Отопление грунтовым тепловым насосом
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Отопление грунтовым тепловым насосом

Принцип работы земляного теплового насоса. Виды коллектора

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

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

Рис. 1 Схема работы насоса грунт-вода

Конструкция и принцип работы теплового насоса

Конструкция системы с тепловым насосом земля-вода:

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

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

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

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

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

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

Виды коллектора грунт вода

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

  • Вертикальный;
  • Горизонтальный.

Рис. 2 Виды коллекторов для грунтовых насосов: вертикальный и
горизонтальный

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

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

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

Рис. 3 Внешний контур насоса грунт-вода

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

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

Преимущества и недостатки насосов грунт вода

Тепловой насос грунт-вода имеют такие преимущества:

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

Недостатки земляных тепловых насосов:

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

Отопление тепловым устройством грунт вода

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

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

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

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

Рис. 4 Соединение труб муфтами в земляном коллекторе

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

Теплоноситель для теплового насоса

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

Рис. 5 Вход труб внешнего контура в дом

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

Мифы о тепловых насосах и почему это неправда

Ежегодно в Европе производят и устанавливают сотни тысяч тепловых насосов (ТН), в отдельные годы объемы доходили до миллиона. В России же эта цифра составляет всего около 500 единиц. Удивительно, но технология, которая получила признание и распространение по всему миру, пока воспринимается в нашей стране как дорогая нефункциональная экзотика, обросшая мифами и легендами. Самые распространенные из них рассмотрим ниже.

Миф № 1 Тепловой насос можно собрать самостоятельно, нет смысла его покупать и переплачивать за бренд

Факты. Механизм действия ТН действительно прост – они работают по принципу холодильника, только наоборот. Этот привычный всем агрегат, который есть на любой кухне, забирает лишнее тепло из продуктов и выводит его через заднюю стенку, которая всегда остается горячей. Действие и насосов, и холодильников основано на законах физики, которые гласят, что запасом тепловой энергии обладает любое тело с температурой выше нуля. Если охладить это тело, освобождается определенное количество энергии, которое можно «забрать». Например, при охлаждении пяти литров воды с 10 до 0 °С выделится 1,9 МДж тепловой энергии. Но холодильник «выбрасывает» это тепло в никуда, а насос отдает в систему отопления.

«В основе конструкции любого теплового насоса лежат теплообменники, компрессор, испаритель и расширительный клапан – это и породило миф о том, что данное оборудование можно собрать своими руками, просто соединив указанные элементы. Результат закономерно оказывается “не очень”, агрегаты или не работают, или работают крайне плохо, – поясняет Сергей Соловьев, специалист компании Viessmann, лидера инноваций в области отопления. – На самом деле тепловой насос – это сложная инженерная система, оснащенная автоматикой, контроллерами, защитами. Такие насосы будут служить по 20–25 лет, не требуя никакого особенного ухода и расходов на обслуживание».

Миф № 2 Покупка и установка теплового насоса обойдется в шесть – восемь раз дороже, чем отопительный котел и подключение к магистральному газопроводу

Факты. Подключение к магистральному газу далеко не всегда предпочтительный и бюджетный вариант. Удаленность от магистрали более чем на 200 метров делает это мероприятие «золотым», так как стоимость прокладки газовой трубы от дома до точки врезки в газопровод колеблется от двух до пяти тысяч рублей за метр в зависимости от региона. Таким образом, подключение к магистральному газу для Московской области с учетом прокладки труб, проектирования и врезки может начинаться от 400 до 700 тысяч рублей, для Нижнего Новгорода – от 150 до 200 тысяч.

Читать еще:  Печь на отработанном масле для водяного отопления

При невозможности использовать магистральный газ домовладелец обычно встает перед выбором: электрокотел за 120 тысяч рублей или тепловой насос? Но ведь насосы – дорого, от полумиллиона…

На самом деле довольно больших капитальных затрат на этапе покупки и монтажа требуют только геотермальные насосы. Те, что используют в качестве источника тепловой энергии грунт или грунтовые воды. Это связано с особенностями технологии: для их установки необходимы либо проектирование и укладка горизонтального коллектора, либо проведение буровых работ, если предусмотрены вертикальные зонды. Например, чтобы обеспечить теплом коттедж площадью 200 м² с помощью геотермального насоса, потребуется уложить коллектор на участке площадью четыре – шесть соток. Или пробурить три скважины для зондов на расстоянии пять-шесть метров друг от друга (по 80 метров глубиной каждую).

При установке теплового насоса затраты будут гораздо ниже за счет отсутствия дорогостоящих земляных работ. Например, модель Vitocal 100 S производителя устанавливается так: наружный блок располагается на внешней стене здания или на прилегающей территории, внутренний – в подвале или подсобке дома. Система в заводской комплектации уже оснащена всеми необходимыми компонентами: трехходовым переключающим клапаном, циркуляционным насосом, расширительным баком, контроллером теплового насоса. Стоимость таких насосов – от 280 тысяч рублей.

Миф № 3 Энергоэффективность тепловых насосов сильно преувеличена, они не окупаются

Факты. Тепловой насос, равно как и электрокотел, работает от электричества. Но в несколько раз эффективнее. Во сколько именно – зависит от коэффициента преобразования каждого конкретного теплового насоса, то есть от отношения полученного тепла к количеству электроэнергии, затраченной на работу компрессора насоса. И если котел выдает столько же тепла, сколько потребляет электричества, то тепловой насос «съедает» в три – шесть раз меньше. Например, для выработки 8 кВт/ч тепловой энергии геотермальной установке потребуется всего 2 кВт/ч электричества – ее коэффициент преобразования равен 4–4,5. В воздушных насосах в среднем за год – около 3.

Для полного развенчания мифа о низкой энергоэффективности тепловых насосов достаточно провести схематичный расчет.

Возьмем для примера дом площадью 150 м² в Подмосковье. Чтобы обеспечивать его теплом в течение семи месяцев отопительного сезона, электрокотлу потребуется около 37 800 кВт/час энергии. Тепловой насос с коэффициентом преобразования 4 потребит 9450 кВт/час. Тариф на электроэнергию в Московской области составляет 3,77 рубля за киловатт-час. Выходит, что отопительный сезон владельцу электрокотла обойдется в 142,5 тысячи рублей, а владельцу теплового насоса – в 36,6 тысячи.

Таким образом, если для обогрева дома используются воздушные ТН, то они окупятся буквально за 2–3 года. Геотермальные установки, начальными капитальными вложениями в которые всех активно пугают, окупаютсяi на десятый год использования.

Миф № 4 Тепловые насосы работают только при плюсовой температуре

Факты. В Швеции, где не менее суровая зима, чем в России, ТН установлены в каждом втором жилом доме. В соседней с ней Финляндии дома обогревают более 800 тысяч тепловых насосов, которые производят до 7 ТВт-ч возобновляемой энергии в год. Как – если они не работают при минусовых температурах?

«Это популярное заблуждение, – рассказывает Сергей Соловьев, Viessmann. – Связано с незнанием того факта, что в любой местности грунт имеет точку промерзания, после которой его температура всегда будет положительной. Даже в Архангельске в январе. Именно поэтому коллекторы грунтовых ТН укладываются ниже точки промерзания, на глубину 1,5–2 метра, там всегда “плюс”. Что касается воздушных тепловых насосов, то они могут работать при отрицательных температурах воздуха. Например, мы специально адаптировали систему Vitocal 100 S для эксплуатации в России, встроив подогреватель в поддон наружного блока. Он предотвращает замерзание конденсата зимой, и благодаря этому систему можно использовать при температуре до – 20 °C».

Чтобы правильно выбрать тепловой насос, нужно учитывать особенности каждой системы. Коэффициент эффективности грунтовых ТН в любое время года будет 4,5–5. У воздушных установок этот показатель снижается вместе с температурой на улице. При нуле эффективность системы «воздух – вода» – около 3,5, а при –20 °С COP равен 1,5–1,9. Следовательно, для южных регионов больше подойдут воздушные установки, а для суровой зимы – геотермальные системы.

