма контура. Изготавливается из трёх стальных заземлителей длиной не менее 2,5 метра, соединённых перемычками. Вся конструкция должна находиться в земле глубже уровня промерзания почвы.

Отличается низкой ценой, простотой монтажа и сравнительно высокой надёжностью. Используется при наличии большого свободного места.

2) Линейный контур

Конструкция этого контура аналогична треугольной, но заземлители располагаются в линию. Такая система используется при необходимости заземлить несколько объектов и подключение электрощитков к контуру производится на всей протяжённости конструкции.

Этот контур может располагаться вдоль стены дома или между рядом расположенными зданиями. Линейный контур менее надёжен, чем треугольный, но его монтаж может быт предпочтительным в условиях нехватки места.

3) Модульно-штыревое заземление

Такая конструкция является современным способом монтажа заземления. Она представляет собой длинный стержень, находящийся в земле и состоит из следующих элементов:

• Стальные стержни длиной 1,5 метра. На концах стержней нарезана резьба для соединения отдельных деталей в прут необходимой длины. Поверхность стержней имеет медное покрытие для защиты от коррозии.
• Латунные муфты. Используются для соединения отдельных стержней в цельную конструкцию.
• Латунные зажимы. Необходимы для подключения стержня к отводящей полосе.
• Наконечник, облегчающий вход стержня в землю и насадка для передачи импульса от вибромолотка при забивании.
• Для защиты от коррозии и лучшего контакта на все резьбовые соединения дополнительно наносится токопроводящая графитная паста.

Такая конструкция защищена от коррозионного разрушения, занимает мало места на участке и не требует большого объёма земляных работ.

Вывод

В ПУЭ, ГОСТах и других нормативных документах отсутствует указание на форму контура заземления и его конструкцию. Единственное требование, это чтобы сопротивление заземлителей в сетях 220/380В было не более 4 Ом.

Основой причиной, почему заземление делают треугольником, является применение некачественных материалов и необходимость увеличить срок службы конструкции, но допускается и любая другая форма, в том числе использование естественных заземлителей, таких, как заборы, беседки и другие металлоконструкции, находящиеся в земле, креме трубопроводов.

Оптимальным вариантом монтажа контура заземления в наше время является модульно-штыревое заземление. Эта конструкция изготавливается из современных материалов, не подверженных коррозии, занимает мало места на приусадебном участке и устанавливается в течение 30 минут.

Похожие материалы на сайте:

• Монтаж заземления своими руками
• Виды заземлений согласно ПУЭ
• Из чего должен состоять контур заземления

Расстояние заземления от дома. Каким должно быть расстояние в частном доме до контура заземления

Контур заземления для частного дома вполне можно сделать собственными руками, но для этого нужно четко знать все нормативы. Расстояние заземления от дома является одним из важных параметров, которые необходимо соблюсти при выполнении монтажных работ с контуром заземления.

Как устроено и как работает заземление

Главная функция заземления – соединить всех потребителей электричества с контуром защиты при помощи специального заземляющего провода. Всего существует 3 различный системы заземления, но для частного дома или дачи чаще всего применяется вариант системы с маркировкой TN – 5. В такой ситуации ноль и земля проводятся разными проводами.

В результате при утечке тока или пробое изоляции в электроприборах опасное для человека напряжение передается по проводу на защитный контур

Норма монтажа и обустройства контура заземления зависят от показателей сопротивления. На количественный показатель данного параметра влияют:

• разновидность почвы;
• параметры влажности почвы;
• глубина, на которую погружаются заземлители;
• сколько заземлителей в контуре;
• из чего сделаны электроды и все комплектующие.

Согласно нормам СНиПа контур должен делать в форме равностороннего треугольника. Расчет контура заземления производится на основании глубины залегания электродов и параметров почвы.

От типа грунта зависит уровень сопротивления растекания токов  контура замыкания. Оптимальным вариантом является торфяник, суглинистая почва и глинистый грунт с близким расположением грунтовых вод. Каменистый грунт и монолитные скалы обладают худшими параметрами.

Расчет контура заземления

Перед монтажом следует провести грамотный расчет контура заземления, высчитав по нормативам все необходимые параметры. Наиболее важным значением  при расчете пользуются следующие факторы:

• определить удельное сопротивление грунта на конкретном участке;
• параметры влажности почвы;
• уровень солености воды;
• средние показатели температуры в регионе;
• расстояние от фундамента до контура;
• размеры как самого заземлителя, так и всех комплектующих.

Расчет должен выполнять специалист с инженерным образованием, который знает множество формул. Чаще всего применяется типовой проект, а изменения вносятся в зависимости от расстояния здания,  от которого расположен контур.

Расстояние заземления от фундамента частного дома

При создании контура заземления расстояние между электродами должно быть не меньше, чем их длины. Расстояние  от дома до контура заземления должно быть не меньше 1 метра. При этом максимальное значение, на котором от фундамента должен располагаться контур – 10 метров. Это также регламентируется специальными документами. Стороны треугольника контура должны быть в среднем 2-3 метра длиной.

Очень важно, чтобы контур располагался где-то сзади дома или на территории, которая будет недоступна для детей и домашних животных.

Монтаж защитного заземляющего устройства

В первую очередь после всех расчетов необходимо провести земляные работы. Для этого на выбранном от фундамента дома расстоянии нужно выкопать траншею. Ее глубины должна быть около метра, а ширина – штык лопаты. В углах получившегося равностороннего треугольника забиваются заземлители на необходимую глубину. Заземлитель забивается кувалдой для чего обязательно использовать прямые удары, без раскачки, чтобы он вошел строго и без зазоров. Чтобы заземлитель зашел оптимально, его края рекомендуется предварительно заострить болгаркой. В грунт колья не должны погрузиться полностью – на поверхности рекомендовано оставить до 200 мм.

На следующем этапе потребуется костюм  сварщика и нужное оборудование. К вертикальным заземлителям следует приварить горизонтальные электроды, которые по  ширине должны быть не менее 40 мм. От полосы к стене здания по выкопанной траншее требуется провести отрезок кабеля достаточного сечения . Затем все это завести в здание и провести к электрощитку. Уже от щитка должно выполняться заземление внутридомовой системы.

Работа по проведению заземляющего проводника выполняется следующим образом: с помощью болта и гайки на вертикальный тип заземлителя крепится силовой кабель, который запакован в концевой контакт. Чтобы произвести данную работу  потребуются комплектующие:

• медная шина с сечением от 10 кв. мм;
• алюминиевая шина с сечением от 16 кв. мм;
• металлический проводник от 75 кв.мм.

После проведения сварочных работ требуется в первую очередь проверить все швы, они должны быть высокого качества и затем покрыть места сварки грунтовкой. После завершения всех работ требуется засыпать траншею сначала это делается песком, а затем вынутым из этой же траншеи грунтом.

Контур заземления нормы и правила согласно ПУЭ

Грамотно проложенный контур заземления позволяет уберечь здание от удара молнии и обезопасить всех жителей. Нормы ПУЭ являются собирательными правилами по устройству энергоустановок. Здесь подробно указаны нормы проведения электропроводки в зданиях, условия прокладывания коммуникаций и требования к определенным системам. Есть в данном нормативе и отдельные выписки по стандартам контура заземления, а также как правильно установить защитное устройство электросети. 

Чаще всего данные нормы соблюдаются лишь поверхностно, с учетом основных указаний, поскольку точное соблюдение норм ПУЭ сделает прокладку контура заземления возле частного дома очень дорогим мероприятием.

Проверка контура заземления

Чтобы точно быть уверенным в грамотном монтаже и нормальном функционировании контура заземления, его необходимо проверить. Для этого существуют специализированные приборы, но в частном доме, если контур прокладывали своими руками достаточно и просто лампочки 150-200 Вт. Достаточно один вывод  патрона подключить к проводу фазы, который обычно имеет коричневый цвет, а второй  собственно к проверяемому контуру заземления. Если лампочка светит ярко – контур заземления работает в полном объеме, если лампочка светит тускло – есть проблемы в монтаже контура. Иногда лампочка в таком случае и вовсе не горит.

Если измерять сопротивления контура, то следует помнить, какие должны быть показатели:

• для установок в 1000 В – до 4 Ом;
• не больше 10 Ом при суммарных показателях генераторов в 100 кВа;
• до 0.5 Ом, если  электроустановки выше 1000 В с крупными токами замыкания на землю.

Контур заземления должен проверяться специалистами перед вводом в эксплуатацию. Тогда же выдается документ на это оборудование. Затем согласно правилам его следует проверять раз в 12 месяцев, но это уже можно делать самостоятельно. Заземление в частном доме позволит защитить всех жильцов от внезапного поражения электрическим током. Также грамотно проведенное заземление требуется при капитальном ремонте, вводе дома в эксплуатацию, чтобы была возможность заключить договор с электроснабжающей организацией. Заземление в частном доме расстояние от дома и все нормы указаны в ПУЭ. Сам контур должен пролегать не менее, чем в 1 метре от стен здания и желательно в недоступном для людей и животных месте.

Варианты геотермальной петли

| MNGHPA : MNGHPA

Геотермальные тепловые насосы Миннесоты обычно разрабатываются для более строгих требований холодного северного климата с дополнительным высокоэффективным летним охлаждением. Геотермальный земляной контур, или грунтовый теплообменник (GHEX), является сердцем и душой системы геотермального теплового насоса (GHP). Это место, где тепло извлекается из земли для обеспечения геотермального отопления зимой и где тепло отводится для охлаждения летом с использованием подземной системы трубопроводов, которая обычно состоит из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) определенного размера и количества. змеевики труб, заполненные раствором антифриза и воды, который циркулирует между GHEX и тепловым насосом, где происходит теплообмен.

