Тепловой насос земля вода
Ardenergy.ru

Канализация и водоснабжение

Тепловой насос земля вода

Как работает тепловой насос «грунт-вода» — плюсы и минусы, выбор оборудования

Обновлено: 9 марта 2020

Тепловой насос «грунт-вода» для дома

Из всех разновидностей тепловых насосов, существующих на сегодняшний день, системы «грунт-вода» имеют наибольшую эффективность. При этом, они самые дорогостоящие, требуют больших трудозатрат для создания, что существенно ограничивает популярность и распространение этих комплектов. Рассмотрим устройство систем «грунт-вода», их возможности и особенности эксплуатации. Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье, «воздух-вода» в этой и «воздух-воздух» здесь.

Исследования ученых показали, что на глубине около 1,5-2 м почва практически никогда не изменяет свою температуру, составляющую от 5°С, до 10°С и стабильно находящуюся в этих пределах. Это позволяет использовать ее в качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для ТН.

Система, созданная на базе такого источника, не зависит от внешних факторов, в частности — от изменения климатических или погодных условий, понижения температуры и т. п. Единственная сложность — способ отбора тепловой энергии. Для этого используется обычная вода или (чаще) другой теплоноситель (антифриз, этиленгликоль), циркулирующий в трубах, погруженных тем или иным способом в грунт.

Основная проблема заключается в том, что для набора нужной температуры теплоноситель должен довольно длительное время находиться под землей, так как на выходе из испарителя он сильно охлаждается. Вопрос решается увеличением протяженности трубопровода, чтобы за время транспортировки потока он успевал нагреться до температуры грунта. Стабильность температуры почвы имеет очень положительное значение, так как появляется возможность отказаться от регулировки скорости циркуляции теплоносителя, настроив ее один раз при запуске системы в эксплуатацию.

Как работают тепловые насосы «земля-вода»

Конструкция ТН типа «грунт-вода» основана на обычном для подобного оборудования принципе действия холодильника (или, говоря более научным языком, на использовании цикла Карно). Нагрев теплоносителя (воды) происходит благодаря значительному повышению температуры при сильном сжатии паров хладагента (фреона), после чего производится сброс давления и испарение. При этом температура фреона сильно падает, и перед повторным циклом сжатия ее надо поднимать до рабочего значения.

Это происходит при помощи теплообмена с водой, циркулирующей под землей на глубине 30-50 см ниже уровня промерзания почвы. Устройство для такого получения тепловой энергии называется коллектором и представляет собой довольно обширный котлован глубиной 1,5-2 метра, в котором уложен трубопровод с теплоносителем и засыпан слоем грунта.

Другой вариант — вода циркулирует в скважине глубиной около 50-70 м, куда опущена петля из полиэтиленового трубопровода. Всего существует три типа подземных теплообменников:

  • вертикальный зонд (петля из трубы)
  • энергетическая свая (техническое сооружение или устройство, использующее способ зонда, но более эффективное и получающее большую тепловую мощность)
  • плоский коллектор

Все способы получения тепловой энергии грунта имеют свои достоинства и недостатки, о чем будет сказано позже.

Тепловой насос — это два теплообменника, работающие в параллельном режиме, соединенные между собой компрессором, повышающим давление на входе в конденсатор (теплообменник №1) и дросселем, сбрасывающим давление на входе в испаритель (теплообменник №2).

Конструктивно это два отделения, каждое из которых обеспечивает половинный цикл Карно. Фреон, циркулирующий в системе по замкнутому циклу, отдает тепловую энергию в систему отопления и ГВС дома, восполняя ее теплом, отобранным от грунта теплоносителем из скважины или коллектора. Оба отделения могут располагаться в одном корпусе, или быть установлены на расстоянии друг от друга, главное условие — стабильность работы и отсутствие потерь при следовании хладагента из одного теплообменника в другой.

Достоинства и недостатки

Достоинства систем «грунт-вода»:

  • стабильная и не зависящая ни от каких факторов температура источника тепловой энергии, обеспечивающая высокую эффективность комплекса
  • возможность использования систем в сложных климатических условиях, регионах с низкими зимними температурами
  • надежность и устойчивость работы системы
  • высокая долговечность грунтового теплообменника
  • универсальность работы системы — помимо отопления возможна организация ГВС дома

Существуют и недостатки:

  • высокая стоимость оборудования, большие трудозатраты на создание коллекторов или бурение скважин. В сочетании с общей дороговизной оборудования, такая система потребует финансовых вложений в 4-5 раз превышающих расходы на теплонасосы воздушного типа
  • большие объемы земляных работ, требующих либо больших площадей, либо бурения глубоких скважин. В обоих случаях вопрос упирается в административные проблемы, необходимость получения разрешений на использование земли и т.д.

Еще одна проблема — вымораживание участка земли, используемого под коллектор. Холодный фреон существенно охлаждает грунт, нарушая естественный температурный режим, что отрицательно сказывается на растениях. Вопрос решается погружением трубопроводов на большую глубину, но это автоматически увеличивает расходы.

Сложности с получением разрешений и большие трудозатраты являются причинами отказа большинства пользователей от идеи установить теплонасос «грунт-вода», хотя при наличии возможностей распространение этого типа ТН было бы гораздо шире.

Расчет мощности установки

Произвести полноценный расчет установки для неопытного человека, не имеющего специального образования — непосильная задача. Даже профессионалы испытывают немалые затруднения при выполнении расчетов, так как в процессе принимают участие многие факторы, которые необходимо учесть. Поэтому для предварительной оценки параметров теплового насоса надо либо обращаться к специалистам, что очень дорого (и надо их еще отыскать), либо использовать онлайн-калькулятор, способный заменить профессионалов совершенно бесплатно.

Можно также обойтись простыми прикидками.

Например, для подсчета площади, необходимой под коллектор, надо отапливаемую площадь умножить на 2 (для дома в 100 м 2 площадь коллектора составит 100 × 2 = 200 м 2 ). Подсчитать примерную мощность теплового насоса можно, принимая 0,7 кВт на каждые 10 м 2 площади (для дома площадью 100 м 2 потребуется система мощностью 7 кВт). По этим параметрам можно выбирать подходящее оборудование.

Топ-5 лучших насосов

Приобретение готового комплекта — дорогостоящее мероприятие. Стоимость теплового насоса относительно невысокой мощности начинается от 8000 долларов, а для крупных систем, сочетающих обогрев и ГВС, цена поднимется гораздо выше.

Подбор конкретной модели производится исходя из потребностей дома и возможностей владельца, поэтому рекомендовать какое-либо устройство нет смысла. Однако, обладая информацией о наиболее известных производителях, можно определиться в своих предпочтениях и ограничить выбор самыми лучшими фирмами.

Рассмотрим их подробнее:

FHP (США)

Надежное и экономичное оборудование от лидера среди производителей тепловых насосов.

MECMASTER ENERGI AB (Швеция)

Компания, создающая тепловое оборудование с 60-х годов прошлого века и имеющая собственные традиции, разработки и изобретения в этой сфере.

Avenir Energie (Франция)

Фирма, лидирующая среди подобных компаний и создающая широкий модельный ряд тепловых насосов.

Steinmann (Швейцария)

Традиционное европейское качество, полная сертификация всего оборудования и методик обогрева.

Viessmann (ЕС, Китай)

Компания, делающая серьезные заявки на лидерство среди основных производителей тепловых насосов.

Перечисленные производители являются самыми заметными среди большого количества продавцов теплонасосов, полный перечень изготовителей подобного оборудования привести попросту невозможно.

Рекомендуемое оборудование

Стоимость установки

Монтаж системы обойдется в сумму, начинающуюся от 2000 долларов.

Этот предел подтверждают все специалисты, причем, все варианты упираются в состав и качество грунта, наличие монолитных горных пород или водоносных горизонтов. Чем выше сложность земляных работ, тем больше придется заплатить за создание отопительной системы, поэтому большинство пользователей пытается решать вопрос самостоятельно, по мере своих возможностей.

Как сделать тепловой насос «грунт-вода» своими руками

Цены на готовое оборудование таковы, что для большинства пользователей приобретение попросту недоступно. Пойти на такие расходы может только очень обеспеченный человек, но решением вопроса вполне может стать самостоятельное изготовление теплонасоса. В этом случае расходы упадут почти до нуля, но придется изрядно повозиться и побегать по инстанциям, чтобы получить разрешение на производство земляных работ. Если все вопросы административного порядка не являются проблемой, можно приступать к работам.

Бурение скважины

Создание коллектора или бурение скважины являются операциями, которые крайне сложно выполнить своими руками. Для этих работ приглашают специалистов с необходимой техникой. Все действия выполняются согласно заранее рассчитанным параметрам, в готовую скважину или коллектор погружается трубопровод, производятся все остальные действия. В результате должны остаться лишь два конца трубы, выходящие из земли или скважины. Впоследствии они будут присоединены к испарителю теплового насоса. После этого приступают к созданию контура с хладагентом.

Расчеты и сделать рабочие чертежи

Прежде всего, необходимо произвести расчеты и сделать рабочие чертежи. Предстоит большой объем работ, выполнять их наугад нецелесообразно. Создание проекта поможет тщательно продумать все рабочие моменты, позволит вовремя обнаружить ошибки и просчеты.

Купить оборудование

Вторым шагом станет приобретение всех элементов системы, которые изготовить самостоятельно нельзя. К ним можно отнести компрессор, блоки управления, насосы и прочие узлы системы.

Сборка теплонасоса

После этого приступают к непосредственному созданию теплонасоса. Для изготовления конденсатора потребуется бак из нержавейки объемом около 120 л. Бак разрезается в продольном направлении, впоследствии половинки надо будет сварить между собой, поэтому резать надо максимально аккуратно. Внутрь этого бака надо установить змеевик из медной трубки таким образом, чтобы жидкость, проходящая по ней, не могла смешиваться с содержимым бака.

Для изготовления змеевика трубку наматывают на отрезок трубы или иной предмет круглого сечения с подходящим диаметром. В верхней и нижней частях бака делаются по 2 отверстия для входа и выхода змеевика и теплоносителя из системы отопления дома.

Испаритель делается подобным образом, только объем бака надо брать меньше — около 80 л. Иногда вместо металлического бака используют пластиковые емкости, чтобы снизить образование конденсата на стенках.

Подключение компрессора

Для установки и подключения компрессора рекомендуется обратиться к специалисту по холодильным установкам. При создании фреонового контура надо учитывать разные мелочи и нюансы, которые известны только опытным мастерам. Самостоятельное выполнение пайки контура грозит появлением неточностей и ошибок, которые впоследствии обязательно дадут о себе знать. Кроме того, понадобится закачать в систему фреон, что также следует поручить опытному специалисту.

Читать еще:  Как без сварки соединить профильные трубы?

Система трубопроводов

Собранный контур присоединяется к системе трубопроводов со стороны испарителя и к системе отопления дома со стороны конденсатора. Эти работы довольно просты и доступны для самостоятельного выполнения. Подключается блок управления системой, после чего собранный тепловой насос запускается, проверяется на работоспособность, при необходимости производится исправление ошибок и устранение всех обнаруженных изъянов. Если никаких нареканий не имеется, то эксплуатация оборудования продолжается в рабочем режиме.

Реальный опыт эксплуатации теплового насоса «воздух-вода»

Постоянный рост цен на энергоносители заставляет собственников загородной недвижимости задуматься, как сократить затраты на отопление. Один из вариантов — построить утеплённый дом с минимальными теплопотерями. Второй шаг — смонтировать низкотемпературную систему отопления. Третье — нагреть теплоноситель тепловым насосом класса «воздух-вода». На первый взгляд кажется, что это — неоправданно дорогое решение, а воздушный тепловой насос будет неэффективно работать зимой. Проверим, так ли это, на примере пользователей FORUMHOUSE, которые установили в доме тепловые насосы.

  • Отопление зимой тепловым насосом «воздух-вода» — миф или реальность
  • Сколько тепла вырабатывает тепловой насос «воздух-вода» при отрицательных температурах
  • Выводы и рекомендации

Тепловой насос «воздух-вода» — реальные факты

Этот вид теплового оборудования вызывает массу споров. Пользователи делятся на два лагеря. Одни считают, что, для отопления дома, ничего лучше не придумано. Другие полагают что, из-за дороговизны тепловых насосов (ТН) и суровых климатических условий во многих регионах РФ, первоначальные вложения не отобьются. Выгоднее положить деньги в банк, а, на полученные проценты, отапливать дом электричеством. Как всегда, истина посередине. Забегая вперёд скажем, что, в статье речь пойдёт только о тепловых насосах «воздух-вода». Сначала немного теории.

Источники тепла для теплового насоса:

Важный момент: Тепловой насос не производит тепло. Он перекачивает тепло из внешней среды к потребителю, но, чтобы тепловой насос функционировал, требуется электричество. Эффективность работы теплового насоса выражается в соотношении перекаченной тепловой энергии к потреблённой из электрической сети. Эта величина называется коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Если в технических характеристиках теплового насоса заявлено, что COP = 3, то, это означает, что ТН перекачает в три раза больше тепла, чем «возьмёт» электричества.

Кажется, что вот оно, — решение всех проблем — условно говоря, потратив за один час 1 кВт электричества мы, за это время, получим 3 киловатт-часа тепла для системы отопления. В действительности, т.к. речь идёт о воздушных тепловых насосах с внешним блоком, установленным снаружи дома, коэффициент трансформации за отопительный сезон будет варьироваться в зависимости от температуры на улице. В сильные морозы (-25 — -30 °C и ниже) СОР воздушника падает до единицы.

Это останавливает загородных жителей от установки тепловых насосов «воздух-вода» — оборудования, в котором перекаченное тепло используется для нагрева жидкого теплоносителя. Люди считают, что для наших условий — не южных регионов страны, лучше всего подходят геотермальные тепловые насосы с закопанным в землю грунтовым теплообменником — системой труб, уложенных горизонтально или вертикально.

Я часто сталкиваюсь с мифом, что тепловой насос «воздух-вода» неэффективен в морозы, а вот геотермальный ТН — самый то. Сравните коэффициент трансформации теплоты оборудования весной. Геотермальный контур после зимы истощен. Хорошо если там температура около 0 градусов. А вот воздух уже достаточно прогрет. Потребность в тепле уменьшается, но не пропадает летом, т.к. горячее водоснабжение нужно круглый год. Геотермальные ТН отлично подходят для регионов с суровой зимой и длительным отопительным периодом. Для Южного федерального округа и Московской области ТН «воздух-вода» показывает сравнимый с геотермальником среднегодовой СОР.

Можно ли дешево отопить загородный дом зимой тепловым насосом «воздух-вода»

Я инженер. С 2003 года профессионально занимаюсь промышленными холодильниками и климатическими системами и поэтому в теме ТН. В феврале 2017 года я купил дом без внутренней отделки в пригороде Воронежа. Встал вопрос, как отопить коттедж. Была возможность за 400 тыс. руб. завести на участок магистральный газ. Но я выбрал тепловой насос «воздух-вода». На покупку потратил 8 тыс. евро и ничуть не жалею об этом.

Прежде, чем рассказать об эксплуатационных затратах Bavares36 и выгоде использования теплового насоса, опишем, а это важно знать, конструктив дома:

  • Отапливаемая площадь двухэтажной «коробки» 130 кв. м.
  • «Пирог» стен — панели из арболита толщиной 3.5 см, монолитный сердечник цемент + опилки — 25 см, несъёмная опалубка — пенопласт толщиной 9 см, отделка — декоративная штукатурка 0.5 см. Итого: общая толщина стены – 38 см.
  • Перекрытие второго этажа деревянное.
  • Крыша утеплена пенопластом толщиной 14 см.
  • В доме, на первом и втором этаже, установлены большие окна в пол.
  1. Отопление.
  • На первом этаже дома смонтировано 8 контуров низкотемпературной системы отопления — тёплый пол (6 контуров) и теплые стены (2 контура).
  • На втором этаже 6 отопительных контуров. Два контура теплых стен. Теплый пол в ванной и три контура в комнатах.
  1. Система ГВС.
  • В доме два санузла. Водопотребители — ванная, душ + мойка на кухне.
  • В системе ГВС стоит циркуляционный насос.
  • Дополнительно в доме, в санузлах, установлены полотенцесушители.

Для теплоснабжения дома используется тепловой насос «воздух-вода». Оборудование смонтировано и запущено 5 октября 2017 года. Важный нюанс! У ТН «воздух-вода» основная цена приходится на внутренний блок, т.к. в нём находятся: ТЭНы для нагрева воды для ГВС и для дополнительного нагрева теплоносителя в сильные морозы, теплоаккумулятор и прочее оборудование.

Переходим к цифрам. За шесть месяцев отопительного сезона Bavares36 потребил, по данным выделенного на ТН электросчётчика, электроэнергии:

  • октябрь – 1000 кВт*ч;
  • ноябрь -1000 кВт*ч;
  • декабрь – 1000 кВт*ч;
  • январь – 1700 кВт*ч;
  • февраль – 1900 кВт*ч;
  • март – 1900 кВт*ч.

Итого, общее потребление, с октября по март, составило 8500 кВт*ч. Тариф на электроэнергию – 2.52 руб. за 1 кВт*ч. Теперь считаем сколько заплатил пользователь за отопительный сезон включая ГВС: 8500х2.25= 21420 рублей.

За теплый период (с апреля по сентябрь включительно) счетчик теплового насоса «намотал» порядка 2500 киловатт-часов. Т.е. — 6300 руб. Итого, за календарный год, затраты на отопление и горячее водоснабжение – 27720 рублей. Я считаю, что тепловой насос «воздух-вода» отлично подходит для моих климатических условий. ТЭНы подключались периодически, при большом потреблении воды и при морозах -25 градусов Цельсия. А это всего две недели за зиму.

Для полноты картины приведём наблюдения пользователей портала, также эксплуатирующих тепловые насосы «воздух-вода».

У меня дом площадью 250 кв. м построенный из газобетона. Толщина газосиликатных блоков – 300 мм. Стены снаружи утеплены каменной ватой толщиной 10 см и оштукатурены. На первом этаже смонтированы теплые полы. Установленная температура +23 °C. На втором этаже радиаторы. Температуру выставил +24 °C.

Сначала пользователь отапливал дом электрокотлом мощностью 24 кВт. Потом, коттеджей в поселке стало больше, и начались проблемы с подачей электричества. Vovanadm поставил твердотопливный котел мощностью 30 кВт. Но ему быстро надоело быть кочегаром. В итоге пользователь установил тепловой насос «воздух-вода». Почему? Не нужно копать или бурить землю на участке под грунтовый теплообменник. ТН потребляет 2.35 кВт в час. СОР в отопительный сезон 3. Это дешевле, чем отапливать дом электричеством. Далее пользователь хочет перейти на дневной-ночной тариф. Ниже прилагаются фото со смонтированной системой и потреблёнными киловатт-часами с конца сентября по конец октября.

Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.

В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

  1. Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
  2. Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
  3. Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
  4. На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.
Читать еще:  В каких пределах производится регулировка теплового реле?

Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Виды дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

  1. Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.
  2. Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.
  3. Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
  4. Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Способы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

  1. В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.
  2. Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться инверторным кондиционером в режиме обогрева.
  3. Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно добиться COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.
  4. Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

Прокладка внешнего контура ТН к водоему

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии ТН необходимы определенные условия (на выбор):

  • водоем за 25—50 м от жилища, на большем расстоянии потребление электричества сильно вырастет за счет мощного циркуляционного насоса;
  • колодец либо скважина с достаточным запасом (дебетом) воды и место для слива (шурф, вторая скважина, сточная канава, канализация);
  • сборный канализационный коллектор (если вам позволят туда врезаться).

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.

На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

Способы отбора теплоты геотермальным ТН

Сборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант горизонтальной раскладки трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ пробивки скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника).
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

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

Читать еще:  Порядок установки общедомовых приборов учета тепловой энергии

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.

Как сделать тепловой насос грунт-вода своими руками

Дата публикации: 28 июня 2019

Насос системы земля-вода высокоэффективен по двум причинам. Во-первых, его работа не зависит от времени года и температуры окружающей среды. Во-вторых, современные модели выдают до 1000% КПД. Иными словами, на работу насоса будет тратиться 1 кВт энергии, а тепло на выходе составит 1000 кВт. Насосы, которые в качестве источника тепловой энергии используют воздух или воду, не могут похвастаться такой продуктивностью. Поэтому геотермальные системы — самые популярные для автономного отопления частных домов и хозяйств.

Принцип работы

Насосы грунт-вода берут энергию из земли. Для этого используются либо скважины, либо коллекторы. Скважины устанавливаются на глубине от 20 до 30 метров, и актуальны только для тех участков, которые позволяют глубокое бурение. Если под вашим домом проходят грунтовые воды, а почва слишком мокрая, то пробурить скважину не получится. Коллекторы прокладываются на глубине от 0,8 до 1,5 метров. Глубина их монтажа зависит от климатических условий региона: в теплых районах коллекторы прокладываются выше, а в холодных — ниже. Еще один весомый плюс коллекторов — их прокладка обойдется дешевле.

После прокладки коллекторов в них заливается теплоноситель с низким порогом кипения до -40 °C. Из-за того, что температура грунта не опускается ниже +5 °C, теплоноситель может черпать температуру из земли. После этого теплоноситель мигрирует в конденсатор, где сжимается под давлением и нагревается до +110 °C. В накопительном баке он отдает полученное тепло воде, испаряется и снова возвращается к своей агрегатной температуре -40 °C. На этом цикл получения-возвращения тепла грунтовым насосом завершается. Нагретую в накопительном баке воду можно использовать как для бытовых нужд, так и для отопления.

Как сделать своими руками

Когда вы будете искать схемы сборки насоса в интернете, вы заметите, что для всех систем они выглядят практически одинаково. Главное отличие — теплоноситель и способ прокладки. Для конструирования грунтового насоса вы можете использовать чертежи аэро- и гидротермальных систем. После выбора схемы рассчитайте размеры, расстояния и точки узлов. Для насоса грунт-вода подойдут теплоносители на основе этиленгликоля, пропиленгликоля, глицерина и спирта.

Какие детали понадобятся

Грунтовой насос состоит из таких деталей, как:

  • испаритель;
  • компрессор;
  • конденсатор;
  • терморегулирующий вентиль.

Если у вас есть исправный компрессор от старого холодильника, можно воспользоваться им. В противном случае его придется купить. Починка неисправного компрессора не целесообразна: ремонт может стоить столько же, сколько и новый компрессор. При покупке компрессора обращайте внимание на уровень шума. Вряд ли вам будет комфортно в доме с постоянно гудящим насосом. Терморегулирующий вентиль подбирается в соответствии со всей системой. Он должен легко совмещаться с остальными запчастями, поэтому не пренебрегайте «примеркой» деталей будущего теплонасоса.

Что понадобится при сборке:

  • кронштейны L-типа (30 см);
  • герметичная емкость из нержавейки (120 л);
  • пластиковый бак (90 л);
  • медные трубы (3 шт.);
  • металлопластиковые трубы.

Диаметр и количество труб подбирается в соответствии с вашей схемой сборки. Также понадобятся болгарка и сварочный аппарат для металлических деталей. В остальном будет достаточно стандартного набора инструментов.

Сборка и монтаж теплового насоса земля-вода

С помощью кронштейнов установите компрессор на стену. После этого можно приступать к изготовлению конденсатора. Для этого разрежьте пополам емкость из нержавейки и установите на одну из частей медный змеевик. Плотно заварите емкость и сделайте на ней резьбовые отверстия. Не забудьте закрепить концы медной трубы рейками. Подсоедините к выходам трубы сантехнические переходы.

На пластиковый бак также прикрепите медный змеевик. Конструкция будет служить испарителем. Медь не перегревается под воздействием высоких температур, поэтому с пластиковым баком ничего не случится. После монтажа труб прикрепите испаритель к стене с помощью кронштейнов. После этого подготовьте и проверьте все узлы системы и присоедините терморегулирующий клапан. Закачайте в готовый насос теплоноситель. Для этой задачи стоит вызвать специалиста, т.к. большинство теплоносителей опасны для здоровья.

Особенности подключения к заборной системе

Когда вы самостоятельно собираете тепловой насос грунт-вода, вы должны предварительно позаботиться о прокладке коллекторов. Помните, что коллекторы устанавливаются ниже уровня промерзания почвы (+5 °C). Трубы системы монтируются на той же глубине, что и коллектор. Продолжительность коллекторной сетки прокладывается из расчета 2,5 м 2 на 1 м 2 отапливаемой площади.

Учитывайте, что изготовление и прокладка грунтового теплонасоса занимает около месяца. Заниматься бурением и рытьем котлована лучше всего в теплое время. Если у вас возникли трудности на этапе земельных работ, обратитесь к специалистам.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector