Существует много различных вариантов обогрева жилища. Внимание людей закономерно сосредоточено на поисках таких способов, которые потребляют меньше всего энергии. Ожесточенные споры вызывает такой прогрессивный способ получения тепла, как использование подземных источников.
Принцип работы геотермального отопления подразумевает использование тепловых насосов.
Они действуют по классическому циклу Карно, беря глубоко внизу холодный теплоноситель и получая взамен нагретый до 50 градусов поток жидкости внутри отопительной системы.
Стандартный тепловой насос обогревает дом или иное здание за счет тепла земли на протяжении 100 тысяч часов (именно таков средний промежуток между профилактическими капитальными ремонтами).
Нагрев до 50 градусов выбран неслучайно. Именно такой показатель по результатам специальных расчетов и при изучении практически реализованных систем был признан наиболее эффективным.
Поэтому земляное отопление, использующее поток энергии из недр, в основном дополняется не радиаторами, а теплым полом или воздушным контуром. В среднем, на 1000 Вт энергии, приводящей в работу насос, удается поднять наверх примерно 3500 Вт тепловой энергии.
На фоне безудержного роста стоимости теплоносителя в магистральной сети и иных способов отопления это очень приятный показатель.
Геотермическое отопление образовано тремя контурами:
- грунтовым коллектором;
- тепловым насосом;
- собственно, греющим комплексом дома.
Коллектором называется подборка труб, которые дополнили насосом для рециркуляции. Теплоноситель во внешнем контуре имеет температуру от 3 до 7 градусов.
И даже такой незначительный внешне разброс позволяет системе эффективно решать поставленные задачи. Для передачи тепла используют либо этиленгликоль в чистом виде, либо его смесь с водой.
Полностью водные контуры подземного обогрева встречаются редко.
Причина проста – та вода, которая встречается в достаточно разогретом слое почвы, быстро разъедает оборудование. И даже такую жидкость можно найти далеко не в любом произвольно взятом месте.
Выбор конкретного теплоносителя определяется конструктивными решениями инженеров. Насос подбирается в зависимости от устройства остальных частей системы.
Поскольку глубина скважины (уровень заложения оборудования) определяется природными условиями, решающие отличия между типами геотермальных систем связаны с устройством коллектора в грунте.
Горизонтальная структура подразумевает расположение коллектора под линией промерзания почвы. В зависимости от конкретной местности это означает углубление на 150-200 см.
Такие коллекторы могут оснащаться различными трубами, как медными (с внешним слоем из ПВХ), так и сделанными из металлопластика. Чтобы получить от 7 до 9 кВт тепла, придется уложить не менее 300 кв. м коллектора.
Такая методика не позволяет приближаться к деревьям более чем на 150 см, а по окончании монтажа придется благоустраивать территорию.
Вертикально выставленный коллектор подразумевает бурение нескольких скважин, причем обязательно устремленных в разные стороны, и каждую ведут под своим углом. Внутри скважин располагаются геотермальные зонды, тепловая отдача от 1 пог. м достигает примерно 50 Вт.
Нетрудно подсчитать, что для идентичного количества тепла (7-9 кВт) придется поставить 150-200 м скважин. Преимущество в этом случае не только в экономии, но и в том, что ландшафтная структура территории не изменяется.
Надо будет только выделить небольшой участок для монтажа кессонного блока и для выставления концентрирующего коллектора.
Нагреваемый от воды контур практичен, если можно вывести наружный узел обмена теплом в озеро или пруд на глубину от 200 до 300 см. Но обязательным условием будет расположение водоема в радиусе 0,1 км от отапливаемого строения и площадь водного зеркала минимум 200 кв. м.
Существуют также воздушные теплообменники, когда получение тепла внешним контуром происходит из атмосферы. Подобное решение отлично проявляет себя в южных областях страны и не требует никаких земляных работ.
Слабости системы – низкий КПД при морозе в 15 градусов и полная остановка, если температура понизится до 20 градусов.
Геотермальное отопление дома, загородного в первую очередь, не расходует дорогостоящее и загрязняющее воздух минеральное топливо. Вот уже 7 из 10 новых домов, возводимых в Швеции, отапливаются именно таким образом.
В жаркие дни геотермальное оборудование из нагревателя становится средством пассивного кондиционирования. Вопреки распространенному мнению, для работы такой отопительной системы не нужны ни вулканы, ни гейзеры.
В самой обычной равнинной местности она действует ничуть не хуже.
Единственным условием оказывается достижение тепловым контуром точки ниже линии промерзания, где температура почвы всегда составляет от 3 до 15 градусов.
Сверхвысокий КПД только кажется противоречащим законам природы; тепловой насос насыщен фреоном, который испаряется под действием даже кажущейся людям «ледяной» воды. Пар согревает третий контур. Такая схема представляет собой вывернутый наизнанку холодильник.
Потому эффективность насоса относится только к количественному соотношению электрической энергии и тепловых ресурсов. Сама по себе работа привода производится «как полагается», с неотвратимыми потерями энергии.
Объективными плюсами геотермального обогрева можно считать:
- превосходный КПД;
- солидный период службы (тепловой насос работает 2-3 десятилетия, а геологические зонды и вовсе до 100 лет);
- стабильность работы практически при любых условиях;
- отсутствие привязки к энергоносителям;
- полная автономность.
Есть одна серьезная проблема, мешающая сделать геотермальное отопление действительно распространенным решением. Это, как показывают отзывы владельцев, высокая цена создаваемой конструкции. Чтобы обогреть обычный дом площадью 200 кв.
м (не так уж и редко встречающийся), надо будет строить систему под ключ за 1 млн рублей, до 1/3 этой суммы стоит тепловой насос. Автоматизированные установки очень комфортны, и если все настроено правильно, могут работать годами без вмешательства людей. Все упирается только в наличие свободных средств.
Еще одним минусом является зависимость от электропитания насосного узла.
Риск воспламенения геотермальной отопительной системы нулевой. Опасаться занятия ею излишнего места не стоит, в самом доме необходимые части потребуют примерно той же площади, что и рядовая стиральная машина.
Более того, высвобождается пространство, которое обычно приходится отводить под запасы топлива. Собственноручно построить необходимые контуры вряд ли получится.
Проектирование тоже лучше поручить профессионалам, поскольку малейшая ошибка может привести к неприятным последствиям.
Геотермальный обогрев своими руками пытаются создать достаточно многие люди. Но чтобы такая система работала, должны быть произведены тщательные расчеты, требуется также составление схемы разводки труб. Нельзя приближать скважину к дому больше чем на 2-3 м. Наибольшая допустимая глубина бурения достигает 200 м, однако неплохую эффективность демонстрируют скважины, достигающие и 50 м.
Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:
- температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
- значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
- влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.
Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м, а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год.
Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине.
Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.
Нужно внимательно рассчитывать действия по регенерации свойств грунта. Только подавая периодически в скважину тепло вместо извлечения его наружу, можно гарантировать стабильную работу системы на многие годы вперед.
Как часто это делать и что еще предпринять – подскажут как раз расчеты, производимые опытными проектировщиками. Время окупаемости геотермального обогрева даже при высочайшей эффективности составляет не меньше 10 лет.
Так что кроме инженерных моментов, следует внимательно просчитывать и экономику проекта.
Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин.
И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления.
В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.
Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий, конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе.
Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники.
Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.
Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки».
Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка.
В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).
Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры.
Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%.
Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.
Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм.
Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта. Если она менее 20 Вт на 1 кв. м, никакого смысла в геотермальном контуре нет. Чтобы обеспечить отвод грунтовых вод, дно котлованов покрывают слоем песка.
Отлично проявляют себя трубы на основе сшитого полиэтилена.
Наиболее эффективная работа теплового насоса обеспечивается в помещениях, где температура воздуха составляет от 14 градусов тепла. При любой возможности стоит предпочитать вертикальное расположение контуров горизонтальному, потому что оно самое эффективное из всех.
Судя по отзывам, в чистом виде геотермальный обогрев нерационален, он прогревает воду слишком долго, потому во многих случаях такая система выполняет сугубо вспомогательную роль.
Чтобы добиться высочайшей результативности, следует ориентироваться на максимально допустимую интенсивность вовлечения теплового ресурса и расчетных дебитов скважины.
Если внизу расположены не сухие породы, а горячая вода, это практически оптимальная ситуация. Тогда появляется возможность сэкономить и получить максимальную выгоду.
Но надо помнить, что если планируется попутно использовать горячие подземные источники для водоснабжения, вода в них должна соответствовать типовым санитарным требованиям.
Когда химический анализ показывает присутствие агрессивных компонентов, целесообразно организовать два автономных контура, жидкость в которых не перемешивается, а происходит только обмен теплом. На стенах закрепляют компрессоры либо от холодильников, либо от кондиционеров.
Если проводка в доме довольно слабая, стоит применить пару компрессоров, чтобы сократить пусковой ток благодаря последовательному включению. При монтаже конденсаторов следует заботиться о движении в них фреона от верхней точки к нижней, а не наоборот.
Чтобы коллектор стабильно работал и обогревал помещение, его площадь (для частного дома величиной 100 кв. м) должна составлять 200-250 м2. Горизонтальную схему отопления не стоит использовать, если планируется впоследствии разбить сад или огород.
Для комплектования системы можно использовать даже обычный скважинный насос.
О том, что такое геотермальное отопление и как его установить, смотрите в следующем видео.
Как работает геотермальный тепловой насос
Повсеместное внедрение энергосберегающих технологий, позволило многим потребителям отказаться от использования традиционных видов топлива в пользу альтернативных источников энергии. Сравнительно недавно, отечественные покупатели смогли убедиться в эффективности и экономичности тепловых насосов. А после появления СОР, преимущества систем, получающих тепло от воды, земли, воздуха, стали особенно очевидны.
Среди нетрадиционного отопительного оборудования, особого внимания заслуживает геотермальный тепловой насос. Имея простую конструкцию, теплонасос способен эффективно отапливать дом, практически любой площади.
ТН нагревает теплоноситель до температуры +65°С, чего более чем достаточно для отопления дома с помощью теплых полов и радиаторов. Дополнительным преимуществом является возможность получить горячую воду для бытовых нужд.
Что такое геотермальный насос
Геотермальные тепловые насосы отопления – это автономные станции, использующие низко потенциальную тепловую энергию земли и грунтовых вод, для обогрева дома. Теплонасосы, использующие энергию грунта, уже давно используются в странах ЕС, Америки и Азии.
Многолетняя практика применения геотермальных тепловых насосов для отопления домов, не только показала целесообразность дальнейшего применения станций, но и позволила увидеть и устранить определенные недостатки.
Теплоснабжение с применением геотермальных насосов основано на использовании низко потенциальной энергии. По сути, теплонасос, это тот же кондиционер, только работающий на нагрев. Есть и отличия. Конструкция ТН более приспособлена на обогрев, чем на охлаждение помещений.
В отличие от воздушных теплонасосов, необходимыми условиями для эффективной работы не является положительная температура окружающей среды. Коллектор, по которому происходит забор тепловой энергии, расположен ниже уровня промерзания грунта. Поэтому, допускается применение теплового насоса в северных широтах.
Наибольшей популярностью пользуются комбинированные системы солнечного отопления и геотермального насоса. Работая в связке, оборудование получает достаточно энергии, для комфортного обогрева дома и обеспечения нужд ГВС.
Как работает геотермальный насос
В принципе работы используют так называемые геотермальные процессы. Ниже уровня промерзания грунта, земля имеет постоянную плюсовую температуру. По мере углубления в грунтовую породу, температура постепенно увеличивается.
Принцип работы системы геотермального теплоснабжения с тепловыми насосами заключается в использовании и преобразовании полученной энергии для нагрева теплоносителя дома. Происходит это следующим образом:
- Устанавливается геотермальный контур отбора, заполненный рассолом (пропиленгликолем).
- Контур соединен с вертикальными геотермальными зондами, помещенными в скважины глубиной 60-100 м, либо горизонтальным коллектором, уложенным на глубине свыше 1 метра.
- Рабочая жидкость в контуре циркулирует по замкнутому кругу между зондов и нагревается до 5-6°С, после чего подается в приемник теплового насоса.
Дальше ТН работает также, как и остальные модели, аккумулирующие тепло из окружающей среды. Насос имеет следующее устройство:
- Замкнутый контур – по трубкам циркулирует фреон, переходящий из жидкого в газообразное состояние.
- Испаритель – модуль, соединенный с приемником ТН. В емкости происходит испарение фреона, при этом поглощается тепло от разогретого пропиленгликоля.
- Фреон, в газообразном состоянии, подается в компрессор насоса. Там создается давление, разогревающее газ до +65°С, и дальнейшее впрыскивание его в конденсатор.
- Конденсатор – разогретый фреон опять преобразовывается в жидкость, но уже нагретую до высокой температуры. Через стенки конденсатора происходит теплообмен, посредством чего нагревается теплоноситель водяного отопления дома.
Геотермальный насос обеспечит комфортную температуру обогрева помещений +23 +25°С. Этого показателя более чем достаточно для отопления в зимнее время года.
Геотермальный насос устроен как источник тепла для низкотемпературных систем отопления. Хотя теплонасос можно подключать к радиаторным схемам, производители рекомендуют использовать для нагрева теплоносителя в теплых полах.
Принцип работы геотермального теплового насоса обеспечивает абсолютную безопасность использования оборудования. В летнее время года станция работает на охлаждение.
Существуют определенные преимущества использования солнечных батарей вместе с геотермальным насосом, главным из которых является абсолютная автономность станции от центрального энергоснабжения и дополнительная экономия средств.
Насос типа земля-вода
Системы геотермального отопления и охлаждения полностью зависят от эффективности забора тепла из грунта «рассолом». Существует два варианта прокладки контура, обеспечивающих различные характеристики теплоэффективности:
- Горизонтальный теплообменник – глубина заложения контура ниже промерзания земли, что не требует использования сложной буровой техники, тщательного планирования и изготовления проектной документации. Трубы закапывают на глубину от 1 м. Минусом данного решения является то, что длина петли геотермального контура должна быть очень большой.К примеру, для отопления дома с площадью 220 м², потребуется расположить трубы на площади 600 м², поэтому, проведение работ возможно только при условии большой придомовой территории.
- Вертикальный теплообменник – вариант установки теплового насоса с геотермальными зондами. Требует бурения специальных скважин, глубиной около 200 м и диаметром 150 мм, для расположения зондов. Преимуществом вертикального контура является стабильная высокая температура на глубине скважин +18°С. В качестве минусов можно выделить высокую стоимость работ.
Установка геотермального ТН требует проведения глобальных земляных работ, что ограничивает популярность систем отопления данного типа.
Насос типа вода-вода
Существует альтернативный вариант отопления дома геотермальной энергией, взятой из грунтовых вод. Работы также проводят двумя способами:
- Теплообменник на дне водоема – одно из популярных решений. Не требует капитальных затрат и проведения масштабных земляных работ. Трубы укладывают на дно, рядом расположенного озера или пруда, а при условии получения соответствующего разрешения, речки. Минимальным требованием для установки является расположение водоема не более 100 м от отапливаемого помещения, глубина не менее 3 м.
- Использование артезианской скважины – принцип работы основан на том, что воду прямо качают из скважины, прогоняя через тепловой насос. Такое решение требует изготовления второй скважины, для сброса воды и поддержания равновесия, для предотвращения изменения давления в пластах.
Автономное отопление на основе геотермальных тепловых насосов, использующих тепло грунтовых вод и водоемов, пользуется большей популярностью за счет простоты установки системы, меньших затрат на монтажные работы и большей теплоэффективности.
Как подобрать геотермальный насос
Главным требованием при геотермальном отоплении с использованием теплового насоса, является определение соответствия условий для установки станции. Не в каждом доме удастся установить ГН. Ограничения применимости в основном связаны с рельефом, глубиной пролегания грунтовых вод, общей площади приусадебного хозяйства, наличием расположенного рядом со зданием водоема и т.д.
Предварительные расчеты и проектную документацию составляет специалист компании, продающей отопительное оборудование. При выборе подходящей модели, обращают внимание на следующие параметры:
- СОР – под сокращением, принятым во многих странах мира, скрывается соотношение, указывающее на рентабельность установки, а точнее производительность насоса по отношению к затраченному электричеству. Так, СОР 3 означает, что на каждый 1кВт электроэнергии, необходимой для поддержания работы устройства, будет произведено 3 кВт тепловой энергии.
- Укладка геотермального контура – производительность прямо влияет на общую площадь уложенного в грунт трубопровода. Для предварительных расчетов, будет достаточно умножить общую отапливаемую площадь на 3. Полученный результат укажет на то, какие размеры участка будут необходимы для укладки контура.
- Функциональные возможности. Дом, оборудованный геотермальным тепловым насосом, отапливается зимой, и при условии приобретения дополнительного оборудования, охлаждается летом. Чтобы это стало возможным, дополнительно устанавливаются сплит системы.
КПД геотермального насоса намного выше, чем у любого другого отопительного оборудования. Своевременные модели имеют коэффициент СОР равный пяти. Для сравнения, электрокотел вырабатывает на каждый 1 кВт, 0.09-0.99 кВт тепловой энергии.
Как рассчитать мощность ГН
ГН выдает температуру теплоносителя равную 65°С, при максимальной нагрузке. Оптимальными считаются параметры, находящиеся в пределах 45-50°С. ТН подключается к низкотемпературным системам отопления. Коэффициент мощности и другие параметры, рассчитываются с учетом особенностей эксплуатации:
- Мощность теплонасоса – на 1 квадратный метр, понадобится тепловая мощность, равная 0,7 кВт. Для обогрева частного дома в 200 м², выбирают установку с производительностью 14 кВт.
- Расчет геотермального контура – при вычислениях принимают во внимание влажность и тип грунта, а также средний уровень точки промерзания. В среднем, для получения 1кВт тепловой энергии, потребуется 40-60 метров водяного контура, уложенного в грунт.
- Расходы электроэнергии – геотермальный насос работает за счет электричества, необходимого для создания принудительной циркуляции теплоносителя в первичном водяном контуре, а также нагнетания давления фреона в компрессоре. Чем выше СОР, тем меньше будут затраты электроэнергии и выше окупаемость теплонасоса.
Производители геотермальных насосов
При выборе отопительной геотермальной техники, немаловажную роль играет подбор производителя. Если учитывать качество и надежность оборудования, то лучшие тепловые насосы выпускают немецкие производители.
Стабильно хорошие отзывы заслуживают модели, предлагаемые следующими производителями:
- Viessmann – продукция компании отличается высокой производительностью. В частности, насосы Vitocal 300-G/-W Pro способны развивать мощность до 290 кВт. Максимальный нагрев теплоносителя 60°С. Станции Viessmann укомплектовываются интегрированными накопительными емкостями, для обеспечения нужд ГВС, различной вместимостью.
- Buderus – в отличие от предыдущего производителя, компания делает акцент на бытовых приборах отопления, мощностью до 60 кВт. Подача теплоносителя с температурой 65°С. Шум от геотермального насоса Buderus всего 40 дБ, благодаря специально сконструированной изоляции. Можно спокойно эксплуатировать теплонасос непосредственно в доме, рядом с жилыми помещениями.
- Vaillant – компания предлагает все типы геотермальных насосов. Отдельно разработаны серии для укладки водяного коллектора на дно водоема, использования геотермальных зондов и укладки контура ниже точки промерзания. Теплоноситель на выходе прогревается до 60°С. Максимальная производительность 46 кВт. Недостатком продукции компании Vaillant является скромный выбор ГН, что, впрочем, компенсируется высоким качеством продукции.
- Stiebel Eltron – продукция компании предназначена для частичной и полной компенсации потребностей жилых помещений в тепле. Все модели интегрируются в систему вентиляции и в летнее время года работают на охлаждение. Максимальная производительность ГН Stiebel Eltron 98 кВт.
Ассортимент выпускаемой продукции огромен. При выборе лучше ориентироваться на мнение специалиста.
Стоимость геотермального оборудования и монтажа
Чтобы подсчитать, во сколько обойдется приобретение и установка геотермальной отопительной системы, учитывают следующие четыре фактора:
- Приобретение станции – себестоимость ГН зависит от производителя и мощности модуля. Средняя стоимость варьируется от 80 до 1200 тыс. руб. и выше. Дороже всего обойдется оборудование немецких производителей, но переплаты в данном случае оправданы, по причине высокого качества и надежности.
- Обустройство участка геотермальных полей или земляные работы – дешевле всего обходится горизонтальный геотермальный контур теплового насоса. При желании, можно самостоятельно вырыть траншеи, по предварительно подготовленному проекту, что уменьшит стоимость работ практически вдвое.
- Монтаж геотермального насоса – прокладка трубопровода и подключение его к емкости с испарителем, правильно выполнит только квалифицированный специалист. На монтажных работах лучше не экономить и предоставить профессионалам выполнение работ.
Большинство производителей ГН предлагает приобретение установки «под ключ». Подключение станции, достаточной для обогрева 80 м², обойдется в 350 тыс. руб. 220 м² — 750 тыс. руб.
Преимущества и недостатки геотермальных отопительных насосов
Отзывы о геотермальных насосах теплоснабжения и реальный опыт эксплуатации, помогают выявить сильные и слабые стороны оборудования. К недостаткам геотермального насоса можно отнести:
- Высокие нормативные требования к геотермальным тепловым насосам, а точнее прилегающей территории. Станция не может быть установлена в любой местности. Первоначально потребуется провести геологическую разведку, и определить, будет ли целесообразно использовать ГН или лучше выбрать другой источник тепловой энергии.
- Стоимость – не каждый хозяин частного дома, в состоянии выложить за приобретение и установку насосного оборудования порядка 350-500 тыс. руб. Некоторые банки предлагают льготное кредитование на приобретение оборудования, также можно воспользоваться государственной помощью (если она предусмотрена).
- Изменения в геотермальном контуре в первый год эксплуатации – уложенные трубы проседают, что приводит к уменьшению скорости циркуляции пропиленгликоля. В результате, снижаются показатели теплоотдачи и характеристики СОР. Поэтому, через год эксплуатации проводится аудит первичного водяного контура, что часто неудобно и приводит к дополнительным расходам на облагораживание территории.
Вот практически и все недостатки геотермального насоса. Теплонасос, в противовес этому, обладает достоинствами, перевешивающими существующие минусы:
- Экономичность – сравнение затрат на газ, твердое топливо и на электричество, расходуемые традиционными котлами отопления, покажет, что ГН является более выгодным. Причем, экономическая выгода настолько существенна, что позволяет окупить затраты на покупку и установку модуля уже через 4-5 лет.
- Функциональность – существует возможность использования геотермального оборудования для отопления и кондиционирования помещений. Если учесть, что в летнее время года теплонасос будет продолжать работать как кондиционер и обеспечивать дополнительную экономию электроэнергии, становятся очевидным, целесообразность приобретения.
- Длительный срок эксплуатации – сам теплонасос сможет проработать и 100 лет, но отдельные узлы потребуют ремонта уже через 30-50 лет. После проведения ремонтных работ, можно будет продолжить использовать оборудование в обычных условиях эксплуатации.
Геотермальные насосы в странах ЕС устанавливают не только в жилых помещениях. Некоторые крупные промышленные центры, отапливают с помощью тепла, отдаваемого грунтом или водой. Большой опыт эксплуатации показывает экономическую выгоду и целесообразность вложения средств в тепловые геотермальные установки.
Геотермальный насос – берем энергию у земли
Позаботиться об окружающей среде, а заодно и сэкономить на энергоносителях можно разными способами. Например, добывать тепло прямо из недр земли, установив автономный геотермальный насос.
Когда говорят о независимости от энергоносителей, то обычно имеют в виду переход на солнечные батареи и ветрогенераторы.
Однако для отопления коттеджа или частного дома можно использовать еще одну установку – более сложную и оригинальную, но не менее производительную.
Речь идет о геотермальном тепловом насосе, способном работать за счет перепада температур в глубине грунта и на его поверхности.
Как работает геотермальный насос?
В упрощенном виде принцип работы геотермального насоса такой же, как у кондиционера или холодильника. Отличие состоит в том, что он забирает тепло из внешней среды и направляет его в отапливаемое помещение.
Внешний контур теплового насоса отбирает тепло у окружающей среды. При этом насос не обязательно должен располагаться в земле. Его можно установить и под водой, и просто на открытом воздухе. Правда, максимальная эффективность все же достигается при установке геотермального контура в почву, ниже уровня промерзания земли.
Теплоносителем, то есть переносчиком тепла по контуру, обычно выступает фреон, но можно использовать воду или рассол. Жидкость-теплоноситель нагревается, накапливая тепло из внешней среды, а после этого она поступает в испаритель, или теплообменник.
В испарителе находится хладагент, который довольно быстро закипает. Он испаряется, а получившийся газ попадает в компрессионную установку. В компрессоре газ сжимается, его температура увеличивается и он попадает в конденсатор.
Последний соединен с внутренним контуром установки, который обеспечивает теплообмен. Газ разогревает теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре, и направляет его в отопительную систему.
После охлаждения газ конденсируется и жидкость вновь возвращается в испаритель.
Виды тепловых насосов
Самой простой градацией является деление геотермальных установок в зависимости от источника, из которого они получают тепло. Их всего три: грунт, вода и воздух. Попутно выделяют две системы отопления, к которым подключается насос – водяную и воздушную. Таким образом, можно выделить пять основных типов геотермальных насосов:
- “грунт-вода” (внешний контур, погруженный грунт в сочетании с водяной системой отопления);
- “воздух-вода” (внешний контур забирает тепло из окружающего воздуха в сочетании с водяной системой отопления);
- “воздух-воздух” (внешний контур забирает тепло из окружающего воздуха в сочетании с воздушной системой отопления);
- “вода-вода” (внешний контур погружен в воду или использует водяную скважину в сочетании с водной системой отопления);
- “вода-воздух” (внешний контур погружен в воду, а для отопления используется воздушная система).
Самыми неэффективными, особенно в широтах умеренного пояса, являются воздушные насосы – те, которые извлекают тепло из окружающего воздуха. Успешно они работают только в жарких и засушливых регионах, но там и отрицательные температуры большая редкость.
Самыми лучшими для умеренных зон, долговечными и простыми в обслуживании являются насосы “грунт-вода”. Они не зависят от температуры окружающей среды, поскольку берут необходимое тепло из недр почвы.
Достоинства и недостатки тепловых насосов
Геотермальные установки имеют ряд преимуществ, особенно по сравнению с традиционными “зелеными” источниками энергии:
- геотермальный насос служит и отопительной системой, и котлом для подогрева воды, и даже способен частично снабжать себя электроэнергией;
- ему не нужна постоянная инсоляция (солнечный свет) или ветер. Достаточно, чтобы просто было тепло;
- эффективность работы геотермальных установок не зависит от времени суток или поры года;
- если морозы не слишком сильные, тепловой насос постоянно находится в области положительных температур и стабильно работает;
Недостатки в основном сводятся к дороговизне, необходимости отвести для насоса определенную площадь участка и некоторых сложностей с монтажом. Однако простой геотермальный насос можно соорудить самостоятельно.
Что нужно для сборки теплового насоса?
Для сборки теплового насоса понадобится ряд деталей, которые придется приобрести:
- испаритель – можно использовать пластиковую бутыль или емкость любой формы. Литраж подбирается в зависимости от объема и типа насоса;
- компрессор – для насоса подойдет установка от холодильника или кондиционера. Желательно брать версию помощнее;
- медный змеевик – медные трубки найти довольно просто, главное выбрать правильный шаг при намотке змеевика;
- конденсатор – без этой детали никак не обойтись – нужна емкость из нержавеющей стали (толщиной не менее 1 мм).
Как собрать тепловой насос самому?
Сборка теплового насоса потребует от вас навыков сварщика, монтажника и электрика. Возможно, вам придется прибегнуть к помощи специалистов или даже приобрести готовый вариант, мы же опишем общий алгоритм установки геотермального насоса.
- Для начала проверьте счетчик – 20-амперного однофазного счетчика явно не хватит. Нужен минимум 40-45-амперный.
- Можно собрать геотермальный насос из двух однофазных компрессоров с мощностью охлаждения 25 000-26 000 БТЕ (Британских тепловых единиц) для каждого. Общая тепловая мощность в этом случае составляет около 18 кВт при потреблении электричества не более 4,5 кВт/ч. Такой вариант хорош для постепенного подключения отопления.
- После этого приобретите компрессор от сплит-системы мощностью, скажем, 25 500 БТЕ, что составляет 7,5 кВт “по холоду” и 9,5 “по теплу”. Компрессор прикрепите к стене при помощи кронштейнов.
- Затем вам нужно раздобыть бак из нержавейки на 120 л. Разрежьте его на две части, а внутрь вставьте медный змеевик фреоновода. После этого заварите бак. Получится около 2 кв.м. площади теплообмена.
- Используйте медную трубу диаметром 12,7 мм (по внешней стороне). Фреоновод входит в конденсатор сверху, а выходит снизу. Концы выведите наружу при помощи сантехнических переходов.
- Погрузите теплообменник в земляную шахту или грунтовые воды.
- Для монтажа испарителя нужна пластиковая емкость (объемом 120-130 л), около 25 метров трубы и терморегулирующий вентиль (ТРВ). После приварите трубку линии выравнивания к вентилю. Затем запаяйте всю установку с последующей тщательной герметизацией всех узлов.
- После этого ее нужно вакуумировать, то есть избавиться от остатков воздуха и наполнить фреоном. Затем подождите пару дней и проверьте уровень давления. Если оно осталось прежним, значит, утечек нет. На места соединений нанесите мыльную пену, по пузырькам можно будет определить, пропускают ли они воздух.
- Для автоматизации необходимо однофазное пусковое реле с пусковым током до 40 А. Датчики позволят контролировать температуру воды “на входе” и “на выходе”.
- Остается сделать пробный запуск и проверить работоспособность системы.
Установка простого геотермального насоса позволит снизить часть расходов на отопление и обзавестись собственной автономной установкой. При этом тепло из недр самой земли постоянно будет поступать в ваш дом.
Загрузка...