Даже в разгар зимы температура на глубине 6-8 футов под землей в Миннесоте остается стабильной 46-52 градуса. F. Это движущий принцип экономических преимуществ геотермальной энергии. Однако, вопреки тому, что часто думают, температура земли непосредственно вокруг закопанного GHEX обычно не остается постоянной. Поскольку тепло извлекается зимой и отводится летом, сезонные колебания температуры грунта в пределах поля непосредственного контура обычно колеблются от 32 (мороз) до 75 градусов. Ф. по дизайну. Это одна из причин, по которой внутри системы используется антифриз, обычно метаноловый спирт или пропиленгликоль.

Система с открытым контуром, в которой не используется подземная «закрытая» система трубопроводов, а вместо этого прокачивается обычная колодезная вода через GHP, а затем выбрасывается обратно в элементы после того, как тепло от нее было использовано, на самом деле выигрывает от более постоянная температура грунта круглый год, особенно температура колодезной воды.

Ни один тип контура не обязательно лучше другого: тип, размер и конструкция GHEX определяются большим количеством факторов, включая размер участка, деревья, ландшафт, геологию участка, фактические требования к отоплению и охлаждению и относительную установку. расходы. Некоторые примеры приведены ниже.

ПРИМЕЧАНИЕ. Вопросы, касающиеся ограничений собственности, зонирования и ограничений водно-болотных угодий для геотермальных грунтовых теплообменников, всегда должны направляться в соответствующий орган управления.

СИСТЕМЫ ЗАКРЫТОГО КОНТУРА

ГОРИЗОНТАЛЬНО-ЭКСКАВИРОВАННЫЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ КОНТУРЫ:

Горизонтально-выкопанные или зарытые грунтовые системы теплообмена требуют наибольшей площади поверхности для заглубленного замкнутого контура, но обычно они являются наиболее экономичными системами GHEX. -экономичный вариант по сравнению с вертикальными или горизонтально-расточными системами. Из-за того, что обычно требуются обширные земляные работы, доступное пространство обычно является ограничивающим фактором. Неглубокая скала также может быть сложной задачей.

«Первоначальный» горизонтальный GHEX состоял из единственной петли трубы, закопанной в длинную узкую траншею на некоторой глубине под землей. По этой трубе вода циркулировала к тепловому насосу и от него, извлекая или отводя геотермальное тепло в соответствии с требованиями во время работы теплового насоса. Добавление антифриза в воду внутри этого замкнутого контура расширило диапазон низких рабочих температур системы ниже точки замерзания и защитило водяной змеевик теплового насоса от обледенения или растрескивания во время зимней эксплуатации. Это также позволило спроектировать более короткую петлю, что потенциально снизило затраты на установку.

Вскоре было обнаружено, что укладка более длинной одинарной трубы взад-вперед на различной глубине внутри еще более короткой траншеи еще больше сокращает занимаемое пространство и затраты без обязательного ущерба для геотермальной мощности. Путем параллельного объединения нескольких контуров трубопровода на одном консолидированном трубопроводном коллекторе также можно реально получить системы большей производительности.

Эти развивающиеся подходы были в первую очередь направлены на максимальное повышение производительности системы при минимальном пространстве и затратах на установку, и они заложили практическую основу для того, как подход к проектированию и установке GHEX с горизонтальной выемкой грунта используется по сей день — с широким спектром вариаций.

Миннесота Соображения: В Миннесоте обычно нецелесообразно использовать траншеекопатель для выемки горизонтальных петель. В климате, где глубина промерзания достигает от 4 до 7 футов, горизонтальные трубопроводные системы GHEX лучше укладывать горизонтально на дно более широкой траншеи, вырытой машинным способом, или открытой ямы, вырытой не менее чем на два фута ниже самого глубокого годового промерзания. Выемки открытым способом часто выбираются в грунтах, где обрушение может произойти внутри более узкой (например, шириной с ковш) траншеи, что может серьезно ухудшить применение. Чтобы свести к минимуму затраты на земляные работы и сэкономить место с ограниченным ущербом для производительности системы, в горизонтальных конструкциях GHEX, как правило, используются более длинные трубы, свернутые в более плотные массивы, внутри меньшей площади земляных работ, чем обычно требуется для одной прямой трубы.

Как правило, количество отдельных трубных змеевиков, используемых в сборке GHEX, будет таким же, как номинальная грузоподъемность GHP, то есть 6-тонный тепловой насос будет использовать 6 змеевиков одинаковой длины в GHEX. Одна катушка на траншею является эмпирическим правилом. Катушки соединены между собой параллельно на общий подающий-обратный коллектор (коллектор). В более крупных системах обычно не более 10 катушек используют один и тот же заголовок, прежде чем общее количество катушек будет разделено между двумя — за некоторыми исключениями. Диаметр трубы из полиэтилена высокой плотности, используемой для змеевиков, обычно составляет 3/4 дюйма или 1 дюйм, а трубы большего диаметра используются для коллекторов.

Траншеи обычно выкапываются глубиной от 6 до 8 футов и длиной до 150 футов (обычно 100 футов) с общей общей траншеей для всех. Катушки труб, содержащие от 500 до 800 футов каждая, определяемые конструкцией, используются для каждого траншейного змеевика. Иногда их раскатывают взад-вперед по всей длине траншеи несколько раз линейным, равномерно расположенным «беговым треком»… или раскладывают, как колоду карт, от одного конца траншеи к другому радиально. «хлипкая» мода. В любом случае оба конца трубы змеевика наматываются на один и тот же конец траншеи для установки коллектора. Расстояние между витками и количество витков определяются конструкцией.

В открытых карьерах след от земляных работ и размещение рулонов, как правило, более консолидированы, чем при разнесенных траншеях. Глубина остается примерно такой же, но открытые раскопки часто обеспечивают большую гибкость в соответствии с неправильными формами и размерами собственности. Площадь раскопок составляет примерно 400-500 кв. футов на тонну в Миннесоте, в зависимости от требований к площади и состояния почвы.

Для оптимальной теплопередачи насыщенные или даже влажные почвы, часто встречающиеся в низинах, предпочтительнее сухих. В более сухих почвах увеличение расчетной длины контура и/или расстояния между ними часто может компенсировать более низкую скорость теплопередачи. То же можно сказать и о введении системы всасывающих трубопроводов, размещенной непосредственно над змеевиками GHEX, куда периодически может отводиться дождевая или поверхностная вода. Такие соображения обычно учитываются в конкретных условиях на каждом участке.

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ :

Грунтовые системы теплообмена с вертикальным бурением требуют наименьшей площади поверхности для закрытых систем GHEX с замкнутым контуром. Как правило, они являются самыми дорогими из всех вариантов с обратной связью, но иногда являются единственно возможными в зависимости от доступного пространства, геологии участка и требований к конструкции системы. В то время как конструкции вертикальных GHEX могут сильно различаться, общее эмпирическое правило заключается в использовании одной скважины на номинальную тонну мощности GHP, пробуренной на глубину от 150 до 250 футов с расстоянием между скважинами от 15 до 25 футов. Возможна большая глубина бурения для уменьшения количества (или расстояния) скважин… и более короткие скважины в большем количестве могут использоваться, если этого требуют более мелкие условия бурения.

Чаще всего одиночный виток трубы с U-образным изгибом на конце размещается по всей длине каждой скважины, которая затем заполняется снизу вверх специальным цементным раствором для повышения проводимости и защиты от эрозии водоносного горизонта. Также возможны несколько труб с U-образным изгибом на отверстие, если требуется дополнительная теплоемкость из-за определенных ограничений на месте. Каждая вертикальная труба затем соединяется с системой горизонтальных коллекторных трубопроводов, которая заглублена на глубину от 6 до 8 футов с трубами подачи и возврата к GHP и от него.

В Миннесоте правильный выбор размеров, проектирование и установка имеют решающее значение для производительности вертикального GHEX и восстановления сезонного контура поля… особенно в северных применениях гидравлического GHP «только для нагрева», где исключение летнего геотермального охлаждения — часто по конструкции — не позволяет отвод тепла обратно в поле контура между отопительными сезонами. Кроме того, при бурении в скальных породах закон Миннесоты требует, чтобы несъемная обсадная труба применялась к каждой скважине вдоль любой «рыхлой» покрывающей породы (почвы) между коренной породой и поверхностью. В то время как оболочка не требуется в неконсолидированных только пластов, глубина до коренной породы часто может сделать или разрушить проект вертикального бурения из-за стоимости.

СИСТЕМЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ :

Горизонтально-направленное бурение (ГНБ) становится все более распространенным методом размещения геотермальных грунтовых теплообменников. Системы с горизонтальным сверлением имитируют системы с вертикальным сверлением почти во всех аспектах (включая нанесение цементного раствора), за исключением того, что они горизонтальные. Этот метод часто просто описывается как «вертикальная система, установленная на боку»… что также означает, что обычно требуется гораздо больший размер участка, чем система с вертикальным бурением или даже с горизонтально-траншейной системой, поскольку все должно располагаться горизонтально под недвижимость.

Минимальная требуемая длина составляет примерно 225 футов U-образного изгиба на номинальную тонну мощности теплового насоса при минимальной глубине и расстоянии 15 футов… хотя на меньшем участке можно просверлить два или три более коротких отверстия и объединить их в одно – или даже штабелировать их вертикально (например, на горизонтальной глубине 15, 30 и 45 футов). На более крупных объектах, где можно бурить гораздо более длинные скважины ГНБ, можно использовать меньшее количество скважин для достижения достаточной геотермальной мощности.

Одним из преимуществ систем с горизонтальным бурением по сравнению с другими методами является то, что их можно устанавливать под конструкциями, газонами и садовыми препятствиями, игровыми площадками и т. д., не нарушая существующие конструкции. Это часто обеспечивает доступ к зонам теплообмена земли, которые в противном случае были бы недоступны. Системы с горизонтальным бурением также могут быть установлены с меньшими затратами в местах, где глубина до скалы невелика, а экономичность бурения в скале или бурения неглубоких скважин, чтобы оставаться над скалой, делает систему с вертикальным бурением более непомерно дорогой.

