Тепловые насосы (геотермальные): принцип работы, виды

Актуальность применения геотермального теплового насоса

В настоящее время, многие люди, которые живут в частных домах, считают, что применение геотермального отопления актуально только в тех регионах, где имеются подземные горячие источники.

Это далеко не так, ведь геотермальные тепловые насосы Nibe, способны к генерации тепла даже при сравнительно невысоких температурах.

Геотермальный тепловой насос горизонтального типа

Это свидетельствует о том, что использовать геотермальный тепловой насос Nibe f1345 можно в условиях умеренного климата, причем с большой степенью эффективности.

1 Какие особенности у геотермального насоса?

Тепловой насос представлен в виде современного альтернативного источника энергии, собрать его своими руками вполне возможно. Этот агрегат, собранный своими руками, может снабжать тепловой энергией такие системы как:

Система кондиционирования;
Система отопления;
Система нагрева воды.

Принцип работы геотермального насоса, собранного своими руками, несколько отличен от газовых, дизельных и электрических генераторов тепла. Геотермальный насос, который был собран своими руками, имеет свой особый принцип работы, потому его расчет производится на основании специальной формулы.

Агрегат, находясь в рабочем режиме, функционирует по принципу выкачивания энергии из накопивших ее объектов окружающей среду. В летнее время года такое устройство, сделанное своими руками, с опорой на свой принцип работы, пользуется энергией, которая аккумулирована в пластах грунта, в скальных породах и водоемах.

Расчет контура мощности и прочих характеристик устройства, сделанного своими руками, производится с ориентировкой на особенности источников энергии.

Представленный агрегат, собранный своими руками, имеет такой принцип работы, который не позволяет ему применять во время работы жидкое топливо.

Геотермальный тепловой насос Интерклимат

Такой принцип работы подразумевает отсутствие традиционной дымовой трубы. Особый принцип работы теплового насоса позволяет произвести точный расчет, и обеспечить собственное жилище надежным источником тепла.

Произведя расчет системы отопления, которая работает с применением геотермального насоса, можно убедиться в том, что представленная система поможет значительно сэкономить энергию и деньги.

Тоже самое утверждают и производители такого оборудования, отзывы пользователей о котором, в большинстве своем также положительные.

Сегодня, в большинстве стран СНГ, цена производства тепловой энергии напрямую зависит от цены используемого топлива. Дороже всего пользователям обходится электроэнергия, дизельные виды топлива и газ.

Расчет показывает, что при учете такой тенденции, разница при установке теплового насоса, оснащенного грунтовым теплообменником, и котельной использующей дизельное топливо, окупится уже в течение трех ближайших лет.

Практически все без исключения современные модели тепловых насосов оборудованы встроенными электронагревателями. Это связанно с тем, что расчет показателей номинальной мощности, во время выбора типа отопительного оборудования, ведется с ориентировкой на покрытие тепловой нагрузки в самые холодные периоды.

Имеется в виду, что такая минимальная температура может продержаться всего несколько дней. Именно в этот период агрегат будет работать на полную мощность.

Для того, что произвести и рассчитать достоверное соотношение мощностей представленного теплового агрегата и электронагревателя применяется специальный график интегрального типа.
к меню ↑

2 Как работает геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос типа G типа

Общая схема работы представленного устройства достаточно проста. Насос получает тепловую энергию, производит ее перекачку и транспортирует ее к получателю.

В том случае, когда отопление производится с помощью геотермального насоса, его внешний блок помещается в предварительно вырытую в земле яму.

Один из альтернативных вариантов – это его погружение в озеро или водоем, который находится неподалеку от дома. В этом случае, вне зависимости от температуры воздуха окружающей среды, представленный наружный блок не подвергается частичному или полному обледенению.

Наряду с этим, общие показатели эффективности теплоотдачи остаются на достаточно высоком уровне. Как уже упоминалось выше, принцип, благодаря которому происходит работа агрегата, основывается на том, что тепло получается из почвы или воды, после чего производится его дальнейшая передача получателю.

Для того чтобы обеспечить эффективный сбор тепла, незамерзающая жидкость, находящаяся в системе, протекает по трубопроводной магистрали, расположенной в воде или под землей.

При этом агрегат берет около 8 °С у незамерзающей воды, в результате чего жидкость подвергается охлаждению. Впоследствии ток жидкости не прерывается, и она, протекая по трубе, снова восстанавливает нужный уровень температуры и далее поступает в контур теплового насоса. Те градусы, которые были получены в результате работы агрегата, тратятся на систему обогрева горячей воды.
к меню ↑

2.1 Виды и отличия геотермальных агрегатов

Геотермальные насосы подразделяются на несколько видов. Отличие производится из-за разных методов исполнения представленных агрегатов, включенных в отопительную систему.

Насос, обладающий открытым циклом, берет воду из подземного потока, которая забирается в его систему. Агрегат, расположенный внутри дома отбирает энергию у воды, далее эта вода возвращается в подземный поток на некотором расстоянии от насоса. Несомненные преимущества представленного метода заключаются в:

Зонды для тепловых насосов любого типа

Возможности получения воды для водоснабжения дома;
Высокой степени эффективности открытых систем;
Отсутствии вреда для грунтовых вод;
Постоянной поддержке одинакового уровня грунтовых вод.

Насосы, обладающие закрытым циклом, и снабженные водоразмещенным теплообменником, устроены таким образом, что внутри них специальная жидкость (теплоноситель) циркулирует по контуру коллектора, который находится в водоеме.

При этом, тепло у воды забирается и отдается получателю. Такие системы рационально использовать в том случае, если дом находится на расстоянии, не превышающем 100 метров от водоема.

При этом значение глубины водоема и особенности его береговой линии полностью должны соответствовать всем техническим условиям, которые необходимы для осуществления прокладки коллектора.

Очевидным преимуществом представленного метода является его условная дешевизна. Насос, обладающий закрытым циклом, и снабженный теплообменником горизонтального типа, отличается расположенными в почве коллекторами, в которые постепенно просачивается носитель тепла.

Трубки располагаются в земле в горизонтальном положении. Глубина их залегания не превышает одного метра. При проведении землекопных работ следует проявлять большую осторожность и не задеть теплосборные коммуникации.

Примерные расчеты показывают, что для осуществления обогрева дома с жилой площадью, равной 200 м2 нужно разместить коллекторы на площади грунта в 500 м2.

Если прокладка коллекторов производится вблизи от деревьев, то трубы должны проходить на расстоянии в 1,5 метра от кроны. Насос с циклом закрытого типа, снабженный вертикальным теплообменником, отличается тем, что трубки с циркулирующим в них теплоносителем погружаются в почву вертикально.

Коммуникации геотермального насоса

Глубина погружения может составлять 200 метров. Это основано на том, что на глубине в 10-15 метров земля уже обладает постоянной температурой в +10-12 °С в не зависимости от времени года.

Соответственно, при увеличении глубины, значение температуры возрастает. Представленный метод является наиболее эффективным при осуществлении работы теплонасоса. Он позволяет стабильно получать до 5 кВт тепловой энергии.
к меню ↑

2.2 Отзывы

Отзывы владельцев таких систем отопления в большинстве своем положительные.

Валерий, 45 лет, Улан-Удэ:

Я давно уже хотел перейти с печного отопления на более экономный и современный метод. Решил собрать своими руками систему с геотермальным насосом. Хоть на это и ушло много времени и сил, но оно того стоило. Теперь я не трачусь на уголь или дрова, а температура в доме всегда удовлетворительная. Рекомендую всем.

Павел, 30 лет, Воронеж:

По образованию я инженер и занимаюсь своим бизнесом по продаже насосов и насосных систем. Сейчас решил организовать продажу геотермальных насосов. Все, кто купил эти агрегаты и установил их — остались довольны.

Александр, 50 лет, Саратов:

Живу в частном доме и по совету зятя решил установить себе вертикальный геотермальный насос. Вложил немало сил и финансов, но он уже начинает себя окупать. Советую всем.

2.3 Расчет мощности насоса

Процесс установки геотермального теплового насоса

Получение тепла от каждого отдельно взятого метра трубы с теплоносителем во всех случаях напрямую зависит от показателей нескольких параметров.

Это глубина укладки, наличие грунтовых вод, качество грунта и прочие. Для коллекторов горизонтального типа это значение равняется 20 Вт.м.п.

При проведении расчетов разница в показателях температуры теплоносителя в обратном и прямом контуре петли равняется 3 °С. При проведении расчетов обязательно нужно иметь в виду, что параметр теплоемкости этиленгликоля при значении температуры в 0°С, равняется 3,7 кДж/кг.

При этом плотность равна 1,05 г/см3. Для того чтобы произвести расчет параметров первого контура установленного теплонасоса нужно, в первую очередь, узнать расход медиума.

Он рассчитывается по формуле Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·.t), где t является разницей температур между первым и вторым контуром. Qo обозначает общую тепловую мощность, которая получается от источника тепла (в данном случае грунта).

Qwp представляет собой разницу между полной и электрической мощностью представленного теплового насоса, которая тратится на нагревание хладагента.
к меню ↑

2.4 Нюансы и последовательность подключения

Весь внешний контур системы собирается с применением труб выполненных их полиэтилена. Предварительные расчеты свидетельствуют о том, что работы производятся с соотношением 40-50 Вт энергии тепла на один погонный метр коллектора.

Исходя из этого, при значении производительности насоса, равному 10 кВт, нужно будет произвести бурение скважины, протяженность которой будет составлять 170-200 метров.

В некоторых случаях, вместо одной скважины, производиться бурение нескольких, более мелких, для того, чтобы в сумме получилась такая же расчетная глубина.

Схема горизонтального геотермального теплового насоса

Бурение скважины производится с одной точки, но в нескольких направлениях одновременно. Последовательность проводимых работ должна проводиться в строго установленном порядке.

Для начала нужно обеспечить трехфазное электрическое питание, счетчик при этом должен быть 40 амперным. Далее выполняется обвязка теплого пола, примерный шаг которой будет равен 15 сантиметрам.

После этого производится закрепление компрессора с применением кронштейнов в 300 мм. При монтаже вспомогательного компрессора кронштейны удлиняются при помощи U-профиля.

Далее производится обмотка обжимного кольца, которое потом зажимается с помощью контргайки. После этого проводится установка испарителя с кронштейнами в 400 мм. Затем производится заправка системы фреоном и производится тестовый запуск.
к меню ↑

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

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

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 кв. м 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 м, 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 мм.

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 установки 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;
меняют масло в силовых узлах (вентилятор, компрессор) с определенной периодичностью;
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 воздух-воздух 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.

Пошаговый инструктаж по сборке теплонасоса из холодильника описан в этой статье.

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.

На сайте есть серия статей по изготовлению тепловых насосов своими руками, советуем ознакомиться:

Советы по выбору системы

Монтаж оборудования типа «земля-вода» обходится дороже всех остальных вариантов, потому что требует глубинных земляных работ при вертикальном расположении оборудования или большой свободной площади участка при горизонтальной прокладке коммуникаций.

Эти параметры ограничивают использование системы и существенно снижают ее привлекательность.

Установка насоса «вода-вода» тоже имеет некоторые ограничения. Если рядом есть доступный водоем, можно разместить систему в нем. Отсутствие открытых вод повлечет за собой бурение скважин и отводных колодцев, что тоже стоит не дешево.

Насос «воздух-вода» не представляет проблем с установкой, и может корректно работать даже в многоквартирных домах, но при суровых зимах с низкими температурными показателями его эффективность падает и для ее поддержки требуется параллельный источник энергии.

Однако, обустройство геотермального отопления в итоге окупает свои затраты и начинает вырабатывать бесплатный ресурс, позволяя владельцам жить в максимально удобных, приятных и комфортных условиях, не тратя при этом больших средств на коммунальные услуги.

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.

Имеете опыт изготовления геотермального теплового насоса? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой вариант сборки. Оставлять комментарии и прикреплять фотографии своих самоделок можно в форме, расположенной ниже.

Геотермальные тепловые насосы — принцип работы альтернативных источников энергии

Современные отопительные устройства отличаются высокими показателями качества и функциональностью. Геотермальные тепловые насосы, имеющие довольно простой принцип работы, привлекают внимание потребителя своей эффективностью и неприхотливостью, так как идеально решают проблему отопления и кондиционирования.

Собирая тепло из земли (грунта), воды (грунтовых вод), геотермальный тепловой насос обеспечивает его передачу в системы отопления сооружений и зданий.

Принцип работы геотермальных тепловых насосов

Такой агрегат, использующий тепло земли, является экономически выгодным кондиционером в летнее время и отопительным прибором в зимнее. Средние температурные показатели грунта колеблются в диапазоне 4-12 градусов Цельсия, данная энергия является природным резервом использования низкопотенциальной теплоты.

В водоеме или непосредственно в грунте к тепловому насосу проводится зонд (трубопровод), по которому специальная морозостойкая жидкость циркулирует с целью сбора тепла. Подобную систему вполне можно сравнить с рабочей средой стандартного холодильника с обратными функциональными задачами. То есть если в холодильнике вырабатывается холод, а тепло испаряется во внешнюю среду, то тепловой насос имеет обратные принципы действия.

В тепловом геотермальном насосе один теплообменный аппарат (испаритель) утилизирует низкопотенциальную теплоту, другой теплообменный аппарат (конденсатор) выделяет тепло для обогрева и потребительских нужд.

Геотермальные тепловые насосы имеют ряд достоинств

Неоспоримые преимущества такого рода насосов обусловили их актуальность для разных регионов. Главными достоинствами оборудования считаются:

Максимальная стабильность характеристик (КПД, тепловая мощность), которые не зависят от воздействия внешней среды (погодных условий, времени года). Это обусловлено тем, что температура грунта в скважинах не меняется – она постоянна;
Высокие показатели КПД (400-500%), обеспечивающие высокую эффективность. На 1 кВт электрической энергии приходится 3-5 кВт мощности тепловой энергии;
Щадящее отношение к окружающей среде и ландшафту при монтаже оборудования;
Возможность компактного размещения. Скважины не требуют большой площади участка, нарушения целостности фасада и интерьера, у них не имеется наружных блоков;
Большой эксплуатационный срок, долговечность. Заводские грунтовые зонды имеют срок эксплуатации порядка 100 лет. Компрессор, основной узел теплового насоса, который легко меняется, проработает 30 лет;
Простота использования. Не требует повышенного внимания к себе;
Универсальность применения оборудования – насос позволяет, и охлаждать, и нагревать необходимую площадь;
Обеспечение максимального уровня комфорта в доме (низкотемпературное отопление – теплый пол), отсутствие шума;
Минимум колебаний влажности и температуры;
Освобождается территория, требующаяся для размещения узлов системы отопления;
Двойной зонд в виде буквы «U» обеспечивает дублирование зондов в скважине, увеличенный съем тепловой энергии, малое гидравлическое сопротивление. Зонд будет надежно защищен от повреждений после того, как скважину заливают термо раствором;
Экологическая чистота данных методов кондиционирования или обогрева. Нет выброса в атмосферу углекислого газа, вредных продуктов горения;
Абсолютная пожаро- и взрывобезопасность. Для эксплуатации не требуется специальное оборудование;
Использование небольшого количества электроэнергии, что дает низкие эксплуатационные затраты. К примеру, геотермальный тепловой насос (17 кВт) подходит для отопления жилого дома в 350 кв. м – потребление электричества составит до 5 кВт в час.
Максимальная автономность и независимость, нет необходимости в газопроводе. Не возникает зависимости от поставок и цен на жидкое топливо или газ – насос работает от электричества.
При использовании таких насосов не придется в срочном порядке освобождать лишнюю территорию для того чтобы поместить дымоход, котельную, специальное хранилище для топлива.

Виды подземных геотермальных тепловых насосов

Существует 4 разновидности коллекторов, которые являются успешными поставщиками тепловой энергии. Это подземные коллекторы следующих типов:

Горизонтальные тепловые насосы. Размещены горизонтально на глубине порядка 1,2 — 1, 5 метра – глубже уровня промерзания грунта. Когда земельная площадь позволяет проложить контур, этот способ получения энергии предпочитают использовать для жилых объектов.
Вертикальные тепловые насосы. Размещаются вертикально в специально пробуренных скважинах, глубина которых достигает 150 метров. Наиболее предпочтительный вариант, когда нет территориальной возможности для горизонтального размещения контура или ландшафтную зону нельзя нарушать.
Грунтовые водные. В данном случае вода, циркулирующая по системе геотермального теплового насоса, является теплообменной жидкостью. В конце процесса прохождения по всему контуру вода возвращается в грунт.
Водные тепловые насосы. Самый недорогой вид коллектора. Размещение предусматривается в любом типе водоема (река, озеро) – главное, чтобы глубина промерзания была выше глубины пролегания оборудования. Необходимо соблюсти требования относительно объема воды в водоеме и его размера.

Каждый из этих видов коллекторов можно считать достаточно актуальным в наше время. Выбор зависит от конкретных условий и возможностей эксплуатации.

Особенности эксплуатации тепловых насосов

Учитывая то, что геотермальные тепловые насосы являются разновидностью инновационного оборудования и требуют грамотного проектирования, важно доверять монтаж установки профессионалам, имеющим опыт работы с высокотехнологичными материалами. Для того чтобы тепловой насос сохранял высокий КПД, необходимо иметь низкотемпературную систему отопления, к которой он будет подключаться. Температура подачи не должна превышать отметку в 55 градусов (фанкойлы, теплые полы, специальные радиаторы, подстроенные на необходимую температуру).

Применение геотермальных насосов на территории России

Для многих районов Российской Федерации геотермальные тепловые насосы становятся самыми оптимальными средствами отопления и кондиционирования. Актуальными причинами использования данного оборудования в России можно считать следующие:

Максимальность автономии;
Экономичность;
Горячая вода;
Безопасность;
Удобство и комфорт;
Универсальность. Отопление – в холодное время года и кондиционирование – в жару;
Отсутствие проблем с сервисным обслуживанием и наличием газопроводов.

Какие расходы требует установка и обслуживание тепловых насосов?

Тепловой насос в наше время стоит немало, однако значительная экономия средств позволяет со временем полностью окупить первоначальные затраты и начать экономить на отоплении. Не стоит забывать и о расходах на потенциальный ремонт насосного оборудования, которые могут составлять приличную сумму. Если говорить простым языком, то в общую стоимость обслуживания геотермального насоса входит:

Бурение скважин под геотермальные зонды, содержащие экологически чистый пропиленгликоль, на глубину от 70 до 150 м;
Монтаж/обвязка установки блока системы теплонасоса с автоматикой управления, отдельно стоящим или встроенным бойлером косвенного нагрева, имеющим высокую эффективность;
Устанавливаются дополнительные модули управления бассейном – если есть потребность, то установка оборудуется добавочной емкостью;
Модуль управления солнечными коллекторами, модуль системы охлаждения (кондиционирования).

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

Ни для кого не секрет, насколько остро стала проблема экологии в последние годы. Именно поэтому геотермальные тепловые насосы пользуются все большей популярностью у людей неравнодушных, желающих пользоваться альтернативными энергоносителями. Благодаря этой разработке ученым удалось найти способ отапливать жилище в холодные месяцы и нагревать воду круглый год. Причем электроэнергии, газа, угля и дров затрачивать не нужно. А значит, вредных выбросов нет никаких.

Что это и принцип работы геотермального насоса

Тепловой насос – это устройство, преобразующее теплоту Земли в энергию. Данный способ организации отопления частного дома позволяет отказаться от дорогостоящих энергоносителей. Экономия со временем полностью окупает затраты на установку уже в первые сезоны использования. Европа уже давно ищет и внедряет альтернативные методы энергосбережения, чем проявляет заботу об окружающей среде. И нет ни одного повода действовать иначе, тем более, сейчас на рынке нашей страны есть все необходимое.

Применяемых хладогент обладает исключительным свойством, которое заключается в поглощении и отдаче тепла при переходе из одного агрегатного состояния в другое. Если говорить утрировано, принцип работы теплового насоса идентичен холодильной установки. Только главным элементом является теплообменник, который в последнем случае устанавливается на задней стенке.

Схематично геотермальное устройство состоит из трех контуров:

Принимающий низкопотенциальное тепло от источника.
Для циркуляции фреона, меняющего агрегатное состояние.
Водяной, передающий тепло от установки к радиаторам.

Именно фреон в процессе работы принимает тепловую энергию от источника, когда испаряется. И наоборот он отдает ее при конденсации. Если рассматривать работу теплонасоса по циклам, суть принципа действия заключается в следующем:

Хладогент, находящийся в системе в виде жидкости, в испарителе испаряется. Тепло от источника поглощается в результате этого процесса.
Компрессор нагнетает фреон, который сжимаясь, снова переходит в жидкое состояние. При этом накопленная энергия передается теплообменнику.
Вода в отопительном контуре, проходя через теплообменник, нагревается и циркулирует по системе. Доходя до батарей, она отдает тепло в комнату.

При этом достигается большой перепад температуры. Такая схема теплового насоса предполагает, что хладогент охлаждается до 6-10 градусов Цельсия, а к теплообменнику подается уже при +60. Но это находясь под давлением. После отдачи тепла оно сбрасывается (стабилизируется) при помощи дроссельного клапана, и циклы повторяются. Кто знаком с работой холодильной установки заметил, что принцип передачи энергии в данном случае идентичен, хотя цели абсолютно противоположные.

Если в холодильнике решается задача понижения температуры в камерах, где хранятся продукты, то отопление тепловым насосом – это возможность поднять температуру в помещении без сжигания электричества или твердых энергоносителей, газа и т.д.

Разновидности тепловых насосов и систем

Инженерам-разработчикам удалось найти способ «перехвата» энергии природы для последующего преобразования в ту, что способна отопить дом и нагреть воду в системе водоснабжения. Причем источник – низкотемпературный (низкопотенциальный), что в корне отличает идею от классической, где сжигается уголь, газ, дрова, жидкое топливо или расходуется электроэнергия. Сейчас есть несколько источников, от которых можно получить достаточно энергии, чтобы обогреть частный дом.

В первую очередь это Солнце. Лучи, достигая поверхности Земли, емли нагревают элементы, которые поглощают энергию. А установка перерабатывает ее, усиливает, и передает на теплообменник для разогрева теплоносителя в отопительном контуре. Второй источник – сама Земля, а точнее тепло ее ядра, передаваемого через мантию верхним слоям земной коры. При этом инженерам удалось разработать три различных схемы, определяющих тип устройства: грунтовые, водяные, воздушные. Каждый вид отличается, что позволяет выбрать наиболее эффективный способ для отдельно взятого случая.

Грунтовые тепловые насосы

Количества тепловой энергии, получаемой от грунта, достаточно для разогрева хладогента до уровня, где тот меняет агрегатное состояние, превращаясь в пар. Удобно то, что на глубине уже в несколько метров сезонные температурные колебания не наблюдаются. Это позволяет пользоваться прибором круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

Для приема тепла земли используется раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Водный эталон применяется, но реже. Система труб, по которым циркулирует энергопоглощающая жидкость, герметична.

Есть два способ размещения трубопровода в грунте:

Горизонтальный коллектор – это система горизонтально лежащего контура.
Геотермальный зонд – приемники расположены вертикально и связаны между собой.

Геотермальные насосы с горизонтальным коллектором предполагают заглубление на полтора-два метра. Главное пройти отметку уровня промерзания грунта. Для каждого региона она своя. В среднем это 1,2 метра. Если требуется отопить здание, площадью до 100 кв. м., придется выкопать котлован или вырыть сеть траншей, площадью в 2-3 сотки. Это не обязательно делать под самим сооружением. Главное не садить на задействованном участке растения, имеющие корни, уходящие глубоко в землю.

Эту проблему полностью решает геотермальный зонд. Трубы устанавливаются в скважины. Бурить придется на 100-200 метров. Но их достаточно двух, если требуется обогреть здание в сто квадратов.

Между скважинами должно быть расстояние не менее пяти метров. Поэтому если участок мал, застроен или засажен, скажем, садом, это лучший способ установки теплового насоса с зондом, когда задействована минимальная площадь надела. С другой стороны цепь горизонтальных приемников тепла можно построить самостоятельно без применения бурового оборудования.

Водяные тепловые насосы

Для использования такого теплового насоса, принцип действия взят тот же. Но отличается тип источника. В данном случае это грунтовые воды. Естественно, глубина их залегания должна быть доступна в регионе. Но если такая возможность есть, система отличается тепловой стабильностью, так как подземные воды имеют постоянную температуру круглый год. Это делает устройство пригодным для применения в течение всех четырех сезонов. Перед монтажом проводят геологическую разведку, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

Однако требуется и химический анализ. Если в составе мало солей железа и ряда других примесей, можно ставить геотермальный зонд. В противном случае это нецелесообразно ввиду наличия риска преждевременного выхода из строя и низкой производительности. В данном случае применяют грунтовый тепловой насос или воздушный. Именно это требование является причиной того, что среди всей массы рабочих ныне установок тепловые насосы водяного типа используются реже – порядка 5% случаев.

Воздушные тепловые насосы

Главное преимущество этого способа организации отопления и подачи горячей воды – отсутствие необходимости вести полномасштабное строительство. Не нужно бурить скважины для геотермальных зондов. Нет необходимости рыть траншеи, как в случае с грунтовым тепловым насосом. Все узлы размещаются на поверхности. В итоге сметная стоимость значительно ниже. Времени на установку и обустройство затрачивается меньше. Но при всем кажущемся комфорте это устройство далеко не идеально.

Главный минус – высокий КПД будет только если воздух на улице не охлажден до -15…-20 градусов по Цельсию. Если ударят морозы еще сильнее, система будет работать с меньшей эффективостью, что приводит к выходу из строя. А если теплоноситель в трубах и радиаторах замерзнет, произойдет разгерметизация, а по весне дом будет затоплен. Придется тратить деньги на ремонт. Однако в районах, где подобного не случается, люди пользуются таким методом организации отопления.

Коэффициент эффективности

Именно этот параметр позволяет сопоставить эффективность установок различного типа, чтобы определить оптимальный вариант. Данный термин является тем самым КПД. Рассчитывается эффективность как отношение вырабатываемого количества энергии и потребляемому. Под потреблением стоит понимать электроэнергию, затраченную на запуск системы и расходуемую в процессе ее работы. Независимо от времени года для водяных модификаций коэффициент эффективности равен 5.

Другими словами, если устройство потребляет, скажем 2 кВт в час, то установка выдает до 10 кВт час, но уже в виде тепла. Геотермальное отопление частного дома менее эффективно, так как коэффициент равен 4,0-4,5. В случае с воздушным типом определяющим фактором является температура окружающей среды. Так при нуле он равен 3,5. Если же она снизится до -20 град. то эффективность будет равна 1,5. Именно нестабильность в последнем случае является фактором низкого спроса на устройства воздушного типа. А все больше людей отдают предпочтение «золотой» середине – геотермальным агрегатам.

Часто поставщики оборудования указывают в техническом описании КПД в процентах. Этот маркетинговых ход не должен ввести вас в заблуждение. Если, например, имеет место характеристика эффективности в 400%, то это означает, что коэффициент равен 4. Иными словами при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии отопительная система способна вырабатывать до4 кВт*ч. То есть величину, указанную в процентах необходимо разделить на 100. Это и будет отношение потребления к «выработке».

Применение геотермальных насосов в условиях российского климата

Теперь вы знаете, чем отличаются типы тепловых установок, и сможете правильно определить, какой именно необходим в вашем случае. Воздушный тип пригоден для регионов, где температура не опускается ниже нуля. Это отличный способ организовать отопление дачи тепловым насосом, если собственник проводит там досуг с семьей с весны по осень. На зиму систему консервируют. В Сибири, Северных регионах, и даже в Европейской части России об отоплении зимой воздушными агрегатами не стоит и помышлять.

Водяные также не подойдут людям, живущим в условиях вечной мерзлоты. Здесь вода в грунте есть, но она находится в виде льда, а значит, не может служить источником тепла. На юге Российской Федерации, где глубина промерзания грунта невелика, а подземные реки и озера залегают неглубоко, такие устройства вполне жизнеспособны и достаточно эффективны. А вот геотермальные – универсальный вариант, и поэтому является самым востребованным на всей территории РФ, несмотря на трудоемкость организации зонда или коллектора.

Применение геотермального насоса для охлаждения

Некоторым производителям удалось интегрировать функцию кондиционирования. Такие модели стоят дороже, но нет необходимости нести дополнительные затраты, ведь нужно покупать кондиционеры для всех комнат. Если же такой опции изначально не предусмотрено, делают гидравлическую развязку, что также требует капиталовложений.

Охлаждение происходит благодаря холодным панелям на стенах и потолке, охлаждающему «теплому пол», через радиаторы отопления с хорошим обдувом или же с помощью фанкойла. В последнем случае речь идет о пластинчатом теплообменнике, вмонтированном в кожух с вентилятором и направляющими жалюзями.

Применение геотермального насоса для горячего водоснабжения

Каждая из описанных выше схем позволяет не только обогревать жилище, но и снабжать людей горячей водой, причем независимо от времени года. Даже при отключенном отоплении в трубах будет вода с температурой от +45 до +60 град. Используется специальная емкость с теплообменником – бойлер. Проточные модификации не нашли применения ввиду слабой эффективности и отсутствия возможности иметь запас. Недостаток – необходимость обустройства отдельного помещения под котельную.

Обычный водонагреватель не подойдет. Покупают специализированное оборудование, предназначенное для подключения к теплонасосной установке. Такой бак обойдется дороже, ведь для эффективного разогрева объема воды потребуется развитая сеть теплообменных элементов, что влечет за собой удорожание. Материалов расходуется больше, а устройство сложнее в исполнении. Однако экономия перекроет затраты уже в первые год-два в зависимости от частоты использования и количества жильцов.

Геотермальные насосы со встроенным тэном

Это способ решить массу возможных проблем. Даже если морозы превысят отметку в -20 градусов, электроника включит дополнительный нагревательный элемент, и температура в комнатах будет всегда комфортной. Если на зиму дом оставлен без присмотра, такая система не будет заморожена, так как ТЭН поддерживает положительную температуру в системе. Любая поломка не является проблемой, и пока не будут предприняты меры по ее устранению, агрегат работает как обычный электрический котел. Правда придется заплатить чуть больше.

Советы и рекомендации

Выбирая оборудование, оценивайте имеющиеся возможности, но не экономьте. Рассчитывая требуемую производительность, закладывайте запас мощности в 10%. Это необходимо на случай запредельных морозов. Оснащение, работающее на пределе, прослужит меньше, тогда как насос, эксплуатируемый в нормальном диапазоне нагрузки, отработает дольше. Разработку проекта и монтаж доверьте профессионалам. Изучите инструкцию, и не отступайте от требований производителя. Без согласования не вносите в конструкцию изменений.

Тепловой геотермальный насос

Геотермальный насос представляет собой настоящее инновационное средство, которое позволяет организовать автономное отопление. Источником охлаждения или нагрева является естественная температура земли. Она постоянная на глубине в несколько метров. Летом она холоднее, а зимой – теплее. Поэтому использовать теплонасос можно не только для нагрева здания, но и для его охлаждения.

Особенности работы

Купив геотермальный тепловой насос, следует узнать его принцип работы. Он подразумевает использование геотермальных процессов. Если углубиться на несколько метров под землю, то можно заметить, что там она будет выше ноля градусов. При этом температура увеличивается по мере углубления.

Отопительная система, которая оснащена тепловыми насосами, использует и преобразует полученную энергию для обогрева помещений. Осуществляется это таким образом:

1. Монтируется геотермальный контур отбора, который заполняется пропиленгликолем.

2. Контур соединяется со специальными зондами. Они помещаются на глубину около 100 м.

3. Рабочая жидкость прогревается до температуры в 5°С, движется по кругу и подается в тепловой насос геотермальный.

В остальном принцип работы такого оборудования ничем не отличается от других моделей, которые берут тепло из окружающей среды.

При помощи такого оборудования можно прогреть помещение до температуры в 25°С. Зимой такого показателя вполне хватает.

Насос является отличным источником тепла, который идеально подходит для низкотемпературных отопительных систем. Многие производители советуют применять его для прогрева теплых полов.

Устройство и типы насосов

Устройство насоса включает в себя:

1. Замкнутый контур. По его трубкам осуществляется циркуляция фреона, который переходит в газообразное состояние.

2. Испаритель. Данный модуль подсоединен к насосному приемнику. Он нужен для испарения фреона. Во время этого процесса тепло от прогретого пропиленгиколя поглощается.

3. Фреон. В газообразном состоянии попадает в насосный компрессор. В компрессоре образуется давление, которое разогревает газ до 65°С. После этого он впрыскивается в конденсатор.

4. Конденсатор. В нем происходит преобразование фреона в жидкость, разогретую до немалой температуры. При помощи стенок конденсатора осуществляется теплообмен, благодаря которому происходит нагревание теплоносителя.

Геотермальные тепловые насосы могут быть двух типов:

Тип земля-вода

Качество работы подобных отопительных систем напрямую зависит от того, насколько эффективно добывается тепло из грунта. Есть несколько видов прокладки контуров, которые могут обеспечить разные характеристики теплоэффективности:

1. Теплообменник горизонтального типа. Контур размещается на глубине, которая ниже уровня промерзания земли. Для этого не требуется изготавливать проектные документы и использовать буровую технику. Трубы размещают на глубине от 1 м. Такое решение имеет и свои минусы. Главным минусом является довольно большой геотермальный контур. Поэтому в некоторых случаях работы могут быть осуществлены только при наличии немалой придомовой территории.

2. Теплообменник вертикального типа. Устанавливается вместе с геотермальными зондами. Для проведения работ придется применять буровую технику, так как создаются скважины глубиной в несколько сотен метров. Они делаются для того, чтобы размещать зонды. Преимущество такого метода – на глубине скважин всегда стабильная плюсовая температура.

Тип вода-вода

Есть и другой способ отопления здания при помощи геотермальной энергии. В данном случае она берется из грунтовых вод. Работы по обустройству такого вида отопления могут проводиться несколькими способами:

1. Размещение теплообменника в водоеме. Данное решение является наиболее популярным, так как не придется заниматься масштабной земляной работой. Трубы размещают на дне водоема, расположенного неподалеку от дома. Если получить все нужные разрешения, то их можно устанавливать и на речке. Водоем должен находиться в пределах 100 м от дома.

2. Артезианская скважина. Вода добывается непосредственно из скважины и прогоняется через специальный тепловой насос. Придется делать вторую скважину, которая понадобится для сброса воды. Это необходимо, чтобы избежать сильного давления в пластах и поддерживать равновесие.

Такой тип автономного отопления довольно популярен из-за небольших затрат на монтажные работы и из-за простоты монтирования системы.

Преимущества и недостатки насосов

Геотермальные насосы имеют свои плюсы и минусы. К минусам такого оборудования относятся:

1. Высокая стоимость. Не каждый человек может себе позволить установку такого оборудования. Именно поэтому некоторым приходится обращаться в банки, которые предоставляют клиентам льготное кредитование для осуществления покупки.

2. Требования к территории, где будет устанавливаться насос. Станцию нельзя устанавливать в любой местности. Сначала должна быть проведена специальная геологическая разведка. Она поможет определить, целесообразно ли использовать такой насос в данной местности.

3. Возможные изменения в геотермальном контуре. В первые месяцы использования трубы могут просесть. Из-за этого циркуляция пропиленгликоля значительно уменьшается, что приводит к ухудшению характеристик СОР и теплоотдачи. Поэтому со временем рекомендуется проводить специальный аудит.

К преимуществам геотермального насоса относятся:

1. Эксплуатационный срок. Теплонасос может проработать не один десяток лет. Некоторые модели нуждаются в ремонте только после 40 лет эксплуатации. Проведя ремонт, оборудование может быть использовано в обычных эксплуатационных условиях.

2. Функциональность. Оборудование применяется не только для прогревания домов, но и для их кондиционирования. Поэтому целесообразность покупки такого насоса вполне очевидна.

3. Экономичность. Если сравнивать его с аналогами, которые работают на электричестве, твердом топливе и газе, то становится понятным, что теплонасос более выгодный. Буквально через 5–10 лет можно полностью окупить все затраты на установку и покупку оборудования.

Обслуживание

Для некоторых геотермальные насосы кажутся чем-то сложным и необычным. Однако такое оборудование – нетребовательное и простое в своем использовании.

Процесс обслуживания заключается в тщательном осмотре системы перед отопительным сезоном. Для предотвращения проблем периодически нужно контролировать работу насоса. Внешний осмотр следует проводить ежемесячно. Делается это для того, чтобы убедиться в целостности кабелей и всей конструкции. Раз в полгода нужно анализировать теплоноситель на плотность и кислотность. При необходимости восстанавливается химический состав.

Выбор геотермального насоса

Все условия должны идеально подходить для установки такой системы. Это является главным требованием для того, чтобы использовать такое отопление. Ведь установить насос можно далеко не в каждом доме. Чаще всего все ограничения связаны с глубиной грунтовых вод, особенностями рельефа, наличием неподалеку водоема.

Перед выбором насоса необходимо сделать предварительные расчеты. Эту работу следует поручить специалисту компании, которая занимается продажей оборудования. Выбирая установку, следует учитывать такие параметры:

1. СОР. Сокращение является соотношением, которое указывает на рентабельность всей установки. Если говорить точнее, то этот параметр является отношением эффективности работы к затраченному электричеству. Например, насос с СОР 4 означает, что на каждый киловатт электричества будет производиться 4 кВт тепловой энергии.

2. Геотермальный контур. Работоспособность системы напрямую зависит от площади трубопровода, находящегося под землей. Для того чтобы провести все необходимые расчеты, нужно умножить на три отапливаемую площадь. Результат расчетов будет говорить о том, какая площадь понадобится для укладки контура.

3. Возможности насоса. С его помощью дом может отапливаться в холодное время года. Для его охлаждения летом нужно приобретать дополнительное оборудование. Чаще всего для этого используются сплит системы.

Известные производители

Выбирая насос, особое внимание нужно обращать на его производителя. Наиболее качественное оборудование производится в Германии.

Следующие производители занимаются выпуском качественного оборудования:

1. Stiebel Eltron. Их продукция отлично подходит для полного и частичного отопления жилых помещений. Все выпускаемые модели могут быть интегрированы в вентиляционную систему. Поэтому летом они охлаждают помещения.

2. Vaillant. Фирма производит насосы всех типов. Максимальная производительность данных моделей составляет 46 кВт. Главный недостаток производителя – небольшой выбор продукции.

3. Buderus. В основном производят бытовые отопительные приборы, мощность которых может достигать 60 кВт. Большинство насосов имеют специальную изоляцию, которая снижает шум во время работы до 40 дБ. Поэтому их часто используют в частных домах.

Принцип работы, виды и установка геотермальных тепловых насосов

Совершенствование и распространение технологий энергосбережения позволяет отказаться или значительно сократить использование углеводородного сырья. Одним из направлений развития альтернативных источников энергии являются тепловые насосы. Плюсы подобных систем при использовании их в средней полосе России очевидны. Они позволяют получать тепло из воды, грунта, воздуха. Внимания в этом плане заслуживает такое оборудование для обогрева дома, как геотермальный тепловой насос. С его помощью можно отапливать практически любой дом. Использование внутреннего тепла нашей планеты было придумано достаточно давно. Однако это не везде реализуемо в классическом виде с горячими подземными источниками. Но, используя усовершенствованные виды геотермальных насосов, можно обогревать дом практически в любой климатической зоне. Теплоноситель в таких установках нагревается до 55─65 градусов Цельсия. Этого вполне достаточно для подачи теплоносителя в систему отопления или ГВС. В этой статье речь пойдёт о геотермальных тепловых насосах, их разновидностях, выборе и эффективности.

Принцип работы геотермального насоса

Геотермальный тепловой насос представляет собой автономную станцию, работающую на низкопотенциальной тепловой энергии грунта или воды. Используется установка для отопления дома. Тепловые насосы, извлекающие тепло из грунта достаточно широко распространены в развитых странах. Практика использования таких установок показывает целесообразность этого оборудования. При этом был обнаружен и устранён ряд недостатков тепловых насосов. Геотермальный насос, как и все остальные типы тепловых насосов, представляет собой кондиционер, работающий на обогрев помещения. Конечно, есть различия, поскольку тепловые насосы затачиваются на обогрев помещения. Для геотермального теплового насоса нет требования положительной температуры на улице, как для установок типа воздух-воздух или воздух-вода. Коллектор, собирающий тепло, находится в грунте ниже того уровня, на который промерзает грунт. Так, что геотермальный насос можно использовать на севере России.

Схема работы геотермального теплового насоса

Что может использоваться в качестве источника тепла? Это может быть грунт, вода, воздух с температурой выше ноля градусов по Цельсию (в зимнее время). К примеру, незамерзающая речка или не промерзающий полностью водоём, колодец, артезианская скважина. Тепло можно также извлекать из грунта. Только это нужно делать ниже точки промерзания, поскольку там температура положительная даже зимой. Геотермальный тепловой насос забирает это тепло и переносит в установку. Там оно передаётся в контур отопления или ГВС.

В среде с низкопотенциальной энергией расположен трубопровод с циркулирующим в нём. Длина трубопровода большая. О её расчёте будет сказано ниже. Трубопровод обычно замкнутый, а теплоноситель в нём прокачивается насосом. Он нагревается до температуры грунта (примерно) 5─7 градусов. Затем в испарителе теплоноситель отдаёт тепло хладагенту, который циркулирует во втором контуре. Всего в конструкцию теплового насоса входит 3 контура, с циркулирующими в них теплоносителями.

При отдаче тепла фреон остывает, но при этом находится при повышенном давлении в газообразной форме. Он подаётся на сбросный клапан, где происходит резкое падение давления. В результате он охлаждается и превращается в жидкость. Затем он поступает в испаритель, где опять нагревается от грунтового тепла. Таким образом, цикл замыкается.

Виды геотермальных насосов

Насос типа вода-вода

Есть вариант отопления дома с использованием низкопотенциальной энергии, которая извлекается из грунтовых вод. Технически это может быть реализовано 2 способами.

В первом случае теплообменник укладывается на дно водоёма. Такое решение является простым, недорогим и не требующим серьёзных земляных работ. Трубы кладутся на дно водоёма кольцами. В ряде случаев для этого нужно получить соответствующее разрешение. В этом случае водоём должен быть расположен на дальше 100 метров от отапливаемого дома. Глубина водоёма должна быть не меньше 3 метров, чтобы он не промерзал полностью;
Второй вариант подразумевает использование артезианской скважины. В этом случае вода качается из скважины и прогоняется через тепловой насос. В этом случае нужна вторая скважина для сброса отработанной воды. Это необходимо, чтобы поддерживать равновесие и не допускать изменения давления в грунтовых пластах. То есть, потребуется бурение скважин для тепловых насосов. А бурение под тепловые насосы стоит немало. Поэтому второй вариант более дорогостоящий.

Тепловой насос вода-вода

Насос типа грунт-вода

Эффективность этого вида геотермальных насосов целиком зависит от извлечения тепла из грунта. Вариантов закладки контура теплообменника может быть два. Они отличаются эффективности, трудоёмкости и стоимости.

Теплообменник горизонтального типа. Контур закладывается на глубину ниже, чем промерзает земля. В этом случае не нужно привлекать сложную буровую технику, разрабатывать сложную проектную документацию и т. п. Трубы с циркулирующим в них теплоносителем закапываются примерно на один метр, чтобы они не промерзали. Длина горизонтального контура должна быть довольно большой. Если вам требуется отапливать дом площадью 220 квадратных метров, то трубы должны быть расположены на площади 600 квадратных метров. Так, что потребуется большая территория рядом с домом;
Теплообменник вертикального типа. Это тепловой насос с геотермальным зондом. В этом случае требуется бурение скважин. Их диаметр должен быть 150 миллиметров, а глубина 200 метров. В них устанавливаются зонды. К плюсам следует отнести стабильную температуру в скважинах около 18 С. Недостатком является трудоёмкость и дороговизна работ.

Геотермальный насос грунт-вода горизонтального и вертикального типа

Подбор и расчёт геотермального насоса

Основное требование, которое предъявляется при использовании геотермального насоса, соответствие условиям для установки такого оборудования. Геотермальный насос получится установить далеко не в каждом доме. Есть ряд ограничений по рельефу, глубине грунтовых вод, площади придомового участка. А также влияет наличие или отсутствие водоёма поблизости. Все эти расчёты и оценку возможности установки геотермального теплового насоса должен оценивать специалист фирмы, где вы заказываете оборудование.

Когда будете выбирать подходящую модель, обращайте на такие параметры, как СОР, тип укладки контура с теплоносителем, дополнительные функциональные возможности. Давайте, рассмотрим эти параметры подробнее.

Коэффициент СОР. Показывает соотношение, по которому можно судить о рентабельности установки. Это отношение выработки тепла насосом к затраченной электроэнергии. Значение 4 говорит о том, что при затратах 1 киловатта электричества насос вырабатывает 4 киловатта тепла;
Длина контура и способ его укладки. Производительность геотермального насоса напрямую зависит от площади теплообменного контура в грунте. Чтобы приблизительно оценить его площадь, нужно общую дома умножить на три. В результате у вас получиться площадь участка, необходимая для укладки контура. Так, вы сможете оценить, возможно ли разместить его на участке рядом с вашим домом;
Дополнительные возможности. К примеру, возможность обогрева дома зимой и охлаждения летом. Естественно, что для этого потребуется дополнительное оборудование (сплит-система) и расходы.

Геотермальный насос имеет высокий КПД, который превышает таковой у других видов отопительного оборудования. Большинство современных моделей имеют СОР 5. Электрический котёл на 1 киловатт даёт до 0.99 киловатта тепла. То есть, СОР 1.

Расчёт геотермального насоса

При расчётах контура для геотермального насоса учитывается тип и влажность грунта, средний уровень его промерзания. Обычно специалисты исходят из того, что 1 киловатт тепла даёт водяной контур длиной 40─60 метров в грунте. Электричество в геотермальной системе расходуется на принудительную циркуляцию теплоносителя и работу компрессора. Чем выше коэффициент СОР, тем меньше насос расходует электричества, и тем быстрее он окупится.

Производители и цены

Бренд геотермального насоса имеет важное значение при выборе. От качества исполнения оборудования зависит его надёжность и эффективность при дальнейшей эксплуатации. Можно обратить внимание на продукцию производителей, представленных ниже.

Специалисты фирмы занимаются производством всех типов геотермальных тепловых насосов. Есть линейки устройств с водяными коллекторами для водоёмов, с геотермальными зондами и с контурами в грунте ниже глубины промерзания. На выходе они дают теплоноситель, нагретый до 60 С. Производительность насосов Vaillant до 46 кВт. Среди минусов стоит отметить небольшой ассортимент, а среди плюсов ─ высокое качество;
Компания специализируется на выпуске бытовых тепловых насосов мощностью до 60 киловатт. Теплоноситель на выходе нагревается до 65 градусов Цельсия. Уровень шума большинства установок производства Buderus не более 40 дБ. Это достигается благодаря специальной изоляции. Теплонасос может работать в жилых помещениях и не создаст проблем с шумом;
Этот производитель выпускает мощные установки. Модели серии Vitocal 300-G/-W Pro могут выдавать мощность до 290 киловатт. Температура теплоносителя на выходе составляет 60 градусов Цельсия. Viessmann комплектуют свои продукты ёмкостями различного объёма для организации ГВС;
Stiebel Eltron. Среди продуктов этой компании много моделей, которые интегрируются в вентиляционные системы и работают летом на охлаждение. Производительность насосов Stiebel Eltron до 98 киловатт.

Установка геотермального насоса

Что нужно учесть при подсчёте затрат на приобретение и установку геотермального насоса? Цена установки больше всего зависит от мощности и производителя модуля. Цена лежит в диапазоне от 80 тысяч до 1,2 миллиона рублей и более. Насосы немецких производителей дороже всего. Следующая статья расходов – это укладка контура с теплоносителем. Этот вид работ будет дешевле всего, если делать горизонтальный контур. Траншеи под него можно вырыть самостоятельно. Это сразу снизит стоимость работ в два раза.

Корректно провести установку геотермального оборудования сможет только квалифицированный специалист. Поэтому сэкономить на этом этапе вряд ли получится. Да и не стоит на этом экономить. Лучше поручить такой монтаж профессиональным установщикам. Много производителей сегодня предлагают покупку и установку под ключ. Оборудование для обогрева дома площадью 80 квадратных метров будет стоить вместе с установкой и наладкой 350 тыс. р. В случае большого коттеджа площадью около 300 «квадратов» стоимость будет приближаться к миллиону.

Плюсы и минусы геотермальных тепловых насосов

В заключение стоит сказать о сильных и слабых сторонах геотермальных тепловых насосов. К их преимуществам можно отнести:

Экономичность. Геотермальные установки более выгодны чем газ, электричество, твёрдое топливо и т. п. Экономическая выгода является очень существенной. Затраты окупаются примерно за 5 лет;
Функциональность. Геотермальное оборудование можно сочетать с другими системами, предназначенными для кондиционирования и отопления помещений. Можно собрать установку, которая в летнее время работает на охлаждение, а зимой на обогрев. Кроме того, ничто не мешает параллельно использовать солнечные батареи вместе с насосом для выработки требуемого электричества;
Срок службы теплонасоса 100 лет при плановой замене комплектующих. Первый ремонт потребуется через 30 лет. После плановой замены изношенных частей насос продолжит работать дальше в рабочем режиме.

К недостаткам следует отнести:

Высокие требования к придомовой территории. Где попало насосы установить нельзя. Нужно провести разведку на предмет того, что будет делать целесообразнее, горизонтальный или вертикальный контур;
Высокая стоимость. Покупка и установка насоса средней мощности обойдётся в 300─500 тыс. р. В некоторых странах существуют программы льготного кредитования на покупку подобных систем;
Существуют некоторые проблемы с контуром в первый год службы. Это приводит к некоторому снижению циркуляции теплоносителя. Поэтому через год рекомендуется проводить осмотр водяного контура, а это влечёт за собой расходы на облагораживание придомового участка.

В развитых странах геотермальные насосы устанавливаются как в жилых домах, так и в производственных помещениях. Есть немало промышленных центров, которые отапливаются при помощи тепла, извлекаемого из грунта или воды. И опыт использования таких устройств показывает, что это целесообразно и экономически выгодно.