Геотермальный насос

Климат

40 votes + Голос за! — Голос против!

Ситуация такова, что самым популярным на данный момент способом отапливать жилище является использование котлов отопления – газовых, твердотопливных, дизельных и намного реже – электрических. А вот такие простые и в тоже время высокотехнологичные системы, как тепловые насосы, не получили повсеместного распространения, и очень зря. Для тех, кто любит и умеет просчитывать все наперед, их преимущества очевидны. Тепловые насосы для отопления не сжигают невосполнимых запасов природных ресурсов, что крайне важно не только с точки зрения охраны окружающей среды, но и позволяет экономить на энергоносителях, так как они дорожают с каждым годом. К тому же, с помощью тепловых насосов можно не только отапливать помещение, но и подогревать горячую воду для хозяйственных нужд, и кондиционировать помещение в летний зной.

  1. Принцип действия теплового насоса
  2. Преимущества и недостатки системы отопления «тепловой насос»
  3. Источники тепла для работы теплового насоса
    • Грунт
    • Вода
    • Воздух
  4. Отопление тепловым насосом: стоимость системы и расходы на эксплуатацию

Принцип действия теплового насоса

Остановимся чуть подробнее на принципе действия теплового насоса. Вспомните, как работает холодильник. Тепло помещенных в него продуктов выкачивается и выбрасывается на радиатор, расположенный на задней стенке. В этом легко убедиться, дотронувшись до него. Примерно такой же принцип у бытовых кондиционеров: они выкачивают тепло из помещения и выбрасывают его на радиатор, расположенный на наружной стене здания.

В основу работы теплового насоса, холодильника и кондиционера положен цикл Карно.

  1. Теплоноситель, двигаясь по источнику низкотемпературного тепла, например, грунту, нагревается на несколько градусов.
  2. Затем он поступает в теплообменник, называемый испаритель. В испарителе теплоноситель отдает накопленное тепло хладагенту. Хладагент – это специальная жидкость, которая превращается в пар при низкой температуре.
  3. Приняв на себя температуру с теплоносителя, нагретый хладагент превращается в пар и поступает в компрессор. В компрессоре происходит сжатие хладагента, т.е. повышение его давления, за счет чего повышается и его температура.
  4. Горячий сжатый хладагент поступает в другой теплообменник, называемый конденсатор. Здесь хладагент отдает свое тепло другому теплоносителю, который предусмотрен в системе отопления дома (вода, антифриз, воздух). При этом хладагент охлаждается и снова превращается в жидкость.
  5. Далее хладагент поступает в испаритель, где нагревается от новой порции нагретого теплоносителя, и цикл повторяется.

Для обеспечения работы теплового насоса необходимо электричество. Но это все равно намного выгоднее, чем использовать только электрообогреватель. Так как электрокотел или электрообогреватель тратит ровно столько же электроэнергии, сколько и выдает тепла. Например, если на обогревателе написана мощность 2 кВт, то он тратит 2 кВт в час и выдает 2 кВт тепла. А тепловой насос выдает тепла в 3 – 7 раз больше, чем тратит электроэнергии. Например, используется 5,5 кВт/час на работу компрессора и насоса, а тепла получается 17 кВт/час. Именно такой высокий КПД и является основным достоинством теплового насоса.

Преимущества и недостатки системы отопления «тепловой насос»

Вокруг тепловых насосов ходит много легенд и заблуждений, несмотря на то, что это не такое уж новаторское и высокотехнологичное изобретение. С помощью тепловых насосов отапливаются все «теплые» штаты в США, практически вся Европа и Япония, где технология отработана практически до идеала и уже давно. Кстати, не стоит думать, что подобное оборудование является чисто иностранной технологией и пришло к нам совсем недавно. Ведь еще в СССР такие агрегаты использовались на экспериментальных объектах. Примером тому служит санаторий «Дружба» в городе Ялта. Помимо футуристической архитектуры, напоминающей «избушку на курьих ножках», этот санаторий славен еще и тем, что еще с 80-х годов 20 века в нем используются тепловые насосы для отопления промышленные. Источником тепла является близлежащее море, а сама насосная станция не только обогревает все помещения санатория, но и обеспечивает горячей водой, греет воду в бассейне и охлаждает в знойный период. Так давайте же попытаемся развеять мифы и определить, имеет ли смысл отапливать жилище таким способом.

Преимущества систем отопления с тепловым насосом:

  • Экономия на энергоносителе. В связи с растущими ценами на газ и дизтопливо очень актуальное преимущество. В графе «ежемесячные расходы» будет значиться только электроэнергия, которой как мы уже писали необходимо намного меньше, чем реально производится тепла. При покупке агрегата необходимо обратить внимание на такой параметр, как коэффициент трансформации тепла «ϕ» (может называться еще коэффициент преобразования тепла, коэффициент трансформации мощности или температур). Он показывает отношение количества тепла на выходе к затрачиваемой энергии. Например, если ϕ=4, то при расходе 1 кВт/час мы получим 4 кВт/час тепловой энергии.
  • Экономия на техобслуживании. Тепловой насос не требует к себе никакого особенного отношения. Расходы на его обслуживание минимальны.
  • Можно устанавливать в любой местности. Источниками низкотемпературного тепла для работы теплового насоса могут служить грунт, вода или воздух. Где бы Вы ни строили дом, даже в скалистой местности, всегда найдется возможность найти «пищу» для агрегата. В местности, удаленной о газовой магистрали, это одна из самых оптимальных систем отопления. И даже в регионах без линий электропередач можно установить бензиновый или дизельный движок для обеспечения работы компрессора.
  • Нет необходимости следить за работой насоса, добавлять топливо, как в случае с твердотопливным или дизельным котлом. Вся система отопления с тепловым насосом автоматизирована.
  • Можно уехать на длительный срок и не бояться, что система замерзнет. При этом можно сэкономить, установив насос на обеспечение в жилом помещении температуры +10 °С.
  • Безопасность для окружающей среды. Для сравнения при использовании традиционных котлов, сжигающих топливо, всегда образуются различные окислы CO, СO2, NOх, SO2 , PbO2, как следствие вокруг дома на почве оседают фосфорная, азотистая, серная кислоты и бензойные соединения. При работе теплового насоса не выбрасывается ничего. А используемые в системе хладагенты абсолютно безопасны.
  • Сюда же можно отметить сохранение невосполнимых природных ресурсов планеты.
  • Безопасность для человека и имущества. В тепловом насосе ничего не нагревается до такой температуры, чтобы вызвать перегрев или взрыв. К тому же, в нем попросту нечему взрываться. Так что его можно отнести к полностью пожаробезопасным агрегатам.
  • Тепловые насосы успешно работают даже при температуре окружающей среды -15 °С. Так что если кому-то кажется, что такой системой можно обогревать дом только в регионах с теплыми зимами до +5 °С, то они ошибаются.
  • Реверсивность теплового насоса. Неоспоримым преимуществом является универсальность установки, с помощью которой можно и отапливать зимой, и охлаждать летом. В жаркие дни тепловой насос забирает тепло из помещения и направляет его в грунт на хранение, откуда снова возьмет зимой. Обратите внимание, что реверсной способностью обладают не все тепловые насосы, а только некоторые модели.
  • Долговечность. При должном уходе тепловые насосы системы отопления живут от 25 до 50 лет без капитального ремонта, и только раз в 15 – 20 лет потребуется заменить компрессор.

Недостатки систем отопления с тепловым насосом:

  • Большие первоначальные капиталовложения. Помимо того, что на тепловые насосы для отопления цены довольно высоки (от 3000 до 10000 у.е.), так еще дополнительно на обустройство геотермальной системы потребуется затратить не меньше, чем на сам насос. Исключением является воздушный тепловой насос, не требующий дополнительных работ. Окупится тепловой насос не скоро (лет через 5 – 10). Так что ответ на вопрос, использовать или не использовать тепловой насос для отопления, скорее зависит от предпочтений хозяина, его финансовых возможностей и условий строительства. Например, в регионе, где подведение газовой магистрали и подключение к ней стоит столько же, сколько и тепловой насос, имеет смысл отдать предпочтение последнему.

  • В регионах, где температура зимой опускается ниже -15 °С, необходимо использовать дополнительный источник тепла. Это называется бивалентная система отопления, в которой тепловой насос обеспечивает тепло, пока на улице до -20 °С, а когда он не справляется, подключается например, электрообогреватель или газовый котел, или теплогенератор.

  • Наиболее целесообразно использовать тепловой насос в системах с низкотемпературным теплоносителем, таких как система «теплый пол» (+35 °С) и фанкойлы (+35 — +45 °С). Фанкойлы представляют собой вентиляторный конвектор, в котором происходит передача тепла/холода от воды воздуху. Для обустройства такой системы в старом доме потребуется полная перепланировка и перестройка, что повлечет дополнительные затраты. При строительстве нового дома это не является недостатком.
  • Экологичность тепловых насосов, берущих тепло из воды и грунта, несколько относительна. Дело в том, что в процессе работы пространство вокруг труб с теплоносителем охлаждается, а это нарушает устоявшуюся экосистему. Ведь даже в глубине грунта живут анаэробные микроорганизмы, обеспечивающие жизнедеятельность более сложных систем. С другой стороны – по сравнению с добычей газа или нефти ущерб от теплового насоса минимален.

Оцените все «за» и «против» для принятия правильного решения.

Источники тепла для работы теплового насоса

Тепловые насосы берут тепло из тех природных источников, которые накапливают солнечную радиацию в течение теплого периода. В зависимости от источника тепла различаются и тепловые насосы.

Грунт

Грунт – самый стабильный источник тепла, которое накапливается за сезон. На глубине 5 – 7 м температура грунта практически всегда постоянна и равна примерно +5 – +8 °С, а на глубине 10 м – всегда постоянна +10 °С. Способов сбора тепла с грунта два.

Горизонтальный грунтовый коллектор представляет собой уложенную горизонтально трубу, по которой циркулирует теплоноситель. Глубина расположения горизонтального коллектора высчитывается индивидуально в зависимости от условий, иногда это 1,5 – 1,7 м – глубина промерзания грунта, иногда ниже – 2 – 3 м для обеспечения большей стабильности температуры и меньшей разницы, а иногда всего 1 – 1,2 м – здесь грунт начинает быстрее прогреваться весной. Бывают случаи, когда обустраивают двухслойный горизонтальный коллектор.

Трубы горизонтального коллектора могут иметь различный диаметр 25 мм, 32 мм и 40 мм. Форма их раскладки тоже может быть разной – змейка, петля, зигзаг, различные спирали. Расстояние между трубами в змейке должно быть не менее 0,6 м, и обычно составляет 0,8 – 1 м.

Удельный теплосъем с каждого погонного метра трубы зависит от структуры грунта:

  • Песок сухой – 10 Вт/м;
  • Глина сухая – 20 Вт/м;
  • Глина более влажная – 25 Вт/м;
  • Глина с очень большим содержанием воды – 35 Вт/м.

Для отопления дома площадью 100 м2 при условии, что грунт представляет собой влажную глину, понадобится 400 м2 площади участка под коллектор. Это довольно много – 4 – 5 соток. А с учетом того, что на данном участке не должно быть никаких строений и допускается только газон и клумбы с однолетними цветами, то не каждый может себе позволить обустроить горизонтальный коллектор.

По трубам коллектора течет специальная жидкость, ее еще называют «рассол» или антифриз, например, 30% раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. «Рассол» собирает на себя тепло грунта и направляется к тепловому насосу, где передает его хладагенту. Остывший «рассол» снова течет в грунтовый коллектор.

Вертикальный грунтовый зонд представляет собой систему труб, заглубленных на 50 – 150 м. Это может быть всего одна U-образная труба, опущенная на большую глубину 80 – 100 м и залитая бетонным раствором. А может быть система U-образных труб, опущенных на 20 м, чтобы собрать энергию с большей площади. Выполнение бурильных работ на глубину 100 – 150 м не только дорого стоит, но и требует получения специального разрешения, именно поэтому часто идут на хитрость и обустраивают несколько зондов небольшой глубины. Расстояние между такими зондами делают 5 – 7 м.

Удельный теплосъем с вертикального коллектора также зависит от породы:

  • Осадочные породы сухие – 20 Вт/м;
  • Осадочные породы, насыщенные водой, и каменистая почва – 50 Вт/м;
  • Каменистая почва с высоким коэффициентом теплопроводности – 70 Вт/м;
  • Подземные (грнутовые) воды – 80 Вт/м.

Площадь под вертикальный коллектор необходима совсем маленькая, но стоимость их обустройства выше, чем у горизонтального коллектора. Достоинством вертикального коллектора также является более стабильная температура и больший теплосъем.

Вода

Использовать воду в качестве источника тепла можно по-разному.

Коллектор на дне открытого незамерзающего водоема – реки, озера, моря – представляет собой трубы с «рассолом», притопленные с помощью груза. За счет высокой температуры теплоносителя этот способ получается самым выгодным и экономичным. Обустроить водный коллектор могут только те, от кого водоем находится не дальше 50 м, иначе теряется эффективность установки. Как Вы понимаете, такие условия есть не у всех. Но не использовать тепловые насосы жителям побережья просто недальновидно и глупо.

Коллектор в канализационных стоках или сбросовой воде после технических установок можно использовать для отопления домов и даже многоэтажек и промышленных предприятий в черте города, а также для приготовления горячей воды. Что с успехом делается в некоторых городах нашей Родины.

Скважинную или грунтовую воду используют реже, чем другие коллекторы. Такая система подразумевает строительство двух скважин, из одной забирается вода, которая передает свое тепло хладагенту в тепловом насосе, а во вторую сбрасывается остывшая вода. Вместо скважины может быть фильтрационный колодец. В любом случае сбросовая скважина должна находиться на расстоянии 15 – 20 м от первой, да еще и ниже по течению (подземные воды тоже имеют свое течение). Данная система довольно сложна в эксплуатации, так как за качеством поступаемой воды необходимо следить – фильтровать ее, и защищать детали теплового насоса (испаритель) от коррозии и загрязнения.

Воздух

Самую простую конструкцию имеет система отопления с воздушным тепловым насосом. Никакого дополнительного коллектора не нужно. Воздух из окружающей среды напрямую поступает к испарителю, где передает свое тепло хладагенту, а тот в свою очередь передает тепло теплоносителю внутри дома. Это может быть воздух для фанкойлов или вода для теплого пола и радиатора.

Затраты на установку воздушного теплового насоса самые минимальные, но зато производительность установки очень зависит от температуры воздуха. В регионах с теплыми зимами (до +5 – 0 °С) это один из самых экономичных источников тепла. А вот если температура воздуха опускается ниже -15 °С производительность падает настолько, что не имеет смысла использовать насос, а выгоднее включить обычный электрообогреватель или котел.

На воздушные тепловые насосы для отопления отзывы весьма противоречивы. Все зависит от региона их использования. Их выгодно использовать в регионах с теплыми зимами, например, в Сочи, где даже не понадобится дублирующий источник тепла на случай сильных морозов. Также можно устанавливать воздушные тепловые насосы в регионах, где относительно сухой воздух и температура зимой до -15 °С. А вот во влажном и холодном климате такие установки страдают от обледенения и обмерзания. Налипающие на вентиляторе сосульки не дают нормально работать всей системе.

Отопление тепловым насосом: стоимость системы и расходы на эксплуатацию

Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от тех функций, которые на него будут возложены. Если только отопление, то расчеты можно произвести в специальном калькуляторе, учитывающем тепловые потери здания. Кстати, наилучшие показатели работы теплового насоса при тепловых потерях здания не более 80 – 100 Вт/м2. Для простоты примем, что для отопления дома в 100 м2 с потолками высотой 3 м и теплопотерями 60 Вт/м2 необходим насос мощностью 10 кВт. Для подогрева воды придется взять агрегат с запасом по мощности – 12 или 16 кВт.

Стоимость теплового насоса зависит не только от мощности, но и от надежности и запросов производителя. Например, агрегат мощностью 16 кВт российского производства обойдется в 7000 у.е., а иностранный насос RFM 17 мощностью 17 кВт стоит порядка 13200 у.е. со всем сопутствующим оборудованием, кроме коллектора.

Следующей строкой расходов будет обустройство коллектора. Она тоже зависит от мощности установки. Например, для дома 100 м2, в котором везде установлены теплые полы (100 м2) или радиаторы отопления 80 м2, а также для подогрева воды до +40 °С объемом 150 л/час потребуется выполнить бурение скважин под коллекторы. Такой вертикальный коллектор обойдется в 13000 у.е.

Коллектор на дне водоема обойдется чуть дешевле. При таких же условиях он будет стоить 11000 у.е. Но лучше стоимость монтажа геотермальной системы уточнять в специализирующихся компаниях, она может очень сильно отличаться. Например, обустройство горизонтального коллектора для насоса мощность 17 кВт обойдется всего в 2500 у.е. А для воздушного теплового насоса коллектор не нужен вовсе.

Итого, стоимость теплового насоса 8000 у.е. в среднем, обустройство коллектора 6000 у.е. в среднем.

В ежемесячную стоимость отопления тепловым насосом входят только расходы на электроэнергию. Рассчитать их можно так – на насосе должна быть указана потребляемая мощность. Например, для вышеупомянутого насоса мощностью 17 кВт потребляемая мощность составляет 5,5 кВт/час. Всего отопительная система работает 225 дней в году, т.е. 5400 часов. С учетом того, что тепловой насос и компрессор в нем работают циклически, то расход электроэнергии необходимо уменьшить вдвое. За отопительный сезон будет потрачено 5400ч*5,5кВт/ч/2=14850 кВт.

Умножаем количество затраченных кВт на стоимость энергоносителя в Вашем регионе. Например, 0,05 у.е. за 1 кВт/час. Итого за год будет потрачено 742,5 у.е. За каждый месяц, в котором работал тепловой насос на отопление, приходится по 100 у.е. расходов на электроэнергию. Если же поделить расходы на 12 месяцев, то в месяц получится 60 у.е.

Обратите внимание, что чем меньше потребляемая мощность теплового насоса, тем меньше ежемесячные расходы. Например, есть насосы 17 кВт, которые за год потребляют всего 10000 кВт (расходы 500 у.е.). Также немаловажно, что производительность теплового насоса тем больше, чем меньше разница температур между источником тепла и теплоносителем в системе отопления. Именно поэтому говорят, что выгоднее устанавливать теплый пол и фанкойлы. Хотя стандартные радиаторы отопления с высокотемпературным теплоносителем (+65 – +95 °С) тоже можно устанавливать, но с дополнительным аккумулятором тепла, например, бойлером косвенного нагрева. Для донагрева воды в ГВС также используется бойлер.

Тепловые насосы выгодны при использовании в бивалентных системах. В дополнение к насосу можно установить солнечный коллектор, который сможет полностью обеспечивать насос электроэнергией летом, когда тот будет работать на охлаждение. Для зимней подстраховки можно добавить теплогенератор, который будет догревать воду для ГВС и высокотемпературных радиаторов.

Геотермальный контур теплового насоса

В этой статье мы подробно рассмотрим применение тепловых насосов с использованием геотермального коллектора в качестве низкопотенциального источника тепла.

Причина, по которой мы решили подробно осветить эту тему стал быстрый прогресс в использовании и продвижении тепловых насосов в качестве отопительных установок в индивидуальном жилищном строительстве.

На данный момент на рынке появились модели тепловых насосов обладающими такими характеристиками как: низкий уровень шума и вибрации, изменяемый уровнь мощности, компактные массо-габаритные размеры, высокий коэффициент трансформации тепла.

Так же для геотермальных коллекторов появились решения с новой геометрией, такие как спиральные коллекторы и корзиночные коллекторы. Такие коллекторы позволяют повысить эффективность и снизить размеры и стоимость данных конструкций.

Также на рынке появилось множество компонентов, которые делают процесс подключения геотермального коллектора к тепловому насосу простым и удобным.

Данный материал мы разбили на четыре раздела: в первом мы рассмотрим вопрос содержания тепла в грунте, во втором рассмотрим способы собирания данного тепла, в третьем коснемся вопроса нормативов в области реализации коллекторов, и наконец, в четвертом приведем примеры подключения теплового насоса к геотермальному коллектору.

Тепло, которое находиться в недрах земли

В земле находится огромное количество тепла. Если принимать во внимание абсолютные единицы, то около 99% массы планеты имеют температуру более 1000 °С, а температура ее ядра колеблется от 6000 до 6500 °С. Данное тепло исходит из двух источников: внутреннего и внешнего.

Внешний источник тепла питается за счет тепловой энергии солнца и дождя: на практике влияние этого источника ощущается в грунте на глубине до 15 м.

Внутренним источником тепла является энергия распада радиоактивных элементов, присутствующих в земной коре: на практике влияние данного источника начинает сказываться на глубинах свыше 20 м. И строго говоря, только это тепло может быть классифицировано как геотермальное .

Однако в международной практике принято геотермальным называть тепло, полученное как из внешнего, так и из внутреннего источников. Также очень часто под термином «геотермия» подразумевают направление науки, которое занимается исследованием способов использования тепла земли.

Все возрастающий интерес к данной дисциплине вызван тем, что данное тепло является наиболее значимой составляющей понятия альтернативной энергетики и используется, например, для производства электрической энергии, реализации технологических процессов, обогрева помещений и производства воды для нужд горячего водоснабжения. Однако для того чтобы воспользоваться данным видом энергии, нам необходимы значительные площади земной поверхности.

В некоторых случаях природа сама создает условия для использования геотермальной энергии путем доставки разогретой воды на поверхность: речь идет о гейзерах и термальных источниках. В остальном приходится использовать специальные средства для собирания и транспортировки данной энергии.

Геотермальная энергия, в отличие от других видов энергии (таких как энергия солнца, ветра или моря), не зависит от состояния атмосферы, а также от запасов топлива (как в случае с биомассой). Следовательно, это стабильный и удобный в использовании вид энергии.

В зависимости от температуры источника, геотермальная энергия подразделяется на классы:

Геотермальная энергия с высокой температурой

Позволяет использовать перегретую воду и пар с температурой выше 180 °С. Служит для производства электрической энергии. Первая установка данного типа была смонтирована в городе Larderello (Pisa) в 1906.

Геотермальная энергия со средней температурой

Позволяет использовать перегретую воду и пар с температурами от 100 до 180 °С. Служит для нагрева более легкого вторичного теплоносителя, с помощью которого производится электрическая энергия.

Геотермальная энергия с низкой температурой

Позволяет использовать жидкость с температурами от 30 до 100 °С. Служит для промышленных и медицинских целей.

Геотермальная энергия с очень низкой температурой

В данном случае используется жидкость с температурой ниже 30 °С. Служит для таких основных нужд:

1. отопление зданий и производство горячей воды — в данном случае теплота земли собирается с помощью геотермальных коллекторов и передается через теплообменник в специальное устройство (тепловой насос), которое повышает температурный уровень данной энергии до величины, пригодной для использования на нужды отопления и горячего водоснабжения;

2. охлаждение зданий — в данном случае геотермальная энергия с низкой температурой служит для питания теплового насоса, который работает в режиме охлаждения совместно с системой управления климатом в здании.

Соответственно, в зависимости от класса геотермальной энергии будет изменяться конструкция геотермального коллектора, необходимого для ее усвоения. Различают коллекторы малой, средней и высокой глубины закладки.

Тепловой насос

Это машина, предназначенная для поднятия температурного уровня низкопотенциальных источников энергии. Обычно он состоит из замкнутого контура, в ктороый включены такие узлы, как компрессор и испаритель. В контуре циркулирует специальный теплоноситель. В тепловом насосе теплоноситель последовательно изменяет свое физическое состояние, что приводит к повышению его температуры. Тепловой насос может также работать и в режиме охлаждения.

Эффективность работы теплового насоса характеризуется 2 коэффициентами:

  1. коэффициент ε показывает эффективность работы комперессора;
  2. коэффициент СОР показывает совместную эффективность компрессора и других вспомогательных средств. Например, СОР 4 обозначает, что на 1 кВт затраченной электроэнергии мы можем получить 4кВт тепла.

Коллекторы неглубокой закладки

Данные коллекторы изготавливаются из пластиковых труб. Глубина их закладки варьируется в пределах от 0,8 до 4 м. Глубина залегания коллектора зависит от климатических особенностей местности (глубина промерзания грунта). Сравнительно с коллекторами с высокой глубиной закладки, они оказывают меньшее влияние на окружающую среду и имеют более низкую стоимость.

Кроме того, учитывая, что глубина залегания данных коллекторов не превышает глубины обычных инженерных конструкций (таких как подвалы, погреба и прочее), то для их устройства не требуется получать специальное разрешение в соответствующих органах самоуправления.

К недостаткам данного класса коллекторов можно отнести то, что для своего устройства они требуют больших площадей. Поэтому на практике они применяются только для систем малых и средних размеров.

Коллекторы неглубокой закладки можно классифицировать по их геометрической конфигурации:

  • коллекторы змеевикового и улиточного типа;
  • кольцевые коллекторы;
  • спиральные коллекторы;
  • коллекторы в виде корзинки.

Выбор конфигурации коллектора зависит от многих различных факторов, таких как:

1. тип грунта;

2. геометрическая конфигурация площадки;

3. характер растительности на участке.

Пункт 3 учитывает наличие растений на площади залегания коллектора, которые могут образовать тень.

Наиболее затратный способ укладки труб — укладка их в траншеях, за исключением тех случаев, когда на участке производятся масштабные земляные работы. Однако в пользу траншей можно привести следующие аргументы:

  • более простой способ укладки;
  • возможность увеличить глубину залегания и, как следствие, поднять температуру теплоносителя и мощйость коллектора.

Как говорилось ранее, тепло, которое собирает коллектор, поступает от энергии солнца и дождя. Следовательно, территория, на которой расположен коллектор, должна быть хорошо доступной для этих источников, то есть она не должна быть закрыта различными конструкциями, такими как гаражи, склады, террасы и пандусы.

Площадка под закладку геотермального коллектора должна выбираться таким образом, чтобы гарантировать дистанцию минимум 2 м от теневой зоны зданий, заборов и деревьев.

Во избежание сложностей при закладке и для облегчения эксплуатации коллектора рекомендуется придерживаться следующих минимальных расстояний:

  • 1,5 м от негидравлических сетей (электросети телефон, газ и др.);
  • 2,0 м от гидравлических сетей (горячая вода — ливневая и обычная канализации);
  • 3,0 м от фундаментов, колодцев, септиков водозаборов и тому подобных сооружений.

Коллекторы неглубокой закладки не должны отбирать слишком большое количество тепла у грунта. На это есть две причины:

1. возможность «коллапса» системы;

2. угнетающее воздействие коллектора на вегетативную и корневую системы растений расположенных на участке, таких как деревья, кустарники, живые изгороди и газоны.

Возможность «коллапса» системы объясняется тем фактом, что при слишком низкой температуре теплоносителя тепловой насос снижает свою эффективность и мощность и вынужден работать с низким значением коэффициента СОР. Как следствие, тепловой насос не будет в состоянии обеспечить требуемую тепловую мощность для системы отопления.

Еще одним важным аспектом данного вопроса является хороший контакт между коллектором и грунтом.

Наименее проблематичными в этом отношении являются легкие песчаные почвы. И, наоборот, в тяжелых глинистых почвах возможно образование комков и плотных включений, количество и размер которых зависит от вида техники, которая используется для прокладки траншей.

Гетерогенные почвы (с присутствием гравия и камней) могут потребовать применения специальной засыпки из песка, цемента и воды.

Этой смесью необходимо покрывать теплообменник слоем порядка 10 см. Потом сверху производится засыпка обычным грунтом.

Укладка коллекторов змейкой и улиткой

В основном, данные коллекторы изготавливаются из полиэтиленовых труб диаметром от 16 до 32 мм. Глубина закладки для них колеблется в пределах от 0,8 до 1,8 м.

Укладка коллектора улиткой (когда подающий и обратный трубопровод прокладываются рядом) применяется тогда, когда необходимо получить равномерное охлаждение грунта. Данный способ, даже при «ударном» охлаждении коллектора, поможет избежать образования зон грунта с аномально низкой температурой, которые могут вызвать угнетение вегетативной системы растений.

Укладка коллектора змейкой употребляется гораздо чаще вследствие более простой системы раскладки и фиксации в грунте.

Во избежание переохлаждения грунта мы рекомендуем укладывать змейки и улитки коллекторов с шагом не менее 40 см.

Размер данных коллекторов определяется тепло-эффективностью грунта, который в свою очередь зависит от следующих факторов:

1. характера почвы;

2. ее плотность;

3. уровень влажности.

Теплоэффективность грунта тем выше, чем меньше ee дисперсность (мельче фракция), это объясняется тем, что при прочих равных условиях в таких грунтах содержится меньшее количество воздуха.

Влажность почвы является очень важным параметром, так как теплопроводность воды в 20 раз выше, чем у воздуха.

Однако очень сложно точно определить величину влажности почвы, так как она зависит от многих факторов, в числе которых встречаются такие слабопрогнозируемые, как количество осадков, уровень грунтовых вод, способность грунтов к испарению влаги и характер растительного покрова.

Для того чтобы определить достаточную площадь поверхности под коллектор, нам необходимо знать значение следующих параметров:

1. тепловая мощность системы отопления;

2. теплоэффективность почвы;

3. СОР теплового насоса.

Тепловая мощность системы отопления поможет нам определить также такие параметры, как тепловая мощность коллектора и потребляемая электрическая мощность теплового насоса.

В таблице 2 приведены предполагаемые площади площадок коллекторов в зависимости от параметров контура и значения коэффициента СОР теплового насоса.

Кольцевые коллекторы

Для изготовления данных коллекторов используются пластиковые трубы с внутренним диаметром от 16 до 26 мм. Глубина закладки данных коллекторов колеблется в пределах от 0,8 до 2,0 м.

Кольца могут укладываться как в один, так и в несколько слоев, и обычно располагаются в траншеях. Рытье траншей, как уже упоминалось ранее — менее затратная операция, чем полномасштабная съемка грунта.

Сами траншеи могут иметь различную геометрическую конфигурацию, в зависимости от типа грунта или наличия каких-либо других ограничений.

Различают кольца открытого и закрытого типов. Укладка колец в 2 или 3 яруса и соединение их в параллель, требует меньшего количества земляных работ и занимает меньше места на участке.

Однако, в отличие от одноярусной траншеи, данное решение позволяет получить меньшее удельное тепловосприятие с одного погонного метра коллектора (Вт/м). Снижение удельного тепловосприятия коллектора связано с термической интерференцией между его витками. Однако, как показывает практика, расходы на дополнительную длину труб значительно превышают стоимость дополнительных земляных работ в случае одноярусного коллектора.

На рисунке 8 приведены характеристики коллекторов, уложенных в одно- и многоуровневые траншеи, в зависимости от типа почвы.

Во избежание чрезмерного охлаждения почвы мы рекомендуем придерживаться расстояния между траншеями не менее 1,5 м.

Спиральные коллекторы

Для изготовления данных коллекторов используются пластиковые трубы с внутренним диаметром от 16 до 26 мм. Глубина закладки их колеблется в пределах от 1,0 до 2,5 м.

Спиральные теплообменники могут закладываться как с помощью рытья котлована, так и посредством прокладки траншей. В первом случае петли укладываются горизонтально на глубине от 1,0 до 1,5 м. В траншеях петли могут укладываться как вертикально, так и горизонтально на глубинах 1,0-2,5 м.

В таблице на рисунке 10 указаны величины тепло-проиаводительности коллекторов, приведенные к единице их удельной площади.

Во избежание чрезмерного охлаждения почвы мы рекомендуем придерживаться расстояния между траншеями не менее 2,5 м.

Укладка коллекторов корзинкой

Данный тип коллекторов изготавливают из полиэтиленовых труб и фиксируют с помощью пластиковой или металлической арматуры. Как правило, глубина их закладки составляет 1,5 м.

Это новый вид конструкции коллекторов, они эксплуатируются всего несколько лет. Большинство из них на данный момент находятся в Швейцарии и Германии. Однако данная конструкция быстро становится популярной и в других странах, так как эфективность подобного коллектора выше на 30 — 50% по сравнению с коллекторами других конструкций.

Благодаря своей компактности коллекторы корзиночного типа находят применение как в новых системах, так и при реконструкции старых коллекторов с целью увеличения их мощности.

Сами корзинки могут быть как конической, так и цилиндрической формы. Они могут быть как заводской сборки, так и сооружаемые по месту. Цилиндрические корзинки изготавливаются трех типоразмеров. Тепловая мощность, указанная на рисунке 12, — ориентировочная и зависит от типа почвы и уровня ее влажности.

Коллекторы с укладкой на средней глубине

Могут быть изготовлены из пластиковых или металлических труб, установленных вертикально на глубину до 25 — 30 м.

В некоторых случаях применение данного типа коллекторов является предпочтительным по сравнению с другими, а иногда даже и безальтернативным. Например тогда, когда выделенная площадка под тепловой коллектор не может обеспечить требуемой тепловой мощности или когда есть трудности с получением разрешения на установку коллектора глубокой закладки.

Данные коллекторы могут иметь исполнение в виде коаксиальных зондов либо в виде геотермальных свай.

Коаксиальные зонды

Как следует из названия данного коллектора, он имеет форму коаксиального трубопровода, по внутренней трубе которого идет обратка от теплового насоса, а внешняя служит теплообменной поверхностью между теплоносителем и грунтом.

Для улучшения теплообмена и защиты зонда от грунтовых вод, необходимо предусматривать устройство защитной «рубашки» из цемента и бентонита.

В более современных версиях коаксиального зонда внешняя труба изготавливается из нержавеющей стали, а внутренняя — из полиэтилена высокой плотности.

Внешняя труба из нержавеющей стали служит для защиты от коррозии, а также имеет то преимущество, что придает зонду хороший уровень механической прочности и позволяет оказывать хорошее сопротивление давлению грунта. Тепловую мощность коллектора можно приблизительно определить, пользуясь данными таблицы 3. Ее величина будет зависеть от типа зонда, его глубины и того, в каком грунте он находится.

Геотермальные сваи

Данные сваи используются тогда, когда нет возможности использовать другие виды геотермических коллекторов. Например, когда бурение скважины под зонд связано с трудностями (тяжелые грунты граниты, базальты и пр.) или, наоборот, когда мы имеем дело с очень мягкими подвижными грунтами, в которых зонд может быть легко поврежден.

Для того чтобы использовать сваи здания в качестве грунтового коллектора, необходимо заложить в сваю трубу в виде буквы U или спирали. Данные трубы подключаются на одну общую гребенку параллельно, а она уже в свою очередь соединяется с тепловым насосом.

Данная технология не очень сложная, но довольно-таки дорогая. Как правило, данные геотермические сваи применяются в системах, рассчитанных на отопление зданий, в сваях которых встроен коллектор.

Тепловая мощность коллектора с двумя U-образными петлями можно определить по таблице 3, в зависимости от типа коллектора и его длины.

Коллекторы глубокой закладки

Данные коллекторы также имеют вид вертикальных геотермальных зондов и закладываются на глубину 100 — 120 м, однако встречаются и коллекторы с глубиной скважины более 200 м.

Чем больше глубина геотермического зонда, тем выше его удельная энергоэффективность. Данный факт объясняется тем, что на глубинах свыше 20 м температура земных недр повышается на 3 °С каждые 100 м.

Данные коллекторы устанавливаются в скважинах, диаметр которых варьируется в пределах от 100 до 150 мм.

Как правило, зонды выполняются в виде двух U-образных петель выполненных из пластиковых труб РЕ-Ха, специально разработанных для применения в тяжелых условиях, так как зонд на такой глубине испытывает воздействие высокого давления.

Для более легкого опускания зонда в скважину используют специальный груз весом 15-20 кг. Также необходимо использовать через каждые 7 — 8 м трубы специальные фиксаторы, которые будут помогать сохранять одинаковое расстояние между петлями.

Полость между стенкой скважины и петлями зонда заполняют с помощью цементного инертного раствора. Данная суспензия вводится снизу вверх с помощью специальной дополнительной трубки.

Во избежание повреждения фундаментов зданий коллекторы глубокой закладки должны быть расположены на расстоянии не менее 4 — 5 м от них.

Кроме того, если у нас предусматривается установка нескольких геотермальных зондов, то они должны располагаться на расстоянии не менее 8 м друг от друга. Делается это для того, чтобы избежать термического воздействия зоднов между собой, и, как следствие, уменьшения их эффективности.

В таблице 3 указанна теплоэффективность вертикальных геотермических зондов, выполненных в виде двойной U-образной петли, в зависимости от типа почвы и в соответствии с немецким нормативом УБ14640. Данная эффективность имеет размерность в Вт/м.

Контур подключения коллектора к тепловому насосу

Геотермальные коллекторы, а также элементы, которые находятся в контуре между ними и тепловым насосом, рассчитываются и подбираются в следующем порядке:

ЗАЩИТА

Следуйте нижеприведенным инструкциям пошагово.

1-й этап

Определение количества теплоты, которое нам необходимо собрать в грунте (Qter), базируясь на тепловой мощности установки и расчетном коэффициенте СОР теплового насоса.

2-й этап

Определение максимального размера теплообменника:

  • коллекторы змеевикового и улиточного типов

Общая площадь вычисляется путем деления Qter на теплоэффективность грунта (Вт/м2), откуда можно вычислить длину используемых труб, руководствуясь межвитковым расстоянием (обычно принимают 0,4 м).

  • кольцевые коллекторы

Их длина вычисляется путем деления Qter per на линейную теплоэффективность (Вт/м) коллектора.

  • спиральные коллекторы

Их общая площадь рассчитывается путем деления Qter per на теплоэффективность грунта (Вт/м2), потом вычисляется длина трубопровода, базируясь на его диаметре и шаге спирали.

  • коллекторы корзиночного типа

Здесь необходимо определить количество корзин, j поделив Qter на теплоэффективность каждой корзины, потом вычисляется протяженность трубопровода исходя из конструкции корзин и их количества.

  • геотермальные зонды

Их длина вычисляется путем деления Qter на линейную теплоэффективность скважины (Вт/м), потом вычисляется необходимая длина труб в зависимости от конструкции зонда (2 или 4 петли).

3-й этап

Точный подбор размеров геотермического коллектора и контура подключения теплового насоса осуществляется исходя из таких двух параметров тепловой мощности и гидравлического сопротивления коллектора. Тепловая мощность коллектора определяется, исходя из разности температур теплоносителя от 3 до 5 °С.

Для определения гидравлических потерь коллектора (за вычетом потерь во внутреннем контуре теплового насоса) рекомендуется принимать следующие значения:

  • 1500 — 2000 мм вд. ст. для малых и средних систем
  • 3500 — 4000 мм вд. ст. для больших систем

Для точного определения потери напора в контуре геотермического коллектора необходимо принимать во внимание рабочую температуру теплоносителя, так как от нее зависят такие характеристики жидкости, как вязкость и текучесть. Эти данные можно найти в документации поставщиков теплоносителя.

Незамерзающая жидкость

Представляет из себя смесь воды и незамерзающего агента, концентрация которого должна гарантировать работу насоса при температуре на 7 — 8 °С ниже расчетной рабочей температуры коллектора. Зачастую, из соображений безопасности, в геотермический коллектор заливают жидкость с температурой замерзания порядка -20 °С.

Идеальная незамерзающая жидкость должна быть нетоксичной, не воспламеняющейся, с низким уровнем воздействия на окружающую среду, не коррозионно активной, с хорошими теплотехническими и экономическими характеристиками.

В Европе наибольшее распространение получили незамерзающие жидкости на основе пропиленгликоля. Немецкая норма УБ1 4640 рекомендует использовать, жидкости на основе как пропиленгликоля (С3Н802), так и этиленгликоля(С2Н502). В США и Канаде, наоборот, широкое распространение получили соляные растворы (весьма коррозионно активные) и метанол (токсичный и пожароопасный при высоких концентрациях).

Основные компоненты

Вот основные компоненты, с помощью которых собирается данный контур:

Трубы

В основном используют пластиковые трубы, в качестве материала для которых применяются полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР) и полибутилен (РВ).

При закладке коллектора и контура подключения на небольшой глубине необходимо предусмотреть установку ограждения или сигнальной ленты, которые предохранят трубы от случайного прорыва и утечки теплоносителя, который содержится в контуре коллектора.

Циркуляционный насос

Должен иметь хорошую степень морозостойкости (т.е. быть устойчивым к воздействию низкой температуры). Для пущей безопасности хорошо, если насос сможет работать при температурах до -25 °С.

Расширительный бак

Служит для компенсации теплового расширения теплоносителя, его объем обычно составляет порядка 0,8 -1,0 % от объема контура.

Предохранительный клапан

Его задача заключается в том, чтобы защитить контур от воздействия высокого давления, особенно во время заполнения системы теплоносителем или во время подпитки.

Манометры

Служат для проверки давления в контуре во время заполнения и работы.

Термометры

Служат для контроля температуры теплоносителя на входе и выходе из теплового насоса.

Автоматические воздушные клапаны

Служат для удаления воздуха из системы и тем самым способствуют:

1. снижению риска возникновения шума и выхода из строя циркуляционных насосов;

2. снижению риска ухудшения теплообмена в тепловом насосе.

Грязевики

Используются для того чтобы снизить риск накопления шлама в испарителе, и, как следствие, снижения эффективности теплового насоса.

Реле минимального давления

Служит для защиты фреонового контура теплового насоса в случае повреждения геотермального зонда. В этом случае для того чтобы избежать загрязнения почвы, должен подаваться световой и звуковой сигналы.

Реле безопасности

Служит для отключения теплового насоса в случае слишком высокого давления в системе, которое может послужить причиной перегрева.

Реле протока

Служит для защиты внутреннего контура теплового насоса в случае неудовлетворительной циркуляции в геотермическом коллекторе, что может привести к блокировке или повреждению циркуляционного насоса.

Антивибрационные прокладки

Служат для изоляции системы от вибраций теплового насоса.

Распределительные коллекторы

Должны иметь низкое гидравлическое сопротивление и не допускать образования конденсата из атмосферного воздуха за счет качественной изоляции.

Отсечные краны

Служат для изоляции отдельных контуров геотермического коллектора в случае их повреждения и возможности утечки теплоносителя.

Регулировочные вентили

флужат для регулирования расхода в контурах и подконтурах геотермического коллектора, что является необходимым условием для безопасной и корректной работы теплового насоса.

Охлаждение летом

Как уже говорилось ранее, геотермальные системы могут быть использованы не только для отопления, но и для охлаждения зданий.

Охлаждение может быть как активным, так и пассивным.

Активный способ охлаждения использует тепловой насос (в летнем цикле) для того, чтобы понизить температуру теплоносителя, который циркулирует в системе отопления через отопительные приборы (радиационные панели, фанкойлы и воздушные батареи).

А при пассивном охлаждении — наоборот, тепловой насос не используется и охлаждение теплоносителя осуществляется с помощью незамерзающей жидкости геотермального коллектора посредством дополнительного пластинчатого теплообменника. В этом случае тепловой насос используется только для приготовления горячей воды.

Этот последний способ охлаждения, естественно, более экологичный и экономичный.

Общие рекомендации и требования

В основном, действующие или подготавливаемые к вступлению в силу нормативы, подразделяют геотермальные установки (это не касается установок, работающих с забором грунтовых вод) по следующим двум параметрам:

1. глубина закладки геотермального коллектора;

2. тепловая мощность/мощность охлаждения.

Глубина закладки геотермального коллектора

Запрещается установка геотермальных коллекторов в природоохранных зонах. На территориях, которые не относятся к природоохранным зонам, возможно два варианта:

  • Глубина без необходимости получения разрешения

Это такая глубина закладки коллектора, при которой не требуется получение специальных разрешительных документов. Она варьируется в зависимости от требований региональных норм.

  • Глубина с необходимостью получения разрешений

Если глубина закладки коллектора превышает

величину, оговоренную в местных нормах, то необходимо получить разрешение в ответственных органах местной администрации. В этих случаях также требуется регистрация коллектора после его монтажа в региональном регистре геотермальных коллекторов.

Тепловая мощность/мощность охлаждения

В основном основываются именно на тепловой мощности коллектора:

  • Коллекторы малого и среднего размеров (тепловая мощность менее 50 кВт)

Оценку тепловой мощности может быть выполнена, на основании уровня теплосодержания грунта, геологических карт и данных или других коллекторов, расположенных неподалеку.

  • (Большие коллекторы (более 50 кВт)

Оценку тепловой мощности выполняют, базируясь на данных уровня теплосодержания грунта по методике грунтового теста (Ground Response Test).

Грунтовый тест Ground Response Test (GRT) должен проводиться с помощью пилотного коллектора, котоpый потом может быть интегрирован в общую систему геотермального коллектора. Замеры тепловой мощности коллектора должны проводиться при различных режимах, в соответствии с методикой проведения грунтового теста, чтобы в конце получить объективные результаты.

Мы надеемся, что данный материал был интересен нашим читателям и поможет проектным и монтажным организациям в деле распространения инновационных систем отопления.

Геотермальный тепловой насос своими руками для отопления дома: устройство, проектирование, самостоятельная сборка 

Организовать отопление и горячее водоснабжение частного дома можно разными способами, например, подключиться к коммуникациям центрального газообеспечения или перевести греющие системы на потребление электроэнергии. Согласны?

А можно собрать геотермальный тепловой насос своими руками и эффективно использовать тепло земли для создания комфортных жизненных условий. Безусловно, это довольно трудоемкий процесс, но для тех, кто хоть немного разбирается в технике, это не составит большого труда.

В нашей статье речь пойдет о принципах работы и видах геотермальных установок. Мы расскажем, как из подручных материалов самостоятельно соорудить тепловой насос. Кроме того, в статье вы найдете советы экспертов по выбору геоагрегатов. А размещенные видеоролики раскроют секреты монтажа и принципы работы геотермальных насосов.

Как работает тепловой геоагрегат?

Алгоритм работы геотермального теплового насоса построен на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю. Земля здесь играет роль радиатора летом и является активным источником тепла в зимний сезон.

Разница температур грунта помогает повысить общую эффективность системы и способствует снижению фактических эксплуатационных расходов.

В основе действия геотермального теплового насоса лежит такое явление, как тепловая инерция. Температура земли на глубине от 6 метров и ниже почти точно соответствует среднегодовой температуре воздуха в регионе и очень слабо изменяется в течение всего календарного года

На практике в трубопровод, размещенный в грунте, поступает действующий теплоноситель и нагревается там на несколько градусов. Потом состав переходит в теплообменный узел (или испаритель) и перебрасывает накопленную тепловую энергию на внутренний системный контур.

Принцип работы геотермальных установок схож с функционированием холодильных систем. Именно поэтому некоторые виды теплонасосов в летнее время успешно применяют в качестве кондиционеров и с их помощью охлаждают воздух в жилых помещениях

Хладагент, работающий во внешнем контуре, прогревается в испарителе, преобразуется в газ и попадает в компрессор. Там он сжимается под влиянием высокого давления и становится еще горячее.

Раскаленный газ переходит в конденсационное устройство и отдает тепловую энергию рабочему теплоносителю внутренней системы, отвечающей за отопление дома. По окончании процесса хладагент, лишившийся тепла, возвращается в начальную точку в жидком состоянии.

Какими бывают геотермальные установки?

Геотермальные теплонасосы отличаются друг от друга по виду теплоносителя на внутреннем и внешнем контурах конструкции. Энергию устройства получают из грунта, воды (грунтовые воды либо открытый природный водоем) или воздуха.

Внутри жилого помещения тепловой ресурс применяется для отопления комнат, подогрева воды и кондиционирования воздуха. В зависимости от сочетания используемых элементов и функций происходит классификация систем на типы: «земля-вода», «вода-вода» и «воздух-вода».

Вариант #1. Сборка по технологии «земля-вода»

Насос «земля-вода» – один из самых эффективных вариантов альтернативного отопления для жилых помещений. Принцип его действия сводится к отбору при помощи зондов или коллекторов тепловой энергии из грунта и передачи ее в домашнюю водяную систему отопления.

Геотермальные теплонасосы «земля-вода» – это высокотехнологичные прогрессивные устройства. Они отличаются исключительной надежностью и демонстрируют высокий уровень КПД. Не требуют постоянного вмешательства хозяев в работу, но нуждаются в профессиональном сервисном обслуживании

Помогает реализовать технологию специальная установка, состоящая из геотермального теплообменника, размещенного ниже глубины фактического промерзания почвы, и непосредственно тепловой насос, функционирующий как холодильник, только наоборот (обратный цикл Карно).

Как работает устройство

Установка «земля-вода», отапливающая жилые помещения за счет возобновляемого тепла, производимого почвой, действует по следующему алгоритму:

  1. Рабочая жидкость (рассол или антифриз), перемещающаяся по геотермальному контуру, принимает температуру почвы и посредством насоса передается в теплообменник – испаритель. Там она отдает собранное тепло фреону, а сама, став холоднее на 2-5°С, возвращается в исходную точку.
  2. Обогащенный тепловой энергией фреон испаряется и, приняв газообразное состояние, поступает в компрессорную установку. Там температура газа повышается за счет сжатия и образуется конденсат.
  3. Тепловая энергия передается теплоносителю в домашней отопительной системе, а фреон снова принимает жидкую форму. Его давление падает после прохода через расширительный клапан системы и хладагент возвращается обратно в испаритель, чтобы набрать очередную порцию ресурса.

В результате этой процедуры объем тепловой энергии, взятой у почвы и переданной в отопительную систему жилого дома, более чем в 4 раза превышает количество электричества, затраченного для обеспечения корректной работы компрессорной установки, циркулярного насоса и управляющего блока.

Гликолевая смесь с хорошим показателем вязкости, вода со спиртом или соляной раствор – именно такие незамерзающие жидкости используются в системе «земля-вода». Они экологически безопасны, эффективно принимают тепло и транспортируют его к насосной станции

Дополнительным бонусом можно назвать и то, что система имеет возможность работать в обратную сторону, то есть на охлаждение. Правда, потеря эффективности доходит до 20%, но это считается оправданным, учитывая высокую греющую способность оборудования.

Варианты размещения систем «земля-вода»

Для создания наружного контура системы «земля-вода» используют полимерные трубы высокой прочности, имеющие хорошие эксплуатационные характеристики. Размещают их горизонтально, укладывая на дно котлована способом, напоминающим обустройство коммуникаций для комплексов «теплый пол».

Теплонасос «земля-вода» надежен, эффективен и тих в работе, однако его установка обходится в приличные деньги и занимает много времени (не менее 1 месяца на строительно-монтажные и наладочные мероприятия). Этот момент нужно обязательно учитывать, прежде чем останавливать свой выбор на отопительной системе такого типа

При установке используется площадь из расчета 25-50 кв. м на каждый отдельный киловатт мощности монтируемого насоса. Глубину котлована выбирают ниже границы промерзания, а точные размеры и шаг укладки труб определяют дополнительным расчетом.

Владельцам крупногабаритных земельных владений, выбравшим для отопления дома геотермальный тепловой насос типа «земля-вода», целесообразно установить горизонтальные коллекторы. Хозяевам маленьких участков больше подойдет монтаж глубинных зондов, так как они уходят далеко в почву и не «съедают» полезную площадь возле дома

Территории, на которых обустроены коммуникации геотремальных систем «земля-вода», под сельскохозяйственные нужды уже не используют. На них можно разбить красивый травяной газон или клумбу с цветущими однолетниками.

Вертикальный монтаж гораздо более проблематичен и влечет за собой использование профессиональной техники. На участке при помощи буровой установки сверлят скважину глубиной от 20 до 150 м, в нее опускают специальный геотермальный зонд и подключают его к насосу, подающему рабочую жидкость в домашнюю отопительную систему.

Вертикальный зонд для геотермальной системы «земля-вода» представляет собой оголовок с подключенными трубами. Его погружают в скважину глубиной от 18 м и более. Точное количество скважин и зондов, глубину требуемого погружения и фактический диаметр трубопровода высчитывают отдельно для каждого частного случая, исходя из информации, полученной в результате геологической разведки, проведенной специалистами на участке

Зондовые трубы, отходящие от пробуренных скважин, входят в коллекторный колодец. От него к тепловому насосу идут 2 магистральные линии (подающая ресурс и обратная), снабженные утеплительным покрытием. Диаметр магистрали зависит от общего объема системы и помещения, которое требуется отопить. Иногда параметры достигают 160 мм.

Согласно приблизительным расчетам, для обогрева жилого дома площадью порядка 100 м2 понадобится около 7.5 кВт/ч энергии. Вертикальные зонды для создания греющей системы «земля-вода» в этом случае придется опустить в грунт на 110-115 метров, либо занять под горизонтальные коммуникации 250 м2 прилегающего участка (+)

За счет того, что на глубине температура грунта всегда выше и устойчивей благодаря воздействию земного ядра, вертикальный способ укладки греющей системы признан максимально эффективным. Он демонстрирует высокий уровень КПД и надежно работает в течение многих лет, не давая сбоев и поломок.

Вариант #2. Особенности теплонасосов «вода-вода»

Геотермальная система «вода-вода» использует в работе тепловую энергию водного ресурса. Это является возможным потому, что на большой глубине температура воды, как и грунта, остается довольно высокой и круглогодично сохраняет стабильные постоянные показатели.

Для обустройства системы «вода-вода» и получения низкопотенциальной тепловой энергии можно использовать открытые водоемы (озера, реки), колодцы, скважины и даже сточные воды технологических циклов промышленных производств (водоснабжение обратного типа)

Принципиальной конструкционной разницы между теплонасосом «грунт-вода» и «вода-вода» нет. Но самых меньших финансовых и трудовых затрат требует комплекс, обустроенный на базе открытого водоема. Для монтажа не нужны масштабные буровые мероприятия.

Трубный материал с теплоносителем просто оснащают грузом, погружают в воду и посредством соединительных коммуникаций подключают к домашней отопительной системе.

Однако, такой вариант возможен лишь в том случае, когда земельный участок вплотную прилегает к воде и все коммуникационные части системы находятся под контролем хозяев. Если к открытому водоему доступа нет, используют потенциал грунтовых вод.

Правда, это влечет за собой серьезные земельные работы и сооружение сложных конструкций, например, дополнительного колодца, предназначенного для сброса проходящей через теплообменный узел воды.

При установке теплонасоса «вода-вода» обустраивают не одну, а две скважины. Через одну забирается рабочая вода и, пройдя теплообменник, перенаправляется во вторую, которая располагается по направлению движения грунтовых потоков. Во время размещения нужно учесть, что принимающая скважина должна находиться от отдающей на расстоянии не менее 6 метров и обязательно быть ниже по течению

Обычно установки типа «вода-вода» монтируют там, где нет возможности подключить центральные коммуникации или использовать иные виды теплоносителей.

Специалисты утверждают, что альтернативное отопление такого типа исключительно эффективно в современных постройках, имеющих минимальный показатель теплопотерь.

При изготовлении и укладке своими руками геотермальных систем отопления «вода-вода» очень важно использовать материалы с высоким уровнем стойкости к коррозии, перемерзанию и прочим агрессивным проявлениям внешней среды. Тогда оборудование прослужит долго и не доставит владельцу никаких хлопот

Если дом хорошо утеплен, защищен от сквозняков, сырости и проникновения морозного воздуха или построен с применением современных теплоизоляционных технологий, стоимость системы отопления существенно снижается из-за открывшейся возможности приобрести насосное оборудование гораздо меньшей мощности.

Вариант #3. Обустройство систем «воздух-вода»

Теплонасос «воздух-вода» использует для работы самый доступный, неограниченный и возобновляемый природный энергетический ресурс – воздух. Функционирует оборудование посредством вентиляторов и испарителей, объединенных в единый комплекс.

Наибольшую эффективность проявляет при температуре до -15°C. При более агрессивных показателях теряет существенную часть мощности.

Тепловой насос «воздух-вода» стоит значительно дешевле, нежели модели «вода-вода» и «земля-вода». Модуль подходит для регионов с относительно теплыми зимами. В холодных северных районах, где морозы превышают -20…25°C установка воздушного оборудования считается нецелесообразной

Агрегат исключительно удобен тем, что не требует от владельцев частного дома наличия спецтехники для монтажа и проведения сложных работ по установке.

Не нуждается в выемке земли, бурении скважин и прочих трудоемких мероприятиях. Легко монтируется и не занимает большого количества места. Может корректно функционировать, располагаясь на крыше жилого помещения.

Установить геотермальный насос «воздух-вода» можно на участке непосредственно возле жилых строений. Он работает тихо и имеет современный привлекательный вид, не портящий общего дизайна территории

К главным плюсам оборудования относится практически бесшумная работа и возможность повторного использования тепла, вышедшего из обогреваемого помещения в форме отработанного воздуха, воды, газа, дыма и пр.

Обслуживание системы владельцы осуществляют самостоятельно:

  • чистят вентиляторные лопасти и защитные решетки на испарительной установке от пыли, мелкого мусора и листьев;
  • смазывают компрессор специальным составом, указанным в инструкции производителем;
  • меняют масло в силовых узлах (вентилятор, компрессор) с определенной периодичностью;
  • проверяют целостность силового кабеля питания и медного трубопровода, по которому хладагент циркулирует в системе.

Помимо этих действий изготовители насосного оборудования настоятельно советуют клиентам контролировать состояние тепловых датчиков, отражающих функционирование блока управления.

Их необходимо протирать, аккуратно удаляя с поверхности пыль и масляные пятна. Это продлит «жизнь» системы воздух-воздух и сделает процесс эксплуатации более простым и комфортным.

Как сделать агрегат своими руками?

Независимо от того, какой вариант ресурса (земля, вода или воздух) выбран для отопления, для корректного функционирования системы понадобится насос.

Это устройство состоит из таких элементов, как:

  • компрессорный узел (промежуточный элемент комплекса);
  • испаритель, передающий низкопотенциальную энергию теплоносителю;
  • дроссельный клапан, через который хладагент находит обратную дорогу в испаритель;
  • конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до изначальной температуры.

Можно приобрести целостную систему у производителя, но это обойдется в приличную сумму. Когда свободных денег под рукой нет, стоит сделать теплонасос своими руками из имеющихся в распоряжении деталей и в случае надобности докупить недостающие запчасти.

Планируя установку в частном доме геотермальной отопительной системы, в первую очередь нужно позаботиться о снижении уровня теплопотери. Для этого стены необходимо утеплить специальным материалом, двери и оконные рамы снабдить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Тогда выделенное насосом тепло в максимально объеме останется внутри помещения

Когда решение о собственноручном изготовлении теплового насоса принято, нужно обязательно проверить состояние имеющихся в доме электрической проводки и электросчетчика.

Если эти элементы изношенные и старые, необходимо просмотреть все участки, обнаружить возможные неисправности и устранить их еще до начала работ. Тогда система сразу после запуска будет безупречно работать и не побеспокоит хозяев короткими замыканиями, возгоранием проводки и выбиванием пробок.

Способ #1. Сборка из холодильника

Для сборки теплонасоса своими руками со старого холодильника снимают размещенный сзади змеевик. Эту деталь используют как конденсатор и помещают в высокопрочную емкость, устойчивую к агрессивным температурам. На нее крепят исправно работающий компрессор, а в качестве испарителя используют простую пластиковую бочку.

Если для создания насоса используется очень старый холодильник, лучше заменить в нем фреон на новый. Самостоятельно это сделать не получится, поэтому придется пригласить мастера со специальным оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система заработает в нужном режиме

Подготовленные элементы соединяют между собой, а потом созданный агрегат посредством полимерных труб подключают к отопительной системе и приступают к эксплуатации оборудования.

Пошаговый инструктаж по сборке теплонасоса из холодильника описан в этой статье.

Способ #2. Теплонасос из кондиционера

Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.

Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.

Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.

Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.

Современные сплит системы малоэффективны при низких температурах, поэтому профессионалы не рекомендуют использовать их для самостоятельного изготовления теплонасосов

В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.

На сайте есть серия статей по изготовлению тепловых насосов своими руками, советуем ознакомиться:

  1. Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки
  2. Как сделать тепловой насос воздух-вода: схемы устройства и самостоятельная сборка

Советы по выбору системы

Монтаж оборудования типа «земля-вода» обходится дороже всех остальных вариантов, потому что требует глубинных земляных работ при вертикальном расположении оборудования или большой свободной площади участка при горизонтальной прокладке коммуникаций.

Эти параметры ограничивают использование системы и существенно снижают ее привлекательность.

Установка насоса «вода-вода» тоже имеет некоторые ограничения. Если рядом есть доступный водоем, можно разместить систему в нем. Отсутствие открытых вод повлечет за собой бурение скважин и отводных колодцев, что тоже стоит не дешево.

Насос «воздух-вода» не представляет проблем с установкой, и может корректно работать даже в многоквартирных домах, но при суровых зимах с низкими температурными показателями его эффективность падает и для ее поддержки требуется параллельный источник энергии.

Однако, обустройство геотермального отопления в итоге окупает свои затраты и начинает вырабатывать бесплатный ресурс, позволяя владельцам жить в максимально удобных, приятных и комфортных условиях, не тратя при этом больших средств на коммунальные услуги.

Выводы и полезное видео по теме

В ролике наглядно показано, как в большом доме из газосиликатного блока обустроена отопительная система на основе геотермального теплового оборудования «воздух-вода». Раскрыты некоторые интересные нюансы относительно монтажа оборудования и озвучены реальные цифры коммунальных платежей за месяц.

Как работает оборудование «земля-вода». Подробное описание от специалиста по установке геотермальных тепловых котлов, рекомендации и полезные советы для домашних мастеров от профессионала своего дела.

Своими впечатлениями о тепловом геотермальном насосе делится реальный пользователь оборудования.

Профессиональный слесарь рассказывает, как в домашних условиях изготовить тепловой насос на основе мощного компрессора и трубчатых теплообменных деталей. Подробная инструкция в пошаговом режиме.

Геотермальный насос для отопления частного домовладения – удачный способ создания комфортных жизненных условий даже там, где недоступны централизованные коммуникационные системы и более привычные источники энергетического ресурса.

Выбор системы зависит от территориального расположения недвижимости и финансовых возможностей хозяев.

Тепловые насосы для отопления дома: типы и принцип работы

Тепловые насосы на видео.

Существуют разные типы геотермальных тепловых насосов для отопления частных домов. К основным из них можно отнести те, что работают по принципу «земля-воздух», «земля-вода», «вода-вода», «воздух-воздух» и «воздух-вода». Все они экологичны и обладают высоким коэффициентом полезного действия. В европейских странах более половины загородных построек обогреваются именно такими устройствами.

Приходится признать, что ресурсы планеты Земля постепенно истощаются, с чем и связано постоянное удорожание энергоносителей и поиски альтернативных источников энергии и прежде всего для систем отопления и водонагревания, поскольку именно на их работу требуется большая часть ресурсов. В последние десятилетия были разработаны так называемые тепловые насосы для дома, которые для того, чтобы обогреть частное загородное строение, используют тепло, добытое из окружающей среды.

КПД и принцип работы теплового насоса

КПД теплового насоса для отопления всегда будет более 1. Для геотермальных систем более корректным является коэффициент преобразования тепла. Если он равен 4, то это означает, что при мощности 1 кВт, тепловой насос на выходе обеспечивает 4 кВт энергии, из которых 3 кВт дала земля.

Принцип, лежащий в основе работы теплового насоса для отопления дома, был разработан в начале XIX в. инженером Сади Карно и был назван циклом Карно. На этом основана работа обычного бытового холодильника, в котором продукты охлаждаются за счет того, что рассеянное тепло отводится через радиатор наружу. Но применять для отопления домов, когда все происходит с точностью до наоборот, т. е. работа теплового насоса основана на принципе обратного цикла Карно, его стали недавно.

Тепловой насос для отопления дома редставляет собой устройство, в котором происходит преобразование низкотемпературного в высокотемпературное тепло, которое и идет на обогрев. Источником тепла выступают земля, вода и воздух (первый из них распространен шире всего, поскольку он эффективен (хотя имеет значение уровень теплоизоляции дома, способ, который применяют для обогрева дома, и др.) и отличается оптимальным соотношением цены и потребительских качеств).

Для работы теплового насоса, предназначенного для отопления дома, требуется электричество, но при затратах в 1 кВт электроэнергии отдача составляет 4–6 кВт тепловой энергии.

Дополнительно к обогреву дома летом, тепловой насос может работать как кондиционер, для чего достаточно, чтобы система была способна на реверсивный режим работы. Тепловые насосы классифицируются на несколько типов:

  • «земля – вода»;
  • «земля – воздух»;
  • «вода – вода»;
  • «вода – воздух»
  • «воздух – вода»;
  • «воздух – воздух».

Далее подробно рассказывается о том, как работают разные типы тепловых насосов для отопления дома.

Отопление с помощью теплового насоса «земля-воздух»

Тепловой насос типа «земля-воздух» (этот тип разработан в наибольшей степени) обогревает дом посредством водяного отопления, используя тепловую энергию земли. Она отдает тепло независимо от погоды, тем более что на глубине 10 м температура в течение года практически не меняется. Взятая у земли энергия собирается теплоносителем (в этой роли выступает антифриз (раствор этиленгликоля или этиловый спирт), другое название – «рассол»).

Стекая по теплообменнику вниз, рассол за счет тепла грунта повышает свою температуру на 3–4 °C и сообщает тепло фреону, который циркулирует во внутреннем контуре теплового насоса и, перемещаясь по каналам испарителя, закипает, переходит в газообразное состояние – пар, который, в свою очередь, попадает в компрессор, сжимается, что сопровождается повышением его температуры, и в таком виде (горячим и сжатым) поступает в теплообменник и охлаждается, отдав тепло воде. Последняя направляется в отопительную систему и используется для горячего водоснабжения.

Фреон, ставший после охлаждения жидким, стекает на дно конденсатора, а из него благодаря перепаду давлений через дроссель опять поступает в испаритель, где цикл возобновляется. Все сказанное иллюстрирует.

В следующем разделе статьи вы узнаете о принципе работы теплового насоса типа «земля-вода» для отопления частного дома.

Обогрев дома тепловым насосом типа «земля-вода»

В тепловом насосе типа «земля-вода» теплообменник может быть представлен двумя видами:

  • горизонтальным коллектором. Это несколько контуров, выполненных из пластиковых труб, которые находятся под слоем почвы, причем следует заметить, что теплообмен более интенсивен во влажных грунтах, а в сухих песчаных снижается. Тепло, которое накапливается в ней (в почве) в процессе солнечного излучения, коллектор отбирает и использует. Чтобы отопление таким геотермальным тепловым насосом было эффективным, в зависимости от характера почвы, ее теплопроводности, геометрии местности необходимо подбирать соответствующую схему укладки труб, например, в виде петли, змейки, зигзага и т. д. Для обогрева дома площадью 150–200 м потребуется трубопровод длиной примерно 400–650 м, уложенный в виде нескольких контуров на глубину 1,2–1,5 м, т. е. ниже уровня промерзания. Для этого понадобится участок площадью приблизительно 300–400 м (чтобы сократить длину трубопровода, снизить гидравлическое давление и уменьшить мощность насоса, прибегают к спиральной укладке труб на глубину 2–4 м), т. е. фактически его площадь должна вд
    вое превосходить площадь отапливаемой постройки. Понятно, что на таком участке можно лишь разбить газон или цветник, не используя его под другие нужды. Устройство горизонтального коллектора обойдется несколько дешевле, да и монтаж его отличается большей простотой, чем закладка теплообменника другого вида;
  • вертикальным грунтовым зондом, для которого необходимо пробурить скважину глубиной от 50 до 200 м. Естественно, что для такого оборудования не понадобится большой участок, но бурильные работы стоят достаточно дорого. Однако и эффективность такого геотермального теплового насоса для дома будет гораздо выше (по сравнению с горизонтальным коллектором разница составит примерно 20 %), поскольку на большой глубине температура почвы тоже более высокая. Зонды могут иметь разную конструкцию, но, как правило, предпочтение отдают U-образной. Зазор между стенками скважины и зондом заполняют раствором – либо буровым, либо бетонным, что не только предохраняет трубы от механических повреждений, но и улучшает теплопередачу.

Схема отопления тепловым насосом «земля-вода»:

  • первый контур с рассолом;
  • второй контур – собственно тепловой насос:
  1. испаритель;
  2. компрессор;
  3. конденсатор;
  4. расширительный клапан;
  • третий контур – отопительная система.

Чтобы обогреть дом площадью 150–200 м, надо пробурить 5–6 пятидесятиметровых скважин, причем при этом надо соблюдать несколько условий. Во-первых, скважины должны располагаться на расстоянии от дома не менее чем 2 м, иначе его фундамент может пострадать; во-вторых, скважины не должны попасть на одну линию с подземными водами, вследствие чего эффективность теплового насоса резко упадет.

В геотермальном тепловом насосе типа «земля-воздух» для отопления дома тоже используется тепловая энергия земли, которая благодаря компрессору нагревает непосредственно воздух, идущий на отопление дома.

Ниже описано, как работает тепловой насос типа «вода-вода» для отопления загородного дома.

Как работает тепловой насос типа «вода-вода»

Если неподалеку от дома есть водоем (пруд, река и пр.), то монтируют тепловой насос типа «вода-вода». В этой конструкции вода используется вместо рассола, с помощью мощного электрического насоса пропускается через первичный теплообменник (испаритель), сообщает свое тепло фреону (хладагенту с низкой температурой кипения – для этого достаточно повышения температуры до 5 °C), циркулирующему по второму контуру, где он закипает, переходит в газообразное состояние, сжимается с помощью компрессора, что сопровождается повышением его температуры и давления, перемещается в конденсатор, где сообщает тепло теплообменному контуру, превращается в жидкость и возвращается обратно в водоем. А нагретый во вторичном теплообменном контуре теплоноситель направляется в отопительную систему дома.

Необходимый для обогрева дома тепловым насосом коллектор либо помещают на дно (при глубине 1,2–1,5 м накопительный рукав будет давать тепловую энергию круглогодично) и пригружают для предотвращения всплытия, либо закапывают в донный грунт, у которого температура выше, чем у воды.

Такой тепловой насос отличается большей энергоэффективностью и экономичностью, но, как показывает практика, применяется не очень часто. Дело в том, что вследствие загрязненности воды потребуются монтаж установки для предварительной очистки поступающей воды, регулярная чистка теплообменника и пр.

Если тепловой насос для отопления работает по принципу «вода-воздух», то тепловая энергия нагревает воздух, который после этого распределяется по дому.

Следующий раздел статьи посвящен принципам действия других тепловых насосов для отопления дома.

Принцип работы тепловых насосов «воздух-воздух» и «воздух-вода»

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» и «воздух-вода» работают по принципу кондиционера, обходятся дешевле других типов (поскольку не требуется бурить скважину или прокладывать теплопоглощающий контур, не нужно соединять его с отопительной системой), но уступают им в универсальности, поскольку морозный воздух не может дать нужного количества тепла. Поэтому тепловые насосы для отопления дома с таким принципом работы более востребованы в том случае, если необходимо обеспечить горячее водоснабжение или в качестве дополнительного источника тепла. При этом возможны два варианта их устройства:

Сплит. Установка представляет собой два блока (наружный и внутренний), подключенные к инженерным коммуникациям. В наружном блоке установлен мощный вентилятор, во внутреннем – конденсатор и система управления. Компрессор может быть вмонтирован либо во внутренний, либо в наружный блок, причем второй способ предпочтительнее, поскольку не позволяет шуму, неизбежному при работе системы, распространяться по дому;

Тепловой насос для отопления с таким принципом действия подойдет для индивидуальных загородных домов, но особенно он целесообразен в тех случаях, когда газовая магистраль, откуда придется тянуть трубопровод, находится на расстоянии 20—100 м от участка.

Моно. В нем все элементы заключены в общий корпус, который монтируется либо с внешней стороны стены дома, либо внутри, но посредством гибкого шланга связывается с улицей.

Такие тепловые насосы для дома работают «как часы» и обладают несколькими важными преимуществами. Высокий коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую (1: 4, поскольку, напомним, потраченный 1 кВт электрической энергии дает 4–6 кВт тепловой энергии) свидетельствует о том, что применение геотермальной системы для отопления дома вполне выгодно.

В заключительном разделе статьи вы узнаете о перспективах отопления домов тепловыми насосами и сможете посмотреть видео о работе таких устройств.

Перспектива применения геотермальных тепловых насосов

Поскольку работа теплового насоса для частного дома не сопровождается горением, то эта система абсолютно пожаробезопасна. Высокая экологичность, так как при функционировании системы исключены образование и выброс в атмосферу вредных веществ.

Уровень шума и вибрации не превышает тех, что производит обычный бытовой холодильник. Легкость обслуживания теплового насоса. Эксплуатация теплового насоса не сопряжена с большими расходами и окупается в течение 1,5–2 лет. Долговечность. Тепловой насос способен работать 25–30 лет и более. Несмотря на наличие серьезных плюсов, отопление домов с помощью теплового насоса в нашей стране – явление довольно редкое (для сравнения – в Швеции 70 % домов обогреваются таким способом), что объясняется тем, что первоначальная стоимость оборудования достаточно высокая (порядка 300 000–350 000 рублей), потребуются масштабные земляные работы, которые обойдутся не дешево. Кроме того, есть немало относительно недорогих видов топлива, которые могут быть применены для целей отопления жилых домов.

Тем не менее перспектива применения геотермальной системы вполне оптимистичная, тем более что есть реальная возможность нивелировать затраты.

Практика показывает, что примерно 1 месяц в году насос работает на полную мощность, в остальное время его нагрузка не превышает 70–80 % от максимальной. Поэтому можно купить менее мощный насос, который обеспечит потребности в тепле до конкретного температурного показателя, а когда температура достигнет расчетного значении, следует использовать второй теплогенератор, например, электронагреватель, котел, работающий на каком-либо виде топлива, гелиоколлектор. Но, чтобы рассчитать и правильно подобрать тепловой насос, необходимо привлечь специалиста, хотя сделать приблизительные расчеты можно и самостоятельно.

Для этого надо знать тепловую потребность дома (для старой постройки и некачественной теплоизоляцией составит 75 Вт/м, для нового дома с качественной теплоизоляцией – 50 Вт/м, для низкоэнергетического дома – всего 30 Вт/м) и умножить ее на общую площадь.

Отопление дома с помощью теплового насоса будет полноценным только тогда, когда теплоизоляция постройки обеспечена на высоком уровне, что минимизирует энергопотери.

И последнее замечание: монтировать тепловой насос можно либо перед закладкой фундамента, либо в процессе выполнения строительных работ.

Подробно об отоплении домов тепловыми насосами рассказывается в этом видео :

Тепловой геотермальный насос

Геотермальный насос представляет собой настоящее инновационное средство, которое позволяет организовать автономное отопление. Источником охлаждения или нагрева является естественная температура земли. Она постоянная на глубине в несколько метров. Летом она холоднее, а зимой – теплее. Поэтому использовать теплонасос можно не только для нагрева здания, но и для его охлаждения.

Особенности работы

Купив геотермальный тепловой насос, следует узнать его принцип работы. Он подразумевает использование геотермальных процессов. Если углубиться на несколько метров под землю, то можно заметить, что там она будет выше ноля градусов. При этом температура увеличивается по мере углубления.

Отопительная система, которая оснащена тепловыми насосами, использует и преобразует полученную энергию для обогрева помещений. Осуществляется это таким образом:

1. Монтируется геотермальный контур отбора, который заполняется пропиленгликолем.

2. Контур соединяется со специальными зондами. Они помещаются на глубину около 100 м.

3. Рабочая жидкость прогревается до температуры в 5°С, движется по кругу и подается в тепловой насос геотермальный.

В остальном принцип работы такого оборудования ничем не отличается от других моделей, которые берут тепло из окружающей среды.

При помощи такого оборудования можно прогреть помещение до температуры в 25°С. Зимой такого показателя вполне хватает.

Насос является отличным источником тепла, который идеально подходит для низкотемпературных отопительных систем. Многие производители советуют применять его для прогрева теплых полов.

Устройство и типы насосов

Устройство насоса включает в себя:

1. Замкнутый контур. По его трубкам осуществляется циркуляция фреона, который переходит в газообразное состояние.

2. Испаритель. Данный модуль подсоединен к насосному приемнику. Он нужен для испарения фреона. Во время этого процесса тепло от прогретого пропиленгиколя поглощается.

3. Фреон. В газообразном состоянии попадает в насосный компрессор. В компрессоре образуется давление, которое разогревает газ до 65°С. После этого он впрыскивается в конденсатор.

4. Конденсатор. В нем происходит преобразование фреона в жидкость, разогретую до немалой температуры. При помощи стенок конденсатора осуществляется теплообмен, благодаря которому происходит нагревание теплоносителя.

Геотермальные тепловые насосы могут быть двух типов:

  • земля-вода;
  • вода-вода.

Тип земля-вода

Качество работы подобных отопительных систем напрямую зависит от того, насколько эффективно добывается тепло из грунта. Есть несколько видов прокладки контуров, которые могут обеспечить разные характеристики теплоэффективности:

1. Теплообменник горизонтального типа. Контур размещается на глубине, которая ниже уровня промерзания земли. Для этого не требуется изготавливать проектные документы и использовать буровую технику. Трубы размещают на глубине от 1 м. Такое решение имеет и свои минусы. Главным минусом является довольно большой геотермальный контур. Поэтому в некоторых случаях работы могут быть осуществлены только при наличии немалой придомовой территории.

2. Теплообменник вертикального типа. Устанавливается вместе с геотермальными зондами. Для проведения работ придется применять буровую технику, так как создаются скважины глубиной в несколько сотен метров. Они делаются для того, чтобы размещать зонды. Преимущество такого метода – на глубине скважин всегда стабильная плюсовая температура.

Тип вода-вода

Есть и другой способ отопления здания при помощи геотермальной энергии. В данном случае она берется из грунтовых вод. Работы по обустройству такого вида отопления могут проводиться несколькими способами:

1. Размещение теплообменника в водоеме. Данное решение является наиболее популярным, так как не придется заниматься масштабной земляной работой. Трубы размещают на дне водоема, расположенного неподалеку от дома. Если получить все нужные разрешения, то их можно устанавливать и на речке. Водоем должен находиться в пределах 100 м от дома.

2. Артезианская скважина. Вода добывается непосредственно из скважины и прогоняется через специальный тепловой насос. Придется делать вторую скважину, которая понадобится для сброса воды. Это необходимо, чтобы избежать сильного давления в пластах и поддерживать равновесие.

Такой тип автономного отопления довольно популярен из-за небольших затрат на монтажные работы и из-за простоты монтирования системы.

Преимущества и недостатки насосов

Геотермальные насосы имеют свои плюсы и минусы. К минусам такого оборудования относятся:

1. Высокая стоимость. Не каждый человек может себе позволить установку такого оборудования. Именно поэтому некоторым приходится обращаться в банки, которые предоставляют клиентам льготное кредитование для осуществления покупки.

2. Требования к территории, где будет устанавливаться насос. Станцию нельзя устанавливать в любой местности. Сначала должна быть проведена специальная геологическая разведка. Она поможет определить, целесообразно ли использовать такой насос в данной местности.

3. Возможные изменения в геотермальном контуре. В первые месяцы использования трубы могут просесть. Из-за этого циркуляция пропиленгликоля значительно уменьшается, что приводит к ухудшению характеристик СОР и теплоотдачи. Поэтому со временем рекомендуется проводить специальный аудит.

К преимуществам геотермального насоса относятся:

1. Эксплуатационный срок. Теплонасос может проработать не один десяток лет. Некоторые модели нуждаются в ремонте только после 40 лет эксплуатации. Проведя ремонт, оборудование может быть использовано в обычных эксплуатационных условиях.

2. Функциональность. Оборудование применяется не только для прогревания домов, но и для их кондиционирования. Поэтому целесообразность покупки такого насоса вполне очевидна.

3. Экономичность. Если сравнивать его с аналогами, которые работают на электричестве, твердом топливе и газе, то становится понятным, что теплонасос более выгодный. Буквально через 5–10 лет можно полностью окупить все затраты на установку и покупку оборудования.

Обслуживание

Для некоторых геотермальные насосы кажутся чем-то сложным и необычным. Однако такое оборудование – нетребовательное и простое в своем использовании.

Процесс обслуживания заключается в тщательном осмотре системы перед отопительным сезоном. Для предотвращения проблем периодически нужно контролировать работу насоса. Внешний осмотр следует проводить ежемесячно. Делается это для того, чтобы убедиться в целостности кабелей и всей конструкции. Раз в полгода нужно анализировать теплоноситель на плотность и кислотность. При необходимости восстанавливается химический состав.

Выбор геотермального насоса

Все условия должны идеально подходить для установки такой системы. Это является главным требованием для того, чтобы использовать такое отопление. Ведь установить насос можно далеко не в каждом доме. Чаще всего все ограничения связаны с глубиной грунтовых вод, особенностями рельефа, наличием неподалеку водоема.

Перед выбором насоса необходимо сделать предварительные расчеты. Эту работу следует поручить специалисту компании, которая занимается продажей оборудования. Выбирая установку, следует учитывать такие параметры:

1. СОР. Сокращение является соотношением, которое указывает на рентабельность всей установки. Если говорить точнее, то этот параметр является отношением эффективности работы к затраченному электричеству. Например, насос с СОР 4 означает, что на каждый киловатт электричества будет производиться 4 кВт тепловой энергии.

2. Геотермальный контур. Работоспособность системы напрямую зависит от площади трубопровода, находящегося под землей. Для того чтобы провести все необходимые расчеты, нужно умножить на три отапливаемую площадь. Результат расчетов будет говорить о том, какая площадь понадобится для укладки контура.

3. Возможности насоса. С его помощью дом может отапливаться в холодное время года. Для его охлаждения летом нужно приобретать дополнительное оборудование. Чаще всего для этого используются сплит системы.

Известные производители

Выбирая насос, особое внимание нужно обращать на его производителя. Наиболее качественное оборудование производится в Германии.

Следующие производители занимаются выпуском качественного оборудования:

1. Stiebel Eltron. Их продукция отлично подходит для полного и частичного отопления жилых помещений. Все выпускаемые модели могут быть интегрированы в вентиляционную систему. Поэтому летом они охлаждают помещения.

2. Vaillant. Фирма производит насосы всех типов. Максимальная производительность данных моделей составляет 46 кВт. Главный недостаток производителя – небольшой выбор продукции.

3. Buderus. В основном производят бытовые отопительные приборы, мощность которых может достигать 60 кВт. Большинство насосов имеют специальную изоляцию, которая снижает шум во время работы до 40 дБ. Поэтому их часто используют в частных домах.

admin

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Наверх