Разбираемся насколько выгодно геотермальное отопление частного дома

Выбирая вариант обогрева индивидуального жилья или производственных построек, обращают внимание в первую очередь на доступность и стоимость топлива в месте строительства. Важно представлять размеры финансовых и трудовых вложений в период монтажа оборудования, эксплуатационные расходы, а также эффективность будущей системы в конкретных условиях эксплуатации.

Геотермальное отопление частного дома преподносится маркетологами в качестве универсального решения для любых случаев, что не совсем верно. В статье собран материал, помогающий понять, что и по какой цене предлагают застройщику, а также сравнить этот вид отопления с другими способами.

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Петрович, ведущий мастер строительных работ

По всем вопросам обращайтесь ко мне, я помогу!

Задать вопрос эксперту

вся система точно рассчитана специалистами, поэтому при установке теплового насоса результат заранее предсказуем и гарантирован;. Если же вы хотите что-то уточнить, пишите мне, отвечу за 24 часа!

Тепловой насос для отопления дома своими руками: технология изготовления и монтажа

• технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
• стоимости оборудования и монтажных работ;
• сроков эксплуатации установленного оборудования;
• эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

Устройство и принцип работы геотермального отопления

Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.

В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.

1. Непосредственно тепловой насос с компрессором, испарителем, конденсатором и дроссельным клапаном.
2. Контур низкотемпературного тепла.
3. Контуры обогрева помещений (водяной или жидкостный) и подогрева воды.

В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:

1. Теплоноситель внешнего контура перекачивается по трубам. За время движения жидкость нагревается на несколько градусов от тепла земли, воды или воздуха.
2. Внешний контур проходит через теплообменник-испаритель, где нагревает хладагент, например, фреон, который испаряется. Кроме того, хладагент поступает в испаритель через капиллярное отверстие и резко расширяется, что также способствует нагреванию.
3. Компрессор сжимает нагретый хладагент, ещё больше повышая температуру фреона.
4. Горячий сжатый хладагент поступает в конденсатор, где, охлаждаясь и превращаясь из пара в жидкость, отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, циркулирующему уже по трубам отопления. Другой вариант — нагревает воздух, который распределяется по помещениям.
5. Далее хладагент вновь поступает в испаритель, где нагревается новой порцией теплоносителя, циркулирующего во внешнем контуре.

Важно! Точные цифры температуры теплоносителя внешнего контура могут меняться у разного оборудования, но, чтобы тепловой насос выполнял свои функции, теплоноситель должен нагреваться хотя бы на 2-4 градуса. В противном случае экономический эффект отсутствует или даже получается отрицательным.

Как сделать тепловой насос своими руками

На следующем этапе нужно самостоятельно спроектировать тепловой насос на основании собственных расчётов или подобрать наиболее подходящий по параметрам готовый проект.

Важно! Сборка системы из имеющегося под рукой оборудования не всегда приносит ожидаемый результат, если не были проведены тепловые расчёты.

Подготовленный проект надо согласовать с соответствующими органами местного управления. Только после получения разрешительной документации можно приступать к подготовительным работам.

Как выглядит самодельный тепловой насос

1. компрессор;
2. расширительный бак из нержавейки;
3. пластиковый бак для испарителя;
4. электрооборудование и защитные элементы;
5. манометры и амперметры, предназначенные для контроля режима работы теплового насоса;
6. соединительные трубки из меди для соединения узлов в единый контур.

Как смонтировать тепловой насос

Монтаж теплового насоса выполняется в такой последовательности:

Важно! Для контроля давления на контурах с конденсатором и испарителем нужно установить манометры. Они позволят контролировать режимы работы и своевременно избегать поломок.

Советы профессионалов

Для повышения эффективности работы теплового насоса необходимо проводить тепловые расчёты системы:

1. определить мощность компрессора, достаточной для работы установки в требуемом режиме;
2. подобрать хладагент для достижения заданного диапазона температур;
3. рассчитать потери на транспортировку теплоносителя по трубам;
4. вычислить расходы электроэнергии и КПД, чтобы понять, будет ли насос энергоэффективным, при необходимости внести правки.
5. рассчитать характеристики теплообменников.

Без привлечения профессионалов, способных провести тепловые расчёты, надеяться получить производительность нагрева выше 3 кВт в час не приходится, поскольку все компоненты должны быть сбалансированными.

Для повышения эффективности работы теплового насоса на 10-15% рекомендуется использовать регенеративный теплообменник. Он представляет собой трубку диаметром ¾ дюйма и длиной 1,5 м, внутрь которой помещён змеевик с сечением 10 мм.

Как не допустить ошибок

Перед установкой теплового насоса необходимо убедиться в надёжности электросети. Компрессоры не могут стабильно работать в условиях перепадов напряжений, также должен быть запас по мощности электропроводки для обеспечения необходимого уровня безопасности. Рекомендуется использовать трёхфазную сеть для мощных компрессоров.

Все трубные коммуникации надлежит монтировать примерно на одном уровне, чтобы снизить гидростатическое давление и энергозатраты на транспортировку хладагента. В целях снижения теплопотерь трубы следует теплоизолировать.

После выполнения монтажных работ важно убедиться в отсутствии протечек в коммуникациях, так как при попадании воздуха в трубы с хладагентом начинает теряться эффективность теплопередачи.

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Петрович, ведущий мастер строительных работ

По всем вопросам обращайтесь ко мне, я помогу!

Задать вопрос эксперту

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м 2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже. Если же вы хотите что-то уточнить, пишите мне, отвечу за 24 часа!

Оправдано ли геотермальное отопление в частном доме: принцип работы на схемах, плюсы и минусы, можно ли сделать своими руками и стоимость организации системы с тепловым насосом под ключ

1. При включении насоса теплоноситель начинает двигаться по замкнутому контуру системы.
2. В ходе циркуляции теплоноситель от среды-источника при прохождении через теплообменник нагревается.
3. Нагретый теплоноситель начинает нагревать хладагент при попадании во внутренний циркуляционный контур.
4. Хладагент начинает испаряться внутри испарителя, то есть переходит из жидкого в газообразное состояние.
5. Испаренный хладагент по коммуникациям попадает в компрессор, сжимается и начинает нагреваться (эффект Джоуля-Томсона).
6. После сжатия нагретый хладагент попадает в конденсатор, внутри которого происходит обмен теплом с контуром системы отопления дома. Там он теряет свою температуру, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние.
7. Жидкий хладагент по трубам при прохождении через редукционный клапан теряет высокое давление и снова поступает в испаритель.

Разновидности

Когда говорят о видах ТН, указывают среду-источник и среду-получатель, посредством которой осуществляется отопление дома. Таким образом, выделяют следующие разновидности этих устройств:

1. ТН типа «грунт — вода»: в этом варианте средой-источником является грунт. Трубопровод с циркулирующим по нему рассолом или антифризом можно расположить горизонтально от 2-х до 5-ти метров ниже уровня земли (потребуется участок большой площади) – либо вертикально – в скважине глубиной 150 – 200 м. Потребителем выкачиваемой тепловой энергии выступает рабочая среда водяной системы отопления.
2. ТН типа «вода — вода»: в данном случае трубы внешнего контура погружаются не в грунт, а в расположенный поблизости водоем (если, конечно, таковой имеется в наличии). Важно, чтобы водоем даже в самый сильный мороз не промерзал на всю глубину. Разумеется, погрузить наружный контур в воду гораздо проще, чем закапывать в грунт, поэтому при наличии водоема данный вариант является наиболее предпочтительным.
3. ТН типа «воздух — вода»: ТН с самым простым устройством, но и наименее производительный. Наружного контура попросту нет, испаритель закреплен на стене снаружи дома и обдувается вентилятором. Тогда как температура в грунте и воде не снижается за пределы +5 градусов, воздух может охлаждаться и до -30, поэтому ТН типа «воздух — вода» или «воздух — воздух» (обогрев дома осуществляется по принципу тепловентилятора) работает эффективно далеко не всегда.

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Петрович, ведущий мастер строительных работ

По всем вопросам обращайтесь ко мне, я помогу!

Задать вопрос эксперту

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. Если же вы хотите что-то уточнить, пишите мне, отвечу за 24 часа!

Тепловой насос для отопления дома: методы расчета горизонтального и вертикального коллекторов

1. В среду-источник помещается контур из труб, по которому циркулирует антифриз или раствор соли. За время обхода контура теплоносителю сообщается температура примерно в +5 – +7 градусов.
2. Далее теплоноситель поступает к испарителю ТН, в котором находится особое вещество – хладагент. Чаще всего в этом качестве выступает фреон. За счет теплообмена хладагент нагревается до тех же +5 – +7 градусов. При этом он переходит в газообразное состояние, поскольку закипает при температуре около -10 градусов.
3. Теперь происходит самое интересное: хладагент перекачивается компрессором в конденсатор, где сжимается под большим давлением, вследствие чего его температура увеличивается до 70 – 80 градусов. Конденсатор омывается водой, циркулирующей в отопительной системе. Она нагревается, а затем передает тепловую энергию радиаторам.
4. Через редукционный клапан хладагент порциями сбрасывается в испаритель, где он расширяется и остывает. При этом его температура становится ниже исходных 5-ти градусов, ведь часть внутренней энергии была передана рабочей среде отопительного контура на предыдущем этапе. Снова происходит нагрев от контакта с рассолом, испарение, закачка компрессором в конденсатор – и так по кругу.

Достоинства и недостатки технологии

1. Экономичность: на каждый киловатт потребленной электроэнергии ТН выдает на-гора от 3 до 5 кВт тепла. То есть речь идет о практически дармовом отоплении.
2. Экологичность и безопасность: работа ТН не связана с образованием и выбросом в атмосферу каких-либо опасных для экологии веществ, а отсутствие пламени делает эту технологию абсолютно безопасной.
3. Простота эксплуатации: в отличие от газовых и твердотопливных котлов ТН не нужно чистить от сажи и копоти. Так же не придется сооружать и обслуживать дымоход.

Существенный недостаток данной технологии – высокая стоимость оборудования и монтажных работ.

Приведем простой расчет. Для дома площадью 120 кв. м понадобится ТН производительностью 120х0,1 = 12 кВт (из расчета 100 Вт на 1 кв. м). Модель Diplomat от компании Thermia с такой производительностью стоит около 6,8 тыс. евро. Несколько дешевле обойдется модель DUO того же производителя, но и ее стоимость нельзя назвать демократичной: около 5,9 тыс. евро.

Покрытый толстым слоем льда пруд — отличный источник для бесплатного отопления. Геотермальное отопление: принцип работы, достоинства и недостатки, способы размещения внешнего контура.

Тепловые насосы для отопления дома вода вода.

При обустройстве отопительной системы в частном доме хорошо подойдут системы класса вода-вода. Помимо этого они смогут обеспечить жилище горячей водой. В качестве источников природного тепла подойдут различные водоёмы, подземные воды и т.д.

Тепловой насос вода вода

В основу работы насоса вода вода положен закон о том, что изменении агрегатного состояния (из жидкости в газ и наоборот) вещества, под воздействием различных факторов влечёт за собой высвобождение или поглощение энергии тепла.

Подобный тип насосов можно использовать для отопления дома даже при низких температурах окружающей среды, так как в глубоких слоях земли всё равно сохраняется плюсовая температура.

Тепловой насос вода вода

Принцип работы теплового насоса вода вода следующий:

• Специальный насос гонит воду по медным трубкам системы из внешнего источника в установку.
• В приборе вода из окружающей среды воздействует на хладагент (фреон), температура кипения которого от +2 до +3 градусов. Часть энергии тепла воды передаётся фреону.
• Компрессор всасывает газообразный хладагент и сжимает его. В результате этого процесса температура хладагента ещё больше возрастает.
• Затем фреон направляется в конденсатор, где и нагревает воду до необходимой температуры (40-80 градусов). Нагретая вода поступает в трубопровод отопительной системы. Здесь фреон возвращается в жидкое состояние и цикл начинается заново.

Стоит отметить, что приборы вода-вода используются для отопления дома площадью 50-150 кв.м.

Тепловой насос вода вода: принцип работы

При выборе устройства данного класса стоит обратить внимание на определённые условия:

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Петрович, ведущий мастер строительных работ

По всем вопросам обращайтесь ко мне, я помогу!

Задать вопрос эксперту

От параметров источника тепла и среды-получателя зависит монтаж, конструкция, а также конечные характеристики теплового насоса. Если же вы хотите что-то уточнить, пишите мне, отвечу за 24 часа!

Тепловой насос: принцип работы для отопления дома.

• Посредством вентилятора воздух с улицы втягивается в устройство и проходит через внешний испаритель. Фреон, совершающий круговорот в системе, собирает всю энергию тепла из уличного воздуха. В следствие этого из жидкого состояния он переходит в газообразное.
• В дальнейшем газообразный фреон сжимается в конденсаторе и переходит во внутренний блок.
• Затем газ переходит в жидкое состояние, при этом отдавая накопленное тепло воздуху комнаты. Этот процесс происходит в конденсаторе расположенном в помещении.
• Переизбыток давления уходит через расширительный клапан, а фреон в жидком состоянии уходит на новый круг.

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Эффективность горизонтального коллектора зависит от температуры среды, в которую он погружен, ее теплопроводности, а также площади контакта с поверхностью трубы. Методика расчета достаточно сложна, поэтому в большинстве случаев пользуются усредненными данными.

Считается, что каждый метр теплообменника обеспечивает ТН следующую тепловую мощность:

Таким образом, для расчета длины коллектора (L) следует потребную тепловую мощность (Q) разделить на теплотворную способность грунта (p):

Приведенные значения можно считать действительными только при соблюдении следующих условий:

При расчете коллектора следует учитывать, что температура грунта после первого года эксплуатации понижается на несколько градусов.

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Петрович, ведущий мастер строительных работ

По всем вопросам обращайтесь ко мне, я помогу!

Задать вопрос эксперту

Размещение внешнего контура в грунте на своём участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб горизонтальный или вертикальный. Если же вы хотите что-то уточнить, пишите мне, отвечу за 24 часа!

Принцип работы тепловых насосов

1. Аммиак, фреон или другой хладагент, двигаясь по испарителю, нагревается от среды-источника, допустим, до температуры +5 градусов.
2. Пройдя испаритель, газ достигает компрессора, который перекачивает его в конденсатор.
3. Нагнетаемый компрессором хладагент удерживается в конденсаторе редукционным клапаном, поэтому его давление здесь выше, чем в испарителе. Как известно, с ростом давления температура любого газа увеличивается. Именно это происходит с хладагентом – он разогревается до 60 – 70 градусов. Поскольку конденсатор омывается циркулирующим в системе отопления теплоносителем, последний также нагревается.
4. Через редукционный клапан хладагент небольшими порциями сбрасывается в испаритель, где его давление снова падает. Газ расширяется и остывает, а поскольку часть внутренней энергии была потеряна им в результате теплообмена на предыдущем этапе, его температура опускается ниже изначальных +5 градусов. Следуя по испарителю, он снова нагревается, далее закачивается в конденсатор компрессором – и так по кругу. По-научному этот процесс называется циклом Карно.

Пример расчета теплового насоса

Выбираем тепловой насос марки «ТеплоДаром» (модель L-024-WLC) с тепловой мощностью W = 7,7 кВт. Компрессор агрегата потребляет N = 2,5 кВт электроэнергии.

Расчет коллектора

Грунт на отведенном под строительство коллектора участке – глинистый, уровень грунтовых вод высокий (принимаем теплотворную способность p = 35 Вт/м).

Исходя из того факта, что укладывать контур длиной более 100 м нерационально из-за чрезмерно высокого гидравлического сопротивления, принимаем следующее: коллектор теплового насоса будет состоять из двух контуров — длиной 100 м и 50 м.

Площадь участка, который необходимо будет отвести под коллектор, определим по формуле:

Где А – шаг между соседними участками контура. Принимаем: А = 0,8 м.

«Грунт-вода»: как лучше разместить?

Получение тепла из грунта считается наиболее целесообразным и рациональным. Обусловлено это тем, что на глубине 5 метров практически не происходит температурных колебаний. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость. Её принято называть рассолом. Она является полностью экологически безопасной.

Также не стоит сразу отбрасывать возможность использования кинетической энергии воды. Дело в том, что на большой глубине температура остается достаточно высокой и изменяется в небольших диапазонах, если это вообще происходит. Вы можете пойти несколькими путями и использовать:

Мнение эксперта

Стребиж Виктор Петрович, ведущий мастер строительных работ

По всем вопросам обращайтесь ко мне, я помогу!

Задать вопрос эксперту

Принцип работы основан на теплопередаче от нагретой среды в холодную посредством хладагента, циркулирующего по замкнутому контуру. Если же вы хотите что-то уточнить, пишите мне, отвечу за 24 часа!

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей