Геотермальный насос для отопления дома

Делаем геотермальное отопление своим руками: описание работы насосов, основные характеристики и отзывы владельцев

В настоящее время существует множество способов организации альтернативного отопления. Большинство из них характеризуются низким показателем КПД и используются только в качестве вспомогательной системы. Однако есть по-настоящему эффективный метод теплоснабжения из альтернативных источников тепла земли. Как сделать геотермальное отопление дома своими руками: принцип работы, насосы, отзывы помогут решить этот вопрос.

Принцип работы геотермального отопления

Работа геотермального отопления

В зависимости от состава почвы происходит естественное повышение температуры на +3°С на каждые 100 м. Именно на этом явлении и основано геотермальное отопление в Европе, которое применяется уже не один десяток лет. Но как на практике использовать этот эффект?

Принцип работы геотермального отопления дома заключается в передаче тепловой энергии с помощью нескольких типов теплоносителя. Для этого необходимы несколько контуров, каждый из которых выполняет свою функцию:

• Наружный. Трубопроводы находятся в среде, температура в которой составляет от +7°С до +10°С. Эта энергия передается теплоносителю, поступающему в следующий контур.
• Теплообменный. Основной элемент – тепловой насос. В нем циркулирует хладагент, в котором при повышении давления происходит повышение температуры. Нагреваясь от теплоносителя наружного контура, он попадает в компрессор. В результате этого происходит повышение температуры от +7°С до +65°С. Для повторения цикла жидкость через дроссель поступает в испаритель. Это основной принцип работы геотермального отопления.
• Внутренний контур. В нем с помощью теплообменника происходит передача тепловой энергии от хладагента к теплоносителю в основной системе отопления дома.

Для того чтобы правильно сделать геотермальное отопление своими руками необходимо прежде всего подобрать схему первичного контура и соответствующий тепловой насос.

Геотермальное отопление можно совместить с традиционными типами теплоснабжения – с газовым котлом, электрическим или твердотопливным. Таким образом можно уменьшить текущие затраты на теплоноситель.

Виды геотермального теплоснабжения дома

Схема геотермального отопления

Перед тем как делать геотермальное отопление загородного дома своими руками следует провести ряд предварительных мероприятий. Прежде всего — найти оптимальный способ расположения труб первичного контура.

Главным условием при этом является температура среды, где будут расположены магистрали. Она не должна быть ниже +7°С. На практике для этого выполняют монтаж трубопроводов в грунт. В некоторых случаях в качестве основной среды может выступать водоем или река. Однако отзывы о геотермальном отоплении дома такого типа зачастую говорят о низкой эффективности в зимний период.

Для правильной организации альтернативного теплоснабжения необходимо выполнить следующие действия:

1. Рассчитать оптимальную мощность. Если геотермальное отопление частного дома будет в качестве основного – его номинальная мощность должна обеспечить нагрев воздуха во всем здании.
2. Провести анализ состава грунта и глубину его промерзания. От этого зависит выбор схемы расположения труб первичного контура.
3. Определить месторасположение теплового насоса. Для минимизации тепловых потерь геотермальные системы отопления своими руками обустраиваются в отдельном помещении – подвале или хозяйственной постройке. Важно, чтобы температура в нем была не ниже +14°С.

Несоблюдение этих простых правил может привести к неправильной работе системы. Нередко отзывы владельцев геотермального отопления указывают на важность первичного анализа и подбор правильного оборудования.

Для обеспечения бесперебойной работы системы необходима установка автономного источника электропитания – генератора.

С горизонтальным размещением

Наименее трудоемкий способ установки труб первичного контура является горизонтальным. Они располагаются на глубине от 0,5 до 3 м. Для уменьшения площади магистрали располагаются витками. Но при этом расстояние до каждой должно быть не менее 20 см.

До того как сделать геотермальное отопление — проводится первичный анализ состояния грунта. Сначала определяется его теплоотдача. Она может составлять от 20 до Вт/м². Исходя из этого рассчитывается общая протяженность первичного контура.

Кроме этого следует выполнить такие действия:

• Проверка уровня промерзания почвы. Глубина залегания труб должна быть ниже этого показателя;
• Грунтовые воды. Для их естественного удаления в период больших паводков на дно котлована засыпается песчаный слой;
• Выбор материала изготовления трубопроводов. Он должен быть достаточного гибок и механически надежен. Для геотермального отопления в Европе чаще всего используют трубы из сшитого полиэтилена.

Если важным является вопрос, сколько стоит геотермальная система отопления – то горизонтальное расположение поможет существенно снизить текущие затраты на монтаж системы. При установке нескольких первичных контуров необходим монтаж входного и выходного коллекторов.

С вертикальными трубопроводами

Вертикальная схема работы

Учитывая основные принципы работы геотермального отопления дома во время проектирования необходимо добиться максимального нагрева теплоносителя от земли. Это можно сделать только при установке вертикальных магистралей.

Для организации геотермального отопления загородного дома своими руками вертикального типа необходимо сделать скважины, глубиной от 30 до 100 м. В них помещаются трубопроводы первичного контура.

Такая схема более трудоемка, чем вертикальная, но имеет ряд преимуществ:

• Большая глубина залегания магистралей. В этом случае теплоотдача окружающей среды повышается на 25-30% — до 70 Вт/м²;
• Небольшая площадь для монтажа;
• Практически отсутствует зависимость от промерзания грунта.

Кроме этого способа нередко применяют основные принципы работы геотермального отопления для горячего водоснабжения в летний период. Для этого первичный контур помещают в воду — озеро или реку.

Перед бурением скважин необходимо сделать анализ почвы и определить оптимальную глубину. Состав почвы напрямую скажется на трудоемкости процесса.

Монтаж геотермального отопления своими руками

Конструкция теплового насоса

На практике сделать теплоснабжение этого типа — задача сложная. Особенностью проектирования и монтажа геотермального отопления своими руками является наличие теплового насоса – основного агрегата системы.

В конструкцию этого устройства включен внутренний контур с хладагентом, компрессор, дроссель и испаритель. Для управления работой обязательно предусматривается электронный блок. На что необходимо обращать внимание при выборе геотермального теплового насоса для отопления?

• Тип устройства. В теплоснабжении применяются модели «грунт-вода». Помимо них существуют «вода-вода» и «воздух-вода»;
• Номинальная тепловая мощность. Она напрямую зависит от расчетных параметров. Стоит учитывать, что практически все модели имеют значение этой характеристики до 18 кВт;
• Потребляемая мощность. Это сумма электрической энергии, необходимой для работы компрессора, насоса и электронного блока управления. Напрямую зависит от номинальной мощности устройства;
• Параметры отопительной системы – температурный режим и оптимальный показатель давления. Для всех геотермальных систем отопления своими руками последний показатель обычно не превышает 3 бар;
• Стоимость. В настоящее время обустройство геотермального отопления частного дома является самым дорогим. И большая часть расходов — это приобретение теплового насоса. Поэтому нужно особое внимание уделить правильному выбору этого компонента системы.

Трубы для геотермального отопления

Кроме геотермального теплового насоса для отопления — следует правильно подобрать трубы для наружного контура. Они должны отвечать определенным требованиям. В частности – иметь минимальный показатель сопротивления теплопередачи. В идеале для этого следовало бы использовать стальные магистрали. Однако их эксплуатация в этой среде связана с множественными проблемами. Поэтому зачастую сделают геотермальное отопление из полимерных гибких трубопроводов.

После анализа отзывов о геотермальном отоплении дома можно выделить следующие положительные качества полимерных труб для этого типа теплоснабжения:

• Достаточная гибкость. Это важно при обустройстве горизонтального геотермального отопление загородного дома своими силами.
• Простота установки и состыковки отдельных контуров. Для этого применяются механические муфты.
• Возможность оперативной замены поврежденного участка в случае аварийной ситуации.

Также не нужно забывать о стоимости. Учитывая, что в основе принципа работы геотермального теплоснабжения лежит тепловой насос – следует уменьшить затраты, чтобы приобрести оптимальную модель этого устройства.

Для полноценного функционирования системы рекомендуется в первичном контуре применять специальный состав теплоносителя, который имеет температуру замерзания ниже 0°С.

Расчет стоимости геотермального отопления

Геотермальное отопление в доме

Для потребителя одним из определяющих факторов теплоснабжения является его цена и расходы на обслуживание. Учитывая большой опыт европейского применения геотермального отопления, следует сначала рассчитать оптимальный бюджет.

Для самостоятельного создания геотермального отопления не рекомендуется делать тепловой насос своими руками. Это обусловлено сложностью конструкции и обязательными техническими расчетами его параметров. Оптимальный вариант – приобретение уже готового геотермального теплового насоса.

На рынке представлены модели многих европейских производителей. Существует их рейтинг, который поможет определиться с оптимальным вариантом:

Все модели этих компаний отличаются не только хорошим качеством, но и высокой ценой. Поэтому перед планированием геотермального теплоснабжения частного дома рекомендуется провести анализ предложений на рынке.

Помимо этих расходов следует учитывать стоимость других комплектующих – труб, соединительных элементов и разводки внутреннего отопления дома. Можно добиться существенной экономии при самостоятельной установке геотермальной системы отопления. Однако при выборе вертикальной схемы монтажа первичного контура без применения спецтехники не обойтись. В среднем стоимость геотермального отопления «под ключ» в настоящее время составляет от 700 тыс. до 1,2 млн. рублей. Все зависит от планируемой мощности и бюджета.

Перед покупкой насоса обязательно необходимо ознакомиться с отзывами владельцев геотермального отопления. Это поможет узнать фактические эксплуатационные качества оборудования.

Отзывы о геотермальном теплоснабжении

Как можно составить объективное мнение об этом типе отопления? Одним из способов является детальное ознакомление с отзывами о геотермальном теплоснабжении дома. Это необходимо делать очень внимательно. Некоторые владельцы систем не совсем понимают принцип работы геотермального отопления. Поэтому и появляются негативные отзывы о его функционировании:

• Долго рассматривали актуальность установки теплового насоса. Система дорогая, но с учетом электрического отопления дома оказалась очень продуктивным инструментом экономии расходов. Использовать только геотермальное отопление нерационально – слишком долго нагревается вода. Поэтому используем ее как вспомогательную систему;
• Монтаж теплового насоса с трубами занял почти две недели. Как оказалось на месте прокладки магистралей нельзя строить. А они занимают значительную площадь двора. Теперь задумываемся о переделке – будем бурить скважины и по-новому монтировать наружный контур;
• Нас уверяли, что тепловой насос способен полностью обогреть наш немаленький дом – 230 м². Но зимой вода в трубах едва нагревается до +50°С. Поэтому приходится периодически включать запасной электрический котел.

Стоит ли обустраивать геотермальное отопление, учитывая всю сложность монтажа и высокую стоимость оборудования? Это должно быть взвешенное решение, подкрепленное расчетами и полным анализом всей системы. Только на основе этих данных можно определить актуальность монтажа геотермального отопления.

С реальным отзывом о работе геотермального отопления можно ознакомиться в видеоматериале:

Геотермальное отопление дома своими руками: сравнительный обзор способов устройства

Многие владельцы частных домов все еще считают, что геотермальное отопление – это термин чуть ли не из области научной фантастики, и актуален он только для тех регионов, где бурлят горячие источники и имеется высокая вулканическая активность. А поскольку такие природные явления – редкость, то перспективы использования данной альтернативной энергии в наших условиях выглядят для многих туманно. На самом деле геотермальный насос с успехом генерирует тепло и при невысоких температурах, так что даже в умеренном климате применять его можно довольно эффективно. А вот под силу ли смонтировать геотермальное отопление дома своими руками? С этим попробуем разобраться.

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.

Горизонтальный теплообменник

Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.

Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором

Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.

К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.

Вертикальный теплообменник

Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.

Водоразмещенный теплообменник

Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.

Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства

Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.

Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».

О достоинствах и недостатках системы

Впервые к геотермальному отоплению пристально присмотрелись в США, во время кризиса в 80-х. Достаточно дорогие установки прописались в домах самых богатых и продвинутых, но постепенно они становились все доступнее и популярнее. Европа взяла новинку на заметку и стала активно внедрять на своих просторах. Сейчас этот вид отопления уже совсем не диковинка, в Швеции, например, около 70% всего тепла синтезируется при помощи тепловых насосов.

Производители чудо-оборудования и зеленые в один голос твердят о преимуществах этого вида отопления перед всеми остальными, главные плюсы, на которые делается акцент, такие:

• для отопления используется тепловая энергия земли, которая является возобновляемой и неисчерпаемой;
• не существует риска возгорания;
• отпадает потребность в доставке и хранении топливных материалов;
• при работе оборудования не образуются какие-либо вредные выбросы, система абсолютно безопасна и экологична;
• система работает автономно, не нуждается в постоянном контроле и вмешательстве;
• она экономична, практически не требует от владельца затрат на обслуживание;
• при всем разнообразии моделей, коэффициент производительности оборудования остается неизменно высоким.

Геотермальная система отопления хорошо проявила себя в сочетании с «теплыми полами». Подобный дуэт обеспечивает равномерное распределение температуры и препятствует образованию зон перегрева.

Важно! Наиболее выгоден этот вид отопления для домов, площадью до 150 м², владельцы таких небольших коттеджей уверяют, что затраты окупаются за каких-нибудь 3-4 года.

Отметим, что на постсоветском пространстве эти системы пока еще не стали популярными. Во многом это объясняется достаточно весомыми капиталовложениями, которые потребуется сделать в самом начале, и довольно длительным сроком окупаемости. Убедить наших сограждан, что это, в конце концов, все равно экономически выгодно, достаточно сложно. Хотя, если учесть ежегодное подорожание привычных теплоносителей и то, что система рассчитана в среднем на 100 лет эффективной работы, то выбор покажется вполне оправданным.

2Алибек, в случае использования солнечного коллектора в качестве рассеивающего контура, как оно будет работать ночью? Имеется ввиду, когда наблюдаются пики снижения температуры. Также земляной-водяной контур позволяют получить более стабильные характеристики по мощности системы, а с солнечным коллектором все гораздо сложнее, начиная от облачности и заканчивая снегопадами, которые сводят на "нет" эти агрегаты.

Будет. Смысл в том, что вы бурите дырку в землю на 200-300м. Геотермический градиент в скважине возрастает на 1 градус на каждые 36 метров. То есть, у вас -40 и глубина промерзания в Сибири допустим 10 м. При скважине 200 м остается 190 м, далее 190/36=+5 — это в одной скважине. Это тепло поднимается к вам в деревянный дом, холод снова опускается вниз. Чем больше скважин или больше их длина, тем эффективней будет использование недр земли. Эта температура ПОСТОЯННА, она идет от ядра земли и никуда не денется.

Способ 1 с горизонтальным — да, не у всех столько места есть на участке; Способ 2 с вертикальным — и кто же вам позволит бурить скважину в 200 метров на своем участке? Хоть законы почитайте; Способ 3 с погружением в воду — И что, у всех есть пруды на участках? Как вариант отопления — да, такое возможно наверное. Но как вариант для реализации на своем участке — полный бред как по возможностям, затратам и разрешительной документации.

Обычный сплит на киловатт затраченной электроэнергии выдает 2.5-3.5 КВт тепловой. Причем это утверждение верно для реальных условий при использовании не самых современных сплит систем и разнице температур около 40 градусов. При снижении разницы температур эффективность и того больше. Есть конечно ограничения зависящие от типа применяемого хладагента: например большинство китайских сплит систем находящихся в эксплуатации не могут эффективно обогревать помещение при температуре воздуха окружающего уличный блок ниже минус 10 градусов по Цельсию. Но есть сплит-системы, для которых этот порог значительно ниже: так например при использовании фреона r23 имеющего давление закипания 1.48 Атм при температуре -65 градусов Цельсия энергоэффективность установки сохраняется до -70 градусов. Дешевая альтернативная энергия на практике оказывается дороже чем традиционная, и используется не в качестве дешевой альтернативы традиционному газу, дровам или электричеству, а лишь в том случае когда традиционные виды энергии по какой либо причине не доступны, либо в качестве резервных источников. Стоимость электроэнергии от ветряка 5-7 КВт, при использовании его в качестве основного источника энергии, достигает 24-72 рубля за киловатт (!) (зависит от модели и графика суточного потребления). Бензиновый генератор 5 КВт дает энергию по цене от 22,4 до 32 рублей за киловатт при цене 92 бензина 32 рубля за литр. Но начальные вложения в этом случае гораздо меньше. А при установке контроллера заряда, буферной батареи и инвертора бензиновый киловатт станет дешевле на треть.

Бурение скважины не обязательно 200 м, достаточно 4 скважины диаметром 150-200 мм и глубиной 20-25 м в зависимости от геологических условий. Даже в Cибири достаточно этих глубин. Присутствие воды в скважине благоприятно скажется в работе системы.

При бурений обводнённых скважин иногда бывает осложнения, то есть при слабых породах стенки скважины обрушаются, здесь нужно применять обсадку или произвести цементацию в данной зоне скважины.

У меня несколько вопросов. Первый — из какого материала должны быть контуры? Второй вопрос — диаметр контура? И третий вопрос — в каком положении должен находиться контур в скважине? Подвесном или плотно утрамбованный землей?

1# Укажите пожалуйста закон запрещающий бурение скважин в 200м/п? 2# Как правило глубже 100м/п не бурим — разбиваем на несколько. 3# Достаточно 10м/п между зондами, потому для дома в 150-200 м2 вполне достаточно 4 зонда по 60-70 м/п. 4# Если задумываться о тепловом геотермальном при планировании фундамента, то зонды можно разместить под домом!

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 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.

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.

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

Видео — Геотермальный тепловой насос своими руками

Источники: http://strojdvor.ru/otoplenie/otoplenie-v-dome/delaem-geotermalnoe-otoplenie-svoim-rukami-opisanie-raboty-nasosov-osnovnye-xarakteristiki-i-otzyvy-vladelcev/, http://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/geotermalnoe-otoplenie-doma-svoimi-rukami.html, http://kanalizaciyaseptik.ru/nasosnoe_oborudovanie/geotermalnyj-teplovoj-nasos-svoimi-rukami.html

Как вам статья?