Геотермальный тепловой насос своими руками для отопления дома: устройство, проектирование, самостоятельная сборка
Организовать отопление и горячее водоснабжение частного дома можно разными способами, например, подключиться к коммуникациям центрального газообеспечения или перевести греющие системы на потребление электроэнергии. Согласны?
А можно собрать геотермальный тепловой насос своими руками и эффективно использовать тепло земли для создания комфортных жизненных условий. Безусловно, это довольно трудоемкий процесс, но для тех, кто хоть немного разбирается в технике, это не составит большого труда.
В нашей статье речь пойдет о принципах работы и видах геотермальных установок. Мы расскажем, как из подручных материалов самостоятельно соорудить тепловой насос. Кроме того, в статье вы найдете советы экспертов по выбору геоагрегатов. А размещенные видеоролики раскроют секреты монтажа и принципы работы геотермальных насосов.
Как работает тепловой геоагрегат?
Алгоритм работы геотермального теплового насоса построен на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю. Земля здесь играет роль радиатора летом и является активным источником тепла в зимний сезон.
Разница температур грунта помогает повысить общую эффективность системы и способствует снижению фактических эксплуатационных расходов.
В основе действия геотермального теплового насоса лежит такое явление, как тепловая инерция. Температура земли на глубине от 6 метров и ниже почти точно соответствует среднегодовой температуре воздуха в регионе и очень слабо изменяется в течение всего календарного года
На практике в трубопровод, размещенный в грунте, поступает действующий теплоноситель и нагревается там на несколько градусов. Потом состав переходит в теплообменный узел (или испаритель) и перебрасывает накопленную тепловую энергию на внутренний системный контур.
Принцип работы геотермальных установок схож с функционированием холодильных систем. Именно поэтому некоторые виды теплонасосов в летнее время успешно применяют в качестве кондиционеров и с их помощью охлаждают воздух в жилых помещениях
Хладагент, работающий во внешнем контуре, прогревается в испарителе, преобразуется в газ и попадает в компрессор. Там он сжимается под влиянием высокого давления и становится еще горячее.
Раскаленный газ переходит в конденсационное устройство и отдает тепловую энергию рабочему теплоносителю внутренней системы, отвечающей за отопление дома. По окончании процесса хладагент, лишившийся тепла, возвращается в начальную точку в жидком состоянии.
Какими бывают геотермальные установки?
Геотермальные теплонасосы отличаются друг от друга по виду теплоносителя на внутреннем и внешнем контурах конструкции. Энергию устройства получают из грунта, воды (грунтовые воды либо открытый природный водоем) или воздуха.
Внутри жилого помещения тепловой ресурс применяется для отопления комнат, подогрева воды и кондиционирования воздуха. В зависимости от сочетания используемых элементов и функций происходит классификация систем на типы: «земля-вода», «вода-вода» и «воздух-вода».
Вариант #1. Сборка по технологии «земля-вода»
Насос «земля-вода» — один из самых эффективных вариантов альтернативного отопления для жилых помещений. Принцип его действия сводится к отбору при помощи зондов или коллекторов тепловой энергии из грунта и передачи ее в домашнюю водяную систему отопления.
Геотермальные теплонасосы «земля-вода» — это высокотехнологичные прогрессивные устройства. Они отличаются исключительной надежностью и демонстрируют высокий уровень КПД. Не требуют постоянного вмешательства хозяев в работу, но нуждаются в профессиональном сервисном обслуживании
Помогает реализовать технологию специальная установка, состоящая из геотермального теплообменника, размещенного ниже глубины фактического промерзания почвы, и непосредственно тепловой насос, функционирующий как холодильник, только наоборот (обратный цикл Карно).
Как работает устройство
Установка «земля-вода», отапливающая жилые помещения за счет возобновляемого тепла, производимого почвой, действует 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.
В результате этой процедуры объем тепловой энергии, взятой у почвы и переданной в отопительную систему жилого дома, более чем в 4 раза превышает количество электричества, затраченного для обеспечения корректной работы компрессорной установки, циркулярного насоса и управляющего блока.
Гликолевая смесь с хорошим показателем вязкости, вода со спиртом или соляной раствор – именно такие незамерзающие жидкости используются в системе «земля-вода». Они экологически безопасны, эффективно принимают тепло и транспортируют его к насосной станции
Дополнительным бонусом можно назвать и то, что система имеет возможность работать в обратную сторону, то есть на охлаждение. Правда, потеря эффективности доходит до 20%, но это считается оправданным, учитывая высокую греющую способность оборудования.
Варианты размещения систем «земля-вода»
Для создания наружного контура системы «земля-вода» используют полимерные трубы высокой прочности, имеющие хорошие эксплуатационные характеристики. Размещают их горизонтально, укладывая на дно котлована способом, напоминающим обустройство коммуникаций для комплексов «теплый пол».
Теплонасос «земля-вода» надежен, эффективен и тих в работе, однако его установка обходится в приличные деньги и занимает много времени (не менее 1 месяца на строительно-монтажные и наладочные мероприятия). Этот момент нужно обязательно учитывать, прежде чем останавливать свой выбор на отопительной системе такого типа
При установке используется площадь из расчета 25-50 кв. м на каждый отдельный киловатт мощности монтируемого насоса. Глубину котлована выбирают ниже границы промерзания, а точные размеры и шаг укладки труб определяют дополнительным расчетом.
Владельцам крупногабаритных земельных владений, выбравшим для отопления дома геотермальный тепловой насос типа «земля-вода», целесообразно установить горизонтальные коллекторы. Хозяевам маленьких участков больше подойдет монтаж глубинных зондов, так как они уходят далеко в почву и не «съедают» полезную площадь возле дома
Территории, на которых обустроены коммуникации геотремальных систем «земля-вода», под сельскохозяйственные нужды уже не используют. На них можно разбить красивый травяной газон или клумбу с цветущими однолетниками.
Вертикальный монтаж гораздо более проблематичен и влечет за собой использование профессиональной техники. На участке при помощи буровой установки сверлят скважину глубиной от 20 до 150 м, в нее опускают специальный геотермальный зонд и подключают его к насосу, подающему рабочую жидкость в домашнюю отопительную систему.
Вертикальный зонд для геотермальной системы «земля-вода» представляет собой оголовок с подключенными трубами. Его погружают в скважину глубиной от 18 м и более. Точное количество скважин и зондов, глубину требуемого погружения и фактический диаметр трубопровода высчитывают отдельно для каждого частного случая, исходя из информации, полученной в результате геологической разведки, проведенной специалистами на участке
Зондовые трубы, отходящие от пробуренных скважин, входят в коллекторный колодец. От него к тепловому насосу идут 2 магистральные линии (подающая ресурс и обратная), снабженные утеплительным покрытием. Диаметр магистрали зависит от общего объема системы и помещения, которое требуется отопить. Иногда параметры достигают 160 мм.
Согласно приблизительным расчетам, для обогрева жилого дома площадью порядка 100 м2 понадобится около 7.5 кВт/ч энергии. Вертикальные зонды для создания греющей системы «земля-вода» в этом случае придется опустить в грунт на 110-115 метров, либо занять под горизонтальные коммуникации 250 м2 прилегающего участка (+)
За счет того, что на глубине температура грунта всегда выше и устойчивей благодаря воздействию земного ядра, вертикальный способ укладки греющей системы признан максимально эффективным. Он демонстрирует высокий уровень КПД и надежно работает в течение многих лет, не давая сбоев и поломок.
Вариант #2. Особенности теплонасосов «вода-вода»
Геотермальная система «вода-вода» использует в работе тепловую энергию водного ресурса. Это является возможным потому, что на большой глубине температура воды, как и грунта, остается довольно высокой и круглогодично сохраняет стабильные постоянные показатели.
Для обустройства системы «вода-вода» и получения низкопотенциальной тепловой энергии можно использовать открытые водоемы (озера, реки), колодцы, скважины и даже сточные воды технологических циклов промышленных производств (водоснабжение обратного типа)
Принципиальной конструкционной разницы между теплонасосом «грунт-вода» и «вода-вода» нет. Но самых меньших финансовых и трудовых затрат требует комплекс, обустроенный на базе открытого водоема. Для монтажа не нужны масштабные буровые мероприятия.
Трубный материал с теплоносителем просто оснащают грузом, погружают в воду и посредством соединительных коммуникаций подключают к домашней отопительной системе.
Однако, такой вариант возможен лишь в том случае, когда земельный участок вплотную прилегает к воде и все коммуникационные части системы находятся под контролем хозяев. Если к открытому водоему доступа нет, используют потенциал грунтовых вод.
Правда, это влечет за собой серьезные земельные работы и сооружение сложных конструкций, например, дополнительного колодца, предназначенного для сброса проходящей через теплообменный узел воды.
При установке теплонасоса «вода-вода» обустраивают не одну, а две скважины. Через одну забирается рабочая вода и, пройдя теплообменник, перенаправляется во вторую, которая располагается по направлению движения грунтовых потоков. Во время размещения нужно учесть, что принимающая скважина должна находиться от отдающей на расстоянии не менее 6 метров и обязательно быть ниже по течению
Обычно установки типа «вода-вода» монтируют там, где нет возможности подключить центральные коммуникации или использовать иные виды теплоносителей.
Специалисты утверждают, что альтернативное отопление такого типа исключительно эффективно в современных постройках, имеющих минимальный показатель теплопотерь.
При изготовлении и укладке своими руками геотермальных систем отопления «вода-вода» очень важно использовать материалы с высоким уровнем стойкости к коррозии, перемерзанию и прочим агрессивным проявлениям внешней среды. Тогда оборудование прослужит долго и не доставит владельцу никаких хлопот
Если дом хорошо утеплен, защищен от сквозняков, сырости и проникновения морозного воздуха или построен с применением современных теплоизоляционных технологий, стоимость системы отопления существенно снижается из-за открывшейся возможности приобрести насосное оборудование гораздо меньшей мощности.
Вариант #3. Обустройство систем «воздух-вода»
Теплонасос «воздух-вода» использует для работы самый доступный, неограниченный и возобновляемый природный энергетический ресурс – воздух. Функционирует оборудование посредством вентиляторов и испарителей, объединенных в единый комплекс.
Наибольшую эффективность проявляет при температуре до -15°C. При более агрессивных показателях теряет существенную часть мощности.
Тепловой насос «воздух-вода» стоит значительно дешевле, нежели модели «вода-вода» и «земля-вода». Модуль подходит для регионов с относительно теплыми зимами. В холодных северных районах, где морозы превышают -20…25°C установка воздушного оборудования считается нецелесообразной
Агрегат исключительно удобен тем, что не требует от владельцев частного дома наличия спецтехники для монтажа и проведения сложных работ по установке.
Не нуждается в выемке земли, бурении скважин и прочих трудоемких мероприятиях. Легко монтируется и не занимает большого количества места. Может корректно функционировать, располагаясь на крыше жилого помещения.
Установить геотермальный насос «воздух-вода» можно на участке непосредственно возле жилых строений. Он работает тихо и имеет современный привлекательный вид, не портящий общего дизайна территории
К главным плюсам оборудования относится практически бесшумная работа и возможность повторного использования тепла, вышедшего из обогреваемого помещения в форме отработанного воздуха, воды, газа, дыма и пр.
Обслуживание системы владельцы осуществляют самостоятельно:
Помимо этих действий изготовители насосного оборудования настоятельно советуют клиентам контролировать состояние тепловых датчиков, отражающих функционирование блока управления.
Их необходимо протирать, аккуратно удаляя с поверхности пыль и масляные пятна. Это продлит «жизнь» системы воздух-воздух и сделает процесс эксплуатации более простым и комфортным.
Как сделать агрегат своими руками?
Независимо от того, какой вариант ресурса (земля, вода или воздух) выбран для отопления, для корректного функционирования системы понадобится насос.
Это устройство состоит из таких элементов, как:
Можно приобрести целостную систему у производителя, но это обойдется в приличную сумму. Когда свободных денег под рукой нет, стоит сделать теплонасос своими руками из имеющихся в распоряжении деталей и в случае надобности докупить недостающие запчасти.
Планируя установку в частном доме геотермальной отопительной системы, в первую очередь нужно позаботиться о снижении уровня теплопотери. Для этого стены необходимо утеплить специальным материалом, двери и оконные рамы снабдить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Тогда выделенное насосом тепло в максимально объеме останется внутри помещения
Когда решение о собственноручном изготовлении теплового насоса принято, нужно обязательно проверить состояние имеющихся в доме электрической проводки и электросчетчика.
Если эти элементы изношенные и старые, необходимо просмотреть все участки, обнаружить возможные неисправности и устранить их еще до начала работ. Тогда система сразу после запуска будет безупречно работать и не побеспокоит хозяев короткими замыканиями, возгоранием проводки и выбиванием пробок.
Способ #1. Сборка из холодильника
Для сборки теплонасоса своими руками со старого холодильника снимают размещенный сзади змеевик. Эту деталь используют как конденсатор и помещают в высокопрочную емкость, устойчивую к агрессивным температурам. На нее крепят исправно работающий компрессор, а в качестве испарителя используют простую пластиковую бочку.
Если для создания насоса используется очень старый холодильник, лучше заменить в нем фреон на новый. Самостоятельно это сделать не получится, поэтому придется пригласить мастера со специальным оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система заработает в нужном режиме
Подготовленные элементы соединяют между собой, а потом созданный агрегат посредством полимерных труб подключают к отопительной системе и приступают к эксплуатации оборудования.
Пошаговый инструктаж по сборке теплонасоса из холодильника описан в этой статье.
Способ #2. Теплонасос из кондиционера
Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.
Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.
Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.
Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.
Современные сплит системы малоэффективны при низких температурах, поэтому профессионалы не рекомендуют использовать их для самостоятельного изготовления теплонасосов
В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.
На сайте есть серия статей по изготовлению тепловых насосов своими руками, советуем ознакомиться:
- Как сделать 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
Монтаж оборудования типа «земля-вода» обходится дороже всех остальных вариантов, потому что требует глубинных земляных работ при вертикальном расположении оборудования или большой свободной площади участка при горизонтальной прокладке коммуникаций.
Эти параметры ограничивают использование системы и существенно снижают ее привлекательность.
Установка насоса «вода-вода» тоже имеет некоторые ограничения. Если рядом есть доступный водоем, можно разместить систему в нем. Отсутствие открытых вод повлечет за собой бурение скважин и отводных колодцев, что тоже стоит не дешево.
Насос «воздух-вода» не представляет проблем с установкой, и может корректно работать даже в многоквартирных домах, но при суровых зимах с низкими температурными показателями его эффективность падает и для ее поддержки требуется параллельный источник энергии.
Однако, обустройство геотермального отопления в итоге окупает свои затраты и начинает вырабатывать бесплатный ресурс, позволяя владельцам жить в максимально удобных, приятных и комфортных условиях, не тратя при этом больших средств на коммунальные услуги.
Выводы и полезное видео по теме
В ролике наглядно показано, как в большом доме из газосиликатного блока обустроена отопительная система на основе геотермального теплового оборудования «воздух-вода». Раскрыты некоторые интересные нюансы относительно монтажа оборудования и озвучены реальные цифры коммунальных платежей за месяц.
Как работает оборудование «земля-вода». Подробное описание от специалиста по установке геотермальных тепловых котлов, рекомендации и полезные советы для домашних мастеров от профессионала своего дела.
Своими впечатлениями о тепловом геотермальном насосе делится реальный пользователь оборудования.
Профессиональный слесарь рассказывает, как в домашних условиях изготовить тепловой насос на основе мощного компрессора и трубчатых теплообменных деталей. Подробная инструкция в пошаговом режиме.
Геотермальный насос для отопления частного домовладения – удачный способ создания комфортных жизненных условий даже там, где недоступны централизованные коммуникационные системы и более привычные источники энергетического ресурса.
Выбор системы зависит от территориального расположения недвижимости и финансовых возможностей хозяев.
Имеете опыт изготовления геотермального теплового насоса? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой вариант сборки. Оставлять комментарии и прикреплять фотографии своих самоделок можно в форме, расположенной ниже.
