Существует множество методов организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме. Можно, например, подключиться к централизованному газовому обеспечению или же использовать электроэнергию для обогрева. Что вы думаете об этом?
Однако есть и другой, более инновационный способ — собрать геотермальный тепловой насос своими руками, используя тепло земли для создания комфортной температуры в доме. Это, безусловно, требует усилий, но для людей, имеющих хотя бы базовые технические навыки, задача вполне выполнимая.
В нашей статье мы обсудим принципы работы и разновидности геотермальных систем. Мы поделимся информацией о том, как самостоятельно изготовить тепловой насос из доступных материалов. Также будет представлено несколько советов от экспертов по выбору геоагрегатов, а размещенные видеоматериалы помогут вам разобраться в монтаже и работе геотермальных насосов.
Краткое содержание статьи
Как работает тепловой геоагрегат?
Принцип действия геотермального теплового насоса заключается в передаче тепла от источника с низкой температурой к теплоносителю. В данном случае земля функционирует как радиатор летом и становится источником тепловой энергии зимой.
Различия в температурах грунта способствуют повышению эффективности системы и помогают снизить эксплуатационные затраты.
Основой работы геотермального теплового насоса является тепловая инерция: на глубине 6 метров и ниже температура грунта практически не изменяется и соответствует среднегодовым показателям воздуха в регионе.
В трубах, находящихся в земле, циркулирует теплоноситель, который нагревается на несколько градусов. Затем он поступает в теплообменный узел (или испаритель) и передаёт накопленную энергию внутренней системе.
Работа геотермальных установок схожа с процессами, происходящими в холодильниках. Поэтому некоторые виды теплонасосов могут использоваться в качестве кондиционеров в летний период, обеспечивая охлаждение воздуха в помещении.
Хладагент, находящийся в наружном контуре, нагревается в испарителе, превращается в газ и попадает в компрессор, где под высок الضغط поджимается и становится горячее.
Этот горячий газ поступает в конденсатор, где передает тепловую энергию рабочему теплоносителю, который обогревает дом. По завершении процесса хладагент превращается обратно в жидкость и возвращается на начальную стадию.
Какими бывают геотермальные установки?
Существует несколько типов геотермальных тепловых насосов, которые различаются по видам теплоносителей в внутреннем и внешнем контурах. Энергия может извлекаться из земли, воды (грунтовых вод или открытых водоемов) или воздуха.
Внутри помещений этот тепловой ресурс используется для обогрева, подогрева воды и кондиционирования. Системы классифицируются на «земля-вода», «вода-вода» и «воздух-вода» в зависимости от их особенностей и функций.
Вариант №1. Технология «земля-вода»
Насос «земля-вода» является одним из самых эффективных решений для альтернативного отопления жилых объектов. Его работа основывается на извлечении тепловой энергии из грунта с помощью зондов или коллекторов и передаче ее в систему отопления дома.
Геотермальные насосы «земля-вода» — это современные высокотехнологичные устройства, обладающие высокой надежностью и степенью эффективности. Они требуют минимального вмешательства со стороны хозяев, но нуждаются в регулярном техническом обслуживании.
Технология осуществляется с помощью установки, включающей геотермальный теплообменник, который размещается ниже уровня промерзания, и сам тепловой насос, действующий по принципу холодильника, но с обратным циклом Карно.
Как функционирует установка
Система «земля-вода», использующая возобновляемое тепло почвы, работает по следующему алгоритму:
- Рабочая жидкость (рассол или антифриз), движущаяся по геотермальному контуру, нагревается от грунта и подается в теплообменник – испаритель, где передает тепло фреону, а сама охлаждается на 2-5°C и возвращается обратно.
- Фреон, насыщенный тепловой энергией, испаряется, превращаясь в газ, и поступает в компрессор, где сжимается, тем самым увеличивая свою температуру.
- Тепловая энергия передается теплоносителю в системе отопления, а фреон вновь становится жидким. После прохождения через расширительный клапан его давление падает, и хладагент возвращается в испаритель для очередного цикла.
В результате этого процесса количество теплоты, полученное от почвы и переданное в систему отопления, в более чем четырехкратном размере превышает объем электрической энергии, необходимой для работы компрессора, циркуляционного насоса и управляющей системы.
В качестве незамерзающих жидкостей в системе «земля-вода» используются гликолевые смеси с высокой вязкостью, а также вода со спиртом или соляной растворы. Они экологически безопасны и эффективно транспортируют тепло к насосной станции.
Дополнительным преимуществом системы является возможность её обратного функционирования — на охлаждение. Хотя эффективность снижается до 20%, это оправдано за счет высокой мощности обогрева оборудования.
Размещение систем «земля-вода»
Для создания наружного контура «земля-вода» используют прочные полимерные трубы с высокими эксплуатационными характеристиками. Их укладывают горизонтально на дно котлована, что напоминает установку «теплый пол».
Однако монтаж теплового насоса «земля-вода» требует значительных финансовых затрат и занимает много времени (от 1 месяца на различные строительные и наладочные работы). Это важный момент, который следует учесть перед выбором такой системы отопления.
При установке необходимо минимум 25-50 м² площади для каждого киловатта установленной мощности насоса. Глубина котлована определяется ниже уровня промерзания, и точный расчет размеров и расстояний укладки труб производится отдельно.
Для владельцев крупных земельных участков, выбравших для отопления дома геотермальный насос, подходят горизонтальные коллекторы, а тем, кто владеет маленькими участками, будут удобнее глубокие зонды, так как они не занимают полезную площадь.
Территории, на которых установлены геотермальные системы «земля-вода», больше не используются для сельского хозяйства. Здесь можно разбить красивый газон или посадить цветы.
Вертикальный монтаж представляет собой более сложную задачу и требует применения специального оборудования. На участке бурится скважина глубиной от 20 до 150 м, в которую устанавливается геотермальный зонд, подключаемый к тепловому насосу, подающему рабочую жидкость в отопительную систему.
Вертикальный зонд состоит из оголовка с трубами и погружается на глубину от 18 м и более. Количество скважин и глубину их установки высчитывают с учетом геологических исследований, проведенных специалистами на участке.
От скважин зондовые трубы соединяются с коллекторным колодцем, откуда к тепловому насосу идут две линии: подающая и обратная, утепленные для сохранения тепла. Диаметр трубопроводов определяется в зависимости от объема системы и площади, которую требуется обогреть, иногда достигая 160 мм.
По предварительным расчетам, для обогрева дома площадью приблизительно 100 м² потребуется около 7.5 кВт/ч энергии. Вертикальные зонды в таком случае нужно погрузить на 110-115 метров или занять 250 м² территории для горизонтальной системы.
Так как на глубине температура грунта стабильнее и выше благодаря влиянию земного ядра, вертикальный способ укладки считается наиболее эффективным. Он обеспечивает высокий уровень КПД и надежно функционирует на протяжении многих лет без сбоев.
Вариант №2. Особенности систем «вода-вода»
Геотермальная установка «вода-вода» использует тепловую энергию открытых водоемов. Это возможно, так как на значительной глубине температура воды сохраняет режим, аналогичный температуре грунта, оставаясь стабильной в течение всего года.
Для создания системы «вода-вода» можно воспользоваться открытыми водоемами, колодцами, скважинами и даже сточными водами из промышленных процессов.
С конструкционной точки зрения разницы между системами «грунт-вода» и «вода-вода» нет. Однако наименьшие затраты практикуются в системах, использующих открытые водоемы, где не требуются масштабные буровые работы.
Трубопровод с теплоносителем просто загружают и погружают в воду, после чего он соединяется с системе отопления в доме.
Такой подход возможен только при условии, что земельный участок находится в непосредственной близости к водоему, и весь комплекс коммуникаций под контролем владельца. В случае недоступности открытого водоема можно использовать грунтовые воды.
Тем не менее, это требует значительных земельных работ и создания сложных конструкций, таких как отдельный колодец для сброса водного потока, проходящего через теплообменник.
Для установки теплового насоса «вода-вода» необходимо обустроить две скважины. Первая служит для забора рабочей воды, которая после теплообменника возвращается во вторую скважину, находящуюся под углом к направлению грунтовых потоков. Важно, чтобы принимающая скважина располагалась минимум в 6 метрах от отдающей и была расположена ниже по течению.
Чаще всего установки «вода-вода» используются в местах, где невозможно подключиться к центральным коммуникациям или применить другие источники теплоносителей.
Эксперты утверждают, что такое альтернативное отопление очень эффективно для современных зданий с низким уровнем теплопотерь.
При подготовке и установке геотермальных систем отопления «вода-вода» необходимо использовать материалы, которые имеют высокую стойкость к коррозии, замерзанию и другим агрессивным воздействиям окружающей среды. Это гарантирует долгий срок службы оборудования и минимизирует потенциальные проблемы для владельца.
Если дом хорошо изолирован и защищен от сквозняков и проникновения холодного воздуха, или построен с применением современных теплоизоляционных технологий, стоимость отопительной системы может значительно снизиться. Это становится возможным благодаря тому, что можно использовать насосное оборудование с меньшей мощностью.
Способ #3. Создание систем «воздух-вода»
Тепловой насос «воздух-вода» использует воздух – доступный и возобновляемый природный ресурс. Оборудование функционирует при помощи вентиляторов и испарителей, объединенных в единое устройство.
Наилучшие результаты он показывает при температуре до -15 градусов Цельсия. При более низких температурах он теряет значительное количество своей мощности.
Тепловой насос «воздух-вода» стоит значительно дешевле, чем модели «вода-вода» и «земля-вода», и подходит для регионов с относительно мягкими зимами. В холодных северных странах, где температура опускается ниже -20…25 градусов Цельсия, установка такой техники нецелесообразна.
Основное преимущество данного устройства заключается в том, что для его установки владельцу не требуется специализированная техника и сложные монтажные работы.
Не нужно проводить земляные работы, бурить скважины и выполнять другие трудоемкие мероприятия. Установка проходит легко и не требует много пространства. Устройство может быть смонтировано даже на крыше дома.
Геотермальный насос «воздух-вода» можно устанавливать на участке рядом с жилыми помещениями. Он работает бесшумно и обладает современным дизайном, который не портит общий вид территории.
К важным преимуществам данного оборудования относятся бесшумная работа и возможность повторного использования тепла, которое выходит из отапливаемого помещения в виде отработанного воздуха, воды, газа, дыма и т.д.
Обслуживание системы может выполнять сам владелец, включая:
- очистку вентиляторных лопастей и защитных решеток от пыли, мусора и листьев;
- смазку компрессора специальным составом, указанным в инструкции;
- замену масла в силовых узлах (вентилятор, компрессор) с определенной периодичностью;
- проверку целостности силового кабеля, обеспечивающего питание, и медного трубопровода для циркуляции хладагента.
Кроме того, производители насосного оборудования советуют контролировать состояние тепловых датчиков, которые фиксируют работу блока управления.
Их необходимо периодически протирать, аккуратно удаляя пыль и пятна масла. Это поможет продлить срок службы системы воздух-воздух и сделает ее эксплуатацию проще и комфортнее.
Как сделать агрегат своими руками?
Независимо от выбранного ресурса (земля, вода или воздух) для отопительной системы обязательно потребуется насос.
Данный агрегат включает следующие компоненты:
- компрессорный узел (является промежуточным элементом системы);
- испаритель, который передает низкопотенциальную энергию теплоносителю;
- дроссельный клапан, через который хладагент возвращается в испаритель;
- конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до первоначальной температуры.
Можно приобрести готовую систему у производителя, но это будет стоить довольно дорого. Если средств недостаточно, можно собрать тепловой насос самостоятельно из имеющихся компонентов и при необходимости приобрести недостающие детали.
Перед установкой геотермальной отопительной системы в частном доме, важно сначала уменьшить уровень теплопотерь. Для этого стены необходимо утеплить специальными материалами, а двери и оконные рамы дополнить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Это поможет сохранить как можно больше тепла, вырабатываемого насосом, внутри помещения.
Если вы решили самостоятельно изготовить тепловой насос, обязательно проверьте состояние электрической проводки и электросчетчика в вашем доме.
Если они изношены и устарели, проведите осмотр всех проводов, обнаружьте возможные неисправности и устраните их до начала работ. Это обеспечит надежную работу системы сразу после запуска и предотвратит проблемы, такие как короткие замыкания или перегоревшие предохранители.
Метод #1. Сборка из холодильника
Для создания теплового насоса из старого холодильника необходимо снять задний змеевик. Эта часть будет использоваться как конденсатор и помещается в прочный контейнер, устойчивый к высоким температурам. На него устанавливают исправный компрессор, а в роли испарителя выступает пластиковая бочка.
Если холодильник очень старый, рекомендуется заменить хладагент на новый. Самостоятельно сделать это не получится, поэтому придется вызвать специалиста с необходимым оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система начнет функционировать в нужном режиме.
Собранные детали соединяются между собой, после чего весь агрегат подключается к отопительной системе с помощью полимерных труб и аппарат готов к эксплуатации.
Подробная инструкция по сборке теплового насоса из холодильника представлена в этой статье.
Метод #2. Тепловой насос из кондиционера
Для изготовления теплового насоса необходимо провести модификацию кондиционера, а также некоторые изменения в основных узлах. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.
Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, не устанавливается дополнительно, так как он уже присутствует во внутреннем блоке устройства, а конденсатор, передающий тепловую энергию, находится во внешнем блоке. В качестве теплоносителя могут использоваться и воздух, и вода.
Если данный способ установки не подходит, конденсатор можно разместить в отдельном резервуаре, который будет обеспечивать правильный теплообмен между греющим ресурсом и теплоносителем.
В систему добавляется четырехходовой клапан. Обычно для этих работ приглашаются специалисты с соответствующими навыками.
Современные сплит-системы недостаточно эффективны при низких температурах, поэтому эксперты не рекомендуют использовать их для самостоятельного создания тепловых насосов.
Третий вариант включает полную разборку кондиционера на составные части, после чего из них собирается насос по традиционной схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовое устройство подключается к системе отопления, и можно начинать его использование.
На сайте есть ряд статей, посвященных созданию тепловых насосов своими руками, рекомендуем ознакомиться:
- Как изготовить тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки
- Как сделать тепловой насос воздух-вода: схемы устройства и самостоятельная сборка
Советы по выбору системы
Установка оборудования типа «земля-вода» является наиболее затратной, так как требует значительных земляных работ в случае вертикальной установки или больших площадей для горизонтальной прокладки коммуникаций.
Эти факторы сужают возможности использования системы и сильно снижают ее привлекательность.
Монтаж системы «вода-вода» также имеет свои ограничения. Если поблизости есть доступный водоем, систему можно разместить в нем. При отсутствии открытых вод придется бурить скважины и делать колодцы, что тоже требует значительных затрат.
Насос «воздух-вода» не вызывает проблем с установкой и может работать даже в многоквартирных домах, но его эффективность падает в условиях суровых зим с низкими температурами, и для поддержания работы требуется параллельный источник энергии.
Тем не менее, внедрение геотермального отопления в конечном итоге оправдывает свои затраты, и начинает обеспечивать бесплатный ресурс, позволяя владельцам наслаждаться комфортабельными условиями, не тратя большие средства на коммунальные услуги.
Выводы и полезное видео по теме
В представленном видео продемонстрировано, как в просторном доме, построенном из газосиликатных блоков, создана система отопления, использующая геотермальные тепловые насосы типа «воздух-вода». Рассмотрены некоторые интересные аспекты установки оборудования, а также приведены действительные цифры расходов на коммунальные услуги за месяц.
Работа системы «земля-вода» описана в деталях специалистом, занимающимся установкой геотермальных тепловых котлов. Он делится рекомендациями и ценными советами для домашних мастеров, основываясь на своем опыте.
Настоящий пользователь данного оборудования делится своими впечатлениями о работе теплового геотермального насоса.
Опытный слесарь объясняет, как в домашних условиях можно изготовить тепловой насос с использованием мощного компрессора и трубчатых теплообменников. Предоставлена пошаговая инструкция по сборке.
Использование геотермального насоса для отопления загородного дома – отличный способ обеспечить комфортные условия жизни даже в местах, где отсутствуют централизованные системы коммуникаций и традиционные источники энергии.
Выбор подходящей системы отопления зависит от расположения объекта недвижимости и финансовых возможностей его владельцев.
Если у вас есть опыт создания геотермальных тепловых насосов, поделитесь им с нашими читателями. Будем рады увидеть ваши варианты сборки! Комментарии и фотографии ваших самодельных изделий можно разместить в форме ниже.
