Геотермальный тепловой насос: принцип работы и преимущества, нюансы сборки своими руками

Содержание
  1. Геотермальный насос для отопления дома
  2. Что это и принцип работы геотермального насоса
  3. Разновидности тепловых насосов и систем
  4. Грунтовые тепловые насосы
  5. Водяные тепловые насосы
  6. Воздушные тепловые насосы
  7. Коэффициент эффективности
  8. Применение геотермальных насосов в условиях российского климата
  9. Применение геотермального насоса для охлаждения
  10. Применение геотермального насоса для горячего водоснабжения
  11. Геотермальные насосы со встроенным тэном
  12. Советы и рекомендации
  13. Тепловой насос геотермальный, его типы и особенности работы
  14. Особенности работы
  15. Устройство и типы насосов
  16. Тип земля-вода
  17. Тип вода-вода
  18. Преимущества и недостатки насосов
  19. Обслуживание
  20. Выбор геотермального насоса
  21. Известные производители
  22. Геотермальное отопление своими руками – рекомендации по выбору типа наружного контура и инструкция по изготовлению
  23. Как работает геотермальное отопление?
  24. Классификация по конструкционному типу
  25. Особенности отопительной системы
  26. Достоинства и недостатки системы
  27. Геотермальная система отопления своими руками – пошаговая инструкция
  28. Изготовление теплового насоса
  29. Строительство наружного контура
  30. Затраты
  31. на тему
  32. Принцип работы геотермального теплового насоса и его эксплуатация в составе отопительной системы
  33. Принцип функционирования теплового насоса
  34. Варианты геотермальных установок
  35. Как создать теплонасос самостоятельно
  36. Тепловой насос из сплит системы
  37. Установка на основе холодильного аппарата
  38. Выводы
  39. Геотермальный тепловой насос своими руками – Отопление и утепление – сайт о тепле в вашем доме
  40. Внутреннее устройство геотермального теплового насоса
  41. Сборка геотермального теплового насоса своими руками
  42. Расчет мощности агрегата и проведение расчетов
  43. Расчёт коллектора

Геотермальный насос для отопления дома

Геотермальный тепловой насос: принцип работы и преимущества, нюансы сборки своими руками

Ни для кого не секрет, насколько остро стала проблема экологии в последние годы.

Именно поэтому геотермальные тепловые насосы пользуются все большей популярностью у людей неравнодушных, желающих пользоваться альтернативными энергоносителями.

Благодаря этой разработке ученым удалось найти способ отапливать жилище в холодные месяцы и нагревать воду круглый год. Причем электроэнергии, газа, угля и дров затрачивать не нужно. А значит, вредных выбросов нет никаких.

Что это и принцип работы геотермального насоса

Тепловой насос – это устройство, преобразующее теплоту Земли в энергию. Данный способ организации отопления частного дома позволяет отказаться от дорогостоящих энергоносителей. Экономия со временем полностью окупает затраты на установку уже в первые сезоны использования.

Европа уже давно ищет и внедряет альтернативные методы энергосбережения, чем проявляет заботу об окружающей среде. И нет ни одного повода действовать иначе, тем более, сейчас на рынке нашей страны есть все необходимое.

Применяемых хладогент обладает исключительным свойством, которое заключается в поглощении и отдаче тепла при переходе из одного агрегатного состояния в другое. Если говорить утрировано, принцип работы теплового насоса идентичен холодильной установки.

Только главным элементом является теплообменник, который в последнем случае устанавливается на задней стенке.

Схематично геотермальное устройство состоит из трех контуров:

  • Принимающий низкопотенциальное тепло от источника.
  • Для циркуляции фреона, меняющего агрегатное состояние.
  • Водяной, передающий тепло от установки к радиаторам.

Именно фреон в процессе работы принимает тепловую энергию от источника, когда испаряется. И наоборот он отдает ее при конденсации.

Если рассматривать работу теплонасоса по циклам, суть принципа действия заключается в следующем:

  • Хладогент, находящийся в системе в виде жидкости, в испарителе испаряется. Тепло от источника поглощается в результате этого процесса.
  • Компрессор нагнетает фреон, который сжимаясь, снова переходит в жидкое состояние. При этом накопленная энергия передается теплообменнику.
  • Вода в отопительном контуре, проходя через теплообменник, нагревается и циркулирует по системе. Доходя до батарей, она отдает тепло в комнату.

При этом достигается большой перепад температуры. Такая схема теплового насоса предполагает, что хладогент охлаждается до 6-10 градусов Цельсия, а к теплообменнику подается уже при +60. Но это находясь под давлением.

После отдачи тепла оно сбрасывается (стабилизируется) при помощи дроссельного клапана, и циклы повторяются.

Кто знаком с работой холодильной установки заметил, что принцип передачи энергии в данном случае идентичен, хотя цели абсолютно противоположные.

Если в холодильнике решается задача понижения температуры в камерах, где хранятся продукты, то отопление тепловым насосом – это возможность поднять температуру в помещении без сжигания электричества или твердых энергоносителей, газа и т.д.

Разновидности тепловых насосов и систем

Инженерам-разработчикам удалось найти способ «перехвата» энергии природы для последующего преобразования в ту, что способна отопить дом и нагреть воду в системе водоснабжения.

Причем источник – низкотемпературный (низкопотенциальный), что в корне отличает идею от классической, где сжигается уголь, газ, дрова, жидкое топливо или расходуется электроэнергия. Сейчас есть несколько источников, от которых можно получить достаточно энергии, чтобы обогреть частный дом.

В первую очередь это Солнце.

Лучи, достигая поверхности Земли, емли нагревают элементы, которые поглощают энергию. А установка перерабатывает ее, усиливает, и передает на теплообменник для разогрева теплоносителя в отопительном контуре.

Второй источник – сама Земля, а точнее тепло ее ядра, передаваемого через мантию верхним слоям земной коры. При этом инженерам удалось разработать три различных схемы, определяющих тип устройства: грунтовые, водяные, воздушные. Каждый вид отличается, что позволяет выбрать наиболее эффективный способ для отдельно взятого случая.

Грунтовые тепловые насосы

Количества тепловой энергии, получаемой от грунта, достаточно для разогрева хладогента до уровня, где тот меняет агрегатное состояние, превращаясь в пар. Удобно то, что на глубине уже в несколько метров сезонные температурные колебания не наблюдаются. Это позволяет пользоваться прибором круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

Для приема тепла земли используется раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Водный эталон применяется, но реже. Система труб, по которым циркулирует энергопоглощающая жидкость, герметична.

Есть два способ размещения трубопровода в грунте:

  • Горизонтальный коллектор – это система горизонтально лежащего контура.
  • Геотермальный зонд – приемники расположены вертикально и связаны между собой.

Геотермальные насосы с горизонтальным коллектором предполагают заглубление на полтора-два метра. Главное пройти отметку уровня промерзания грунта. Для каждого региона она своя. В среднем это 1,2 метра. Если требуется отопить здание, площадью до 100 кв. м., придется выкопать котлован или вырыть сеть траншей, площадью в 2-3 сотки. Это не обязательно делать под самим сооружением. Главное не садить на задействованном участке растения, имеющие корни, уходящие глубоко в землю.Эту проблему полностью решает геотермальный зонд. Трубы устанавливаются в скважины. Бурить придется на 100-200 метров. Но их достаточно двух, если требуется обогреть здание в сто квадратов.

Между скважинами должно быть расстояние не менее пяти метров. Поэтому если участок мал, застроен или засажен, скажем, садом, это лучший способ установки теплового насоса с зондом, когда задействована минимальная площадь надела. С другой стороны цепь горизонтальных приемников тепла можно построить самостоятельно без применения бурового оборудования.

Водяные тепловые насосы

Для использования такого теплового насоса, принцип действия взят тот же. Но отличается тип источника. В данном случае это грунтовые воды. Естественно, глубина их залегания должна быть доступна в регионе.

Но если такая возможность есть, система отличается тепловой стабильностью, так как подземные воды имеют постоянную температуру круглый год. Это делает устройство пригодным для применения в течение всех четырех сезонов.

Перед монтажом проводят геологическую разведку, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

Однако требуется и химический анализ. Если в составе мало солей железа и ряда других примесей, можно ставить геотермальный зонд.

В противном случае это нецелесообразно ввиду наличия риска преждевременного выхода из строя и низкой производительности. В данном случае применяют грунтовый тепловой насос или воздушный.

Именно это требование является причиной того, что среди всей массы рабочих ныне установок тепловые насосы водяного типа используются реже – порядка 5% случаев.

Воздушные тепловые насосы

Главное преимущество этого способа организации отопления и подачи горячей воды – отсутствие необходимости вести полномасштабное строительство. Не нужно бурить скважины для геотермальных зондов.

Нет необходимости рыть траншеи, как в случае с грунтовым тепловым насосом. Все узлы размещаются на поверхности. В итоге сметная стоимость значительно ниже. Времени на установку и обустройство затрачивается меньше.

Но при всем кажущемся комфорте это устройство далеко не идеально.

Главный минус – высокий КПД будет только если воздух на улице не охлажден до -15…-20 градусов по Цельсию. Если ударят морозы еще сильнее, система будет работать с меньшей эффективостью, что приводит к выходу из строя.

А если теплоноситель в трубах и радиаторах замерзнет, произойдет разгерметизация, а по весне дом будет затоплен. Придется тратить деньги на ремонт.

Однако в районах, где подобного не случается, люди пользуются таким методом организации отопления.

Коэффициент эффективности

Именно этот параметр позволяет сопоставить эффективность установок различного типа, чтобы определить оптимальный вариант. Данный термин является тем самым КПД.

Рассчитывается эффективность как отношение вырабатываемого количества энергии и потребляемому. Под потреблением стоит понимать электроэнергию, затраченную на запуск системы и расходуемую в процессе ее работы.

Независимо от времени года для водяных модификаций коэффициент эффективности равен 5.

Другими словами, если устройство потребляет, скажем 2 кВт в час, то установка выдает до 10 кВт час, но уже в виде тепла. Геотермальное отопление частного дома менее эффективно, так как коэффициент равен 4,0-4,5. В случае с воздушным типом определяющим фактором является температура окружающей среды.

Так при нуле он равен 3,5. Если же она снизится до -20 град. то эффективность будет равна 1,5. Именно нестабильность в последнем случае является фактором низкого спроса на устройства воздушного типа. А все больше людей отдают предпочтение «золотой» середине – геотермальным агрегатам.

Часто поставщики оборудования указывают в техническом описании КПД в процентах. Этот маркетинговых ход не должен ввести вас в заблуждение.

Если, например, имеет место характеристика эффективности в 400%, то это означает, что коэффициент равен 4. Иными словами при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии отопительная система способна вырабатывать до4 кВт*ч.

То есть величину, указанную в процентах необходимо разделить на 100. Это и будет отношение потребления к «выработке».

Применение геотермальных насосов в условиях российского климата

Теперь вы знаете, чем отличаются типы тепловых установок, и сможете правильно определить, какой именно необходим в вашем случае. Воздушный тип пригоден для регионов, где температура не опускается ниже нуля.

Это отличный способ организовать отопление дачи тепловым насосом, если собственник проводит там досуг с семьей с весны по осень. На зиму систему консервируют.

В Сибири, Северных регионах, и даже в Европейской части России об отоплении зимой воздушными агрегатами не стоит и помышлять.

Водяные также не подойдут людям, живущим в условиях вечной мерзлоты. Здесь вода в грунте есть, но она находится в виде льда, а значит, не может служить источником тепла.

На юге Российской Федерации, где глубина промерзания грунта невелика, а подземные реки и озера залегают неглубоко, такие устройства вполне жизнеспособны и достаточно эффективны.

А вот геотермальные – универсальный вариант, и поэтому является самым востребованным на всей территории РФ, несмотря на трудоемкость организации зонда или коллектора.

Применение геотермального насоса для охлаждения

Некоторым производителям удалось интегрировать функцию кондиционирования. Такие модели стоят дороже, но нет необходимости нести дополнительные затраты, ведь нужно покупать кондиционеры для всех комнат. Если же такой опции изначально не предусмотрено, делают гидравлическую развязку, что также требует капиталовложений.

Охлаждение происходит благодаря холодным панелям на стенах и потолке, охлаждающему «теплому пол», через радиаторы отопления с хорошим обдувом или же с помощью фанкойла. В последнем случае речь идет о пластинчатом теплообменнике, вмонтированном в кожух с вентилятором и направляющими жалюзями.

Применение геотермального насоса для горячего водоснабжения

Каждая из описанных выше схем позволяет не только обогревать жилище, но и снабжать людей горячей водой, причем независимо от времени года. Даже при отключенном отоплении в трубах будет вода с температурой от +45 до +60 град.

Используется специальная емкость с теплообменником – бойлер. Проточные модификации не нашли применения ввиду слабой эффективности и отсутствия возможности иметь запас.

Недостаток – необходимость обустройства отдельного помещения под котельную.

Обычный водонагреватель не подойдет. Покупают специализированное оборудование, предназначенное для подключения к теплонасосной установке.

Такой бак обойдется дороже, ведь для эффективного разогрева объема воды потребуется развитая сеть теплообменных элементов, что влечет за собой удорожание. Материалов расходуется больше, а устройство сложнее в исполнении.

Однако экономия перекроет затраты уже в первые год-два в зависимости от частоты использования и количества жильцов.

Геотермальные насосы со встроенным тэном

Это способ решить массу возможных проблем. Даже если морозы превысят отметку в -20 градусов, электроника включит дополнительный нагревательный элемент, и температура в комнатах будет всегда комфортной.

Если на зиму дом оставлен без присмотра, такая система не будет заморожена, так как ТЭН поддерживает положительную температуру в системе.

Любая поломка не является проблемой, и пока не будут предприняты меры по ее устранению, агрегат работает как обычный электрический котел. Правда придется заплатить чуть больше.

Советы и рекомендации

Выбирая оборудование, оценивайте имеющиеся возможности, но не экономьте. Рассчитывая требуемую производительность, закладывайте запас мощности в 10%. Это необходимо на случай запредельных морозов.

Оснащение, работающее на пределе, прослужит меньше, тогда как насос, эксплуатируемый в нормальном диапазоне нагрузки, отработает дольше. Разработку проекта и монтаж доверьте профессионалам. Изучите инструкцию, и не отступайте от требований производителя.

Без согласования не вносите в конструкцию изменений.

Вам была полезна эта статья? Ставьте палец вверх! Подпишитесь на мой

Тепловой насос геотермальный, его типы и особенности работы

Геотермальный тепловой насос: принцип работы и преимущества, нюансы сборки своими руками

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

Особенности работы

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

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

1. Монтируется геотермальный контур отбора, который заполняется пропиленгликолем.

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

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

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

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

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

Устройство и типы насосов

Устройство насоса включает в себя:

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

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

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

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

Геотермальные тепловые насосы могут быть двух типов:

Тип земля-вода

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

1. Теплообменник горизонтального типа. Контур размещается на глубине, которая ниже уровня промерзания земли. Для этого не требуется изготавливать проектные документы и использовать буровую технику.

Трубы размещают на глубине от 1 м. Такое решение имеет и свои минусы. Главным минусом является довольно большой геотермальный контур.

Поэтому в некоторых случаях работы могут быть осуществлены только при наличии немалой придомовой территории.

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

Тип вода-вода

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

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

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

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

Преимущества и недостатки насосов

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

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

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

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

К преимуществам геотермального насоса относятся:

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

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

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

Обслуживание

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

Процесс обслуживания заключается в тщательном осмотре системы перед отопительным сезоном. Для предотвращения проблем периодически нужно контролировать работу насоса. Внешний осмотр следует проводить ежемесячно.

Делается это для того, чтобы убедиться в целостности кабелей и всей конструкции. Раз в полгода нужно анализировать теплоноситель на плотность и кислотность. При необходимости восстанавливается химический состав.

Выбор геотермального насоса

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

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

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

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

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

Известные производители

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

Следующие производители занимаются выпуском качественного оборудования:

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

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

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

Геотермальное отопление своими руками – рекомендации по выбору типа наружного контура и инструкция по изготовлению

Геотермальный тепловой насос: принцип работы и преимущества, нюансы сборки своими руками

Значительные первоначальные затраты пока не дают геотермальному отоплению превратиться у нас в «товар широкого потребления».

Но идея получать тепло бесплатно оказалась настолько заманчивой, что многие наши соотечественники стараются осваивать ее всеми силами, минимизируя расходы где только возможно.

Наиболее эффективный способ снизить стоимость системы – изготовить все ее компоненты самостоятельно.

Далее мы посмотрим, как можно организовать геотермальное отопление своими руками, и с какой суммой придется при этом расстаться.

Как работает геотермальное отопление?

Данный вид отопления у нас пока считается новинкой, но ведь ничего сверхнеобычного в нем нет.

Это просто новый способ применения старого доброго теплового насоса, который имеется в каждом холодильнике.

Родным братом системы геотермального отопления можно считать кондиционер, работающий в режиме «зима». Ведь это устройство греет воздух вовсе не с помощью ТЭНов, как думают некоторые.

Кондиционер, так сказать, перекачивает тепло, добываемое им из промозглого осеннего воздуха снаружи помещения. Ту же задачу выполняет тепловой насос в геотермальной установке, только в качестве источника тепла используется грунт или вода с температурой +5 – +7 градусов.

Как же получается, что ледяная на ощупь среда выступает в роли источника тепла? Это становится возможным благодаря замечательной способности газов нагреваться при сжатии и остывать при расширении.

Если порции газа дать нагреться от одной среды, а затем перенести в другую и там сжать, он станет еще более горячим и будет отдавать тепловую энергию этой второй среде, даже если она имеет более высокую температуру, чем первая. Теперь снова вернем газ к первоначальному давлению, одновременно перенеся его в первую среду.

Геотермальное отопления – принцип работы

Его температура упадет ниже первоначальной, ведь часть внутренней энергии была отдана в виде тепла на этапе сжатия. Следовательно, газ снова начнет нагреваться от первой среды.

Повторяя операцию снова и снова, мы будем «перекачивать» тепло из одной среды в другую в противоположном естественному теплообмену направлении. Этот процесс называется «циклом Карно» и именно на нем основан принцип работы теплового насоса в системе геотермального отопления.

Классификация по конструкционному типу

Если в случае с кондиционером газ-хладагент сам проходит через среду-источник, то в системе геотермального отопления он получает тепло от посредника – воды или антифриза.

Последний циркулирует по так называемому наружному контуру, представляющему собой длинную трубу.

Именно эта труба и помещается в среду источник.

По виду наружного контура различают три исполнения систем геотермального отопления:

  1. С горизонтальным контуром: труба укладывается «змейкой» (в грунте) или в виде спирали (на дне водоема) ниже глубины промерзания, то есть примерно в паре метров от поверхности земли. Такой контур занимает большую площадь, но зато его может соорудить сам владелец.
  2. С вертикальным контуром: трубы опускаются в глубокие скважины. Более удобный вариант, так как не требует значительного пространства, но для строительства скважины придется нанимать специалистов с особым оборудованием.
  3. Комбинированный вариант: еще один тип контура, который можно построить самостоятельно, при этом он занимает меньше места, чем горизонтальный. Используется полимерная труба, которая укладывается в грунт в виде цилиндрической пружины. Получается нечто среднее между вертикальным и горизонтальным контурами с уклоном в сторону последнего.

Особенности отопительной системы

В отличие от газового котла, тепловому насосу не требуется нагревать теплоноситель системы отопления до высокой температуры, так как образование конденсата при холодной «обратке» ему не грозит. К тому же работа в низкотемпературном режиме потребует меньших энергозатрат.

Чтобы компенсировать низкую температуру теплоносителя, поверхность радиаторов пришлось бы сильно увеличивать, поэтому вместо них лучше использовать систему «теплый пол». Этот вид отопления является и наиболее рациональным, так как нагреваемый воздух в первую очередь поступает, так сказать, в зону обитания, а не под потолок.

Тепло от земли

Еще один аргумент в пользу «теплого пола» – минимальные теплопотери. Ведь их величина зависит, в первую очередь, от перепада температур, а он при низкотемпературном режиме является наименьшим.

Второй фактор – площадь контакта нагретого воздуха с наружными стенами.

Поднимающийся от «теплого пола» воздух наружных стен не касается (при использовании обычных радиаторов он буквально омывает остекление окна и прилегающие участки наружной стены).

Основной недостаток «теплого пола» – энергозависимость – в данном случае неактуален, так как тепловой насос тоже не сможет работать без электричества.

Опасность скрытой протечки также можно не принимать во внимание, если контур делать цельным из гибких полимерных труб.

Достоинства и недостатки системы

Внедряя геотермальное отопление, мы выигрываем в следующем:

  1. Получаем дармовое тепло: 1 кВт затраченной электроэнергии приносит в среднем 3, а иногда и 5 кВт тепла.
  2. Обходимся без строительства дымохода и утомительных работ по его обслуживанию.
  3. Не загрязняем атмосферу и экономим невозобновляемые ресурсы.

Теперь о недостатках:

  1. Система без электропитания неработоспособна.
  2. Наружный контур имеет очень большие размеры.

Безопасная геотермальная система

Производительность системы по теплу ограничена.

Во-первых, наружный контур не может иметь сколь угодно большую длину, так как с увеличением продолжительности значительно возрастает его гидравлическое сопротивление.

Во-вторых, при интенсивной выкачке тепла грунт будет перемерзать, что при вертикальном расположении наружного контура (в скважинах) может привести к негативным последствиям для местной экологии.

Геотермальная система отопления своими руками – пошаговая инструкция

Рассмотрим сооружение геотермального отопления дома своими руками с горизонтальным наружным контуром (укладка в грунте). Работы разобьем на два этапа.

Изготовление теплового насоса

На стене следует закрепить компрессор от кондиционера или холодильника.

При наличии слабой проводки используйте два компрессора с меньшей мощностью – это позволит уменьшить пусковой ток (компрессоры будут включаться последовательно).

Конденсатор, в котором будет сжиматься хладагент, изготавливаем из сантехнической медной трубы наружным диаметром около 12 мм и толщиной стенки 1 – 1,2 мм. Она наматывается на цилиндрическую болванку, так чтобы получился змеевик.

Испаритель делается из того же материала.

Самодельный тепловой насос

В качестве теплообменников следует использовать две емкости: для системы отопления – нержавеющую (здесь устанавливается конденсатор), для наружного контура – пластиковую (в ней установим испаритель).

Конденсатор устанавливаем так, чтобы фреон в нем двигался сверху вниз. Благодаря этому при его конденсации не будут образовываться пузырьки. В испарителе газ должен двигаться в противоположном направлении.

Один конец конденсатора присоединяется к выходу компрессора, на другом – устанавливается редукционный клапан. К выходному отверстию этого клапана присоединяется испаритель, второй конец которого следует подключить ко входу компрессора.

Каждую емкость при помощи штуцеров следует врезать в соответствующий контур.

Строительство наружного контура

Контур представляет собой пластиковую трубу, уложенную в траншею ниже глубины промерзания грунта в виде «змейки». Расстояние между соседними участками должно составлять около 70 см.

Длина контура будет зависеть от влажности грунта. При сухом грунте с каждого метра трубы удается снять 10 Вт тепла, во влажных глинистых почвах этот показатель возрастает до 35 Вт. Таким образом, на каждый кВт тепловой мощности понадобится контур площадью от 25 до 50 кв. м.

Затраты

При изготовлении теплового насоса мощностью 9 кВт по теплу придется потратить:

  • на изделия и материалы для конденсатора: 163 доллара;
  • для испарителя: 206 долларов;
  • на б/у компрессор и фреон: около 50 долларов.

При наличии автоматики общая стоимость самодельного теплового насоса составит примерно 500 долларов.

Полипропиленовая труба марки PN10 диаметром 50 мм для наружного контура будет стоить по 193 руб. за погонный метр.

на тему

Принцип работы геотермального теплового насоса и его эксплуатация в составе отопительной системы

Геотермальный тепловой насос: принцип работы и преимущества, нюансы сборки своими руками

Существует множество способов как организовать горячее водоснабжение и автономное отопление в частном доме: использование энергии сгорания газа в системах, подключенных к центральному газоснабжению, или электроэнергии, преобразуемой в тепло.  

Однако, современный мир стремится к постоянному развитию и совершенствованию. В энергетической сфере это проявляется в развитии энергоэффективных технологий. Например, затраты энергоносителя на поддержания комфортной температуры в помещении могут быть снижены, если добиться минимальных теплопотерь.

Согласно современным стандартам, регламентированные максимальные теплопотери были снижены почти в 4 раза за последние два десятка лет. Например, раньше допустимая утечка тепловой энергии для новостроя принималась равной 100 Вт/м2 и даже более.

Сегодня инженеры-теплотехники закладывают значительно меньшие значения.

Современная теплоизоляция жилых объектов благодаря своей эффективности способствует распространению низкопотенциальных отопительных систем.

Невысокая популярность таких установок на протяжении многих лет объясняется тем, что для поддержания комфортного микроклимата в помещениях требовалась установка отопительных элементов крупных размеров.

Теперь люди отдают предпочтение установкам на основе тепловых насосов, поскольку необходимости в монтаже крупногабаритных радиаторов отопления больше нет. Кроме того, такие системы являются более простыми и удобными в эксплуатации в сравнении с отопительными котлами, независимо от используемого типа.

Принцип функционирования теплового насоса

Основная идея, положенная в основу принципа работы установок рассматриваемого типа, состоит в передаче тепловой энергии от источника с низким потенциалом к рабочему веществу (теплоносителю). Таким источником может быть грунт, воздух и вода.

Любой объект, нагреты до температуры выше абсолютного нуля, содержит запас тепловой энергии, количество которого определяется как произведение массы объекта и его удельной теплоемкости.

В этом контексте землю, океаны и атмосферу можно рассматривать как огромнейшие запасы энергии для питания энергоэффективных систем отопления.

Геотермальная установка состоит из нескольких элементов:

  • Трубопровод, расположенный в грунте на определенной глубине. Содержащееся в нем рабочее вещество получает тепловую энергию, нагреваясь на несколько градусов.
  • Теплообменный узел – следующий элемент системы, в который подается нагретый теплоноситель.
  • Внутренний контур системы, который получает тепловую энергию от теплоносителя.
  • Внешний контур с хладагентом, способным переходить в газообразную фазу в результате прогрева в испарителе.
  • Сжимающий компрессор, уменьшающий объем хладагента, тем самым увеличивая его температуру.
  • Конденсатор, передающий в свою очередь тепловую энергию разогретого рабочего вещества на отопительные элементы внутренней системы. Отдавший тепловую энергию хладагент переходит в жидкую фазу, поступает в начальную точку системы для поглощения очередной новой порции тепловой энергии.

Отопительные системы на основе тепловых насосов характеризуются высоким КПД, способны поддерживать оптимальные температурные условия в помещениях круглый год.

Варианты геотермальных установок

Как уже было сказано выше, теплонасосы могут получать энергию из воздушной среды, грунта и водоемов. Они различаются по типу используемого теплоносителя как на внутреннем, так и наружном контурах. В зависимости от функций и используемых элементов, установки делят на несколько видов:

  • Система типа «вода-вода», использующая энергию тепла водных ресурсов. Принцип работы основан на способности воды сохранять довольно высокую температуру в нижних слоях. Трубы с теплоносителем оснащают грузом для погружения в воду. Если рядом с участком отсутствует водоем, используют потенциал грунтовых вод. Основными преимуществами таких установок являются низкие затраты на обустройство, невысокие теплопотери, отсутствие необходимости в использовании мощных насосных станций.
  • Система «земля-вода», отбирающая тепло грунта с помощью тепловых коллекторов и зондов. Это лучший способ создать автономное отопление в загородном доме, независимо от расположения объекта. В состав установки входит теплообменный аппарат, который размещают ниже уровня промерзания грунта, а также сам тепловой насос. Последний использует обратный цикл Карно (функционирует как холодильная установка, только наоборот, то есть выделяет тепло). Системы этого типа используют два теплоносителя: антифриз (или рассол), получающий тепло из грунта, и фреон, циркулирующий в контуре, который соединен с отопительными радиаторами. Количество теплоты, вырабатываемой такой системой, в 4 раза превышает количество электрической энергии, затрачиваемой на ее выработку. Одним из недостатков системы является то, что земельные участки с обустроенными коммуникациями уже непригодны для сельскохозяйственных нужд.
  • Система «воздух-вода» использует воздушную среду (самый доступный и возобновляемый источник). Главное преимущество состоит в том, что такие системы просты в монтаже и обслуживании. К недостаткам относят чувствительность к внешним температурным режимам. Наибольшая эффективность достигается при температуре воздуха -15°C. При сильных температурных колебаниях существенно снижается эффективность работы установки.

Выбор типа системы зависит от особенностей отапливаемого объекта, места его расположения, средней температуры окружающей среды на протяжении года и в определенные сезоны.

Как создать теплонасос самостоятельно

Независимо от выбора типа системы (из трех вариантов, описанных выше), для создания установки понадобится тепловой насос, который состоит из компрессорной станции, испарителя, дроссельной заслонки и конденсатора. Можно купить готовую систему, но ее стоимость окажется довольно высокой. Если имеющийся бюджет не позволяет приобрести установку, ее можно смонтировать самостоятельно.

Перед разработкой и монтажом собственного автономного отопления нужно убедиться в том, что вся электропроводка в доме находится в надлежащем состоянии.

Есть два основных способа создания установки своими руками: на основе холодильника или кондиционера. Рассмотрим их подробнее.

Тепловой насос из сплит системы

Чтобы создать тепловой насос на основе кондиционера, в первую очередь нужно поменять местами наружный и внутренний блоки системы.

Поскольку внутренний блок уже содержит испаритель, а наружный – конденсатор, дополнительные элементы не требуются. В качестве теплоносителя используют как воду, так и воздушную среду (на выбор).

Также возможна установка дополнительного конденсатора в отдельном резервуаре для повышения эффективности теплообмена.

В состав системы также входит четырехходовой клапан, корректный монтаж которого может осуществить только опытный специалист.

Рациональнее всего разобрать кондиционер на составные элементы, а затем произвести компоновку теплового насоса, подключив последовательно испаритель, компрессор и конденсатор. Полученную систему подключают к коммуникациям для обогрева помещений.

Установка на основе холодильного аппарата

Для создания теплового насоса подойдет старый холодильник, с которого снимают змеевеки (будут использоваться в качестве конденсатора). Змеевеки необходимо разместить в емкость, материал которой устойчив к температурным колебаниям. К емкости монтируют компрессорную установку. Испарителем может служить обычная пластиковая бочка.

Все три элемента системы герметично соединяют между собой системой трубопроводов, подключают к отопительной системе.

Выводы

Геотермальное оборудование – один из лучших способов создания автономного отопления, если возможность подключения к централизованным коммуникациям отсутствует в силу различных причин.

При выборе оптимального варианта системы учитывают множество факторов, включая место расположения отапливаемого объекта и бюджет его владельца. Тепловой насос можно изготовить своими руками.

Существует множество вариантов сборки на основе старого холодильника или сплит системы. Полезную информацию можно почерпнуть из видео ниже.

Геотермальный тепловой насос своими руками – Отопление и утепление – сайт о тепле в вашем доме

Геотермальный тепловой насос: принцип работы и преимущества, нюансы сборки своими руками

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

Воздуху:

  • 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);

Водам:

  • 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).

Начинаются расчёты с определения расхода антифриза.

статьи: (всего 1 , рейтинг: 5,00 из 5) Загрузка…

  • Тепловой насос Френетта своими руками

    Данное изделие становится на российском рынке всё более востребованным, благодаря присущим ему высочайшим эксплуатационным характеристикам.

  • Геотермальный тепловой насос

    Геотермальный тепловой насос для отопления дома отличается от тепловых насосов своей адаптацией к любым природным явлениям и температурным нагрузкам.

  • Байпас в системе отопления. Что это такое?

    Байпас рекомендовано устанавливать недалеко от котла отопления, на обратной магистрали. В указанном месте фиксируется минимальная температура перемещаемого теплоносителя

  • Декоративная решетка для радиатора отопления

    Декоративные решётки позволяют решить целый ряд вопросов, повышающих эффективность работы отопительных приборов и эстетическое восприятие помещения в целом

О цветах и даче
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: