Геотермальный насос для отопления дома

Практическое решение по сооружению горизонтального земляного трубного поля теплового насоса. Это одна из наиболее перспективных конструкций для частных хозяйств

Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Главная страница » Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Геотермальный земляной тепловой насос, по сути, представляет собой систему центрального отопления земли. Энергетический механизм земного грунта поддерживает постоянное использование как накопитель (источник) тепла. Конструктивно система позволяет использовать умеренный диапазон температур грунта. За счёт этого повышается эффективность и снижаются эксплуатационные расходы традиционных систем отопления (охлаждения). Допустимо объединение земляного теплового насоса с установками сбора солнечной энергии — строительство систем высокой эффективности.

• Теплообменник горизонтального типа. Контур закладывается на глубину ниже, чем промерзает земля. В этом случае не нужно привлекать сложную буровую технику, разрабатывать сложную проектную документацию и т. п. Трубы с циркулирующим в них теплоносителем закапываются примерно на один метр, чтобы они не промерзали. Длина горизонтального контура должна быть довольно большой. Если вам требуется отапливать дом площадью 220 квадратных метров, то трубы должны быть расположены на площади 600 квадратных метров. Так, что потребуется большая территория рядом с домом;
• Теплообменник вертикального типа. Это тепловой насос с геотермальным зондом. В этом случае требуется бурение скважин. Их диаметр должен быть 150 миллиметров, а глубина 200 метров. В них устанавливаются зонды. К плюсам следует отнести стабильную температуру в скважинах около 18 С. Недостатком является трудоёмкость и дороговизна работ.

Принцип работы геотермального насоса

Геотермальный тепловой насос представляет собой автономную станцию, работающую на низкопотенциальной тепловой энергии грунта или воды. Используется установка для отопления дома. Тепловые насосы, извлекающие тепло из грунта достаточно широко распространены в развитых странах. Практика использования таких установок показывает целесообразность этого оборудования. При этом был обнаружен и устранён ряд недостатков тепловых насосов. Геотермальный насос, как и все остальные типы тепловых насосов, представляет собой кондиционер, работающий на обогрев помещения. Конечно, есть различия, поскольку тепловые насосы затачиваются на обогрев помещения. Для геотермального теплового насоса нет требования положительной температуры на улице, как для установок типа воздух-воздух или воздух-вода. Коллектор, собирающий тепло, находится в грунте ниже того уровня, на который промерзает грунт. Так, что геотермальный насос можно использовать на севере России.

Схема работы геотермального теплового насосаЧто может использоваться в качестве источника тепла? Это может быть грунт, вода, воздух с температурой выше ноля градусов по Цельсию (в зимнее время). К примеру, незамерзающая речка или не промерзающий полностью водоём, колодец, артезианская скважина. Тепло можно также извлекать из грунта. Только это нужно делать ниже точки промерзания, поскольку там температура положительная даже зимой. Геотермальный тепловой насос забирает это тепло и переносит в установку. Там оно передаётся в контур отопления или ГВС.

В среде с низкопотенциальной энергией расположен трубопровод с циркулирующим в нём. Длина трубопровода большая. О её расчёте будет сказано ниже. Трубопровод обычно замкнутый, а теплоноситель в нём прокачивается насосом. Он нагревается до температуры грунта (примерно) 5─7 градусов. Затем в испарителе теплоноситель отдаёт тепло хладагенту, который циркулирует во втором контуре. Всего в конструкцию теплового насоса входит 3 контура, с циркулирующими в них теплоносителями.

При отдаче тепла фреон остывает, но при этом находится при повышенном давлении в газообразной форме. Он подаётся на сбросный клапан, где происходит резкое падение давления. В результате он охлаждается и превращается в жидкость. Затем он поступает в испаритель, где опять нагревается от грунтового тепла. Таким образом, цикл замыкается.

Представленный агрегат, собранный своими руками, имеет такой принцип работы, который не позволяет ему применять во время работы жидкое топливо.

