Геотермальный тепловой насос своими руками

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

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.
 

Основные преимущества тепловых насосов

• Энергия полностью бесплатна и никогда не кончается. Для работы насоса не нужно топливо (дрова, газ, мазут, уголь или какое-либо другое), источник энергии стабилен в любое время года. Расходуется только электричество;
• Высокая энергоэффективность насоса. На каждый израсходованный киловатт электроэнергии система ТН генерирует до 5 кВт тепла;
• 100% экологичность. Для отопления и кондиционирования используется низкопотенциальная «вечная» энергия, при этом насосы и геотермальный контур не выделяют никаких токсичных веществ и не вредят окружающей среде;
• Отказоустойчивость системы. Теплонасосы почти не требуют обслуживания и обладают большим рабочим ресурсом (в среднем 50 лет).

От чего зависит эффективность геотермальной системы отопления?

В данной технологии способ укладки подземного контура определяет эффективность работы всей системы. Тут играют роль два фактора – площадь контакта контура с грунтом и тип грунта. Чем больше влаги будет содержаться в грунте, тем выше будет коэффициент теплоотдачи от одного погонного метра геотермального контура (10Вт/м и выше). Наихудший результат показывает грунт в засушливых местах и почва с высоким содержанием песка.

Важно! Чем выше коэффициент теплоотдачи грунта, тем меньше может быть протяженность подземного контура и ниже будет общая стоимость геотермальной отопительной системы.

Интересные факты об энергосберегающих технологиях

1. Дания занимает первое место в мире по уровню использования энергосберегающих технологий на душу населения. Так, до трети всей электроэнергии в стране вырабатывается ветровыми электростанциями.
2. 35 % всех энергозатрат в мировой промышленности идет на чёрную и цветную металлургию.
3. Компаниями Oak Ridge и General Electric создан новый тип бытового холодильника, который использует для создания холода специальные магниты. Такой холодильник, использует магнитокалорический эффект, согласно которому снижение или повышение температуры материала достигается путем изменения магнитного поля. Удельное энергопотребление при этом снижается на 37…40 %.

Расчет стоимости геотермального отопления

Геотермальное отопление в доме

Для потребителя одним из определяющих факторов теплоснабжения является его цена и расходы на обслуживание. Учитывая большой опыт европейского применения геотермального отопления, следует сначала рассчитать оптимальный бюджет.

Для самостоятельного создания геотермального отопления не рекомендуется делать тепловой насос своими руками. Это обусловлено сложностью конструкции и обязательными техническими расчетами его параметров. Оптимальный вариант – приобретение уже готового геотермального теплового насоса.

На рынке представлены модели многих европейских производителей. Существует их рейтинг, который поможет определиться с оптимальным вариантом:

Все модели этих компаний отличаются не только хорошим качеством, но и высокой ценой. Поэтому перед планированием геотермального теплоснабжения частного дома рекомендуется провести анализ предложений на рынке.

Помимо этих расходов следует учитывать стоимость других комплектующих – труб, соединительных элементов и разводки внутреннего отопления дома. Можно добиться существенной экономии при самостоятельной установке геотермальной системы отопления. Однако при выборе вертикальной схемы монтажа первичного контура без применения спецтехники не обойтись. В среднем стоимость геотермального отопления «под ключ» в настоящее время составляет от 700 тыс. до 1,2 млн. рублей. Все зависит от планируемой мощности и бюджета.

Перед покупкой насоса обязательно необходимо ознакомиться с отзывами владельцев геотермального отопления. Это поможет узнать фактические эксплуатационные качества оборудования.

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).

Виды подземных геотермальных тепловых насосов

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.

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».

Принцип работы теплового насоса

В конструкцию любого теплового насоса входят следующие устройства: конденсатор, испаритель, компрессор (повышает давление) и расширитель (понижает давление). Все перечисленные элементы объединены при помощи трубопровода и представляют собой один замкнутый контур. По этому контуру циркулирует охладитель. Фреон, хладон — это технический термин присвоенный группе фторсодержащих производных метана и этана. Он представляет из себя инертный газ, который обладает сверхнизкой температурой кипения. По этой причине в «горячей» части контура он находится в газообразном состоянии, а в «холодной» он становится жидкостью.

Перемещаясь в компрессор, хладагент (чаще всего фреон) подвергается действию высокого давления и сжимается, из-за чего его температура повышается. Разогретый давлением газ поступает в другую часть теплообменника – в конденсатор. Тут промежуточный теплообменник передаёт тепло теплоносителю, который входит в систему отопления дома. Во время того, как хладагент отдает тепло, он конденсируется, снова становится жидким, а нагретый им теплоноситель подаётся в систему отопления. Жидкий фреон проходит через расширитель, где вскипает поглощая тепло. Затем перемещается в испаритель, где докипают остатки жидкой фракции – и цикл повторяется снова.

Важной особенностью тепловых насосов является универсальность использования – при низких температурах воздуха они обеспечивают обогрев помещений, а в жаркую погоду – их охлаждение. Во втором случае (реверсивный тепловой насос) используется тот же принцип

Разница лишь в том, что в жару теплоноситель движется в другом направлении – он поступает не снаружи, а из дома, из внутренних помещений.

Попробуем пересказать то же самое простыми словами.

Давайте вспомним, как работает холодильник. В камеры холодильника помещаются продукты, имеющие комнатную температуру. По закону сохранения энергии накопленное ими тепло не может испариться в никуда – его необходимо вывести за пределы холодильника, что и делается при помощи радиатора, расположенного позади агрегата. Радиатор для этого и предназначен – для рассеивания, передачи в окружающий воздух тепла, «извлеченного» из продуктов.

Теперь представим себе холодильник, который установлен на улице с открытой дверцей, а его радиатор демонтирован и установлен в доме. Даже если температура воздуха на улице будет на несколько градусов выше температуры кипения фреона, которым заправлен холодильник, агрегат будет передавать это тепло через радиатор в дом, извлекая его из окружающей среды. Это и есть простейший пример теплового насоса. Описанный принцип называется циклом Карно: именно на нем основана работа холодильных установок и климатической техники.

Принцип работы такого отопления

Если вы знакомы с тем, как работает кондиционер или холодильник, то схожесть этих процессов с принципом функционирования геотермального отопления очевидна. Основу системы составляет тепловой насос, который включается в два контура – внешний и внутренний.

Чтобы организовать традиционную систему отопления в любом доме, необходимо смонтировать в нем трубы для транспортировки теплоносителя, и радиаторы, при нагревании которых тепло будет поступать в помещения. В нашем случае трубы и радиаторы тоже нужны. Они и образуют внутренний контур системы. В схему могут быть добавлены теплые полы.

Внешний контур выглядит гораздо масштабнее внутреннего, хотя его размеры можно оценить только в период планировки и монтажа. В процессе эксплуатации он невиден, поскольку находится под землей или под водой. Внутри этого контура циркулирует обычная вода или антифриз на основе этиленгликоля, что гораздо предпочтительнее.

В состав геотермальной системы отопления входят два контура – внутренний и внешний, а так же сердце отопительной системы – тепловой насос, который, сжимая теплоноситель, повышает его температуру (+)

Теплоноситель во внешнем контуре прогревается до состояния среды, в которую он погружен, и отправляется в «подогретом» виде в тепловой насос. Через него сконцентрированное тепло сообщается внутреннему контуру, в результате чего вода в трубах, радиаторах и теплых полах нагревается.

Таким образом, ключевым элементом, оживляющим всю систему, является тепловой насос. Если в вашем доме есть обыкновенная стиральная машинка, то знайте: этот насос займет приблизительно аналогичную площадь.

Для работы ему нужна электроэнергия, но, потребляя всего 1 кВт, он обеспечивает выработку 4-5 кВт тепла. И это не чудо, поскольку источник «добавочной» энергии известен – это окружающая среда.

Тепловой насос из сплит системы

Чтобы создать тепловой насос на основе кондиционера, в первую очередь нужно поменять местами наружный и внутренний блоки системы. Поскольку внутренний блок уже содержит испаритель, а наружный – конденсатор, дополнительные элементы не требуются. В качестве теплоносителя используют как воду, так и воздушную среду (на выбор). Также возможна установка дополнительного конденсатора в отдельном резервуаре для повышения эффективности теплообмена.

В состав системы также входит четырехходовой клапан, корректный монтаж которого может осуществить только опытный специалист.

Рациональнее всего разобрать кондиционер на составные элементы, а затем произвести компоновку теплового насоса, подключив последовательно испаритель, компрессор и конденсатор. Полученную систему подключают к коммуникациям для обогрева помещений.

В завершении

Преимущество тепловых насосов — в высокой экономичности, поскольку для получения в час одного киловатта тепловой энергии эти установки затрачивают не более 350 ватт электроэнергии в час. Для сравнения — КПД электростанций, вырабатывающих электроэнергию путём сжигания топлива, не превышает 50%. Система теплового насоса работает в автоматическом режиме, эксплуатационные затраты в период её использования крайне низкие — необходима лишь электроэнергия для работы компрессора и насосов. Габаритные размеры установки теплового насоса примерно равны размерам бытового холодильника, уровень шумности при работе также совпадает с аналогичным параметром бытовой холодильной установки.

Использовать тепловой насос можно как для получения тепловой энергии, так и для её удаления — переключением работы контуров на охлаждение, при этом тепловая энергия из помещений дома будет удаляться через внешний контур в грунт, воду или воздух.

Единственный недостаток системы отопления, основанной на тепловом насосе — её высокая стоимость. В странах Европы, а также в США и Японии, теплонасосные установки достаточно распространены — в Швеции их более полумиллиона, а в Японии и США (в особенности в штате Орегон) — несколько миллионов. Популярность тепловых насосов в этих странах объясняется их поддержкой государственными программами в виде субсидий и компенсаций домовладельцам, установившим такие установки.

Вне всякого сомнения, что в ближайшем будущем тепловые насосы перестанут быть чем-то диковинным и в России, если учитывать ежегодный рост расценок на природный газ, сегодня являющийся единственным конкурентом для тепловых насосов в отношении финансовых затрат на получение тепловой энергии.

Как работает земляной тепловой насос и сколько стоит?

Принцип действия обычно основан на смеси воды и антифриза, которая закачивается в область земляного массива.

Благодаря этой смеси поглощается солнечная энергия, запасённая в массиве земле. Тепло извлекается посредством использования технологий сжатия и расширения  и в качестве энергетического потенциала может применяться для отопления частного дома.

Объёмная доля собранного теплового ресурса напрямую зависит от производительности (количества труб, длины и глубины вырытых траншей), а также от характеристик почвы.

Практика показывает, что глинистая почва способна удерживать больше тепла, чем песчаная. Перед проектированием и сооружением земляного теплового насоса, как правило, выполняется тщательное изучение состояния грунта.

Согласно некоторым оценкам специалистов по энергосбережению, стоимость установки типовой системы земляного теплового насоса в частном доме на три-четыре спальни, составит около 800 000 рублей.

Между тем общепринятая «бюджетная» величина составляет примерно 1 млн. руб. за 1 кВт мощности. Для частного дома площадью 400 м² на четыре спальни, построенного в соответствии стандартам строительных норм, потребуется тепловой насос мощностью не менее 8 кВт.

Непосредственно тепловой насос оценивается в 500–600 тыс. руб. Общий баланс земляной системы включает ещё стоимость сооружения в целом. Сумма под инсталляцию нередко значительно варьируется в зависимости от условий местности.

При помощи информации: Wikipedia ; Homebuilding

Принцип действия грунтового теплового насоса

Грунтовый тепловой насос состоит из двух частей: контура подземных трубопроводов снаружи здания и блока теплового насоса в помещении. В отличие от воздушного теплового насоса, у которого в доме размещается только теплообменник (и иногда компрессор), грунтовый насос целиком находится в помещении. Наружные трубопроводы могут быть спроектированы как закрытая (замкнутая) либо открытая система.

Открытая система использует тепловые ресурсы, содержащиеся в подземных грунтовых водах. При этом вода из скважины идет напрямую к теплообменнику, где из нее извлекается тепло. Прошедшая теплообменник вода сливается либо в какой-нибудь водоем на поверхности: пруд или протоку, либо возвращается под землю через другую скважину.

Закрытая система вытягивает тепло из земли посредство множества замкнутых петель трубопроводов, зарытых в грунт. Антифриз (или хладагент в случае грунтовых насосов DX-серии), охлажденный рефрижераторной системой теплового насоса на пару градусов ниже температуры почвы, циркулирует по трубопроводам и вытягивает тепло из грунта.