Что такое тепловой насос грунт-вода — особенности и схема подключения

Достоинства и недостатки геотермального отопления

Единственным значимым минусом системы являются высокие расходы на организацию, покупку оборудования. Центральным элементом здесь выступает тепловой насос, стоимость которого действительно высока. Однако она окупается за первые годы эксплуатации комплекса, который при этом приносит пользователям массу плюсов

1. Минимальные эксплуатационные затраты. Организовав геотермальное отопление своими руками, собственник дома может забыть о его обслуживании на десятилетия. Система будет исправно и бесперебойно функционировать без каких-либо хлопот и дополнительных вложений.
2. Экономичность. Используемая в ходе работы комплекса энергия земли или воды абсолютно бесплатна. Для её использования её запасов не нужно обустраивать хранилища, закупать и поставлять по централизованным магистралям. Она находится в распоряжении пользователя в любой момент времени.
3. Безопасность. Обусловлена отсутствием процессов сжигания топлива и контроля горения.
4. Экологичность. Термальная система не выделяет вредных выбросов в атмосферу.
5. Компактность. Насос занимает минимум места в помещении и может быть размещён в подвале, подсобке. Основной наружный контур располагается в источнике тепла, он не виден глазу.
6. Многофункциональность. Зимой энергия земли может использоваться для отопления дома своими руками, а летом – для его охлаждения.
7. Комфорт эксплуатации. Всё оборудование работает практически бесшумно, не нуждается в контроле, обслуживании.

Что такое геотермальное отопление?

Наверняка многие из вас знают, что глубоко под землей, температура практически не падает ниже 10 градусов с плюсом. Конечно же, речь идет не о каких-то 2-3 метрах, а о 20 и более. Так вот, геотермальное отопление, как раз и рассчитано на то, что получая тепло от земли, тепловой насос «увеличивает» её в несколько.

Но так ли очевидна экономия при использовании теплового насоса, и, тем более, бесплатна? Как было сказано выше, тепловой насос работает от электроэнергии. Поэтому становится понятным, что какую-то её часть он все-таки будет потреблять, а, следовательно, и финансовые расходы за геотермальное отопление тоже будут.

И если произвести все необходимые расчеты, то становится понятным, что экономия от установки теплового насоса в отопительном системе будет только в том случае, если в доме смонтированы низкотемпературные приборы отопления. В первую очередь, это теплые полы и напольные конвекторы, работа которых рассчитана на +30 градусов.

В целом, чтобы отопить 100 квадратных метров дома, нужно потратить около 10 кВт тепловой энергии, всё зависит от того, насколько хорошо утеплено строения. Подсчитываем, что  потребляя 1 кВт электроэнергии, тепловой насос с СОР в 5 кВт способен выдать пять киловатт тепловой мощности. Ну а на то, чтобы отопить целый дом в 100 м², геотермальный насос будет потреблять порядка 2 кВт электроэнергии в час.

Не нужно, наверное, быть большим математиком, чтобы правильно подсчитать затраты на электричество, которое будет потреблять тепловой насос. За геотермальное отопление в месяц придется платить свыше 3000 рублей за электроэнергию. Собственно это и ставит под большой вопрос экономичность подобного рода отопления на сегодняшний день.

Классификация тепловых насосов

Вертикальный тепловой насос грунт/вода

Для работы теплового насоса необходимо просверлить скважины глубиной от 50 до 150 м, опустить в них геотермальные зонты и подключить к системе отопления и горячего водоснабжения.

Горизонтальные тепловые насосы грунт/вода

Коллектор из пластиковых труб располагают в грунте ниже уровня промерзания. Глубина зависит от климатической зоны и, как правило, составляет 1,0-1,5 м. Морозостойкая жидкость циркулирует в трубе и передаёт теплоту в тепловой насос, и далее в систему отопления и горячего водоснабжения.

Тепловой насос вода/вода

Коллектор из пластиковых труб заполняется теплоносителем, переносится и погружается на дно водоёма.

Тепловой насос воздух/вода

Тепловой насос извлекает теплоту из окружающей среды. Достаточно выбрать удобное место для установки коллектора и подсоединить его к системе отопления и горячего водоснабжения. Устройство теплового насоса не требует больших капиталовложений, но ограничено по температуре. Температура окружающей среды не должна быть не ниже -20 °С.

Зная, как работает тепловой насос, его можно собрать своими руками. Что для этого понадобится?

1. Понадобится компрессор (можно взять компрессор, предназначенный для кондиционера).
2. Конденсатор можно изготовить самостоятельно, для этого потребуются медные трубы (толщиной не менее 1 мм), сделать змеевик и поместить его в корпус из металла или пластика.
3. Выполняется сварка бака и монтаж необходимых сварных соединений.
4. После закачки фреона конструкция подключается к системе отопления и горячего водоснабжения.
5. Последним этапом выполняется подключение наружного контура, но это зависит от вида насоса.

Помните, что монтаж и закачку фреона должен выполнять специалист при соблюдении техники безопасности.

Цена вопроса и окупаемость

Разумеется, точные расходы на приобретение и монтаж теплового насоса можно подсчитать только в индивидуальном случае – каждый вид имеет свои особенности. Грунтовые установки ориентировочно стоят 4 – 7 тысяч евро – и это без учета цены монтажных работ (которое тоже недешевые – в частности, бурение скважины для зондов). Не каждый способен выложить, не моргнув глазом, подобную сумму за аппарат, который окупится не раньше чем через 2-3 года (как показывает практика, параметр упирается в размеры помещения и его теплоизоляцию).Те, кому охота сэкономить, но не выбрасывая подобные суммы, могут собрать отопительную установку самостоятельно – при наличии прямых рук и базовых навыков со сварочными инструментами, это выполнимая задача для новичка. Стоимость же материалов и расходников для агрегата, аналогичного по характеристикам заводскому, не более 500 – 1000 евро.

Схема исполнения гидротермального отопления

На сегодняшний день наибольшее распространение получили три принципиально отличающиеся схемы обустройства подземного отопления. Для обеспечения максимальной эффективности обогрева дома общая площадь внешнего подземного контура должна быть в 2,5 раза больше отапливаемой площади жилого дома.

В автономном отоплении используются следующие типы геотермального обогрева:

1. Подводный вариант.
2. Горизонтальная закладка.
3. Обустройство скважин.

В каждом конкретном случае выбор той или иной разновидности геотермального отопления будет зависеть от площади дома, финансовых возможностей домовладельца, особенностей местности. Подводный вариант может использоваться в тех случаях, если поблизости имеются глубокие водоемы, которые в зимнее время года не промерзают до дна.

Горизонтальная закладка

Этот вариант гидротермального отопления подразумевает выполнение рядом с домом котлована, глубина которого будет на 2 метра глубже точки замерзания грунта. Соответственно, для нагрева частного дома площадью в 100 квадратных метров потребуется копать котлован с глубиной более 3 метров и общей площадью 250 квадратов.

Если имеющаяся площадь участка позволяет выполнить такой котлован, то горизонтальная закладка станет оптимальным вариантом геотермального отопления частного дома. Внутри котлована закладывают систему труб, по которым циркулирует незамерзающий теплоноситель. Наружный контур отопления выводится в дом и подключается к теплообменной установке.

Из преимуществ этой схемы выполнения геотермального отопления принято выделять ее эффективность, простоту обустройства, снижение расходов на монтаж наружного контура. В то же время необходимо учитывать обязательные требования по правильному расчету объема котлована, который не всегда возможно разместить на небольшом по своей площади приусадебном участке.

Геотермальное отопление дома:

Подводный вариант

Владельцы частных домов, которые проживают поблизости от озер и рек, часто выбирают вариант гидротермального отопления с использованием подводного варианта. Необходимо лишь правильно продумать расположение внешнего контура, который размещают на глубине более 4 метров, что исключает возможность промерзания озера или реки до дна. Подземную и надземную часть контура, которая идет непосредственно от берега озера до обогреваемого частного дома, в обязательном порядке утепляют, а трубы под землей прокладывают на глубине ниже точки промерзания грунта.

Использование подводного варианта позволяет упростить обустройство системы отопления частного дома, так как не требуется проводить дорогостоящие и сложные земляные работы. Внешний контур будет нагреваться от тепла воды, после чего подогретый теплоноситель подается в систему, обеспечивая работоспособность оборудования.

Выполнение гидротермальных скважин

Выполнение геотермальных скважин для организации автономного отопления является оптимальным вариантом, позволяющим существенно снизить затраты домовладельца. Скважина бурится на глубину в 30-50 метров, что повышает эффективность нагрева, так как на больших глубинах температура земли будет выше, нежели у самой поверхности.

Бурение скважины – один из эффективных методов монтажа подобного обогрева

Сегодня многие домовладельцы, обустраивая автономную систему геотермального отопления частного дома, выбирают вариант с бурением скважин, что существенно упрощает прокладку контура. В этом случае обеспечивается максимальная эффективность используемого оборудования, позволяя использовать все возможности таких современных технологий даже при наличии небольшого по площади участка.

Выполнение обогрева частного дома с прокладкой внешнего контура в глубинных скважинах позволяет на 20-30% уменьшить общую стоимость обустройства в доме автономного отопления. Благодаря высокой температуре нагрева теплоносителя в глубинном контуре имеется возможность использования небольших по своей мощности отопительных установок, что упрощает монтаж оборудования, снижает его стоимость, одновременно обеспечивая максимальное удобство проживания в частном доме.

Порядок сборки и установки оборудования

Для работы оборудования вам понадобятся насосы. Принцип действия насосов следующий: он монтируется своими руками на поверхности, а в заранее подготовленную шахту опускаются теплообменники.

Через насос постоянно проходит грунтовая вода, она нагревается, а тепло, которая она дает, затем можно использовать для любых своих нужд.

На видео ниже представлен материал о принципе работы геотермальных насосов.

Видео:

Ввиду его экономичности, это оборудование идеально подходит для частного дома: оно дает тепло на 4-6 киловатт, в то время как насос на свою на работу расходует всего один.

Следовательно, использование этой системы не просто возвращает затраченную на работу насосов энергию, но и со временем полностью окупает себя.

Именно поэтому геотермальное отопление загородного дома является таким набирающим популярность вариантом.

Соорудить отопительное оборудование своими руками для своего частного дома вряд ли возможно, но это не повод отказываться от установки столь выгодной системы.

Чтобы поставить оборудование, нужно пробурить шахту. Размер ее зависит от площади вашего участка, земной коры в месте, где вы проживаете, климата и типа грунта.

Глубина шахты обычно не превышает 100 метров, но должна быть как минимум 25.

После того, как шахта готова, вниз опускаются специальные теплопоглощающие трубки.

Их смысл – поставлять жидкость непосредственно в сам насос. Этот насос ее сжимает, нагревает и отправляет дальше – в вашу отопительную систему.

Как видите, это вполне простой и понятный принцип работы.

Теплообменник может быть горизонтальным или вертикальным.

При горизонтальном контуре трубы укладываются ниже уровня промерзания почвы, что гарантирует подачу тепла даже в очень холодный период года.

Вертикальный теплообменник удобнее, но стоит дороже, т.к. для его установки требуется профессиональное бурильное оборудование.

Видео:

К тому же, он будет и более долговечным – срок эксплуатации может доходить до 100 лет. Установка вертикального теплообменника, в отличие от горизонтального, не требует никаких изменений ландшафта.

Следует помнить, что хотя установка любого геотермального отопительного оборудования недешева и практически невозможна своими руками, она гарантированно окупится уже через пару лет.

Работа теплового насоса воздух-вода для бассейна

Тепловой насос воздух-вода для бассейна состоит из:

• Змеевика, который наполнен охлаждающим газом.
• Пластиковая емкость для испарения влаги.
• Конденсатор.
• Компрессор от нового или старого сплита.

В пластиковом испарителе, фреон становится газообразным, забирая тепло из окружающей среды. Газ поступает в компрессор, где благодаря давлению фреон нагревается и поступает в конденсатор. Здесь газ принимает жидкое состояние, идущее на тепло. Благоприятная температура в зимний период, обогрев тепловым насоса бассейна зимой от -10 до -20 градусов. При более низких температурных показателях насос перестает работать. Для этого разработали совместную работу с электрооборудованием, которое резервно включается при понижении температуры. Но как правило открытый бассейн не используется при таких низких температурах.

Основные характеристики

При выборе оборудования из всего многообразия характеристик обратите внимание на следующие характеристики.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.

Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.

С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Описание процесса

Вакуумный насос делают следующим образом:

1. Для начала спиливают ножовкой верхнюю часть компрессора.
2. Потом из корпуса извлекают подвешенный на пружинах мотор. Инструменты здесь не нужны – он не закреплён.
3. Медные трубки, что находятся в корпусе, соединяют с трубками стойкими к маслу, стыкуя с линиями «+» и «-» на моторе. Лишние элементы срезаются.
4. Вскрытый корпус необходимо снабдить крышкой. Она должна быть немного меньше отпиленного фрагмента, чтобы масло имело возможность стекать внутрь ёмкости (по её краям). Крышку лучше всего сделать из латунной фольги, используя паяльник. Её внутреннюю сторону снабжают рёбрами жёсткости, а внешнюю – оклеивают линолеумом (для шумоизоляции).

Во время работы компрессора непременно теряется некая часть масла, выбрасываемая в нагнетательную линию в качестве масляного тумана. Отслеживать расходы помогает трубчатый уровнемер. Он должен находиться за прозрачной трубкой, которая соединяется с ёмкостью при помощи шланга. Трубку можно заменить корпусом от шариковой ручки.

Уровнемер прикрывают колпачком для защиты от пыли, оставляя доступ для воздуха. На механизме своими руками проставляют отметины, обозначающие максимальный и минимальный уровень масла. Место стыковки трубки и шланга уплотняют герметиком.

Готовую конструкцию помещают в бокс. Его каркас делают из стального уголка размером 2,5х2,5 см. Любой листовой материал может выступить в качестве обшивки. В боковую стенку следует вмонтировать дверь, чтобы снимать показания с уровнемера, не извлекая вакуумный насос из бокса. Для фиксации будет достаточно самой простой защёлки.

Как повысить энергоэффективность системы?

Готовые заводские комплексы хороши тем, что все их конструкционные части и компоненты сбалансированы и подстроены друг под друга по характеристикам. Преимущество самостоятельной организации системы на отдельных агрегатах заключается в том, что каждый контур и рабочий узел можно модернизировать независимо от общей инфраструктуры. Так, многие отказываются от стандартного теплоаккумулятора, заменяя его функцию бетонной стяжкой. В этом случае геотермальное отопление будет работать с минимальными перепадами температур в контуре смесительного бака. Также рекомендуется экспериментировать с хладагентом и применением компрессоров с «плавающей» производительностью. Правильный расчет нагрузки с оптимальным распределением тепла по эксплуатирующим контурам позволит увеличить эффективность системы на 15-20 %, минимизировав при этом затраты на электроснабжение.

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.