Геотермальный тепловой насос своими руками

Актуальность применения геотермального теплового насоса

В настоящее время, многие люди, которые живут в частных домах, считают, что применение геотермального отопления актуально только в тех регионах, где имеются подземные горячие источники.

Это далеко не так, ведь геотермальные тепловые насосы Nibe, способны к генерации тепла даже при сравнительно невысоких температурах.

Геотермальный тепловой насос горизонтального типа

Это свидетельствует о том, что использовать геотермальный тепловой насос Nibe f1345 можно в условиях умеренного климата, причем с большой степенью эффективности.

1 Какие особенности у геотермального насоса?

Тепловой насос представлен в виде современного альтернативного источника энергии, собрать его своими руками вполне возможно. Этот агрегат, собранный своими руками, может снабжать тепловой энергией такие системы как:

  • Система кондиционирования;
  • Система отопления;
  • Система нагрева воды.

Принцип работы геотермального насоса, собранного своими руками, несколько отличен от газовых, дизельных и электрических генераторов тепла. Геотермальный насос, который был собран своими руками, имеет свой особый принцип работы, потому его расчет производится на основании специальной формулы.

Агрегат, находясь в рабочем режиме, функционирует по принципу выкачивания энергии из накопивших ее объектов окружающей среду. В летнее время года такое устройство, сделанное своими руками, с опорой на свой принцип работы, пользуется энергией, которая аккумулирована в пластах грунта, в скальных породах и водоемах.

Расчет контура мощности и прочих характеристик устройства, сделанного своими руками, производится с ориентировкой на особенности источников энергии.

Представленный агрегат, собранный своими руками, имеет такой принцип работы, который не позволяет ему применять во время работы жидкое топливо.

Геотермальный тепловой насос Интерклимат

Такой принцип работы подразумевает отсутствие традиционной дымовой трубы. Особый принцип работы теплового насоса позволяет произвести точный расчет, и обеспечить собственное жилище надежным источником тепла.

Произведя расчет системы отопления, которая работает с применением геотермального насоса, можно убедиться в том, что представленная система поможет значительно сэкономить энергию и деньги.

Тоже самое утверждают и производители такого оборудования, отзывы пользователей о котором, в большинстве своем также положительные.

Сегодня, в большинстве стран СНГ, цена производства тепловой энергии напрямую зависит от цены используемого топлива. Дороже всего пользователям обходится электроэнергия, дизельные виды топлива и газ.

Расчет показывает, что при учете такой тенденции, разница при установке теплового насоса, оснащенного грунтовым теплообменником, и котельной использующей дизельное топливо, окупится уже в течение трех ближайших лет.

Практически все без исключения современные модели тепловых насосов оборудованы встроенными электронагревателями. Это связанно с тем, что расчет показателей номинальной мощности, во время выбора типа отопительного оборудования, ведется с ориентировкой на покрытие тепловой нагрузки в самые холодные периоды.

Имеется в виду, что такая минимальная температура может продержаться всего несколько дней. Именно в этот период агрегат будет работать на полную мощность.

Для того, что произвести и рассчитать достоверное соотношение мощностей представленного теплового агрегата и электронагревателя применяется специальный график интегрального типа.
к меню ↑

2 Как работает геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос типа G типа

Общая схема работы представленного устройства достаточно проста. Насос получает тепловую энергию, производит ее перекачку и транспортирует ее к получателю.

В том случае, когда отопление производится с помощью геотермального насоса, его внешний блок помещается в предварительно вырытую в земле яму.

Один из альтернативных вариантов – это его погружение в озеро или водоем, который находится неподалеку от дома. В этом случае, вне зависимости от температуры воздуха окружающей среды, представленный наружный блок не подвергается частичному или полному обледенению.

Наряду с этим, общие показатели эффективности теплоотдачи остаются на достаточно высоком уровне. Как уже упоминалось выше, принцип, благодаря которому происходит работа агрегата, основывается на том, что тепло получается из почвы или воды, после чего производится его дальнейшая передача получателю.

Для того чтобы обеспечить эффективный сбор тепла, незамерзающая жидкость, находящаяся в системе, протекает по трубопроводной магистрали, расположенной в воде или под землей.

При этом агрегат берет около 8 °С у незамерзающей воды, в результате чего жидкость подвергается охлаждению. Впоследствии ток жидкости не прерывается, и она, протекая по трубе, снова восстанавливает нужный уровень температуры и далее поступает в контур теплового насоса. Те градусы, которые были получены в результате работы агрегата, тратятся на систему обогрева горячей воды.
к меню ↑

2.1 Виды и отличия геотермальных агрегатов

Геотермальные насосы подразделяются на несколько видов. Отличие производится из-за разных методов исполнения представленных агрегатов, включенных в отопительную систему.

Насос, обладающий открытым циклом, берет воду из подземного потока, которая забирается в его систему. Агрегат, расположенный внутри дома отбирает энергию у воды, далее эта вода возвращается в подземный поток на некотором расстоянии от насоса. Несомненные преимущества представленного метода заключаются в:

Зонды для тепловых насосов любого типа

  • Возможности получения воды для водоснабжения дома;
  • Высокой степени эффективности открытых систем;
  • Отсутствии вреда для грунтовых вод;
  • Постоянной поддержке одинакового уровня грунтовых вод.

Насосы, обладающие закрытым циклом, и снабженные водоразмещенным теплообменником, устроены таким образом, что внутри них специальная жидкость (теплоноситель) циркулирует по контуру коллектора, который находится в водоеме.

При этом, тепло у воды забирается и отдается получателю. Такие системы рационально использовать в том случае, если дом находится на расстоянии, не превышающем 100 метров от водоема.

При этом значение глубины водоема и особенности его береговой линии полностью должны соответствовать всем техническим условиям, которые необходимы для осуществления прокладки коллектора.

Очевидным преимуществом представленного метода является его условная дешевизна. Насос, обладающий закрытым циклом, и снабженный теплообменником горизонтального типа, отличается расположенными в почве коллекторами, в которые постепенно просачивается носитель тепла.

Трубки располагаются в земле в горизонтальном положении. Глубина их залегания не превышает одного метра. При проведении землекопных работ следует проявлять большую осторожность и не задеть теплосборные коммуникации.

Примерные расчеты показывают, что для осуществления обогрева дома с жилой площадью, равной 200 м2 нужно разместить коллекторы на площади грунта в 500 м2.

Если прокладка коллекторов производится вблизи от деревьев, то трубы должны проходить на расстоянии в 1,5 метра от кроны. Насос с циклом закрытого типа, снабженный вертикальным теплообменником, отличается тем, что трубки с циркулирующим в них теплоносителем погружаются в почву вертикально.

Коммуникации геотермального насоса

Глубина погружения может составлять 200 метров. Это основано на том, что на глубине в 10-15 метров земля уже обладает постоянной температурой в +10-12 °С в не зависимости от времени года.

Соответственно, при увеличении глубины, значение температуры возрастает. Представленный метод является наиболее эффективным при осуществлении работы теплонасоса. Он позволяет стабильно получать до 5 кВт тепловой энергии.
к меню ↑

2.2 Отзывы

Отзывы владельцев таких систем отопления в большинстве своем положительные.

Валерий, 45 лет, Улан-Удэ:

Я давно уже хотел перейти с печного отопления на более экономный и современный метод. Решил собрать своими руками систему с геотермальным насосом. Хоть на это и ушло много времени и сил, но оно того стоило. Теперь я не трачусь на уголь или дрова, а температура в доме всегда удовлетворительная. Рекомендую всем.

Павел, 30 лет, Воронеж:

По образованию я инженер и занимаюсь своим бизнесом по продаже насосов и насосных систем. Сейчас решил организовать продажу геотермальных насосов. Все, кто купил эти агрегаты и установил их — остались довольны.

Александр, 50 лет, Саратов:

Живу в частном доме и по совету зятя решил установить себе вертикальный геотермальный насос. Вложил немало сил и финансов, но он уже начинает себя окупать. Советую всем.

2.3 Расчет мощности насоса

Процесс установки геотермального теплового насоса

Получение тепла от каждого отдельно взятого метра трубы с теплоносителем во всех случаях напрямую зависит от показателей нескольких параметров.

Это глубина укладки, наличие грунтовых вод, качество грунта и прочие. Для коллекторов горизонтального типа это значение равняется 20 Вт.м.п.

При проведении расчетов разница в показателях температуры теплоносителя в обратном и прямом контуре петли равняется 3 °С. При проведении расчетов обязательно нужно иметь в виду, что параметр теплоемкости этиленгликоля при значении температуры в 0°С, равняется 3,7 кДж/кг.

При этом плотность равна 1,05 г/см3. Для того чтобы произвести расчет параметров первого контура установленного теплонасоса нужно, в первую очередь, узнать расход медиума.

Он рассчитывается по формуле Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·.t), где t является разницей температур между первым и вторым контуром. Qo обозначает общую тепловую мощность, которая получается от источника тепла (в данном случае грунта).

Qwp представляет собой разницу между полной и электрической мощностью представленного теплового насоса, которая тратится на нагревание хладагента.
к меню ↑

2.4 Нюансы и последовательность подключения

Весь внешний контур системы собирается с применением труб выполненных их полиэтилена. Предварительные расчеты свидетельствуют о том, что работы производятся с соотношением 40-50 Вт энергии тепла на один погонный метр коллектора.

Исходя из этого, при значении производительности насоса, равному 10 кВт, нужно будет произвести бурение скважины, протяженность которой будет составлять 170-200 метров.

В некоторых случаях, вместо одной скважины, производиться бурение нескольких, более мелких, для того, чтобы в сумме получилась такая же расчетная глубина.

Схема горизонтального геотермального теплового насоса

Бурение скважины производится с одной точки, но в нескольких направлениях одновременно. Последовательность проводимых работ должна проводиться в строго установленном порядке.

Для начала нужно обеспечить трехфазное электрическое питание, счетчик при этом должен быть 40 амперным. Далее выполняется обвязка теплого пола, примерный шаг которой будет равен 15 сантиметрам.

После этого производится закрепление компрессора с применением кронштейнов в 300 мм. При монтаже вспомогательного компрессора кронштейны удлиняются при помощи U-профиля.

Далее производится обмотка обжимного кольца, которое потом зажимается с помощью контргайки. После этого проводится установка испарителя с кронштейнами в 400 мм. Затем производится заправка системы фреоном и производится тестовый запуск.
к меню ↑

Геотермальный тепловой насос своими руками

Насосы указанной конструкции функционируют на источниках природной энергии, являющихся возобновляемыми, таких, как тепло низкопотенциальное, присущее:

  • Наружному (температурный диапазон от -15 до +15 градусов);
  • Отводимому из здания (соответственно от 15 до 25);

Грунтам следующих мест заложения:

  • Поверхностным (в них температура составляет от 0 до 10 градусов);
  • Глубинному, ниже 20 метров (постоянная температура +10 градусов);
  • Подпочвенным (от 4 до 10 градусов);
  • Грунтовым (более +10);
  • Находящимся в открытых водоёмах, речным и озёрным (от 0 до 10);
  • Сбросовым водам (сточным водам). Температура в этих случаях зависит от технологического режима сброса.

Геотермальный тепловой насос своими руками собрать можно. Он будет потреблять определённый объём электроэнергии, но соотношение расхода последней и тепловой, получаемой в процессе работы, (от 1:3 до 1:7) позволяет говорить о высокой экономичности изделия.

Внутреннее устройство геотермального теплового насоса

Принцип работы и внутреннее устройство сильно напоминают кондиционер, функционирующий на нагрев. Судите сами:

  • На дне водоёма (в грунте) монтируются коллекторы для перемещения теплоносителя. Именно здесь аккумулируется тепловая энергия и вычленяют холод;
  • Насос поднимает антифриз, вобравший тепло, вверх;
  • Он поступает в бак, именуемый буферным (ББ), в котором происходит передача тепла нагреваемой, таким образом, воде;
  • Отдавший тепло антифриз возвращается в коллектор.

Геотермальные тепловые насосы для отопления, своими руками собранные, могут использоваться в качестве основного, либо резервного источника тепла.

Это тепловое оборудование аккумулирует содержащееся во внешней среде тепло и передаёт его циркулирующему теплоносителю. Упомянутый процесс реализуется через использование следующих основных узлов:

  • Испарителя – располагается под землёй, ниже уровня промерзания грунта. Его основной задачей является поглощение тепла из грунта;
  • Конденсатор – этот узел повышает температуру используемого антифриза (А) до нужного значения;
  • Насос тепловой – обеспечивает циркуляцию (А) в системе, и выполняет контроль над функционированием всего устройства;
  • ББ – в нём собирается тёплый антифриз и запасённая им энергия передаётся теплоносителю. Имеет внутренний бак с водой, поступающей из СО. В центре данного бака устанавливается змеевик. По нему прогоняется антифриз.

Сборка геотермального теплового насоса своими руками

Принимая решение изготовить геотермальный насос своими руками, требуется поменять электросчётчик, установленный в доме, в том случае, если выдерживает нагрузку менее 40А. Объясняется это тем, что конструкция потребляет очень высокий пусковой ток, когда включается компрессор.

Средняя стоимость комплектующих для сборки изделия мощностью в 9 кВт/час составит порядка 500 евро, с учётом покупки:

  • Труб из меди разных диаметров;
  • переходников разных размеров и муфт;
  • столитрового металлического бака (нержавейка);
  • отвоздушивателя;
  • электродов;
  • клапанов, выполняющих роль предохранительных;
  • запорной арматуры;
  • бочка из пластика;
  • собственно компрессор;
  • контрольно-измерительное оборудование (манометры, термометры);
  • фреон для заправки системы;
  • крепёж;
  • соединительные шланги;
  • элементы автоматики и т.п.

Геотермальный тепловой насос своими руками собирается в несколько этапов. Сначала подбирается компрессор для будущего кондиционера. Например, два однофазных 24000БТУ, позволяющих собрать каскад, тепловая суммарная мощность (N) составит 16 кВт. При несинхронном запуске появляется возможность уменьшения потребного значения тока пуска. Закрепить на стене их можно специальными кронштейнами.

Собственно конденсатор можно изготовить из металлического 100-литрового бака. Бак разрезается и внутрь устанавливается змеевик, выполненный из трубки d=10 мм (медь). Толщина стенки используемой трубки должна быть ≥ 1 мм. Готовый конденсатор тоже монтируется на стену.

Геотермальный насос своими руками должен иметь змеевик, который изготавливается посредством равномерного накручивания трубки из меди вокруг металлического баллона (можно газового) с одинаковым шагом.

Проверяется резьбовое соединение, после чего бак заваривается.

Испаритель изготавливается из пластмассового бака ёмкостью в 80 литров, внутрь которого также устанавливается медный змеевик, выполняемый из трубы диаметром ¾”. Готовый испаритель также закрепляется на стене специальными кронштейнами L-образной формы. Подводящая и сливная магистрали выполняются из простой металлопластиковой трубы.

Приобретя всё необходимое, и выполнив первичную работу, упомянутую выше, рекомендуется пригласить на окончательную сборку и выполнение наладочных и пусковых работ мастера, разбирающегося в холодильном оборудовании. У него сборка системы, заправка её фреоном и последующая настройка получатся более качественно.

Расчет мощности агрегата и проведение расчетов

В зависимости от выбранного варианта укладки (вертикально, либо горизонтально) геотермальные тепловые насосы для отопления своими руками начинают делать со стадии предварительного расчёта будущей конструкции.

Расчёт коллектора

Значение тепла, которое может сниматься с погонного метра, определяется широким кругом параметров (качество грунтов, глубина заложения труб, близость подпочвенных вод и т.п.). Примерной цифрой, используемой для предварительных расчётов, является значение 20 Вт/м. Это обобщённый показатель:

  • для сухого песка значение равно 10;
  • для глины:
    • сухой – 20 Вт/м;
    • влажной – 25 Вт/м;
    • с повышенным содержанием воды – 35 Вт/м.

Для расчётов принимается, что разница показателей температуры циркулирующего теплоносителя в магистралях подачи и обратки составляет 3 градуса.

На месте, где укладывается коллектор, не стоит возводить никаких построек, чтобы не снижать обогрев земли УФИ лучами.

Собирая геотермальный тепловой насос своими руками, следует помнить, что трубы кладутся на расстоянии не менее 700 – 800 мм. Оптимальной длиной вырытой траншеи считается 30 – 150 метров. В контуре, именуемом первичным, роль теплоносителя выполняет раствор гликоля (25%), его теплоёмкость — 3,7 кДж/(кг*К). Необходимо учитывать и тот факт, что антифриз при эксплуатации увеличивает в 1,5 раза снижение давления в ходе его циркуляции по трубам (в сравнении с водой).

Читайте также:  Напольное крепление для радиаторов отопления

Начинаются расчёты с определения расхода антифриза.

Как сделать тепловой насос своими руками

Экология познания. Усадьба: В последние десятилетия у владельцев домов появился довольно большой выбор систем отопления. Уже необязательно подключаться к централизованным сетям и использовать традиционные источники. Можно выбрать оборудование, работающее на альтернативной энергии, но его главный недостаток – дороговизна. Впрочем, если сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить.

Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы.

Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит.

Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС. Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.

Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:

  • компрессор;
  • теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
  • теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
  • расширительный (редукционный) клапан;
  • средства управления и автоматики;
  • магистрали из медных трубок.

В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель. После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое. Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:

Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.

Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:

  • питание компрессора;
  • вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
  • питание средств автоматики и контроля.

Получается, что при потреблении 1 кВт электричества действие теплового насоса может переместить в дом до 5 кВт тепловой энергии извне, отсюда и небылицы о КПД 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.

Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:

Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.

Тепловой насос вода-вода

Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса. Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:

Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.

Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и объема воды в пруде. Также существуют варианты погружения внешнего контура в проточную воду реки или канализационный септик.

Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.

Считается, что работа теплового насоса, добывающего тепло из грунта, — самая стабильная и эффективная. Но покупка и монтаж подобного оборудования очень дороги, а домашние мастера-умельцы редко прибегают к реализации этого варианта.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.

Необходимо отметить, что тепловой насос, придуманный и собранный своими руками, для подавляющего большинства рядовых пользователей останется недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению массу усилий и времени.

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы. В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:

Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата. По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:

Самодельный обогреватель из холодильника может функционировать до наружной температуры минус 5 ºС, не ниже.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

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.

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.

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.

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.

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».

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.

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.

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.

Читайте также:  Группа безопасности для отопления

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

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.

Имеете опыт изготовления геотермального теплового насоса? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой вариант сборки. Оставлять комментарии и прикреплять фотографии своих самоделок можно в форме, расположенной ниже.

Геотермальный тепловой насос для отопления своими руками

Содержание

Тепловой насос – это устройство для переноса тепла от источника к потребителю. Тепловой насос нагревает воду в системе отопления или горячего водоснабжения благодаря сжатию компрессором газа фреона, изначально подогретого от источника тепла (воды или воздуха).

Владельцы собственных домов имеют возможность выбирать разные варианты установок для отопления. В зависимости от региона проживания подбирается наиболее оптимальная. С развитием отопительных агрегатов стало необязательно подключать жилье к централизованным источникам тепловой энергии.

Сегодня можно купить или создать оборудование, которое работает с возобновляемыми источниками энергии. Каждый заинтересованный человек может сделать геотермальный тепловой насос для отопления своими руками, затратив минимум средств.

Подобная установка изготавливается из обычного холодильника. Чтобы понять какие детали нужно использовать, необходимо следовать подробной инструкции, представленной в этой статье.

Как работает тепловое отопление

Чтобы холодной зимой в комнатах дома можно было комфортно находится с минимумом одежды, можно использовать, в качестве источника энергии, геотермальный насос для отопления. Подобная установка отличается выгодными характеристиками при использовании. Запроектированное и введенное в эксплуатацию тепловое отопление своими руками не станете источником шума, неприятного запаха. Для его функционирования не требуется создание дымоотводящих каналов и прочих конструкций.

Подобная система хотя и зависит от источника электроэнергии, но отличается малым его потреблением. Покупные тепловые установки для отопления отличаются высокой ценой. Из-за этого не каждый может их купить для дачи или дома. Самостоятельное их создание потребует деталей из холодильника, что положительно скажется на экономии средств.

Единственный недостаток таких агрегатов – сравнительно невысокая эффективность прогрева помещений, в сравнении с привычными отопительными системами. По этой причине их используют в качестве дополнительных или альтернативных установок.

Принцип работы

Принцип работы теплового отопления основан на теплообменном цикле, в котором теплоносителем выступает газ фреон.

Важно! Фреон кипит при минусовой температуре.

1 Цикл начинается с испарителя. Фреон здесь находится в жидкой фазе. Получая тепло от воды (отопление вода-вода) или от воздуха (отопление воздух-воздух-воздух) фреон нагревается, кипит и испаряется.

2 Газ поступает в компрессор. Компрессор должен поднять давление газа до определенного значения, чтобы фреон “сконденсировался” в жидкость при более высокой температуре.

3 Насыщенный фреон поступает в конденсатор, где отдает всю свою энергию в виде тепла в контур водяного отопления отапливаемого помещения.

4 Фреона движется в дросселирующее устройство(дроссельный клапан). Давление газа падает. Начинается новый цикл.

Что нужно чтобы сделать тепловой насос своими руками

Существует единая классификация тепловых насосов в зависимости от того откуда забирается и куда отдается тепловая энергия:

Агрегат «вода-вода». Теплота забирается из близлежащего водоема или скважины. После этого потенциально выработанная энергия переходит к жидкому теплоносителю (вода теплого пола). Отличительной особенностью такого насоса выступает теплообменник, который изготавливается из труб, монтируется в воде. Чтобы сделать подобный тепловой насос своими руками необходимо использовать дополнительный насос, обеспечивающий циркуляцию жидкости через испаритель.

Установка «воздух-воздух». Принцип работы схож с обычным кондиционером, только в этом случае теплота забирается из воздуха окружающей среды и направляется внутрь помещения. По сравнению со сплит-системой, такой геотермальный насос для отопления дома имеет увеличенный наружный испаритель.

Оборудования типа «воздух-вода». В качестве циркулирующей нагретой жидкости выступает вода или антифриз.

Геотермальный ТН. Тепловая энергия забирается с грунта.

Приведем пример сооружения первых двух вариантов теплового насоса.

Делаем тепловой насос вода-вода своими руками

Рассмотрим создание отопительного агрегата на примере обычного холодильника. Основной частью всей будущей системы выступает компрессор. Дополнительно придется использовать другие инструменты.

Самодельная тепловая установка обойдется гораздо дешевле покупной даже если нужно будет купить компрессор. Самоделка может подключаться к теплому полу или водным низкотемпературным батареям.

Работы проводятся в несколько шагов:

Шаг 1. Создание схемы.

Тщательно прорабатывается направление прокладки трубопровода к источнику воды (колодец, скважина, септик, природный водоем).

Источник тепла не влияет на основную конструктивную схему оборудования. Из этого следует, что тепловой насос вода вода своими руками по любому будет работать. Для его создания подойдет простая инструкция.

После этого подготавливаются детальные чертежи. На них указываются основные расстояния, размеры узлов и точки подсоединения коммуникаций. Из короба холодильника достается компрессор. Он предназначен для перемещения фреона по трубкам.

Рассчитать требуемую мощность отопительной установки довольно трудно, поэтому рекомендуется пользоваться усредненными значениями. Если дом обладает высокими теплотехническими показателями, система отопления должна иметь мощность 25 Вт/кв.м. Такой агрегат подходит, если потери тепла мизерные. Сооружение, которое не утеплено и теряет много энергии, необходимо добиться показателя 70 Вт/кв.м.

Шаг 2. Поиск подходящих деталей.

Дополнением к компрессору выступает терморегулятор. Идеально, если оба элемента сняты с одного холодильника. Это позволит им работать вместе эффективно. Назначение собранного узла – транспортировать хладагент по трубкам от источника тепла. Лучше обзавестись не шумным компрессором.

Чтобы собрать тепловой насос своими руками понадобиться: бак пластиковый на 90 литров; металлическая герметичная емкость на 120 литров; металлопластиковые трубы и 3 медных (разного сечения).

Совмещение всех узлов требует стандартных инструментов. Соединение металлических элементов проводится сваркой, резка – болгаркой.

Шаг 3. Установка основных узлов.

Сначала монтируется компрессор. Его прикрепляют к стене при помощи кронштейнов. Дальше начинают делать конденсатор. Металлическая емкость разрезается на две части и внутри его крепиться змеевик из медных труб. После этого конструкцию сваривают, в нужных местах делают отверстия с резьбой.

Теплообменник изготовляется из металлического бака, объемом 120 литров, поверх которого наматывается медная труба. Ее концы надежно закрепляются для возможности соединения с другими трубчатыми элементами.

Пластиковый бак служит испарителем. На него навешивают змеевик. Он не нагревается до высокой температуры, поэтому можно не использовать металлическую емкость. Готовый элемент теплового насоса монтируется на стене.

Теперь главные узлы готовы, можно приступать к закачке фреона (лучше использовать R-22, пока не вступило в силу новое соглашение регламентирующее использовать только фреон R-422). Данная процедура опасна, поэтому можно воспользоваться услугами специалиста, если не уверены в своих силах.

Шаг 4. Подключение к источнику тепла.

В данном случае изготавливается коллектор и помещается в воду. Подходящим материалом выступают полимерные трубы.

Самостоятельно созданная установка будет забирать тепло из водоема (колодца, скважины) и отдавать системе теплого пола.

Насосы отопления воздух воздух

Подобные отопительные установки отличаются меньшей эффективностью чем предыдущий вариант.

Чтобы тепловой насос воздух воздух своими руками поддерживал оптимальную температуру в помещениях, можно использовать обычную сплит систему, только модернизированную. Для увеличения мощность создается система, подобная той, которая применялась для варианта «вода-вода». Только теперь забор тепла происходит из воздуха. Воздушный коллектор монтируется на стене дома или на крыше.

Теплый воздух получается благодаря обдуву теплообменника вентилятором кондиционера.

Видео: делаем тепловой насос своими руками

Созданное тепловое отопление своими руками позволяет экономить значительные средства, поскольку из 1 кВт вырабатывается 3-4 кВт. Хотя это непростое занятие, которое может потребовать много свободного времени. В случае проблем с работоспособностью устройства, можно воспользоваться помощью мастера по холодильным установкам.

Отопление дома геотермальным насосом

Идея использовать внутреннее тепло Земли для отопления совсем не нова и неоригинальна. И хотя далеко не у всех поблизости есть горячие подземные воды, ее все-таки может использовать каждый. Такую возможность предоставляют геотермальные тепловые насосы. Они извлекают из земли и воды запасы накопленной в них солнечной энергии, и проедают ее в отопительный контур дома.

Читайте также:  Гидравлический разделитель своими руками чертежи

Теория разработана еще в 1852 знаменитым лордом Кельвином. Реализовал ее он же в 1855 году, и успешно использовал не протяжении многих лет. Несмотря на высокую эффективность, геотермальные тепловые насосы для отопления не находили широкого применения вплоть до конца 20 века. Тогда в 70-х годах в Европе стали активно развивать энергосберегающие технологии, и одним из направлений были тепловые насосы.

Наружный блок геотермального теплового насоса выглядит так. И что приятно, так это то, что работать они могут и на отопление и на охлаждение

В чем привлекательность этой идеи: затратив 1 кВт электричества, вы можете получить от 2 кВт до 6 кВт тепла. И это не противоречит законам теплотехники. Просто эта установка тратит энергию не на производство тепловой энергии, а на ее перенос.

Такая разная эффективность — от 2 до 6 — зависит не только от конструктивных особенностей установок, но и от условий эксплуатации. Самая высокая производительность у тепловых насосов может быть достигнута при температуре в отопительном контуре в районе +35 o C. Потому идеально эти установки стыкуются с водяными теплыми полами.

Есть, конечно, и установки, которые нагревают воду в отопительном контуре до 50-65 o C, но, во-первых, стоят они больше, Во-вторых, лучшую эффективность показывают все равно в заданном диапазоне.

Принцип действия геотермального теплонасоса

Тепло у нас под ногами есть в любой среде. Его количество разное в разных регионах, но оно есть повсеместно. И геотермальный тепловой насос отбирает это тепло у природных источников и передает его нагревательному контуру.

Что может стать источником тепла? Любая среда вне помещения, температура которой зимой выше 0 o C. Это близлежащий непромерзающий водоем, речка, даже колодец с достаточным количеством воды. Есть тепло и в грунте: ниже точки промерзания температура всегда положительная.

Источником тепла может быть любая среда с температурой выше нуля зимой

Принцип работы геотермального теплового насоса состоит в том, что тепло от источников переносится в установку, где преобразовывается и передается в отопительный контур.

Если говорить чуть подробнее, то все происходит так. В относительно теплой среде находится трубопровод с теплоносителем большой протяженности. Трубопровод чаще всего замкнутый, его движение обеспечивается насосом. Теплоноситель нагревается до температуры среды. Обычно это +5 o C или чуть выше. Проходя по первому теплообменнику-испарителю, он отдает тепло находящемуся во втором контуре хладагенту.

Устройство теплового насоса: это три контура с теплоносителями, компрессор и испаритель, сбросный клапан

Хладагент — вещество, которое кипеть начинает при температуре выше -5 o C. В большинстве установок используют фреон. До включения установки он находится в жидком состоянии. Потом, по мере поступления тепла от термальных источников, его температура поднимается. Фреон начинает испаряться, переходит в газообразное состояние. Этот газ уже имеет температуру порядка +5 o C. Он поступает в компрессор, где его сжимают. При сжатии выделяется большое количество тепла, и из компрессора газ уже выходит с температурой от 35 o C до 65 o C. Он поступает в еще один теплообменник — конденсатор, где отдает тепловую энергию теплоносителю, который идет в контур отопления.

Сам фреон, отдав большую часть тепла, частично остывает, но все еще находится в газообразном состоянии при повышенном давлении. Он поступает на сбросный клапан, где давление резко падает, он резко охлаждается и сжижается. После чего снова поступает в испаритель, где начинается новый цикл преобразования.

Источники тепла и способы доставки энергии

Как уже говорилось, источник тепла для теплового насоса — любой объект, имеющий зимой положительную температуру. Большая часть из них — низкопотенциальные, то есть количество тепловой энергии заключено в них этого незначительное. Но это не значит, что использовать эту энергию нельзя. Можно, только придется делать для этого большой контур для ее сбора. И в этом состоит сложность устройства геотермальных тепловых насосов: кроме значительных затрат на оборудование, требуются немалые средства на строительство внешнего контура сбора тепла.

Тепловой насос с теплыми полами — идеальная совместимость

Сразу можно сказать, что четкого определения того, какие источники тепла являются геотермальными, а какие нет, вы не найдете. Некоторые считают что геотермальные — это те источники, которые находятся в грунте. Другие говорят, что вода — также подходит под эту категорию: она часто находится под землей, и та, что находится в открытых водоемах, также когда-то протекала в грунте. Тем более что способ переноса тепла одинаков: при помощи циркулирующего по контуру теплоносителя и подавляющее большинство современных агрегатов работать может с любым из этих источников.

Рассмотрим все источники тепла, которые могут подходить под эту категорию. И начнем с самого простого, требующего минимум затрат на обустройство.

Даже зимой подо льдом вода имеет достаточно высокую (относительно воздуха) температуру: от +5 o C до +7 o C. Вся задача состоит в том, чтобы эту энергию перенести к тепловому насосу. Для этого в водоем укладывают полимерные трубы, заполненные незамерзающей жидкостью (чаще всего это соляной раствор, иногда антифриз). В среднем считается, что с метра трубопровода, уложенного в водоеме, можно получить 30 Вт тепла. Исходя из этого, считают протяженность труб. Например, вам для обеспечения теплом дома нужно 12 кВт тепла. Получаем: 12000 Вт : 30 Вт/м = 400 м. Вот столько труб нужно будет уложить в водоем.

Энергию у воды можно не только в открытом водоеме. Если близко подпочвенные воды можно использовать скважины

Есть другой вариант. Он приемлем, если потребность в тепле не очень большая, а на участке имеется колодец с хорошим дебетом (высокая скорость притока воды). Понадобиться вторая скважина для сброса воды, но никакого длиннющего контура. Только не путайте! Если в колодце стоит 3 кольца воды, это совсем не значит, что дебет у него хороший. Это значит, что грунтовые воды близко. Но скорость поступления воды (а дебет — это именно она) может быть при этом небольшой.

Нужно будет подавать в дом из колодца необходимое количество «теплой» воды, а остывшую отводить во вторую скважину. Обязателен в этом случае расчет потребности воды и определение параметров циркуляционного насоса.

Грунт

Всем известно, что ниже точки промерзания температура почвы выше 0 o C. Это значит, что тепло оттуда можно перекачать для отопления дома. Делают это двумя способами: при помощи горизонтального коллектора или вертикального.

Горизонтальные геотермальные контура

Для устройства горизонтального геотермального поля требуется большая площадь: от 200 м 2 и больше. На всей этой площади приходится снимать грунт на 30-50 см ниже точки промерзания грунта. На практике это 1,2-2 метра в зависимости от региона. Ниже копать не стоит. В грунте сохраняется энергия, накопленная с лета, а слишком глубоко опустившись можно потерять значительную часть тепла: туда оно просто не проникло.

Так выглядит площадка под горизонтальный геотермальный зонд

Необходимая площадь зависит от потребности в тепле и типа грунта: в одних можно забрать 30 Вт с одного метра, в других 60-75 Вт. Самые значительные запасы энергии есть во влажных грунтах с близко расположенными грунтовыми водами. Если возле вашего дома именно такие — вам повезло. Если нет, тоже ничего страшного, просто площадь потребуется больше (и труб тоже). Расстояние между двумя соседними витками трубы 1-1,5 метра.

Сколько тепла можно получить с одного метра горизонтального теплового зонда

Для уменьшения занимаемой площади можно использовать спиральную укладку. Это когда контур из труб выкладывается не «змейкой» или «улиткой», а спиралями, которые находят одна на другую. Площади требуются несколько меньшие, но все-таки значительные.

Большие пространства есть далеко не возле каждого дома. Тем более что дальнейшее их использование ограничено: нельзя высаживать растения с мощной корневой системой (деревья) или ставить капительные строения. Если вы не можете выделить такой участок под сбор тепла, или не хотите выполнять подобный объем земельных работ, можно использовать вертикальные скважины.

Чтобы уменьшить площадь под геотермальное поле можно использовать скрученные в спирали трубы

Недостатки горизонтального поля:

  • Большой объем земляных работ.
  • Летом режим пассивного охлаждения недоступен.
  • Постепенное понижение температуры к концу отопительного периода (и это тоже нужно учитывать при расчете длины трубопровода).
  • После завершения укладки труб нельзя сразу приступать к ландшафтным или другим работам: нужно ждать усадки грунта. А это не менее года.

Вертикальные зонды

Ниже 20 метров от поверхности температура грунта повышается. На этой глубине она вне зависимости от погоды и времени года всегда стабильна: от 10 o C и выше (в зависимости от региона). Для того чтобы добраться до этого тепла делают скважины для тепловых насосов. Они обычно дают больше тепла, потому требуется не такое значительное их количество.

Но количество энергии, которою можно «выкачать» сильно зависит от типа грунта. Меньше всего дают песчаные почвы: 30 Вт/м, много энергии содержится в граните — до 75 Вт/м. Потому очень может разниться и длина требуемой скважины.

Сколько тепла можно «снять» с одного метра скважины в грунте

Бурение скважин — далеко не самое дешевое удовольствие. Особенно на большие глубины: для этих целей используется мощная техника, стоимость работы которой велика. Но не обязательно делать одну скважину. Можно пробурить несколько на меньшую глубину, важно только чтобы суммарная их протяженность совпадала с рассчитанной. В этом случае под геотермальное поле занимается меньший участок, но он тоже значительный. К тому же требуется организовать коллектор для сбора потоков от всех зондов, а это еще дополнительное оборудование, и земляные работы (трубы от одной скважины к другой прокладывают ниже уровня промерзания).

Вертикальный зонд — скважина приличной глубины. Но такое бурение очень дорого, так что можно сделать некоторое количество более коротких скважин

Недостатки вертикальных зондов:

  • Высокая стоимость бурения.
  • Значительные площади под геотермальное поле: минимальное расстояние между скважинами — 8 метров.
  • При большой глубине скважин есть ежегодное снижение температуры. Через несколько лет процесс сильно замедляется, но тепла со временем поступает меньше. Это тоже нужно учитывать при расчетах.

Кластерное бурение

Что делать, если и под вертикальные зонды у вас места не хватает? Есть так называемое кластерное бурение. Это когда от общего центра скважины расходятся в разные стороны лучами. Для этой технологии требуется выделить участок в 4 м 2 . В этом квадрате снимается грунт и устраивается своеобразный колодец, в который потом заводят трубы от зондов. В принципе, этот центр можно устроить даже в подвале дома.

Для такой системы зондов, конечно, требуется специальная техника, но она не очень мощная: глубина бурения средняя, высокая производительность ни к чему. Эта технология, как и многие другие, разработана в Европе. Там обращают внимание не только на безопасность, но и на сохранение природы и бережное отношение к частным владениям. Потому некоторые установки для кластерного бурения имеют резиновые гусеницы и практически не повреждают придомовую территорию. В целостности остаются и газоны, и дорожки.

В пробуренные скважины опускают заполненные теплоносителем трубы. Тут опять таки-есть варианты. По одной технологии используются, как и в других внешних контурах, полимерные трубы, а в других — металлические. Металл применяется особый, коррозионно-стойкий. Его строк эксплуатации 50-70 лет. А чем он лучше? У него выше теплопроводность, то есть тепло переносится эффективнее. Это значит, что с одного метра скважины, «снять» можно больше тепла. Потому и скважины в этом случае должны быть менее длинными.

Кластерное бурение экономит землю

Работу установки кластерного бурения вы увидите в видео. Тут же можно оценить размеры геотермального насоса для дома (площадь 250 м 2 ).

Производители и отзывы

В Европе геотермальные тепловые насосы для отопления окупают себя за несколько лет. Но у них стоимость отопления гораздо выше, как и цена на энергоносители. Для нашей же страны, потраченные на установку 10 тыс. — 15 тыс. долларов, возвращаться будут годами, если не десятилетиями. Это не значит, что оно не окупится вовсе (хотя может случиться и так), но очень нескоро. И, тем не менее, устанавливать геотермальный тепловой насос из Китая не стоит. Хоть они и дешевле, и порой значительно, но у них нет ни запчастей, ни сервисов, ни гарантийных обязательств. Если что-то с техникой случится, вы останетесь сами со своей проблемой.

Какие установки стоит приобретать? В первую очередь это немецкие. В Германии самые строгие законы, нормирующие строительные материалы и оборудование для дома, и очень жесткая сертификация. Если установки допущены к эксплуатации в Германии, то они точно безопасны и качественны. Примеров тому множество в любой области строительства. То самое, знаменитое «немецкое качество» присуще и геотермальным насосам для дома.

Схема организации системы отопления дома с использованием тепловых насосов

Кроме немецких агрегатов хорошие отзывы имеют еще многие другие европейские производители. Часть из них производит подобную аппаратуру уже более 50 лет, так что технологии давно выверены и отлажены. К примеру, геотермальные тепловые насосы Nibe в Швеции устанавливались не только в квартирах и частных домах. Термальный насос Nibe был смонтирован даже на крупной свиноводческой ферме, где от его тепла греются поросята. В этом варианте, кстати, зонды закладывались не в грунт и не в скважины. Они отбирали тепло у навозной жижи: проложили наружный контур вдоль бортов сточных каналов. Вот уж точно бесплатный источник тепла. Владелец фермы очень доволен: его вложения окупились за 1,5 года.

В геотермальных тепловых насосах Daikin применяется инверторное управление, что позволяет снизить затраты электроэнергии еще на 20% по отношению к аналогичным агрегатам обычного типа.

В шведских геотермальных насосах Danfoss собраны сразу три запатентованные технологии. Две из них позволяют при меньших затратах быстрее нагревать воду для ГВС и достигать более высоких температур в контуре отопления. Еще одна руководит работой циркуляционных насосов, оптимизируя их скорость. Это позволяет добиться максимальной производительности.

Итоги

Геотермальные насосы — не самая дешевая затея. Если у вас есть возможность подключить газ, и эта затея обойдется вам меньше, чем 15 000 долларов, подключайте газ. Если такой возможности нет или сумма получается больше — целесообразно установить тепловой насос. И лучше геотермальный. Он хоть и требует больших вложений на старте, но работает стабильнее и показывает большую производительность. Сумма вложений — очень приблизительная и зависит от конкретных условий. Но эти устройства тем и отличаются, что проект и расчет геотермального теплового насоса — вещь сугубо индивидуальная и считается под каждый проект. Даже на двух соседних участках условия (и сумма) могут значительно отличаться.

Ссылка на основную публикацию