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

Расчет заземления для частного дома: формулы, схемы, видео

  • Статья
  • Видео

Чтобы обеспечить частный дом необходимыми конструкциями по электробезопасностям, используют такой важный элемент, как защитное заземление. Оно необходимо для того чтобы отвести электрический ток в грунт по системе заземлителей, состоящей из горизонтальных и вертикальных электродов. В этой статье мы расскажем, как выполнить расчет заземления для частного дома, предоставив все необходимые формулы.

  • Что важно знать
  • Методика расчета

Что важно знать

Заземление дома необходимо для того чтобы снизить напряжение соприкосновения до неопасного показателя. Благодаря ему потенциал направляется в землю и защищает человека от поражения электрическим током. В ПУЭ (Глава 1.7, п. 1.7.62.) указывается, что частный дом должен иметь сопротивление растекания при трехфазном питании 4 и 8 Ом (первое значение при 380 В, второе – 220 В), а при однофазном – 2 и 4 Ом.

Количество заземлителей необходимо выбрать таким образом, чтобы обеспечить нормативное сопротивление растеканию электрического тока. Чем меньше сопротивление — тем лучше, таким образом обеспечивается эффективность действия заземляющего устройства при выполнении функций защиты от действия электрического тока.

Электроды изготавливаются из меди, оцинкованной и черной стали. Профили сечения указаны на рисунке ниже:

Методика расчета

Расчет делается исходя от того, какое заземление используется. В формуле указывается количество используемых заземлителей, их длину и толщину. Также все зависит и от параметров грунта, который окружает частный дом.

Существует несколько вариантов установки заземлителей. Это такие методы, как:

  1. Вертикальный. Делиться на два подвида: тот, что устанавливают у поверхности и тот, что монтируют с заглублением (предпочтительно на 70 см).
  2. Горизонтальный. Делиться на два подвида: с установкой по поверхности грунта и в траншее (предпочтительно 50 – 70 см).

Заземление включает в себя горизонтальные и вертикальные стержни, расчет которых осуществляется отдельно. В зависимости от длинны стержня, берется дистанция между ними, т. е. размер а должен быть кратен размеру L. Пример: а = 1xL; а = 2xL.

Формула, по которой делается расчет одиночного вертикального стержня, который не закапывается в почву, выглядит следующим образом:

где:

  • p – удельное сопротивление почвы;
  • l – длина заземлителя;
  • D – диаметр электрода.

Примечание: если заземление имеет угловой профиль с шириной b, то d = 0.95b.

Расчет заземлителя, который монтируют с углублением на 70 см (h = 0,7 м) в землю, производится по следующей формуле:

Горизонтальное заземление у поверхности рассчитывается по формуле:

Примечание: формула предоставлена для прямоугольного и трубного профиля с шириной полки b, для полосы считать d нужно с учетом d= 0. 5b.

Расчет электрода, который располагается в траншее 70 см (h = 0,7 м), производится по следующей формуле:

Для полосы шириной b необходимо считать d =0,5 b.

Расчет суммарного сопротивления заземлителя осуществляется следующим образом:

где:

  • n – численность вертикальных заземлителей;
  • Rв и Rг – сопротивления заземленных элементов;
  • nв – коэффициент употребления заземлителей.

Этот коэффициент берется из таблицы:

Методом коэффициента использования можно определить, какое воздействие проявляют друг на друга токи растекания с заземлителей при их разнообразном размещении. Например, если их объединить параллельно, то токи растекания электродов имеют взаимное действие на каждый элемент. Поэтому при минимальной дистанции между элементами, сопротивление заземленного контура будет значительно больше.

Заземление происходит по нескольким схемам расположения электродов. Самой распространенной считается схема в виде треугольника. Но это не обязательная конфигурация электродов. Также их можно разместить в одну линию или последовательно по контуру. Такой вариант удобен в том случае, когда для обустройства системы был выделен небольшой узкий участок на земле.

Дополнительно вы можете проверить результат, воспользовавшись онлайн-калькулятором для расчета заземления!

Заземляющий проводник соединяет с электрическим щитом сам контур конструкции. Ниже приведены схемы:

При проведении расчетов заземления важно обеспечить точность, чтобы не допустить ухудшения электробезопасности. Чтобы не допустить ошибки в расчетах, вы можете воспользоваться специальными программами для расчета заземления в интернете, с помощью которых можно точно и быстро рассчитать нужные значения!

На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:

Вот по такой методике производится расчет заземления для частного дома. Надеемся, предоставленные формулы, таблицы и схемы помогли вам самостоятельно справиться с работой!

Наверняка вам будет интересно:

  • Схема электрического отопления дома
  • Как сделать молниеотвод своими руками
  • Что такое система уравнивания потенциалов

Заземление в частном доме своими руками 220в, как сделать

Содержание:

  • 1 Устройство заземления на улице у дома
  • 2 Подключение в электрическом щите
  • 3 Подключение контура по схеме TN-C-S
  • 4 Подключение по схеме TT
  • 5 Проверка заземления
  • 6 Полезные советы
  • 7 Заключение по теме

Чтобы обеспечить свой собственный частный дом безопасной системой электроснабжения, необходимо в процессе его реконструкции или при проведении новой схемы электрической разводки учесть систему заземления. При этом необходимо отметить, что монтаж заземления в частном доме своими руками 220в – процесс не очень сложный. Особенно, если сравнивать с монтажом в многоквартирном доме. И хотя все понимают, зачем нужно защитное заземление, не всего его делают. Поэтому рассмотрим конструкцию полностью, а заодно ответим на вопрос, как сделать контур заземления загородного дома.

Устройство заземления на улице у дома

Устройство контура заземления в частном доме – это штыри, вбитые в грунт вертикально, которые обвязываются между собой проводниками. И вся эта конструкция соединяется с распределительным щитком в доме. Перед тем как сделать заземление в частном доме, необходимо подготовить необходимые инструменты и материалы.

Из инструментов понадобятся лопаты, лом, кувалда, молоток, сварочный аппарат с электродами, болгарка, гаечные ключи. Из материалов:

  • металлический уголок размерами 50х50х5 мм;
  • стальная лента шириною 40 мм и толщиною 4 мм;
  • металлическая проволока катанка диаметром 8-10 мм.

Чисто в конструктивном исполнении домовый контур заземления представляет собой равносторонний треугольник, в углы которого вбиваются металлические заземлители. Для этого и используется металлический уголок. Глубина вбивания – 2,5-3,0 м. Сделать это можно самостоятельно обычной кувалдой. Если грунт на участке твердый, то можно сначала провести углубление при помощи бура на глубину 1,5 м, после чего добить уголки кувалдой.

Монтажный процесс необходимо начать с нанесения на грунт размеров и формы заземляющего контура. После чего по всему периметру выкапывается траншея шириною до 60 см, чтобы было удобно проводить сварку, и глубиною 80-100 см. Вбиваются заземлители. Чтобы процесс вхождения в грунт уголков проходил без проблем, рекомендуется их концы заострить под конус. До упора забивать не надо, нужно чтобы над дном траншей остались торчать края штырей, приблизительно 20-30 см.

Теперь необходимо уголки состыковать между собой горизонтальными элементами контура заземления. Для этого используется металлическая лента. Соединение производится только электрической сваркой. Никаких болтов, которые под землей покроются коррозией, а это частичное или полное отсутствие контакта, что приведет к неэффективности заземления в загородном доме.

Следующий этап – это соединение сделанного контура с распределительным щитком в доме. Для этого можно использовать или катанку, или ту же металлическую полосу. По двору соединительный контур проводится в траншее, внутри дома по стене или плинтусу. На конце проводника, который вошел в дом, приваривается болт М6 или М8. На него будет надеваться кольцо провода, отвечающего за внутреннее заземление частного дома. Крепление производится аналогичной гайкой. Может понадобиться изоляция стыков.

Внимание! В качестве элементов заземляющего контура нельзя применять металлическую арматуру. Ее внешний слой является каленым, что нарушает равномерное распределение тока по всему сечению профиля. К тому же арматура в земле быстрее ржавеет.

Места сварки надо обязательно обработать антикоррозийными составами. Но весь контур окрашивать или покрывать каким-то защитными составами запрещено. Потому что в системе необходим полный контакт с землей, куда будут уходить блуждающие токи.

На этом монтаж контура заземления для частного дома можно считать законченным. Поэтому убедитесь, что сварочные стыки прочные, после чего лопатами надо закопать траншеи. Кстати, эту технологию можно использовать и для сооружения системы молниеотвода (громоотвода). Вот такое устройство заземления в частном доме можно сделать своими руками.

Необходимо отметить, что правильная форма заземления частного дома – это необязательно треугольник. Можно использовать квадрат, окружность, линию и другие фигуры. Важно, чтобы сам контур не создавал сопротивления, поэтому максимальное количество вбитых вглубь земли заземлителей и их горизонтальных собратьев было как можно больше. Хотя треугольник – проверенный временем вариант. И еще один немаловажный момент – расстояние от домашнего контура системы заземления до фундамента дома не должно быть меньше одного метра.

Подключение в электрическом щите

Обычно питание частных домов электрическим током осуществляется воздушными линиями электропередач. Поэтому ввод в дом делают двумя проводами: фаза и ноль. Их система заземления основана на схеме TN-C, в которой установленный нулевой контур – он же и заземляющий, подключен к общей нейтрали в трансформаторной подстанции.

Так как свой дом оборудуется заземляющей системой, то подключение может быть проведено по двум разным схемам:

  1. TN-C на TN-C-S;
  2. TN-C на TT.

Подключение контура по схеме TN-C-S

Система заземления частного дома своими руками по схеме TN-C – это, как правило, двухпроводная разводка, в которой один провод является фазой, второй нулевой выполняет сразу две функции: рабочего проводника N и защитного PE. Чтобы перевести на схему TN-C-S, необходимо внутри распределительного щитка установить дополнительную шину. Она должна иметь металлический контакт с корпусом электрощита. К ней будут присоединены нулевой провод питающей сети и проводник от нового заземляющего контура, собранного своими руками.

Новую шину нужно соединить с шиной, к которой был соединен нулевой провод N, выходящий из дома. При этом контакта шины N с щитком не должно быть. По сути, так и получится, потому что в щитке на шине устанавливается диэлектрический клеммник, через который и проводится соединение. Кстати, фазный провод также изолирован от элементов распределительного щита и его корпуса.

Последний этап, как правильно сделать заземление в частном доме по системе TN-C-S, это соединить между собой новую шину и заземлительный контур. Обычно для этого используется медный многожильный кабель сечением не меньше 4 мм², один конец которого крепится к щитку, второй к болту, приваренному на конец заземляющего проводника на вводе в дом.

Подключение по схеме TT

Схема похожа на заземление дома по системе TN-C-S, но есть у нее и разительные отличия. В системе подключения TT входящий проводник PEN, несущий двойную нагрузку (нуля и земля), подключается к шине, которая изолирована от контакта с распределительным щитком. Как, в принципе, и фазный проводник. К ней будет подключаться нулевой провод, выходящий из дома.

К не заизолированной шине, которая с другими шинами ничем не связана, подключается заземляющий провод, выходящий из дома. Сюда же подсоединяется и заземлитель, идущий от уличного контура заземления. Соединение производится медным кабелем с минимальным сечением 10 мм². То есть, получается, что все провода проходят по разным контурам и друг с другом соединяются лишь в бытовых приборах.