ПЕТЛИ ПРУДОВ И ОЗЕР:

Многим может показаться нелогичным, что скромный пруд на заднем дворе, покрытый толстым слоем зимнего льда, может служить адекватным источником геотермального тепла в течение всего отопительного сезона в Миннесоте, но такая возможность возможно, стоит изучить сайты, на которых есть такой ресурс. Как и в подземной замкнутой системе, в контуре пруда используется «заглубленная» замкнутая система трубопроводов, по которой циркулирует раствор антифриза и воды для осуществления теплообмена между теплообменником геотермального пруда (PHEX) и тепловым насосом.

Петля пруда может быть спроектирована и построена по-разному, но основной принцип остается одинаковым для всех: вода в своем «самом тяжелом» состоянии имеет температуру 39 град. F. и имеет тенденцию отдыхать в собственном изолированном температурном слое на дне в течение всего года. Это идеальное место для PHEX. Зимой, так как отбирается тепло от 39 град. вода вокруг петли закручивается, вода охлаждается и поднимается за счет собственного конвективного тока вверх к поверхности. Это притягивает «свежий» эмбиент 39град. вода из термоклина непосредственно вокруг PHEX. Точно так же летом, когда тепло отводится, нагретая вода также мигрирует вверх от PHEX, поскольку более холодная окружающая вода втягивается обратно вокруг него.

Чаще всего для прудовых систем используется тот же тип материалов для труб из полиэтилена высокой плотности, который используется для контуров заземления; однако требования к длине трубы на номинальную тонну, как правило, значительно короче, а змеевики обычно могут быть сконфигурированы более компактно, чем в подземных системах. В некоторых случаях катушки труб с завода просто снабжены прерывистыми прокладками между слоями трубы, чтобы обеспечить конвективный поток воды между ними. Иногда змеевики свободно разбросаны внутри какого-то защитного кожуха или «клетки», изготовленной из оцинкованной проволочной сетки… или они просто распластаны в единый облегающий массив. В каждом случае PHEX обычно строится на берегу, как-то слегка утяжеляется (воздух внутри змеевиков труб все еще должен поддерживать их умеренную плавучесть), спускается в пруд и погружается во время заполнения системы. Трубы коллектора подачи-возврата затем закапываются в траншею ниже уровня промерзания от пруда до здания.

Варианты конструкции PHEX включают использование медных трубок (вместо HDPE) и специально изготовленного пластинчатого теплообменника модульного типа из нержавеющей стали. В Стране 10 000 озер также можно подать заявку на получение специального разрешения через DNR Миннесоты на строительство и размещение геотермального «теплообменника энергии озера»… но только в том случае, если на участке нет других вариантов геотермальной петли.

Надлежащая конструкция контура, а также требования к размеру и глубине пруда зависят от конкретного применения; только 9Следует проконсультироваться с квалифицированным и опытным проектировщиком геотермальной энергии или подрядчиком 0011, начиная с того, достаточно ли подходит пруд для использования в качестве источника геотермального тепла. Правильно спроектированная и установленная система пруда обычно может снизить затраты на установку замкнутого контура, повысить производительность системы и предложить привлекательный эстетический компонент, который не может обеспечить контур заземления. Но неправильная конструкция контура пруда может привести к массовому ухудшению температуры и спеканию термостойкого льда вокруг змеевиков PHEX, что может привести к полной неработоспособности системы до конца зимы.

СИСТЕМЫ С ОТКРЫТЫМ КОНТУРОМ

Системы с открытым контуром, обычно называемые насосно-сбросными, используют обычную бытовую колодезную воду в качестве источника тепла для системы геотермального теплового насоса (GHP). Фактически не используется заглубленный грунтовой теплообменник с замкнутым контуром (GHEX). Установка часто так же проста, как тройник непосредственно в имеющуюся домашнюю водопроводную трубу в подвале и подключение ее к GHP… затем прокладка выпускной трубы оттуда в какое-то место на участке, где «использованная» геотермальная вода может быть сброшена напрямую. в дренажную канаву, плитку или пруд. Большие бытовые или коммерческие системы могут быть немного более сложными, но принцип остается одинаковым для всех: тепло извлекается (или отводится) непосредственно в (или из) колодезной воды во время работы GHP.

Благодаря устранению затрат на материалы и установку GHEX, системы с открытым контуром, как правило, имеют значительное преимущество по первоначальной стоимости по сравнению с системами с замкнутым контуром. Они также, как правило, работают с более высокой эффективностью, чем замкнутые контуры в Миннесоте, из-за более высокой температуры воды на входе во время работы GHP зимой и более низких температур летом. Вместимость скважины, скорость извлечения, температура и качество, а также возможности сброса воды на объекте являются общими ограничивающими факторами. Для удаления минеральных отложений также может потребоваться некоторая периодическая очистка внутреннего водяного змеевика GHP обратной промывкой.

Minnesota Соображения: Департамент здравоохранения штата Миннесота (DOH) и Департамент природных ресурсов (DNR) должны консультироваться по всем проблемам, связанным с водой из колодца и использованием воды, связанными с системами открытого цикла. Ниже приведены некоторые основные соображения:

Из-за относительно высоких объемов водопотребления во время пиковой сезонной эксплуатации системы открытого цикла в некоторых районах может вызывать озабоченность локальный спад водоносного горизонта; это может вызывать меньше беспокойства в других, где водоносный горизонт может быть более жизнеспособным или где сбрасываемые воды могут быть быстро возвращены в него. Местные подрядчики по бурению скважин и чиновники Министерства здравоохранения обычно очень помогают в определении этого.

Небольшие системы жилых помещений в Миннесоте, как правило, не выходят за установленные в настоящее время лимиты водопотребления в 10 000 галлонов. в день и 1 000 000 галлонов. в год без разрешения. Любая система, превышающая эти пределы, требует обращения в DNR за специальным разрешением на водопользование. Также не допускается сброс подземных вод непосредственно в поверхностные воды общего пользования; но допускается сброс непосредственно на поверхность земли, как в случае газонных спринклерных систем, или сброс в частный пруд, подземную дренажную плиту или выщелачивание (не глубже 15 футов).

Разновидностью насосно-сбросной системы, которая также разрешена в Миннесоте, является система, при которой вода выкачивается непосредственно из озера или большого пруда, а затем сбрасывается обратно во время работы GHP в режиме обогрева и охлаждения. Однако качество воды в озере и особенно холодная зимняя температура воды накладывают некоторые ограничения на такие применения в условиях северного климата.

Скважины с обратной закачкой: Хотя это потребует дополнительных расходов на установку, можно получить скидку на бурение отдельной скважины с целью повторной закачки воды обратно в тот же водоносный горизонт, из которого она была первоначально взята. Это может быть единственным вариантом, доступным на объектах, где нет других возможностей сброса.

Колодцы со стоячими колоннами: В Миннесоте начинает использоваться (хотя и со смешанными результатами) скважина с обратной закачкой стоячих колонн, в которой используется коаксиальная система теплообмена внутри одной скважины для хозяйственно-питьевой воды. Вода забирается со дна скважины по «стоячей» термостойкой трубе и обратно закачивается в затрубное пространство между трубой и поверхностью скважины, где может происходить теплообмен при возврате воды обратно на забой. во время работы ГП. Этот тип системы ограничивается в основном твердыми горными породами и требует точного проектирования. Это может быть единственным вариантом в некоторых обстоятельствах, когда доступное пространство и возможности поверхностного стока полностью ограничены, и иногда он рассматривается как крайняя мера.

__________

Некоторые материалы взяты из IGSHPA «Руководство по проектированию и установке тепловых насосов для жилых и легких коммерческих помещений»; Ремунд, эт. al., Государственный университет Оклахомы, Стилуотер, 2009.

Что такое скважины для тепловых насосов, использующих грунт?

Скважины для наземных тепловых насосов представляют собой вертикальные наземные массивы или коллекторы, используемые для извлечения тепловой энергии из породы для наземного теплового насоса. Они экономят место и сводят к минимуму сбои в проектах по установке тепловых насосов, поскольку обычно на одну скважину требуется всего 150 мм садового пространства. Глубина скважин варьируется от 60 до 200 м.

Сколько стоят скважины для геотермальных тепловых насосов?

Скважина является более дорогой альтернативой гибким трубам, поскольку подготовка и бурение скважины требуют дополнительных затрат.

Тем не менее, бурение скважин становится экономически целесообразным в схемах с общим контуром заземления для нескольких жилых домов, крупных коммерческих проектов и любых объектов с тепловой нагрузкой более 100 кВт. Это связано со снижением затрат на мобилизацию буровой установки, эффективностью масштабирования на месте и применяемой степенью диверсификации.

В более крупных проектах с общими контурами заземления глубина или количество скважин меньше по сравнению с установкой отдельных систем.

Посмотреть больше сравнений цен

Существуют ли разные типы скважин?

Закрытая петля скважина

Существуют два типа схем, которые могут использоваться с насосами с заземленными исходными насосами: Закрытый Loop и Open Systems. Скважина с замкнутым контуром буквально представляет собой замкнутый контур, содержащий теплоноситель, в то время как скважина с открытым контуром использует природный источник воды в качестве теплоносителя, подвергая его воздействию внешних элементов.

Открытая петля Сквоение

Система замкнутой петли является наиболее распространенным типом сшивки — с использованием Rock в качестве исходного тепло. Вы можете узнать больше о системах с открытым контуром на нашей странице источников воды.

Подробнее об открытом контуре

Для каких проектов подходят скважины?

Скважины для геотермальных тепловых насосов обычно используются в схемах централизованного теплоснабжения, крупных коммерческих проектах с высокой потребностью в тепле или небольших объектах, где приоритетом является экономия пространства. Они также идеально подходят, когда недостаточно места для горизонтальных массивов, таких как гибкие трубы в траншеях.

Скважины — предпочтительный наземный массив Kensa для кластеров собственности, соединенных через тепловую сеть с общим контуром заземления, которая распространена в схемах социального жилья или новых построек.

Обычно на каждый объект требуется одна скважина. Однако в схемах с общим контуром заземления одна более глубокая скважина может обслуживать два объекта.

Насколько глубоки скважины?

Скважины обычно имеют глубину от 60 до 200 м и ширину 150 мм. Kensa также в настоящее время испытывает потенциал скважин средней глубины от 300 до 400 м, которые могут открыть больше возможностей для проектов геотермальных тепловых насосов в наиболее загруженных местах в центре города.

За бурение скважины отвечает буровой подрядчик. Это специализированная дисциплина, поэтому вам следует обратиться за советом к геотермальной буровой компании, если вы думаете об использовании скважины для геотермального теплового насоса.

Если вы хотите, чтобы Kensa порекомендовала подходящего подрядчика, отправьте свои планы проекта.

Как работает скважина для теплового насоса?

Камень используется в качестве источника тепла

Солнечная энергия накапливается в поверхностных слоях почвы и рассеивается через слои горных пород под нашими ногами, образуя стабильный источник тепла. Отсюда скважины собирают свою энергию.

В скважинах с замкнутым контуром специальная буровая установка бурит скважину на глубину до 200 м.

Скважина соединяется с тепловым насосом

На этапе монтажа в скважину вставляется U-образная прямая труба, которая через траншею соединяется с тепловым насосом, использующим грунт. Пространство вокруг U-образной трубы в скважине заливается термораствором для обеспечения теплопроводности от земли к скважинной трубе.

Теплопередача от земли к тепловому насосу

Геотермальный тепловой насос обеспечивает циркуляцию теплоносителя по U-образной трубе. Эта холодная жидкость поглощает и перемещает низкопотенциальную энергию земли к тепловому насосу. Как только жидкость отдает свою энергию от земли тепловому насосу, охлажденная жидкость возвращается в скважину, чтобы снова начать цикл — отсюда и выражение «замкнутый контур».

См. подробный процесс скважины

Что следует учитывать перед установкой скважины?

Размер и эффективность скважин

Конструкцию скважин для небольших индивидуальных применений можно рассчитать с помощью таблиц, эмпирических значений и рекомендаций. Популярным параметром для расчета необходимой глубины скважины является удельная теплоотдача грунта, которая выражается в ваттах на метр длины скважины (Вт/м).

Производительность скважины зависит от геологии местности и ее теплопроводности, эффективности системы распределения тепла и потребности здания в тепле. Как правило, скважина длиной от 75 до 100 м обеспечивает от 3 до 5 кВт извлекаемого тепла при 1800 часах работы в год.

Для более крупных коммерческих проектов, например, с потребностью в тепле более 100 кВт, для расчета точного размера скважины требуется испытание на тепловую реакцию (TRT).

Грунтовые условия

Геологическая съемка даст представление о типе материала, в котором будет буриться скважина. Этот материал может определять дизайн скважинного поля.

Различные геологические условия имеют разные характеристики теплопередачи. Например, скважина в рыхлом камне имеет скорость извлечения энергии примерно 20 ватт на метр (Вт/м), в то время как гранит имеет скорость извлечения от 55 до 70 Вт/м.

Геологическая съемка также должна показать наличие горных выработок или водоносных горизонтов. В этих случаях скважина с открытым контуром может использовать свойства высокой теплопроводности подземных источников воды.

Компания Kensa может порекомендовать опытных геодезистов по скважинам для оценки геологии и спецификаций скважины. Просто расскажите нам о своем проекте.

Расстояние между несколькими скважинами

Для проектов, использующих несколько скважин, таких как схемы с общим контуром заземления или коммерческие проекты с большим потреблением тепла, скважины должны располагаться на расстоянии 5–6 м между центрами, чтобы избежать каких-либо помех между каждым грунтовым коллектором. Это гарантирует, что земля может восстановить свое тепло, и предотвратит замерзание земли.

Наш отдел доставки Kensa Contracting специализируется на управлении крупномасштабными проектами. Подчините свои проектные планы заключению контрактов на получение рекомендаций по централизованному теплоснабжению.

Процесс бурения скважин для геотермальных тепловых насосов

1.  Бурение скважины для геотермальных тепловых насосов

Скважина состоит из отверстия глубиной от 60 до 200 м. Обычно диаметр скважины составляет от 110 до 150 мм, но это зависит от типа машины, используемой для бурения скважины. Это также зависит от диаметра скважинной трубы, который обычно составляет от 32 до 40 мм.

Первые несколько метров скважины обычно закрываются кожухом для предотвращения обрушения стенок. Глубина этого кожуха зависит от материала, в котором пробурена скважина, и глубины почвы.

Несколько скважин обычно располагаются на расстоянии 5–6 м друг от друга. Однако для крупных коммерческих проектов необходимо рассчитать наложение одной скважины на другую, чтобы обеспечить достаточное расстояние и достаточную глубину между ними.

Буровые установки, используемые для бурения скважин, бывают разных форм и размеров. Небольшие буровые установки могут работать на участках с ограниченным доступом и в небольших садах, а другие предназначены для более крупных коммерческих проектов.

2. Установка скважинного трубопровода для теплового насоса

В скважину вставляется одиночный контур трубы – обычно из полиэтилена высокой плотности PE100 или трубы Pex. Наряду со скважинной трубой к скважинной трубе также прикрепляется небольшая трехтрубная труба диаметром от 25 до 40 мм.

Тремая труба используется для заполнения скважины термораствором и извлекается при нагнетании раствора. Раствор обеспечивает тепловой путь, который позволяет поглощать энергию грунта жидкостью, циркулирующей по скважинной трубе. Бурильщик берет на себя ответственность за заливку скважины цементным раствором с использованием специального насосного оборудования.

В Великобритании обычно используются одинарные петли, но можно использовать двойную или дуплексную систему, чтобы попытаться извлечь больше энергии.

Для двухконтурной системы требуется отверстие большего диаметра, а энергоотдача скважины увеличивается примерно в 1,25 раза. Это также зависит от диаметра отверстия и трубы, расстояния до следующей скважины, способа вставки трубы и термического цементирования. Труба либо заполняется водой, либо утяжеляется на конце, чтобы ее было легче вставить в скважину.

3. Испытание скважины под геотермальный тепловой насос

Буровой подрядчик проведет испытание под давлением, закроет пластиковую трубу массива грунта и выдаст сертификат перед тем, как покинуть площадку.

Для более крупных коммерческих проектов (номинально более 100 кВт) количество требуемых скважин обычно завышается. Рекомендуется провести испытание на тепловую реакцию (TRT) в репрезентативной скважине. Затем геолог-термолог может объединить результаты TRT с профилем отопления и охлаждения здания, чтобы рассчитать тип, глубину, количество и расстояние между скважинами. Стоимость завершения TRT обычно возмещается за счет сокращения количества необходимых скважин.

4. Подсоединение скважин к геотермальным тепловым насосам

Если требуется более одной скважины, трубы следует соединить с помощью коллектора. Это обеспечивает равномерное распределение потока по каждой скважине. Коллекторы могут быть расположены в здании или трубы могут быть соединены в подземном коллекторе внутри траншеи на краю бурового поля.

Чтобы избежать стыков и устранить необходимость в электромуфтовой сварке, которая требует специального оборудования и может привести к дополнительным затратам, целесообразно использовать специально удлиненные скважинные зонды. Их просто укладывают в траншею между верхней частью скважины и коллектором сбоку здания.

Kensa рекомендует сравнить расценки подрядчиков по земляным работам и подрядчиков по бурению, чтобы определить лучшую цену на эти траншейные работы.

Подходит ли скважина для геотермального теплового насоса для моего проекта?

Выбор правильного массива заземления является важным этапом любого проекта по источнику заземления. Kensa может помочь вам во всем, от спецификации и размеров до дизайна и послепродажной поддержки.

Отправьте свои планы на консультацию

Связанный контент

Видео:
Практическое руководство.

Централизованное отопление с помощью геотермальных тепловых насосов

Отопление населенных пунктов – новых и старых – с помощью районных тепловых насосов, использующих теплоту земли, еще никогда не было таким простым. Откройте для себя многочисленные источники энергии, которые Kensa Contracting использует для обеспечения населения устойчивым низкоуглеродным теплом с помощью контуров температуры окружающей среды и индивидуальных тепловых насосов Kensa, использующих геотермальные источники энергии, внутри каждого дома.

Видео:
Практический пример: Trent & Dove Housing

Весной 2015 года Trent & Dove Housing и Kensa Contracting реализовали самую амбициозную программу модернизации в Великобритании для своего времени, заменив электрическое ночное накопительное отопление геотермальными тепловыми насосами Kensa, подключенными к микротепловой сети, в более чем 133 бунгало с одной и двумя спальнями. 15 разных мест по всему Бертон-апон-Трент. Это видео документирует этот отмеченный множеством наград…

Видео:
Пример из практики: Ассоциация сельского жилья Шропшира

Ассоциация сельского жилищного строительства Шропшира в рамках проекта геотермального теплоснабжения включает восемь новых двухквартирных домов и отдельно стоящих бунгало, примыкающих к группе из восьми модернизированных домов, в которых всего 15 месяцев назад также были установлены геотермальные тепловые насосы Kensa. Каждый новый дом оснащен индивидуальным тепловым насосом Kensa Shoebox мощностью 6 кВт, питаемым через общую скважину…

Блог:
Бурение глубже: проверка глубины скважины наземного теплового насоса

Скважины средней глубины, которые бурятся на глубине 300 м под землей, отличаются от стандартных скважин для тепловых насосов с глубиной 100–230 м.