Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки

Содержание

Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

Суть геотермальной энергии заключается в использовании естественного тепла земли на глубине 1,5 м. Этот один из альтернативных способов обогрева активно используется на промышленных предприятиях, сельских фермах, в жилых домах. Наибольший эффект достигается в регионах, где температура опускается ниже -20 градусов.

Большая часть нашей страны, за Уралом в Сибири на Дальнем востоке, не может похвастаться умеренно холодными зимами как в европейской части России. За частую столбик термометра опускается ниже отметки -40 -45 градусов. Широко известные и доступные воздушные тепловые насосы в этих условиях теряют свою актуальность, так как самые продвинутые модели способны эффективно работать с низкопотенциальным источником тепла температурой до -20.

Геотермальное отопление для частного дома

В это же время, грунт и вода укрытые снегом, сохраняют большое количество теплоты. Температура земли ниже точки промерзания всегда сохраняет положительные значения +8 +12. Логично в этой ситуации отказаться от легкодоступного низкопотенциального источника воздуха в пользу более стабильной и теплоёмкой земли и воды.

Так же следует заметить, что КПД теплового насоса, а точнее его COP на прямую зависит от температуры источника. Чем теплее, тем эффективней процесс преобразования энергии.

Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Главная страница » Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Геотермальный земляной тепловой насос, по сути, представляет собой систему центрального отопления земли. Энергетический механизм земного грунта поддерживает постоянное использование как накопитель (источник) тепла. Конструктивно система позволяет использовать умеренный диапазон температур грунта. За счёт этого повышается эффективность и снижаются эксплуатационные расходы традиционных систем отопления (охлаждения). Допустимо объединение земляного теплового насоса с установками сбора солнечной энергии — строительство систем высокой эффективности.

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.

Геотермальные тепловые насосы для отопления дома и их характеристики

Новые технологии появляются во всех сферах жизни, в том числе и в системах теплообеспечения частных домов. Эффективный и экономичный тепловой насос геотермальный – альтернативное оборудование, которое с успехом заменит традиционные нагревательные котлы. Тепловой насос (ТН) можно применять для отопления домов разных площадей, оборудование способно прогреть теплоноситель до +65 С и обеспечить подачу горячей воды.

Цены на рекомендуемое оборудование

Цены на тепловые насосы зависят от их мощности, назначения, наличия дополнительных функций и прочих параметров. Следует учитывать, что расходы на подобное оборудование весьма велики, стоимость комплекта средней мощности для частного дома начинается от 500 000 рублей. Этот фактор служит ограничителем спроса на подобные комплексы и способствует развитию самостоятельного изготовления тепловых насосов.

Тепловой насос воздух-вода для дома и бассейна, КПД, принцип, схема отопления

Когда счета за электроэнергию начинают расти, большинство из нас задается вопросом, есть ли альтернатива. Использование возобновляемых источников энергии в качестве отопления становится необходимым шагом для домовладельцев, в первую очередь потому, что газ и электричество, получаемые из ископаемых видов топлива, становятся все дороже. Переход на “зеленые” технологии, такие как (ВТН) тепловой насос воздух-вода, часто не вызывает сомнений у тех, кто желает сократить счета и оставить меньший углеродный след, но так ли они хороши?

Как и в любом другом деле, перед покупкой важно взвешенно подойти к вопросу, поэтому давайте рассмотрим достоинства и недостатки ВТН.

Актуальность геотермального отопления

Традиционные виды топлива дорожают каждый год, при использовании углеводородов в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Все это объясняет привлекательность альтернативных источников энергии. Например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева. При этом вопреки бытующему мнению, для эффективного функционирования системы не нужны близко расположенные гейзеры или вулканы: на равнине отопление работает ничуть не хуже. Геотермальное отопление дома подразумевает использование тепла от почвы, грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт/ч энергии, тепловому насосу хватит 1 киловатт-часа. Особенности системы:

  • экологическая и пожарная безопасность;
  • отсутствие шума при работе;
  • небольшие габариты системы;
  • автономный режим;
  • под оборудование, размещаемое в доме, требуется место, сопоставимое с габаритами обычной стиральной машины;
  • при правильном монтаже и настройке вмешательство человека не требуется;
  • длительный эксплуатационный ресурс: тепловые насосы служат от 20 до 30 лет;
  • высокая стабильность системы, работающей при любых погодных условиях;
  • большой промежуток между профилактическими ремонтами насоса (до 100 тыс. ч).

Геотермальное отопление: как оно работает

Первые дома, обогреваемые теплом Земли, стали появляться 50 лет назад; сегодня их можно встретить по всему миру, от Канады до Новой Зеландии.

Работа устройства, использующего тепловую энергию недр, основана на применении обратного цикла Карно, описывающего круговые процессы обмена теплом. Такая термодинамическая система функционирует благодаря разнице температур составных частей; принцип давно и успешно реализован в холодильниках и кондиционерах.

Чтобы запустить геотермальное отопление дома, нужно организовать систему, которая будет собирать тепло из почвы (или воды) и передавать его в контур отопления дома. Подземное тепло генерируется в любой точке земного шара, и геотермальное отопление успешно реализуется в России, например, в Московской области. Интересно, что схема функционирует таким образом, что летом она работает как кондиционер, а зимой – как источник отопления.

На глубине шести метров начинается зона, где температура остается стабильной круглый год. Она сохраняется на уровне средней годовой температуры атмосферы в данной местности; в областях с умеренным климатом это +15°C, ниже она растет. Для сбора подземной тепловой энергии применяется контур (теплообменник). Это трубопровод, который монтируют под землей или под водой. Для организации отопления из земли используют следующие методы:

  • В вертикальную скважину. Вариант, подходящий для небольших участков. Рядом с домом пробивают две геотермальные скважины по 80-90 м, в каждую помещают геотермальный зонд. Тепловой насос поднимает нагретую воду, она проходит через теплообменник и отдает тепло во внутренний контур дома. Вертикальный контур отличается наибольшей энергетической эффективностью и сроком эксплуатации.
  • С устройством горизонтального коллектора. Метод подходит для участков большой площади. Чтобы получить исправно работающий коллектор, с помощью экскаватора подготавливают траншеи глубиной 2-2,5 м, куда укладывают ПНД (полиэтиленовые) трубы. Площадь участка, с которого будет собираться тепло, соизмерима с площадью жилья.
  • На дне водоема. Горизонтальный коллектор (зонды горизонтального типа) устанавливают на дне, если водоем обладает достаточными габаритами (площадью и глубиной), и находится недалеко от дома. Способ также демонстрирует хорошую энергоэффективность.
  • С использованием антифриза. На достаточную (75 м и более) глубину погружают емкость, заполненную антифризом. Нагретая жидкость поднимается тепловым насосом и отдает энергию теплообменнику, а затем возвращается под землю для следующего цикла.

Технология геообмена для получения энергии

Земляной тепловой насос в научных кругах больше известен под другими названиями, в частности:

  • геообмен (Geoexchange),
  • грунтовой теплообменник,
  • земная энергетическая система.

Инженеры, однако, чаще пользуются термином «земляные тепловые насосы», дабы избежать путаницы с традиционной геотермальной энергией, где используется высокотемпературный источник тепла для выработки электроэнергии.

Земляные тепловые насосы действуют по принципу сбора тепла, получаемого от Солнца и поглощаемого поверхностью Земли. Температура грунта ниже 6 метров от границы поверхности равна среднегодовой температуре воздуха для конкретной широты земного шара.

Земляной тепловой насос - классическая схема системы

Структурная схема установки: 1 – природный земляной теплообменник на трубном петлевом замкнутом контуре; 2 (3) – тепловой насос; 4 – ресивер с горячей водой; 5 – тепло, направляемое в радиаторы или в систему тёплого пола; 6 – использование водного ресурса для хозяйственных нужд

В зависимости от параметра широты, температура под верхним слоем Земли поддерживается на постоянном уровне в диапазоне 10-16°C. Подобно холодильнику или кондиционеру, систему допустимо использовать в качестве теплового насоса для принудительной передачи тепла от грунта.

Тепловые насосы способны передавать энергию от холодной к тёплой области в противовес естественному направлению потока. Либо эти же устройства способны усиливать естественный поток тепла, направленный от теплой среды к холодной.

Стоимость установки

Расходы на монтаж теплового насоса во многом зависят от внешнего источника открытый водоем, скважина или грунтовый коллектор. Работы по созданию и установке этих элементов имеют разную специфику и стоимость. Цена зависит от принятых в регионе расценок и тарифов, от расстояния до водоема или скважины и прочих факторов.

