Ниже 20 метров над поверхностью земли температура земли повышается. На этой глубине она всегда постоянна, независимо от погоды и сезона: от 10 o C и выше (в зависимости от региона). Чтобы получить это тепло, бурятся скважины для тепловых насосов. Они обычно производят больше тепла, поэтому требуется не так много тепла.
Геотермальный тепловой насос своими руками для отопления дома: устройство, проектирование, самостоятельная сборка
Существует несколько вариантов отопления и горячего водоснабжения в отдельно стоящем доме, например, подключение к газовой сети или перевод системы отопления на электричество. Согласны ли вы с этим?
Причем можно установить геотермальный тепловой насос своими руками и эффективно использовать геотермальное тепло для создания комфортных условий проживания. Конечно, это довольно трудоемкий процесс, но для тех, кто хоть немного разбирается в технологиях, это не будет большой проблемой.
В этой статье мы расскажем о принципах и типах геотермальных систем. Мы расскажем вам, как построить тепловой насос из подручных материалов. Вы также найдете советы экспертов по выбору геотермальных систем. А размещенные видеоролики раскрывают секреты установки и принципы работы геотермальных тепловых насосов.
- Как работает тепловой геоагрегат?
- Какими бывают геотермальные установки?
- Вариант #1. Сборка по технологии «земля-вода»
- Вариант #2. Особенности теплонасосов «вода-вода»
- Вариант #3. Обустройство систем «воздух-вода»
- Способ #1. Сборка из холодильника
- Способ #2. Теплонасос из кондиционера
Как работает тепловой геоагрегат?
Алгоритм работы геотермального теплового насоса основан на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю. Земля действует как радиатор летом и является активным источником тепла зимой.
Разница в температуре грунта помогает повысить общую эффективность системы и снизить фактические эксплуатационные расходы.
Работа геотермального теплового насоса основана на явлении тепловой инерции. Температура грунта на глубине 6 м и ниже почти точно соответствует среднегодовой температуре воздуха в этом районе и лишь незначительно изменяется в течение календарного года.
На практике активный теплоноситель поступает в трубу, проложенную в земле, и нагревается там на несколько градусов. Затем состав поступает в теплообменник (или испаритель) и высвобождает накопленную тепловую энергию во внутренний контур системы.
Принцип работы геотермальных систем схож с принципом работы холодильных систем. Именно поэтому некоторые типы тепловых насосов успешно используются в качестве кондиционеров летом и применяются для охлаждения воздуха в жилых домах.
Хладагент во внешнем контуре нагревается в испарителе, превращается в газ и затем поступает в компрессор. Там он сжимается под высоким давлением и нагревается еще больше.
Горячий газ достигает конденсационного котла и передает тепловую энергию рабочей среде внутренней системы, которая отвечает за отопление дома. В конце процесса хладагент, потерявший свое тепло, возвращается в исходную точку в жидком состоянии.
Какими бывают геотермальные установки?
Геотермальные тепловые насосы различаются по типу теплоносителя, используемого во внутреннем и внешнем контурах системы. Энергия агрегатов берется из земли, воды (грунтовых или открытых природных вод) или воздуха.
В жилых помещениях источник тепла используется для отопления помещений, нагрева воды и кондиционирования воздуха. В зависимости от сочетания используемых элементов и функций системы делятся на типы: «грунт-вода», «вода-вода» и «вода-воздух».
Вариант #1. Сборка по технологии «земля-вода»
Грунтовый насос является одним из самых экономически эффективных альтернативных вариантов отопления домов. Принцип работы заключается в том, что тепловая энергия выкачивается из земли через зонды или коллекторы и передается в систему горячего водоснабжения.
Геотермальные тепловые насосы для подземных вод — это современные высокотехнологичные устройства. Они чрезвычайно надежны и обладают высоким уровнем производительности. Они не требуют постоянного вмешательства со стороны владельца, но нуждаются в профессиональном обслуживании.
Эта технология может быть реализована с помощью специальной установки, состоящей из геотермального теплообменника, размещенного ниже глубины фактического промерзания грунта, и теплового насоса, который работает как холодильник, но в обратном направлении (обратный цикл Карно).
Как работает устройство
Система грунтовых вод, отапливающая дома возобновляемым теплом из земли, работает по следующему алгоритму:
- Рабочая жидкость (рассол или антифриз), перемещающаяся по геотермальному контуру, принимает температуру почвы и посредством насоса передается в теплообменник – испаритель. Там она отдает собранное тепло фреону, а сама, став холоднее на 2-5°С, возвращается в исходную точку.
- Обогащенный тепловой энергией фреон испаряется и, приняв газообразное состояние, поступает в компрессорную установку. Там температура газа повышается за счет сжатия и образуется конденсат.
- Тепловая энергия передается теплоносителю в домашней отопительной системе, а фреон снова принимает жидкую форму. Его давление падает после прохода через расширительный клапан системы и хладагент возвращается обратно в испаритель, чтобы набрать очередную порцию ресурса.
Этот процесс извлекает из земли такое количество тепла, которое более чем в четыре раза превышает количество электроэнергии, необходимое для нормальной работы компрессорного блока, циркуляционного насоса и блока управления.
Смесь гликоля с хорошей вязкостью, воды со спиртом или солевым раствором — именно эти типы незамерзающих жидкостей используются в системах подземных вод. Они экологически безопасны, эффективно поглощают тепло и передают его насосной станции.
Дополнительным преимуществом является то, что систему можно использовать и в обратном направлении, т.е. для охлаждения. Хотя потеря эффективности составляет до 20 %, это считается оправданным, учитывая высокую тепловую мощность системы.
Что такое тепловой геотермальный насос
Продукт представляет собой автономную станцию, использующую низкую тепловую энергию земли, воды и воздуха. TH действительно выглядит как кондиционер, но он также работает как обогреватель. Благодаря размещению коллектора насоса ниже точки промерзания грунта, установка работает и при отрицательных температурах окружающей среды, что позволяет использовать станцию в северных регионах.
Также для информации. Для бесперебойной подачи энергии для отопления и горячего водоснабжения тепловые насосы комбинируются с солнечными системами.
Принцип работы
Функциональность агрегатов основана на стабильной положительной температуре грунта ниже линии промерзания. Чем глубже вы погружаетесь в землю, тем выше температура. Принцип работы заключается в использовании и преобразовании извлеченной геотермальной энергии для нагрева теплоносителя в доме.
Процесс осуществляется следующим образом:
- монтируется контур отбора энергии;
- трубопровод заполняется пропиленгликолем;
- контур присоединяется к вертикальным геотермальным зонам, заглубленным в скважины на 60-100 м или коллектору отбора, уложенному в грунт ниже точки промерзания (от 1 м заглубления);
- соляной раствор перемещается по замкнутому кругу между зондами и прогревается до +5 С.. +6 С, затем транспортируется в приемный отсек ТН.
Теперь в работу вводится тепловой насос, который извлекает тепло из окружающей среды и сохраняет его.
Насос состоит из нескольких основных и вспомогательных компонентов, в которых происходят все процессы накопления и передачи тепловой энергии теплоносителю:
- Контур замкнутого типа. По трубопроводу транспортируется фреон, переходящий из жидкого состояния в газообразное.
- Испаритель. Модуль соединен с приемником ТН, нужен для испарения фреона, который поглощает тепло разогретого соляного раствора (пропиленгликоля).
- Газообразный фреон перемещается в компрессорную часть насоса, где нагнетается давление. Под давлением газ прогревается до +65 С и впрыскивается в конденсатор.
- В конденсаторе прогретый газообразный фреон переходит в жидкое состояние, при этом сохраняет прогрев до высоких температур. Теплообмен осуществляется через стенки конденсатора, за счет чего нагревается теплоноситель в системе отопления строения.
Таким образом, геотермальный тепловой насос для бытового отопления нагревает теплоноситель для поддержания температуры в помещении на уровне до +25 °C. Этого достаточно, чтобы поддерживать тепло в помещениях зимой, когда термометр на улице опускается д о-30 °C.
ТН предназначен для подключения к системам отопления с низкими значениями температуры входящего теплоносителя, например, к напольному отоплению. Безопасный блок имеет много преимуществ, а летом он охлаждает дом в режиме кондиционера.
Одно слово! Если система теплового насоса подключена к солнечным коллекторам, система становится энергонезависимой. Автономность теплоснабжения и горячего водоснабжения особенно практична для зданий за городом, где нет возможности подключения к основной сети.
Насосы тепловые земля-земля
Для поддержания работы контура требуется непрерывная подача тепла из земли.
Существует два различных типа схем, имеющих свои характеристики и особенности работы:
- Теплообменник горизонтального типа. Закладываются трубы для геотермального контура ниже точки промерзания грунта. Способ не требует использования техники для бурения скважин, можно обойтись своими силами – вырыть траншеи на глубину от 1 м, уложить петли трубопровода. Минус в увеличенном размере петли. Например, для прогрева помещений площадью в 220 м2 необходимо уложить контур на площади не менее 600 м2 (шесть соток). Поэтому горизонтальные теплообменники доступны только при условии обширного придомового участка.
- Теплообменник вертикального типа. Конструкция представляет собой погружение геотермальных зондов в скважины, которые заглубляются на величину от 200 м. Бурить скважины можно на ограниченных площадях, преимущество в сохранении стабильно высокой температуры – на глубине показатель термометра не опускается ниже +18 С. Минус в обязательности применения буровой техники.
Осторожно. Чем глубже скважина, тем выше постоянная температура грунта.
Общая информация по земляным тепловым насосам
Схема теплового насоса с грунтовым источником тепла на первый взгляд кажется довольно сложной, но на самом деле это относительно простая элементная база. Этот тип системы включает в себя ряд подземных труб для извлечения солнечной энергии.
Полученная солнечная энергия, в свою очередь, может быть преобразована в тепловую энергию, которая затем может быть использована в бытовых целях.
Существует две типичные базовые конфигурации теплового насоса с грунтовым источником тепла:
Давайте рассмотрим обе конфигурации для лучшего понимания. Однако стоит также отметить, что используются два типа трубных петель — закрытые и открытые. Второй вариант считается редко используемым.
Земляной тепловой насос — вертикальная конфигурация
В этом варианте массив трубок образует замкнутый контур. В этом случае контурные трубы проходят вертикально через пол.
В земле бурится скважина глубиной 15-125 м для вертикальной укладки поля труб (можно использовать свайный фундамент для здания). Теплоноситель, циркулирующий в трубах, поглощает (отдает) тепло из земли или в землю.
Пары труб, вставленных в скважину, соединяются с землей U-образными поперечинами или состоят из двух труб ПНД малого диаметра, которые термически сплавляются, образуя U-образный изгиб в земле.
Пространство между стенкой скважины и U-образными трубами обычно полностью заполняется цементным материалом (допускается частичное заполнение грунтовыми водами).
Скважину обычно заполняют бентонитовым раствором, который создает тепловую связь с грунтом и улучшает теплопередачу.
Теплоэффективные решения помогают улучшить теплопередачу. Вертикальные петлевые поля обычно используются, когда поверхность земли ограничена. Скважины бурятся на расстоянии 5-6 метров друг от друга.
Глубина зависит от состояния почвы и здания, к которому будет подводиться грунт. Например, для дома на одну семью с потребностью в тепле 10 кВт требуется три скважины глубиной 80-110 метров.
Земляной тепловой насос — г оризонтальная конфигурация
При использовании геотермального теплового насоса, основанного на горизонтальном массиве труб, один замкнутый контур за один раз прокладывается горизонтально в земле.
Для такой конфигурации необходимо выкопать большую горизонтальную траншею глубже линии промерзания. В такую траншею укладываются U-образные горизонтальные трубы или петли.
По оценкам, рытье неглубоких горизонтальных контурных полей геотермального теплового насоса обходится в два раза дешевле, чем вертикальный вариант.
По этой причине горизонтальный вариант системы теплового насоса с грунтовыми источниками считается наиболее часто используемой системой в местах с достаточно открытым грунтом.
Как работает земляной тепловой насос и сколько стоит?
Принцип действия обычно основан на смеси воды и антифриза, которая закачивается в грунт.
Эта смесь поглощает солнечную энергию, накопленную в земной массе. Тепло извлекается в результате процессов сжатия и расширения и может быть использовано в качестве потенциальной энергии для отопления частного дома.
Объемная доля уловленного теплового ресурса напрямую зависит от мощности (количество труб, длина и глубина траншеи) и от свойств почвы.
Практика показывает, что глинистые почвы могут аккумулировать больше тепла, чем песчаные. Перед планированием и строительством теплового насоса с грунтовыми источниками обычно проводится тщательное исследование состояния почвы.
Согласно некоторым оценкам энергосбережения, стоимость установки типичной системы теплового насоса с грунтовым источником тепла в частном доме с тремя или четырьмя спальнями составляет около 800 000 рублей.
Между тем, общепринятая «бюджетная» цена составляет около 1 миллиона рублей за 1 кВт мощности. Для дома с четырьмя спальнями площадью 400 кв. м, построенного в соответствии со строительными нормами, требуется тепловой насос мощностью не менее 8 кВт.
Сам тепловой насос стоит 500-600 тысяч рублей. Общий баланс системы Земля также включает в себя стоимость строительства в целом. Сумма за установку часто сильно варьируется в зависимости от местных условий.
КРАТКИЙ БРИФИНГ
Z-Sila — публикации материалов, представляющих интерес для общества. Новости о технологиях, исследованиях и экспериментах в глобальном масштабе. Социальная мультидисциплинарная информация — медиа .
Виды грунтовых систем по типу расположения теплообменника
Самым важным компонентом теплового насоса с наземным источником тепла является грунтовый теплообменник. Это придает тепловому насосу низкий потенциал тепла от земли.
Существует 3 типа устройств:
Установка этого теплообменника является самой простой. Этот тип теплообменника является самым простым, но имеет тот недостаток, что требует большой площади поверхности.
Такой теплообменник устанавливается на глубине ниже линии промерзания грунта, обычно от 1 до 3 метров, в зависимости от географической зоны и состояния почвы. Поэтому для установки не требуется обширных земляных работ.
Для эффективной работы коллектора расстояние между трубами должно быть не менее 0,7 м. Из-за высокого гидравлического сопротивления рекомендуется использовать общую длину не более 150 м. Если используется несколько контуров, необходимо следить за тем, чтобы каждый контур был примерно одинаковой длины.
Эти теплообменники расположены на глубине 20 м и более. Температура там постоянная в течение всего года — 8-10 градусов, что обеспечивается геотермальной энергией кишечника. Для выработки энергии используются вертикальные теплообменники в земле, так называемые «детекторы».
Они погружаются в скважины глубиной 20-300 метров и диаметром 120-200 мм. Обычно используются пластиковые трубы диаметром 32 мм и более.
Теплопроводность вертикального теплообменника выше, чем горизонтального, и принимается в среднем равной 50 Вт/м. Однако фактическое значение может значительно отличаться и зависит от содержания влаги в породе и наличия грунтовых вод.
- Теплообменники типа «корзина» и «спираль»
Они сочетают в себе свойства горизонтальных теплообменников с методом установки, аналогичным методу установки вертикальных теплообменников.
Эти устройства устанавливаются на глубине до 5 метров. Существуют также некоторые другие модификации грунтовых теплообменников геотермальных тепловых насосов.
Преимущества и недостатки
В нашей стране имеется небольшой опыт использования систем отопления на основе геотермальных тепловых насосов, поэтому трудно объективно оценить их эффективность.
Однако немногочисленные пользователи таких систем делятся на два лагеря: тех, кто их хвалит (в эту группу входят продавцы и установщики систем), и тех, кто столкнулся с некоторыми проблемами в работе геотермального отопления. Некоторые из критиков пострадали от рук недобросовестных монтажных компаний.
На основании отзывов владельцев геотермального отопления можно сделать выводы о преимуществах и недостатках этой системы.
Его преимуществами являются:
- Низкое энергопотребление. На 1 кВт потраченной электроэнергии получают 2,5-3,5 кВт (в реальности) и до 7 кВт (в идеале) тепловой мощности.
- Возможность установки в любой местности – в зависимости от региона применяют грунтовые, водяные или воздушные контуры забора внешнего тепла.
- Реверсивность – система работает на обогрев зимой и охлаждение летом.
- Универсальность – можно использовать для отопления дома, нагрева воды для повседневных нужд или воды в бассейне.
- Долговечность – зарубежный опыт говорит о 30-50 годах эксплуатации до замены оборудования.
- Минимальные затраты на техническое обслуживание.
- Полная автоматизация процесса.
- Экологическая безопасность – нет вредных выбросов.
- Для работы потребуется только наличие электричества.
Эти системы имеют следующие основные недостатки:
- Большие финансовые вложения на этапе проектирования и монтажа.
- Системы эффективны только при оборудовании «теплого пола» – теплоноситель греется до +50 градусов. Таких показателей недостаточно для эффективной работы радиаторов.
- Низкая эффективность при небольшом разбросе температур теплоносителя во внешнем контуре и среде прокладки (грунт, вода).
- Опасность для почвенных микроорганизмов – грунт охлаждается, гибнут бактерии, снижается плодородие почвы.
- Необходимость дополнительных источников тепла при температуре воздуха ниже – 25 градусов.
Преимущества достигаются за счет грамотного планирования, правильного выбора оборудования и соблюдения правил установки.
Критерии выбора системы
Выбор типа геотермальной системы зависит от характеристик отапливаемого объекта, его местоположения, средней температуры окружающей среды в течение года и в определенные сезоны. Одним из наиболее важных параметров является коэффициент преобразования тепла COP, который находится в диапазоне от 1 до 7, т.е. 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности.
Важно знать, что фактический коэффициент будет ниже коэффициента прохождения, так как для прокачки теплоносителя через наружный контур требуется электроэнергия. Чем больше время работы, тем выше стоимость.
На практике следует считать, что COP составляет 2,5-3,2, если учитывать все время эксплуатации — температура почвы и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.
Выбор среды, из которой извлекается тепло, в большей степени зависит от климата местности и геологических характеристик участка. Альтернативной возможностью для геотермального отопления является использование водоема.
Расположение внешнего контура в воде выбирается, если:
- глубина скважины до подземных вод не превышает 20 метров (в некоторых регионах до 45 метров).
Если эти условия не соблюдены, требуется разрешение на подземную прокладку. В противном случае устройство должно быть выведено из эксплуатации и выплачен крупный штраф.
Важным фактором является расстояние между резервуаром и объектом недвижимости. Если расстояние превышает 25-30 метров, урожайность резко снижается. В этом случае возникают дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и изоляцию труб.
Не запрещается прокладывать внешний контур на собственном участке, но необходимо выбрать правильный способ прокладки труб — горизонтально или вертикально. В зависимости от характера почвы, с одного метра горизонтальной трубы может быть рассеяно до 50 Вт тепловой энергии. Однако это относится к глинистым почвам.
Какой тип теплообменника у геотермального теплового насоса на вашей даче?
Песок и глинистые породы могут излучать от 12 до 25 Вт/м, и для теплового насоса мощностью 10 кВт может потребоваться внешний горизонтальный контур длиной от 200 до 700 метров. Для этого потребуется площадь 450 м2. Укладывать трубы кольцами неэффективно, так как теплоноситель охлаждает окружающую почву, и соседние кольца просто не будут эффективно нагреваться.
Для горизонтального контура требуется полностью свободная площадь. По отзывам владельцев недвижимости, структура почвы меняется через несколько лет там, где размещен горизонтальный контур теплового насоса. В результате овощные растения растут хуже, а землю можно использовать только как газон. Деревья с мощными корнями, которые могут повредить трубы, также не сажают в этих зонах.
Вертикальная система скважин или отверстий считается оптимальной для небольших участков, где размещается несколько петель, расходящихся в разные стороны. Температура почвы более стабильна на большей глубине и меньше зависит от климата. Для дренажа труб колодец оснащен шахтой, в которой размещены коллекторы. Скважины бурятся под углом к горизонту и располагаются по кругу так, чтобы влияние каждого контура на остальные было снижено.
Отопление дома геотермальным насосом
Идея использования внутреннего тепла Земли для отопления не является новой или оригинальной. Даже если не у всех есть поблизости теплые подземные воды, каждый может ими воспользоваться. Геотермальные тепловые насосы делают это возможным. Они извлекают солнечную энергию, накопленную в земле и воде, и подают ее в отопительный контур дома.
Теория была разработана еще в 1852 году знаменитым лордом Кельвином. Он применил его в 1855 году и успешно использовал в течение многих лет. Несмотря на высокую эффективность, геотермальные тепловые насосы не использовались для отопления до конца XX в. Затем, в 1970-х годах, в Европе начали активно развивать энергосберегающие технологии, и одним из этих направлений стали тепловые насосы.
Прелесть этой идеи в том, что вы можете генерировать от 2 до 6 кВт тепла с 1 кВт электроэнергии. И это не противоречит законам теплотехники. Просто это устройство использует энергию не для выработки тепла, а для его передачи.
Эта разница в производительности — от 2 до 6 — зависит не только от конструктивных особенностей агрегата, но и от условий эксплуатации. Наибольшая эффективность тепловых насосов достигается при температуре в отопительном контуре в диапазоне +35 °C. Поэтому эти системы идеально сочетаются с подогревом пола.
Конечно, существуют также системы, которые нагревают воду в контуре отопления до 50-65 o C, но, во-первых, они дороже, а во-вторых, в этом диапазоне они по-прежнему показывают наилучшую производительность.
Принцип действия геотермального теплонасоса
В любой среде под нашими ногами есть тепло. Сумма варьируется от региона к региону, но она есть везде. А геотермальный тепловой насос берет это тепло из природных источников и передает его в отопительный контур.
Что может быть причиной жары? Любая наружная среда, температура которой зимой выше 0 oC. Это может быть близлежащий незамерзающий водоем, река или даже колодец с большим количеством воды. В земле также есть тепло: ниже точки замерзания температура всегда положительная.
Принцип работы геотермального теплового насоса заключается в том, что тепло от источников передается в систему, где оно преобразуется и передается в отопительный контур.
В деталях это выглядит следующим образом. В относительно теплой среде находится труба с длинным теплоносителем. Канал обычно закрыт, а движение контролируется насосом. Теплоноситель нагревается до температуры среды. Обычно это +5 o C или немного выше. Он проходит через испаритель первого теплообменника и передает тепло хладагенту во втором контуре.
Хладагент — это вещество, которое начинает кипеть при температуре выш е-5 °C. В большинстве систем используется фреон. Он находится в жидком состоянии, пока система не активирована. Затем, когда поступает тепло от тепловых источников, температура повышается. Фреон начинает испаряться и переходит в газообразное состояние. Газ уже имеет температуру около +5 oC. Он поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Во время сжатия выделяется большое количество тепла, и газ выходит из компрессора с температурой от 35 до 65 oC. Он поступает в другой теплообменник — конденсатор, где отдает тепловую энергию теплоносителю, который поступает в отопительный контур.
Сам фреон, потерявший большую часть своего тепла, частично охлаждается, но все еще находится в газообразном состоянии под повышенным давлением. Он поступает в расширительный клапан, где давление резко падает, значительно охлаждается и сжижается. Затем он снова поступает в испаритель, где начинается новый цикл преобразования.
Источники тепла и способы доставки энергии
Как уже упоминалось, источником тепла для теплового насоса является любой объект, имеющий положительную зимнюю температуру. Большинство из них имеют низкий потенциал, что означает, что содержащаяся в них тепловая энергия незначительна. Однако это не означает, что эту энергию нельзя использовать. Можно, но чтобы собрать его, нужно пройти долгий путь. В этом и заключается сложность устройства теплового насоса с наземным источником тепла: помимо значительной стоимости оборудования, требуется значительный капитал для строительства внешнего контура сбора тепла.
Безусловно, не существует четкого определения того, какие источники тепла относятся к геотермальным, а какие нет. Некоторые считают, что геотермальные источники — это источники, находящиеся в земле. Другие говорят, что вода также попадает в эту категорию: она часто находится под землей, и даже в открытых водоемах она когда-то текла в землю. Это тем более верно, что метод передачи тепла один и тот же: путем циркуляции теплоносителя, и подавляющее большинство современных систем могут работать с обоими источниками.
Давайте рассмотрим все источники тепла, которые могут относиться к этой категории. Начнем с самого простого варианта, который требует минимальных затрат на установку.
Вода
Даже зимой вода подо льдом имеет относительно высокую температуру (по сравнению с воздухом): от +5 °C до +7 °C. Теперь задача состоит в том, чтобы передать эту энергию тепловому насосу. Для этого в пруд помещают полимерные трубки, заполненные незамерзающей жидкостью (обычно солевым раствором, иногда антифризом). По оценкам, из одного метра трубы в пруду можно извлечь в среднем 30 Вт тепла. Это является основой для расчета длины труб. Например, для обогрева дома вам требуется 12 киловатт тепла. Итак: 12 000 Вт: 30 Вт/м = 400 метров. Сколько труб нужно проложить в пруду?
Есть и другая возможность. Это допустимо, если потребность в тепле не очень высока, и на участке есть скважина с хорошим дебитом (высокодебитная). Вам нужен второй колодец для слива воды, но не большая петля. Только не перепутайте! Если колодец имеет 3 кольца воды, это не означает, что он имеет хорошую расчетную стоимость. Это просто означает, что поблизости есть грунтовые воды. Но расход воды (а заряд именно такой) может быть небольшим.
Необходимое количество «горячей» воды должно подаваться в дом из колодца, а холодная вода должна отводиться во второй колодец. В этом случае необходимо рассчитать потребность в воде и определить параметры циркуляционного насоса.
Грунт
Известно, что температура земли выше 0 oC ниже температуры замерзания. Это означает, что оттуда можно перекачивать тепло для обогрева дома. Это можно сделать двумя способами: с помощью горизонтального или вертикального коллектора.
Горизонтальные геотермальные контура
Горизонтальное геотермальное месторождение требует большой площади — 200 м 2 или более. На всей этой территории земля должна быть выкопана на 30-50 см ниже точки промерзания. На практике это 1,2-2 м в зависимости от площади. Не стоит копать глубже. Накопленная за лето энергия хранится в почве, и если вы погрузитесь слишком глубоко, много тепла может быть потеряно: Он просто не проникает туда.
Тепловой насос из сплит системы
Чтобы создать тепловой насос на базе кондиционера, необходимо сначала заменить наружный блок и внутренний блок системы. Поскольку внутренний блок уже содержит испаритель, а наружный блок — конденсатор, дополнительные компоненты не требуются. Теплоноситель — это вода или воздух (по выбору). Для дальнейшего повышения эффективности теплообмена можно установить дополнительный конденсатор в отдельном баке.
Система также включает четырехходовой клапан, который может быть правильно установлен только опытным специалистом.
Наиболее логичный способ — разобрать кондиционер на составные части, а затем собрать тепловой насос, последовательно соединив испаритель, компрессор и конденсатор. Полученная система подключается к питающей сети для отопления помещений.
Установка на основе холодильного аппарата
Старый холодильник, из которого удалены змеевики (используемые в качестве конденсатора), подходит для теплового насоса. Змеевики должны быть помещены в резервуар, материал которого устойчив к колебаниям температуры. К резервуару крепится компрессорная установка. В качестве испарителя можно использовать обычный пластиковый барабан.
Все три элемента системы герметично соединены между собой системой труб и подключены к системе отопления.
Что такое геотермальный тепловой насос
Тепловой насос с грунтовым источником — это система для передачи и преобразования тепловой энергии от объекта низкого качества к объекту более высокого качества. Это похоже на систему охлаждения.
Устройство
Тепловой насос с грунтовым источником состоит из:
- Контура, который принимает низкопотенциальную энергию от объекта
- Контура, который циркулирует фреон. Последний получает тепло, когда испаряется, и возвращает при конденсации.
- Водяного контура, который сообщает тепловую энергию от установки к радиаторам
Принцип работы геотермального теплового насоса
- Жидкий хладагент (фреон) испаряется в системе, а тепло поглощается.
- Фреон, сжатый компрессором, опять становится жидким. Теплообменник получает накопившуюся энергию.
- Благодаря теплообменнику, вода становится теплее, двигается по системе и нагревает помещение, доходя до батарей.
Во время этого процесса температура в теплообменнике, находящемся под давлением, резко изменяется от примерно 8°C до +60°C. Благодаря газовому клапану все начинается заново. Схема теплообмена такая же, как и для холодильного агрегата, хотя цель совершенно иная. Геотермальный тепловой насос повышает температуру в помещении без использования электричества или других ресурсов, а холодильник понижает температуру для длительного хранения продуктов.
Преимущества
+ Экологичность. Геотермальному тепловому насосу не нужно сжигать вредные для окружающей среды ресурсы. Он работает за счет естественного тепла земной коры.
+Доступность. Для установки не требуется специальных разрешений, то есть любой человек может установить устройство на своем участке.
+Высокая эффективность. Тепловые насосы более эффективны, чем другие альтернативные методы производства энергии. Из 1 кВт затраченной энергии получается 5 кВт тепла, которое можно использовать для отопления, подогрева полов, кондиционирования воздуха и горячей воды.
+ Безопасность и долговечность. Геотермальные системы не зависят от внешних факторов или кризисов и поэтому обеспечивают стабильность.
Недостатки
— Срок окупаемости. В зависимости от технических параметров и конкретных условий, срок окупаемости составляет от 3 до 10 лет. Чрезвычайно высокая стоимость сводит на нет массовый спрос на эту технологию.
— Область применения. Система геотермального теплового насоса занимает много места. Бурение в кластерах, требующих всего 4 м² площади, обходится дороже, чем горизонтальные геотермальные петли.
— Сложное соединение. Частично совпадает с предыдущим пунктом. Если частный дом находится рядом с другими, то подключение газа может обойтись гораздо дешевле. Не говоря уже о простоте подключения.
Виды насосов
В зависимости от теплоносителя во внешнем и внутреннем контурах системы тепловые насосы с грунтовыми источниками получают энергию от земли, водоема, погруженной воды или воздуха. Системы отличаются комбинацией используемых элементов: тепловой насос «грунт-вода» или тепловой насос «вода-вода».
Тип вода-вода
Эта геотермальная система использует постоянную высокую температуру на большой глубине круглый год. Для этого обычно используются открытые водоемы, скважины, колодцы и промышленные сточные воды. Первый вариант — самый простой и дешевый, так как не требует бурения и специального оборудования, но он возможен только в том случае, если частный дом находится рядом с озером или рекой.
Если первый метод не подходит, используется более дорогой и сложный в установке потенциал подземных вод. Необходимы две скважины: В первом случае вода проходит через теплообменник, во втором — через поток грунтовых вод.
Важно: Расстояние между колодцами должно быть не менее 6 м, а сборный колодец должен быть расположен ниже сбросного колодца.
Тип грунт-вода
Геотермальный тепловой насос в принципе такой же, как и водяной тепловой насос. Это одна из самых продуктивных альтернативных систем отопления для жилых зданий. Тепловая энергия извлекается из земли через зонды или коллекторы и передается в систему горячего водоснабжения в доме. Такая система может работать даже как холодильник, т.е. в обратном направлении.
Электроэнергия, необходимая для работы циркуляционного насоса, блока управления и компрессорной системы, в среднем в четыре раза меньше, чем полученная «чистая» энергия.
Перспективы использования
Экономичные, эффективные и экологически чистые тепловые насосы уже давно используются во всей Европе. Они делают вас независимыми от коммунальных служб в любой точке мира и используют только природные, неограниченные ресурсы. Технология геотермальных тепловых насосов является перспективной и получает все большее распространение.
