Геотермальный тепловой насос – отопление дома энергией земли и воды

Большой дом за пределами города – это чистый воздух, тишина, простор для детей и проблемы отопления жилья. Вопрос создания уюта решит геотермальный тепловой насос. Он имеет простой устройство, черпает энергию круглый год с земли, воды или воздуха, не требует постоянного обслуживания. Уникальное оборудование с КПД до 400%.

Принцип действия геотермальных тепловых насосов основан на получении энергии, используя контраст температур различных предметов и изменение температуры хладагента при сжатии и испарении. Это огромный холодильник наоборот.

Тепловой насос состоит из трех основных узлов.

• Источник тепла. Элементы находятся в земле или воде, забирают от них тепло и передают дальше. По сути это коллектор из труб, забирающих тепло у внешней среды, в которой он находится.
• Тепловой насос. Он превращает тепло земли в энергию тепла. Состоит из испарителя хладагента, компрессора, конденсатора и вентиля дроссельного. Все узлы соединены трубопроводами, образуют замкнутую систему.
• Система отопления. По ее трубам проходит горячая вода, нагретая в насосе. Она отдает свае тепло помещению, и остывшая, возвращается обратно.

Устройство работает эффективнее с коллектором открытого типа, когда отдавшая свое тепло вода из труб выливается наружу, не повторяя свой цикл. Такая конструкция экономичнее, особенно с водным геотермальным источником, но наносит вред природе.

Купить насос и необходимые для него принадлежности можно в нашем интернет-магазине.

Работа теплового насоса делится на 5 этапов.

1. Закипание в испарителе фреона. Источником энергии нагрева служит тепло, полученное от земли или воды.
2. Сжатие хладагента в компрессоре. Выделение большого количества тепла. Узел потребляет электроэнергию.
3. Передача тепла – нагрев воды в отопительном контуре.
4. Прохождение конденсата хладагента через дроссельный капан и переход его в жидкое состояние.
5. Возвращение жидкого фреона, охлажденного, в испаритель теплообменника.

Внутренний контур насоса всегда закрытый. Он должен быть герметичным, чтобы не допустить утечки фреона. Геотермальный насос работает круглый год. В зависимости от способа настройки, зимой он согревает жилье, летом несет прохладу. Температура кипения хладагента -5⁰. С наружного контура поступает теплая вода, нагревает бак – испаритель. Газообразный фреон перекачивается в компрессор. При сжатии он греется до 65-90⁰, в конденсаторе нагревает воду отопительной системы и снова, через односторонний сбросной канал идет в испаритель.

Внимание! Геотермальные насосы имеют высокую эффективность. Они тратят электричество только на работу компрессора и двух циркуляционных насосов. Остальную энергию дает постоянный источник тепла первого наружного контура. В зависимости от температурных показателей и типа насоса, на 1 кВт израсходованной электроэнергии потребитель получает 3-5 кВт тепла (10 800-1800 000 кДж).

Терморегулятор управляет геотермальным тепловым насосом. При достижении в комнатах заданной температуры, он отключает электроэнергию. Наосы и компрессор прекращают работу. При снижении температуры до нижнего допустимого значения, электрическая цепь снова замыкается, и геотермальная система отопления начинает работать.

Заказать монтаж системы отопления вы можете в нашей компании. Перейдите в раздел «услуги», чтобы узнать стоимость работ и записаться на консультацию специалиста.

Источником тепла может быть любой объект, имеющий положительную температуру. Чем ниже потенциал, тем больше по площади делается теплообменник.

Земля

Земля замерзает зимой только сверху. Геодезисты провели замеры и сделали заключение, что на глубине 6 м температура грунта равна среднегодовой, изменяется в течение года в пределах 8 градусов. Подтверждением этого факта может служить любой подвал.

Элементы – водяные трубы, раскладывают по дну котлована по схеме «теплый пол». Длина системы рассчитывается. В формулу входит отапливаемая площадь, коэффициент потерь тепла – степень утепления дома, температура геотермального источника – грунта на расчетной глубине.

Внимание! Сокращение длины трубопровода и площади теплозаборника происходит за счет увеличения глубины котлована.

После подключения всех нитей к одному входу и насосу, все засыпается землей. Над системой геотермального источника тепла не должно быть ни построек, ни многолетних растений. Можно делать лужайки с однолетниками, которые не будут закрывать землю от попадания на нее солнечных лучей.

Преимущества и недостатки

Преимущества геотермального источника в земле:

• постоянный, неизменный источник тепла;
• гарантия работы несколько десятилетий, зависит от прочности труб;
• не требует постоянного ухода;
• простая конструкция.

К недостаткам относятся:

• требуется большая площадь под сеть трубопроводов;
• землю нельзя использовать;
• трудоемкий процесс создания котлована;
• летом не работает пассивный режим охлаждения;
• большое количество труб для раскладки.

Участок возле дома должен быть большого размера, минимальный для двухэтажного, хорошо утепленного коттеджа, имеет площадь 5-8 соток.

Грунтовой насос со спиральным коллектором не имеет недостатков горизонтального теплозаборника геотермального насоса. Его устройство представляет собой цилиндры, образованные накрученными по спирали, трубами. Расположенные в земле вертикально, они соединяются в последовательную цепь. Диаметр зондов-коллекторов примерно 400-600 мм, длина 1400-2600 мм, шаг между витками 2,3-3 диаметра трубы. Расстояние между элементами более 8 м.

Под спиральный коллектор в земле буром делаются колодцы. В них опускаются собранные элементы. Услуга дорогая, но площадь, используемая под каждый теплозаборник не превышает 1 м2.

Трудоемкость работ по созданию горизонтального грунтового коллектора значительно меньше. Площадь отторжения полезной земли минимальная. Глубина больше, температура выше. Для строительства спирального зонда – вертикального теплообменника, необходимо иметь возможность подъехать буровой технике.

Внимание! Проблему площади решает кластерное бурение – когда скважины отходят вееров от одной точки выхода на поверхность. В качестве поля можно использовать даже подвал дома. Конструкция сложная в исполнении, устанавливается на небольших участках, где нет места для других вариантов получения тепла.

Вода

Вода никогда не замерзает на глубине и служит отличным аккумулятором тепла для геотермальных тепловых насосов. Не надо рыть котлован и затем засыпать его. Достаточно иметь открытый источник воды, собрать систему труб и нагрузить всю конструкцию, опустить на требуемую глубину.

Преимущества и недостатки

Положительные стороны конструкции:

• простой монтаж;
• минимальные затраты;
• легко достать для профилактики и ремонта.

Недостатки источника тепла из открытого водоема:

• дом должен стоять на самом берегу, рядом с водой;
• температура у воды ниже, чем в глубине земли;
• большая вероятность случайного разрушения системы;
• плохое воздействие на подводный мир.

Второй вариант, более удобный, сделать вертикальные скважины глубиной 30-50 метров и использовать грунтовые воды, в качестве геотермальных источников тепловых насосов.

Потенциал вертикального водяного теплозаборника выше, чем в открытом водоеме. Зимой вода под землей теплее, дополнительно согревает грунт. Установка геотермального насоса такого типа возможна в любой местности, вдали от водоемов. Бурение производится переносным оборудованием или установленным на грузовом автомобиле типа ЗиЛ.

Воздух

Геотермальный тепловой насос системы «воздух-вода» самый доступный, дешевый и не требует больших трудозатрат. Он черпает энергию с неограниченного источника, который сам постоянно обновляется.

Для получения тепла в единый комплекс объединяются вентиляторы и испарители. Поток воздуха направляется на испаритель. Хладагент испаряется и направляется насосом в компрессор внутри здания.

Преимущества и недостатки

Преимущества системы геотермального насоса систем «воздух-вода»:

• не требует выделения площади;
• устанавливается в любом месте, включая крышу;
• минимальная протяженность труб;
• нет массивного коллектора;
• эффективно работает до -15⁰;
• простой монтаж;
• часть узлов можно сделать самостоятельно;
• не вредит окружающей среде;
• можно использовать воздух с вентиляции и дымоходов.

На видео подробно рассказано о принципе работы и преимуществах геотермального насоса:

У «идеальной» конструкции имеются свои недостатки:

• постоянный уход за оборудованием;
• при морозе в 20-25 градусов, геотермальный насос становится неэффективным, затраты электроэнергии равняются количеству отдаваемого тепла.

Испаритель, обдуваемый воздухом, работает и при -50⁰, но затраты электричества на обогрев дома превысят его расходы при использовании других типов обогревателей.

Уход за оборудованием осуществляют сами владельцы. Он включает в себя:

• замена масла по графику во всех силовых узлах;
• компрессор регулярно смазывается специальным составом (разновидность термопасты);
• систематическая проверка целостности кабелей и трубопровода, находящихся снаружи;
• чистка лопастей вентиляторов, защитных решеток на испарителе. От пыли, мусора, листьев и снега.

Геотермальные тепловые насосы системы «воздух-вода» нельзя оставлять без присмотра. Они требуют постоянного внимания, ухода.

В видео показан принцип работы тепловых геотермальных насосов с различными источниками тепла:

Специалисты условно делят конструкции геотермальных тепловых насосов на несколько видов по типу контура и расположению теплообменника.

Устанавливается при использовании подземного источника тепла, где вода чистая и не требует фильтрации.

Вода закачивается насосом из скважины, проходит в тепловой насос и отдает свое тепло. Остывшая возвращается в подземный поток. Место слива находится на расстоянии от забора воды.

Преимущества открытого цикла в стабильности работы насоса. Температура на глубине постоянная круглый год. Систему можно использовать для снабжения дома водой. Система не наносит ущерба грунтовым источникам.

Недостаток в необходимости делать скважину для слива на большом расстоянии от заборной.

Конструкция с закрытым циклом устанавливается на водных и грунтовых источниках тепла. Имеет горизонтальные и вертикальные коллекторы и зонды. Нагрев воды происходит через стенки труб и зависит от характеристики материала: коэффициента теплопроводности и теплоотдачи.

Посмотрите реальный процесс проведения земляных работ и укладку коллектора вертикальным способом:

В грунте вокруг зондов температура через несколько лет начнет постепенно падать, эффективность геотермального насоса понизится. Вертикальные системы укладываются ниже уровня промерзания земли, оптимальная глубина 4 м. Глубже эффективность будет больше, но со временем появится эффект «остывания».

Установка геотермального теплового насоса окупит себя только при условии хорошего утепления дома, без сквозняков, тонких окон и щелей. По стоимости оборудование и его монтаж процесс трудоемкий и материалозатратный.