  • площадь дома 90–125 кв. м. — от 350 000 рублей
  • при площадь дома от 200 до 280 кв. м — установка теплового насоса обойдется от 500 000 рублей

Например, специалисты утверждают, что пользоваться тепловой энергией воды из водоема, находящегося на расстоянии более 100 м от дома нерентабельно. Тем не менее, при наличии возможности, установка с питанием от открытого водоема является наиболее выгодной и рациональной. Бурение скважины требует получения массы разрешений, использования специальной техники. Устройство коллектора выводит из эксплуатации большую площадь земли. Возможность значительно сэкономить — самостоятельный монтаж системы, выполнение установки своими руками или с помощниками из числа близких людей и друзей.

Рекомендуемые товары

Кроме европейских, распространены комплексы из Китая и других стран Юго-Восточной Азии. Они дешевле, обладают достаточно высокими показателями, но по общему уровню несколько отстают от европейских образцов. Единственным преимуществом у них является цена, хотя расходы на подобное оборудование в любом случае весьма высоки. Если учесть, что установкой теплового насоса дело не ограничивается, надо подгонять под возможности комплекса всю систему отопления, то расходы становятся соотносимыми со стоимостью постройки дома.

В условиях России оптимальным выбором является приобретение бивалентных систем, позволяющих при возникновении сложных условий переключаться на другие источники тепла.

Важно! Большинство специалистов сходятся во мнении, что для большинства регионов России использование тепловых насосов типа «воздух-вода» нецелесообразно из-за чрезмерно сложных зимних условий. Мощность системы резко падает при понижении температуры. Кроме того, наружные воздушные блоки в холода работать не смогут.

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

Компрессионные: Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.

Абсорбционные: Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

Принцип работы

Функциональность оборудования основана на постоянных положительных температурах грунта ниже уровня промерзания. По мере заглубления в толщу земли, показатели температуры повышаются. Принцип работы заключается в применении и преобразовании полученной тепловой геотермальной энергии для прогрева теплоносителя дома.

Процесс осуществляется следующим образом:

  • монтируется контур отбора энергии;
  • трубопровод заполняется пропиленгликолем;
  • контур присоединяется к вертикальным геотермальным зонам, заглубленным в скважины на 60-100 м или коллектору отбора, уложенному в грунт ниже точки промерзания (от 1 м заглубления);
  • соляной раствор перемещается по замкнутому кругу между зондами и прогревается до +5 С.. +6 С, затем транспортируется в приемный отсек ТН.

Теперь вступает в работу тепловой насос, забирающий и накапливающий тепло из окружающей среды.

Конструктивно насос представляет собой несколько основных и дополнительных элементов, где происходят все процессы аккумулирования и передачи тепловой энергии теплоносителю:

  1. Контур замкнутого типа. По трубопроводу транспортируется фреон, переходящий из жидкого состояния в газообразное.
  2. Испаритель. Модуль соединен с приемником ТН, нужен для испарения фреона, который поглощает тепло разогретого соляного раствора (пропиленгликоля).
  3. Газообразный фреон перемещается в компрессорную часть насоса, где нагнетается давление. Под давлением газ прогревается до +65 С и впрыскивается в конденсатор.
  4. В конденсаторе прогретый газообразный фреон переходит в жидкое состояние, при этом сохраняет прогрев до высоких температур. Теплообмен осуществляется через стенки конденсатора, за счет чего нагревается теплоноситель в системе отопления строения.

принцип работы насоса

Таким образом геотермальный тепловой насос для отопления дома обеспечивает прогрев теплоносителя для поддержания температуры в помещении до +25 С. Этого хватит, чтобы сохранять тепло в комнатах в зимние морозы, когда за окном показатель термометра опускается до -30 С.

ТН устроен так, что можно присоединять к системам обогрева с низкотемпературными показателями входящего теплоносителя, например, к контуру теплых полов. Безопасное оборудование имеет массу достоинств, а летом устройство работает на охлаждение дома в режиме кондиционера.

На заметку! Если схему теплового насоса соединить с солнечными батареями, система становится энергонезависимой. Автономность подачи тепла, ГВС особенно удобна для строений, вынесенных за пределы города, где нет возможности подключиться к центральным магистралям.

