Проблема в следующем:
шеф хочет сделать систему отопления с помощью теплового насоса и проложить по всей площади склада в земле на глубине максимум 40 см металлопластиковую трубу для использования низкопотенциального источника тепла, ну и собственно для того чтобы сам тепловой насос функционировал. Вопрос вероятность промерзания грунта на такой глубине по всем зонам при наличии утеплённых полов и отапливаемого склада позволит выйти в средней полосе на температуру грунта хотя бы +2...+3 или это всё нереально???

Идея Вашего шефа сродни вечному двигателю: тепло в грунт будет поступать из помещения склада, и этот же склад этим теплом топить. Короче говоря, ничего не выйдет. Коллектор надо прокладывать на открытой местности на 0,5м ниже глубины промерзания

Кажется такое решение называется "вечный двигатель второго рода"
Для теплового наоса необходимо определить "резервуар тепла" - откуда он (тепловой насос) будет тепло качать.
А какие приборы отопления предполагается установить в складе?
Рассматривал ли Ваш шеф варинт воздушного отопления (воздух-воздух)?
Михаил

Насчёт "вечного двигателя второго рода" - это не тот случай, всё гораздо проще склад будет отапливаться тёплыми полами, располагаемыми над слоем термоизоляции и бетонной стяжки (небольшой), за счёт теплоты вырабатываемой газовым котлом. А горизонтальный теплообменник в земле (над тёплыми полями и изоляцией) нужен будет для забора теплоты на нужды испарителя теплового насоса, который в свою очередь будет отапливать соседнее административное здание.

Вечный двигатель второго рода невозможен!?
А почему принимаются заявки? По первому роду нет, а по второму да.
Все это для замкнутых (закрытых) термодинамических систем.
А вот если компрессор ТН будет стоять в обслуживаемом помещении...
Такая система будет потреблять меньше эл. энергии чем при прямом омическом нагреве (немного или много попадет и из грунта).
Насколько? Все зависит от конструкции пола. Обводненности грунта под зданием и пр. .....
При определенных усилиях может получится даже очень неплохо (при отсутствии других источников).
Или компрессор захлебнется

Все дело в том, что тепло, отбираемое горизонтальным контуром теплового насоса, поступает в грунт с поверхности (солнечный, воздушный нагрев, дожди). То, что доходит снизу - это мизер, и работает только вначале эксплуатации. Затем под коллектором образуется практически статичная картина распределения температур и тепло на него снизу не поступает.
Испаритель ТН будет забирать то, и только то тепло, которое выработал газовый котел. Здесь возможны два варианта: 1) Если этого тепла не будет хватать, горизонтальный коллектор рано или поздно замерзнет и ТН остановится. Если будет хватать, значит, это тепло Вы забрали от склада и там будет холодно.
Не стОит пытаться выкачать энергию из ниоткуда. Либо делайте горизонтальный контур на улице, либо топИте соседнее здание газом. (Что лучше во всех отношениях, если речь про Россию)

Неудержался. Попробую еще раз.
Alex_! Слишком категорично.
На Ваш взгляд чем зимой отличается (В плане потоков тепловой энергии) трубная решетка заглубленная в огороде, от такой же под зданием?
На мой взгляд температурой на поверхности грунта, а значит глубиной промерзания.
Через поверхность пола имеется поток тепловой энергии.
Q1=F*(Tвн-Тгрунта)
Этот поток называется тепловыми потерями и рассеивается в грунте под зданием.
Этот поток есть вне зависимости наличия или отсутствия трубной решетки.
Теперь решетка появилась. Что изменилось? Да как минимум Q1+Nкомпр. ТН может вернуть в помещение. Говорить, что больше ничего, видимо, опрометчиво, ведь решетка в огороде это тепло находит.
Таким образом эта задача не абсурдная, а оптимизационная. При какой тепловой изоляции стен и крыши здания (потерях тепловой энергии через ограждающие конструкции склада) производительности ТН хватит для его отопления. Это может быть выгодно (приемлимо), а может быть нет.
Я почему пишу? Такой категоричностью закрываются другие технические решения.
Погреб под зданием с морозильником, емкостью для сточных вод и т.п.

В общем случае это неправильно.
Способ, предлагаемый TGVshnik, может работать, например, в том случаяе, если под складом на небольшой глубине круглый год проходят грунтовые воды, что, правда, бывает нечасто.

Правильно! Только нужно хорошенько изолировать ту часть грунта, где находится горизонтальный контур, от наружного воздуха в зимнее время и сделать так, чтобы неизбежные теплопотери от склада воспринимались этой частью грунта. То есть, разместить этот контур так, как предлагает TGVshnik.
Коллекторы под зданием не размещают лишь потому, что при этом всегда есть риск замерзания и вспучивания грунта. При правильной схеме утепления склада термодинамически и экономически способ, предлагаемый TGVshnik, более выгоден.

Уже достаточно веская причина, чтобы отказаться от этой затеи. Теперь о термодинамике.
Ничем. Но очень сильно отличается летом. Замороженный за зиму пласт грунта восстанавливается дождями, солнечной инсоляцией, просто теплопереносом от окружающего воздуха. Если над горизонтальным коллектором здание, то первые два фактора отметаются, третий минимизируется за счет теплоизоляции пола. Вот и все. Если не на первый сезон, так на второй получаем под зданием вечную мерзлоту. Тепловой насос перестает работать, пол вспучивается.

коллеги!
Есть еще одна деталь: помещение - склад. И сколько я складов видел - там температура зимой держится +12..15С. Какие при этом теплопоступления через изоляцию пола?
Скорее всего топ-стартер чего-то не договаривает: склад с теплым полом + экспериментальная система отопления с ТН...
т.е разминка ума в чистом виде...
Михаил

сделайте раз шеф хочит.

Примем следующие условия:
1) Место расположения: Волгоградская область;
2) Склад молочной продукции;
3) Внутренняя температура зимой и летом: +5С.
При таких условиях мощность отопления будет не столь значительной, зато мощность охлаждения большая. В зимний период мы будем выкачивать из грунта 70% тепла, требуемого для отопления, а летом будем закачивать в грунт количество тепла, равное 150% холодопроизводительности ХМ (которые в зимний период становятся ТН). И это не считая грунтовых вод, которые в летний и переходный периоды бывают практически везде. Может быть, при таких условияэ нам придётся летом ещё и улицу отапливать.

Це ж две большие разницы, как говорят в Одессе. Когда годовой баланс нулевой или закачанное тепло превышает выкачанное, грунт работает как аккумулятор и может находиться хоть под небоскребом. Толко нужно рассчитать его теплоемкость.

Давайте поступим так:
1) Поставим задачу (например, ТЭО испльзования грунта, расположенного непосредственно под зданием, в качестве альтернативного источника тепловой энергии);
2) Установим параметры, от которых зависит решение задачи (стандартный бланк ТЗ);
3) Обсудим методы решения;
4) Напишем вычислительную программу, чтобы на каждый частный вопрос можно было бы дать быстрый, однозначный ответ.
Иначе, мы потратим уйму времени безо всякого результата.
С опорой-то можно и Землю сдвинуть,

Если не вдаваться в тонкости, все просто, как 5 копеек:
1. Грунт под зданием нельзя использовать как источник энергии, но можно как аккумулятор.
2. Для этого необходимо соблюдать тепловой баланс (отопление ~ охлаждение)
3. И рассчитать теплоемкость пласта.

Тут возможны различные задачи.
1. Использование грунта под зданием как аккумулятора для "срезки" максимума нагрузки.
Это периодическая работа грунта (не значит, что ТН).
Например, в период стояния температур наружного воздуха <-20.
Ночные минимумы. Тогда расчет на сутки.
2. Двухсуточный запас. Почему 2 суток? Вроде обычно так делают. Статистика стояния температур.
3. Как часть источника тепловой энергии. Из-за своего температурного уровня использование ее предпочтительно.
4. "Усовершенствования" грунта под зданием с целью увеличения емкости. Например, куски арматуры забитые в грунт.
В общем случае.
Располагаемая тепловая энергия под зданием состоит.
SQ=Q1+Q2+Q3
Q1- тепловой поток, уже не "потери" через пол.
Q2- тепловая энергия в грунте непосредственно под зданием (запас в зоне действия коллектора).
Q3- тепловой поток из грунта за счет разницы температур грунта под зданием и окружающего.

Q1 надо стремиться минимизировать при любом раскладе (отопление, охлаждение), чтобы не гонять тепло (холод) "по кругу", затрачивая электроэнергию.
Границы между Q2 и Q3 как таковой нет. Это задача нестационарного теплопереноса в большом объеме грунта. Разграничить их условно можно, если (и это правильно) определить промежуток времени, который работает система.

Для Тюмени продолжительность отопительного периода 5200 часов, из них только 2100 часов (40% всего времени) температура держится от -10 С и ниже. Думаю, с учётом суточных и месячных колебаний наружной температуры можно установить один ТН с воздушным обогревом испарителя. Тогда:
1) При очень низких температурах: обогрев испарителя можно сделать от грунта, при этом конденсатор выдаёт всю мощность только на отопление;
2) При более высоких температурах: обогрев испарителя - от наружного воздуха, при этом конденсатор работает как на отопление так и на подогрев грунта, т.к. в теплое время требуемая мощность на отопление значительно меньше максимальной;
3) Сезонная ёмкость грунта (т.е. кол-во тепла запасённого летом) будет определять зимнюю температуру, при которой ТН будет переключаться с воздуха на грунт. Чем она выше, тем лучше.
До численного решения, конечно ещё далеко, но чувствую, что этот метод предпочтительнее, чем метод с вертикальными коллекторами. Но вижу две проблемы:
1) Как сделать так, чтобы исключить замерзание грунта непосредственно под подошвой фундамента;
2) Ремонтопригодность грунтового контура.

Идея вполне работоспособная и, можно сказать, красивая.
Но есть проблема куда более глобальная - стоимость всего этого хозяйства. Готовых решений такого рода практически нет - стало быть, выходит эдакое двухиспарительное реверсивное изделие, не забудем про цену его разработки... Сюда добавим затраты на горизонтальный коллектор, посчитаем, на сколько лет вперед можно запастись газом за эти деньги и тихо ужаснемся.
Рассчитывать количество отнятого тепла и при исчерпании "лимита" переходить на "воздух" или электрооотопление в принудительном порядке
???

Бланк ТЗ пришлю завтра, ещё через неделю демонстрационную программу.

О, как я с вами согласен. Доходы населения и цена энергии в России в несколько раз ниже, чем в Европе, а стоимость оборудования - такая же или, даже, выше. Наши доходы не позволяют купить, а цена энергии - окупить это дорогущее оборудование. И это касается не только данного метода, но и практически всех других методов энергосбережения, за редким исключением (например, энергосберегающие лампочки, ТЭЦ на геотермальных водах). Прибавьте сюда разницу климатических условий и получите вообще заоблачные цены.

Готовые решения "иного" рода пришли к нам с Запада или Востока, где нет такого перекоса цен и климатические условия совсем другие. В СССР были плохие компьютеры, но и их было мало, зато наличие классных программистов компенсировало этот недостаток. Российскому потребительскому рынку не хватает инженеров (тысяч пятьсот, хотя бы), а то, что я видел на фирмах, работающих в сфере ОВиК, так это в лучшем случае слесари интеллектуального труда. Были бы инженеры, так и оборудование было бы дешевле, и использовалось эффективнее. Опять же, государство! Возьмите хоть защиту авторских прав (схемы вообще не подлежат защите), хоть развитие инфраструктур, хоть монополизированный рынок.

Технических проблем выполнить такое устройство нет.
Ведь не вызывает опасений подбор и монтаж VRV систем.
Параллельно вооздушному испарителю ПТО контура коллектора через соленоид (при двухступенчатом) или тоже через соленоид фреоновый контур. Автоматика даже не почувствует (не узнает) о появлении дополнительного оборудования, это многократно проверено.
Но необходимо отметить, что такое решение в условиях России (особенноо Тюмени) не имеет ничего общего с повышением эффективности использования первичной энергии.
Скорее это некий интеллектуальный онанизм. Системный бардак в стране порождает в краю нефти, газа и бескрайней тайги необходимость притягивания "за уши" (возможность появления) таких решений.
Вряд ли склад стоит среди поля. Он по определению предполагает окружающую инфроструктуру (офисы, раздевалки, гараж и т.п.). Для его отпления достаточно запустить обратку из сети.

А бардак в стране скоро исчезнет: или с помощью государства, или вместе с государством. Кризис генерирующих мощностей уже явный, кризис ЖКХ – пока ещё неявный, а сколько энергии потребуют нанотехнологии? Тьма - тьмущая, это ведь сверхчистые, высокоструктурированные материалы, да в каких объёмах! Так что, не смотря на реалии сегодняшние, задачки по энергоэффективности решать стоит, причём, с учётом практического использования в ближайшие 5 лет.

Если зимой во время оттепели воздушный ТН закачивает тепло в грунт, то, как минимум, 70% этого тепла будет взято из окружающей среды. Во время сильных морозов 70 % от общего тепла на отопление будет отдавать этот же, ранее нагретый, грунт. Итого: 50 % всего тепла (0,7 * 0,7 = 0,49) получаем от окружающей среды. Разве не повышение эффективности? К этому нужно прибавить эффективное использование верхней части грунта (при горизонтальных и вертикальных коллекторах, проложенных вне здания первые 2 – 3 метра нам только работы прибавляют, а энергоэффективности от этих 2-3 –х метров – ноль). Опять же, ТН можно использовать одноступенчатый.

Засылаю ТЗ.
Учту критические замечания и дополнения.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла