Что такое тепловой насос грунт-вода — особенности и схема подключения

Отопление тепловым устройством грунт вода

Квалифицированные специалисты рекомендуют при установке земляного теплового насоса обустроить в доме систему теплых полов. Так как особенностью этого отопления является то, что нужно большие радиаторы, а это не слишком красиво. Поэтому можно обустроить теплые полы и дополнительно небольшие радиаторы.

Дом должен быть подготовленным, то есть полностью утепленным. Так как чем лучше утеплен дом, тем меньше будет тепловых потерь. Также следует отметить, что температура при работе теплового насоса типа грунт-вода не достигает такого уровня, как при отоплении котельным оборудованием, а значит нужно предпринять все меры, чтобы тепло не выходило.

Если на участке где устанавливается змеевик, проходит водопроводная труба, то беспокоиться не стоит, так как никакого воздействия на нее грунтовый теплообменник не будет оказывать.

Конечно, цельной трубы для земляного коллектора такой длины не найти, по этому они будут устанавливаться бухтами, и между собой соединяться специальными муфтам (рис. 4) и, как правило, бухты длинной 100-200 м.

Тепловой насос земля-вода питается от электрической сети 220В или 380В. Так как циркуляционный насос работает только от электричества. Грунтовое тепловое устройство потребляет электрической энергии в 4-5 раз меньше, чем вырабатывает тепловой энергии. Экономия очевидна. То есть на 1 кВт электроэнергии приходится 4-5 кВт тепловой энергии.

Особенности функционирования тепловых насосов «земля-вода»

Применение этих устройств позволяет создать эффективную отопительную систему для любого здания или сооружения. Принцип функционирования тепловых насосов «земля-вода» основан на выполнении нескольких этапов. Это:

1. отбор тепловой энергии от грунта;
2. перемещение энергии в сооружение;
3. передача тепла к водяной отопительной системе.

Технология реализована с применением специальной установки, которая состоит из двух частей:

1. геотермического теплообменника, который находится ниже глубины промерзания почвы;
2. теплового насоса, который работает по обратному циклу Карно.

Конструктивные особенности теплового насоса «земля-вода»

Геотермические системы, созданные с использованием тепловых насосов данного типа, имеют в своей конструкции:

• коллектор или земляной зонд;
• теплообменник, который предназначен для переноса тепловой энергии к внутреннему контуру;
• компрессор;
• теплообменник, обеспечивающий передачу энергии в отопительную систему;
• систему ГВС или отопления, которая расположена внутри дома.

Оборудование функционирует стабильно, вне зависимости от внешних условий. Это обусловлено тем, что тепло извлекается из глубокозалегающих горизонтов грунта, температура которых всегда составляет от 5 до 10 градусов по Цельсию.

Тепловой насос «грунт-вода» для дома

Из всех разновидностей тепловых насосов, существующих на сегодняшний день, системы «грунт-вода» имеют наибольшую эффективность. При этом, они самые дорогостоящие, требуют больших трудозатрат для создания, что существенно ограничивает популярность и распространение этих комплектов. Рассмотрим устройство систем «грунт-вода», их возможности и особенности эксплуатации. Работу теплового насоса «вода-вода» мы рассмотрели в этой статье, «воздух-вода» в этой и «воздух-воздух» здесь.

Исследования ученых показали, что на глубине около 1,5-2 м почва практически никогда не изменяет свою температуру, составляющую от 5°С, до 10°С и стабильно находящуюся в этих пределах. Это позволяет использовать ее в качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для ТН.

Система, созданная на базе такого источника, не зависит от внешних факторов, в частности — от изменения климатических или погодных условий, понижения температуры и т. п. Единственная сложность — способ отбора тепловой энергии. Для этого используется обычная вода или (чаще) другой теплоноситель (антифриз, этиленгликоль), циркулирующий в трубах, погруженных тем или иным способом в грунт.

Основная проблема заключается в том, что для набора нужной температуры теплоноситель должен довольно длительное время находиться под землей, так как на выходе из испарителя он сильно охлаждается. Вопрос решается увеличением протяженности трубопровода, чтобы за время транспортировки потока он успевал нагреться до температуры грунта. Стабильность температуры почвы имеет очень положительное значение, так как появляется возможность отказаться от регулировки скорости циркуляции теплоносителя, настроив ее один раз при запуске системы в эксплуатацию.

Устройство и принцип работы грунтового теплового насоса

Грунтовые тепловые насосы используют низко потенциальную тепловую энергию земли, для получения тепла, достаточного для отопления дома. Принцип работы заключается в совместном применении первичного и вторичного контура.

Благодаря слаженной работе всей установки, грунтовые тепловые насосы для отопления дома, выполняют функции обогрева, охлаждения и обеспечения потребности в ГВС.

Первичный контур работает следующим образом:

• Земля, ниже точки промерзания, сохраняет стабильную положительную температуру. Начиная с 30 м, нагрев грунта увеличатся до 18°С. Причем, на стабильность температуры не влияют природные факторы и время года.
• Чтобы извлечь тепло, используют грунтовый коллектор теплового насоса или первичный контур отопления. Трубы укладывают на 30-50 см ниже точки промерзания. Внутри труб, по замкнутому кругу, циркулирует солевой раствор или пропиленгликоль. Жидкость нагревается до 8°С, после чего направляется в теплонасос. Такой температуры гликоля более чем достаточно для нагрева теплоносителя.
• В корпусе насоса установлен испаритель, который отбирает низко потенциальную энергию и преобразовывает ее в тепло, достаточное для обогрева дома и нагрева горячей воды.

После того как тепловая энергия поступила на приемник насоса, функции первичного контура заканчиваются и в работу вступает теплообменник станции. Выполняется преобразование тепловой энергии из грунтового контура.

Дальнейший принцип работы напоминает тот, что используют холодильники или кондиционеры, только вместо охлаждения, устройство работает на нагрев:

• В корпусе теплового насоса земля-вода, находится еще одна замкнутая система трубопровода, по которому циркулирует фреон – газ, легко преобразовывающийся из газообразного в жидкое состояние и наоборот.
• В испарителе происходит преобразование фреона в газ. При этом, поглощается большое количество тепловой энергии, доставленной от земли первичным контуром.
• Газ поступает в компрессор, происходит увеличение давления хладагента, при этом его температура существенно вырастает. Под давлением, фреон поступает в следующую камеру – конденсатор.
• Главной функцией конденсатора является обеспечение достаточных условий для обратного преобразования фреона в жидкость. Происходит процесс направленного конденсатообразования. Через стенки аккумулируется полученное тепло и передается водяному контуру отопления дома. В результате расширения хладагента, выделяется дополнительное количество тепла, достаточного, чтобы нагреть теплоноситель до 60-65°С.
• Проходя через расширительный клапан, фреон окончательно охлаждается и преобразовывается в жидкое состояние, после чего возвращается в испаритель.
• Процесс передачи тепла выполняется посредством косвенного нагрева. Используется емкость, внутри которой размещен конденсатор. Тепло поступает через стенки блока, в результате чего нагревается жидкость внутри накопителя. Емкость подключена к системе отопления и ГВС.

Расчет и выбор теплового насоса земля-вода

Чтобы применение тепловых насосов с использованием теплоты грунта было эффективным, необходимо произвести грамотные расчеты и подобрать оборудование, максимально подходящее в каждом отдельном случае.

Перед принятием решения потребуется определить следующее:

1. Будет ли станция использоваться как основной или дополнительный источник тепла.
2. Какие функции, помимо нагрева теплоносителя, должен выполнять тепловой насос.

Производительность станции напрямую влияет на оптимальную длину трубы земляного контура.

При предварительных расчетах, протяженность трубы и необходимые размеры участка, достаточного для размещения коллектора, высчитывают, просто умножая отапливаемую площадь дома на 2. Следовательно, чтобы уложить горизонтальный контур для здания на 200 м², потребуется придомовая территория, равная 400 м² (существуют варианты вертикального и наклонного расположения, позволяющие расположить коллектор на меньшей площади).

Если размеры и другие параметры участка позволяют уложить контур отбора тепла от грунта, переходят к выбору отопительной станции:

1. В расчет принимают мощность равную 0,7 кВт на каждые 10 м².
2. Для дома на 200 м², потребуется установка с производительностью не менее 14 кВт. Если планируется использовать насос для нагрева воды ГВС, к полученному результату добавляют еще порядка 20% запаса.

Достоинства и недостатки

Кроме того, нет зависимости от газовщиков и хождений по инстанциям для согласования. Да и требования к котельной не такие строгие. После пуска затраты на эксплуатацию минимальные. Оплачивается только электричество, насос средней мощности потребляет около 4 кВт в час. Современные модели импульсные, работают не беспрерывно, а включаются при необходимости. Это снижает количество рабочих часов в сезон и затраты энергии.

Главный недостаток геотермального отопления – цена вопроса, даже китайский или отечественный агрегат, не говоря о европейских брендах, стоит несколько тысяч евро. Вместе с обустройством внешнего контура и монтажом, удовольствие выльется в сотни тысяч рублей. Согласно расчетам экспертов и владельцев, насос окупается за несколько лет. Работает он на дармовом источнике, по сравнению со стоимостью тонны угля или куба дров, экономия значительная. Но далеко не у каждого есть лишних полмиллиона на оборудование и пусконаладку.

Если недалеко от участка водоем, получается значительно дешевле, отпадают траты на дорогостоящее бурение.

Действующие скважины тоже оптимизируют процесс, становясь источником тепла. Это подтверждает форумчанин дет марос из Усть-Каменогорска. Он работает на предприятии, выпускающем тепловые насосы и оказывающем услуги по их установке. Поэтому досконально разбирается в ситуации и на вопрос участника ветки, нужны ли ему зонды, если на участке есть скважины, ответил исчерпывающе.

Теплоноситель для теплового насоса

Фреон – это вещество, которое относится к искусственным синтезированным газам. Этот газ используется не только в работе грунтового устройства грунт вода, но также в конструкции холодильников и кондиционеров. Когда фреон нагревается до +30С, он начинает закипать и переходит в газообразное состояние. В компрессоре он сжимается до 26 атмосфер.

Именно под воздействием такого давления температура этих газов поднимается до +600С, а иногда и до +750С. Но когда происходит теплоотдача воде в системе отопления, то теряется от 10 до 150°. Отдав тепло, фреон остывает, показатель давления опускается до 4 атмосфер. Это так называемый эффект дросселирования. Далее происходит полное охлаждение до 00С, и фреон переходит опять в жидкое состояние.

Виды коллектора грунт вода

Коллектор грунтового теплового насоса может быть двух видов (рис. 2):

• Вертикальный;
• Горизонтальный.

Вертикальный коллектор – это длинный трубопровод, опущенный в скважину длина, которой составляет от 40 до 150 м. Этот вид теплообменника лучше горизонтальных тем, что на такой глубине температура больше. Если скважина очень глубокая то теплообменник оснащается еще защитной обсадной трубой, а если глубина сравнительно не большая, то это не обязательно. Но значительным недостатком такого способа размещения коллектора является высокая стоимость такой скважины.

Конечно, специалисты рекомендуют бурить скважину глубже. Но если техника или почва не позволяют, то можно сделать несколько скважин. Например, можно сделать одну скважину глубиной 80 м, а можно 4 скважины по 20 м. Главное чтобы суммарный результат получился достаточным для отопления дома. Может быть каменистая почва, с которой достаточно тяжело работать, в ней можно пробурить скважины не более 15-20 метров.

Площадь, на которую устанавливается коллектор земляного теплового насоса достаточно большая в отличие от вертикального варианта, на который нужен небольшой кусочек земли. Как правило, горизонтальный теплообменник занимает от 25 до 50 м2, а может и больше, смотря какая отапливаемая площадь. Негативным фактором этого варианта является то, что территория с этим коллектором может использоваться только под газон.

Зависимо от различных обстоятельств теплообменник может укладываться зигзагом, петлями, змейкой и т.д. Очень важно, какая теплопроводность у грунта, в который устанавливается теплообменник. Это зависит от качества земли, например, если почва влажная, то теплопроводность больше, а если почва песчаная, то теплопроводность маленькая. Если есть много петель в теплообменнике, то в комплектации обязательно должен быть циркуляционный насос.

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.

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.

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.

Какие детали понадобятся

Грунтовой насос состоит из таких деталей, как:

• испаритель;
• компрессор;
• конденсатор;
• терморегулирующий вентиль.

Если у вас есть исправный компрессор от старого холодильника, можно воспользоваться им. В противном случае его придется купить. Починка неисправного компрессора не целесообразна: ремонт может стоить столько же, сколько и новый компрессор. При покупке компрессора обращайте внимание на уровень шума. Вряд ли вам будет комфортно в доме с постоянно гудящим насосом. Терморегулирующий вентиль подбирается в соответствии со всей системой. Он должен легко совмещаться с остальными запчастями, поэтому не пренебрегайте «примеркой» деталей будущего теплонасоса.

Что понадобится при сборке:

• кронштейны L-типа (30 см);
• герметичная емкость из нержавейки (120 л);
• пластиковый бак (90 л);
• медные трубы (3 шт.);
• металлопластиковые трубы.

Диаметр и количество труб подбирается в соответствии с вашей схемой сборки. Также понадобятся болгарка и сварочный аппарат для металлических деталей. В остальном будет достаточно стандартного набора инструментов.

Основы монтажа теплонасоса земля-вода

Альтернативное отопление загородного дома на основе грунтового теплонасоса требует грамотного планирования, изготовления проектной документации, получения необходимых разрешений и проведения геодезических изысканий на участке. Только при выполнении всех этих требований, добиваются максимальной теплоотдачи системы.

Монтажные работы и установку теплового насоса типа грунт – вода, осуществляют в следующем порядке:

• Подготовительные работы и согласования – определяется тип грунта, анализируется площадь участка, подбираются варианты укладки труб, максимально соответствующие параметрам. Дополнительно получают все необходимые документы и проводят согласования с государственными учреждениями.
• Устанавливают насос, подключают электричество, устанавливают автоматы. Проверяют работоспособность установки. Подводят контур системы отопления дома.
• Укладывают водяной коллектор в грунт.
• Проверяют рабочие параметры.
• Сдают объект хозяевам дома.

Требования к помещению под теплонасос

Насосы, берущие тепло из слоев грунта, абсолютно безопасны. Каких-либо специфических требований, относительно помещений, используемых под котельную, не существует. Практика показала, что целесообразней устанавливать станции в котельных, соответствующих следующим требованиям:

• Площадь – помимо самого насоса, в помещении монтируют накопительную емкость. Размеры котельной должны позволить разместить все оборудования и обеспечить беспрепятственный доступ для обслуживания.
• Электрика – теплообмен между грунтом и грунтовым теплообменником происходит за счет работы энергозависимого оборудования. Подключение выполняется в согласии с действующими правилами. Автоматы устанавливают снаружи помещения. Обязательно подключение УЗО и заземления.
• Освещение – рекомендуется, чтобы в помещении было естественное и принудительное освещение.
• Звукоизоляция – большинство теплонасосов, во время работы издает шум около 40 дБ. Подобная интенсивность шумовых помех возникает при работе холодильника, кондиционера или принудительной вентиляции. По этой причине, дополнительная шумоизоляция не требуется, но комната под котельную должна закрываться дверью.

Основные требования к помещениям связаны с безопасным использованием электричества и созданием необходимых условий для простого обслуживания станции.

Какую трубу использовать для теплового насоса в землю

КПД теплонасосов с контуром в земле, во многом зависит от правильного выбора трубы для водяного контура. Коллектор, уложенный в землю, должен обеспечивать беспрепятственный теплообмен. Не лишним будет обратить внимание на стоимость трубы, так как при монтаже потребуется уложить большое количество материала.

Чаще всего для изготовления земляного коллектора используют виды труб, из следующих материалов:

• Медь – медный земляной контур отличается высокой теплопроводимостью, что обеспечивает максимальный КПД насоса. Срок службы трубы не менее 100 лет. Материал устойчив к коррозии и воздействию рассола для грунтового контура.
  Широкого распространения медные системы не получили по причине высокой стоимости. Так, для отопления дома в дома в 200 м², для грунтового коллектора потребуется уложить около 400 погонных метров медной трубы. Приемлемый вариант для небольших станций.
  Проведение монтажа выполняется методом пайки. В качестве альтернативы можно использовать стальные трубы.
• Полиэтиленовые трубы – имеют меньшую теплоотдачу, но стоят дешевле, отличаются прочностью и надежностью. Популярность труб из сшитого полиэтилена обеспечивает срок эксплуатации, достигающий 50 лет, а также простота укладки и проведения монтажных работ.
  

При выборе материала, рекомендуется прислушиваться к мнению проектно-монтажной организации, выполняющей установку и расчет земляного коллектора.

Организация укладки контура в грунт

Все монтажные работы по укладке коллектора в грунт выполняются исключительно после проведения предварительных расчетов и изготовления проекта. При этом учитываются следующие параметры:

• Глубина укладки – промерзание грунта при использовании теплонасоса несколько снижается, но все же присутствует. Минимальное расстояние контура от поверхности составляет 1,5-2 м.
• Шаг между трубами – минимальное расстояние между проложенными трубами 1 м. Допускается сокращение шага до 0,7 м при высокой теплоотдаче грунта (известняк и гранит). Расстояние между траншеями при укладке горизонтальных зондов нельзя сокращать по причине снижения показателей теплоотдачи.
• Способы укладки земляного коллектора – на выбор влияют общая площадь участка, близкое расположение термальных источников, производительность системы.
• Тип почвы – наибольшая тепловая емкость у каменистого грунта, песка, в районе пролегания поверхностных грунтовых вод. Наименьшие параметры у песчаной почвы, расположенной вдалеке от водоемов.

Глубина укладки земляного горизонтального контура зависит от выбранного способа прокладки труб. Тип разводки контура влияет на эффективность системы отопления. Существует три основных типа укладки:

• Горизонтальный – трубопровода размещают близко к поверхности земли. Такое решение имеет относительно небольшие параметры производительности, находящиеся в пределах 30-40 Вт на каждый погонный метр контура.
  Глубина прокладки труб внешнего горизонтального коллектора зависит от средней точки промерзания грунта в регионе. Трубопровод углубляют ниже на 0,3-0,5 м, в результате точка залегания труб 1,3-2 м.
  Недостатком данного решения является то, что для использования низкопотенциальной тепловой энергии земли потребуется сделать коллектор, занимающий огромную площадь, что не всегда возможно. Требуются глобальные земляные работы по устройству наружного зонда. Сажать деревья по всей площади укладки коллектора запрещается.
  
• Вертикальный – принцип работы теплонасоса грунт-вода оптимально соответствует теплоотдаче, получаемой от вертикальных скважин. После достижения глубины свыше 30 м, земля нагревается и стабильно поддерживает температуру +18°С. Трубы коллектора располагают вертикально. Максимальная глубина скважины 150 м.
  Грунтовый насос работает как кондиционер, только при условии обращения процесса охлаждения в обратную сторону. Соответственно, чем больше тепловой энергии, полученной из грунта будет поглощено, тем эффективней работает станция. Вертикальное расположение скважин обеспечивает нужным теплом и сокращает (по сравнению с горизонтальной установкой) необходимую площадь.
  Минусом решения является необходимость в использовании специального бурового оборудования и установок. При расчетах учитывают, что в глубоких скважинах (более 30 м) происходит ежегодное изменение температуры грунта при использовании теплового насоса грунт-вода. Со временем теплоотдача стабилизируется.
• Наклонный – даже простой расчёт геоконтура теплового насоса покажет, что данное решения является наиболее правильным. Занимаемая под установку площадь участка не более 4 м², допускается бурение даже в подвале своего дома.
  Для начала изготавливается шахта, которую опускают на глубину 4 м. Дальше, в разные стороны бурят скважины, расположенные под углом. В подземных коллекторах закладывают трубы, соединенные с теплоприемником в доме.
  Чтобы избежать промерзания грунта от контура, пустоты между трубами и землей заполняют специальным строительным раствором с хорошей теплопроводностью.
  

После монтажа, первичный водяной контур заполняют незамерзающей жидкостью для коллектора – рассолом. Состав должен иметь следующие характеристики:

1. Иметь хорошие параметры теплоотдачи.
2. Не замерзать при температуре -50°С.
3. Сохранять текучесть после нескольких циклов нагрев/охлаждение.

В качестве рассола обычно используется пропиленгликоль. Продукт, имеющий оптимальные показатели вязкости и рабочие показатели, позволяющие сохранять параметры при температуре от +12 до -50°С. Рассольно-водяной тепловой насос может работать и на других типах жидкости. Тип рассола указан в технической документации к теплонасосу.

После заполнения, проверяется наличие повреждений земляного контура. Если присутствует течь, участок заменяется, дефекты устраняются.

Вопросы и ответы о теплонасосах земля-вода

В странах ЕС, системы получили широкое распространение и эксплуатируются уже более 30 лет. Для отечественного потребителя, использование теплоты грунта в качестве низкопотенциального источника энергии для теплового насоса, является относительно новым методом отопления. Не удивительно, что, судя по отзывам консультантов компаний, продающих станции, покупатели все снова и снова задают одни и те же вопросы. В частности, следующие:

• Если дом отапливается за счет тепла земли, будет ли эффективным использование теплонасоса зимой?
• Стоит ли отказаться от привычного природного газа в пользу альтернативного отопления.
• Во сколько обойдется приобретение и установка станции.

Чтобы сократить время, необходимое на расспросы, ниже приводятся подробные ответы на эти и другие волнующие потребителей вопросы.

Можно ли отопить дом грунтовым насосом зимой?

Оптимальная температура грунта, достаточная для беспрерывной работы насоса 6-8°С. Таким параметрам соответствует нагрев земли, в 1,5-2 м от поверхности. Если правильно расположить контур, с соблюдением минимального шага, выхолаживание грунта не происходит. Устройство земляного коллектора позволит отапливать помещение круглый год в умеренных широтах и даже на Севере.
{banner_downtext}
Грунтовые тепловые насосы с закрытым циклом, преобразовывают низко потенциальную тепловую энергию, нагревая с ее помощью теплоноситель и воду для ГВС до температуры 60-65°С. Отапливать помещение лучше посредством теплых полов. В остальном, производительности насоса будет достаточно для обогрева.

Чем эффективнее обогревать дом – газом или грунтовым насосом?

Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии земли неуклонно растет. Некоторые страны ЕС почти полностью отказались от использования газа, в пользу альтернативных видов энергии. В Германии, широко используются электростанции, работающие на тепле, получаемом от гниения отходов (используется такой же принцип работы, как и в насосах, земля – вода).

Газовое оборудование имеет определенные преимущества:

• Стабильная производительность – существует влияние температуры грунта на мощность теплового насоса. Котел, работающий на газе, выдает указанную тепловую энергию, независимо от времени года.
• Стоимость подключения – оформление документов на газовый котел и подключение, в среднем обойдется в 1.5-2 тыс. $. Установка аналогичного теплового насоса стоит приблизительно 6000$.

На этом преимущества газового оборудования заканчиваются. Стоит отметить, что тепловой насос, даже по сравнению с экономичным котлом на газе, требует меньше расходов на энергоносители. Полная окупаемость затрат достигается уже спустя 6-8 лет, после этого станция начинает работать в плюс.

Современные тепловые насосы имеют коэффициент СОР, равный 5, что соответствует выработке 5 кВт тепла на каждый киловатт потраченной электроэнергии. Опыт эксплуатации теплонасоса земля-вода доказывает, что им можно с успехом заменить традиционные газовые котлы.

Сколько стоит оборудование с установкой под ключ?

Полностью подсчитать затраты, необходимые на приобретение и установку теплового насоса, можно только после проведения осмотра участка и получения представителями компании общего представления о технических характеристиках участка и дома. На сайте расположен калькулятор, позволяющий сделать предварительные подсчеты. На стоимость установки влияет:

• Себестоимость теплонасоса – станции, в зависимости от модели, производителя и мощности, в среднем обойдутся от 200 до 1200 тыс. руб. и выше.
• Длина контура – приблизительный расчет длины горизонтального грунтового теплообменника можно выполнить, умножив площадь отапливаемых помещений на 2. На стоимость работ влияет тип и материал коллектора.

Несмотря на необходимость в первоначальных затратах, использование тепловой энергии грунта с помощью геозондов, полностью экономически оправдано. Вложения окупаются за счет экономичности системы и долгому сроку эксплуатации, составляющему 50-70 лет.

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.

Как сделать тепловой насос «грунт-вода» своими руками

Цены на готовое оборудование таковы, что для большинства пользователей приобретение попросту недоступно. Пойти на такие расходы может только очень обеспеченный человек, но решением вопроса вполне может стать самостоятельное изготовление теплонасоса. В этом случае расходы упадут почти до нуля, но придется изрядно повозиться и побегать по инстанциям, чтобы получить разрешение на производство земляных работ. Если все вопросы административного порядка не являются проблемой, можно приступать к работам.

Бурение скважины

Создание коллектора или бурение скважины являются операциями, которые крайне сложно выполнить своими руками. Для этих работ приглашают специалистов с необходимой техникой. Все действия выполняются согласно заранее рассчитанным параметрам, в готовую скважину или коллектор погружается трубопровод, производятся все остальные действия. В результате должны остаться лишь два конца трубы, выходящие из земли или скважины. Впоследствии они будут присоединены к испарителю теплового насоса. После этого приступают к созданию контура с хладагентом.

Расчеты и сделать рабочие чертежи

Прежде всего, необходимо произвести расчеты и сделать рабочие чертежи. Предстоит большой объем работ, выполнять их наугад нецелесообразно. Создание проекта поможет тщательно продумать все рабочие моменты, позволит вовремя обнаружить ошибки и просчеты.

Купить оборудование

Вторым шагом станет приобретение всех элементов системы, которые изготовить самостоятельно нельзя. К ним можно отнести компрессор, блоки управления, насосы и прочие узлы системы.

Сборка теплонасоса

После этого приступают к непосредственному созданию теплонасоса. Для изготовления конденсатора потребуется бак из нержавейки объемом около 120 л. Бак разрезается в продольном направлении, впоследствии половинки надо будет сварить между собой, поэтому резать надо максимально аккуратно. Внутрь этого бака надо установить змеевик из медной трубки таким образом, чтобы жидкость, проходящая по ней, не могла смешиваться с содержимым бака.

Для изготовления змеевика трубку наматывают на отрезок трубы или иной предмет круглого сечения с подходящим диаметром. В верхней и нижней частях бака делаются по 2 отверстия для входа и выхода змеевика и теплоносителя из системы отопления дома.

Испаритель делается подобным образом, только объем бака надо брать меньше — около 80 л. Иногда вместо металлического бака используют пластиковые емкости, чтобы снизить образование конденсата на стенках.

Подключение компрессора

Для установки и подключения компрессора рекомендуется обратиться к специалисту по холодильным установкам. При создании фреонового контура надо учитывать разные мелочи и нюансы, которые известны только опытным мастерам. Самостоятельное выполнение пайки контура грозит появлением неточностей и ошибок, которые впоследствии обязательно дадут о себе знать. Кроме того, понадобится закачать в систему фреон, что также следует поручить опытному специалисту.

Система трубопроводов

Собранный контур присоединяется к системе трубопроводов со стороны испарителя и к системе отопления дома со стороны конденсатора. Эти работы довольно просты и доступны для самостоятельного выполнения. Подключается блок управления системой, после чего собранный тепловой насос запускается, проверяется на работоспособность, при необходимости производится исправление ошибок и устранение всех обнаруженных изъянов. Если никаких нареканий не имеется, то эксплуатация оборудования продолжается в рабочем режиме.