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%.

Расположение теплозаборника в грунте
Расположение теплозаборника в грунте
https://oboiman.ru

Принцип работы геотермальных насосов

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.

Устройство теплового насоса

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.

Схема устройства и работы геотермального теплового насоса
Схема устройства и работы геотермального теплового насоса
http://oazis.dp.ua

5 этапов работы теплового насоса

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.

Внутри дома в подсобном помещении с оборудованием чисто и тихо
Внутри дома в подсобном помещении с оборудованием чисто и тихо
https://sungyhome.com

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.

Под заказ
-7%
Насос многоступенчатый вертикальный HELIX V 1012-1/16/E/S/400-50 PN16 3х400В/50 Гц Wilo Цена 175755 руб 164022 руб
Уточнить по наличию
Насос многоступенчатый вертикальный CR15-02 A-F-A-E-HQQE PN16 3х380-415В/50 Гц Grundfos Цена 97566 руб
Под заказ
Насос ин-лайн с сухим ротором TP 200-160/4-A-F-B-BAQE PN16 3х380-415/660-690В/50 Гц Grundfos Цена 542450 руб
Под заказ
-7%
Насос ин-лайн с сухим ротором DL 65/160-1,1/4 PN16 сдвоенный 3х400В/50 Гц Wilo Цена 157954 руб 147409 руб
Нет в наличии
Установка пожаротушения Hydro MX 2/1 CR 15-06 Grundfos Цена 2062742 руб
Под заказ
Нет в наличии
Насос вибрационный Малыш(П) с защитой 10 м нижний забор 240 Вт Джилекс Цена 3848 руб

3 геотермальные источника тепла

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.

Комбинированная схема укладки коллектора – горизонтально и вертикально
Комбинированная схема укладки коллектора – горизонтально и вертикально
https://images.saymedia-content.com

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.

Спиральный коллектор работает эффективно, площадь занимает меньше
Спиральный коллектор работает эффективно, площадь занимает меньше
https://www.ikz.de

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.

Кластерное бурение занимает небольшую площадь
Кластерное бурение занимает небольшую площадь
https://build-experts.ru

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.

Вертикальный теплообменник водяного типа
Вертикальный теплообменник водяного типа
http://sundue.ru

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:

Конструкция геотермального насоса

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

Насос с открытым циклом

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.

Насос с закрытым циклом

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».

Коротко о главном

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.

Может ну его, чистый воздух, природу и тишину. Как считаете, может проще поселиться в городе и не заморачиваться с установкой геотермального теплового насоса для обогрева своего дома?