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

Как сделать тепловой насос своими руками

Экология познания. Усадьба: В последние десятилетия у владельцев домов появился довольно большой выбор систем отопления. Уже необязательно подключаться к централизованным сетям и использовать традиционные источники. Можно выбрать оборудование, работающее на альтернативной энергии, но его главный недостаток – дороговизна. Впрочем, если сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить.

Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы.

Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит.

Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС. Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.

Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:

компрессор;
теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
расширительный (редукционный) клапан;
средства управления и автоматики;
магистрали из медных трубок.

В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель. После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое. Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:

Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.

Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:

питание компрессора;
вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
питание средств автоматики и контроля.

Получается, что при потреблении 1 кВт электричества действие теплового насоса может переместить в дом до 5 кВт тепловой энергии извне, отсюда и небылицы о КПД 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.

Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:

Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.

Тепловой насос вода-вода

Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса. Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:

Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.

Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и объема воды в пруде. Также существуют варианты погружения внешнего контура в проточную воду реки или канализационный септик.

Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.

Считается, что работа теплового насоса, добывающего тепло из грунта, — самая стабильная и эффективная. Но покупка и монтаж подобного оборудования очень дороги, а домашние мастера-умельцы редко прибегают к реализации этого варианта.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.

Необходимо отметить, что тепловой насос, придуманный и собранный своими руками, для подавляющего большинства рядовых пользователей останется недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению массу усилий и времени.

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы. В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:

Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата. По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:

Самодельный обогреватель из холодильника может функционировать до наружной температуры минус 5 ºС, не ниже.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Принцип работы геотермального отопления дома

В сознании человечества всегда имела место мысль, как же можно отопить жилище с помощью натуральных природных ресурсов. Ответ достаточно прост – геотермальное отопление дома. Данный способ отопления сполна может удовлетворить потребность человека в нагревании дома и сохранении уюта, не затрачивая при этом большие деньги на оплату коммунальных услуг. В данной статье мы рассмотрим, насколько эффективно такое отопление, какие виды бывают, и, что самое важное, как установить такую систему отопления самому.

Геотермальное отопление дома

Геотермальное отопление: разбираем принцип работы

Принцип работы такого вида отопления достаточно прост и заключается в свойстве земли не промерзать даже при достаточно низких температурах. Например, при температуре воздуха около минус пятнадцати земля промерзнет всего до пяти-семи градусов. А теперь давайте ответим на вопрос, можно ли вполне успешно вытягивать из этого свойства земли пользу и отапливать дом с помощью такого ресурса? Ответ очевиден: конечно же, да! Так почему бы и не сделать это? Дело в том, что все не так уж и просто. Для того чтобы установить такое отопление, нужно решить связанные с этим небольшие проблемы, которые перечислены ниже.

Геотермальное отопление монтаж

Чтобы достать из земли максимум тепла, нужно аккумулировать эту самую энергию тепла и сконцентрировать ее на обогревании дома, а это стоит некоторых усилий.
Нужно поддерживать температуру проводника. Нагретый стояк должен проводить тепло в жидкостях, которая будет проходить в центральной системе отопления.
Если же этот проводник остыл, его температуру нужно незамедлительно восстановить путем нагрева. Чтобы решить данную неурядицу были изобретены специальные геотермальные тепловые насосы, которые помогают справиться с поставленной задачей. Данное устройство помогает извлечь необходимое для нормального отопления дома количество тепла, которое может быть использовано для самых разных нужд. Кстати, такие насосы способны справляться с достаточно большими объемами работы. Возможности конструкции напрямую зависят от ее расположения в доме.

Если раньше такое явление, как отопление дома с помощь тепловой энергии земли можно было встретить исключительно за пределами нашей страны, то сегодня такие устройства – не чудо и не редкость.

Схема работы тепловых конструкций

При этом обратите внимание, что устанавливаются они не только на территории южных, теплых частей, как вы могли подумать. На территории Северных регионов это даже более частое явление. Давайте разберем более подробно, какая же схема работы у конструкций.
Давным-давно у людей возник вопрос, почему же при испарении с какой-либо поверхности определенных жидкостей, затем поверхность охлаждается, и почему же при этом забирается энергия. Как только ответ на данный вопрос был дан, возникла мысль, почему бы не запустить этот механизм в обратном порядке, то есть почему бы вместо ледяного, не получить теплый воздух. В пример можно привести работу современных систем кондиционирования: многие из них могут не только охлаждать, но и нагревать воздух. Единственным минусом таких устройств является их ограниченность в функционировании при маленьких температурах. В определенной температуре они просто не могут работать. В отличие от них, геотермальное отопление загородного дома полностью лишено такого недостатка, хотя принцип работы у них и у вышеупомянутого устройства примерно одинаковый.

Геотермальное отопление загородного дома

Несколько дополнений о работе

Геотермальное отопление дома требует немалых подготовительных и установочных работ, а также немалых затрат, которые, конечно, со временем в разы окупятся. На начальном этапе работы делается шахта. Ее длина, ширина, высота, а также прочие параметры индивидуальны в зависимости от площади отапливаемой территории и некоторых других факторов, например, на параметры раскопок очень влияет климат местности, в которой вы живете, тип почвы, трудность процесса, а также профессиональные качества бригады, которая будет заниматься установкой.
Второй шаг самый ответственный. В землю надо поместить специализированные трубы, которые и будут аккумулировать тепло земли и направлять ее на отопление вашего дома. Роль труб основная, в них и заключается весь принцип: трубы будут подавать тепло в насос, который обеспечивает отопительную жидкость теплом. Обратите внимание, что если вы решили заняться данным делом самостоятельно, то вам обязательно понадобится помощник, так как конструкции могут иметь очень большую массу – в одиночку вы просто не справитесь.

Пути функционирования системы

Чтобы сконцентрировать тепло земли и направить его в нужное русло, применяют несколько установок, которые помогут в этом насосу. Чтобы привести в работу эту, на первый взгляд, непростую систему, нужны следующие элементы:

тепловой насос. Обеспечивает нормальное функционирование антифриза. По сути, вся работа установки зависит именно от этого элемента;
испаритель – основная цель нахождения этого устройства под землей заключается в аккумуляции паров тепла, которые выходят из поверхности земли;
конденсатор. Контролирует работу антифриза и помогает поддержать его постоянную температуру;
бак. Собирает нагретую воду в одном месте для ее дальнейшего распределения.

Преимущества

Геотермальное отопление имеет ряд преимуществ, которые однозначно склонят вас к решению установки такой системы. Среди плюсов такие свойства, как:

безопасность для окружающей среды, а также для вашего здоровья и ваших близких. Такие системы не производят никаких вредных отбросов, в отличие от других систем подачи отопления;
насос требует небольшое количество электричества, но этот расход в несколько раз покрывается объемом обрабатываемой воды и тепла, которое образуется при работе системы;
функционирование системы не требует поддержания каким-либо посторонним сырьем или химическими средствами;

Функционирование системы геотермального отопления загородного дома

Установка оборудования

Вся сложность в установке оборудования состоит в монтаже обменника тепла в земле. Разумеется, установка геотермальных систем отопления сложна, но возможна, и во Всемирной паутине есть множество советов, как же это сделать, но мы все же не рекомендуем. Как показывает практика, самодеятельность не всегда увенчивается успехом. Если вы хотите получить гарантию нормального функционирования оборудования, а также долгий срок службы, то лучше воспользоваться услугами квалифицированных специалистов. Хотя, конечно, если вы уверены в своих силах, попробовать можно. Мастера проводят процедуру установки в несколько простых шагов:

Отопительное оборудование на дне водных ресурсов

Проводятся также некоторые профилактические проверки при участии хозяина дома, затем подписывается договор о сдаче работы.

Геотермальное отопление самостоятельно: возможно ли это?

Многие задаются вопросом, можно ли сделать геотермальный тепловой насос своими руками. Ответ весьма неоднозначен, это зависит от ваших навыков и знаний, но стоит сразу отметить, что единожды затратив средства на такое чудо инженерной мысли, вы навсегда забудете о скачках цен на газ и прочее сырье.

Установка отопительных труб в земле

Обратите внимание, что изнутри помещение обогревается такими же батареями, а вот тепло в них подается из труб.
Вам потребуется провести много работ по установке труб в земле, и учтите, что в одиночку вы не справитесь.
На тепловом котле, который будет располагаться непосредственно в доме, вы сможете без особого труда регулировать объем нужного тепла, который необходим для поддержания нормальной температуры. Если вы желаете уберечь от регулятора детей, то можно установить котел в отдельном помещении или комнате.

Геотермальный насос установка

Итак, делаем вывод, что термин «самостоятельно» не сполна характеризует установку оборудования своими руками. Самому можно выполнить лишь часть работ: установку геотермального насоса и установку системы отопления уже непосредственно внутри дома, хотя, если углубиться в тему, некоторые виды геотермального отопления можно провести и самому полностью.
Чтобы обобщить и уяснить ситуацию, усвоим, что принцип работы таких видов насосов основывается на законах физики, которые заключаются в том, что насос забирает тепловую энергию из земли, а также паров, которые она выделяет. Пары нагревают воду, затем она подается по основной системе. Что касается внутреннего обустройства системы при установке геотермального насоса, то оно остается таким же, как при любом другом устройстве и состоит из радиатора и блока отопления, который мы привыкли видеть в каждом дома.
В среднем, один киловатт электроэнергии приходится на пять киловатт нагретой воды.

Точка J

Обзоры и рейтинги статьи

Геотермальный тепловой насос своими руками для отопления дома

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 материале вы найдете советы экспертов по выбору геоагрегатов. А размещенные видеоролики раскроют секреты монтажа и принципы работы геотермальных насосов.

Как работает тепловой геоагрегат?
Какими бывают геотермальные установки?
- Вариант #1. Сборка по технологии «земля-вода»
- Вариант #2. Особенности теплонасосов «вода-вода»
- Вариант #3. Обустройство систем «воздух-вода»
Как сделать агрегат своими руками?
- Способ #1. Сборка из холодильника
- Способ #2. Теплонасос из кондиционера
Советы по выбору системы
Выводы и полезное видео по теме

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.

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.

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.

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:

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.
Обогащенный тепловой энергией фреон испаряется и, приняв газообразное состояние, поступает в компрессорную установку. Там температура газа повышается за счет сжатия и образуется конденсат.
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.

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».

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

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 метров, в нее опускают специальный геотермальный зонд и подключают его к насосу, подающему рабочую жидкость в домашнюю отопительную систему.

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 миллиметров.

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.

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.

Обычно устройства 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.

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.

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.

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;
в определенный срок меняют масло в силовых узлах (вентилятор, компрессор);
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 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.

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.

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

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.

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.

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, все системы в итоге окупают свои затраты и начинают 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

В ролике наглядно показано, как в большом доме из газосиликатного блока обустроена отопительная система на основе геотермального теплового оборудования «воздух-вода». Раскрыты некоторые интересные нюансы относительно монтажа оборудования и озвучены реальные цифры коммунальных платежей за месяц.

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.

Своими впечатлениями о тепловом геотермальном насосе делится реальный пользователь оборудования.

Профессиональный слесарь рассказывает, как в домашних условиях изготовить тепловой насос на основе мощного компрессора и трубчатых теплообменных деталей. Подробная инструкция в пошаговом режиме.

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.

Как сделать тепловой насос

Рассмотрим варианты изготовления теплового насоса своими руками

Что такое тепловой насос

Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа – теплового насоса.

Тепловой насос – устройство, которое использует тепло окружающей природы – воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса – фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.

Принцип работы теплового насоса – перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую – в систему отопления.

Казалось бы, тепловой насос – сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник – тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло – охлаждая продукты и грея импровизированную “систему отопления” – решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.

Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.

Схема работы теплового насоса

Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора – а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются – они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три – контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления.

Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов – по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.

Воздушные тепловые насосы – первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке – не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.

Воздушный тепловой насос DANFOSS установлен для отопления небольшого коттеджа

Водяные тепловые насосы – более стабильный вариант для отопления коттеджа. Как правило, его схемы работы заключается в том, что тепловой насос перекачивает воду из одной скважины в другую, отбирая у нее небольшое количество тепла. Производительность и эффективность таких тепловых насосов не зависит от температуры уличного воздуха, но нельзя дать 100% уверенность, что уровень воды в скважине не уменьшится.

Принцип работы водяного теплового насоса

Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже – тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.

Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором

Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами

В целом, при правильном подходе, тепловой насос – удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.

Пример котельной с тепловым насосом DANFOSS для отопления и нагрева горячей воды
zen.yandex.ru/media/teplo/

С вами продолжает мастерить дед Андрей…

«Все трудно лишь сначала»

/русская народная поговорка/

В предыдущей статье я рассказал, что такое тепловой насос и описал принцип его работы, сейчас же постараюсь рассказать, как его можно изготовить своими руками из подручных материалов.

В связи с тем, что тепловой насос, это достаточно сложное техническое устройство, то при изготовлении его своими руками, необходимо воспользоваться готовыми агрегатами, бывшими в употреблении. Такими элементами собираемой конструкции могут послужить компрессор от старого холодильника или кондиционера. Прочие основные узлы агрегата (испаритель и конденсатор) – можно изготовить самостоятельно из материалов приобретаемых отдельно или имеющихся в наличии.

Для выполнения работ, кроме компрессора, потребуются:

· запорная арматура (вентили) и терморегулирующий клапан;

· металлический бак или бочка, объемом 100 – 120 литров – 2 штуки;

· фитинги для используемых трубок;

· контрольно-измерительные приборы (термометр, манометр и прочие);

· строительные материалы для изготовления каркаса, имеющиеся в наличии (фанера, ДСП, металлический профиль и уголок).

Для справки: мощность компрессора холодильника достаточно не велика, поэтому при изготовлении теплового насоса использование агрегата от кондиционера является более предпочтительным.

Изначально следует определиться, каким образом будет располагаться тепловой насос в месте его размещения, это может быть:

· стационарно устанавливаемый агрегат – в этом случае все конструктивные элементы размещаются на стене и крепятся с использованием крепежных узлов (уголок, кронштейн и т.д.), после чего выполняется их зашивка строительными материалами с устройством дверок и смотровых окон;

· мобильная установка – все элементы конструкции размещаются в изначально собранном каркасе, после чего он зашивается, как и в случае стационарного размещения.

Для изготовления конденсатора (№ 7 на рисунке ниже) потребуется металлический бак и медные трубки, работы осуществляются следующим образом:

· трубка навивается на какой-либо круглый предмет в виде змеевика, диаметр которого меньше, чем диаметр используемого бака;

· бак или бочка, разрезаются пополам, и во внутреннее пространство помещается изготовленный змеевик, после чего бак (бочка) свариваются;

· места вывода змеевика герметизируются, а на его выводах монтируются фитинги;

· в верхнюю и нижнюю часть бака врезаются штуцера, обеспечивающие «вход» и «выход» теплоносителя.

Изготовление испарителя (№2 на рисунке выше) осуществляется аналогично, как и конденсатора, однако для снижения затрат на изготовление устройства, можно использовать полипропиленовые трубы и бочку, изготовленную из пластика.

Подготовив все конструктивные элементы, выполняется сварка внутреннего контура агрегата, с установкой терморегулирующего клапана (№ 4 на том же рисунке) и заполнением системы фреоном.

Для удобства и безопасности использования собираемого устройства, в систему врезаются прибору контроля (манометры) и собирается электрическая схема включения компрессора (№ 5 на рисунке) в питающую сеть. Электрическая схема должна иметь в своем составе коммутационные и защитные приборы, обеспечивающие удобную эксплуатацию и обслуживание теплового насоса.

При самостоятельном изготовлении и монтаже теплового насоса необходимо знать следующие тонкости выполнения работ, а именно:

1) Ввод хладагента в конденсатор следует делать сверху, а выход – снизу, это обеспечивает отсутствие его пузырения во время работы использования.

2) В испаритель хладагент должен подаваться снизу, что улучшает КПД использования агрегата.

3) При сборке (пайке) внутреннего контура теплового насоса, необходимо не перегреть монтируемый теплорегулирующий клапан, в противном случае он может выйти из строя или работать не корректно.

Когда все узлы собраны и система заполнена хладагентом, необходимо подключить внешний и внутренний контуры в соответствии с типом используемой системы («вода – вода», «земля – вода»). В этих контурах на их выводах (№№ 3, 6 и 8 на рисунке) должны быть установлены циркуляционные насосы (№ 1 на рисунке), обеспечивающие циркуляцию теплоносителей.

Для справки: при наличии теплообменников заводского изготовления, пластинчатых или иного типа, их можно использовать в качестве конденсатора и испарителя.

О том, как сделать самостоятельно еще какие-либо самоделки, расскажу в следующих статьях этого цикла.

Отопление от тепловой энергии земли своими руками

Многие наши соотечественники не понимают, о чем конкретно идет речь, когда говорят об отоплении жилища благодаря теплу земли. В это время западные страны уже давно практикуют такой вид обогрева дома, а его популярность все больше растет. Отопление с помощью газа и электроотопление у нас все еще наиболее популярно.

Отопление дома теплом земли

Богатства земли, по которой мы ходим, заключаются не только в драгоценных камнях и металлах, хранящихся в ней, и не в плодородной почве, но и в том, что глубина ее имеет огромные запасы геотермальной энергии. Извержения вулканов и гейзеры являются доказательством этого. Ядро нашей планеты имеет невероятно высокую температуру. Хоть и с приближением к поверхности земли грунт остывает, однако у нее есть геотермальное тепло, которое она может отдавать дальше.

Отопление собственными руками в частном доме

Система отопления загородного дома должна быть правильно подготовленной, чтобы ее проект стал экономически выгодным, легко выполнялся и являлся технологически современным. Давно используемые нами варианты отопления, где теплый воздух образуется при сгорании топлива, на сегодняшний день стоят довольно дорого, а все из-за постоянного роста цен на газ и электроэнергию. Помимо этого, традиционные методы обогрева помещения плохо отражаются на окружающей среде. Поэтому актуальным является вопрос геотермального отопления дома.

Отличным устройством для обогрева зданий из земли является тепловой насос и работающая вместе с ним система. Его установкой и всем процессом устройства отопительной системы можно заняться самому. Данный прибор может перерабатывать энергию воздуха, воды и земли. Для получения тепла применяют хладагент, который, находясь в жидком состоянии, течет по системам труб, установленным в почву.

На уровне полутора метров в глубине температура земли имеет одинаковый показатель, как летом, так и в зимний период – 8 градусов. Этого достаточно для «закипания» хладагента и его превращения в газ. Полученный состав всасывается специальным насосом компрессорного типа – выполняется его уменьшение в объеме и идет отдача тепла. На устройство приходит тепловая энергия, происходит нагревание теплоносителя системы обогрева дома. Из-за того, что охлаждающее вещество отдает тепло, он понижает свою температуру и благодаря специальному клапану снова становится жидким. Так происходит замыкание цикла.

Обогрев дома с помощью тепловой энергии земли

Безусловно, словосочетание «своими руками» к подаче тепла от геотермальных источников относится не полностью, а только лишь к креплению теплового прибора и отопительной системы в самом доме. Только два из существующих видов такого рода обогрева помещения вполне реально выполнить своими руками.

Главный принцип работы теплового насоса для обогрева дома заключается в передаче тепловой энергии, воздуха и подземных вод отопительной системе с большими показателями температуры. Благодаря такому способу в 4-10 раз становятся ниже отопительные расходы. К преимуществам геотермального обогрева дома относятся

продолжительный период службы;
функционирование осуществляется автоматически.

Схема альтернативного отопления дома

Насос, перекачивающий тепло, может функционировать без поломок примерно 15-25 лет.

Показатели при получении энергии от земли выглядит так: благодаря 1 кВт электроэнергии можно получить 5 кВт мощности. Если вы решили сами провести систему отопления от земли в своем дома, нужно знать некоторые нюансы его обустройства.

Принципы установки систем:

С теплообменником вертикального типа и скважинным насосом. На глубину от 50 до 200 м такие устройства погружают в землю. Это наиболее эффективный метод получения тепла, а такую систему удобно подводить в дом. Здесь требуется на нужный уровень глубины пробурить скважину.
Горизонтального типа теплообменник для обогрева дома. В этом случае коллекторные системы находятся на том уровне, где грунт может промерзать. Недостаток его в значительном использовании территории: около 500 квадратных метров для обогрева дома, площадь которого примерно 200 квадратных метров. Здесь также имеется отличительное свойство: запрещается монтировать коллекторные системы рядом с деревьями, на расстоянии менее, чем полтора метра от ствола.
Теплообменник для отопления дома, размещаемый в водоеме. Из всех он считается относительно недорогим, поскольку не нуждается в значительном объеме работ с грунтом. Такой вариант подходит только в том случае, когда рядом с домом находится водоем, на расстоянии 100 м и ближе. В свою очередь необходимо, чтобы источник воды был нужной глубины и в холодный период не замерзал.

Особенности выбора теплового насоса

Во время выбора теплового насоса, важно учитывать энергетическое состояние дома. Весомое значение имеет не то, какая у вас система отопления, а какая теплоизоляция помещения. Будут меньше затраты на обогрев дома, если этот показатель будет на высшем уровне. В таком случае не обязательно нужно будет брать насос большой мощности, что даст возможность уменьшить финансовые затраты.

Тепловой насос своими руками

Тепловой насос своими руками – это вполне реально. Люди, у которых есть небольшой загородный дом или дача, не редко осуществляют успешную разработку и установку тепловых насосов собственного изготовления.

Как сделать тепловой насос своими руками

Ниже описаны некоторые рекомендации по созданию данных приборов:

Первым делом, следует заняться приобретением компрессора, к примеру, такого как в кондиционере. Как правило, он крепится к стенке.
Изготовление другой важной части изделия, конденсатора, вполне реально выполнить своими руками. Чтобы сделать это, нужно медную трубу (диаметр не должен быть меньше 1 мм) изогнуть в форме змеевика, и уже в таком состоянии поместить в глубь металлического или пластикового корпуса. Как корпусом, можно пользоваться баком, подходящим по размерам. По окончании установки змеевика, части бака свариваются, и производится монтаж необходимых резьбовых соединений. Монтаж испарителя также чаще всего производится к стенке. Подсказка: для изготовления качественного змеевика, лучше всего произвести намотку медной сантехнической трубы поверх цилиндрического основания нужной толщины, для этого можно пользоваться газовым баллоном. Для достижения одинакового расстояния между витков, пользуются перфорированным алюминиевым уголком, на который и крепят витки змеевика.
Окончательным монтажом данных деталей, а именно пайкой медной трубки, закачкой фреона и т. п. должен заниматься исключительно профессиональный рабочий высокой квалификации. Выполнение этих работ без должного опыта может стать причиной повреждения оборудования, а помимо этого, значительно повышается вероятность получить бытовую травму.
Следующий этап – это подключение конструкции к отопительной системе строения.
После этого, следует перейти к монтажу и подключению наружного контура. Данный процесс обладает своими особенностями, которые различаются в зависимости от вида теплового насоса. Важно: до запуска теплового насоса, следует провести диагностику электрической проводки в доме и счетчика электроэнергии. Если описанное является ветхим и устаревшим, то потребуется замена. Приемлемой мощностью, которой обладает электросчетчик, можно считать отметку выше 40 ампер.

Стоит отметить, не всегда работа теплового насоса в отоплении дома полностью удовлетворяет всем требованиям хозяев. Обычно, это является следствием того, что термодинамические расчеты были выполнены неправильно. Результатом такой ошибки становиться система малой мощности, либо система получается слишком мощной, а это связано с перерасходом электроэнергии.

Для подбора системы, имеющей подходящую мощность, следует выполнить расчет теплопотерь постройки, и множество других расчетов. Такой расчет должен выполнять опытный инженер-проектировщик.

Тепловой насос своими руками видео

Насосы для отопления или тепловые насосы

У традиционных источников энергии есть один недостаток — большие финансовые затраты, кроме этого, они почти истощены. Человечеству ничего не остается, как заниматься поиском альтернативных источников энергии. Одними из таких источников на сегодняшний день являются насосы для отопления или тепловые насосы. Тепловой насос является экологически чистым и экономичным способом, обустроить отопление в доме.

Так как чистота окружающей среды в последнее время выходит на первый план ,тепловые насосы становятся все более популярными по всей планете. Приблизительные подсчеты показывают, что в мире существует 100 млн. насосов для отопления. Тепловыми насосами наиболее активно пользуются люди в таких странах как США, Япония и в европейских государствах.

Эти государства обладают даже специальными строительными нормами, по которым в новых домах тепловые насосы должны быть установлены в обязательном порядке.

Некоторые страны, к примеру, Швеция, могут похвастаться процентным соотношением тепловых насосов к другим отопительным системам 70 на 30.
Все тепловые насосы делятся на такие подвиды:

Грунт – Вода. Тепловые насосы этого вида пользуются геотермальной энергией почвы. Исполнение грунтового коллектора может быть горизонтальное или вертикальное. Ниже температуры промерзания, почва имеет постоянную температуру, какой бы холодной не была зима. Это дает возможность эффективно преобразовывать низко потенциальное тепло, и использовать его, чтобы обустроить горячее водоснабжение в загородном доме.
Вода – Вода. Тепловые насосы этого вида пользуются как источником тепла подземными грунтовыми водами. Такая вода круглогодично обладает температурой от 7 до 12 °С. Необходимое условие использования такого теплового насоса – это достаточное количество воды, которая будет прогнана по тепловому насосу. Данный параметр определяется производительностью насоса. Также, особого внимания требует и качество грунтовых вод.
Воздух – Вода. Тепловые насосы этого вида используют как источник тепла атмосферный воздух, недостатка в котором никогда не бывает. Кроме этого, такие тепловые насосы могут пользоваться сбросовым теплом — теплым воздухом, получаемым при охлаждении, к примеру, компрессоров. Данные тепловые насосы могут использоваться в отоплении и горячем водоснабжении, а так же как охладители помещений, если включены в моно электрическую схему. В условиях слишком низких температур, пользуются пиковым электрообогревателем, чтобы покрыть все потребности постройки в отоплении. Эти насосы могут служить дополнением для уже существующих отопительных систем.
Воздух – Воздух. В тепловых насосах такого вида, тепло берется из воздуха или приточно-вытяжного воздуха, смотря какая конструкция. В данных насосах устанавливают высокопроизводительные радиальные вентиляторы, что позволяет решить проблемы вентилирования постройки, рекуперации тепла, осушки воздуха и поддержания микроклимата в винных погребах.
Тепловые насосы – это будущее в развитии отопления.

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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

Проводятся геологоразведочные мероприятия, определяется глубина промерзания грунта.
Составляется проект системы, исходя из выбранной технологии (закрытая, открытая, с горизонтальным или вертикальным расположением контуров).
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).
Производится монтаж системы. Бурятся скважины или прокладываются системы траншей, возможна подготовка к размещению трубопроводов в водоеме.
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.

Цены на геотермальный тепловой насос

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