Отличительной особенностью системы заземления TT, ее положительная сторона – это разделение двух контуров: нуля и заземления. В системе TN-C-S есть один негативный момент – при отгорании провода PEN, электричество пойдет по наименьшему сопротивлению, то есть, по самому защитному заземлению. А это чревато большими неприятностями. Минимально, что может случиться, произойдет короткое замыкание в проводке, могут сгореть бытовые приборы. Максимально – здесь и до пожара не так далеко.

Заземления в частном доме по системе TT гарантирует полную безопасность при любых нестандартных ситуациях. И даже если проводник PEN отгорит, то просто в доме не будет электричества, потому что заземляющая сеть проходит отдельным контуром. И ничем с нулем она не связана. Поэтому, выбирая систему заземления для дома ТТ (своими руками смонтированную), можно быть уверенным в полной ее безопасности.

Проверка заземления

Заземление в деревянном доме или кирпичном готово, необходимо его проверить. Что для этого нужно сделать?

  • Разбираем любую розетку в доме.
  • Берем мультиметр и выставляем его в режим напряжения.
  • Соединяем щупами прибора провода фазы и нуля. Должно появиться значение напряжения в сети.
  • Затем соединяются фаза и заземление. Прибор должен показать немного отличающееся (сниженное) значение напряжения, чем в предыдущем пункте.

Все это можно сделать и при помощи контрольной лампочки. Все те же манипуляции, при которых лампочка должна гореть ярко при соединении фазы с нулем, и тусклее при соединении фазы с землей. Вот так можно ответить на вопрос, как проверить заземление в частном доме.

Полезные советы

В связи с устройством заземления дома своими руками частные владельцы домов и новоиспеченные застройщики часто сталкиваются с некоторыми проблемами, которые сами решить не могут. К примеру, заземление в частном доме своими руками (380в подводимого напряжения). Есть ли какие-то особенности в проведении монтажа? Никаких особенностей нет, потому что трехфазное подключение внутри дома разбивается по однофазным контурам, которые равномерно разбрасываются по всему зданию. К примеру, одна фаза идет на освещение, вторая на розетки, третья замыкается, к примеру, на бойлер. Заземлить же дом приходится по одному контуру. Тот есть, провод заземления, выходящий из дома, соединяется с шиной, куда был подсоединен заземлитель с улицы. При этом внутри помещений заземляющий контур соединяет между собой все розетки и мощные бытовые приборы, как отдельно стоящие потребители.

Можно ли сделать заземление в доме, используя для этого подвал или погреб? Никаких проблем и здесь нет. Главное, чтобы заземление в подвале (погребе) полностью находилось в земле, чтобы сопротивление конструкции было минимальным. При этом погреб будет идеальным местом (влажный пол и грунт, хорошо проводящие ток), единственное к нему требование – это закрыть место установки контура защитными приспособлениями, к примеру, уложить деревянные решетки на пол.

Заключение по теме

Устанавливая схему заземления в частном доме своими руками на 220в, необходимо осознавать, что это мера безопасности. И какие бы затраты не пришлось делать, не стоит переживать, что семейный бюджет несет убытки. Это окупится сторицей, ведь здоровье и жизнь стоят дороже. Поэтому не стоит раздумывать, делать заземление в частном доме или нет. Ответ положительный – нужно заземление делать, не откладывая. Для заземления не стоит скупиться, а как оно делается, подробно описано.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Конфигурации контура геотермального теплового насоса

Трубопровод контура

Полиэтилен высокой плотности: В большинстве случаев трубопровод контура изготавливается из гибкого полиэтилена высокой плотности, гарантия на который составляет 50 лет, а ожидаемый срок службы — 200 лет. Его гибкость и отсутствие «памяти катушки» также облегчают его установку по сравнению с полибутиленом, который использовался всего несколько лет назад. В жилых помещениях он обычно имеет диаметр 3/4 дюйма и соединяется с помощью термосвариваемых фитингов.
Медь: в системе прямого обмена (DX) хладагент циркулирует по медным контурам заземления с высокой проводимостью, которые вставляются в скважины глубиной 50 или 100 футов, а затем заливаются защитным термическим раствором, который обеспечивает прямую передачу энергии с землей. Эта простота позволяет системе достигать высокой эффективности при использовании относительно более короткого и меньшего набора заглубленных трубок, что снижает затраты на установку.

Контуры заземления

Что касается контуров заземления, существует два основных типа систем – разомкнутый контур и замкнутый контур. Замкнутые системы более распространены и могут быть выкопаны или пробурены под землей горизонтально или установлены вертикально, как водяные колодцы. Если вы живете рядом с частным озером, трубопровод можно проложить даже под водой на дне озера. Вам потребуется не менее 8 футов воды над трубой круглый год, но, если этот вариант доступен, это намного дешевле, чем подземная петля.

Второй вариант, установка без обратной связи, не так популярен, как раньше. В этом случае источником воды, подаваемой к тепловому насосу, служит специальная скважина с погружным насосом. Как только вода проходит через систему, она возвращается в водоносный горизонт — обычно через вторую скважину, пробуренную специально для этой цели, или в ближайший ручей или озеро. Хотя эти системы достаточно эффективны, они, как правило, дороже. Колодцы стоят дорого, а качество воды может быть проблемой. У вас также будут дополнительные расходы на эксплуатацию погружного насоса, обычно от 150 до 220 долларов в год.

Горизонтальные петли

Наиболее распространенной установкой является горизонтальная петля. В этой ситуации рядом с домом выкапывается посадочная яма, чтобы петля трубопровода могла быть проведена через стену фундамента и подключена к внутреннему компрессорному агрегату. Из этой ямы пробуривают или выкапывают несколько петель трубопровода глубиной не менее 5 футов.

В среднем для горизонтальной системы требуется 220 футов трубопровода на каждую тонну нагрузки компрессора (12 000 БТЕ тепла). Более новый от 2000 до 2400 кв. футов. дома потребуется 3 тонны емкости и примерно 660 футов трубопроводной петли. В каждую узкую траншею или скважину можно установить две трубы – одну выходную и одну обратную, что составляет 330 футов траншеи. Если используется экскаватор и вырыта траншея шириной 3 фута, в одну траншею можно уложить шесть труб, что позволяет сделать траншею короче.

Горизонтальные системы всегда требовали много свободного пространства, но две недавние разработки немного уменьшили требования к размеру участка. Во-первых, новая технология бурения позволяет оператору точно управлять 5-дюймовым буром. бурильная машина под и вокруг обычных препятствий. Начиная с выгребной ямы рядом с домом, машина может нырять под хозяйственные постройки, деревья и септики, а также подниматься на расстояние до 100 футов. По завершении две трубы, соединенные с U-образным фитингом на дальнем конце, протягиваются через большую часть отверстия. Затем хвостовую часть скважины засыпают или заполняют плотным тампонажным материалом, таким как бентонитовая глина.

Slinky Loops

Другой новый поворот больше связан с изобретательностью, чем с оборудованием. Вместо того, чтобы укладывать трубу вдоль на дно длинной траншеи, ее наматывают в бухты диаметром от 2 до 3 футов. петли, как у большой игрушки Slinky. Затем катушки укладывают и засыпают землей. Этот метод «Slinky» значительно увеличивает обнажение поверхности и существенно уменьшает количество необходимых траншей. Благодаря этим двум инновациям горизонтальную систему часто можно установить на участке площадью всего 1/4 акра.

Вертикальные петли

Если участок не позволяет выкапывать траншеи или бурить даже такие объемы, следующим лучшим вариантом будет вертикальная замкнутая система. В этом случае бурильщик обычно бурит несколько скважин без обсадных труб глубиной от 150 до 200 футов. Затем подрядчик опускает две трубы, соединенные U-образным фитингом на дне, в каждое отверстие и соединяет все трубы из всех отверстий в общей яме глубиной от 5 футов до 6 футов. Затем подрядчик проводит подающую и обратную линии через стену фундамента и соединяет их с компрессорной установкой. Перед заполнением котлована каждое отверстие заливают цементным раствором в соответствии с государственными и местными нормами.

Вертикальные замкнутые системы на самом деле более эффективны, но требуют большего количества трубопроводов — обычно 300 футов на тонну.

Замкнутые контуры пруда или озера

Этот тип конструкции контура может быть наиболее экономичным, если дом находится рядом с водоемом, таким как пруд или озеро. Жидкость циркулирует под водой по полиэтиленовым трубам в закрытой системе так же, как и по контурам заземления. Трубы могут быть свернуты в облегающую форму, чтобы поместить больше их в заданное пространство. Поскольку это закрытая система, она не оказывает неблагоприятного воздействия на водную систему.

Конфигурации контура геотермального теплового насоса Copyright 2011 Digtheheat.com

Фактор почвы при проектировании геотермального контура

Интересно, что тип почвы может влиять на производительность геотермальных установок GSHP. Лучше всего подходят влажные почвы, такие как глина и суглинок. Сухие песчаные почвы, напротив, содержат миллионы крошечных воздушных карманов, которые изолируют от процесса теплопередачи. В этих случаях подрядчику потребуется либо удлинить петлю трубопровода — до 30 процентов, — либо засыпать дно траншей раствором или более качественным грунтом.

Опции геотермальной петли | MNGHPA : MNGHPA

Геотермальные тепловые насосы Миннесоты обычно разрабатываются для более строгих требований северного отопления с холодным климатом – 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 обеспечения 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 и составляет 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 разомкнутым 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, а также относительную установку. расходы. Некоторые примеры приведены ниже.

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

СИСТЕМЫ ЗАКРЫТОГО КОНТУРА

ГОРИЗОНТАЛЬНО-ЭКСКАВИРОВАННЫЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ КОНТУРЫ:

Горизонтально-выкопанные или проложенные в траншеях системы теплообмена требуют наибольшей площади поверхности для заглубленного замкнутого контура, но обычно они в первую очередь являются самыми 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 тепло геотермальным способом, как это требовалось 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 разной 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 минимальных затратах на пространство и установку, и они заложили практическую основу для подхода к проектированию и установке GHEX с горизонтальной выемкой грунта по сей день — с широким диапазоном вариаций.

Миннесота Соображения: В Миннесоте обычно нецелесообразно использовать траншеекопатели для выемки горизонтальных петель. В климате, где глубина промерзания достигает 4-7 футов, горизонтальные трубопроводные системы GHEX лучше укладывать горизонтально на дно более широкой траншеи, выкопанной машинным способом, или открытой ямы, вырытой не менее чем на два фута ниже уровня 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 снижением производительности системы, в горизонтальных конструкциях GHEX, как правило, используются более длинные трубы, свернутые в более плотные массивы, на 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 и номинальная грузоподъемность GHP, т. е. 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 не более 10 катушек обычно используют один и тот же заголовок, прежде чем разделить общее количество катушек 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 футов до 8 футов и длиной до 150 футов (обычно 100 футов) с общей общей траншеей. 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 выемки грунта и размещение рулонов, как правило, более уплотнены, 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 самое можно сказать и о введении системы водоотводных 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 сезонного восстановления контура поля… особенно для северных применений гидравлических GHP «только для обогрева», 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 формации, глубина до коренной породы часто может решить проблему 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 участках, 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, препятствиями на газонах и в саду, 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 областях, где глубина до породы невелика, а экономичность бурения в скале или бурения неглубоких скважин, чтобы оставаться над скалой, делает систему с вертикальным бурением более дорогостоящей.

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 земляных контуров; 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 или подрядчиком по геотермальной энергии , 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 несоответствующая 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 в плане первоначальных затрат 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 обычно не превышают установленных в настоящее время лимитов 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 выщелачивающее ложе (не глубже 15 футов).

Разновидность насосно-сбросной системы, которая также разрешена в Миннесоте, заключается в том, что 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 обратной закачки со стоячими колоннами, 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.