Содержание
Геотермальное отопление своими руками – рекомендации по выбору типа наружного контура и инструкция по изготовлению
Значительные первоначальные затраты пока не дают геотермальному отоплению превратиться у нас в «товар широкого потребления».
Но идея получать тепло бесплатно оказалась настолько заманчивой, что многие наши соотечественники стараются осваивать ее всеми силами, минимизируя расходы где только возможно.
Обратите внимание
Наиболее эффективный способ снизить стоимость системы – изготовить все ее компоненты самостоятельно.
Далее мы посмотрим, как можно организовать геотермальное отопление своими руками, и с какой суммой придется при этом расстаться.
Как работает геотермальное отопление?
Данный вид отопления у нас пока считается новинкой, но ведь ничего сверхнеобычного в нем нет.
Это просто новый способ применения старого доброго теплового насоса, который имеется в каждом холодильнике.
Родным братом системы геотермального отопления можно считать кондиционер, работающий в режиме «зима». Ведь это устройство греет воздух вовсе не с помощью ТЭНов, как думают некоторые.
Кондиционер, так сказать, перекачивает тепло, добываемое им из промозглого осеннего воздуха снаружи помещения. Ту же задачу выполняет тепловой насос в геотермальной установке, только в качестве источника тепла используется грунт или вода с температурой +5 – +7 градусов.
Как же получается, что ледяная на ощупь среда выступает в роли источника тепла? Это становится возможным благодаря замечательной способности газов нагреваться при сжатии и остывать при расширении.
Если порции газа дать нагреться от одной среды, а затем перенести в другую и там сжать, он станет еще более горячим и будет отдавать тепловую энергию этой второй среде, даже если она имеет более высокую температуру, чем первая. Теперь снова вернем газ к первоначальному давлению, одновременно перенеся его в первую среду.
Геотермальное отопления – принцип работы
Его температура упадет ниже первоначальной, ведь часть внутренней энергии была отдана в виде тепла на этапе сжатия. Следовательно, газ снова начнет нагреваться от первой среды.
Повторяя операцию снова и снова, мы будем «перекачивать» тепло из одной среды в другую в противоположном естественному теплообмену направлении. Этот процесс называется «циклом Карно» и именно на нем основан принцип работы теплового насоса в системе геотермального отопления.
Классификация по конструкционному типу
Если в случае с кондиционером газ-хладагент сам проходит через среду-источник, то в системе геотермального отопления он получает тепло от посредника – воды или антифриза.
Последний циркулирует по так называемому наружному контуру, представляющему собой длинную трубу.
Именно эта труба и помещается в среду источник.
По виду наружного контура различают три исполнения систем геотермального отопления:
Особенности отопительной системы
В отличие от газового котла, тепловому насосу не требуется нагревать теплоноситель системы отопления до высокой температуры, так как образование конденсата при холодной «обратке» ему не грозит. К тому же работа в низкотемпературном режиме потребует меньших энергозатрат.
Чтобы компенсировать низкую температуру теплоносителя, поверхность радиаторов пришлось бы сильно увеличивать, поэтому вместо них лучше использовать систему «теплый пол». Этот вид отопления является и наиболее рациональным, так как нагреваемый воздух в первую очередь поступает, так сказать, в зону обитания, а не под потолок.
Тепло от земли
Еще один аргумент в пользу «теплого пола» – минимальные теплопотери. Ведь их величина зависит, в первую очередь, от перепада температур, а он при низкотемпературном режиме является наименьшим.
Второй фактор – площадь контакта нагретого воздуха с наружными стенами.
Важно
Поднимающийся от «теплого пола» воздух наружных стен не касается (при использовании обычных радиаторов он буквально омывает остекление окна и прилегающие участки наружной стены).
Основной недостаток «теплого пола» – энергозависимость – в данном случае неактуален, так как тепловой насос тоже не сможет работать без электричества.
Опасность скрытой протечки также можно не принимать во внимание, если контур делать цельным из гибких полимерных труб.
Внедряя геотермальное отопление, мы выигрываем в следующем:
Теперь о недостатках:
Безопасная геотермальная система
Производительность системы по теплу ограничена.
Во-первых, наружный контур не может иметь сколь угодно большую длину, так как с увеличением продолжительности значительно возрастает его гидравлическое сопротивление.
Во-вторых, при интенсивной выкачке тепла грунт будет перемерзать, что при вертикальном расположении наружного контура (в скважинах) может привести к негативным последствиям для местной экологии.
Геотермальная система отопления своими руками – пошаговая инструкция
Рассмотрим сооружение геотермального отопления дома своими руками с горизонтальным наружным контуром (укладка в грунте). Работы разобьем на два этапа.
Изготовление теплового насоса
На стене следует закрепить компрессор от кондиционера или холодильника.
При наличии слабой проводки используйте два компрессора с меньшей мощностью – это позволит уменьшить пусковой ток (компрессоры будут включаться последовательно).
Конденсатор, в котором будет сжиматься хладагент, изготавливаем из сантехнической медной трубы наружным диаметром около 12 мм и толщиной стенки 1 – 1,2 мм. Она наматывается на цилиндрическую болванку, так чтобы получился змеевик.
Испаритель делается из того же материала.
Самодельный тепловой насос
В качестве теплообменников следует использовать две емкости: для системы отопления – нержавеющую (здесь устанавливается конденсатор), для наружного контура – пластиковую (в ней установим испаритель).
Конденсатор устанавливаем так, чтобы фреон в нем двигался сверху вниз. Благодаря этому при его конденсации не будут образовываться пузырьки. В испарителе газ должен двигаться в противоположном направлении.
Один конец конденсатора присоединяется к выходу компрессора, на другом – устанавливается редукционный клапан. К выходному отверстию этого клапана присоединяется испаритель, второй конец которого следует подключить ко входу компрессора.
Каждую емкость при помощи штуцеров следует врезать в соответствующий контур.
Строительство наружного контура
Контур представляет собой пластиковую трубу, уложенную в траншею ниже глубины промерзания грунта в виде «змейки». Расстояние между соседними участками должно составлять около 70 см.
Длина контура будет зависеть от влажности грунта. При сухом грунте с каждого метра трубы удается снять 10 Вт тепла, во влажных глинистых почвах этот показатель возрастает до 35 Вт. Таким образом, на каждый кВт тепловой мощности понадобится контур площадью от 25 до 50 кв. м.
Затраты
При изготовлении теплового насоса мощностью 9 кВт по теплу придется потратить:
- на изделия и материалы для конденсатора: 163 доллара;
- для испарителя: 206 долларов;
- на б/у компрессор и фреон: около 50 долларов.
При наличии автоматики общая стоимость самодельного теплового насоса составит примерно 500 долларов.
Полипропиленовая труба марки PN10 диаметром 50 мм для наружного контура будет стоить по 193 руб. за погонный метр.
Видео на тему
Как сделать тепловой насос своими руками
Экология познания. Усадьба: В последние десятилетия у владельцев домов появился довольно большой выбор систем отопления. Уже необязательно подключаться к централизованным сетям и использовать традиционные источники.
Можно выбрать оборудование, работающее на альтернативной энергии, но его главный недостаток – дороговизна. Впрочем, если сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить.
Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы.
Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.
Устройство и принцип работы теплового насоса
Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит
Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС.
Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот.
В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.
Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:
- компрессор;
- теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
- теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
- расширительный (редукционный) клапан;
- средства управления и автоматики;
- магистрали из медных трубок.
В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель.
После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое.
Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:
Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.
Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:
- питание компрессора;
- вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
- питание средств автоматики и контроля.
Тепловой насос воздух-воздух
Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.
Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:
Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.
Тепловой насос вода-вода
Совет
Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома.
Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса.
Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:
Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.
Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС.
Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды.
В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.
Как собрать тепловой насос в домашних условиях?
Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.
Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы.
Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы.
Обратите внимание
В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:
Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности.
Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата.
По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:
Тепловой насос из кондиционера
Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.
Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.
По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.
2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон.
После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.
Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.
Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок.
Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование.
Важно
Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.
Заключение
Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы.
И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет.
Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.
опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet
Как сделать тепловой насос своими руками
Цена на энергоносители постоянно растет, вследствие чего отопление частного жилого дома его владельцам обходится очень дорого. По этой причине многие ищут альтернативные источники его обогрева.
Одним из новых устройств является тепловой насос, извлекающий тепло из природных источников, которое затем используется для отопления. Его можно купить, но по высокой цене.
А некоторые умельцы уже научились собирать тепловой насос своими руками.
Тепловой насос возможно сделать самому
Конструкция и особенности
Такой прибор включает в себя внутренний и внешний контур, по ним и проходит теплоноситель. Составляющие конструкции следующие:
- конденсатор;
- компрессор с питанием;
- клапан дроссельный;
- испаритель.
Дополнительно он может быть оснащен трубами, вентиляторами и геотермальными зондами. Теплонасос по сравнению с другими альтернативными источниками тепла обладает рядом преимуществ. В их числе:
- экологичность, отсутствие выделения вредных веществ в среду;
- не нужно дополнительно покупать топливо;
- дополнительные коммуникации прокладывать не потребуется;
- прибор совершенно безопасен;
- зимой может работать на обогрев, а летом на охлаждение.
В этом видео вы узнаете, как сделать тепловой насос:
При этом если собрать тепловой насос для отопления дома своими руками, он будет представлять собой автономную конструкцию, для управления которой не нужны специальные умения и много времени. Его можно назвать идеальным решением для таких случаев, когда к дому нельзя подвести газ, а отапливать его дровами, углем, электричеством или другой энергией нет желания.
Такое решение позволит сэкономить большие суммы на обогреве дома. Также его можно использовать одновременно вместе с другими источниками энергии, тем самым оптимизировать затраты. Благодаря насосу можно нагревать воду, отапливать помещение и даже охлаждать его.
Особенности работы
Многие простые вещи, которые окружают людей, являются источником энергии. Главное — это научиться правильно их использовать, тогда решить вопрос о том, как сделать тепловой насос своими руками, можно будет очень просто.
Для того чтобы прибор работал, температура среды должна быть выше 1 градуса тепла, при этом сохранять тепло почва способна даже на глубине и под снегом. Из земли или воздуха тепло перемещается к контуру отопления и используется по назначению.
Перед созданием теплого насоса нужно понять принцип его работы
Принцип работы прибора такой:
- трубопровод, находящийся под землей, наполняется водой, воздухом или грунтом, и за их счет нагревается;
- носитель тепла переходит в испаритель, затем передает его во внутренний контур;
- во внутреннем контуре имеется фреон, гликолевая смесь или спиртовая вода (хладагент). В испарителе вещество нагревается и преобразуется в газ;
- потом газообразное вещество переходит в компрессор, под высоким давлением сжимается и нагревается;
- нагретый газ переходит в конденсатор, после чего его энергия идет в теплоноситель отопительной системы дома;
- когда цикл преобразования хладагента в жидкость заканчивается, вещество теряет тепло и возвращается в систему.
Разновидности приборов
Принцип работы устройства не зависит от того, какой источник энергии и теплоноситель используется. Как заводские, так и самодельные конструкции в качестве источников используют:
- воздушную среду;
- землю;
- воду.
Некоторые насосы используют воду в качестве источника топлива
Сами устройства подразделяются на три категории: вода-вода, воздух-вода и земля-вода. Первое слово обозначает среду, в которой и берется тепло, а второе — тип носителя, которому она передается. Например, если речь идет о носителе вода-вода, то тепло берется в водоеме, а теплоносителем выступает жидкость.
Геотермальная конструкция
Грунтовой термальный насос считается наиболее эффективным и является самым распространенным. Почва на глубине в несколько метров почти не подвергается погодным изменениям и имеет постоянную температуру. На внешнем контуре устройства используется безопасная и экологичная жидкость.
Наружный контур прибора изготавливается на основе пластиковых труб, которые вкапывают в землю по вертикали или горизонтали. При вертикальном способе на один киловатт энергии потребуется обработать площадь не менее 25 квадратных метров. Ее нельзя будет при этом использовать для посадки огородных культур, только для однолетних цветущих растений.
Потребуется пробурить скважину на глубину от 50 до 150 м, в которую будут установлены геотермальные зонды для последующего подключения к насосу. Они будут брать грунтовое тепло, затем оно с водой перенесется в насос, а из него — в отопительную систему.
Если участок большой, то нужно вместо зонда обустроить большой горизонтальный коллектор. Он изготавливается на основе системы труб и размещается на глубине ниже уровня промерзания (от 100 м) и напоминает подземный змеевик. Сначала требуется снять слой земли, уложить туда трубы, потом засыпать назад. Для укладки можно использовать отдельные траншеи.
Система «Вода-вода»
Особенность воды, используемой в качестве источника энергии, в том, что на большой глубине она сохраняет постоянную температуру. В качестве энергоресурса могут использоваться:
- открытые водоемы (реки, озера, заливы);
- грунтовые воды (вода из колодца или скважины);
- сточные воды.
Обустроить насос такого типа выйдет намного проще по сравнению с грунтовым. Трубы для носителя оснащаются грузом и помещаются в воду (если речь идет о водоеме).
В случае если она берется из грунта, конструкция потребуется куда сложнее, иногда требуется даже постройка специального колодца для сброса воды, которая будет проходить сквозь тепловой обменник.
Сами трубы напоминают крупный змеевик на дне водоема, но лучше размещать их по центру.
Вода на большой глубине сохраняет свою температуру, поэтому её практично использовать в качестве источника
Аппараты воздушного типа и их сборка
Агрегат типа «Воздух-вода» во всех отношениях уступает двух другим, но его собирать проще. При этом он имеет большую универсальность, не нужно ни бурить скважины, ни выкапывать землю. Однако будет нужно поставить специальное оборудование, но специальных навыков это не требует.
Прибор имеет широкую распространенность, но есть и свои минусы. Так, по сравнению с двумя другими, он имеет низкую производительность, а мощность зависит от сезонных условий, она падает в холодное время года.
Чтобы собрать тепловой насос «Воздух-вода» своими руками, нужно выбрать место на крыше или рядом с домом, там его соединить с отоплением внутри дома. Тепло будет извлекаться с помощью испарителей и вентиляторов.
Алгоритм сборки аппарата такого типа следующий:
- потребуется взять компрессор для кондиционера (например, два однофазных). На основе таких приборов будет получена тепловая мощность в 16 кВт, если их запускать не синхронно, то пусковой ток можно будет снизить. Компрессоры прикрепляются к стене с помощью кронштейнов;
- затем нужен конденсатор — для него нужно взять бак из нержавеющей стали емкостью на 100 л, разрезать его и вставить внутрь змеевик из медной трубы с небольшим диаметром. Стенка трубки должна иметь толщину от 1 мм;
- для производства змеевика можно взять медную трубку и равномерно намотать вокруг баллона с соблюдением одинаковых шагов;
- к баку приваривают резьбовые соединения и затем заваривают;
- делается испаритель — для него нужен пластиковый бачок емкостью до 80 л, в него вставляется змеевик на основе медной трубы на три четверти дюйма. Испаритель тоже нужно прикрепить к стене с помощью кронштейнов;
- слив и подводка воды будут проводиться с применением металлопластиковых труб.
Когда все готово, потребуется собрать все детали воедино, закачать фреон и проверить, как устройство работает. Это можно сделать самостоятельно при наличии соответствующих навыков или обратиться к помощи специалиста по холодильному оборудованию.
К деталям предъявлены и свои требования. Например, компрессор и испаритель должны иметь запас мощности не менее, чем на 20%, поскольку насос может не справляться со своей задачей. Важно правильно выбирать и фреон.
Рекомендуемые марки — R-22 и R-422. Соединения должны быть герметичными, а магистрали, по которым он будет проходить, частыми.
При заправке изнутри потребуется создание вакуума, а для этого тоже будет нужно специальное оборудование.
Цена на продукцию
Тепловые насосы за последние годы получили широкое распространение во всем мире, особенно в США, Китае и странах Западной Европы. Причина такой популярности — это частичная государственная компенсация при установке.
В России они не так хорошо известны, но все больше заинтересовывают владельцев частных домов ввиду возможности сэкономить на электроэнергии.
Приборы можно приобрести в готовом виде, стоимость продукции зависит от источника энергии, мощности оборудования и производителя.
Например, теплонасос со средней мощностью производства Польши без учета затрат на монтаж обойдется примерно в 340 тысяч рублей.
Если изготавливать теплонасос своими руками, затраты все равно будут, но намного ниже. В обоих случаях период окупаемости оборудования составляет 2 года.
Решить проблему обогрева загородного дома бывает весьма трудно, особенно при отсутствии традиционных источников энергии в доступности. И даже при их наличии стоимость отопления может быть высокой. Тепловой насос является хорошей альтернативой для тех, кто хочет оптимизировать расходы или предпочитает использовать природные источники энергии.
Геотермальное отопление, принцип работы, монтаж своими руками
В последние десятилетия активная жизнедеятельность людей, удовлетворяющих свои потребности, начала очень негативно воздействовать на природу, окружающую среду. И теплоэлектростанции сыграли не последнюю роль в этом процессе.
В то же время, общество стало понимать, что ресурсы природы являются небезграничными, именно поэтому в последние годы начали внедрять аналоги источников теплоснабжения. Одним из таких альтернативных способов отопить дом является геотермальное отопление.
Система – проста и эффективна, а сделать ее можно собственноручно.
Заметим, что геотермальное отопление в США и европейских странах стало основным источником тепла, однако в России на сегодняшний день оно рассматривается только в качестве альтернативы газовому, электрическому, твердотопливному и другим видам отопления. Очень скоро геотермальное отопление станет основным, ведь отзывы говорят о том, что это рентабельный способ отопить свой дом без вреда для экологии и с выгодой для себя.
Принцип функционирования
Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, — становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.
И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.
Принципиальная схема работы теплового насоса
Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт.
Совет
Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял).
Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.
Особенности системы
Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно.
Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система.
Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.
Бурение скважин под тепловой насос
Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло.
Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление.
Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.
Способы работы системы
Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:
Преимущества геотермальной системы отопления
Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:
- Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
- Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
- Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
- В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
- При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.
Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно
Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.
Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.
Принцип работы теплового насоса
На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, — с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.
Распространение геотермальной системы отопления
Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею.
И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан.
И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.
Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет.
Обратите внимание
А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы.
Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.
Тепловой насос своими руками: особенности схем, эффективность и срок окупаемости
Тепловой насос (ТН) — инновационное, эффективное, экологическое и бюджетное решение выработки тепла для нужд горячего водоснабжения (ГВС) и отопления. Принцип его работы прост. Устройство забирает тепло от естественных сред (воздух, земля, вода) и подаёт в отопительную систему (ОС) и ГВС.
Внутренний теплоноситель (аммиак или другой хладагент) отбирает энергию окружающей среды и транспортирует её в испаритель. В нём хладагент из жидкости преобразуется в газ путём испарения. На следующем этапе объем газообразного теплоносителя снижается и, следовательно, растёт его температура.
Горячий теплоноситель циркулирует в конденсаторе, тепловыделение из которого поступает в отопительную систему дома. Расширительный клапан обеспечивает повторное охлаждение хладагента, и он начинает новый тепловой цикл, что создаёт чрезвычайно эффективную систему теплоснабжения.
Схемы подключения источника отопления и эффективность
Эффективность такого насоса определяется путём сравнения количества энергии, вырабатываемой устройством, и количеством потреблённой электроэнергии на собственные нужды. Прежде всего она зависит от температуры наружного воздуха.
В режиме обогрева производительность системы падает, когда наружная температура падает.
В холодном климате при максимально низких температурах такая система требует дополнительного резервного отопления, когда она самостоятельно не может обеспечить достаточное количество тепла для поддержания санитарной температуры воздуха в помещении.
Существуют разные источники тепла для отопительных систем:
- Воздух;
- Почва;
- Грунтовые воды.
Простые расчёты говорят о том, что если высокоэффективный котёл на природном газе может работать с эффективностью 93%, ТС «воздух-воздух» — на 180%, а ТН «земля — вода» может достигать эффективности до 400%.
Теплонасосы вода-вода
Насосы «вода-вода» преобразуют энергию, полученную от природных водных источников, для внутридомового нагревательного контура. Гидротермальные системы используют грунтовые воды для нужд:
- отопления здания;
- охлаждения здания;
- ГВС для бытового потребления;
- подогрева воды для бассейнов.
Насосы отбирают тепловую энергию из подземных вод с помощью буровых скважин, дренажных систем и других водных систем. Полученная энергия через систему теплопередачи отдаётся воде, циркулирующей в отопительной системе дома.
Охлаждённая вода возвращается в водоносный горизонт через сбросной колодец.
Эффективность гидротермальных систем с водяными ТН обеспечивается неизменностью температуры подземных вод в течение года, обычно на уровне 8—13 C.
Такие условия создают стабильную высокопроизводительную систему отопления и делают её независимой от внешних погодных условий.
Поэтому насосы «вода-вода» являются наиболее эффективными и имеют гарантированный постоянный коэффициент производительности (СОР).
Коэффициент COP показывает отношение тепловой энергии (кВт) к потребляемой ТН электроэнергии (кВт) на собственные нужды для обеспечения отопления здания.
Когда температура находится в диапазоне 8—13 C, а подаваемая температура теплоносителя составляет 35 C, коэффициент COP = 5 ÷ 7. В этом случае для каждого киловатта электрической энергии, потраченного на управление ТН, мы получаем дармовую энергию 5 ÷ 7 кВт, достаточную для поддержания санитарного теплового режима в помещении с площадью примерно 60 м².
Промышленностью выпускается широкий диапазон насосов типа «вода-вода», которые успешно используются в системах теплоснабжения и кондиционирования воздуха одноквартирных и многоквартирных домов малой этажности, а также гостиниц, школ, административных зданий и промышленных объектов. Ограничением в применении такого типа ТН может стать наличие разрешительных документов на установку скважины.
Применение геотермальных систем для теплоснабжения
Использование энергии геотермальной энергии (приповерхностная) — ещё одно эффективное направление работы насосов. Под землёй прокладывается трубная система длиной порядка 100 метров, которая аккумулирует тепло почвы.
Состояние почвы определяет, сколько геотермальных систем необходимо для обеспечения отопительной нагрузки дома.
В случае больших участков в качестве альтернативы может использоваться тепло от расположенных рядом подземных коллекторов от централизованного отопления или водоснабжения.
Схема теплового насоса отлично работает летом по режиму кондиционирования воздуха. После сбора тепла от земли эта энергия отбирается насосом и подаётся во внутридомовую систему отопления.
Важно
Геотермальные насосы требуют больших инвестиций в установку, чем воздушные, но они обеспечивают постоянную мощность нагрева, потому что почва имеет постоянные температуры круглый год.
Таким образом, гарантируется непрерывное производство энергии.
Как установить геотермальную систему? Установка геотермальной системы может идти по нескольким направлениям:
Преимущества:
Помимо существенной экономии затрат, геотермальная система имеет некоторые дополнительные преимущества. Тепло выделяется при более низкой температуре, чем принудительный воздух, и работает непрерывно, поэтому система более стабильна, не имеет больших перепадов температур.
Геотермальные системы хорошо поддаются автоматизации с разгрузкой отопительной мощности.
Когда температура в помещении будет соответствовать параметрам, установленным потребителем, излишнее тепло будет уходить на другие задачи энергообмена, например, для нагрева горячей воды.
Обычный срок окупаемости большинства геотермальных систем составляет 5—10 лет, что сопоставимо с периодом окупаемости солнечной энергии.
Воздушные сплит-системы
Для этого типа насосов источником является энергия из внешнего воздуха. Основным преимуществом воздушного ТН по сравнению с геотермальными и водяными являются небольшие затраты на установку, так как не требуются выполнения земляных, монтажных и глубоководных работ по укладке теплопроводов.
Воздушные ТН бывают наружной и внутренней установки, выполненными моноблочными или сплит-системами.
Для моноблочных воздушных насосов пластинчатый теплообменник расположен в наружном блоке, а энергия подаётся во внутренний блок через хорошо изолированные тепловые трубки.
С раздельным тепловым насосом теплообменник расположен во внутреннем блоке, так что энергия транспортируется внутрь через хладагент.
Одно ограничение: ТН с воздушным источником теряют эффективность в более холодную погоду и прекращают работу, когда температура опускается ниже -20 градусов, поэтому для регионов со средней температурой холодного воздуха не более -10 С такие системы наиболее предпочтительны.
Расчёт контура теплоснабжения
Первое, что нужно сделать, прежде чем установить теплонасос — рассчитать тепловой баланс дома. Это позволит определить теплоотдачу, необходимую для обеспечения требуемой комфортной температуры. При расчёте насоса следует учитывать следующие данные:
- назначение здания;
- его общая площадь;
- количество этажей, площадь каждого из них;
- высота потолка;
- желаемая (требуемая) температура в помещении;
- стены (материал, толщина слоя);
- тип и общая площадь остекления;
- наличие системы вентиляции и её характеристики;
- спрос на горячую воду, количество точек;
- нагреватели и их тип;
- присутствие/отсутствие земли/воды поблизости;
- наличие/отсутствие ограничений на электричество.
Можно быстро предварительно рассчитать энергетические потребности дома по формуле:
P = V x C x T,
где V — объем жилья в м 3;
C — коэффициент строительства C = 0,75, если дом очень хорошо изолирован (RT2005) C от 0,9 до 1,3, когда дом плохо изолирован C = 1,6;
T — разница между требуемой температурой в доме и самой низкой температурой наружного воздуха в холодный период года для географической зоны места размещения строения.
Изготовление теплового насоса для домашних нужд
Тепловой насос для отопления дома своими руками изготовить выгодно и удобно.
Статистика утверждает, что ТН для дома площадью 200 м² окупится в течение первых трёх лет, и это ещё не предел, учитывая растущую стоимость топлива и электроэнергии.
Можно эти затраты сократить, если в доме есть умельцы, которые могут собрать насос из подручных материалов. Для этого понадобится:
Достоинства и недостатки источника теплоснабжения
Преимущества тепловых насосов:
- Идеальное электрическое отопление: выработка 4 квт тепла при потреблении 1 квт на собственные нужды установки.
- Независимость от дорогостоящего топлива (газ, уголь, мазут).
- Эффективный энергетический баланс в комплекте с напольными или настенными обогревателями.
- Занимают небольшое пространство в доме или подвале.
- Небольшие затраты на обслуживание.
- Хорошо интегрируется в систему «умный дом».
Недостатки:
- Экономическая эффективность после практических испытаний в старых домах не всегда соответствует заявленной производителем оборудования.
- Высокие требования к отопительной системе.
- Наличие бака-аккумулятора в схеме.
- Температура источника тепла постоянна только при грунтовых водах.
- Многие модели содержат хладагент, разрушающий климат.
Геотермальное отопление: Особенности и принцип работы геотермальной установки для отопления дома
Перед каждым владельцем загородного дома встает такой важный вопрос, как обеспечение подачи тепла во все жилые помещения. Сегодня различные производители предлагают свои варианты индивидуального отопления частных коттеджей за пределами города. Новинкой в этой сфере можно назвать геотермальное отопление.
Конечно, большинство владельцев домов уверены, что столь удобную и экономичную системы подачи тепла можно монтировать лишь в тех районах, где есть гейзеры, вулканические образования и горячие водные источники.
Современные установки такого типа способны успешно работать и в умеренных широтах, с теплыми источниками при невысоких температурных показателях.
Геотермальное отопление относится к альтернативным видам подачи тепла в доме. Такой вариант тепловой установки можно назвать практически идеальным для обустройства частного дома или загородной дачи. Для работы в системе используется геотермальная энергия, которая добывается из различных природных источников тепла.
Основной принцип работы в такой установке схож с работой ходильной системы. Главное отличие при этом следующее: если в холодильнике рефрижератор продуцирует из полученной системы охлаждение для воздуха, то здесь вырабатывается тепловая энергия. Слаженная работа возможна даже при низких температурных характеристиках.
Главная особенность геотермального отопления в доме заключается в том, что в теплую летную пору воздух в доме охлаждается, а вот зимой нагревается.
При этом затраты на такое отопление очень низкие в сравнении с другими тепловыми установками. В чем-то работа такой системы схожа с кондиционированием воздушных потоков.
Она помогает создать в доме нужные тепло и уют, обеспечивая хозяевам комфортные условия проживания в доме.
Принцип геотермального отопления
Геотермальная установка работает в автономном режиме, четко регулируя при этом необходимую в помещении температуру. Принцип, заложенный в основу ее работы, одинаков для всех установок, поэтому он независим от различных производителей комплектующих элементов.
Основная работа возлагается на специальные насосы, которые могут иметь некоторые отличия между собой по дизайнерскому решению, разновидностям, но при этом коэффициентные данные по производительности тепла у всех них аналогичны.
Что касается используемой энергии, то геотермальная система успешно работает с различными видами энергии земли.
Состоит система из двух контуров, а именно:
Совет
Первый из упомянутых представлен привычной для многих отопительной установкой из соединения труб и радиаторных элементов. Внешний контур — это габаритный теплообменник, который монтируется под толщей земли или же в водном массиве.
Внутри по нему циркулирует особая жидкость с добавлением антифриза, иногда еще его заполняют обычной водой. Теплоноситель набирает температуру окружающей среды, и уже прогретый поступает далее в геотермальный насос. Накопленное таким образом тепло передается далее внутреннему контуру.
Это позволяет прогревать воду в радиаторных элементах и трубах по дому.
Способы реализации геотермальной установки
Такое отопление отличается между собой по способам установки теплообменника. На сегодня используются три разновидности:
Актуальным геотермальное отопление стало в Америке в период кризиса в 80-е годы. Изначально монтаж установок стоил больших денег и такое отопление использовалось исключительно состоятельными людьми, но позже геотермальное отопление стало более доступным для массового использования населением.
Преимущества использования геотермального отопления в частном жилище:
- энергию геотермального вида получать и в дальнейшем использовать можно практически в любом месте;
- подача такого вида тепла неограниченна;
- использование такой энергии считается наиболее устойчивым;
- энергия геотермального вида не содержит в себе разного рода вредные выбросы от сгорания углекислого газа;
- отопление на основе геотермальной установки не требует оказывать дому постоянное обслуживание;
- отопление считается бесплатным для владельца дома;
- насосы установки занимают намного меньше места, чем аналогичные тепловые установки, геотермальному насосу под установку нужно места примерно столько же, как и, к примеру, холодильнику;
- геотермальная энергия помогает, как нагревать помещение, так и при необходимости охлаждать его, принцип работы схож с алгоритмом работы кондиционеров;
- при желании можно устанавливать такое отопление совместно с другими системами подачи тепла, например, с газовой системой, дизельной или работающей за счет энергии солнца.
Несмотря на целый ряд позитивных моментов использования такого вида отопления, геотермальные установки имеют и свои недостатки, основные среди которых такие:
- высокие показатели себестоимости для монтажа всей системы;
- долгий срок окупаемости.
Такие недостатки системы отопления меркнут в сравнении с нынешними тенденциями мирового удорожания различных видов топлива.
Конечно, срок окупаемости длительный, но за сотню лет геотермальная установка покажет все свои плюсы и докажет свою экономичность на практике.
Такой вид отопления уже по достоинству оценили в целом ряде стран Европы и в Америке. К примеру, в Швеции около 70% частных домовладельцев выбрали в качестве отопления именно такую систему.
Видео
Сергей Елгазин разузнал все о геотермальном отоплении в одном из финских домов:
