Виды тепловых насосов для отопления дома

Геотермальное отопление дома за счет энергии земли

Традиционные системы отопления

Наиболее широко распространено газовое отопление. Тем не менее, если к земельному участку, на котором должны построить дом, газовая магистраль не подведена, то применение газа почти невозможно. Да, можно пользоваться сжиженным газом в баллонах, однако это не экономично и точно не безопасно! Если все-таки принято решение применять газ при отоплении дома, то сколько понадобится обойти разнообразных инстанций, чтобы получить специальное разрешение на установку обычной газовой системы. Вдобавок, с каждым годом запасы «голубого топлива» истощаются, поэтому, дорожают. Выгодно? Нет, разумеется.

Если при отоплении применять торф, дрова, уголь, солярку… Небезопасно, затратно и хлопотно при хранении и использовании. При сгорании формируется смола, сажа, загрязняется воздух, а если посмотреть более широко — при сгорании практически любого топлива создается углекислый газ, способствующий значительному усилению парникового эффекта на нашей планете.

Ну, безусловно, возможны различные возражения — для установки полноценного геотермального отопления необходимо бурить скважины, и сама установка в пару раз дороже, нежели обычные системы отопления. Да, это чистая правда. Однако если учесть то, что такая установка за счет экономии электрической энергии оправдает затраты в течении пяти-семи лет, ее так называемую экологическую безопасность, то в таком случае ее рентабельность будет очевидной.

Область применения

Геотермальные насосы на производстве

В России геотермальные тепловые насосы только набирают популярность, в то время как за границей люди уже много лет используют эту технологию.

Данный вид альтернативного получения тепла можно применять не только для отопления собственных домов, но и больших складских помещений, магазинов и цехов.

Область применения

Геотермальные тепловые насосы могут не только греть, но и работать как кондиционеры для охлаждения помещения.

Тепловой насос воздух-вода для отопления дома: 

Принцип действия системы

Геотермальные системы отопления имеют сходный с холодильником (кондиционером) принцип действия. Просто рефрижератор холодильника охлаждает воздух, а геотермальный тепловой насос нагревает теплоноситель отопительной системы.

Для обогрева помещения используется тепло (энергия) Земли. Тепловой насос, расположенный в доме, забирает энергию у грунтовых вод или самого грунта, преобразовывая ее в тепло. Затем это «тепло» используется для нагревания теплоносителя самой системы отопления дома.

В основе принципа действия теплового насоса лежит обратный цикл Карно, разработанный еще в ХIХ веке.

«Сердцем» такой системы является компрессор, который «сжимает» и «переносит» тепло. Для этого ему необходим внешний источник энергии – электрическая сеть.

В компании с компрессоров во внутреннем контуре теплового насоса работают: конденсатор, испаритель и дроссельный клапан.

Тепловой насос работает так:

  • Теплозаборный коллектор заполняется незамерзающей жидкостью (гликолевая смесь, смесь воды и спирта или соленая вода), которая будет транспортировать «подземное» или «подводное» тепло к насосу.
  • Эта тепловая энергия в испарителе передается хладагенту с очень низкой температурой кипения, что приводит к его резкому закипанию и испарению (превращению в пар).
  • Работающий компрессор повышает давление этого пара, что соответственно приводит к повышению его температуры.
  • В конденсаторе хладагент охлаждается, передавая тепло контуру отопления дома, и конденсируется.
  • Через дроссельный клапан хладагент попадает обратно в компрессор, и цикл повторяется вновь…
Читайте также:  Выбор газового котла для отопления частного дома

Тепловой насос еще можно назвать иными словами « вывернутый наизнанку « холодильник. Ведь в холодильнике хладагент нагревается за счет тепла, помещенных в него (холодильник) продуктов, и через систему трубок выводится на заднюю стенку , нагревая воздух вне холодильника.

А в случае теплового насоса это выделяемое тепло нагревает теплоноситель в системе отопления самого дома. В качестве отопительных приборов в таких системах отопления чаще всего и эффективней используются «теплые полы».

Заметьте! При наличии качественного и правильно рассчитанного «теплозаборного» контура при потреблении 1 кВт электроэнергии тепловой насос способен отдать в систему до 5 кВт тепловой энергии!

Разновидности геотермальных систем

Существует несколько видов таких систем отопления. Все они отличаются только теплообменником. Его выбор зависит от особенностей участка и некоторых нюансов местности.

  • Горизонтальный теплообменник используется для отопления только при наличии значительной территории, где нет огорода либо сада. Если вы хотите обеспечить тепловую энергию для загородного дома площадью в 200 м², то размеры земельного участка должны составлять минимум 600 м². Трубы располагаются в подготовленных траншеях, находящихся ниже уровня промерзания земли. Естественно, эта глубина может быть разной в зависимости от региона.
  • Вертикальный теплообменник помогает сэкономить место. Устанавливать такое оборудование можно, сохраняя ландшафт местности. Для углубления зондов применяется бурильное оборудование, что делает использование тепловых насосов дорогим. Важно помнить о том, что глубина скважины составляет около 100 м, а диаметр – не более 150 мм.
  • Некоторые теплообменники размещаются в толще воды. Подобный вариант отопления признан наиболее экономным, однако он подойдет только для тех людей, чей дом находится на расстоянии в 100 м от ближайшего водоема. В таком случае удастся использовать тепловую энергию воды. Соответственно, все трубы укладывают непосредственно на дно озера или пруда глубиной минимум в 2,5–3 м. Площадь водоема должна составлять хотя бы 200 м².

Многие люди затрудняются сделать выбор. Чтобы не ошибиться, стоит учесть финансовые возможности и некоторые особенности земельного участка. Если рядом с домом располагается водоем, который соответствует всем упомянутым требованиям, то удастся организовать геотермальное отопление своими руками. Причем разрешение на использование тепловых насосов и выполнение работ от каких-либо инстанций не потребуется. Если говорить об использовании других систем, то для вертикального теплообменника потребуются значительные финансовые вложения, а для горизонтального – много незанятой земли.

Способы работы системы геотермального отопления

Существует три основных принципа работы системы геотермального отопление:

  1. Первый вариант позволяет использовать тепловую энергию глубоких грунтовых вод. Эта вода достигает высоких температур, а тепловой насос, который поднимает её на поверхность, ещё и нагревает. После этого вода проходит через теплообменник, где отдаёт основное количество своей энергии.
  2. Следующий способ требует дополнительных затрат. В глубину грунта, которая достигает семидесяти пяти метров и более, спускают резервуар с антифризом. Он нагревается там и поднимается с помощью теплового насоса к теплообменнику. После того, как энергия отдаётся теплообменнику, антифриз спускается обратно в резервуар шахты.
  3. Третий принцип не нуждается в установке грунтовой шахты. Он подходит для обогрева зданий, которые имеют выход к водоёмам. В таком случае от теплообменника по дну водоёма устанавливаются горизонтальные зонды, которые поглощают и трансформируют тепло воды на дне.
Читайте также:  Виды и принцип работы трехходового крана для системы отопления

Преимущества геотермального отопления

Схема геотермального отопления имеет ряд весомых положительных характеристик. Доказано, что выделение энергии в разы превышают расходы на электричество для работы насоса.

Принцип действия геотермального отопления. Нажмите для увеличения.

Способы работы системы геотермального отопления

К тому же уровень экологической безопасности такого проекта значительно выше всех иных теплосистем. Такое отопление не производит выбросов, которые так негативно влияют на окружающую среду.

Для работы этой системы не нужно топливо или дополнительные химические вещества, что делает её абсолютно безопасной и для хозяев самого дома, и для водоёма, если он используется. В работе этой отопительной системы исключён риск взрыва или возгорания.

Если установка геотермальной системы будет выполнена правильно, то она прослужит без технической поддержки минимум тридцать лет, чего не скажешь о каких-либо других отопительных приборах.

Обычно такую систему нагрева используют в частных домах те, у кого установлены «тёплые» полы.

Классификация по конструкционному типу

Три типа теплообменников-горизонтальный, вертикальный и водоразмещенный

Конструкция геотермической бытовой системы выбирается исходя из географического расположения участка, типа и уровня промерзания грунта, наличия глубоких водоемов рядом со строением.

Классификация по конструкционному типу

Существуют такие виды внешних теплообменников:

  • Горизонтальные. Представляют собой контур, закопанный на глубине 2 м и более на площади не менее 60 квадратных метров. Необходимым условием для строительства является отсутствие деревьев вблизи трубопровода. Их корни могут повредить конструкцию и пострадать от перепадов температуры. Выкопать котлован можно вручную, но при наличии средств лучше нанять технику. Целесообразно над трубами обустроить газон.
  • Вертикальные. Предполагает бурение нескольких скважин глубиной до 150 м. С целью экономии полезной площади, из одной точки делается несколько отверстий под разными углами. Своими руками выполнить такую работу невозможно, необходимо приглашать специалистов. Отсюда большие затраты на установку.
  • Водоразмещенные. Трубопровод размещается на дне пруда, озера или реки. Метод требует минимум затрат, как в финансовом плане, так и в плане приложения усилий. Сложность состоит в том, что для строительства в водоеме общего пользования требуется разрешение. Кроме этого, нужно выбирать место, где вода зимой не будет промерзать до дна.

При выборе способа необходимо учитывать стабильность среды, где будет размещен контур. Чем меньше перепады температуры, тем эффективнее будет работать система.

Классификация по конструкционному типу

Устройство геотермальной отопительной системы

Геотермия (наука о тепловом состоянии Земли) сделала возможным практическое применение тепловой энергии, которую земная кора получает от раскаленной магмы в центре планеты.

Устройство геотермальной отопительной системы

Специально разработанный тепловой насос для отопления дома устанавливается на поверхности, а в грунте или на дне водоема монтируется теплообменник. Тепловая энергия «выкачивается» на поверхность и позволяет нагреть теплоноситель в контуре отопления дома или объекта нежилого назначения.

Как происходит процесс обогрева

Устройство геотермальной отопительной системы

Геотермальное отопление частного дома — экономически эффективный вариант. Если использовать энергию земли для отопления дома, то на каждый киловатт электроэнергии, необходимой для работы оборудования, приходится от 4 до 6 кВт полезной тепловой энергии, полученной из недр планеты.

В сравнении с функционированием кондиционера увидим, что при его эксплуатации на получение 1 кВт тепловой энергии требуется затратить более 1кВт электроэнергии. Это связано с неизбежными потерями на преобразование одной энергии в другую и т.д.

Устройство геотермальной отопительной системы

Отапливать жилой дом за счёт тепловой энергии земных недр очень выгодно, но период окупаемости оборудования и затрат на монтаж займет определенное время.

Использование тепла земли для отопления дома не требует установки традиционного котла для нагрева теплоносителя.

Устройство геотермальной отопительной системы

В данном случае система состоит из трех составляющих

  • контур нагревания — геотермальный источник тепловой энергии;
  • отопительный контур внутри дома — низкотемпературный радиаторный либо напольный;
  • насосная станция — тепловой насос для перекачивания в отопительный контур тепловой энергии из контура нагревания в толще грунта или под водой.
Устройство геотермальной отопительной системы

Геотермальная система отопления может применяться также для обогрева теплиц, вспомогательных построек, воды в бассейне, садовых дорожек и т.д.

Читайте также:  Как обогреть дом с помощью электричества экономно

Устройство геотермальной отопительной системы

Горизонтальная система — правила монтажа

Принцип устройства такого геотермального отопления идентичен конструкции теплого пола. Ниже предложенная схема поможет вам понять, как ее оформить и выбрать оптимальный вариант укладки теплообменника.

Горизонтальная система — правила монтажа

Рекомендации к укладке системы отопления горизонтального типа:

  1. Обозначьте территорию для прокладки трубопровода. Для этого выполните простой расчет геотермального отопления: прилегающий участок для размещения элементов цепи теплового накопителя должен в 2,5-3 превышать площадь, занятую самим зданием.
  2. Время проведения работ назначьте до выполнения дизайна ландшафта.
  3. Определите расположение и выройте траншею глубиной до 1,8 метра или ниже, чем показатель глубины промерзания почвы на вашем участке.
  4. Укладку трубопровода по траншее выполните изгибами из ПНД изделий.
  5. Проектируя схему размещения труб, одновременно создайте проект по дальнейшему озеленению, чтобы в процессе монтажа не затронуть нужные участки.
  6. В отношении расстояния между траншеей и зелеными насаждениями, придерживайтесь стандартного требования — не менее 1,5 метра.                                                                                      
Горизонтальная система — правила монтажа

Важно! Особенности горизонтальной конструкции системы обогрева с использованием природного тепла делают ее не столь востребованной. Позволить себе подобное решение могут только те, у кого во владении имеется достаточно масштабный участок.

Горизонтальная система — правила монтажа

Другие виды тепловых насосов

Кроме тепловых насосов, в которых используется тепловая энергия грунта и воды существуют конструкции, в которых используется энергия окружающего воздуха. В принципе, они отличаются тем, что в них отсутствует внешний контур (трубопровод), а роль теплоносителя в испарителе выполняет наружный воздух, нагнетаемый вентилятором. По такому принципу работают сплит-системы — кондиционеры, которые могут работать не только на охлаждение, но и нагрев помещения. Преимуществом таких систем является то, что нет необходимости устраивать внешний контур из трубопровода и укладывать его в грунт, скважину или водоем. Главным же недостатком является невозможность использования при температуре воздуха ниже 0ºС.

Замкнутая система

Замкнутые системы бывают трех типов:

  • горизонтального расположения – актуально при наличии свободной земли. Коллектор расположен в траншеях на глубине не промерзания грунта (около 1,5 метра). Его укладывают кольцами, извилисто, стараясь разместить на максимально меньшей площади.
  • вертикального расположения. Расположение коллектора — в скважине, допустимая глубина которого до 200 метров. Способ применяют при отсутствии свободного участка земли для горизонтального размещения: например, неоднородный ландшафт местности;
  • водный геотермальный тепловой насос – коллектор размещается в водоеме на глубине не промерзания, укладываясь кольцами. Ограничением служат минимальная глубина водоема и объемы воды.

Замкнутая горизонтальная система.