2 Как работает геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос типа G типаОбщая схема работы представленного устройства достаточно проста. Насос получает тепловую энергию, производит ее перекачку и транспортирует ее к получателю.В том случае, когда отопление производится с помощью геотермального насоса, его внешний блок помещается в предварительно вырытую в земле яму.Один из альтернативных вариантов – это его погружение в озеро или водоем, который находится неподалеку от дома. В этом случае, вне зависимости от температуры воздуха окружающей среды, представленный наружный блок не подвергается частичному или полному обледенению.Наряду с этим, общие показатели эффективности теплоотдачи остаются на достаточно высоком уровне. Как уже упоминалось выше, принцип, благодаря которому происходит работа агрегата, основывается на том, что тепло получается из почвы или воды, после чего производится его дальнейшая передача получателю.Для того чтобы обеспечить эффективный сбор тепла, незамерзающая жидкость, находящаяся в системе, протекает по трубопроводной магистрали, расположенной в воде или под землей.При этом агрегат берет около 8 °С у незамерзающей воды, в результате чего жидкость подвергается охлаждению. Впоследствии ток жидкости не прерывается, и она, протекая по трубе, снова восстанавливает нужный уровень температуры и далее поступает в контур теплового насоса. Те градусы, которые были получены в результате работы агрегата, тратятся на систему обогрева горячей воды.
к меню ↑

2.1 Виды и отличия геотермальных агрегатов

Геотермальные насосы подразделяются на несколько видов. Отличие производится из-за разных методов исполнения представленных агрегатов, включенных в отопительную систему.Насос, обладающий открытым циклом, берет воду из подземного потока, которая забирается в его систему. Агрегат, расположенный внутри дома отбирает энергию у воды, далее эта вода возвращается в подземный поток на некотором расстоянии от насоса. Несомненные преимущества представленного метода заключаются в:

Зонды для тепловых насосов любого типа

• Возможности получения воды для водоснабжения дома;
• Высокой степени эффективности открытых систем;
• Отсутствии вреда для грунтовых вод;
• Постоянной поддержке одинакового уровня грунтовых вод.

Насосы, обладающие закрытым циклом, и снабженные водоразмещенным теплообменником, устроены таким образом, что внутри них специальная жидкость (теплоноситель) циркулирует по контуру коллектора, который находится в водоеме.При этом, тепло у воды забирается и отдается получателю. Такие системы рационально использовать в том случае, если дом находится на расстоянии, не превышающем 100 метров от водоема.При этом значение глубины водоема и особенности его береговой линии полностью должны соответствовать всем техническим условиям, которые необходимы для осуществления прокладки коллектора.Очевидным преимуществом представленного метода является его условная дешевизна. Насос, обладающий закрытым циклом, и снабженный теплообменником горизонтального типа, отличается расположенными в почве коллекторами, в которые постепенно просачивается носитель тепла.Трубки располагаются в земле в горизонтальном положении. Глубина их залегания не превышает одного метра. При проведении землекопных работ следует проявлять большую осторожность и не задеть теплосборные коммуникации.Примерные расчеты показывают, что для осуществления обогрева дома с жилой площадью, равной 200 м2 нужно разместить коллекторы на площади грунта в 500 м2.Если прокладка коллекторов производится вблизи от деревьев, то трубы должны проходить на расстоянии в 1,5 метра от кроны. Насос с циклом закрытого типа, снабженный вертикальным теплообменником, отличается тем, что трубки с циркулирующим в них теплоносителем погружаются в почву вертикально.

Коммуникации геотермального насосаГлубина погружения может составлять 200 метров. Это основано на том, что на глубине в 10-15 метров земля уже обладает постоянной температурой в +10-12 °С в не зависимости от времени года.Соответственно, при увеличении глубины, значение температуры возрастает. Представленный метод является наиболее эффективным при осуществлении работы теплонасоса. Он позволяет стабильно получать до 5 кВт тепловой энергии.
к меню ↑

2.2 Отзывы

Отзывы владельцев таких систем отопления в большинстве своем положительные.Валерий, 45 лет, Улан-Удэ:

Я давно уже хотел перейти с печного отопления на более экономный и современный метод. Решил собрать своими руками систему с геотермальным насосом. Хоть на это и ушло много времени и сил, но оно того стоило. Теперь я не трачусь на уголь или дрова, а температура в доме всегда удовлетворительная. Рекомендую всем.

Павел, 30 лет, Воронеж:

По образованию я инженер и занимаюсь своим бизнесом по продаже насосов и насосных систем. Сейчас решил организовать продажу геотермальных насосов. Все, кто купил эти агрегаты и установил их — остались довольны.

Александр, 50 лет, Саратов:

Живу в частном доме и по совету зятя решил установить себе вертикальный геотермальный насос. Вложил немало сил и финансов, но он уже начинает себя окупать. Советую всем.

2.3 Расчет мощности насоса

Процесс установки геотермального теплового насосаПолучение тепла от каждого отдельно взятого метра трубы с теплоносителем во всех случаях напрямую зависит от показателей нескольких параметров.Это глубина укладки, наличие грунтовых вод, качество грунта и прочие. Для коллекторов горизонтального типа это значение равняется 20 Вт.м.п.При проведении расчетов разница в показателях температуры теплоносителя в обратном и прямом контуре петли равняется 3 °С. При проведении расчетов обязательно нужно иметь в виду, что параметр теплоемкости этиленгликоля при значении температуры в 0°С, равняется 3,7 кДж/кг.При этом плотность равна 1,05 г/см3. Для того чтобы произвести расчет параметров первого контура установленного теплонасоса нужно, в первую очередь, узнать расход медиума.Он рассчитывается по формуле Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·.t), где t является разницей температур между первым и вторым контуром. Qo обозначает общую тепловую мощность, которая получается от источника тепла (в данном случае грунта).Qwp представляет собой разницу между полной и электрической мощностью представленного теплового насоса, которая тратится на нагревание хладагента.
к меню ↑

2.4 Нюансы и последовательность подключения

Весь внешний контур системы собирается с применением труб выполненных их полиэтилена. Предварительные расчеты свидетельствуют о том, что работы производятся с соотношением 40-50 Вт энергии тепла на один погонный метр коллектора.Исходя из этого, при значении производительности насоса, равному 10 кВт, нужно будет произвести бурение скважины, протяженность которой будет составлять 170-200 метров.В некоторых случаях, вместо одной скважины, производиться бурение нескольких, более мелких, для того, чтобы в сумме получилась такая же расчетная глубина.

Схема горизонтального геотермального теплового насосаБурение скважины производится с одной точки, но в нескольких направлениях одновременно. Последовательность проводимых работ должна проводиться в строго установленном порядке.Для начала нужно обеспечить трехфазное электрическое питание, счетчик при этом должен быть 40 амперным. Далее выполняется обвязка теплого пола, примерный шаг которой будет равен 15 сантиметрам.После этого производится закрепление компрессора с применением кронштейнов в 300 мм. При монтаже вспомогательного компрессора кронштейны удлиняются при помощи U-профиля.Далее производится обмотка обжимного кольца, которое потом зажимается с помощью контргайки. После этого проводится установка испарителя с кронштейнами в 400 мм. Затем производится заправка системы фреоном и производится тестовый запуск.
к меню ↑

Справка. Вертикальный зонд представляет собой 2 петли из труб, опущенных до дна скважины и залитых бетоном.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

1. В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.
2. Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться инверторным кондиционером в режиме обогрева.
3. Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно добиться COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.
4. Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

Прокладка внешнего контура ТН к водоему

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии ТН необходимы определенные условия (на выбор):

• водоем за 25—50 м от жилища, на большем расстоянии потребление электричества сильно вырастет за счет мощного циркуляционного насоса;
• колодец либо скважина с достаточным запасом (дебетом) воды и место для слива (шурф, вторая скважина, сточная канава, канализация);
• сборный канализационный коллектор (если вам позволят туда врезаться).

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

Способы отбора теплоты геотермальным ТНСборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант горизонтальной раскладки трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ пробивки скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Геотермическая шахта может быть горизонтальной. На участке выкапывается неглубокая траншея. Высота должна быть не менее 1,5 метров (уровень промерзания почвы). Площадь зависит от потребности в энергии. Для обогрева загородного коттеджа требуется не менее 500 квадратных метров земли.

Вертикальный контур

Сэкономить место на участке поможет вертикальный тепловой насос для геотермального отопления. Самая популярная конструкция теплового зонда – две параллельные трубы. Конструкция похожа на знак U. Количество и глубина вертикальных шахт зависит от площади участка, от потребности жильцов дома в энергии.Сэкономить место на участке поможет вертикальный тепловой насос для геотермального отопления. Самая популярная конструкция теплового зонда – две параллельные трубы. Конструкция похожа на знак U. Количество и глубина вертикальных шахт зависит от площади участка, от потребности жильцов дома в энергии.