Геотермальный тепловой насос своими руками – монтаж!

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.

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.

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.

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:

  1. 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.
  2. Обогащенный тепловой энергией фреон испаряется и, приняв газообразное состояние, поступает в компрессорную установку. Там температура газа повышается за счет сжатия и образуется конденсат.
  3. 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.

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».

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

  • чистят вентиляторные лопасти и защитные решетки на испарительной установке от пыли, мелкого мусора и листьев;
  • смазывают компрессор специальным составом, указанным в инструкции производителем;
  • меняют масло в силовых узлах (вентилятор, компрессор) с определенной периодичностью;
  • проверяют целостность силового кабеля питания и медного трубопровода, по которому хладагент циркулирует в системе.

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:

  • компрессорный узел (промежуточный элемент комплекса);
  • испаритель, передающий низкопотенциальную энергию теплоносителю;
  • дроссельный клапан, через который хладагент находит обратную дорогу в испаритель;
  • конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до изначальной температуры.

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.

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.

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.

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:

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.

Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.

В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

  1. Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
  2. Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
  3. Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
  4. На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.

Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Читайте также:  Фахверковые дома своими руками - инструкция по строительству!

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Виды дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

  1. Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.
  2. Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.
  3. Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
  4. Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Способы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

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 ТН

Сборка 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.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника).
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Геотермальный тепловой насос своими руками

Геотермальный тепловой насос своими руками

Геотермальный тепловой насос своими руками

Геотермальный тепловой насос – это инновационное средство организации автономного отопления в частных домах. Суть работы оборудования заключается в использовании в качестве источника нагрева или охлаждения теплоносителя естественной температуры земли.

Знойная жара или лютый мороз бушуют только на поверхности нашей планеты. Несколько метров вглубь, и температура становится практически постоянной. Зимой в глубине земли теплее, чем на поверхности почвы, а летом – холоднее.

Таким образом, системы с геотермальными насосами можно использовать не только для отопления, но и для охлаждения домов. Для более эффективной работы геотермальных насосов системы отопления с их участием часто объединяют с солнечными коллекторами.

Типовая схема насоса

Общие принципы действия геотермальных насосов

Понятие «геотермальный» для определения такого вида поддержания определенной температуры в доме не совсем правильно. Чаще всего под геотермальной энергией понимают нагрев определенных участков земной коры под воздействием магмы, поднимающейся из глубины Земли. Самый характерный пример – это горячие геотермальные источники.

Оборудование внутри дома

Разницу между температурой поверхностного слоя земли и температурой в ее глубине, можно использовать практически повсеместно. Многочисленные исследования показали, что уже на глубине 6 метров ниже уровня почвы ее температура постоянно равна среднегодовой температуре воздуха над этой точкой.

В зависимости от места расположения, температура на глубине 6 м будет составлять от +10 до +16°С. Область постоянной температуры обычно располагается между отметками глубины от 7 до 12 метров. Причина такого явления – тепловая инерция.

Как устроен геотермальный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса, использующего разницу температур, практически аналогичен работе обычного холодильника или кондиционера. Такие насосы передают тепло от холодного пространства в теплое, в направлении, противоположном естественному распространению тепла, либо по естественному направлению, ускоряя его передачу. В первом случае система работает как холодильник, а во втором – как нагреватель.

Однако, такие насосы не всесильны. Специалисты считают, что их эффективность резко падает при падении температуры наружного воздуха ниже 5°С. КПД (показатель эффективности таких систем) колеблется в промежутке 3-6% в наиболее холодный период.

Затраты на монтаж таких отопительно-охладительных систем в целом выше, чем у других автономных источников отопления. По расчетам западных специалистов разница в цене проектирования и строительства обычно окупается в период от 3 до 10 лет в результате общей экономии энергии. Более высокие сроки окупаемости могут быть вызваны только целевым финансированием или введенными налоговыми льготами.

Срок службы качественно спроектированной и построенной системы отопления с использованием геотермальных тепловых насосов оценивается в 25 лет для внутренних компонентов системы и более полувека для наружного контура.

Траншея под трубы

Наружный контур системы прямого теплообмена

Варианты строительства систем, использующих разницу температур земли

Основной частью отопительной системы, построенной по такому принципу, является контур прямого теплообмена. Этот компонент стоит где-то от 1/5 до 1/2 общей стоимости системы и является наиболее громоздкой частью.

При строительстве такой системы очень важны первичные геологические исследования: ее энергоэффективность улучшается с примерно на 4% для каждого 1°С, выигранного от правильного расположения теплообменного контура.

При горизонтальном расположении теплообменных контуров на глубине от 1 до 2,4 м эта часть устройства будет испытывать сезонные циклы колебания температуры из-за естественного солнечного нагрева и потери тепла в атмосферный воздух на уровне земли. Эти циклы колебания температуры отстают от смены сезонов из-за тепловой инерции.

Глубокие вертикальные системы с залеганием теплообменников на отметках от 30 до 160 метров зависят только от геологической миграции тепла.

1. Системы с прямым обменом

В тепловых насосах с прямым обменом используется непосредственный тепловой контакт с землей (в отличие от комбинации петли хладагента и водяной петли). Хладагент выходит из корпуса теплового насоса, циркулирует по петле из медной трубки, расположенной под землей, и обменивается теплом с грунтом перед возвращением к насосу.

Название «прямой обмен» относится к теплопередаче между петлей с хладагентом и землей без использования промежуточного жидкости. В такой системе нет прямого взаимодействия между жидкостью и землей, имеется только передача тепла через стенку трубы. Тепловые насосы с прямым обменом в настоящее время используются редко, их не следует путать с оборудованием, работающим на основании обмена теплом через промежуточные контуры.

Тем не менее, системы прямого обмена являются более эффективными и имеют потенциально более низкие затраты на установку, чем закрытые системы с водяным контуром. Высокая теплопроводность меди вносит свой вклад в повышение эффективности системы, но входящий тепловой поток преимущественно ограничен теплопроводностью земли, а не трубы.

Основными причинами высокой эффективности такого оборудования являются отсутствие водяного насоса (который использует электричество), отсутствие теплообменника между водой и хладагентом, который является источником тепловых потерь.

В тоже время они требуют большего количества хладагента, и их трубопроводные системы являются более дорогими.

2. Системы с замкнутым контуром

Большинство из систем, устанавливаемых в настоящее время, имеют две петли:

  • первичный контур с хладагентом;
  • вторичный контур, заполненный водой, располагающийся под землей.

Вторичный контур, как правило, изготавливается из полиэтиленовых труб высокой прочности и содержит смесь воды и антифриза (пропиленглиголя, денатурированного спирта или метанола).

После выхода из внутреннего теплообменника, вода течет через вторичный контур вне здания, чтобы обмениваться теплом с землей перед возвращением. Вторичный контур располагается ниже линии замерзания, где температура является более стабильной или погружается в ближайший доступный водоем.

Системы, расположенные в земле, насыщенной влагой или в воде, как правило, более эффективны, чем сухие контуры заземления. Если земля в вашей местности сухая, то вместе с контуром рекомендуется размещать дренажный шланг, увлажняющий грунт вокруг контура заземления.

Закрытые системы имеют более низкую эффективность, чем системы прямого обмена, так как требуют более длинной трубопроводной системы и большого объема земляных или буровых работ.

Подземный контур геотермальной системы может быть установлен горизонтально в виде петли в траншеях или вертикально в виде нескольких длинных U-образных конструкций. Размер области петли зависит от типа почвы и содержания влаги, средней температуры и возможных потерь тепла, а также от иных характеристик.

3. Замкнутые системы с вертикальным расположением труб

Контур такой замкнутой системы состоит из труб, которые вертикально уходят в грунт. Глубина проникновения составляет от 15 до 120 метров. Пары труб в каждой скважине соединены с U-образным поперечным разъемом в нижней части шахты. Скважины под трубы обычно заполняются специальным раствором, чтобы обеспечить тепловую связь с окружающей почвой или породой, для улучшения передачи тепла. Специальный раствор также защищает грунтовые воды от загрязнения.

Вертикальное расположение геотермальных труб

4. Замкнутые системы с горизонтальным расположением труб

Контур такой замкнутой системы состоит из труб, которые проходят горизонтально в грунте.U-образные или кольцевые витки трубопровода закапываются в грунт ниже, чем линия промерзания.

Траншея с уложенным контуром

Земляные работы при монтаже такой системы обходятся вполовину дешевле, чем вертикальное бурение. Такая технология используется везде, где имеется достаточное пространство на участке.

Вариант строительства геотермальной системы

Для иллюстрации, отопительная система такого типа в отдельно стоящем доме, потребляющая 10 кВт тепловой мощности, потребует 3 петли длиной от 120 до 180 метров каждая.

5. Система с направленным бурением

В качестве альтернативы, траншеи петли контура геотермального теплового насоса могут быть заложены с помощью технологии горизонтального бурения. Эта технология позволяет заложить трубы под дворы, подъездные пути, сады и другие элементы инфраструктуры, не разрушая их.

Стоимость такой системы колеблется между ценой конструкций с использованием траншей и ценой конструкции с вертикальным бурением. Эта система может также отличается от конструкций с траншеями или с вертикальным бурением, так как петли могут бытьсоединены с одной центральной камерой, что еще больше снижает количество необходимого пространства. Системы с использованием направленного бурения часто устанавливается ретроспективно, то есть уже после того, как здание было построено.

6. Установка контура в водоеме

Теплообменный контур перед погружением на дно водоема

Замкнутая система с погружением контура на дно водоема состоит из трубопроводов, укладываемых в виде петель и расположенных на дне пруда соответствующего размера или другого водного источника.

Система с расположением труб в водоеме

7. Открытые геотермальные тепловые системы

В открытых геотермальных системах (также называемых тепловыми грунтовыми насосами), во вторичный контур насосами закачивается природная вода из колодца или водоема. Затем вода поступает в теплообменник внутри теплового насоса. После извлечения тепла и переноса его на первичный контур хладагента вода возвращается в нагнетательные скважины, траншеи орошения или в водоем. Подающая и обратная линии должны быть размещены достаточно далеко друг от друга, чтобы обеспечить тепловую подпитку источника.Поскольку химический состав воды не контролируется, тепловой насос своими руками и трубопроводы должны быть защищены от коррозии с помощью различных металлов в теплообменнике и насосе. Также систему может загрязнять накипь и возможно, вам потребуется ее периодическая очистка.

В том случае, если используемая вода содержит высокий уровень солей, минералов, железа, бактерий или сероводорода, предпочтительнее использовать замкнутые системы.

Открытые отопительные геотермальные системы с использованием грунтовых вод, как правило, более эффективны, чем закрытые системы, так как они лучше используют разность температур. Так, системы с замкнутым контуром должны ещё передавать тепло через дополнительные слои стенки трубы и почвы.

Читайте также:  Отмостка вокруг дома своими руками - описание и инструкция!

Однако, при установке таких систем могут возникнуть юридические проблемы, потому что они могут делать скудными водоносные горизонты или загрязнять скважины. Это заставляет строителей использовать более экологичные замкнутые системы.

8. Система со столбом жидкости

Система геотермального охлаждения или отопления является специализированным типом замкнутых систем. Вода в такую конструкцию поступает из нижней части глубокой скважины породы, пропускается через тепловой насос и возвращается в верхнюю часть скважины, где путешествуя вниз, обменивается теплом с окружающей породой.

Системы со столбом жидкости обычно используются при ограниченных площадях участка. Такая конструкция не рекомендуется к использованию на песчаных и глинистых почвах. Конструкция также может предусматривать несколько столбов жидкости. Она популярна в жилых и небольших коммерческих зданиях.

Основные узлы системы геотермального отопления

Жидкостно-воздушный тепловой насос

Тепловой насос является центральным блоком системы геотермального охлаждения или отопления. Внешне и функционально он напоминает холодильник.

Некоторые модели таких тепловых насосов могут не только отапливать помещения, но и охлаждать их, подогревать воду, обеспечивая потребность в горячем водоснабжении.

Нагретый или охлажденный воздух может быть доведен до конечного прибора системы отопления или кондиционирования за счет циркуляции воды или принудительной подачей воздух. Почти все виды тепловых насосов изготавливаются как для коммерческого, так и для бытового назначения.

Жидкостно-воздушные тепловые насосы (также называемые «вода-воздух») часто используются для замены устаревших центральных систем кондиционирования.

Жидкостно-водяной тепловой насос

Жидкостно-водяные тепловые насосы (также называемые «вода-вода») являются гидравлическими системами, которые используют два контура, заполненных жидкостью для теплообмена между ними. Такие системы обычно питают теплоносителем такое оборудование, как полы с водяным подогревом, отопительные радиаторы с жидким теплоносителем. Такие устройства могут нагревать воду до температуры примерно в 50° C, в то время как температура теплоносителя на выходе из обычного отопительного котла достигает 65-95° C. Таким образом, в системах с геотермальными насосами невозможно использовать радиаторы, предназначенные для более высоких температур.

Геотермальные тепловые насосы особенно хорошо подходят для напольного отопления, которое требует сравнительно низких температур до 40° C. Использование больших поверхностей, таких как полы, в отличие от радиаторов, распределяет тепло более равномерно и позволяет эффективно использовать более низкую температуру воды. Напольное покрытие из древесины или ковровые напольные покрытия ослабляют этот эффект, потому что термический КПД передачи этих материалов ниже, чем у каменных полов (плитка, бетон).

Также существуют комбинированные тепловые насосы, которые могут производить одновременную принудительную циркуляцию воздуха и воды. Эти системы в основном используются для домов, имеющих сочетание потребностей воздушного кондиционирования и жидкостного отопления.

Самостоятельная установка геотермальной отопительной системы

Самостоятельный монтаж геотермальной системы отопления и кондиционирования требует серьезного денежного вливания и определенных технологических навыков.

  1. Проводятся геологоразведочные мероприятия, определяется глубина промерзания грунта.
  2. Составляется проект системы, исходя из выбранной технологии (закрытая, открытая, с горизонтальным или вертикальным расположением контуров).
  3. Приобретается необходимое оборудование: трубы, тепловой насос. В зависимости от конфигурации системы подбираются необходимые элементы внутренней отопительной системы: радиаторы отопления, теплый водяной пол или фанкулеры (системы принудительного обдува).
  4. Производится монтаж системы. Бурятся скважины или прокладываются системы траншей, возможна подготовка к размещению трубопроводов в водоеме.
  5. После монтажа всех элементов производится подключение и тестовый запуск.

В связи с большим объемом и сложностью проводимых работ проектирование и строительство отопительно-охладительных геотермальных систем лучше поручать специализированной организации, имеющей необходимый опыт. И уж точно у вас вряд ли получится самостоятельно изготовить сам обменный тепловой насос — их производство в домашних условиях пока не очень распространено.

Цены на геотермальный тепловой насос

Чтобы более подробно ознакомиться с процессом строительства геотермальных тепловых насосов, посмотрите ознакомительное видео.

Актуальность применения геотермального теплового насоса

В настоящее время, многие люди, которые живут в частных домах, считают, что применение геотермального отопления актуально только в тех регионах, где имеются подземные горячие источники.

Это далеко не так, ведь геотермальные тепловые насосы Nibe, способны к генерации тепла даже при сравнительно невысоких температурах.

Геотермальный тепловой насос горизонтального типа

Это свидетельствует о том, что использовать геотермальный тепловой насос Nibe f1345 можно в условиях умеренного климата, причем с большой степенью эффективности.

1 Какие особенности у геотермального насоса?

Тепловой насос представлен в виде современного альтернативного источника энергии, собрать его своими руками вполне возможно. Этот агрегат, собранный своими руками, может снабжать тепловой энергией такие системы как:

  • Система кондиционирования;
  • Система отопления;
  • Система нагрева воды.

Принцип работы геотермального насоса, собранного своими руками, несколько отличен от газовых, дизельных и электрических генераторов тепла. Геотермальный насос, который был собран своими руками, имеет свой особый принцип работы, потому его расчет производится на основании специальной формулы.

Агрегат, находясь в рабочем режиме, функционирует по принципу выкачивания энергии из накопивших ее объектов окружающей среду. В летнее время года такое устройство, сделанное своими руками, с опорой на свой принцип работы, пользуется энергией, которая аккумулирована в пластах грунта, в скальных породах и водоемах.

Расчет контура мощности и прочих характеристик устройства, сделанного своими руками, производится с ориентировкой на особенности источников энергии.

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

Геотермальный тепловой насос Интерклимат

Такой принцип работы подразумевает отсутствие традиционной дымовой трубы. Особый принцип работы теплового насоса позволяет произвести точный расчет, и обеспечить собственное жилище надежным источником тепла.

Произведя расчет системы отопления, которая работает с применением геотермального насоса, можно убедиться в том, что представленная система поможет значительно сэкономить энергию и деньги.

Тоже самое утверждают и производители такого оборудования, отзывы пользователей о котором, в большинстве своем также положительные.

Сегодня, в большинстве стран СНГ, цена производства тепловой энергии напрямую зависит от цены используемого топлива. Дороже всего пользователям обходится электроэнергия, дизельные виды топлива и газ.

Расчет показывает, что при учете такой тенденции, разница при установке теплового насоса, оснащенного грунтовым теплообменником, и котельной использующей дизельное топливо, окупится уже в течение трех ближайших лет.

Практически все без исключения современные модели тепловых насосов оборудованы встроенными электронагревателями. Это связанно с тем, что расчет показателей номинальной мощности, во время выбора типа отопительного оборудования, ведется с ориентировкой на покрытие тепловой нагрузки в самые холодные периоды.

Имеется в виду, что такая минимальная температура может продержаться всего несколько дней. Именно в этот период агрегат будет работать на полную мощность.

Для того, что произвести и рассчитать достоверное соотношение мощностей представленного теплового агрегата и электронагревателя применяется специальный график интегрального типа.
к меню ↑

2 Как работает геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос типа G типа

Общая 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 насоса

Глубина 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 насоса

Получение 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 насоса

Бурение 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 ↑

Как соорудить и произвести установку теплового насоса своими руками

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Характеристики

На отоплении и водоснабжении частного дома хочется сэкономить большинству рачительных хозяев. Для таких целей подходит тепловой насос.

Его вполне возможно соорудить своими руками, хорошо при этом сэкономив − заводской прибор стоит очень недешево.

Свойства и устройство

Прибор имеет внешний и внутренний контур, по которым движется теплоноситель. Составляющие стандартного прибора: тепловой насос, устройство для забора и устройство для распределения тепла. Контур изнутри состоит из компрессора с питанием от сети, испарителя, дроссельного клапана, конденсатора. Используют также в приборе вентиляторы, систему труб, геотермальные зонды.

  • не выделяет никаких вредных веществ, абсолютно экологичный;
  • нет затрат на покупку и доставку топлива (электроэнергия затрачивается только на перемещение фреона);
  • нет необходимости дополнительных коммуникаций;
  • абсолютно пожаро — и взрывобезопасный;
  • полноценное отопление зимой и кондиционер летом;
  • сооруженный тепловой насос своими руками – это автономная конструкция, требующая минимум усилий по управлению.

Применение

Теплонасос, собранный своими руками, подойдет для таких случаев:

  • если есть желание сэкономить на топливе для обогрева дома;
  • если к дому невозможно подвести газ или сделать это слишком хлопотно, когда покупать баллонный газ – не выход из ситуации;
  • нет желания и возможностей топить углем, дровами, электричеством, иным топливом;
  • если хозяин дома является приверженцем использования экологически чистой альтернативной энергии. Устройство достаточно практичное даже наряду с наличием возможностей применять другие источники энергии.

Тепловой насос своими руками изготовляется для дома, основываясь на технологиях забора тепла из земли, воды, воздуха. Он используется для отопления, нагрева воды и даже кондиционирования внутри помещения.

Принцип работы

Все окружающее нас пространство есть энергия — нужно только уметь ее использовать. Для теплового насоса нужно, чтобы температура окружающей среды была больше 1С°. Тут следует сказать, что даже земля зимой под снегом или на некоторой глубине сохраняет тепло. Работа геотермального или любого другого теплонасоса основывается на транспортировке тепла от его источника с помощью теплоносителя к контуру отопления дома.

Читайте также:  Как построить погреб своими руками - пошаговая инструкция!

Схема работы прибора по пунктам:

  • носитель тепла (вода, грунт, воздух) наполняет находящийся под грунтом трубопровод и нагревает его;
  • затем теплоноситель транспортируется в теплообменник (испаритель) с последующей передачей тепла на внутренний контур;
  • во внешнем контуре находится хладагент – жидкость с низкой точкой кипения под низким давлением. Например, фреон, вода со спиртом, гликолевая смесь. Внутри испарителя это вещество нагревается и становится газом;
  • газообразный хладагент направляется в компрессор, сжимается под высоким давлением и нагревается;
  • горячий газ попадает в конденсатор и там его тепловая энергия переходит к теплоносителю системы отопления дома;
  • завершается цикл превращением хладагента в жидкость, и она, вследствие потери тепла, возвращается назад в систему.

Тот же принцип используется для холодильников, поэтому тепловые насосы для дома можно применять как кондиционеры для охлаждения помещения. Проще говоря, тепловой насос – это такой холодильник с обратным действием: вместо холода вырабатывается тепло.

Тепловые насосы своими руками можно сконструировать на основе трех принципов — по источнику энергии, теплоносителю и их комбинации. Источником энергии может быть вода (водоем, река), грунт, воздух. Все виды насосов основаны на одном принципе работы.

Классификация

Выделяют три группы устройств:

  • вода-вода;
  • грунтово-водяные (геотермальные тепловые насосы);
  • используют воду и воздух.

Тепловой коллектор «грунт-вода»

Тепловой насос своими руками — самый распространенный и эффективный способ добычи энергии. На глубине нескольких метров грунт имеет одну постоянную температуру и мало подвержен погодным условиям. На внешнем контуре такого геотермального насоса применяется специальная экологически безопасная жидкость, в народе называемая «рассолом».

Наружный контур геотермального насоса создают из пластиковых труб. Их вкапывают в грунт вертикально или горизонтально. В первом случае на один киловатт может понадобиться достаточно значительная площадь работ – 25–50 м2. Площадь нельзя использовать для посадочных работ — тут допускается только высадка однолетних цветущих растений.

Вертикальный коллектор энергии требует несколько скважин на 50–150 м. Такое устройство более эффективное, тепло передают специальные глубинные зонды.

«Вода-вода»

На большой глубине температура воды постоянная и стабильная. Источником низкопотенциальной энергии может служить открытый водоем, грунтовые воды (колодец, скважина), сточные воды. Принципиальных различий в конструкции для отопления такого типа с разными теплоносителями нет.

Устройство «вода-вода» наименее трудозатратное: достаточно оснастить трубы с носителем тепла грузом и поместить в воду, если это водоем. Для грунтовых вод потребуется более сложная конструкция и может возникнуть нужда в сооружении колодца под сброс воды, проходящей через обменник тепла.

«Воздух-вода»

Такой насос немного уступает двум первым и в холодное время его мощность снижается. Но он более универсальный: для него не нужно копать землю, создавать скважины. Нужно только установить необходимое оборудование, например, на крыше дома. Для этого не требуется сложных монтажных работ.

Основным преимуществом является возможность повторно использовать тепло, покидающее помещение. Зимой рекомендуют иметь еще один источник тепла, поскольку мощность такого обогревателя может значительно уменьшиться.

Этапы монтажа

Тепловой насос своими руками можно сделать полностью из старых запчастей, взятых, например, из нерабочего кондиционера.

Расходы, окупаемость, мощность

Заводской прибор стоит около 4000 евро и выше. Самодельный насос для отопления 100 м² площади окупится приблизительно по прошествии 2-х лет. Для домов с не очень хорошей теплоизоляцией мощность должна быть 75 Вт/м²., с хорошей теплоизоляцией достаточно — 50 Вт/м², а при использовании современных теплоизоляционных материалов — хватит и 30 Вт/м².

Идеальным вариантом будет, когда насос включается в проект для отопления дома с наличием теплого пола и плиточного покрытия.

Процесс создания

Сначала нужно достать компрессор от нерабочего кондиционера, необязательно нового. Дешевле будет приобрести его в мастерских по ремонту холодильников. Компрессор крепится к стене кронштейнами (подойдет L-300).

Для изготовления конденсатора подойдет бак из нержавейки на 100–120 л. Он разрезается пополам, внутри устанавливается змеевик. Змеевик можно изготовить самому из сантехнической медной трубки или от холодильника. Тут нужны толстые стенки – от 1 мм и больше. Трубка наматывается на обычный баллон (газовый, кислородный) с равномерным расстоянием между витками и фиксируется в таком положении перфорированным алюминиевым уголком (им оформляются углы под шпаклевкой). Он приматывается к змеевику, чтобы каждый виток располагался против дырки в уголке.

В результате будет ровный шаг витков и прочность конструкции. После создания змеевика половинки емкости свариваются. Резьбовые соединения также ввариваются. Затем создается испаритель. Для него может подойти обычная пластиковая емкость на 60–80 л. с вмонтированным внутри змеевиком из трубы диаметром ¾ дюйма. Простые трубы для водопровода используют для транспортировки воды.

Испаритель крепится на стене L-кронштейном. А вот закачку фреона должен сделать специалист по холодильному оборудованию: он сварит трубки и закачает в них фреон. После чего конструкцию подключают к системе отопления внутри дома, а затем – к наружному контуру.

Особенности для каждого вида

Вертикальный насос для отопления «грунт-вода» требует создания скважины на 50–150 м. В нее помещаются геотермальные зонды и подключаются к насосу. Зонды берут тепло из грунта, которое переносится с незамерзающей водой к насосу, а оттуда уже в систему отопления. Для маленьких участков подходят зонды, для больших – горизонтальный коллектор.

Для горизонтального аппарата типа «грунт-вода» нужно создать коллектор из системы труб. Его располагают ниже уровня промерзания (1–1,5 м) и выглядит он как своеобразный змеевик под землей. Снимается слой почвы, укладываются трубы и грунт засыпается обратно. Можно уложить трубы в отдельных траншеях.

Для агрегата по типу «вода-вода» собирается из ПНД-труб, которые заполняются носителем тепла и после этого переносятся к водоему. Трубы имеют вид большого змеевика на дне водоема. Желательно разместить их в его центре.

Аппарат типа «воздух-вода» не требует трудоемких земляных работ. Выбирается место около дома или на его крыше, где самодельный тепловой насос соединяется с внутридомовым отоплением. Тепло извлекается вентиляторами и испарителем.

Как сделать тепловой насос своими руками

Экология познания. Усадьба: В последние десятилетия у владельцев домов появился довольно большой выбор систем отопления. Уже необязательно подключаться к централизованным сетям и использовать традиционные источники. Можно выбрать оборудование, работающее на альтернативной энергии, но его главный недостаток – дороговизна. Впрочем, если сделать тепловой насос своими руками из старого холодильника, систему можно существенно удешевить.

Сегодня мало кто сомневается в том, что тепловой насос для отопления дома – самое эффективное средство из всех существующих. Оно же — самое дорогое и сложное в исполнении. По этой причине многие домашние умельцы взялись за самостоятельное решение данной проблемы.

Но ввиду ее высокой сложности достижение положительных результатов дается весьма непросто, нужно иметь энтузиазм, терпение и вдобавок хорошо изучить теорию. Наша статья для тех, кто делает первый шаг на пути внедрения у себя дома такого альтернативного источника энергии, как тепловой насос, сделанный своими руками.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Для сборки действующей модели теплового насоса не обойтись без знания теории, а точнее, принципа действия этого устройства. Хотелось бы изначально отметить, что утверждения о КПД в 300, 500 и 1000% — это миф или просто маркетинговый ход, рассчитанный на незнание рядовым пользователем законов физики. Так вот, тепловой насос – это устройство, берущее тепловую энергию в одном месте и перемещающее ее в другое с определенным КПД, не превышающим 100%. В отличие от котельных установок, он самостоятельно тепло не производит.

Примером могут служить домашние холодильники и кондиционеры, чья конструкция основана на так называемом цикле Карно, его же использует принцип работы теплового насоса для отопления или ГВС. Суть этого цикла заключается в движении вещества (рабочего тела) по замкнутой системе и меняющего свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и наоборот. В момент перехода выделяется или поглощается огромное количество энергии.

Чтобы пояснить на более доступном языке, перечислим основные элементы, которые включает в себя устройство теплового насоса:

  • компрессор;
  • теплообменник, где рабочее тело переходит в газообразное состояние (испаритель);
  • теплообменник, в котором рабочее тело конденсируется (конденсатор);
  • расширительный (редукционный) клапан;
  • средства управления и автоматики;
  • магистрали из медных трубок.

В качестве рабочего тела выступает вещество, закипающее при низких температурах – фреон. Циркулируя по трубке в виде жидкости, первым делом он попадает в испаритель. После взаимодействия с теплоносителем от внешнего источника (воздух, вода, грунт) рабочее тело испаряется и продолжает свое движение в виде газа. На этом участке давление в системе — низкое. Всю цепочку цикла отражает принципиальная схема теплового насоса:

Пройдя компрессор, фреон под давлением движется ко второму теплообменнику, где ему предстоит сконденсироваться и передать полученное тепло воде, снова приняв жидкое состояние. Далее, рабочее тело попадает в расширительный клапан, давление снова падает и оно продолжает свой путь к испарению. Цикл завершен.

Заводские теплонасосы для жилого дома способны выдавать теплоноситель с температурой 55—60 ºС, этого достаточно для обогрева помещений радиаторами либо теплыми полами. При этом вся система отопления затрачивает электроэнергию на такие цели:

  • питание компрессора;
  • вращение роторов циркуляционных насосов наружного и внутреннего контура;
  • питание средств автоматики и контроля.

Получается, что при потреблении 1 кВт электричества действие теплового насоса может переместить в дом до 5 кВт тепловой энергии извне, отсюда и небылицы о КПД 500%.

Тепловой насос воздух-воздух

Теоретически любая среда, имеющая температуру выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), обладает запасом тепловой энергии. А значит, ее можно извлечь, уж тем более это нетрудно сделать при температуре окружающего воздуха минус 10—30 ºС.

Для этой цели служит тепловой насос воздух-воздух, отнимающий тепло у наружной окружающей среды и перемещающий его внутрь частного дома. Это самый доступный способ по цене оборудования и стоимости монтажа, он же – наименее эффективный. Чем крепче мороз на улице, тем меньше тепла удается получить. Принцип действия системы показан на рисунке:

Наружный блок воздушного теплового насоса внешне похож на такой же агрегат сплит-системы, только внутри у него нет компрессора. Остается лишь пластинчатый теплообменник и вентилятор, чьей задачей является повысить интенсивность процесса путем нагнетания через пластины большого количества воздуха.

Тепловой насос вода-вода

Более эффективным вариантом считается тепловой насос вода-вода. Он извлекает тепловую энергию из ближайшего водоема, если таковой есть на расстоянии до 100 м от дома. Другой, более распространенный способ – отбор тепла у грунтовых вод через скважину. По сути, скважин нужно 2: одна для выкачивания воды, другая – для ее сброса. Ниже представлены схемы тепловых насосов, действующих по такому принципу:

Здесь есть свои нюансы. Вода из скважины должна проходить очистку перед попаданием теплообменник, а трубы надо прокладывать ниже глубины промерзания грунта. Другое дело – контур на дне водоема, он заполняется незамерзающей жидкостью (пропиленгликолем), что служит посредником между водой и хладагентом.

Способность обеспечить частный дом тепловой энергией в этом случае зависит от производительности скважины и объема воды в пруде. Также существуют варианты погружения внешнего контура в проточную воду реки или канализационный септик.

Также существуют геотермальные тепловые насосы, чей принцип работы не отличается от предыдущих типов аппаратов, только тепло извлекается из грунта на глубине, где температура всегда одинакова – плюс 7 ºС. Для этого в землю закапывается горизонтальный контур из труб, занимающий большую площадь, либо в скважины глубиной 25 м опускаются геотермальные зонды. В обоих случаях в качестве теплоносителя используется антифриз.

Считается, что работа теплового насоса, добывающего тепло из грунта, — самая стабильная и эффективная. Но покупка и монтаж подобного оборудования очень дороги, а домашние мастера-умельцы редко прибегают к реализации этого варианта.

Как собрать тепловой насос в домашних условиях?

Поскольку термодинамический расчет теплового насоса представляет для большинства домашних мастеров — самодельщиков немалую сложность, приводить его здесь мы не будем. Наша задача – представить несколько действующих моделей, чтобы любой энтузиаст мог взять какую-нибудь из них за основу для создания собственного детища.

Необходимо отметить, что тепловой насос, придуманный и собранный своими руками, для подавляющего большинства рядовых пользователей останется недостижимой мечтой, если не приложить к его изготовлению массу усилий и времени.

Простейший тепловой насос из старого холодильника был описан в статье журнала «Инженер» за 2006 г. Он позиционируется, как нагреватель воздух – воздух для небольшого помещения или теплицы. Кстати, какой бы ни был мощный бытовой холодильник, на обогрев даже небольшого дома его не хватит, а вот на 1 комнатку – вполне. Решение реализуется 2 способами, причем внутренняя автоматика отключения демонтируется и все агрегаты соединяются напрямую для непрерывной работы. В первом случае старый холодильник находится в помещении, конструкция насоса показана на схеме:

Снаружи к нему прокладывается 2 воздуховода и врезается в переднюю дверку. Воздух по верхнему каналу попадает в морозилку, охлаждается и опускается к нижнему воздуховоду из-за увеличения плотности. Затем он покидает корпус холодильника, вытесняемый верхним потоком. Помещение прогревается от теплообменника, расположенного на задней стенке агрегата. По второму способу сделать своими руками тепловой насос так же просто, надо лишь встроить холодильник в наружную стену, как изображено на схеме:

Самодельный обогреватель из холодильника может функционировать до наружной температуры минус 5 ºС, не ниже.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Заключение

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

опубликовано econet.ru Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Добавить комментарий