Такой вид геотермального контура пришёл на смену вертикальному бурению именно из-за аккуратности выполнения работ и после появления специализированных буровых установок. Обозначение «наклонный» говорит о бурении наклонной скважины (например, под углом 45 градусов к горизонту), а кластерный означает «имеющий общее начало».

Для выполнения работ по такой технологии в грунт закапывают бетонное кольцо диаметром 1.5 метра и на нём монтируют компактную буровую установку. Далее, внутри бетонного кольца бурят наклонную скважину и опускают в неё геотермальный зонд. После окончания бурения первой скважины буровую установку поворачивают вокруг вертикальной оси на кольце и бурят следующую скважину и так далее, до достижения необходимого общего метража зондов.

В итоге — все концы геотермальных зондов уже сразу находятся в кольце и копать траншеи соединяющие зонды не нужно. В этом же кольце собирают сборный коллектор с кранами для каждого зонда, а затем закрывают стандартной бетонной крышкой с полимербетонным люком. На поверхности останется только люк. Обычно располагают такой колодец не далее 5 метров от дома (минимальное расстояние от края кольца до дома 2 метра) и траншея для теплотрассы от коллектора до ввода в помещение котельной тоже 5 метров.

Мы используем специализированные буровые установки для геотермального бурения. Для того, чтобы воплотить в жизнь технологию позволяющую производить буровые работы аккуратно и не разрушая участок пришлось прилично постараться и на сегодняшний день итогом этих стараний стало получение международного патента на изобретение технологии «Способ установки геотермальных теплообменников для извлечения низкопотенциального тепла»

Конструкция логически понятная, а наконечник нужен для более плотного расположения двух основных труб в скважине. Не секрет, что чем больше диаметр бурения скважины, тем больше расходуется ресурсов для бурения и тем выше стоимость бурения. Поэтому плотное расположение труб нужно для уменьшения диаметра бурения. Однако, при определённых режимах работы именно плотное расположение этих труб в "классическом" зонде негативно сказывается на способности передавать тепло и ухудшает работу зонда

Рассмотрим ситуацию. Вертикальная скважина, в неё опущен U-образный зонд, пространство между трубами зонда и стенками скважины заполнено теплопроводящим раствором (произведён тампонаж межтрубного пространства).В одну из труб зонда из теплообменника теплового насоса подаётся охлаждённый теплоноситель с температурой -2 градуса, протекая по трубе охлаждает стенку трубы и соответственно грунт вокруг этой трубы. Грунт находящийся в плотном контакте с трубой охлаждается, но при этом и подогревает теплоноситель — происходит обмен тепловой энергией. На выходе из геотермального зонда теплоноситель будет уже подогрет до +2 градусов. Но что будет если сильно увеличить нагрузку на геотермальный зонд, например подавать теплоноситель температурой -4 градуса или прокачивать больше теплоносителя? Произойдёт понижение температуры теплоносителя на выходе из зонда.

Состоит из внешней трубы большого диаметра и внутренней трубы меньшего диаметра, при этом нижняя часть большой трубы имеет заглушку. Подача холодного теплоносителя производиться в тонкую внутреннюю утеплённую трубу. Теплоноситель протекает по внутренней трубе до нижней части зонда, далее на выходе и тонкой трубы разворачивается и начинает подниматься между внутренней трубой зонда и внешней. К колодцу с зондами теплоноситель приходит максимально подогретым. Внутренняя труба коаксиального зонда обычно имеет бОльшую толщину стенки чем наружная или изготавливается из материала с заранее низкой теплопроводностью.

Преимуществами использования такого вида зонда является снижение диаметра бурения скважины, меньший объём буровых работ и выноса выбуренной породы, а так же конструктивно заданный «паразитный» теплообмен между подающей трубой и обратной.В качестве теплоносителя используются незамерзающие жидкости с точкой кристаллизации -18 градусов, поэтому при работе такого вида зонда с отрицательными температурами не происходит увеличения «паразитного» теплообмена между входящим теплоносителем в зонд и выходящим.

Мы используем в работе только коаксиальные зонды!

Геотермальный зонд это теплообменник основной задачей которого является передавать тепло от грунта теплоносителю внутри зонда, а так как зонд опускается в скважину, то разные виды монтажа в большей степени относятся к виду скважин в которые этот зонд и опускают. Вообщем-то вариантов направления скважин не так-то уж и много: вертикальные, горизонтальные, наклонные. Часть из них уже были рассмотрены выше. Больший интерес представляет расположение начала скважины или «устье скважины».

При использовании вертикальных скважин трубы зонда должны продлеваться до сборного коллектора к запорными кранами и регуляторами потока. Вертикальные скважины находятся на разном удалении от коллектора, длина магистралей будет разная и гидравлические потери в магистралях — тоже разные, использование регуляторов потока необходимое условия для обеспечения равномерного расхода теплоносителя через каждый зонд. Так же большое скопление труб с отрицательными температурами в одном месте требует обязательного утепления места подхода к коллектору. Горизонтальные скважины используются редко в связи с дороговизной горизонтально-направленного бурения и малой эффективностью самих зондов.

Такая технология существует, но обоснованна к использованию только при наличии сильно обводнённого песка на глубинах 5−8 метров. Наклонные скважины в бурении сложнее строго вертикальных, но позволяют проходить водонасыщенные слои под углом, что увеличивает протяжённость зонда в породах с большой отдачей тепла. При бурении наклонных скважин из одной точки не требуется копать траншеи для соединения в коллектор — скважины изначально расположены в колодце.

Использование U-образных зондов совместно с технологией наклонно-кластерного бурения приведёт к вымораживанию зоны вокруг колодца на расстоянии до нескольких метров от колодца!

Связанно это с близким расположением подающих холодных труб в колодце. На рисунке № 1 синими стрелочками показаны холодные трубы выходящие из колодца. Расстояние между ними в колодце 15−20 см. Такого недостатка лишён коаксиальный зонд, он конструктивно работает иначе.

На рисунке № 2 синими стрелочками показаны внутренние утеплённые трубы зонда, а красными наружная труба зонда приходящая в колодец. Самая холодная часть у коаксиального зонда это нижняя часть на глубине 25−35 метров, но при этом вокруг этой части зонда находиться самый большой объём грунта готовый передать тепло.

Теплоноситель поднимаясь по коаксиальному зонду вверх подогревается через стенку внешней трубы и на подходе к колодцу имеет максимально тёплую температуру, поэтому зона вокруг колодца не вымораживается. Подача холодного теплоносителя производится во внутреннюю утеплённую трубу зонда, в которой теплоноситель с низкой температурой течёт до самого низа зонда и только потом, изменив направление потока, начинает подниматься вверх охлаждая грунт.