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

Геотермальное отопление дома своими руками

Обогрев загородного дома или дачи – сложное дело, требующее чуткого отношения, квалифицированного и правильного подхода. С учетом интенсивного повышения цен источников энергии, даже экономные устройства газового типа иногда оказываются не самым прекрасным вариантом.

В плане отсутствия расходов на эксплуатацию, наиболее выигрышно выглядит геотермальное домашнее отопление собственными руками. Эта схема подразумевает применение подземного тепла, вырабатываемого по настоящему.

Такой вариант, наверное, придется нравится и людям, неравнодушным к вопросам сохранения внешней среды, какой-нибудь ущерб для экологии просто отсутствует.

Первый раз аналогичные способы были проверены в 70-х годах минувшего века в Америке, когда разразились первые финансовые кризисы. Разумеется, данные системы тяжело было назвать совершенными, что отражалось и на эффективности, и на цене благоустройства. В сегодняшнем мире, на счастье, обстоит дело абсолютно по другому.

Есть мнение, что геотермическое теплоснабжение личного дома получится создать исключительно в довольно тёплых регионах, где кругом бьют горячие ключи и источники. Это абсолютно не так.

Обратите внимание

Отчетливый тому пример – Гренландия, остров с жёсткими условиями климата, главная часть территории которого спрятана снегами.

Но все таки, подавляющее большинство здешних домов, сельских хозяйств и угодий в сельском хозяйстве нагревается собственно подземным теплом.

Принцип работы

Сопоставить работу такой системы отопления можно с холодильником, только наоборот. Слои внутри земли хранят достаточно большую температуру регулярно, нагреваясь от ядра, не завися от внешних условий. Осталось лишь понять, как “извлечь” эту энергию тепла.

Для этой цели сверху устанавливается насос для отопления, вырывается шахта, в которую погружается теплообменный аппарат. Подземные воды проходят через насосы, греются, путем проникания в трубы и отопительные приборы греют воздух в помещениях. В систему входит 2 контура:

• Внутренний контур – традиционная система обогрева строения, которая состоит из отопительных приборов, труб, батарей и другого;
• Внешний контур – конкретно теплообменный аппарат, размещенный глубоко в грунте.

Необходимо смотреть, что в виде теплоносителя разрешается применение и простой воды, и антифриза.

Варианты формирования

• Насос и теплообменный аппарат вертикального типа. Глубина скважины в данном случае может меняться от 50 до 200 метров, так что бурение связано с значительными вложениями денег. Тепловая энергия забирается от глубоких верховодок, температура которых достаточно большая. Насос для отопления обеспечивает движение жидкости, теплообменный аппарат забирает энергию, дальше происходит обратный водосброс. Не бойтесь первоначальных инвестиционных вложений, расчеты воочию показывают, что результат оправдует средства, длительность эксплуатации доходит до столетия.
• Много общего с описанной схемой имеет и методика, которая основана на монтаже в шахте глубиной около сотни метров укрепленного бачка с антифризом, нагреваемым грунтом. Для непрерывного движения антифриза также задействуется насос для отопления.
• Горизонтальный теплообменный аппарат – менее затратная и более конструктивно обычная схема. Главное требование состоит в том, чтобы трубы пребывали ниже метки, на которую в холодный период года замерзает земля. Результативность нагрева в подобной ситуации меньше, а поэтому приходится возместить ее общей площадью коллектора, которая обязана приблизительно в несколько раз превышать площадь помещения которое отапливается. Разумеется, данное значение примерно, точный показатель зависит от очень многих моментов.
• Напоследок, последняя схема подходит к примеру, если между обогреваемым зданием и близким прудом не больше сотни метров. Положительное качество такой технологии – маленькие вложения денег, отсутствие больших объемов работ с землей. Теплообменный контур размещается таким образом, чтобы на глубине не наблюдалось обмерзания, подо льдом обязан быть, как минимум, метр воды. Лучше всего, в пруде не должно быть направления, способного повредить размещенные на дне зонды. Собственно эти зонды и являются поглотителями энергии тепла.

Для формирования внешнего контура прекрасно подходят трубы на полиэтиленовой основе. При расчетах нужно исходить из того, что на метр коллектора должно приходиться от 40 до 50 Вт энергии тепла. Выходит, что в ситуациях, когда продуктивность насоса равняется 10 кВт, глубина бурения будет составлять до 200 метров.

Необходимо не забывать, что в определенных ситуациях намного практичнее пробурить не одну глубокую скважину, а несколько более очень маленьких. Чтобы в подобной ситуации не был испорчен облик внешности участка, применяется кластерный способ – от одной исходной точки расходится несколько столбов вглубь.

Плюсы решения

Итак, геотермический способ отличается следующим набором позитивных свойств:

• Применяется неисчерпаемая бесплатная тепловая энергия.
• Отсутствует риск пожара, детонации, короткого замыкания и остальных опасных явлений.
• Нет потребности сооружать отдельную постройку для организации теплогенерирующей установки, сам аппарат места занимает очень мало, отсутствует необходимость в добавочных площадях для хранения топлива.
• Схема идеальна с точки зрения эко. безопасности. В процессе применения отсутствуют газообразные, жидкие и твердые вещества и выбросы, провоцирующие засорение воздуха, почвы и прудов.
• Система не нуждается в постоянном обслуживании и контроле, корректность показателей поддерживается автоматикой. Экономность обеспечивается также и этой спецификой.
• Вариативность. Контур отопления, находящийся конкретно в здании, по собственной конструкции не отличается ничем от классических систем водяного отопления. Хозяева могут осуществить и современную идею пола с подогревом, и более классическую радиаторную схему.

Подведем итоги

Главной трудностью такой технологии остается большая цена, объясняющаяся большими объемами работ с землей. Но все таки, с учетом дальнейших положительных качеств, такой недостаток смотрится несущественным. Практика показывает, что полная окупаемость достигается всего за пару сезонов!

Тепловой насос Просто и недорого 1

Геотермальный тепловой насос своими руками: инструкция

Геотермальный тепловой насос своими руками

Геотермальный тепловой насос своими руками

Геотермальный тепловой насос – это инновационное средство организации автономного отопления в частных домах. Суть работы оборудования заключается в использовании в качестве источника нагрева или охлаждения теплоносителя естественной температуры земли.

Знойная жара или лютый мороз бушуют только на поверхности нашей планеты. Несколько метров вглубь, и температура становится практически постоянной. Зимой в глубине земли теплее, чем на поверхности почвы, а летом – холоднее.

Возможно, Вас заинтересует информация о том, из чего состоит насосная станция

Таким образом, системы с геотермальными насосами можно использовать не только для отопления, но и для охлаждения домов. Для более эффективной работы геотермальных насосов системы отопления с их участием часто объединяют с солнечными коллекторами.

Типовая схема насоса

Общие принципы действия геотермальных насосов

Понятие «геотермальный» для определения такого вида поддержания определенной температуры в доме не совсем правильно. Чаще всего под геотермальной энергией понимают нагрев определенных участков земной коры под воздействием магмы, поднимающейся из глубины Земли. Самый характерный пример – это горячие геотермальные источники.

Оборудование внутри дома

Разницу между температурой поверхностного слоя земли и температурой в ее глубине, можно использовать практически повсеместно. Многочисленные исследования показали, что уже на глубине 6 метров ниже уровня почвы ее температура постоянно равна среднегодовой температуре воздуха над этой точкой.

Возможно, Вас заинтересует информация-ремонт циркуляционного насоса

В зависимости от места расположения, температура на глубине 6 м будет составлять от +10 до +16°С. Область постоянной температуры обычно располагается между отметками глубины от 7 до 12 метров. Причина такого явления – тепловая инерция.

Как устроен геотермальный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса, использующего разницу температур, практически аналогичен работе обычного холодильника или кондиционера.

Такие насосы передают тепло от холодного пространства в теплое, в направлении, противоположном естественному распространению тепла, либо по естественному направлению, ускоряя его передачу.

В первом случае система работает как холодильник, а во втором – как нагреватель.

Однако, такие насосы не всесильны. Специалисты считают, что их эффективность резко падает при падении температуры наружного воздуха ниже 5°С. КПД (показатель эффективности таких систем) колеблется в промежутке 3-6% в наиболее холодный период.

Затраты на монтаж таких отопительно-охладительных систем в целом выше, чем у других автономных источников отопления. По расчетам западных специалистов разница в цене проектирования и строительства обычно окупается в период от 3 до 10 лет в результате общей экономии энергии. Более высокие сроки окупаемости могут быть вызваны только целевым финансированием или введенными налоговыми льготами.

Срок службы качественно спроектированной и построенной системы отопления с использованием геотермальных тепловых насосов оценивается в 25 лет для внутренних компонентов системы и более полувека для наружного контура.

Траншея под трубы

Наружный контур системы прямого теплообмена

Варианты строительства систем, использующих разницу температур земли

Основной частью отопительной системы, построенной по такому принципу, является контур прямого теплообмена. Этот компонент стоит где-то от 1/5 до 1/2 общей стоимости системы и является наиболее громоздкой частью.

При строительстве такой системы очень важны первичные геологические исследования: ее энергоэффективность улучшается с примерно на 4% для каждого 1°С, выигранного от правильного расположения теплообменного контура.

Важно

При горизонтальном расположении теплообменных контуров на глубине от 1 до 2,4 м эта часть устройства будет испытывать сезонные циклы колебания температуры из-за естественного солнечного нагрева и потери тепла в атмосферный воздух на уровне земли. Эти циклы колебания температуры отстают от смены сезонов из-за тепловой инерции.

Глубокие вертикальные системы с залеганием теплообменников на отметках от 30 до 160 метров зависят только от геологической миграции тепла.

1.      Системы с прямым обменом

В тепловых насосах с прямым обменом используется непосредственный тепловой контакт с землей (в отличие от комбинации петли хладагента и водяной петли). Хладагент выходит из корпуса теплового насоса, циркулирует по петле из медной трубки, расположенной под землей, и обменивается теплом с грунтом перед возвращением к насосу.

Название «прямой обмен» относится к теплопередаче между петлей с хладагентом и землей без использования промежуточного жидкости.

В такой системе нет прямого взаимодействия между жидкостью и землей, имеется только передача тепла через стенку трубы.

Тепловые насосы с прямым обменом в настоящее время используются редко, их не следует путать с оборудованием, работающим на основании обмена теплом через промежуточные контуры.

Тем не менее, системы прямого обмена являются более эффективными и имеют потенциально более низкие затраты на установку, чем закрытые системы с водяным контуром. Высокая теплопроводность меди вносит свой вклад в повышение эффективности системы, но входящий тепловой поток преимущественно ограничен теплопроводностью земли, а не трубы.

Основными причинами высокой эффективности такого оборудования являются отсутствие водяного насоса (который использует электричество), отсутствие теплообменника между водой и хладагентом, который является источником тепловых потерь.

В тоже время они требуют большего количества хладагента, и их трубопроводные системы являются более дорогими.

2.      Системы с замкнутым контуром

Большинство из систем, устанавливаемых в настоящее время, имеют две петли:

• первичный контур с хладагентом;
• вторичный контур, заполненный водой, располагающийся под землей.

Вторичный контур, как правило, изготавливается из полиэтиленовых труб высокой прочности и содержит смесь воды и антифриза (пропиленглиголя, денатурированного спирта или метанола).

После выхода из внутреннего теплообменника, вода течет через вторичный контур вне здания, чтобы обмениваться теплом с землей перед возвращением. Вторичный контур располагается ниже линии замерзания, где температура является более стабильной или погружается в ближайший доступный водоем.

Системы, расположенные в земле, насыщенной влагой или в воде, как правило, более эффективны, чем сухие контуры заземления. Если земля в вашей местности сухая, то вместе с контуром рекомендуется размещать дренажный шланг, увлажняющий грунт вокруг контура заземления.

Совет

Закрытые системы имеют более низкую эффективность, чем системы прямого обмена, так как требуют более длинной трубопроводной системы и большого объема земляных или буровых работ.

Подземный контур геотермальной системы может быть установлен горизонтально в виде петли в траншеях или вертикально в виде нескольких длинных U-образных конструкций. Размер области петли зависит от типа почвы и содержания влаги, средней температуры и возможных потерь тепла, а также от иных характеристик.

3.      Замкнутые системы с вертикальным расположением труб

Контур такой замкнутой системы состоит из труб, которые вертикально уходят в грунт. Глубина проникновения составляет от 15 до 120 метров.

Пары труб в каждой скважине соединены с U-образным поперечным разъемом в нижней части шахты.

Скважины под трубы обычно заполняются специальным раствором, чтобы обеспечить тепловую связь с окружающей почвой или породой, для улучшения передачи тепла. Специальный раствор также защищает грунтовые воды от загрязнения.

Вертикальное расположение геотермальных труб

4.      Замкнутые системы с горизонтальным расположением труб

Контур такой замкнутой системы состоит из труб, которые проходят горизонтально в грунте.U-образные или кольцевые витки трубопровода закапываются в грунт ниже, чем линия промерзания.

Траншея с уложенным контуром

Земляные работы при монтаже такой системы обходятся вполовину дешевле, чем вертикальное бурение. Такая технология используется везде, где имеется достаточное пространство на участке.

Вариант строительства геотермальной системы

Для иллюстрации, отопительная система такого типа в отдельно стоящем доме, потребляющая  10 кВт тепловой мощности, потребует 3 петли длиной от 120 до 180 метров каждая.

5.      Система с направленным бурением

В качестве альтернативы, траншеи петли контура геотермального теплового насоса могут быть заложены с помощью технологии горизонтального бурения. Эта технология позволяет заложить трубы под дворы, подъездные пути, сады и другие элементы инфраструктуры, не разрушая их.

Стоимость такой системы колеблется между ценой конструкций с использованием траншей и ценой конструкции с вертикальным бурением.

Эта система может также отличается от конструкций с траншеями или с вертикальным бурением, так как петли могут бытьсоединены с одной центральной камерой, что еще больше снижает количество необходимого пространства.

Системы с использованием направленного бурения часто устанавливается ретроспективно, то есть уже после того, как здание было построено.

6.      Установка контура в водоеме

Теплообменный контур перед погружением на дно водоема

Замкнутая система с погружением контура на дно водоема состоит из трубопроводов, укладываемых в виде петель и расположенных на дне пруда соответствующего размера или другого водного источника.

Система с расположением труб в водоеме

7.      Открытые геотермальные тепловые системы

В открытых геотермальных системах (также называемых тепловыми грунтовыми насосами), во вторичный контур насосами закачивается природная вода из колодца или водоема. Затем вода поступает в теплообменник внутри теплового насоса. После извлечения тепла и переноса его на первичный контур хладагента вода возвращается в нагнетательные скважины, траншеи орошения или в водоем.

Подающая и обратная линии должны быть размещены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить тепловую подпитку источника.Поскольку химический состав воды не контролируется, тепловой насос своими руками и трубопроводы должны быть защищены от коррозии с помощью различных металлов в теплообменнике и насосе.

Также систему может загрязнять накипь и возможно, вам потребуется ее периодическая очистка.

В том случае, если используемая вода содержит высокий уровень солей, минералов, железа, бактерий или сероводорода, предпочтительнее использовать замкнутые системы.

Обратите внимание

Открытые отопительные геотермальные системы с использованием грунтовых вод, как правило, более эффективны, чем закрытые системы, так как они лучше используют разность температур. Так, системы с замкнутым контуром должны ещё передавать тепло через дополнительные слои стенки трубы и почвы.

Однако, при установке таких систем могут возникнуть юридические проблемы, потому что они могут делать скудными водоносные горизонты или загрязнять скважины. Это заставляет строителей использовать более экологичные замкнутые системы.

8.      Система со столбом жидкости

Система геотермального охлаждения или отопления является специализированным типом замкнутых систем. Вода в такую конструкцию поступает из нижней части глубокой скважины породы, пропускается через тепловой насос и возвращается в верхнюю часть скважины, где путешествуя вниз, обменивается теплом с окружающей породой.

Системы со столбом жидкости обычно используются при ограниченных площадях участка. Такая конструкция не рекомендуется к использованию на песчаных и глинистых почвах. Конструкция также может предусматривать несколько столбов жидкости. Она популярна в жилых и небольших коммерческих зданиях.

Основные узлы системы геотермального отопления

Жидкостно-воздушный тепловой насос

Тепловой насос является центральным блоком системы геотермального охлаждения или отопления. Внешне и функционально он напоминает холодильник.

Некоторые модели таких тепловых насосов могут не только отапливать помещения, но и охлаждать их, подогревать воду, обеспечивая потребность в горячем водоснабжении.

Нагретый или охлажденный воздух может быть доведен до конечного прибора системы отопления или кондиционирования за счет циркуляции воды или принудительной подачей воздух. Почти все виды тепловых насосов изготавливаются как для коммерческого, так и для бытового назначения.

Жидкостно-воздушные тепловые насосы (также называемые «вода-воздух») часто используются для замены устаревших центральных систем кондиционирования.

Жидкостно-водяной тепловой насос

Жидкостно-водяные тепловые насосы (также называемые «вода-вода») являются гидравлическими системами, которые используют два контура, заполненных жидкостью для теплообмена между ними.

Такие системы обычно питают теплоносителем такое оборудование, как полы с водяным подогревом, отопительные радиаторы с жидким теплоносителем. Такие устройства могут нагревать воду до температуры примерно в 50° C, в то время как температура теплоносителя на выходе из обычного отопительного котла достигает 65-95° C.

Таким образом, в системах с геотермальными насосами невозможно использовать радиаторы, предназначенные для более высоких температур.

Геотермальные тепловые насосы особенно хорошо подходят для напольного отопления, которое требует сравнительно низких температур до 40° C.

Использование больших поверхностей, таких как полы, в отличие от радиаторов, распределяет тепло более равномерно и позволяет эффективно использовать более низкую температуру воды.

Важно

Напольное покрытие из древесины или ковровые напольные покрытия ослабляют этот эффект, потому что термический КПД передачи этих материалов ниже, чем у каменных полов (плитка, бетон).

Также существуют комбинированные тепловые насосы, которые могут производить одновременную принудительную циркуляцию воздуха и воды. Эти системы в основном используются для домов, имеющих сочетание потребностей воздушного кондиционирования и жидкостного отопления.

Самостоятельная установка геотермальной отопительной системы

Самостоятельный монтаж геотермальной системы отопления и кондиционирования требует серьезного денежного вливания и определенных технологических навыков.

1. Проводятся геологоразведочные мероприятия, определяется глубина промерзания грунта.
2. Составляется проект системы, исходя из выбранной технологии (закрытая, открытая, с горизонтальным или вертикальным расположением контуров).
3. Приобретается необходимое оборудование: трубы, тепловой насос. В зависимости от конфигурации системы подбираются необходимые элементы внутренней отопительной системы: радиаторы отопления, теплый водяной пол или фанкулеры (системы принудительного обдува).
4. Производится монтаж системы. Бурятся скважины или прокладываются системы траншей, возможна подготовка к размещению трубопроводов в водоеме.
5. После монтажа всех элементов производится подключение и тестовый запуск.

В связи с большим объемом и сложностью проводимых работ проектирование и строительство отопительно-охладительных геотермальных систем лучше поручать специализированной организации, имеющей необходимый опыт. И уж точно у вас вряд ли получится самостоятельно изготовить сам обменный тепловой насос — их производство в домашних условиях пока не очень распространено.

Чтобы более подробно ознакомиться с процессом строительства геотермальных тепловых насосов, посмотрите ознакомительное видео.

Видео — Геотермальный тепловой насос своими руками

Воздушное отопление частного дома своими руками

Отопление дома воздухом — технология, исключающая посредников в передаче тепла. С применением теплового насоса КПД системы вырастает в 2–3 раза, но применимы ли подобные системы в реалиях российского климата? Сегодня мы расскажем о воздушных насосах и устройстве систем отопления с их применением.

Принцип работы и слабые места

Воздушные тепловые насосы могут служить как простейшим средством локального обогрева, так и являться ядром централизованной системы отопления. Их главное преимущество — полная независимость от других инженерных коммуникаций дома за исключением разве что электрической сети.

Таким образом, монтаж системы воздушного обогрева возможен на любом этапе строительства, и даже после его окончательного завершения.

Основную работу внутри тепловых насосов выполняет хладагент. Это вещество имеет очень низкую температуру кипения, вплоть до -30 ºС.

При испарении жидкость поглощает энергию, при конденсации — выделяет её во внешнюю среду. Конденсироваться естественным путём пары хладагента не могут, для этого в работу включается компрессор, повышающий давление и «выжимающий» температуру.

Таким образом происходит переохлаждение уличного воздуха, к примеру, от -5 до -15 ºС, а оставшаяся дельта в 10 ºС возвращается внутрь дома в виде полезного тепла.

Устройство теплового насоса «воздух-воздух»: 1 — наружный воздух; 2 — внешний теплообменник; 3 — наружный блок; 4 — компрессор; 5 — внутренний блок; 6 — тёплый внутренний воздух; 7 — внутренний теплообменник; 8 — терморегулирующий вентиль

Конечно, всё не так радужно, как описывают производители отопительного оборудования. Реальная эффективность системы ограничена двумя факторами:

1. Температура кипения хладагента определяет границу, при которой тепловой насос в принципе способен работать. Большинство устройств способны генерировать при уличной температуре от -5 до -15 ºС, наиболее дорогостоящие (Zubadan) работают вплоть до -25 ºС. В сложных нагревательных комплексах на основе тепловых насосов может использоваться дополнительный испаритель во внешнем блоке.
2. Коэффициент преобразования (COP) определяет отношение выдаваемой тепловой мощности к приложенной электрической. Реальное значение коэффициента обратно пропорционально разнице температур воздуха внутри здания и на улице. Таким образом, при сильном морозе производительность ТН существенно ниже.

Экономия от теплового насоса и область применения

Любая технология, способная извлечь дополнительные ватты энергии помимо затраченных, уже подразумевает существенную экономию. Вопрос стоит лишь в стоимости оборудования и сроках, за которые оно себя окупит.

Подсчитать несложно: возьмите расчётные показатели теплопотерь дома, разделите на среднее значение СОР с учётом средней температуры уличного воздуха в отопительный период и полученное значение мощности умножьте на стоимость того типа энергоносителя, который мог бы использоваться при ином типе обогрева.

При стоимости порядка 3500–4000 рублей за каждый м2 отапливаемой площади воздушные тепловые насосы имеют срок окупаемости порядка 20–30 лет, что вдвое выше гарантированного срока эксплуатации оборудования.

Совет

Впрочем, всегда нужно делать поправку на постоянное удорожание энергоносителей и потенциальную возможность разработки новых, более эффективных хладагентов.

Однако существуют ситуации, когда экономию от установки теплового насоса можно ощутить прямо сразу.

Скажем, если стоимость подвода природного газа на участок составляет около 700–800 тысяч рублей, приобретение агрегата альтернативного отопления обеспечит пожизненную экономию буквально с первого дня использования.

Можно возразить, что газовый котёл с успехом можно заменить электрическим, но не всегда установленной мощности городской сети достаточно для восполнения тепловых потерь дома.

Также важно понимать разницу между основной и дополнительной системой отопления. Воздушные тепловые насосы, рассчитанные на работу при плюсовых уличных температурах, по стоимости обходятся в 2–2,5 раза ниже, а экономия и комфорт от их использования в межсезонье ощутимы более чем.

Централизованные и разнесённые системы отопления

Роль теплового насоса «воздух-воздух» в бытовом применении может сводиться либо к обогреву отдельных комнат, когда нет особого смысла «гонять» основной отопительный агрегат, либо к полному переоборудованию котельной. В последнем случае электрический или газовый котёл становится резервным источником обогрева, помогая тепловому насосу справиться с экстремально низкими температурами или перебоями в энергоснабжении.

Вариант локального применения теплового насоса видится более благоразумным. Зачем городить сложную отопительную систему, если местные нагревательные приборы обеспечивают гибкую регуляцию климата, а поломка одного из них не приведёт к выхолаживанию всего здания? Однако есть ряд аргументов против такого подхода:

1. Очень сложно направить нагретый воздух по нужному маршруту. Образуется множество холодных зон, а выход на постоянный комфортный тепловой режим требует времени.
2. Общая эффективность нескольких агрегатов всегда ниже, чем при установке одного более мощного.
3. Многочисленные наружные блоки испортят вид фасада, а внутренние нарушат интерьер помещений.
4. Существуют ограничения в длительности технической трассы, связывающей внешний блок с внутренним, что затрудняет отопление помещений в центре большого здания.

Централизованный обогреватель на основе теплонасоса «воздух-воздух» требует прокладки сети воздуховодов, что особенно сложно выполнить при монолитном типе перекрытий и стен. Но есть и преимущества такой системы:

1. Вы полностью контролируете температуру и влажность в доме.
2. Имеется возможность очистки и обеззараживания воздуха.
3. Полный контроль над притоком и вытяжкой вентиляции помогает снизить связанные с воздухообменом потери тепла или использовать рекуператоры.
4. Обслуживание одного агрегата требует меньше времени, сил и средств.
5. Работу в экстремальных режимах для одного внешнего блока организовать проще. Например, имеет смысл включать дополнительный обогрев внешнего блока при больших отрицательных температурах, вплоть до разведения рядом костра. Или, как вариант, можно наладить систему подготовки воздуха на почвенном теплообменнике.

Возможен ли монтаж своими руками

Несмотря на техническую сложность тепловых насосов, их установка может выполняться самостоятельно.

Если точнее, то своими руками вы вольны провести всю «грязную работу»: прокладку технических трубопроводов и сетей питания, навеску внутренних и наружных блоков.

В паспортной документации к каждому конкретному типу теплового насоса имеется исчерпывающая информация об условиях установки блоков, уклоне, протяжённости и допустимых изгибах технических трасс.

Обратите внимание

Всё, что останется впоследствии — пригласить специалиста, который проверит корректность монтажа системы и обеспечит её правильный ввод в эксплуатацию. Эти работы самому не выполнить: требуется оборудование для прочистки и обезвоздушивания системы, заправки хладагента — в целом этот процесс достаточно технологичен и сложен.

Следует подчеркнуть, что установка подобных систем кондиционирования не делается «с кондачка».

Требуется детальный предварительный расчёт, в частности, необходимо определить подходящий под конкретные климатические условия класс оборудования и вычислить его достаточную мощность.

Само собой, централизованное отопление на основе тепловых насосов вызывает ещё больше сложностей в проектировании и согласовании работ со строительными подрядчиками.

Долговечность системы и её обслуживание

Многих может отпугнуть заявленный производителем срок эксплуатации системы в 7–10 лет. На практике этот показатель существенно выше, просто тепловой насос может со временем терять в производительности.

В первую очередь это связано с постепенной утечкой хладагента во внешнюю среду и его загрязнение влагой и прочими примесями. На этот случай предусмотрена достаточно простая процедура обслуживания, заключающаяся в очистке теплоносителя и восполнении его концентрации.

Износ механических узлов, таких как компрессор или вентилятор, неизбежен. Однако хороший тепловой насос предусматривает возможность модульной замены составляющих его частей.

Долговечность оборудования целиком определяется условиями его эксплуатации и техническим совершенством системы.

Работа на пределе, периодическое обледенение внешнего блока и прочие нарушения штатного режима работы — вот что нужно исключить с самого начала, чтобы техника успела себя полностью окупить и при этом принесла в дом желанные тепло и комфорт от использования.

рмнт.ру

08.12.16

Разновидности систем – как выбрать оптимальную?

Ознакомление с видами воздушного отопления дает возможность подобрать ту его конфигурацию, которая подойдет для конкретного жилого здания по всем характеристикам. Интересующие нас системы классифицируют по

• месту установки оборудования;
• варианту циркуляции воздуха;
• типу теплового обмена;
• масштабности.

Система воздушного нагрева по расположению бывает подвесной либо напольной. Первый вариант предполагает монтаж каналов (воздуховодов) для наполнения помещения нагретым воздухом под потолком, второй – под полом. Важно. В обоих случаях каналы несложно замаскировать, используя декоративные элементы и плинтусные конструкции.

В частных домостроениях специалисты советуют использовать напольную схему, так как она сначала нагревает нижнюю часть комнаты, обеспечивая максимальный уют обитателям жилища. При установке подвесных воздуховодов есть вероятность того, что тепло не сможет дойти до напольной поверхности.

Это принесет определенный дискомфорт человеку.

По типу циркуляции воздуха системы-воздушки причисляют к принудительным и естественным. Этот момент имеет большое значение. При естественной вентиляции подъем воздуха обеспечивается его нагревом.

Важно

Горячая масса направляется в воздуховоды, подогревает их, а затем уходит назад на теплообменное устройство. Если во время работы системы в помещение будет попадать холодный воздух с улицы (например, через окна либо двери), он станет скапливаться у пола.

В результате этого в нижней части комнаты всегда будет прохладнее.

При использовании принудительной вентиляции, описанной выше, проблемы не возникает. В данном случае система снабжается специальным вентилятором.

Его задача – сформировать заданное давление, при котором нагретый воздух перемещается по помещению намного быстрее. За счет этого подогрев комнаты происходит в течение считанных минут.

Холодный воздух при наличии вентилятора просто-напросто не может изменить температурный режим, обеспечиваемый системой. Нюанс. Вентиляционное оборудование при работе издает ощутимый шум.

Если вы считаете себя чрезмерно восприимчивым к посторонним раздражающим звукам, лучше остановить свой выбор на сетях с естественной вентиляцией.

Теплообмен в описываемых системах бывает приточным и рециркуляционным. Здесь нужно запомнить следующее. Если отопление забирает воздух исключительно с улицы, значит перед нами приточная система. Для ее обустройства нужны вентиляторы, способные направить уличные массы воздуха к отопительной установке. Если же воздух забирается и извне, и внутри дома, речь идет о рециркуляционном теплообмене.

По масштабности воздушный обогрев причисляют к одному из двух типов. Первый – локальный. Он подходит для отопления частных домостроений площади. Второй тип – центральный. Такая схема хороша для складов,   развлекательных сооружений, спортивных объектов, крупных магазинов и так далее. Внедрять ее в жилище (даже в большом) нет особого смысла.

Геотермальный тепловой насос 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.

Совет

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.

Как соорудить и произвести установку теплового насоса своими руками

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.

Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.

Свойства и устройство

Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.

Преимущества теплонасоса:

• не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
• нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
• нет необходимости дополнительных коммуникаций;
• абсолютно пожаро — и взрывобезопасный;
• полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
• сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.

Применение

Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:

• если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;
• если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;
• нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;
• если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии. Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.

Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха. Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°.

Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло.

Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Схема работы прибора по пунктам:

• носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
• затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
• во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
• газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
• горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
• завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Виды

Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов — по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации. Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух. Все виды насосов основаны на одном принципе работы.

Классификация

Выделяют три группы устройств:

• вода-вода;
• грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);
• используют воду и воздух.

Тепловой коллектор «грунт-вода»

Тепловой насос своими руками — самый распространенный и эффективный способ добычи энергии. На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».

Наружный контур геотермального насоса создают из пластиковых труб. Их вкапывают в грунт вертикально или горизонтально. В первом случае на один киловатт может понадобиться достаточно значительная площадь работ – 25–50 м2. Площадь нельзя использовать для посадочных работ — тут допускается только высадка однолетних цветущих растений.

Вертикальный коллектор энергии требует несколько скважин на 50–150 м. Такое устройство более эффективное, тепло передают специальные глубинные зонды.

«Вода-вода»

На большой глубине температура воды постоянная и стабильная. Источником низкопотенциальной энергии может служить открытый водоем, грунтовые воды (колодец, скважина), сточные воды. Принципиальных различий в конструкции для отопления такого типа с разными теплоносителями нет.

Устройство «вода-вода» наименее трудозатратное: достаточно оснастить трубы с носителем тепла грузом и поместить в воду, если это водоем. Для грунтовых вод потребуется более сложная конструкция и может возникнуть нужда в сооружении колодца под сброс воды, проходящей через обменник тепла.

«Воздух-вода»

Такой насос немного уступает двум первым и в холодное время его мощность снижается. Но он более универсальный: для него не нужно копать землю, создавать скважины. Нужно только установить необходимое оборудование, например, на крыше дома. Для этого не требуется сложных монтажных работ.

Основным преимуществом является возможность повторно использовать тепло, покидающее помещение. Зимой рекомендуют иметь еще один источник тепла, поскольку мощность такого обогревателя может значительно уменьшиться.

Этапы монтажа

Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.

Расходы, окупаемость, мощность

Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно — 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов — хватит и 30 Вт/м².

Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.

Процесс создания

Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).

Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше.

Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой).

Обратите внимание

Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.

В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.

Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.

Особенности для каждого вида

Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.

Для горизонтального аппарата типа «грунт-вода» нужно создать коллектор из системы труб. Его располагают ниже уровня промерзания (1–1,5 м) и выглядит он как своеобразный змеевик под землей. Снимается слой почвы, укладываются трубы и грунт засыпается обратно. Можно уложить трубы в отдельных траншеях.

Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.

Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.