Миф № 5 Тепловые насосы наносят ущерб экологии

Факты. Неправильно спроектированный коллектор геотермального насоса может привести к перемораживанию грунта – это, пожалуй, все, чем способно навредить природе использование ТН. И дело даже не в самом насосе, а в ошибках проектирования и монтажа, которых можно избежать, обращаясь в проверенные организации.

Что касается всего остального, то не зря тепловые насосы признаны одной из самых экологичных технологий. Например, в Европе, где политика сохранения невозобновляемых ресурсов стоит во главе угла, на государственном уровне стимулируют внедрение тепловых насосов. При работе этих систем в атмосферу не выбрасываются вредные окислы, а на почву не оседают вредные кислоты и бензольные соединения. Безопасны ТН и для человека, так как конструктивно не содержат никаких элементов, которые могут перегреться или взорваться, не требует дозаправок и пожароопасных резервуаров с запасами топлива. По уровню безопасности тепловые насосы считаются эквивалентными обычной домашней бытовой технике типа стиральных машин и холодильников.

Основными факторами, которые сдерживают популярность тепловых насосов в России, специалисты называют дефицит объективной информации об этих системах, относительно небольшую стоимость газа и отсутствие государственных программ по стимулированию внедрения энергоэффективного оборудования. Однако в условиях постоянного роста тарифов и повышения экологической грамотности потребитель все внимательнее присматривается к тепловым насосам, обеспечивающим полную автономию от центральных систем отопления и возможность более экономно расходовать средства на содержание дома.


i COP (coefficient of performance) – коэффициент преобразования, показывающий, во сколько раз больше тепловой насос выдает энергии относительно затраченной. Согласно стандарту 14511, при определении COP учитывается вся электроэнергия, потребляемая тепловым насосом: компрессором, контроллером, вентилятором (в случае воздушных тепловых насосов), а также энергия на преодоление гидравлического сопротивления теплообменников и выходная тепловая мощность. Показатель СОР геотермальных насосов обычно 4,5–5, в воздушных он зависит от температуры наружного воздуха.

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

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

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

Почему грунт эффективен

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

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

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

Устройство грунтового теплового насоса

Он состоит из двух основных блоков:

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

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

Горизонтальный коллектор

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

Длина труб и площадь траншеи зависят от:

  • Мощности теплового насоса – чем выше мощность насоса, тем больше должна быть площадь участка земли
  • Теплоотдачи грунта. Все грунты имеют разную теплоотдачу. В среднем для горизонтальной укладке труб теплоотдача грунта равна 15-35Вт/м 2 .

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

Вертикальный зонд

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

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

Сравнение требуемой площади земли для коллектора и зонда

Проведем простой расчет. Предположим, что нужно установить геотермальный тепловой насос мощностью 10кВт. Средняя тепловая мощность грунта для горизонтального коллектора – 25Вт/м 2 , для скважины – 50Вт/м глубины скважины.

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

Для визуального сравнения ниже приведено изображение участков с сохранением пропорций.

Скрытые утечки тепла в частном доме

Когда оправдано геотермальное отопление

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

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

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

Выводы

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

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

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

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

Тепловые насосы для отопления дома: виды и принцип работы

Среди вариантов альтернативного отопления можно отметить растущую популярность тепловых насосов. Высокая стоимость оборудования и монтажа такой конструкции не позволяет некоторым владельцам частных домов минимизировать затраты на отопление. Им обязательно стоит рассмотреть возможность сделать тепловой насос своими руками.

Устройство и принцип работы

Некоторым количеством тепловой энергии обладает практически любая среда, которая нас окружает, если только ее температура превышает 1 °C. Почему бы не использовать часть этой энергии для обогрева собственного дома? Делается это с помощью теплового насоса.

Основан принцип работы теплового насоса на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю, который имеет более высокую температуру. На практике выглядит это таким образом:

  1. Теплоноситель поступает в трубопровод, расположенный, например, в грунте, и нагревается на несколько градусов.
  2. Затем теплоноситель попадает в теплообменник (или испаритель) и передаёт собранную тепловую энергию на внутренний контур.
  3. Хладагент (вещество с низкой температурой кипения, находящееся под низким давлением), который находится во внешнем контуре, нагревается в испарителе и превращается в газ.
  4. Затем газообразный хладагент попадает в компрессор, где сжимается под воздействием высокого давления. При этом температура хладагента становится ещё выше.
  5. Горячий газ поступает в конденсатор, где передаёт тепловую энергию теплоносителю внутренней системы отопления дома.
  6. После этого хладагент, потерявший тепло, возвращается в систему в жидком состоянии.

Работа холодильных установок основана на таком же принципе, поэтому некоторые виды тепловых насосов в летнее время можно вполне успешно использовать в качестве кондиционеров, т. е. для охлаждения помещения.

Тепловой насос позволяет обогревать дом, используя низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды

Видео: устройство и работа тепловых агрегатов

Виды агрегатов

Наглядное представление о вариантах устройства тепловых насосов представляет их классификация по виду теплоносителя на внешнем и внутреннем контурах конструкции. Получать энергию устройство может из:

  • грунта;
  • воды (водоём или источник);
  • воздуха.

Внутри дома полученная тепловая энергия может использоваться в системе отопления, а также для подогрева воды или для кондиционирования воздуха. Поэтому различают несколько видов тепловых насосов в зависимости от сочетания этих элементов и функций.

Система «грунт-вода»

Получение тепла из грунта считается одним из самых эффективных для этого типа альтернативного отопления, поскольку уже примерно в пяти метрах от поверхности температура грунта остаётся достаточно постоянной, мало подвержена изменениям погодных условий.

В геотермальном тепловом насосе используют специальные теплопроводящие зонды

В качестве теплоносителя на внешнем контуре используется специальная жидкость, которую принято называть рассолом. Это экологически безопасный состав.

Наружный контур теплового насоса типа «грунт-вода» выполняют из пластиковых труб. Разместить их в грунте можно горизонтально или вертикально. В первом случае могут понадобиться работы на значительной площади, от 25 до 50 кв. м на каждый киловатт мощности насоса. Площади, отведённые под устройство горизонтального коллектора, нельзя использовать для сельскохозяйственных нужд. Здесь допустима только разбивка газона или высадка однолетних цветущих растений.

Для сооружения вертикального коллектора понадобится ряд скважин глубиной 50-150 метров. Поскольку температура грунта на такой глубине выше и устойчивее, такой геотермальный тепловой насос считается более эффективным. Для передачи тепла в этом случае используются специальные глубинные зонды.

Насос «вода-вода»

Не менее эффективным выбором может стать тепловой насос вода вода, поскольку на большой глубине температура воды остается достаточно высокой и постоянной. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться:

  • открытые водоёмы (озёра, реки);
  • грунтовые воды (скважины, колодцы);
  • сточные воды промышленных технологических циклов (обратное водоснабжение).

Принципиальных отличий в конструкции теплонасосов «грунт-вода» или «вода-вода» не имеется. Наименьших затрат потребует сооружение теплонасоса, использующего энергию открытого водоёма: трубы с теплоносителем нужно снабдить грузом и погрузить в воду. При использовании потенциала грунтовых вод понадобится более сложная конструкция. Может потребоваться сооружение дополнительного колодца для сброса воды, которая проходит через теплообменник.

Использование теплового насоса вода-вода в открытом водоеме может быть очень выгодным

Универсальный вариант «воздух-вода»

По эффективности тепловой насос воздух вода уступает другим моделям, поскольку в холодное время года мощность его ощутимо снижается. Однако для его монтажа не требуется сложных работ по выемке грунта или по сооружению глубоких скважин. Нужно только выбрать и установить подходящее оборудование, например, прямо на крыше дома.

Тепловой насос воздух-вода можно установить без масштабных монтажных работ

Несомненным преимуществом этой конструкции является способность повторно использовать тепло, которое покидает обогреваемые теплонасосом помещения с отработанным воздухом или водой, а также в виде дыма, газа и т. п. Чтобы компенсировать недостаток мощности воздушного теплонасоса в зимний период, следует предусмотреть варианты альтернативного отопления.

Наименее затратным вариантом может стать тепловой насос воздух-воздух, для сооружения которого не нужны сложные работы по созданию традиционной системы водяного отопления в помещениях.

Преимущества и недостатки системы

Установка теплового насоса дома и включение его в систему отопления или создание полноценной отопительной станции решит ряд насущных проблем и имеет следующие преимущества:

  • это автономная система отопления, единственным централизованным элементом которой является подключение к электросети;
  • этот способ позволяет значительно сэкономить на дорогостоящих энергетических носителях, которые традиционно применяются для отопления и существенно снизить затраты на коммунальные услуги. Средний Коэффициент преобразования теплоты равен 3,5 – 4,5. Из 1 кВт электроэнергии насос вырабатывает от 3 до 7 кВт тепла. Это самые высокие показатели среди всех видов котлов, работающих на любом топливе;
  • система безопасна для здоровья человека и для экологии. Она помогает сберечь невозобновляемые энергоресурсы планеты;
  • пожарная безопасность и невоспламеняемость деталей. Этот котёл не перегревается, не взрывается, не горит, не выделяет угарный газ;
  • один насос может вырабатывать как тепло, так и холод, обеспечивая нужный микроклимат в доме, а также нагревать воду для бытовых нужд;
  • долговечность – по опыту европейских жителей срок службы оборудования составляет 20-50 лет;
  • комфорт и бесшумная работа. Управление системой осуществляется с помощью автоматики;
  • установка насоса не требует согласований, которые нужны при монтаже, например, газового оборудования.

В Норвегии и Швеции 95% всех домов отапливаются тепловыми насосами.

Преимуществ у такой системы гораздо больше, чем недостатков

К недостаткам можно отнести:

  • относительно высокую стоимость установки и самого насоса, окупаемость такой системы напрямую зависит от интенсивности её эксплуатации;
  • необходимость привлечения специалистов и применения специальной бурильной и иной техники для обустройства геотермального насоса с вертикальным контуром, глубина которого может достигать 200 м.

Как сделать тепловой насос своими руками

Использовать тепловые насосы для отопления дома выгодно и удобно. Имеющийся опыт показывает, что в частных домах жилой площадью более 400 кв. м такая конструкция окупится в течение нескольких лет эксплуатации, несмотря на высокую стоимость. Владельцы домов с более скромными размерами успешно разрабатывают и устанавливают теплонасосы собственной конструкции. Вот некоторые принципы создания этих полезных устройств:

  • для начала нужно позаботиться о приобретении компрессора, например, предназначенного для кондиционера. Обычно его закрепляют на стене.
  • другую важную часть конструкции — конденсатор — можно сделать самостоятельно. Для этого понадобится сделать змеевик из медной трубы (толщина не менее 1 мм), который помещают в корпус из металла или пластика. В качестве корпуса подойдёт бак подходящего размера. После того как змеевик установлен, половинки бака сваривают, монтируя необходимые резьбовые соединения. Испаритель тоже обычно монтируют на стене. Чтобы сделать качественный змеевик, можно намотать медную сантехническую трубу вокруг предмета подходящего диаметра, вполне подойдет газовый баллон. Чтобы расстояние между витками было одинаковым, используют перфорированный алюминиевый уголок, на котором закрепляют витки змеевика.
  • окончательный монтаж этого оборудования: пайку медной трубы, закачку фреона и т. п. — должен выполнять только квалифицированный специалист. Неумелые действия могут повредить оборудование, кроме того, они связаны с высокой вероятностью получения бытовых травм.
  • после этого конструкцию подключают к внутренней системе отопления дома.
  • затем производится монтаж и подключение наружного контура, особенности этого процесса зависят от вида теплового насоса.

Перед пуском теплонасоса не помешает диагностировать состояние домовой электропроводки и счетчика. Ветхое и устаревшее оборудование необходимо заменить. Приемлемая мощность электросчётчика составляет не менее 40 ампер.

К сожалению, не всякий тепловой насос для отопления дома оправдывает ожидания владельцев. Чаще всего это связано с отсутствием правильных термодинамических расчётов. В результате получается система с недостаточной мощностью или неоправданно растут затраты на чрезмерно мощное оборудование. Чтобы подобрать систему с подходящей мощностью, следует учесть теплопотери здания, а также множество других характеристик. Поручать такие расчёты следует инженеру-проектировщику.

Читать еще:  Колпаковая печь с котлом водяного отопления

Рентабельность и целесообразность использования тепловых насосов

Чтобы достигнуть существенной экономии на отопительном бюджете на долгие годы, необходимо затратить значительные средства на этапе проектирования и установки. Окупаемость такой отопительной системы отложена во времени, она зависит от условий эксплуатации.

Энергия, взятая из окружающей среды, не требует оплаты и не заканчивается.

Если в доме пол и стены утеплены правильно, то тепловой насос будет работать максимально эффективно. Потери тепла не должны превышать 100 Вт на 1 кв. метр.

Ниже представлено сравнение затрат на отопление при использовании различных энергоносителей.

Чтобы экономить на отоплении, придётся потратить немалую сумму на установку теплового насоса

Очень выгодно включать насос в систему теплых полов или стен, где рабочая температура составляет примерно 40 градусов. Показателем экономии можно считать отсутствие перегрева отопительного контура и замерзания теплоносителя при отключении насоса, что позволяет повысить надежность системы и снизить риск аварии и частоту профилактических и ремонтных работ.

Стоимость установки такой системы, зависит от нескольких факторов:

  • площадь отапливаемых помещений дома;
  • разновидность конструкции насоса;
  • системы отопления и трубы, проложенные в доме;
  • показатели потерь тепла.

Для небольшого дома площадью 130 кв. м при установке насоса с грунтовым забором тепла, стоимость оборудования составит 450 000 р., а монтаж потянет на 300 000 р.

Насос «воздух-вода» будет стоить 300 00 р., установка составит 80 000 р., это самый недорогой вариант.

Стоимость установок начинается от 450 тыс. руб.

Максимальные затраты потребуются при глубоком бурении с низкой точкой промерзания и при большой площади дома, например, 400 кв. м. Оборудование обойдется в 800 000 р., а установка – в 360 000 р. Затраты включают в себя все проектные и земляные, наземные работы и все элементы насоса и отопительной системы.

Материал актуализирован 29.03.2018

Отопление тепловым насосом

Отопление дома тепловым насосом

Как происходит отопление дома с помощью теплового насоса какой принцип работы геотермального теплового насоса и многое другое, рассмотрим в этой статье. Вообще главное преимущество теплового насоса — это реальная возможность преобразования энергии электричества из 1 кВт в 5 кВт тепловой энергии. Энергоэффективность зависит, впрочем от многих факторов, которые рассмотрены ниже. Но как бы там ни было: заманчивая перспектива трансформации, не правда ли?

В чем преимущество тепловых насосов для отопления?

Самое главное преимущество геотермального насоса — это возможность полностью исключить необходимость использования системы отопления на газу, который на сегодняшний день достаточно дорогой. Кроме дороговизны газа, вопросы возникают и к качеству такого топлива для отопительных систем. Так что Вы, кроме цены на газ, решаете вопрос со стабильностью работы системы а также не подвергаетесь проблеме проводки газа к дому и разрешения всех официальных вопросов в подключении. Короче говоря можно выделить основные плюсы использования тепловых насосов:

  • Полная пожаробезопасность материалов и системы в целом
  • Нет необходимости в дорогостоящем подключении газа
  • Нет необходимости в монтаже дымохода, который зачастую бывает отдельной проблемой
  • Сохранение нервов, ведь полностью исключается общение с газовыми конторами
  • Неприхотливость в обслуживании
  • Надёжность — срок службы зондов в системе геотермальных насосов до 100 лет. Компрессор — 30 лет. Об этих компонентах, ниже в статье.
  • Небольшое потребление электроэнергии делает возможность подключение резервного питания в случае отключения электричества. Либо с помощью дизельного генератора, либо с помощью источника бесперебойного питания.
  • После окончательного монтажа грунтовая скважина не требует каких-то особых условий, а значит не вносит никаких изменений в ландшафтный дизайн вашего участка. Внешне никто даже знать не будет о том, что в вашем частном доме происходит отопление воздушным тепловым насосом.
  • Автоматика тепловых насосов работает настолько чутко, что в зависимости от малейших изменений погодных условий, способна сама изменять режим работы. Переходить с отопления на охлаждение и наоборот.
  • Воздушный тепловой насос для отопления не требует особых условий для установки и работает с крайне низким уровнем шума.
  • Главный минус в установке такой системы — цена на отопление тепловым насосом. Именно цена монтажа и системы.

Отопление тепловым насосом очень выгодно, ведь при достаточно небольшом использовании электричества, можно обеспечить дома комфортом, теплом и горячей водой. Кроме этого, летом тепловой насос для отопления дома, может служить как кондиционер, охлаждая помещения в доме. Если говорить про добавочную функцию в отоплении теплового насоса или подстраховки для твердотопливного котла, то таким образом, Вы обезопасите себя ещё и на случай отключения электричества, ведь можно подобрать полностью энергонезависимый твердотопливный котёл. Кроме всего прочего при использовании твердотопливных котлов в сочетании с отоплением частного дома тепловым насосом, вы можете быть уверены в максимальном КПД, ведь понизить качество электроэнергии нереально, а твёрдое топливо, вы можете контролировать сами.

Как работает геотермальный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса заключается в работе геотермального контура. Такой контур забирает тепло из земли и обеспечивает температуру нагрева. При этом, нагревание не зависит от внешних погодных факторов. Как же работает геотермальный контур? В скважины, глубиной до сотни метров помещаются специальные грунтовые зонды, с помощью которых и происходит нагрев. В геотермальных скважинах температура всегда статична, независимо от поры года. Специальный рассол(пропилен-николь) греется, забирая от грунтового горизонта тепло, до 6 С°. Циркулируя по замкнутому контуру, тепло передаётся на испаритель теплового насоса. На конденсаторе, насос преобразует тепло до 60 С°. Таким образом, мы имеем температуру, готовую к нагреву непосредственно теплоносителя. Вода нагревается и подаётся по системе в дом, для использования в бытовых целях и нагрева для системы отопления. Принцип действия охлаждения, при тёплой погоде, разделяется на два типа:

  • Активное — компрессор в работе, но тепловой насос работает наоборот. Забирает тепло из системы отопления и передаёт температуры в грунт. Грунтовые зонды осуществляют передачу тепла уже в землю.
  • Пассивное — вода охлаждается в теплообменнике при выключенном компрессоре.

Важно!

Отопление тепловым насосом своими руками сделать достаточно сложно, ведь такая система отопления тепловым насосом, очень сложная с точки зрения инженерии. Как следствие в виду неправильного монтажа системы или неопытности в монтаже, даже фирма, целенаправленно занимающаяся геотермальными насосами, может наломать дров. Начиная от падения КПД, путём снижения эффективности преобразования, вплоть до неработающей системы в итоге вообще. Чаще всего фирмы “играются” с глубиной скважины, чтобы составить более демократичную смету и удешевить всю систему в целом. Конечно, цена отопления дома тепловым насосом сразу упадёт для заказчика, таким образом фирма будет иметь возможность сделать систему дешевле, но потом начнутся проблемы с эксплуатацией. Например скважины могут смерзаться, в следствие чего, тепловой насос по эффективности упадёт в разы. Как бы не пришлось ставить отопительные приборы для отогрева отопительной системы. Это ведь бред?

Также можно уменьшить цену на тепловые насосы для отопления, путём применения дешёвых зондов, которые развалятся в скором времени. Решение конечно есть: бурить новые скважины, разрушая уже готовый ландшафтный проект, но оно Вам надо? Так что лучше тщательно выбирайте качественные комплектующие и не поскупитесь купить тепловой насос для отопления подороже.
Ещё в целях экономии, в контур, заливают антифриз вместо пропилена гликоля. Это дешевле, да, но такой антифриз может отравить почву на вашем участке.

Короче говоря, обдумывая как и что сделать, не поскупитесь на нормальную, качественно сделанную, систему отопления. Стоимость отопления тепловым насосом, а именно монтажа системы, выйдет в таком случае первоначально дороже, зато Вы будете иметь работающую систему на сто лет вперед.

Тепловые насосы — расчёт отопления.

Отопление загородного дома тепловым насосом или дома в черте города, в плане расчётов зависит от многих факторов. Но всё же можно выделить общие тенденции в расчётах.
Коэффициент преобразования — определяет эффективность геотермального насоса. Этот коэффициент характеризуется соотношением полученного тепла и потраченной электроэнергией. Обычно, при правильном монтаже системы, такой коэффициент составляет около пяти. Другими словами 1 кВт потраченной электроэнергии даёт 5 кВт тепловой энергии.

Путём несложных математических махинаций можно вычислить стоимость одного кВт тепла, например с учётом тарифов в Украине. Тариф на март 2015 года составляет 30,84 коп за кВт/ч. Таким образом стоимость кВт тепла, которое произведено в системе отопления тепловым насосом, составляет около 7 копеек.

Цена на тепловой насос отопления

Что входит в стоимость теплового насоса отопления? В зависимости от фирмы-монтажника системы отопления на тепловом насосе, комплект может включать в себя по работам и комплектующим:

  • Скважины, бурение скважин.
  • Спуск зондов.
  • Комплектация скважин
  • Монтаж системы. Гребенка зондов, гидравлическая обвязка, автоматика.
  • Бойлер
  • Тепловой насос
  • Геотермальные зонды
  • Пропилен-гликоль

Тепловой насос сегодня один из основных видов альтернативного отопления дома. Конечно, стоимость геотермального отопления и системы в целом зависит от многих факторов. Это и производитель — брэнд, и мощность, и глубина бурения, возможностей в теплоотдаче у грунта и многого другого. Но если уж сильно округлить и внести в стоимость монтаж котельной, бурение нескольких, необходимых для нормальной работы скважин до 100метров, тепловой насос, зонды, обвязку, то при квадратуре дома в районе 300 метров квадратных, отопление тепловым насосом обойдётся Вам в 25 тысяч долларов. Опять-таки, стоимость очень приблизительная. Также учтите, что собрать правильно систему теплового насоса намного сложнее, чем скажем установить электрический котёл отопления. Так что желательно обратиться за подробной информацией к фирмам, которые занимаются целенаправленно монтажом таких систем отопления.

Отопление тепловым насосом: 5 комментариев

Обратившись в нормальную компанию , Вы сможете получить детальный расчет и подбор оборудования для Вашего загородного дома от профессионалов. Цена теплового насоса для дома зависит от площади дома и расчитывается менеджарами индивидуально.

Опираясь на вышеприведенные исходные данные по отоплению, вычислим годовую потребность в тепловой энергии данного загородного дома. Есть ещё входные данные, этих достаточно.

Стоимость монтажа, и оборудования для монтажа тепловых насосов указана приблизительно. Стоимость монтажа тепловых насосов может колебаться как в меньшую сторону, в случае если часть работ вы можете выполнить самостоятельно, так и в сторону увеличения, в случае усложнения системы, покупки дополнительных опций для отопления дома тепловым насосом. Спасибо.

Он извлекает тепло из земли, воздуха, грунтовых вод и преобразовывает его в тепловую энергию, предназначенную для обогрева здания.

Очень полезная вещь этот насос, да кстати и безопасная, практически невозможно довести воду до кипения…

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector