Как сделать тепловой насос грунт-вода своими руками

Геотермальный тепловой насос – вид теплового насоса, который в качестве источника энергии использует тепло земли. Из всех насосов у него самый высокий и стабильный КПД, не зависящий от уличной температуры. Поэтому, его можно использовать в качестве альтернативы газовому котлу.

Далее в статье разберем принцип геотермального отопления: как работает грунтовый тепловой насос вода-вода, из чего состоит и когда его лучше применять.

Почему грунт эффективен

Любой тепловой насос в первую очередь использует электроэнергию, которую в дальнейшем посредством природного тепла (из земли, воды, воздуха и т.п.) преобразовывает в тепло. Соотношение потребленной электроэнергии к полученному теплу называется коэффициентом преобразования — СОР.

Подробнее см. в статьях: принцип работы теплового насоса и отопление тепловым насосом.

Геотермальное отопление одно из самых эффективных, так как у земляных тепловых насосов очень высокий СОР (КПД) = 1:3,5-5, который не зависит от уличной температуры или времени года. На каждый вложенный 1кВт электрической энергии он выдает от 3,5-5кВт тепловой.

Это происходит потому, что грунт — хороший и надежный источник тепла: он накапливает в себе солнечную энергию и его температура стабильна в течение года. Это позволяет грунтовому тепловому насосу постоянно извлекать из земли достаточное количество тепла необходимое для покрытия его отопительной мощности.

Устройство грунтового теплового насоса

Он состоит из двух основных блоков:

1. Внутренний – основной блок, который устанавливается в котельной и преобразовывает тепло получаемое из земли;
2. Внешний блок – трубы, закопанные в землю. Внутри них постоянно циркулирует теплоноситель, который отбирает тепло у грунта . Укладка трубы может осуществляться горизонтально и вертикально.

Поэтому геотермальный насос также называют вода-вода или вода-воздух. Первое слово означает в каком виде насос получает тепло — в жидком, а второе — во что он её преобразовывает. «Вода-вода» означает, что насос получает тепловую энергию посредством жидкости и преобразовывает её в также в жидкость (греет воду в системе отопления). Если же насос типа вода-воздух, это значит, что он греет воздух в помещении через фанкойлы (внутренние блоки кондиционеров).

Горизонтальный коллектор

Трубы укладываются параллельно земле в специально подготовленных траншеях ниже уровня промерзания грунта  – 0,8-1,5 метра. Расстояние между траншеями должно быть не менее 1,5 метров, а ширина самой траншеи – 50-70см. Это делается с целью предотвратить переохлаждение грунта. Иначе геотермальный тепловой насос не сможет получать достаточное количество энергии.

Длина труб и площадь траншеи зависят от:

• Мощности теплового насоса – чем выше мощность насоса, тем больше должна быть площадь участка земли
• Теплоотдачи грунта. Все грунты имеют разную теплоотдачу. В среднем для горизонтальной укладке труб теплоотдача грунта равна 15-35Вт/м².

Главный недостаток грунтового коллектора – требуется большая территория для укладки трубы. Причем, эту территорию нельзя будет использовать под застройку или посадку деревьев.

Вертикальный зонд

В скважину глубиной от 10 до 100м опускается специальная U-образная труба. Такая укладка обеспечивает более высокую эффективность работы грунтового теплового насоса — 1:4-5 за счет того, что температура грунта на глубине всегда больше, чем у поверхности.

Для вертикального зонда требуется намного меньше места, чем для горизонтального коллектора. Расстояние между двумя соседними скважинами должно быть не менее 5-6 метров и поэтому такой способ монтажа может использоваться на маленьких участках. С другой стороны бурение скважины стоит дороже рытья траншеи и часто требует специальных разрешений (при бурении больше определенной глубины).

Сравнение требуемой площади земли для коллектора и зонда

Проведем простой расчет. Предположим, что нужно установить геотермальный тепловой насос мощностью 10кВт. Средняя тепловая мощность грунта для горизонтального коллектора – 25Вт/м², для скважины – 50Вт/м глубины скважины.

• Грунтовый коллектор: 10 000/25= 400м² требуемая площадь отбора тепла. Важно учесть, что на каждый 1м² площади отбора должно быть уложено 1,4-2 погонных метра трубы. Поэтому необходимая длина трубы равняется 400×1,43=572м. То есть, чтобы получить необходимую тепловую мощность в землю нужно закопать 572 метра трубы. Это могут быть 6 равных веток длиной по 95м с шириной траншеи 50см. Для этого понадобится участок земли размером 95×12м и площадью 1140м².
• Вертикальный зонд: 10 000/50 = 200м требуемая длина трубы. То есть, в землю достаточно уложить 2 ветки трубы длиной по 100м с расстоянием между собой 5-6 метров.

Для визуального сравнения ниже приведено изображение участков с сохранением пропорций.

Скрытые утечки тепла в частном доме

Когда оправдано геотермальное отопление

Грунтовый тепловой насос вода-вода позволяет экономить газ. Но важно не забывать и о сроке окупаемости, который может быть очень и очень большим. Если же выбирать между газовым котлом и насосом, то вот когда наиболее целесообразно будет использовать последний:

1. Участок не подключен к газу. Тогда лучше заплатить за монтаж теплового насоса, чем газификацию участка (если такая возможность вообще есть).
2. У вас есть свободные деньги, которые вы хотите удачно вложить и сохранить. Грунтовый тепловой насос вода вода послужит своеобразной инвестицией.
3. Вы получили насос бесплатно и есть желающие за бесценок выполнить земляные работы

Ставить насос ради экономии газа с учетом текущих тарифов и стоимости оборудования нецелесообразно. Для этих целей следует рассмотреть такие варианты как солнечные коллектора, камин с водяным контуром или предпринять ряд энергосберегающих мер.

Выводы

Главная особенность грунтового теплового насоса – высокая эффективность независимо от уличной температуры и времени суток. Он может постоянно обеспечивать здание тепло и является полноценной заменой газовому котлу.

Существует 2 способа укладки трубы в землю: горизонтальный и вертикальный.

• Горизонтальный коллектор дешевле и проще в монтаже, однако он требует большую свободную территорию для укладки трубы;
• Вертикальный зонд занимает гораздо меньше места на участке и работает с большим КПД.  Однако из-за высокой стоимости, его установка может не окупиться.

Геотермальный тепловой насос лучше всего использовать если участок не подключен к газу. Во всех остальных случаях, затраты на покупку и установку всего необходимого оборудования могут не окупиться и экономический эффект не будет достигнут.

Все про геотермальный тепловой насос: откуда берет энергию и чем отличаются между собой?

Альтернативные источники энергии в наше время достаточно актуальны. Установка тепловых насосов частое явление сегодня, так как тарифы на газ и электроэнергию стали достаточно большими и люди стараются сократить свои растраты. Земляной тепловой насос (рис. 1) – это устройство, которое берет тепловую энергию из грунта и передает ее воде в системе отопления.

Следует отметить, что грунт является хорошим источником тепла, которое не иссекается, так как грунт вбирает солнечную энергию и тепло недр. Земля сохраняет стабильную температуру не зависимо от времени года и погодных условий. Например, на глубине 4 — 5 метров температурный режим может быть уже от 80С и до 120С.

Конструкция и принцип работы теплового насоса

Конструкция системы с тепловым насосом земля-вода:

• Земляной зонд или коллектор;
• Теплообменник, который транспортирует тепловую энергию к внутреннему контуру;
• Компрессор;
• Теплообменник, который передает тепловую энергию в систему отопления;
• Система отопления и горячего водоснабжения внутри дома.

Система грунтового теплового насоса имеет в своей схеме 3 контура. Внешний контур находится в земле, собирая там тепловую энергию. Второй контур – это сам тепловой насос, теплоноситель попадает в испаритель, где температура поднимается. А третий контур – это уже непосредственно система отопления в доме, в которой циркулирует вода.

За 1 час циркулирует 2-3 м3 теплоносителя. Этот теплоноситель нагревается в земле на 5-70С. Земляной зонд теплового насоса грунт вода, то есть теплообменник, который закопан на определенную глубину, собирает тепловую энергию. И с помощью теплоносителя эта энергия переносится в тепловой насос, а именно в испаритель. Теплоносителем может быть антифриз или смесь воды и пропиленгликоля или этиленгликоля. Часто в системе циркулирует фреон (хладагент) в жидком состоянии, который в испарителе сжимается и превращается в газ. Особенностью фреона является то, что он закипает при низкой температуре. Когда он закипает, то расширяется и пары, которые образуются, попадают в конденсатор.

Далее это тепло попадает к другому теплообменнику, в котором циркулирует уже вода для системы отопления дома. После того как фреон остыл, он обратно преобразуется в жидкое состояние, и циркулирует в грунтовой теплообменник. Процесс начинается заново.

Внешний теплообменник устройства грунт вода выглядит как полиетиленовая тонкостенная труба, ее диаметр может быть 4 см. Приблизительный расчет длины змеевика, который закапывается, такой: 5 погонных метров трубы соответствует 1 м2 площади дома. Можно сделать вывод, что если площадь дома 150 м2, то длина змеевика должна быть 750 метров погонных.

Важно соблюдать все дистанции. Например, нужно укладывать теплообменник на 3 метра от дома или других построек. Глубина, на которую ложится труба, не должна быть меньше 1,4 м.

Виды коллектора грунт вода

Коллектор грунтового теплового насоса может быть двух видов (рис. 2):

• Вертикальный;
• Горизонтальный.

Вертикальный коллектор – это длинный трубопровод, опущенный в скважину длина, которой составляет от 40 до 150 м. Этот вид теплообменника лучше горизонтальных тем, что на такой глубине температура больше. Если скважина очень глубокая то теплообменник оснащается еще защитной обсадной трубой, а если глубина сравнительно не большая, то это не обязательно. Но значительным недостатком такого способа размещения коллектора является высокая стоимость такой скважины.

Конечно, специалисты рекомендуют бурить скважину глубже. Но если техника или почва не позволяют, то можно сделать несколько скважин. Например, можно сделать одну скважину глубиной 80 м, а можно 4 скважины по 20 м. Главное чтобы суммарный результат получился достаточным для отопления дома. Может быть каменистая почва, с которой достаточно тяжело работать, в ней можно пробурить скважины не более 15-20 метров.

Горизонтальный коллектор (рис. 3) – этот вид грунтового коллектора для насоса грунт вода выглядит как трубопровод, который выложен в горизонтальном положении на определенную глубину, под слоем земли. Этот коллектор легко устанавливается.

Площадь, на которую устанавливается коллектор земляного теплового насоса достаточно большая в отличие от вертикального варианта, на который нужен небольшой кусочек земли. Как правило, горизонтальный теплообменник занимает от 25 до 50 м2, а может и больше, смотря какая отапливаемая площадь. Негативным фактором этого варианта является то, что территория с этим коллектором может использоваться только под газон.

Зависимо от различных обстоятельств теплообменник может укладываться зигзагом, петлями, змейкой и т.д. Очень важно, какая теплопроводность у грунта, в который устанавливается теплообменник. Это зависит от качества земли, например, если почва влажная, то теплопроводность больше, а если почва песчаная, то теплопроводность маленькая. Если есть много петель в теплообменнике, то в комплектации обязательно должен быть циркуляционный насос.

Преимущества и недостатки насосов грунт вода

Тепловой насос грунт-вода имеют такие преимущества:

• Автономность установки. Насос грунт вода не зависит от энергоносителей, для потребления этой тепловой энергии не нужны никакие разрешения и проекты.
• Экологичность. Тепловые насосы это установки, от которых нет вредных выбросов в атмосферу, а также используется неиссякаемая энергия Земли.
• Безопасность. Это отопление безопасно, так как максимальная температура здесь достигает 600С, а значит оборудование пожаробезопасно и взрывоопасно.
• Универсальное оборудование. Грунтовой насос можно использовать совместно с газовым или другим котлом.
• Небольшие затраты при эксплуатации грунтового насоса. Установке грунт вода не нужно никакое дополнительное обслуживание.

Недостатки земляных тепловых насосов:

• Высокая стоимость. Сама по себе установка стоит достаточно дорого, а также, чтобы ее установить, нужны большие затраты. Работа спецтехники, установка теплообменника и т.д. это все дорогостоящие услуги. Это оборудование намного дороже котельного оборудования.
• Срок эксплуатации грунтового насоса становит около 25 лет. С такой стоимостью это не так уж и много. После этого срока, как правило, нужен либо ремонт, либо бурение другой скважины.

Отопление тепловым устройством грунт вода

Квалифицированные специалисты рекомендуют при установке земляного теплового насоса обустроить в доме систему теплых полов. Так как особенностью этого отопления является то, что нужно большие радиаторы, а это не слишком красиво. Поэтому можно обустроить теплые полы и дополнительно небольшие радиаторы.

Дом должен быть подготовленным, то есть полностью утепленным. Так как чем лучше утеплен дом, тем меньше будет тепловых потерь. Также следует отметить, что температура при работе теплового насоса типа грунт-вода не достигает такого уровня, как при отоплении котельным оборудованием, а значит нужно предпринять все меры, чтобы тепло не выходило.

Если на участке где устанавливается змеевик, проходит водопроводная труба, то беспокоиться не стоит, так как никакого воздействия на нее грунтовый теплообменник не будет оказывать.

Конечно, цельной трубы для земляного коллектора такой длины не найти, по этому они будут устанавливаться бухтами, и между собой соединяться специальными муфтам (рис. 4) и, как правило, бухты длинной 100-200 м.

Тепловой насос земля-вода питается от электрической сети 220В или 380В. Так как циркуляционный насос работает только от электричества. Грунтовое тепловое устройство потребляет электрической энергии в 4-5 раз меньше, чем вырабатывает тепловой энергии. Экономия очевидна. То есть на 1 кВт электроэнергии приходится 4-5 кВт тепловой энергии.

Теплоноситель для теплового насоса

Фреон – это вещество, которое относится к искусственным синтезированным газам. Этот газ используется не только в работе грунтового устройства грунт вода, но также в конструкции холодильников и кондиционеров. Когда фреон нагревается до +30С, он начинает закипать и переходит в газообразное состояние. В компрессоре он сжимается до 26 атмосфер.

Именно под воздействием такого давления температура этих газов поднимается до +600С, а иногда и до +750С. Но когда происходит теплоотдача воде в системе отопления, то теряется от 10 до 150°. Отдав тепло, фреон остывает, показатель давления опускается до 4 атмосфер. Это так называемый эффект дросселирования. Далее происходит полное охлаждение до 00С, и фреон переходит опять в жидкое состояние.

Статьи по теме:Тепловой насос для отопления дома

Содержимое:Устройство и принцип работы грунтового теплонасоса</li>Расчет и выбор теплового насоса земля-вода</li>новы монтажа теплонасоса земля-водаВ так называемую «зеленую линию» отопительного оборудования входят станции, работающие на альтернативных видах топлива и использующие возобновляемые источники энергии. Производители выпускают солнечные коллекторы, различные виды теплонасосов. Источниками энергии для последних, становятся воздух, земля, водоемы и артезианские скважины.Тепловой насос грунт-вода, является одним из самых востребованных видов оборудования, предназначенного для отопления частных и промышленных объектов.

Устройство и принцип работы грунтового теплового насоса

Грунтовые тепловые насосы используют низко потенциальную тепловую энергию земли, для получения тепла, достаточного для отопления дома. Принцип работы заключается в совместном применении первичного и вторичного контура.Благодаря слаженной работе всей установки, грунтовые тепловые насосы для отопления дома, выполняют функции обогрева, охлаждения и обеспечения потребности в ГВС.Первичный контур работает следующим образом:После того как тепловая энергия поступила на приемник насоса, функции первичного контура заканчиваются и в работу вступает теплообменник станции. Выполняется преобразование тепловой энергии из грунтового контура.Дальнейший принцип работы напоминает тот, что используют холодильники или кондиционеры, только вместо охлаждения, устройство работает на нагрев:Грунтовые тепловые насосы для отопления дома предназначены для использования в низкотемпературных системах отопления. Рекомендуется их подключение к теплым полам.

Расчет и выбор теплового насоса земля-вода

Чтобы применение тепловых насосов с использованием теплоты грунта было эффективным, необходимо произвести грамотные расчеты и подобрать оборудование, максимально подходящее в каждом отдельном случае.Перед принятием решения потребуется определить следующее:Производительность станции напрямую влияет на оптимальную длину трубы земляного контура.При предварительных расчетах, протяженность трубы и необходимые размеры участка, достаточного для размещения коллектора, высчитывают, просто умножая отапливаемую площадь дома на 2. Следовательно, чтобы уложить горизонтальный контур для здания на 200 м², потребуется придомовая территория, равная 400 м² (существуют варианты вертикального и наклонного расположения, позволяющие расположить коллектор на меньшей площади).Если размеры и другие параметры участка позволяют уложить контур отбора тепла от грунта, переходят к выбору отопительной станции:Главным недостатком отопления насосом земля-вода является необходимость в проведении глобальных земельных работ по укладке водяного коллектора.

Основы монтажа теплонасоса земля-вода

Альтернативное отопление загородного дома на основе грунтового теплонасоса требует грамотного планирования, изготовления проектной документации, получения необходимых разрешений и проведения геодезических изысканий на участке. Только при выполнении всех этих требований, добиваются максимальной теплоотдачи системы.Монтажные работы и установку теплового насоса типа грунт – вода, осуществляют в следующем порядке:Монтаж теплового насоса является сложным технологическим процессом, практически не осуществимым своими руками. Поэтому, многие компании предлагают купить станцию «под ключ». В услугу включается полная установка, подключение и проверка работоспособности системы.

Требования к помещению под теплонасос

Насосы, берущие тепло из слоев грунта, абсолютно безопасны. Каких-либо специфических требований, относительно помещений, используемых под котельную, не существует. Практика показала, что целесообразней устанавливать станции в котельных, соответствующих следующим требованиям:

• Площадь – помимо самого насоса, в помещении монтируют накопительную емкость. Размеры котельной должны позволить разместить все оборудования и обеспечить беспрепятственный доступ для обслуживания.
• Электрика – теплообмен между грунтом и грунтовым теплообменником происходит за счет работы энергозависимого оборудования. Подключение выполняется в согласии с действующими правилами. Автоматы устанавливают снаружи помещения. Обязательно подключение УЗО и заземления.
• Освещение – рекомендуется, чтобы в помещении было естественное и принудительное освещение.
• Звукоизоляция – большинство теплонасосов, во время работы издает шум около 40 дБ. Подобная интенсивность шумовых помех возникает при работе холодильника, кондиционера или принудительной вентиляции. По этой причине, дополнительная шумоизоляция не требуется, но комната под котельную должна закрываться дверью.

Основные требования к помещениям связаны с безопасным использованием электричества и созданием необходимых условий для простого обслуживания станции.

Какую трубу использовать для теплового насоса в землю

КПД теплонасосов с контуром в земле, во многом зависит от правильного выбора трубы для водяного контура. Коллектор, уложенный в землю, должен обеспечивать беспрепятственный теплообмен. Не лишним будет обратить внимание на стоимость трубы, так как при монтаже потребуется уложить большое количество материала.Чаще всего для изготовления земляного коллектора используют виды труб, из следующих материалов:

• Медь – медный земляной контур отличается высокой теплопроводимостью, что обеспечивает максимальный КПД насоса. Срок службы трубы не менее 100 лет. Материал устойчив к коррозии и воздействию рассола для грунтового контура.Широкого распространения медные системы не получили по причине высокой стоимости. Так, для отопления дома в дома в 200 м², для грунтового коллектора потребуется уложить около 400 погонных метров медной трубы. Приемлемый вариант для небольших станций.Проведение монтажа выполняется методом пайки. В качестве альтернативы можно использовать стальные трубы.
• Полиэтиленовые трубы – имеют меньшую теплоотдачу, но стоят дешевле, отличаются прочностью и надежностью. Популярность труб из сшитого полиэтилена обеспечивает срок эксплуатации, достигающий 50 лет, а также простота укладки и проведения монтажных работ.

При выборе материала, рекомендуется прислушиваться к мнению проектно-монтажной организации, выполняющей установку и расчет земляного коллектора.

Организация укладки контура в грунт

Все монтажные работы по укладке коллектора в грунт выполняются исключительно после проведения предварительных расчетов и изготовления проекта. При этом учитываются следующие параметры:

• Глубина укладки – промерзание грунта при использовании теплонасоса несколько снижается, но все же присутствует. Минимальное расстояние контура от поверхности составляет 1,5-2 м.
• Шаг между трубами – минимальное расстояние между проложенными трубами 1 м. Допускается сокращение шага до 0,7 м при высокой теплоотдаче грунта (известняк и гранит). Расстояние между траншеями при укладке горизонтальных зондов нельзя сокращать по причине снижения показателей теплоотдачи.
• Способы укладки земляного коллектора – на выбор влияют общая площадь участка, близкое расположение термальных источников, производительность системы.
• Тип почвы – наибольшая тепловая емкость у каменистого грунта, песка, в районе пролегания поверхностных грунтовых вод. Наименьшие параметры у песчаной почвы, расположенной вдалеке от водоемов.

Глубина укладки земляного горизонтального контура зависит от выбранного способа прокладки труб. Тип разводки контура влияет на эффективность системы отопления. Существует три основных типа укладки:

• Горизонтальный – трубопровода размещают близко к поверхности земли. Такое решение имеет относительно небольшие параметры производительности, находящиеся в пределах 30-40 Вт на каждый погонный метр контура.Глубина прокладки труб внешнего горизонтального коллектора зависит от средней точки промерзания грунта в регионе. Трубопровод углубляют ниже на 0,3-0,5 м, в результате точка залегания труб 1,3-2 м.Недостатком данного решения является то, что для использования низкопотенциальной тепловой энергии земли потребуется сделать коллектор, занимающий огромную площадь, что не всегда возможно. Требуются глобальные земляные работы по устройству наружного зонда. Сажать деревья по всей площади укладки коллектора запрещается.
• Вертикальный – принцип работы теплонасоса грунт-вода оптимально соответствует теплоотдаче, получаемой от вертикальных скважин. После достижения глубины свыше 30 м, земля нагревается и стабильно поддерживает температуру +18°С. Трубы коллектора располагают вертикально. Максимальная глубина скважины 150 м.Грунтовый насос работает как кондиционер, только при условии обращения процесса охлаждения в обратную сторону. Соответственно, чем больше тепловой энергии, полученной из грунта будет поглощено, тем эффективней работает станция. Вертикальное расположение скважин обеспечивает нужным теплом и сокращает (по сравнению с горизонтальной установкой) необходимую площадь.Минусом решения является необходимость в использовании специального бурового оборудования и установок. При расчетах учитывают, что в глубоких скважинах (более 30 м) происходит ежегодное изменение температуры грунта при использовании теплового насоса грунт-вода. Со временем теплоотдача стабилизируется.
• Наклонный – даже простой расчёт геоконтура теплового насоса покажет, что данное решения является наиболее правильным. Занимаемая под установку площадь участка не более 4 м², допускается бурение даже в подвале своего дома.Для начала изготавливается шахта, которую опускают на глубину 4 м. Дальше, в разные стороны бурят скважины, расположенные под углом. В подземных коллекторах закладывают трубы, соединенные с теплоприемником в доме.Чтобы избежать промерзания грунта от контура, пустоты между трубами и землей заполняют специальным строительным раствором с хорошей теплопроводностью.

После монтажа, первичный водяной контур заполняют незамерзающей жидкостью для коллектора – рассолом. Состав должен иметь следующие характеристики:В качестве рассола обычно используется пропиленгликоль. Продукт, имеющий оптимальные показатели вязкости и рабочие показатели, позволяющие сохранять параметры при температуре от +12 до -50°С. Рассольно-водяной тепловой насос может работать и на других типах жидкости. Тип рассола указан в технической документации к теплонасосу.После заполнения, проверяется наличие повреждений земляного контура. Если присутствует течь, участок заменяется, дефекты устраняются.

Вопросы и ответы о теплонасосах земля-вода

В странах ЕС, системы получили широкое распространение и эксплуатируются уже более 30 лет. Для отечественного потребителя, использование теплоты грунта в качестве низкопотенциального источника энергии для теплового насоса, является относительно новым методом отопления. Не удивительно, что, судя по отзывам консультантов компаний, продающих станции, покупатели все снова и снова задают одни и те же вопросы. В частности, следующие:Чтобы сократить время, необходимое на расспросы, ниже приводятся подробные ответы на эти и другие волнующие потребителей вопросы.

Можно ли отопить дом грунтовым насосом зимой?

Оптимальная температура грунта, достаточная для беспрерывной работы насоса 6-8°С. Таким параметрам соответствует нагрев земли, в 1,5-2 м от поверхности. Если правильно расположить контур, с соблюдением минимального шага, выхолаживание грунта не происходит. Устройство земляного коллектора позволит отапливать помещение круглый год в умеренных широтах и даже на Севере.Грунтовые тепловые насосы с закрытым циклом, преобразовывают низко потенциальную тепловую энергию, нагревая с ее помощью теплоноситель и воду для ГВС до температуры 60-65°С. Отапливать помещение лучше посредством теплых полов. В остальном, производительности насоса будет достаточно для обогрева.

Чем эффективнее обогревать дом – газом или грунтовым насосом?

Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии земли неуклонно растет. Некоторые страны ЕС почти полностью отказались от использования газа, в пользу альтернативных видов энергии. В Германии, широко используются электростанции, работающие на тепле, получаемом от гниения отходов (используется такой же принцип работы, как и в насосах, земля – вода).Газовое оборудование имеет определенные преимущества:

• Стабильная производительность – существует влияние температуры грунта на мощность теплового насоса. Котел, работающий на газе, выдает указанную тепловую энергию, независимо от времени года.
• Стоимость подключения – оформление документов на газовый котел и подключение, в среднем обойдется в 1.5-2 тыс. $. Установка аналогичного теплового насоса стоит приблизительно 6000$.

На этом преимущества газового оборудования заканчиваются. Стоит отметить, что тепловой насос, даже по сравнению с экономичным котлом на газе, требует меньше расходов на энергоносители. Полная окупаемость затрат достигается уже спустя 6-8 лет, после этого станция начинает работать в плюс.Современные тепловые насосы имеют коэффициент СОР, равный 5, что соответствует выработке 5 кВт тепла на каждый киловатт потраченной электроэнергии. Опыт эксплуатации теплонасоса земля-вода доказывает, что им можно с успехом заменить традиционные газовые котлы.

Сколько стоит оборудование с установкой под ключ?

Полностью подсчитать затраты, необходимые на приобретение и установку теплового насоса, можно только после проведения осмотра участка и получения представителями компании общего представления о технических характеристиках участка и дома. На сайте расположен калькулятор, позволяющий сделать предварительные подсчеты. На стоимость установки влияет:

• Себестоимость теплонасоса – станции, в зависимости от модели, производителя и мощности, в среднем обойдутся от 200 до 1200 тыс. руб. и выше.
• Длина контура – приблизительный расчет длины горизонтального грунтового теплообменника можно выполнить, умножив площадь отапливаемых помещений на 2. На стоимость работ влияет тип и материал коллектора.

Несмотря на необходимость в первоначальных затратах, использование тепловой энергии грунта с помощью геозондов, полностью экономически оправдано. Вложения окупаются за счет экономичности системы и долгому сроку эксплуатации, составляющему 50-70 лет.</li>

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

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

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

Как работает тепловой геоагрегат?

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

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

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

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

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

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

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

Какими бывают геотермальные установки?

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

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

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

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

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

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

Как работает устройство

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

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

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

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

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

Варианты размещения систем «земля-вода»

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вариант #2. Особенности теплонасосов «вода-вода»

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вариант #3. Обустройство систем «воздух-вода»

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

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

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

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

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

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

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

Обслуживание системы владельцы осуществляют самостоятельно:

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

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

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

Как сделать агрегат своими руками?

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

Это устройство состоит из таких элементов, как:

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

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

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

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

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

Способ #1. Сборка из холодильника

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

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

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

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

Способ #2. Теплонасос из кондиционера

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

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

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

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

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

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

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

Советы по выбору системы

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

Эти параметры ограничивают использование системы и существенно снижают ее привлекательность.

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

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

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

Выводы и полезное видео по теме

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

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

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

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

Используемые источники:

• https://term.od.ua/blog/gruntovyj-teplovoj-nasos/
• http://kotlomaniya.ru/teplovye-nasosy/zemlyanoy-teplovoy-nasos.html
• https://avtonomnoeteplo.ru/altenergiya/267-nezavisimoe-otoplenie-doma-ot-skvazhiny-teplovym-nasosom.html
• https://sovet-ingenera.com/eco-energy/teplovye-nasosy/geotermalnyj-teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html