Преимущества использования тепловых насосов
В отличие от стандартных источников тепла тепловые насосы, имеющие высокую мощность, обладают массой преимуществ, среди которых стоит выделить:
- высокая экономия, которая напрямую связана с отсутствием необходимости закупки, перевозки, хранения топлива;
- экономия пространства, которое требуется для установки котельной, транспортного пути и топливного склада.
Недорогой тепловой насос, установленный своими руками, не способствует изменению общего ландшафта территории и фасада дома. К тому же, благодаря своей компактности, насос остается абсолютно незамеченным для посторонних глаз.
Классификация по конструкционному типу
Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.
Принцип работы геотермального (теплового) насоса
Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.
Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.
Схема устройства геотермального отопления в частном доме
Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.
Горизонтальный теплообменник
Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.
Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором
Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.
К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.
Вертикальный теплообменник
Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.
Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования
Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.
Водоразмещенный теплообменник
Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.
Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства
Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.
Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».
Преимущества и недостатки системы
К плюсам относят:
- Постоянство обеспечения и экономичность. Вода и земля не промерзают ниже определенных точек, поэтому отопление тепловым насосом будет осуществляться в постоянном режиме, плюс выделение тепла превышает затраты на электричество, необходимое для работы насоса.
- Чистота. Во время работы оборудование не образует вредных газов, шлаков. Не придется чистить горелки и топку – вся схема выстроена на отсутствии любых отходов сгорания, что объясняет экологическую чистоту.
- Снижение расходов. Кроме экономии электричества, хозяин не тратит деньги на закупку топлива, химических веществ и жидкостей.
- Безопасность. Схема выстроена таким образом, что она не вызывает возгорания, не выделяет опасных газов.
- Длительность эксплуатации. Обустраивая отопление за счет тепла земли или воды, владелец получает схему, которая будет работать от 100 лет. Замены потребуют некоторые конструкционные узлы со сроком износа 30-50 лет.
- Отсутствие шумовых эффектов. В продаже есть оборудование с шумом в 40 дБ (это тише, чем тиканье часов), такие насосы можно ставить в доме рядом с жилыми комнатами.
На заметку! Чтобы добиться максимальной экономической выгоды, владельцу придется основательно вложиться в оборудование, настройку и запуск схемы в работу. Но затраты будут однократными.
К дополнительным плюсам относят расположение всех основных узлов системы за пределами строения. Благодаря такому устройству системы подходят для применения в домах небольшой площади. Также к преимуществам относят возможность применения установки не только для прогрева, но и охлаждения помещений – тепловые насосы геотермального типа работают вне зависимости от погоды на улице, зимой они прогревают теплоноситель, а летом – охлаждают, а значит, можно сэкономить на покупке кондиционера.
Минус один – большие разовые затраты. Расходы связаны с покупкой станции, заказом услуг мастеров для формирования системы – своими руками тут не обойтись. Также придется составлять проект, покупать насос, материалы для первичного контура и создания тепловой магистрали в доме.
Виды обмена тепла
Насосы с открытым циклом забирают подземную воду, подают ее в теплообменник и затем возвращают обратно в почву на некотором расстоянии от точки забора. Преимущество такой схемы заключается в возможности сразу получать воду для бытовых целей. Использование грунтовых источников не наносит вреда окружающей среде. Однако стоит учитывать, что эффективность такой отопительной системы не всегда одинакова, а использовать ее можно только при постоянно высоком уровне воды.
Насосы с закрытым циклом и водоразмещенным теплообменником забирают жидкость из водоема и прокачивают ее по трубам, забирая тепло. Отапливать дом таким способом удастся в том случае, если расстояние от него до водоема не превышает 100 метров. Глубина источника и береговая линия должны подходить для прокладки трубопровода. Нужно учитывать, что работа отопительной системы станет невозможной в случае промерзания водоема. Главным преимуществом метода является его невысокая стоимость по сравнению с другими.
Насосы с закрытым циклом и вертикальным теплообменником отличаются высокой эффективностью и малым энергопотреблением. В этом случае трубы, по которым прокачивается тепловая энергия, прокладываются вертикально и уходят в грунт на глубину до 200 метров. Уже на расстоянии 15-20 метров от поверхности земли температура почвы стабильна и составляет около 12 градусов. Чем глубже проложены трубы, тем выше эффективность системы. Главный недостаток метода заключается в значительных финансовых вложениях при обустройстве отопления.
Насосы с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником требуют наличия немалой свободной площади около дома. В этом случае трубы располагаются горизонтально, на глубине не меньше метра от поверхности земли. Для дома площадью 200 «квадратов» потребуется примерно 500 «квадратов» поверхности земли (подробнее: “
Используем тепло земли для отопления дома
“). Нужно учитывать, что на данном участке, в случае поверхностной прокладки коллектора, вряд ли получится выращивать какие-либо растения – им будет не хватать тепла. Поэтому будет разумнее углубить теплообменник на несколько метров. Основное преимущество горизонтальных устройств – гораздо меньшая стоимость по сравнению с вертикальными.
Альтернативная система отопления, смотрите подробное видео:
Что такое тепловой насос для отопления частного дома? Как работает?
Специальное устройство, которое способно извлекать тепло из окружающей среды называется тепловой насос.
Применяются такие приборы в качестве основного или дополнительного метода обогрева помещений. Некоторые устройства также работают на пассивное охлаждение здания — при этом насос применяется как для летнего охлаждения, так и для зимнего обогрева.
В качестве топлива используется энергия окружающей среды. Такой обогреватель извлекает тепло из воздуха, воды, грунтовых вод и так далее, поэтому это устройство относят к классу возобновляемых источников энергии.
Важно! Для работы таких насосов требуется подключение к электросети. В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан
В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства
Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло)
В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло)
В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло).
Большинство приспособлений работают как при положительных, так и при отрицательных температурах, однако КПД устройства напрямую зависит от внешних условий (т. е. чем выше температура окружающей среды, тем мощнее будет устройство). В общем случае прибор работает следующий образом:
- Тепловой насос вступает в контакт с окружающими условиями. Обычно аппарат извлекает тепло из земли, воздуха или воды (в зависимости от типа устройства).
- Внутри прибора установлен специальный испаритель, который заполнен хладагентом.
- При контакте с внешней средой хладагент закипает и испаряется.
- После этого хладагент в виде пара поступает в компрессор.
- Там он сжимается — благодаря этому серьёзно повышается его температура.
- После этого разогретый газ поступает в систему отопления, что приводит к нагреванию основного теплоносителя, который и используется для отопления помещений.
- Хладагент понемногу охлаждается. В конце он превращается обратно в жидкость.
- Потом жидкий хладагент поступает в специальный клапан, который серьёзно понижает его температуру.
- В конце хладагент вновь попадает в испаритель, после чего цикл нагрева повторяется.
Фото 1. Принцип работы теплового насоса типа грунт-вода. Синим цветом показан холодный теплоноситель, красным — горячий.
Преимущества:
- Экологичность. Такие устройства относятся к возобновляемым источникам энергии, которые не загрязняют атмосферу своими выбросами (тогда как в случае использования природного газа образуются вредные парниковые испарения, а для производства электроэнергии часто применяется сжигание угля, из-за чего также загрязняется воздух).
- Хорошая альтернатива газу. Тепловой насос идеально подойдёт для отопления помещений в случаях, когда использование газа затруднительно по тем или иным причинам (например, когда дом находится вдали ото всех основных инженерных сетей). Насос также выгодно отличается от газового отопления тем, что для установки такого прибора не требуется получать государственное разрешение (но при бурении глубокой скважины его все же придётся получить).
- Недорогой дополнительный источник тепла. Насос идеально подойдёт в качестве дешёвого вспомогательного источника питания (оптимальный вариант — применение газа зимой и насоса — весной и осенью).
Недостатки:
- Тепловые ограничения в случае использования водяных насосов. Все тепловые аппараты хорошо функционируют при положительных температурах, тогда как в случае работы при отрицательных температурах многие насосы перестают работать. В основном это связано с тем, что при этом вода замерзает, что делает невозможным её применение как источника тепла.
- Могут появиться проблемы с устройствами, которые в качестве тепла используют воду. Если для нагрева применяется вода, то потребуется найти её стабильный источник. Чаще всего для этого следует пробурить скважину, благодаря чему расходы на монтаж устройства могут возрасти.
Внимание! Насосы обычно стоят в 5—10 раз дороже газового котла, следовательно использование таких приборов в целях экономии в ряде случаев может быть нецелесообразно (чтобы насос окупился, потребуется подождать несколько лет)
Принцип действия тепловых насосов
Давно известно, что почти в любой среде присутствует тепловая энергия. Так почему бы ее не начать использовать в качестве источника тепла для обогрева дома?
Тепловой насос для отопления дома работает по следующему принципу: от источника энергии обладающего низким потенциалом тепло передается теплоносителю. На деле все происходит по следующему сценарию.
Трубы, через которые проходит теплоноситель, скрываются, например, землей. После этого теплоноситель поступает в теплообменник, где собранное тепло передается на второй контур. Хладагент, располагающийся внутри внешнего контура, нагреваясь переходит в газообразное состояние.
Далее хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Это еще больше способствует его нагреванию. После этого горячий газ поступает в конденсатор, где тепло передается теплоносителю, обогревающему непосредственно дом.
Тепловые насосы для отопления дома предполагают принцип действия по следующей схеме:
- через испаритель проходит вода, которая берется из водоема либо скважины, здесь ее температура понижается на пять градусов;
- после того как жидкость охладится, она попадает в компрессор;
- в компрессоре происходит сжатие воды, что увеличивает ее температуру;
- нагретая жидкость переходит в теплообменную камеру, где ее тепло передается системе отопления;
- остывшая вода начинает цикл заново.
Отопительные системы дома, принцип работы которых основывается на теплонасосных установках, состоят из трех составных частей:
- Зонд-змеевик, располагается в земле или в воде. Его задачей является сбор тепла и передача его на устройство.
- Тепловой насос – устройство, предназначенное для извлечения термальной энергии.
- Непосредственно сама отопительная система, частью которой является теплообменная камера.
Схема отопления тепловым насосом
Как было отмечено ранее, существует три вида тепловых оборудований. Они различаются лишь получением тепла из окружающей среды при помощи контурных труб, протянутых под землей или погруженных в водную среду.
При этом тепло получается за счет циклирования по трубам пропиленгликоля, спирта или водно-гликолевого состава. Эти жидкости преобразуют тепло из внешней среды, передавая его в испарительную установку.
Схема отопительной системы при помощи теплового оборудования:
- Теплоноситель преобразует фреон в пар;
- Пары, проходя через компрессорное устройство сжимаются и нагреваются;
- Пар передает тепловую энергию системе отопления и водоснабжения;
- Снижение температуры и давления пара.
Схема исполнения гидротермального отопления
На сегодняшний день наибольшее распространение получили три принципиально отличающиеся схемы обустройства подземного отопления. Для обеспечения максимальной эффективности обогрева дома общая площадь внешнего подземного контура должна быть в 2,5 раза больше отапливаемой площади жилого дома.
В автономном отоплении используются следующие типы геотермального обогрева:
- Подводный вариант.
- Горизонтальная закладка.
- Обустройство скважин.
В каждом конкретном случае выбор той или иной разновидности геотермального отопления будет зависеть от площади дома, финансовых возможностей домовладельца, особенностей местности. Подводный вариант может использоваться в тех случаях, если поблизости имеются глубокие водоемы, которые в зимнее время года не промерзают до дна.
Существует несколько видов закладки подобного отопления
Горизонтальная закладка
Этот вариант гидротермального отопления подразумевает выполнение рядом с домом котлована, глубина которого будет на 2 метра глубже точки замерзания грунта. Соответственно, для нагрева частного дома площадью в 100 квадратных метров потребуется копать котлован с глубиной более 3 метров и общей площадью 250 квадратов.
Если имеющаяся площадь участка позволяет выполнить такой котлован, то горизонтальная закладка станет оптимальным вариантом геотермального отопления частного дома. Внутри котлована закладывают систему труб, по которым циркулирует незамерзающий теплоноситель. Наружный контур отопления выводится в дом и подключается к теплообменной установке.
Из преимуществ этой схемы выполнения геотермального отопления принято выделять ее эффективность, простоту обустройства, снижение расходов на монтаж наружного контура. В то же время необходимо учитывать обязательные требования по правильному расчету объема котлована, который не всегда возможно разместить на небольшом по своей площади приусадебном участке.
Геотермальное отопление дома:
Подводный вариант
Владельцы частных домов, которые проживают поблизости от озер и рек, часто выбирают вариант гидротермального отопления с использованием подводного варианта. Необходимо лишь правильно продумать расположение внешнего контура, который размещают на глубине более 4 метров, что исключает возможность промерзания озера или реки до дна. Подземную и надземную часть контура, которая идет непосредственно от берега озера до обогреваемого частного дома, в обязательном порядке утепляют, а трубы под землей прокладывают на глубине ниже точки промерзания грунта.
Использование подводного варианта позволяет упростить обустройство системы отопления частного дома, так как не требуется проводить дорогостоящие и сложные земляные работы. Внешний контур будет нагреваться от тепла воды, после чего подогретый теплоноситель подается в систему, обеспечивая работоспособность оборудования.
Выполнение гидротермальных скважин
Выполнение геотермальных скважин для организации автономного отопления является оптимальным вариантом, позволяющим существенно снизить затраты домовладельца. Скважина бурится на глубину в 30-50 метров, что повышает эффективность нагрева, так как на больших глубинах температура земли будет выше, нежели у самой поверхности.
Бурение скважины – один из эффективных методов монтажа подобного обогрева
Сегодня многие домовладельцы, обустраивая автономную систему геотермального отопления частного дома, выбирают вариант с бурением скважин, что существенно упрощает прокладку контура. В этом случае обеспечивается максимальная эффективность используемого оборудования, позволяя использовать все возможности таких современных технологий даже при наличии небольшого по площади участка.
Выполнение обогрева частного дома с прокладкой внешнего контура в глубинных скважинах позволяет на 20-30% уменьшить общую стоимость обустройства в доме автономного отопления. Благодаря высокой температуре нагрева теплоносителя в глубинном контуре имеется возможность использования небольших по своей мощности отопительных установок, что упрощает монтаж оборудования, снижает его стоимость, одновременно обеспечивая максимальное удобство проживания в частном доме.
Итоги
Современные тепловые насосы — это высокоэффективные устройства, которые легко обеспечивают 3-4 кВт тепла на один затраченный киловатт электроэнергии. Но стоимость самого оборудования и устройства первичного контура не многим по карману. Если же говорить о моделях воздух-воздух или воздух-вода, то хорошую эффективность они показывают при плюсовых температурах, с падением температуры их производительность сильно снижается (хотя последние линейки могут работать и до -40oC). Технология, несомненно, очень интересная и перспективная, но пока доступна немногим.
Возможно, вам интересна будет статья «Солнечное отопление: насколько эффективно?»