Плюсы и минусы технологии

Геотермальное отопление дома, принцип работы которого не включает сжигание топлива, идеально с точки зрения современных представлений об экологической безопасности. Геотермальная отопительная система предоставляет своим владельцам следующие преимущества:

  • Безопасность во всех сферах: отсутствие вредных выбросов, что важно для здоровья хозяев, их домашних животных, для окружающей среды, а также пожаробезопасность.
  • С отсутствием топлива пропадает необходимость в его закупке (заготовке), доставке и хранении.
  • Экономическая выгода. Силы природы работают бесплатно. Вы тратитесь только на приобретение и монтаж системы, а во время эксплуатации – на электроэнергию для теплового насоса. При этом в отрегулированной системе на каждые 1 кВт, затраченных на работу насоса, приходится около 3,5-4 кВт, добытых из-под земли.
  • Компактные размеры. Основной по размеру контур прячется под землю (воду), в доме нужно будет установить только насос, и отдельная котельная для этого не нужна.
  • Доступность. Оборудование можно установить где угодно. Единственное условие для начала работы – наличие электричества в доме.
  • Многофункциональность. Когда холодно, система работает на обогрев, когда жарко – на охлаждение.
  • Долгий срок эксплуатации. Технологически правильный монтаж станет гарантией длительного функционирования. Геотермальный контур надежно защищен толщей земли, а срок службы тепловых насосов составляет 25-30 лет.

Владельцы, не доверяющие геотермальному отоплению частного дома, выдвигают следующие аргументы:

  • Приходится идти на значительные затраты, чтобы подготовить систему к работе: приобрести насос, дополнительные материалы, выполнить монтаж внешнего и внутреннего контура. Оборудование обойдется в 8-10 раз дороже, чем аналогичная газовая техника.
  • Геотермальная система не является автономной. Чтобы она функционировала, на каждые 4 кВт тепловой энергии придется тратить 1 кВт электричества.
  • Уровень теплоотдачи иже, чем у традиционных технологий. Например, контур, уходящий вглубь на 20-30 м, отдает только 40 Вт тепла с одного погонного метра.
  • Длительный период окупаемости. В среднем он превышает 10-15 лет, тогда как среднему по мощности газовому котлу (до 12 кВт) понадобится примерно 5 лет, чтобы окупиться.

Основные элементы конструкции тепловых насосов

Для того чтобы установка получения энергии работала согласно принципам работы теплового насоса, в его конструкции должны присутствовать 4 основных агрегата, это:

  • Компрессор.
  • Испаритель.
  • Конденсатор.
  • Дроссельный клапан.

Важным элементом конструкции теплового насоса является компрессор. Его основная функция – повышение давления и температуры паров, образующихся в результате кипения хладагента. Для климатической техники и тепловых насосов в частности применяются современные спиральные компрессоры.

Устройство и принцип действия теплового насоса

Такие компрессоры рассчитаны на эксплуатацию при минусовых температурах. В отличие от других разновидностей спиральные компрессоры производят мало шума и работают, как при низких температурах кипения газа, так и при высоких температурах конденсации. Несомненным преимуществом считаются их компактные размеры и небольшой удельный вес.

Агрегаты системы теплового насоса

Испаритель как конструктивный элемент представляет собой емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент, циркулируя по замкнутому контуру, проходит через испаритель. В нем хладагент разогревается и превращается в пар. Образующийся пар под низким давлением направляется в сторону компрессора.

В компрессоре пары хладагента подвергаются действию давления и их температура возрастает. Компрессор перекачивает под большим давлением разогретый пар в сторону конденсатора.

Компрессор - значимый агрегат теплового насоса

Следующий конструктивный элемент системы – конденсатор. Его функция сводится к отдаче тепловой энергии внутреннему контуру отопительной системы.

Серийные образцы, изготавливаемые промышленными предприятиями, оснащаются пластинчатыми теплообменниками. Основным материалом для таких конденсаторов служит легированная сталь или медь.

Самодельный теплообменник для теплового насоса

Терморегулирующий, или иначе дроссельный, клапан устанавливается в начале той части гидравлического контура, где циркулирующая среда высокого давления преобразуется в среду с низким давлением. Точнее дроссель в паре с компрессором делят контур теплового насоса на две части: одну с высокими параметрами давления, другую – с низкими.

При прохождении через расширительный дроссельный вентиль циркулирующая по замкнутому контуру жидкость частично испаряется, вследствие чего давление вместе с температурой падают. Затем поступает в теплообменник, сообщающийся с окружающей средой. Там захватывает энергию среды и переносит ее обратно в систему.

С помощью дроссельного клапана происходит регулирование потока хладагента в сторону испарителя. При выборе клапана нужно учитывать параметры системы. Клапан должен соответствовать этим параметрам.

Дроссельный клапан теплового насоса

Принцип работы теплового насоса воздух-вода

Принцип работы, достаточно прост. Энергия добывается путем всасывания атмосферного воздуха в теплообменник-испаритель. Воздух используется для нагрева газообразного фреона, подобно тому, как работает холодильник, но в обратном направлении. После того как фреон получил от воздуха низкопотенциальное тепло, температура хладагента повышается за счет сжатия, его осуществляет компрессор. Сжатый, теперь уже нагретый газ конденсируется в промежуточном теплообменнике, который называется конденсатором. После чего накопленное тепло передается теплоносителю системы отопления.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

Геотермальные: Тепловая энергия берется из грунта или воды.

Воздушные: Тепло извлекается из атмосферы.

Использующие вторичное тепло: В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки. Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.

Как работает земляной тепловой насос и сколько стоит?

Принцип действия обычно основан на смеси воды и антифриза, которая закачивается в область земляного массива.

Благодаря этой смеси поглощается солнечная энергия, запасённая в массиве земле. Тепло извлекается посредством использования технологий сжатия и расширения и в качестве энергетического потенциала может применяться для отопления частного дома.

Объёмная доля собранного теплового ресурса напрямую зависит от производительности (количества труб, длины и глубины вырытых траншей), а также от характеристик почвы.

Практика показывает, что глинистая почва способна удерживать больше тепла, чем песчаная. Перед проектированием и сооружением земляного теплового насоса, как правило, выполняется тщательное изучение состояния грунта.

Согласно некоторым оценкам специалистов по энергосбережению, стоимость установки типовой системы земляного теплового насоса в частном доме на три-четыре спальни, составит около 800 000 рублей.

Между тем общепринятая «бюджетная» величина составляет примерно 1 млн. руб. за 1 кВт мощности. Для частного дома площадью 400 м² на четыре спальни, построенного в соответствии стандартам строительных норм, потребуется тепловой насос мощностью не менее 8 кВт.

Непосредственно тепловой насос оценивается в 500–600 тыс. руб. Общий баланс земляной системы включает ещё стоимость сооружения в целом. Сумма под инсталляцию нередко значительно варьируется в зависимости от условий местности.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Z-Сила — публикации материалов интересных полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мульти-тематическая информация — СМИ .

Как монтируют геотермальное отопление

Работы по установке геотермальной системы отопления включают три этапа:

  • На площадке проводятся буровые и монтажные работы.
  • Приобретается и доставляется оборудование и тепловой насос.
  • Монтируется внешний и внутренний контуры. Они соединяются через тепловой насос, затем проводятся пуско-наладочные работы.

Горизонтальный, вертикальный и подводный контуры имеют свои особенности монтажа: Горизонтальный трубчатый теплообменник укладывают ниже глубины промерзания. Если грунтовые воды пролегают высоко, организуется песчаная подушка, предпринимаются меры, нивелирующие пучение, деформацию и выдавливание контура.

Длину горизонтального теплообменника определяют расчетом: 40 м труб на 1 кВт тепловой энергии. Для подобной системы может потребоваться солидный участок (до 2,5 соток), и вам придется придумать, как его потом использовать, так как над теплообменником нельзя возводить строения с подземным фундаментом или высаживать деревья.

Вертикальный подземный контур почти на треть эффективнее горизонтального аналога. Глубину скважины рассчитывают из соотношения 10-30 м труб на 1 кВт (зависит от свойств пород). Если глубина получается слишком большой и экономически нецелесообразной, можно сделать несколько мелких скважин, дающих в сумме нужную мощность.

Организовать подводный контур можно при условии, если водоем находится максимум в ста метрах от дома, и он не промерзает зимой. Чтобы получить 1 кВт тепловой энергии, понадобится уложить 35 м труб. Несмотря на то, что надо будет позаботиться о якорном балласте, препятствующем всплыванию, и защите на кромке ледообразования, подводный контур будет самым дешевым по затратам.

Действующие системы организованы так, чтобы обеспечивать нагрев в 50°C, поскольку специальные расчеты показали наибольшую эффективность данного варианта. Следствием ограничения является использование в домах с отоплением от земли преимущественно не привычных радиаторов, а теплых полов или воздушного (парового) отопления.

Дополнительное оборудование для системы «вода-вода»

Для функционирования системы понадобится наличие дополнительного оборудования. В данном случае термин «дополнительное» обозначает лишь использование вне самого теплового насоса, но никак не возможность отказаться или проигнорировать некоторые устройства. Система сможет работать только в полной комплектации, отсутствие любого элемента автоматически прекращает ее работу. Рассмотрим дополнительные элементы:

Погружной насос для скважин и водоемов

Выбор мощности погружного насоса производится по трем критериям:

  • объемы жидкости, которую придется перекачивать
  • глубина скважины
  • диаметр скважины

Оптимальный вариант — скважины диаметром в 4 дюйма, так как под них создано большинство погружных насосов. Надо учитывать наличие или отсутствие системы ГВС, поскольку под нее понадобится более мощный насос. Выбор конкретной модели производится исходя из объемов жидкости, параметров скважин и прочих обстоятельств. Могут быть использованы как универсальные, так и специализированные скважинные образцы насосов.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

Установка промежуточного теплообменника исключает возможность гидроудара в компрессоре, опасность которого возникает при насыщении фреона парами воды. Еще одна функция промежуточного теплообменника — выравнивание температуры хладагента на выходе из конденсатора для организации более устойчивой работы системы. Теплообменники бывают трех типов:

  • открытые. Позволяют удалять пары воды из фреона
  • змеевиковые. Обеспечивают регулирование расхода хладагента
  • кожухотрубные. Рабочая жидкость и хладагент не смешиваются, что позволяет использовать высокое давление при циркуляции пара и воздуха

Выбор устройства обусловлен особенностями системы и финансовыми возможностями. Специалисты рекомендуют предпочитать разборные модели.

Фильтры для теплового насоса

Качество воды, поступающей из скважин или водоемов, соответствует ее естественному состоянию. Помимо механических включений из песка, грязи или иных частиц в воде могут содержаться различные микроэлементы, такие как железо, марганец, аммиак, хлор, сероводород и т. д. Для очистки воды используются специальные фильтры. Механические включения удаляются в гидроциклонах, выводящих твердые взвеси. Микроэлементы выводятся устройствами обратного осмоса, смягчителями или обезжиривателями. Кроме того, необходимо использовать угольные фильтры или УФ-излучатели для обеззараживания жидкости.

Электрогенератор для резервного питания

Внезапное отключение питания прекратит работу системы. Для запуска потребуется дополнительный источник питания, способный обеспечить работу теплового насоса до появления тока в основной сети. Эту функцию выполняет резервный электрогенератор, обладающий достаточной мощностью для поддержания работы комплекса.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

Тепловые насосы «воздух-воздух»: Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.

Тепловые насосы «вода-вода»: Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые насосы «вода-воздух»: Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.

Тепловые насосы «воздух-вода»: Атмосферное тепло используется для водяного отопления.

Тепловые насосы «грунт-вода»: Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.

Тепловые насосы «лед-вода»: Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Способы размещения труб (коллектора)

  1. Первый из них, горизонтальный, подразумевает размещение коллектора под точкой промерзания грунта. В зависимости от региона глубина расположения коллектора может составлять от полутора метров. Длинна подземного трубопровода не может быть короче труб теплого пола, уложенных в доме, так же она зависит от обводненности грунта, чем влажнее земля, тем выше теплоотдача.Не допускается строительство над контуром сооружений с заглубленным фундаментом, а после завершения монтажа потребуется благоустройство участка.
  2. Второй способ расположения коллектора – вертикальный. Придется бурить в грунте несколько скважин на расстоянии не ближе 2-3 м от дома, каждая из которых входит в почву под своим углом и направлены они в разные стороны. Внутри земляных отверстий глубиной до 50 м размещают геотермальные зонды. По конструкции это одна или пара U-образных труб, выполненных из пластика марки ПНД. Одна скважина (1 погонный метр) способна отдать до 50 Вт. Т. е., чтобы получить те же 7-9 кВт, нужно от 150 до 200 м геотермальных зондов. Это актуально, если участок небольшой, места мало. Данный способ в разы дороже горизонтального, но его плюс, не нарушается ландшафт участка. Единственное дополнительное условие – подготовка небольшого места под кессонный колодец, объединяющей трубы коллектора.
  3. Третий способ требует наличия рядом с домом водоема, который не промерзает зимой до дна (глубина должна быть от 2 м),там где будет располагаться затопленный геотермальный контур. Преимущества метода заключается в отсутствии необходимости проведения трудоемких земляных работ (исключая рытье транше до дома). Но есть и минусы – потребуется специальное разрешение, особенно, если водоем общественный. К тому же далеко не у каждого загородного дома рядом имеется озеро или пруд, река. И все же этот способ считается наиболее экономичным. Для отопления 100 кв. м площади понадобится от 250 до 300 погонных метров коллектора.
  4. И последний способ обустройства геотермальной установки – переливной. Когда вода отбирается из пробуренной водоносной скважины охлаждается в ТН на 4-5 градусов и снова сбрасывается, либо в приемную скважину, находящуюся на удалении 20 метров, либо в ближайший водоём. Недостатки данного способа заключаются в невозможности контроля уровня водоносного горизонта и необходимости дооборудования ТН фильтрами и промежуточными теплообменниками.

Геотермальное отопление

Видео описание

Об окупаемости теплового насоса в следующем видео:

Эффективность воздушного теплового насоса

ВТН эффективны и зимой, и летом, благодаря COP (коэффициенту преобразования). COP теплового насоса – это способ измерения его эффективности путем сравнения потребляемой мощности, необходимой для производства тепла, с количеством тепла на выходе.

Показатель COP корректируется с учетом времени года. Чтобы иметь возможность сравнивать тепловые насосы по тому, насколько сильно на них влияют эти изменения, используется сезонный COP (Seasonal Coefficient of Performance).

ВТН получает энергию из окружающего воздуха, но при снижении окружающей температуры снижается и эффективность.

Насосы тепловые типа вода-вода

Это альтернативный вариант применения геотермального насоса, при котором энергия отбирается из воды.

насосы тепловые типа вода-вода

Обустройство контура возможно двумя способами:

  1. Погружение теплообменника на дно водоема. Плюсом является отсутствие длительных земляных работ. Петли выкладываются по дну близлежащего источника воды, который расположен не дальше 100 м от дома. Глубина дна должна быть не менее 3 м.

Важно! Оптимальное решение – наличие собственного пруда. Для размещения петель в реке или озере потребуется получение специального разрешения.

  1. Размещение зондов в артезианских скважинах. При прокачке воды из скважины, потоки прогоняются через тепловой насос, сброс жидкости осуществляется во вторую скважину, которая также уравновешивает давление в обводненных пластах.

Упрощенная схема получения энергии из воды объясняет популярность геотермальных насосов типа вода-вода.

На заметку! Если применяется вариант с артезианскими скважинами, то учитываются затраты на бурение скважин – в данном случае требуются именно артезианские глубины, а это также от 180 м, поэтому придется получать разрешение на проведение работ и привлекать специалистов.

Особенности эксплуатации теплового насоса вода-вода

Эксплуатация теплового насоса «вода-вода» требует регулярных проверок состояния всех узлов и элементов системы. Отдельные комплексы нуждаются в сервисном обслуживании, производимом 1-2 раза в год группой специалистов. Подлежат проверке:

  • качество соединений трубопроводов
  • уровень давления в системе
  • целостность корпусов или кожухов, возможность протечек масла
  • состояние проводки

Проверки лучше всего доверить опытным специалистам, способным вовремя обнаружить признаки поломок и принять меры для их устранения.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления:

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента. Сферы применения и степень распространения.

Общие отрицательные стороны геотермальных установок

Наиболее серьезная проблема – высокая стоимость подключения к низкопотенциальному источнику. Для отопления здания площадью в 300 кв. м инсталляция под ключ обойдется примерно в миллион рублей. При этом половина средств пойдет на покупку теплового насоса. Срок окупаемости самой эффективной системы, в сравнении с отоплением электричеством – от пяти лет. Еще один минус – сложность самостоятельного обустройства, о чем речь пойдет ниже.

ВТН для холодного климата

ВТН для холодного климата

Важно знать тепловую нагрузку объекта и характеристики теплового преобразователя, чем выше требуется температура подачи в систему отопления дома, тем ниже будет конечный СОР.

Даже не глядя на то, что эффективность может снизиться, это не означает, что ВТН не работают в холодную погоду. Известно, что они могут извлекать тепло из воздуха при температуре до -25°C, а с дополнительным источником, таким как электро-котел, и др. ВТН работают даже в холодном климате Сибири.

Но чтобы получить максимальную отдачу, необходимо убедиться, что дом хорошо теплоизолирован.

Сферы применения и степень распространения:

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме, офисе или на промышленном объекте.

Поэтому если вы решили качественно модернизировать или построить с нуля энегроэффективную систему отопления, горячего водоснабжения или кондиционирования, тогда тепловой насос это именно то что вам нужно. Других достойных альтернатив просто не существует.

Помните! Первое что вам необходимо сделать при выборе теплового насоса, это решить какой тип насоса лучше всего подойдет для ваших целей. Точнее, какой источник тепла наиболее рационально и экономически выгодно применить для вашего проекта: Воздух, Вода или Грунт.

Можно ли оборудовать геотермальную установку своими руками

Установить контуры самостоятельно очень сложно: нужны максимально точные расчеты, выполнить которые могут только специалисты. Малейшие ошибки в проектировании могут привести к низкой эффективности оборудования, и, как следствие, ее доработке, что повлечет к лишним расходам. Параметры, учитываемы при расчете геотермальной системы:

  • климат региона (среднегодовая температура, влажность);
  • извлекаемая тепловая мощность;
  • система отопления дома должна быть низкотемпературной.
  • суммарные теплопотери ограждающих конструкций дома, не должны превышать 70 Вт на 1 квадратный метр площади дома.

Какой тепловой насос воздух-вода выбрать?

Чем выше COP, тем лучше.

Коэффициент производительности тепловых насосов

Например, инверторный тепловой насос воздух-вода работает с COP 4, когда температура наружного воздуха 0°C, а температура подачи теплоносителя 35°C. Это означает, что КПД теплового насоса воздух-вода составляет 400%. То есть, на каждый кВт/ч электрической энергии, потребляемой вентиляторами и компрессором, вырабатывается 4кВт/ч тепла.

Производители тепловых насосов

лучшие модели оборудования

Считается, что лучшие модели оборудования выпускают немецкие производители:

  • Viessmann. Выпускают насосы высокой производительности, развивающие мощность до 290 кВт с максимальным прогревом теплоносителя до +60 С. Станции дополняются накопительными емкостями для подачи горячего водоснабжения.
  • Buderus. Выпускают бытовые приборы мощностью до 60 кВт и прогревом теплоносителя до +65 С. Малошумные насосы (40 дБ) можно устанавливать в доме, рядом с жилыми комнатами.
  • Vaillant. Производит все виды ТН, выпускает серии контуров для выкладки по дну водоемов, геотермальных зондов и контуров для укладки в грунте. Максимальная производительность приборов 46 кВт, прогрев теплоносителя до +60 С. Минусом считается малый выбор ТН, но качество оборудования остается на высоте.
  • Stiebel Eltron. Продукция компании предназначается для частичного или полного обеспечения потребностей хозяев частных домов в отоплении. Модели дополняются устройствами интеграции в систему вентиляции и летом работают на охлаждение. Максимальный показатель мощности 98 кВт, большой ассортимент продукции и видов ТН. При выборе следует обращаться к специалисту.

Важно! Устройства требуют особенно тщательного подбора по мощности и эксплуатационным показателям. Покупка оборудования малой мощности заставит ТН работать на пределе, а выбор изделий повышенной мощности – функционировать вполсилы.

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли. В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления. Но лучший вариант – государственная или хотя бы региональная поддержка. Особенно, если учитывать экологическую значимость подобного способа обогрева жилищ.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться.
Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.

То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

Охлаждение тепловым насосом воздух вода

Опция реверса (обратной работы) в некоторых моделях означает, что их можно использовать и в качестве кондиционера. Конечно, можно приобрести отдельные сплит-системы кондиционирования, но существуют модели оборудования, которые выполняют обе функции. Главное не забывать, что универсальность любого прибора всегда негативно отражается на его специализации.

Преимущества ВТН

В отличие от газового котла, тепловой насос с воздушным источником тепла не производит углерод при работе. Хотя они и потребляют электроэнергию, ВТН могут быть объединены с солнечными фотоэлектрическими панелями для получения чистой электроэнергии.

Преимущества тепловых насосов воздух вода

Для дома тепловые насосы воздух-вода имеют низкие эксплуатационные расходы, особенно по сравнению с видами топлива, такими как пропан, дизель или прямое электрическое отопление.

Недостатки воздушных тепловых преобразователей

Отопление частного дома тепловым насосом воздух-вода не являются “универсальным” решением и не подходят для каждого дома так же, как газовые котлы. Они идеально подходят для хорошо изолированных, герметичных домов.
Для работы ВТН по-прежнему требуется электроэнергия. Это, скорее всего, увеличит ваши счета за электричество, но снизит другие расходы на отопление.

Воздействие ВТН на окружающую среду.

Помимо финансовых преимуществ установки ВТН, модернизация климатической системы имеет ряд положительных экологических последствий.

Высокая эффективность преобразования означает, что вы будете использовать меньше топлива для обогрева или охлаждения вашего дома. Это значит, что на электростанциях вырабатывается меньше энергии из ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, что снижает количество выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу.

Воздействие тепловых насосов на окружающую среду

Вы можете еще больше снизить углеродный след, если переведете все энергопотребление, с ископаемого топлива на солнечную энергию. Установка солнечных панелей на крыше позволяет питать систему ВТН (и весь ваш дом) бесплатной электроэнергией с нулевым уровнем выбросов СО2.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий