Геотермальный тепловой насос своими руками – монтаж

Один из самых новых способов обеспечить собственный коттедж бесплатной тепловой энергией — геотермальное отопление дома, которое пока еще отличается необходимостью первоначального вложения значительных финансовых средств. Но зато на эксплуатацию такой системы не будут нужны значительные расходы, которые характерны для традиционных способов отопления.

Работа теплового насоса

Очень сложный на первый взгляд принцип работы тепловых насосов базируется на нескольких простых законах термодинамики и свойствах жидкостей и газов:

  1. Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
  2. Когда жидкость переходит в газ (испарение), поглощается тепло

Большинство жидкостей могут закипать при достаточно высоких температурах, близких к 100 градусам. Но встречаются вещества и с достаточно низкими температурами кипения. У фреона она около 3-4 градусов. Превращаясь в газ, он легко сжимается и внутри емкости начинает расти температура.

Работа теплового насоса

Теоретически фреон можно сжимать до получения любых желаемых температур, но на практике ограничиваются 80-90 градусами, необходимыми для полноценной работы классической системы отопления.

Каждый сталкивается с тепловым насосом не один раз в день, когда проходит мимо холодильника. Однако в нем он работает в обратном направлении, забирая тепло продуктов и рассеивая в атмосферу.

Если вы ищете где купить теплообменное оборудование для вашего производство, то советуем продукцию уральский завод котельного оборудования.

Виды конструкций

  1. Почва – вода. Забор тепла происходит от массы почвы. Забор тепла может осуществляться двумя способами: вертикальным зондом или горизонтальным коллектором.
  2. Вода – вода. Забор тепла происходит от массы грунтовой воды или открытого водоема.
  3. Воздух – вода. Забор тепла происходит от массы внешней воздушной среды. Такой вид конструкций не является эффективным в местах с суровыми зимами. Зато воздушные тепловые насосы для отопления дома имеют неоспоримое преимущество: для их осуществления нет нужды в земляных работах.

Конструкция «почва – вода»

Хорошую теплоотдачу гарантируют почвы, насыщенные влагой.

  • Либо вскрывается полностью необходимая площадь участка, затем укладываются трубы, а после укладки их закапывают грунтом.
  • Во втором способе под трубы роются траншеи, в которые и укладывают кольцами трубы коллектора.

Конструкция «вода – вода»

Конструкция «воздух – вода»

Рекомендуем:

  • Какая самая лучшая система отопления частного дома? Ответ найдёте в статье.
  • В следующей статье расскажем об особенностях отопления частного дома своими руками.
  • Все виды отопительных котлов.
  • Какие типы отопительных приборов лучшие? Давайте разберёмся![/list

Варианты формирования

[adinserter block=»9″][adinserter block=»20″]Обогреть свой дом удастся по одной из следующих схем:

Варианты формирования
  • Насос и теплообменник вертикального типа. Глубина скважины в таком случае варьируется от 50 до 200 метров, так что бурение связано с существенными финансовыми вложениями. Тепловая энергия забирается от глубоких грунтовых вод, температура которых очень высока. Тепловой насос обеспечивает движение жидкости, теплообменник забирает энергию, дальше происходит обратный сброс воды. Не стоит бояться первоначальных капиталовложений, расчеты наглядно показывают, что результат оправдывает средства, продолжительность эксплуатации доходит до века.
  • Немало общего с описанной схемой имеет и методика, основанная на монтаже в шахте глубиной около сотни метров укрепленного бака с антифризом, нагреваемым грунтом. Для непрерывного движения антифриза также задействуется тепловой насос.
  • Горизонтальный теплообменник – менее затратная и более конструктивно простая схема. Основное требование заключается в том, чтобы трубы находились ниже отметки, на которую в холодное время года промерзает грунт. Эффективность нагрева в такой ситуации меньше, а потому приходится компенсировать ее общей площадью коллектора, которая должна примерно в 2 раза превосходить площадь отапливаемого помещения. Конечно, данное значение приблизительно, точный коэффициент зависит от множества факторов.
  • Наконец, последняя схема подходит в том случае, если между обогреваемым зданием и ближайшим водоемом не более сотни метров. Достоинство этой технологии – небольшие финансовые вложения, отсутствие значительных объемов земляных работ. Теплообменный контур располагается так, чтобы на глубине не наблюдалось промерзания, подо льдом должен быть, по меньшей мере, метр воды. В идеале, в водоеме не должно быть течения, способного повредить расположенные на дне зонды. Именно эти зонды и являются поглотителями тепловой энергии.

Для формирования внешнего контура отлично подходят трубы на основе полиэтилена. При расчетах следует исходить из того, что на метр коллектора должно приходиться от 40 до 50 Вт тепловой энергии. Получается, что в ситуации, когда производительность насоса равняется 10 кВт, глубина бурения составит до 200 метров.

Варианты формирования

Стоит помнить, что в некоторых ситуациях более рационально пробурить не одну глубокую скважину, а несколько более мелких. Чтобы в такой ситуации не был испорчен внешний облик участка, используется кластерный метод – от одной начальной точки расходится несколько столбов вглубь.

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками

До того, как приступать к изготовлению или даже расчету теплового насоса для отопления дома, следует проверить имеющуюся электропроводку или, если дом находится на стадии строительства, внести соответствующие коррективы в проект электрообеспечения. Дело в том, что у насоса достаточно высокие пусковые токи – около 40 А. Если электросчетчик и проводка не в состоянии выдержать такие напряжения, то от идеи установки придется отказаться до того, как электропроводка не будет приведена в соответствие с требованиями. Это касается не только самодельных тепловых установок, но и насосов промышленного производства.

Еще одно, что необходимо сделать до начала работ и закупки комплектующих: составить проект и рассчитать необходимую мощность и конфигурацию теплового насоса. Обычно для старых построек, в которых не использовались современные теплоизоляционные материалы, требуется 75 Вт/м2, при наличии современной теплоизоляции тепловая потребность существенно падает и составляет примерно 50 Вт/м2. Лучше всего, если здание строилось с применением специальных технологий, ориентированных на максимальное снижение теплопотерь и экономию энергии: в этом случае тепловая потребность составит всего лишь 30 Вт/м2.

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками

Когда все необходимые расчеты проведены, а проект составлен, можно приступать к изготовлению теплового насоса для обогрева дачи или дома своими руками. Некоторое оборудование придется купить (как, например, компрессор от кондиционера), некоторое – изготовить (как, к примеру, конденсатор). Потребуется и бак из нержавеющей стали, и медные трубки, и умение осуществлять сварочные работы. В Интернете имеется много описаний изготовления теплового насоса, которые снабжены подробными схемами, пошаговыми фотографиями и даже видео – для человека, умеющего обращаться с инструментами, не составит труда, используя такое видео или пошаговые фотографии, изготовить нужное оборудование.

Максимальные затраты ожидают тех, кто пожелает установить насос грунт-вода с вертикальным исполнением – тут придется заплатить за использование буровой установки, так как минимальная необходимая глубина скважины составляет 50 м, но может доходить и до 150 м. При горизонтальном исполнении такого устройства земляные работы можно выполнить и самостоятельно. Правда, придется перекопать значительную территорию, но зато бесплатно.

Проще всего будет тем, кто решит обойтись насосом воздух-вода: тут потребуется всего лишь выбрать место на придомовой территории и установить на нем оборудование.

Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками

Практика показывает, что большинство умельцев прекрасно справляются с самостоятельным изготовлением теплового насоса даже самой сложной конфигурации, а некоторые даже умудряются сами закачивать фреон в систему. Однако, если вы не являетесь настоящим специалистом в этой области, то лучше для закачки фреона вызывать настоящего мастера по холодильному оборудованию. За его услуги придется заплатить, но зато вы будете точно уверены в качестве выполненных работ – а это один из очень важных моментов при использовании подобных устройств.

Способы устройства геотермальных систем

Способы устройства геотермальных систем

Одним из важнейших элементов является тепловой контур. При вертикальном расположении он может залегать на глубине от 20 м до 150 м, в зависимости от геологической циркуляции тепла. Горизонтальные контуры устанавливаются на глубине до 2,5 м и нагреваются за счет температурного колебания при солнечном нагреве или теплопотере.

1. Прямой теплообмен

Прямой теплообмен

Тепловые устройства с прямым теплообменом непосредственно контактируют с почвой. Теплоноситель покидает корпус устройства, перемещается по подземной медной магистрали, обмениваясь тепловой энергией, и возвращается обратно.

Как бы то ни было, эффективность прямого теплообмена достаточно высокая, а финансовые затраты на монтаж ниже, чем в большинстве закрытых систем. Не последнюю роль в этом играет и теплопроводность меди, а также отсутствие водяного электронасоса и обменника между теплоносителем и водой, который, как известно, является основным источником теплопотерь.

Также стоит отметить, что медный трубопровод стоит дорого, да и самого теплоносителя требуется больше, чем для систем другого типа.

2. Закрытые системы

Большая часть таких систем состоит из первичного контура, наполненного хладагентом, и вторичного, который заполняется водой и устанавливается под землей. Для изготовления вторичного контура используются в основном полипропиленовые трубы, а заполняют его водой с небольшим количеством антифриза.

Вода выходит из теплообменника, перемещается по наружному контуру, обмениваясь тепловой энергией с почвой, и возвращается. Характерно, что наружный контур находится ниже уровня промерзания грунта, где температура отличается стабильностью; еще его погружают в ближайший водоем.

Обратите внимание! Системы, погруженные в воду или расположенные во влажной почве, намного продуктивнее сухих контуров. Поэтому в сухой земле рядом с контуром желательно установить дренажный шланг, который бы увлажнял ее.

Вертикальный контур – это две трубы, уходящие под землю под прямым углом на глубину 20-120 м. Нижние их части соединяются между собой U-образным разъемом. Вырытые для труб шахты обычно заполняют специальным раствором, улучшающим теплообмен и защищающим подземные водоносные слои от загрязнения.

В случае горизонтального размещения системы трубы закапывают ниже уровня промерзания грунта. Естественно, они проходят горизонтально. Ввиду очевидных причин этот способ обходится дешевле вертикального размещения (читай: бурения), поэтому его используют везде, где есть достаточно места на участке.

3. Контуры горизонтального бурения

Контуры горизонтального бурения

Альтернативой двум предыдущим вариантам может являться прокладка контура посредством горизонтального бурения. Это дает возможность устанавливать трубы под садом, двором, дорогой и прочими объектами без разрушения последних.

В плане стоимости такая система находится где-то между горизонтальной и вертикальной установкой. Ее отличительной чертой является то, что петли можно соединять лишь с одной камерой, а это сокращает необходимую для монтажа площадь.

Обратите внимание! Контуры с использованием горизонтального бурения устанавливают уже после постройки здания.

4. Водные контуры

Водные контуры

Замкнутые контуры, которые погружаются в водоемы, представляют собой трубопровод, уложенный петлями. Их можно помещать в любое озеро или пруд, которые расположены в непосредственной близости от дома.

5. Открытые системы

В таких системах внешний контур заполняется природной водой. Затем она перемещается в теплообменник, расположенный в корпусе устройства, где тепло извлекается и передается в первичный контур. После этого вода возвращается обратно. Подачу и «обратку» нужно размещать вдалеке друг от друга для эффективной подпитки источника тепла.

Обратите внимание! Все элементы системы должны быть хорошо защищены от коррозии, т. к. химический состав циркулирующей воды контролировать невозможно. Именно поэтому желательно использовать закрытые контуры, если уровень содержания минералов и солей в воде повышен.

Несмотря на то, что эффективность открытых систем на порядок выше, чем закрытых, при установке могут возникнуть проблемы, преимущественно юридического характера. Может потребоваться разрешение на монтаж, т. к. эти системы загрязняют скважины и истощают водоносные слои.

6. Столбы жидкости

Контуры со столбами жидкости являются одной из разновидностей систем замкнутого типа. В данном случае вода поступает со дна глубокой скважины, проходит через насос и опускается обратно, производя теплообмен с окружающей почвой.

Зачастую столбы жидкости используют там, где свободная площадь ограничена. Нежелательно использовать эту систему на глинистом или песчаном грунте.

Также отметим, что конструкция может состоять сразу из нескольких столбов и используется преимущественно в небольших зданиях.

Советы

Самостоятельный монтаж теплового насоса

Как уже говорилось, компрессор предпочтительнее купить готовый. Пригодна любая модель, применяемая в кондиционерах.

Все остальные составляющие собираем самостоятельно:

  1. В качестве корпуса конденсатора берется нержавеющий бак емкостью около 100 л. Его разрезают пополам и внутри монтируют змеевик из медной трубки толщиной стенки не меньше 1 мм. В оболочку впаиваются резьбовые соединения для подключения к контуру. После этого части бака можно сваривать.
  2. Для испарителя отлично подойдет полиэтиленовая бутыль объемом 80 л или отрезок трубы. В нее также вставляется змеевик и подводятся входы и выходы воды. Теплоносители изолируются от внешней среды поролоновой «шубой».
  3. Теперь необходимо поставить всю систему, спаять трубки и залить хладагент. Количество фреона очень важно для правильной работы насоса, этот расчет лучше поручить инженеру по теплотехнике. Он же сможет окончательно подключить установку и настроить компрессор.
  4. Осталось только присоединить наружный контур. Его сборка будет зависеть от типа насоса.

Вертикальная установка «почва-вода» требует скважины, в нее опускается геотермальный зонд.

Для горизонтального аппарата собирается коллектор и закапывается в землю на глубине, исключающей промерзание.

В системе «вода-вода» контур состоит из сети пластиковых труб, по которым будет протекать теплоноситель. Затем все это надо закрепить в водоеме на необходимой глубине.

Солнечная батарея

Коллектор насоса «воздух-вода» выполняется также и монтируется на крыше дома или поблизости от него.

Для стабильной работы и защиты от поломки машину желательно дополнить возможностью ручного запуска компрессора на случай внезапного отключения электричества. Стоимость подобной установки достаточно высока. Еще дороже стоит заводской насос. Однако практика показывает, что приобретение окупается за несколько лет эксплуатации.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.

Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Устройство теплообменников в искусственных и естественных водоемах

Данная технология отличается простотой монтажа, полного отказа от выполнения земляных работ.

Теплообменный трубопровод укладывается по дну водоема, его площадь должна составлять не менее 250-300 м2, а глубина более 222,5-3 метров (зависит от уровня промерзания воды).

Работает данная система достаточно эффективно, единственным затруднением может стать необходимость получения разрешения в различных инстанциях (при укладке коллектора в водоемы общего пользования).

Самостоятельно принимать решение о типе системы геотермального отопления не стоит, такой выбор сможет сделать только профессионал, знающий все тонкости работы таких систем. Поэтому доверьте устройство геотермальных систем специализированным организациям, тогда отопление прослужит долго и эффективно.

Вертикальное геоотопление — особенности

Этот тип системы — наиболее популярный. Его оформление также потребует определенных затрат, но при этом требования к количеству необходимой свободной площади намного меньше. Установить теплообменик вертикального расположения вы сможете намного быстрее. Для этого выполните следующие действия:

Вертикальное геоотопление — особенности
  1. Подготовьте бурильную установку подходящей мощности — для этой цели вполне подойдет переносная техника с небольшими габаритами.
  2. Обозначьте те места, которые станут наиболее выгодными для оформления скважины.                                                                                         
  3. Если площадь здания меньше 200 м2, при бурении скважины придерживайтесь следующих условий:
    • 1 яма с глубиной 150-200 метров;
    • 3-4 — с высотой до 60 метров.                                Важно! Соотнесите необходимую для бурения глубину, исходя из соотношения выработки энергии и производительности насоса. Общий принцип расчета сводится к следующей пропорции: на 1 метр коллектора приходится 40-50 Вт.
  4. При укладке внешнего контура используйте трубы ПНД.
Вертикальное геоотопление — особенности

Антимоскитные сетки. Как избавляться от конденсата

Для того, чтобы в систему не попадали пауки, муравьи и другие насекомые, применяют москитную сетку (2 слоя), размер ячеек которой варьируется от 0,2 до 0,4 миллиметров. Желательно натянуть ее на пяльцах, сделанных своими руками, после чего она вклеивается в футляр, где расположен вентилятор.

Температура почвы и воздуха неодинакова, потому возможно возникновение конденсата в трубопроводе. Предотвратить его образование можно, просверлив в трубах отверстия (10-15 штук на погонный метр), диаметр которых составляет пять миллиметров. Закладывая трубу, располагайте ее отверстиями вниз. Регулировка влажности воздуха может выполняться при помощи подлива в сегменты воздуховода трех – пяти литров воды.

Отопительная система теплиц, в основе которой лежит воздушная конвекция – это наиболее выгодный метод подержания стабильно теплого климата, пригодного для выращивания различных культур. Она не требует особого ухода, необходимо лишь время от времени очищать москитные фильтры. Такие теплицы представляют собой полностью автономное климатоборудование.

Читайте также:  Коды ошибок стиральных машин ariston (аристон)