Тепловой насос геотермальный, его типы и особенности работы

Содержание
  1. Что такое геотермальное отопление
  2. Преимущества геотермального обогрева
  3. Дешевле других систем отопления
  4. Надежные и безопасные
  5. Универсальность
  6. Из чего формируется стоимость геотермального отопления
  7. Затраты на обустройство внешнего контура
  8. Расходы на приобретение теплового насоса
  9. Особенности и принцип работы ТН
  10. Конструкция и принцип работы теплового насоса
  11. Внутреннее устройство геотермального теплового насоса
  12. Разновидности установок
  13. Топ-5 лучших насосов
  14. FHP (США)
  15. MECMASTER ENERGI AB (Швеция)
  16. Avenir Energie (Франция)
  17. Steinmann (Швейцария)
  18. Viessmann (ЕС, Китай)
  19. Обслуживание
  20. Какой ТН лучше собирать
  21. Основы монтажа теплонасоса земля-вода
  22. Требования к помещению под теплонасос
  23. Какую трубу использовать для теплового насоса в землю
  24. Организация укладки контура в грунт
  25. Какой насос выбрать
  26. Исследование участка
  27. Насос грунт-вода и варианты установки
  28. Насос вода-вода: простая установка
  29. Тепловой насос воздух-воздух: цена монтажа
  30. Как создать теплонасос самостоятельно
  31. Простейший тепловой насос из оконного кондиционера
  32. Сборка геотермального теплового насоса своими руками
  33. Расчет мощности агрегата и проведение расчетов
  34. Тепловой насос из сплит системы
  35. Установка на основе холодильного аппарата
  36. Типовые сметы для домов площадью 200 м2
  37. Что такое горизонтальный коллектор
  38. Что такое вертикальный зонд
  39. Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?
  40. Затраты на подключение
  41. Потребление
  42. Эксплуатация

Что такое геотермальное отопление

Это современная технология обогрева зданий. В качестве источника энергии используется тепло земли. На глубине от 1,5 метров даже зимой сохраняется плюсовая температура. Устройство под названием тепловой насос может забирать энергию из глубин. И передавать ее на поверхность для нагревания водяного котла внутри здания.

Почва вбирает в себя энергию солнечных лучей, сохраняет ее даже зимой. Изнутри ее нагревает обширный слой магмы. Чем глубже шахта, тем горячее почва внутри.

В отличие от газа, торфа, других видов топлива, энергия Земли не может закончиться. Ее хватит для всех жителей планеты.

Технология геотермического отопления применяется для домов любой площади. Перед началом работы инженеры составляют проект. Определяют глубину и число скважин, устройство схемы для обогрева внутри коттеджа.

Преимущества геотермального обогрева

Бурение геотермальных скважин стало главным способом отопления домов в развитых странах. Оно имеет много преимуществ:

Автономность.

Работасистемы не зависит от наличия топлива. Если дома есть генератор, насос можно запустить при аварии в электросети.

Компактность.

Большая часть оборудования находится под землей. Не требуется места для хранения топлива.

Экологическая чистота.

Бурение наносит природе меньше вреда, чем добыча топлива. При нагреве воды в атмосферу не выделяются вредные вещества.

Универсальность.

Оборудование можно использовать и для кондиционирования.

Безопасность.

Система полностью исключает риск пожара, взрыва газа, отравления токсичными веществами.

Главное достоинство системы – эффективность. При трате 1 кВт электричества на работу насоса, можно получить 4-6 кВт тепла (зависит от мощности). Вложив деньги в бурение шахт и монтаж оборудования, вы сможете экономить на коммунальных платежах.

Дешевле других систем отопления

Для передачи в систему отопления 1 кВт-ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2 – 0,35 кВт-ч электроэнергии.
Так как преобразование тепловой энергии на крупных электростанциях происходит с КПД до 50%, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается.

Надежные и безопасные

Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности.
Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат.
Работой системы управляет автоматика и она не нуждается в специальном обслуживании.

Универсальность

Еще одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэнкойлы. Наши системы прекрасно справляются с работой в режимах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, как в частном секторе, так и в коммерческом использовании.
Системы геотермального отопления работают без процесса сгорания ископаемого топлива, который является потенциальным источником возникновения пожара, что позволяет иметь возможность покинуть свой дом, не беспокоясь о его безопасности. На установку теплового насоса, Вам не потребуется разрешений и предписаний. Ваша безопасность в Ваших руках!

Из чего формируется стоимость геотермального отопления

Абстрактная схема отопления с геотермальным источником тепла представляет собой три независимых контура. Каждый из них выполняет свою функцию в процессе теплообмена:

  • внешний отвечает за изъятие тепловой энергии из природной среды и доставку его к испарителю;
  • промежуточный скрыт в корпусе насоса и играет роль передаточного звена, приводя к закипанию хладагент за счет невысокой температуры теплоносителя из внешней сети;
  • внутренний – это комплекс низкотемпературных (теплых полов) контуров и радиаторных веток, прогреваемых рабочей жидкостью, которая циркулирует в системе отопления.

Затраты на обустройство внешнего контура

В зависимости от свободного пространства и рельефных особенностей участка, состава грунтов и глубины залегания поверхностных вод при монтировании трубопроводов с теплоносителем, изымающим геотермальное тепло из земли, используют два метода:

    1. Горизонтальная укладка. Она обязательно учитывает глубину промерзания грунта для данной широты. Длина контура рассчитывается исходя из номинальной мощности теплового насоса. В стесненных обстоятельствах прибегают к многоуровневому залеганию труб, что существенно увеличивает стоимость земляных работ, так как требуется делать более глубокие траншеи.
    2. Вертикальная укладка. В этом случае для развертывания внешнего контура бурят на участке скважины закладывают геотермальные зонды. Эффективность сбора тепла у вертикальных коллекторов выше, чем у горизонтального, но данный способ дороже за счет буровых работ.

В ходе монтажа внешнего контура геотермального отопления используются полипропиленовые трубы диаметром 32-40 мм (35 рублей погонный метр) и полиэтиленовая труба с антидиффузным покрытием из сшитого полиэтилена стоимостью от 45 рублей за метр. Отдельно в затратной смете предусматриваются средства на приобретение теплоносителя (антифриза или тосола) из расчета 100–200 рублей за литр.

Расходы на приобретение теплового насоса

При расчете тепловой мощности насоса для геотермального отопления учитывается объем обогреваемых помещений, степень утепления строения и среднестатистические температуры климатической зоны. Кроме этого, принимается во внимание вероятность использования оборудования для подогрева воды в контуре горячего водоснабжения и формирование запаса мощности. Резерв задается коэффициентом 1.2–1.25.

Цена теплового насоса определяется выбранной производительностью, а также зависит от производителя и комплекта поставки. Популярностью среди импортного оборудования пользуются установки торговых марок:
— Stiebel Eltron (Германия),
— NIBE (Швеция),
— Hotjet (Чехия).

Мы рекомендуем оборудование данных брендов, как наиболее надежные и энергоэффективные тепловые насосы на рынке. Cтоимость теплового насоса для геотермального отопления с блоком для ГВС от немецкого производителя составляет 8-9 тыс. евро, включая монтажные работы и пуско-наладку.

Суммарная стоимость геотермального отопления складывается из расходов на приобретение самого теплового насоса с комплектующими (трубной продукцией, запорно-регулирующей арматурой, расходными материалами для обвязки), оплаты за выполненные монтажные работы по его установке, приобретение оборудования и оплаты работ по обустройству наружного контура. Себестоимость обогрева помещений за счет возобновляемой энергии благодаря невысоким текущим затратам во время отопительного сезона на электроэнергию постепенно окупает вложенные в инженерную систему средства.

Ниже мы приводим подробнейший пример расчета стоимости геотермального отопления с горизонтальным коллектором для дома 150 кв.м. под ключ. Цены актуальны на июнь 2018 года.

Оборудование и монтаж котельной
Базовая комплектация:
● Тепловой Насос Stiebel Eltron WPF 07 basic
● Циркуляционный насос внутреннего контура
Класс энергоэффективности А
● Устройство управления WPMi
● Дополнительная электрическая система подогрева (ТЭН)
мощностью 8.8 кВт
● Реле высокого и низкого давления
● Реле контроля фаз
347700 руб.
Принадлежности
Аналоговый блок дистанционного управления с датчиком температуры Stiebel Eltron
Позволяет обеспечить изменение температуры в помещении, поддерживает следующие режимы работы: длительный дневной режим, длительный режим снижения температуры и программный режим.
1900 руб.
Блок заполнения солевого раствора WPSF Stiebel Eltron
применяется для заполнения и промывки контура солевого раствора
14000 руб.
Комбинированный бак WPDS 200/80 200L DHW Hotjet
Предназначен для производства и хранения горячей воды отопительного контура ГВС (бытовой воды). Выполнен из нержавеющей стали. Выход под систему рециркуляции.
120500 руб.
Циркуляционный насос внешнего контура UPS 25-6 1*230B, Grundfoss
Класс энергоэффективности А
6900 руб.
Расширительные баки
G50 Reflex
G25 Reflex
5165 руб.
Комплект материалов для обвязки оборудования:
● Трубопроводы
● Запорно-регулирующая арматура
● Фитинги и др.
● Электромонтажное оборудование
45000 руб.
Монтажные работы
● Установка, обвязка теплового насоса
● Установка, обвязка комбинированного бака
● Монтаж блока заполнения солевого раствора
● Монтаж вспомогательного оборудования
(трубопроводы, запорная арматура, фитинги и др.)
● Опрессовка и заполнение внутреннего контура
● Электрическое подключение
● Пусконаладочные работы
70000 руб.
Общая стоимость обустройства котельной: 611165 руб.
Оборудование и монтаж внешнего контура
Технические данные
● Общая длина контура: 300 м
● Глубина укладки труб: 1.6 м
● Шаг укладки труб: 1 м
● Ориентировочная площадь для укладки: от 300 кв.м
Внешний горизонтальный контур предназначен для
извлечения низкопотенциального тепла земли.
Принадлежности
Распределительный коллектор
внешнего контура на 4 выхода с кранами фирмы Aspol
25000 руб.
Труба ПНД 32*3.0 SDR 17 360м 19800 руб.
Теплоноситель внешнего контура 288л
на основе этиленгликоля, температура замерзания -15С
17280 руб.
Расходные материалы 25000 руб.
Монтажные работы
Земляные работы:
● Прокладка траншей
● Пескование траншей
● Укладка труб
● Монтаж распределительного коллектора
Обустройство ввода в дом:
● Прокладка горизонтальной части контура
● Пробивка отверстий
● Теплоизоляция контура
● Гидроизоляция труб
Гидравлическое подключение внешнего контура,
опрессовка и заполнение внешнего контура
172080 руб.
Общая стоимость обустройства внешнего контура: 172080 руб.
ИТОГО стоимость геотермального отопления «под ключ»: 783245 руб.

Особенности и принцип работы ТН

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

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.
В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

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

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

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

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

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

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

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

Конструкция и принцип работы теплового насоса

Конструкция системы с тепловым насосом земля-вода:

  • Земляной зонд или коллектор;
  • Теплообменник, который транспортирует тепловую энергию к внутреннему контуру;
  • Компрессор;
  • Теплообменник, который передает тепловую энергию в систему отопления;
  • Система отопления и горячего водоснабжения внутри дома.

Система грунтового теплового насоса имеет в своей схеме 3 контура. Внешний контур находится в земле, собирая там тепловую энергию. Второй контур – это сам тепловой насос, теплоноситель попадает в испаритель, где температура поднимается. А третий контур – это уже непосредственно система отопления в доме, в которой циркулирует вода.

За 1 час циркулирует 2-3 м3 теплоносителя. Этот теплоноситель нагревается в земле на 5-70С. Земляной зонд теплового насоса грунт вода, то есть теплообменник, который закопан на определенную глубину, собирает тепловую энергию. И с помощью теплоносителя эта энергия переносится в тепловой насос, а именно в испаритель. Теплоносителем может быть антифриз или смесь воды и пропиленгликоля или этиленгликоля. Часто в системе циркулирует фреон (хладагент) в жидком состоянии, который в испарителе сжимается и превращается в газ. Особенностью фреона является то, что он закипает при низкой температуре. Когда он закипает, то расширяется и пары, которые образуются, попадают в конденсатор.

Далее это тепло попадает к другому теплообменнику, в котором циркулирует уже вода для системы отопления дома. После того как фреон остыл, он обратно преобразуется в жидкое состояние, и циркулирует в грунтовой теплообменник. Процесс начинается заново.

Внешний теплообменник устройства грунт вода выглядит как полиетиленовая тонкостенная труба, ее диаметр может быть 4 см. Приблизительный расчет длины змеевика, который закапывается, такой: 5 погонных метров трубы соответствует 1 м2 площади дома. Можно сделать вывод, что если площадь дома 150 м2, то длина змеевика должна быть 750 метров погонных.

Важно соблюдать все дистанции. Например, нужно укладывать теплообменник на 3 метра от дома или других построек. Глубина, на которую ложится труба, не должна быть меньше 1,4 м.

Внутреннее устройство геотермального теплового насоса

Принцип работы и внутреннее устройство сильно напоминают кондиционер, функционирующий на нагрев. Судите сами:

  • На дне водоёма (в грунте) монтируются коллекторы для перемещения теплоносителя. Именно здесь аккумулируется тепловая энергия и вычленяют холод;
  • Насос поднимает антифриз, вобравший тепло, вверх;
  • Он поступает в бак, именуемый буферным (ББ), в котором происходит передача тепла нагреваемой, таким образом, воде;
  • Отдавший тепло антифриз возвращается в коллектор.

Геотермальные тепловые насосы для отопления, своими руками собранные, могут использоваться в качестве основного, либо резервного источника тепла.

Это тепловое оборудование аккумулирует содержащееся во внешней среде тепло и передаёт его циркулирующему теплоносителю. Упомянутый процесс реализуется через использование следующих основных узлов:

  • Испарителя – располагается под землёй, ниже уровня промерзания грунта. Его основной задачей является поглощение тепла из грунта;
  • Конденсатор – этот узел повышает температуру используемого антифриза (А) до нужного значения;
  • Насос тепловой – обеспечивает циркуляцию (А) в системе, и выполняет контроль над функционированием всего устройства;
  • ББ – в нём собирается тёплый антифриз и запасённая им энергия передаётся теплоносителю. Имеет внутренний бак с водой, поступающей из СО. В центре данного бака устанавливается змеевик. По нему прогоняется антифриз.

Разновидности установок

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

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

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

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

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

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

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

Топ-5 лучших насосов

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

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

Рассмотрим их подробнее:

FHP (США)

Надежное и экономичное оборудование от лидера среди производителей тепловых насосов.

MECMASTER ENERGI AB (Швеция)

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

Avenir Energie (Франция)

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

Steinmann (Швейцария)

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

Viessmann (ЕС, Китай)

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

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

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.

Какой ТН лучше собирать

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

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

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

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

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

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

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

Способы отбора теплоты геотермальным ТН

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

Основы монтажа теплонасоса земля-вода

Альтернативное отопление загородного дома на основе грунтового теплонасоса требует грамотного планирования, изготовления проектной документации, получения необходимых разрешений и проведения геодезических изысканий на участке. Только при выполнении всех этих требований, добиваются максимальной теплоотдачи системы.

Монтажные работы и установку теплового насоса типа грунт – вода, осуществляют в следующем порядке:

  • Подготовительные работы и согласования – определяется тип грунта, анализируется площадь участка, подбираются варианты укладки труб, максимально соответствующие параметрам. Дополнительно получают все необходимые документы и проводят согласования с государственными учреждениями.
  • Устанавливают насос, подключают электричество, устанавливают автоматы. Проверяют работоспособность установки. Подводят контур системы отопления дома.
  • Укладывают водяной коллектор в грунт.
  • Проверяют рабочие параметры.
  • Сдают объект хозяевам дома.
Монтаж теплового насоса является сложным технологическим процессом, практически не осуществимым своими руками. Поэтому, многие компании предлагают купить станцию «под ключ». В услугу включается полная установка, подключение и проверка работоспособности системы.

Требования к помещению под теплонасос

Насосы, берущие тепло из слоев грунта, абсолютно безопасны. Каких-либо специфических требований, относительно помещений, используемых под котельную, не существует. Практика показала, что целесообразней устанавливать станции в котельных, соответствующих следующим требованиям:

  • Площадь – помимо самого насоса, в помещении монтируют накопительную емкость. Размеры котельной должны позволить разместить все оборудования и обеспечить беспрепятственный доступ для обслуживания.
  • Электрика – теплообмен между грунтом и грунтовым теплообменником происходит за счет работы энергозависимого оборудования. Подключение выполняется в согласии с действующими правилами. Автоматы устанавливают снаружи помещения. Обязательно подключение УЗО и заземления.
  • Освещение – рекомендуется, чтобы в помещении было естественное и принудительное освещение.
  • Звукоизоляция – большинство теплонасосов, во время работы издает шум около 40 дБ. Подобная интенсивность шумовых помех возникает при работе холодильника, кондиционера или принудительной вентиляции. По этой причине, дополнительная шумоизоляция не требуется, но комната под котельную должна закрываться дверью.

Основные требования к помещениям связаны с безопасным использованием электричества и созданием необходимых условий для простого обслуживания станции.

Какую трубу использовать для теплового насоса в землю

КПД теплонасосов с контуром в земле, во многом зависит от правильного выбора трубы для водяного контура. Коллектор, уложенный в землю, должен обеспечивать беспрепятственный теплообмен. Не лишним будет обратить внимание на стоимость трубы, так как при монтаже потребуется уложить большое количество материала.

Чаще всего для изготовления земляного коллектора используют виды труб, из следующих материалов:

  • Медь – медный земляной контур отличается высокой теплопроводимостью, что обеспечивает максимальный КПД насоса. Срок службы трубы не менее 100 лет. Материал устойчив к коррозии и воздействию рассола для грунтового контура.
    Широкого распространения медные системы не получили по причине высокой стоимости. Так, для отопления дома в дома в 200 м², для грунтового коллектора потребуется уложить около 400 погонных метров медной трубы. Приемлемый вариант для небольших станций.
    Проведение монтажа выполняется методом пайки. В качестве альтернативы можно использовать стальные трубы.
  • Полиэтиленовые трубы – имеют меньшую теплоотдачу, но стоят дешевле, отличаются прочностью и надежностью. Популярность труб из сшитого полиэтилена обеспечивает срок эксплуатации, достигающий 50 лет, а также простота укладки и проведения монтажных работ.

При выборе материала, рекомендуется прислушиваться к мнению проектно-монтажной организации, выполняющей установку и расчет земляного коллектора.

Организация укладки контура в грунт

Все монтажные работы по укладке коллектора в грунт выполняются исключительно после проведения предварительных расчетов и изготовления проекта. При этом учитываются следующие параметры:

  • Глубина укладки – промерзание грунта при использовании теплонасоса несколько снижается, но все же присутствует. Минимальное расстояние контура от поверхности составляет 1,5-2 м.
  • Шаг между трубами – минимальное расстояние между проложенными трубами 1 м. Допускается сокращение шага до 0,7 м при высокой теплоотдаче грунта (известняк и гранит). Расстояние между траншеями при укладке горизонтальных зондов нельзя сокращать по причине снижения показателей теплоотдачи.
  • Способы укладки земляного коллектора – на выбор влияют общая площадь участка, близкое расположение термальных источников, производительность системы.
  • Тип почвы – наибольшая тепловая емкость у каменистого грунта, песка, в районе пролегания поверхностных грунтовых вод. Наименьшие параметры у песчаной почвы, расположенной вдалеке от водоемов.

Глубина укладки земляного горизонтального контура зависит от выбранного способа прокладки труб. Тип разводки контура влияет на эффективность системы отопления. Существует три основных типа укладки:

  • Горизонтальный – трубопровода размещают близко к поверхности земли. Такое решение имеет относительно небольшие параметры производительности, находящиеся в пределах 30-40 Вт на каждый погонный метр контура.
    Глубина прокладки труб внешнего горизонтального коллектора зависит от средней точки промерзания грунта в регионе. Трубопровод углубляют ниже на 0,3-0,5 м, в результате точка залегания труб 1,3-2 м.
    Недостатком данного решения является то, что для использования низкопотенциальной тепловой энергии земли потребуется сделать коллектор, занимающий огромную площадь, что не всегда возможно. Требуются глобальные земляные работы по устройству наружного зонда. Сажать деревья по всей площади укладки коллектора запрещается.
  • Вертикальный – принцип работы теплонасоса грунт-вода оптимально соответствует теплоотдаче, получаемой от вертикальных скважин. После достижения глубины свыше 30 м, земля нагревается и стабильно поддерживает температуру +18°С. Трубы коллектора располагают вертикально. Максимальная глубина скважины 150 м.
    Грунтовый насос работает как кондиционер, только при условии обращения процесса охлаждения в обратную сторону. Соответственно, чем больше тепловой энергии, полученной из грунта будет поглощено, тем эффективней работает станция. Вертикальное расположение скважин обеспечивает нужным теплом и сокращает (по сравнению с горизонтальной установкой) необходимую площадь.
    Минусом решения является необходимость в использовании специального бурового оборудования и установок. При расчетах учитывают, что в глубоких скважинах (более 30 м) происходит ежегодное изменение температуры грунта при использовании теплового насоса грунт-вода. Со временем теплоотдача стабилизируется.
  • Наклонный – даже простой расчёт геоконтура теплового насоса покажет, что данное решения является наиболее правильным. Занимаемая под установку площадь участка не более 4 м², допускается бурение даже в подвале своего дома.
    Для начала изготавливается шахта, которую опускают на глубину 4 м. Дальше, в разные стороны бурят скважины, расположенные под углом. В подземных коллекторах закладывают трубы, соединенные с теплоприемником в доме.
    Чтобы избежать промерзания грунта от контура, пустоты между трубами и землей заполняют специальным строительным раствором с хорошей теплопроводностью.

После монтажа, первичный водяной контур заполняют незамерзающей жидкостью для коллектора – рассолом. Состав должен иметь следующие характеристики:

  1. Иметь хорошие параметры теплоотдачи.
  2. Не замерзать при температуре -50°С.
  3. Сохранять текучесть после нескольких циклов нагрев/охлаждение.

В качестве рассола обычно используется пропиленгликоль. Продукт, имеющий оптимальные показатели вязкости и рабочие показатели, позволяющие сохранять параметры при температуре от +12 до -50°С. Рассольно-водяной тепловой насос может работать и на других типах жидкости. Тип рассола указан в технической документации к теплонасосу.

После заполнения, проверяется наличие повреждений земляного контура. Если присутствует течь, участок заменяется, дефекты устраняются.

Какой насос выбрать

Установки различаются по источнику тепловой энергии и способу её передачи. Существует пять основных видов:

  • Вода-воздух.
  • Грунт-вода.
  • Воздух-воздух.
  • Вода-вода.
  • Воздух-вода.

Исследование участка

Перед монтажом отопительной системы важно исследовать особенности участка. Это исследование поможет определиться, какой источник термальной энергии станет оптимальным вариантом. Проще всего, если рядом с домом есть водоём. Этот факт освободит от необходимости проводить земляные работы. Ещё одно практичное решение – использовать участок, на котором постоянно дует ветер. Если нет ни того, ни другого, придётся остановиться на земляных работах.

Сравнение КПД разных систем отопления

Система отопления может иметь два варианта монтажа:

  • с применением зондов;
  • с установкой подземного коллектора.

Насос грунт-вода и варианты установки

Геотермальные зонды обычно устанавливают на небольшом участке, площадь которого не позволяет проложить большой трубопровод. Для установки этой системы потребуется оборудование для бурения, так как глубина скважин должна быть не менее ста метров, диаметр – двадцать сантиметров. В такие скважины опускаются зонды. Количество скважин влияет на производительность отопительной системы.

Если площадь участка достаточно большая, можно обойтись без бурения и установить горизонтальную систему. Для этой цели змеевик закапывают на полутораметровую глубину. Этот вариант системы считается самым стабильным и безотказным.

Насос вода-вода: простая установка

Тепловой насос для отопления дома вода-вода подходит для участков с водоёмами. Для трубопровода можно использовать обычные полиэтиленовые трубы. Собранный коллектор перемещают к пруду и там опускают на дно. Это один из самых дешёвых вариантов монтажа, который возможно выполнить самостоятельно.

Установка змеевика на водоеме

Тепловой насос воздух-воздух: цена монтажа

На участке, где постоянно присутствуют ветра, подойдёт система, использующая тепловую энергию воздуха. Монтаж в этом случае тоже не потребует особых затрат, его можно выполнить своими руками. Потребуется лишь установить насос не далее, чем за двадцать метров от дома в самом продуваемом месте.

Принцип работы установки воздух-воздух

Как создать теплонасос самостоятельно

Независимо от выбора типа системы (из трех вариантов, описанных выше), для создания установки понадобится тепловой насос, который состоит из компрессорной станции, испарителя, дроссельной заслонки и конденсатора. Можно купить готовую систему, но ее стоимость окажется довольно высокой. Если имеющийся бюджет не позволяет приобрести установку, ее можно смонтировать самостоятельно.

Перед разработкой и монтажом собственного автономного отопления нужно убедиться в том, что вся электропроводка в доме находится в надлежащем состоянии.

Есть два основных способа создания установки своими руками: на основе холодильника или кондиционера. Рассмотрим их подробнее.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

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

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

Отопительная мощность аппарата больше холодильной и равна сумме двух параметров — производительность плюс тепло, выделяемое компрессором

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

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

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

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

Сборка геотермального теплового насоса своими руками

Принимая решение изготовить геотермальный насос своими руками, требуется поменять электросчётчик, установленный в доме, в том случае, если выдерживает нагрузку менее 40А. Объясняется это тем, что конструкция потребляет очень высокий пусковой ток, когда включается компрессор.

Средняя стоимость комплектующих для сборки изделия мощностью в 9 кВт/час составит порядка 500 евро, с учётом покупки:

  • Труб из меди разных диаметров;
  • переходников разных размеров и муфт;
  • столитрового металлического бака (нержавейка);
  • отвоздушивателя;
  • электродов;
  • клапанов, выполняющих роль предохранительных;
  • запорной арматуры;
  • бочка из пластика;
  • собственно компрессор;
  • контрольно-измерительное оборудование (манометры, термометры);
  • фреон для заправки системы;
  • крепёж;
  • соединительные шланги;
  • элементы автоматики и т.п.

Геотермальный тепловой насос своими руками собирается в несколько этапов. Сначала подбирается компрессор для будущего кондиционера. Например, два однофазных 24000БТУ, позволяющих собрать каскад, тепловая суммарная мощность (N) составит 16 кВт. При несинхронном запуске появляется возможность уменьшения потребного значения тока пуска. Закрепить на стене их можно специальными кронштейнами.

Собственно конденсатор можно изготовить из металлического 100-литрового бака. Бак разрезается и внутрь устанавливается змеевик, выполненный из трубки d=10 мм (медь). Толщина стенки используемой трубки должна быть ≥ 1 мм. Готовый конденсатор тоже монтируется на стену.

Геотермальный насос своими руками должен иметь змеевик, который изготавливается посредством равномерного накручивания трубки из меди вокруг металлического баллона (можно газового) с одинаковым шагом.

Проверяется резьбовое соединение, после чего бак заваривается.

Испаритель изготавливается из пластмассового бака ёмкостью в 80 литров, внутрь которого также устанавливается медный змеевик, выполняемый из трубы диаметром ¾”. Готовый испаритель также закрепляется на стене специальными кронштейнами L-образной формы. Подводящая и сливная магистрали выполняются из простой металлопластиковой трубы.

Приобретя всё необходимое, и выполнив первичную работу, упомянутую выше, рекомендуется пригласить на окончательную сборку и выполнение наладочных и пусковых работ мастера, разбирающегося в холодильном оборудовании. У него сборка системы, заправка её фреоном и последующая настройка получатся более качественно.

Расчет мощности агрегата и проведение расчетов

В зависимости от выбранного варианта укладки (вертикально, либо горизонтально) геотермальные тепловые насосы для отопления своими руками начинают делать со стадии предварительного расчёта будущей конструкции.

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.

Установка на основе холодильного аппарата

Для создания теплового насоса подойдет старый холодильник, с которого снимают змеевеки (будут использоваться в качестве конденсатора). Змеевеки необходимо разместить в емкость, материал которой устойчив к температурным колебаниям. К емкости монтируют компрессорную установку. Испарителем может служить обычная пластиковая бочка.

Все три элемента системы герметично соединяют между собой системой трубопроводов, подключают к отопительной системе.

Типовые сметы для домов площадью 200 м2

Оборудование и работы по монтажу достаточно дорогостоящи. Стоимость геотермального отопления под ключ в Московской области составляет от 550 000 до 700 000 руб. Один из вариантов является котельная на основе теплового насоса с горизонтальным коллектором. Он обеспечивает горячее водоснабжение дома и 1 контур отопления. Такая система включает:

Котельная на основе теплового насоса с горизонтальным коллектором. Отопление и горячее водоснабжение

Состав оборудования и работ:
Геотермальный тепловой насос GHP-10 Compact 1 шт.
Бойлер с увеличенным теплообменником 300 литров и ТЭНом 1 шт.
Трехходовой вентиль с приводом 1 шт.
Комплект труб, кранов, фитингов, мембранных баков, групп безопасности и т.д. 1 компл.
Электротехнические материалы 1 компл.
Пропиленгликоль 25% 450 кг.
ПНД труба для геотермального коллектора 450 м.п.
Земляные работы есть
Монтажные, электротехнические и пусконаладочные работы есть

Цена: 550 000 руб.

Котельная на основе теплового насоса с вертикальными зондами. Отопление и горячее водоснабжение.

Состав оборудования и работ:
Геотермальный тепловой насос GHP-10 Compact 1 шт.
Бойлер с увеличенным теплообменником 300 литров и ТЭНом 1 шт.
Трехходовой вентиль с приводом 1 шт.
Комплект труб, кранов, фитингов, мембранных баков, групп безопасности и т.д. 1 компл.
Электротехнические материалы 1 компл.
Пропиленгликоль 25% 440 кг.
Геотермальный зонд 100 метров 2 шт.
Буровые работы 2 скважины
Монтажные, электротехнические и пусконаладочные работы есть

Цена: 650 000 руб.

При этом геотермальные скважины размещаются не дальше 8 м от входа в котельную. В эту сумму не включены.

  • стоимость силового кабеля и его прокладка.
  • транспортные расходы.
  • сверление отверстий в фундаменте для подводки зондов в дом.

Что такое горизонтальный коллектор

В геотермальную систему могут входить теплообменники разных видов – горизонтального, вертикального, водоразмещенного. Рассмотрим первый вариант.

В этом случае монтаж коллектора осуществляется на глубину, лишь немного превышающую уровень промерзания почвы. Трубы с теплоносителем укладывают ниже 2,5 м в специальные траншеи. В этом случае требуется наличие свободного участка, равного площади здания. Контур и дом должны находится вблизи друг от друга. Именно потребность в довольно значительной площади и является основным недостатком этого способа. Не каждый домовладелец обладает большой свободной территорией. Еще одна проблема связана с наличием деревьев на этом участке. Оборудование должно отстоять от них не менее, чем на полутора метрах.

При неправильном монтаже горизонтальный коллектор может вырабатывать недостаточное количество тепла для отопления дома в наших широтах. Поэтому в Московской области предпочтительнее бурить геотермальные скважины для вертикальных зондов.

Что такое вертикальный зонд

При вертикальном расположении коллектора трубы с теплоносителем опускают в скважины глубиной 50-300 м. Бурение геотермальных скважин осуществляется по контуру здания. Этот вариант поможет сэкономить площадь. Он обладает более высокой долговечностью и большей эффективностью. Удобен такой вариант также, когда приходится оборудовать частный дом, находящийся на уже обустроенной территории.

Хорошо сочетаются вертикальные зонды с тепловыми насосами модели ТМЕ GNP-10. Внутрь них встроены высококачественные циркуляционные насосы. Размеры такого насоса не превышают по величине стиральную машину. Это позволяет рационально использовать помещение котельной. При таком сочетании полностью удается решить задачи отопления и горячего водоснабжения загородного здания площадью до 200 кв.м.

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

  • Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
  • Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
  • С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Источники

  • https://eco-bur.ru/geotermalnoe-otoplenie/
  • http://www.geo-heatpump.ru/
  • https://teplovoi-nasos.com/teplovie-nasosy/geotermalnoe-otoplenie-tsena-pod-kluch/
  • https://otivent.com/teplovoj-nasos-svoimi-rukami
  • https://kotlomaniya.ru/teplovye-nasosy/zemlyanoy-teplovoy-nasos.html
  • https://vse-otoplenie.ru/geotermalnyj-teplovoj-nasos-svoimi-rukami
  • https://Energo.house/otoplenie/teplovoj-nasos-grunt-voda.html
  • https://ekoenergia.ru/geotermalnaya-energiya/teplovoy-nasos-geotermalnyiy.html
  • https://AvtonomnoeTeplo.ru/altenergiya/267-nezavisimoe-otoplenie-doma-ot-skvazhiny-teplovym-nasosom.html
  • https://HomeMyHome.ru/teplovojj-nasos-dlya-otopleniya-doma-ceny.html
  • https://zapodlico.ru/princip_raboty_geotermalnogo_teplovogo_nasosa_i_ego_ekspluataciya_v_sostave_otopitelnoy_sistemy
  • https://www.aqualux-m.ru/geotermalnoe-otoplenie-doma/tseny-na-geotermalnoe-otoplenie
  • https://cdelayremont.ru/obzor-teplovyh-nasosov

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: