Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Главная страница » Земляной тепловой насос (геотермальный тепловой насос) что это такое?

Технологии будущего

По-европейски. Отопление дома тепловым насосом с каждым годом получает всё большее распространение на Западе. Европейцы ценят его за экологичность, экономичность и безопасность. Кроме того, ставка на возобновляемые источники энергии – это модная тенденция. В нашей стране эти системы отопления редкость, а некоторые домовладельцы даже не подозревают об их существовании. Нет и достаточного числа грамотных специалистов, способных проектировать, монтировать и в дальнейшем обслуживать оборудование. Но ситуация постепенно меняется…

Верхняя и нижняя разводка

По способу разводки подачи различают систему с верхней и нижней подачей. При верхней разводке труба идет под потолком, а от нее вниз опускаются к радиаторам трубы подачи. Обратка идет вдоль пола. Этот способ хорош тем, что можно легко сделать систему с естественной циркуляцией – перепад высот создает поток достаточной силы, чтобы обеспечить хорошую скорость циркуляции, необходимо только соблюсти уклон с достаточным углом. Но такая система становится все менее популярной из-за эстетических соображений. Хотя, если спрятать трубы вверху под подвесной или натяжной потолок, то на виду останутся только трубы к приборам, а их, собственно, можно замонолитить в стену. Верхняя и нижняя разводка применяются и в вертикальных двухтрубных системах. Разница продемонстрирована на рисунке.

Двухтрубная система с верхней и нижней подводкой теплоносителя

При нижней разводке труба подачи идет понизу, но выше, чем обратка. Тубу подачи располагать можно в подвальном или полуподвальной помещении (обратка еще ниже), между черновым и чистовым полом и т.д.  Подводить/отводить теплоноситель к радиаторам можно, пропустив трубы через отверстия в полу. При таком расположении подключение получается наиболее скрытым и эстетичным

Но тут нужно подбирать расположение котла: в его положение относительно радиаторов неважно – насос «продавит», а вот в системах с естественной циркуляцией радиаторы должны находиться выше уровня котла, для чего котел заглубляют.

Двухтрубная система разная схема подключения радиаторов

Двухтрубная система отопления двухэтажного частного дома проиллюстрирована в видео. Она имеет два крыла, температура в каждом из которых регулируется вентилями, нижний тип разводки.  Система с принудительной циркуляцией, потому котел висит на стене.

Технология геообмена для получения энергии

Земляной тепловой насос в научных кругах больше известен под другими названиями, в частности:

  • геообмен (Geoexchange),
  • грунтовой теплообменник,
  • земная энергетическая система.

Инженеры, однако, чаще пользуются термином «земляные тепловые насосы», дабы избежать путаницы с традиционной геотермальной энергией, где используется высокотемпературный источник тепла для выработки электроэнергии.

Земляные тепловые насосы действуют по принципу сбора тепла, получаемого от Солнца и поглощаемого поверхностью Земли. Температура грунта ниже 6 метров от границы поверхности равна среднегодовой температуре воздуха для конкретной широты земного шара.

ТЕПЛОВОЙ

Структурная схема установки: 1 – природный земляной теплообменник на трубном петлевом замкнутом контуре; 2 (3) – тепловой насос; 4 – ресивер с горячей водой; 5 – тепло, направляемое в радиаторы или в систему тёплого пола; 6 – использование водного ресурса для хозяйственных нужд

В зависимости от параметра широты, температура под верхним слоем Земли поддерживается на постоянном уровне в диапазоне 10-16°C. Подобно холодильнику или кондиционеру, систему допустимо использовать в качестве теплового насоса для принудительной передачи тепла от грунта.

Тепловые насосы способны передавать энергию от холодной к тёплой области в противовес естественному направлению потока. Либо эти же устройства способны усиливать естественный поток тепла, направленный от теплой среды к холодной.

↑ Элементы отопительной конструкции

Чаще всего дома в частном секторе обогреваются с помощью водяного отопления. Выбор на этот вид отопления падает из-за универсальности. Теплоноситель поставляет тепло во все комнаты здания. А сам теплоноситель нагревается одним из возможных энергоносителей. Водяные котлы позволяют организовывать комбинированную подачу тепла с применением двух либо трёх разновидностей:

  • трубопроводной сети, которая включает арматурные изделия и приборы;
  • теплоносителя;
  • приборов отопления: контурные элементы «тёплого пола», обвязка дома трубами или радиаторы.
Читайте также:  Как производят демонтаж плит перекрытия?

Чтобы регулировать теплоноситель, выполнять обслуживание отопительной сети, используется запорно-регулирующая арматура и дополнительные элементы.

Дополнительно присутствуют такие элементы:

  • расширительная ёмкость;
  • насос для циркуляции воды;
  • гидравлический разделитель;
  • буферный бак;
  • коллектор-распределитель;
  • бойлер прямого нагрева;
  • средства и приборы-автоматы.

Важно! Обязательный элемент водяного отопления – расширительный бак. По мере необходимости можно установить и другое оборудование.

Из физики нам известно, что, нагреваясь, вода расширяется. Когда пространство замкнуто, то полученному дополнительному объёму жидкости деться некуда. Чтобы соединения в сети от превышенного давления не разорвались, и нужен расширительный бак. Ёмкость, принимающая излишки воды, выпускается мембранного типа.

Чтобы теплоноситель принудительно циркулировал, монтируют в сеть насос. Если установлено два и больше контуров, то применяют столько же перекачивающих приборов.

Буферный бак работает и как тепловой аккумулятор, и как гидравлический разделитель. Если обустраивается отопление в коттедже либо в здании на 2-3 этажа, то контур циркуляции отделяется от остальных элементов.

Распределительные коллекторы монтируются в отопительных сетях с тёплыми полами. Они применимы и тогда, когда используется подключение радиаторов по лучевой схеме.

Ёмкость со змеевиком (бойлер) – в нём от теплоносителя нагревается вода для потребностей ГВС. Чтобы контролировать температуру и напор в сети, устанавливают манометры и термометры. В качестве приборов автоматизации выступают датчики, регуляторы температуры, контроллеры.

Что такое тепловой насос

Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа – теплового насоса.

Тепловой насос – устройство, которое использует тепло окружающей природы – воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса – фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.

Посмотрите товары для изобретателей. Ссылка на магазин.

Принцип работы теплового насоса – перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую – в систему отопления.

Казалось бы, тепловой насос – сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник – тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло – охлаждая продукты и грея импровизированную “систему отопления” – решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.

Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.

Что такое тепловой насос

Электроника для самоделок в китайском магазине.

Что такое тепловой насос

Схема работы теплового насоса

Что такое тепловой насос

Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора – а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются – они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три – контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления.

Что такое тепловой насос

Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов – по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.

Что такое тепловой насос
  • Воздушные тепловые насосы – первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке – не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.
Что такое тепловой насос

Принцип работы водяного теплового насоса

  • Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже – тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.
Что такое тепловой насос

Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами

Что такое тепловой насос

В целом, при правильном подходе, тепловой насос – удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.

Читайте также:  Ремонт кирпичной печи: мелкий, средний, капитальный

Пример котельной с тепловым насосом DANFOSS для отопления и нагрева горячей воды

С вами продолжает мастерить дед Андрей…

Преимущества использования теплового насоса

  • Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
  • Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
  • Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
  • Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
  • Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
  • Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
  • Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
  • Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
  • Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
  • Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Срок окупаемости системы отопления с теплонасосом

Приобретение (изготовление) и установка отопительного оборудования обходятся в приличную сумму. Точная цифра зависит от качества теплоизоляции жилища, типа насоса и потребностей жильцов. Как уже отмечалось выше, минимальная стоимость готового теплонасоса равна примерно $4 тыс. плюс расходы на проведение монтажных работ. Но практика показывает, что в большинстве случаев затраты окупаются уже за 2-3 года, а если изготовить и установить оборудование самостоятельно — и того быстрее. Приятным дополнением при эксплуатации отопительной системы на базе теплового насоса является возможность его использования в летний зной в качестве кондиционера.

Поделиться в соц. сетях

Срок окупаемости системы отопления с теплонасосом

НравитсяПолучайте новости о скидках и акциях от компании на ваш email:Узнать цены на промышленные настенные — потолочные обогреватели Большие настенно — потолочные нагреватели промышленные Узнать цены на инфракрасные потолочные обогреватели (с характеристиками под заказ) Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ

Использование тепловых установок в мире

Практика применения таких тепловых агрегатов в мире насчитывает уже более 50 лет. Главными движущими причинами такого явления стало удорожание традиционных энергетических ресурсов и повсеместная поддержка правительствами многих стран использования альтернативных источников энергии.

Поэтому количество тепловых насосов постоянно растет высокими темпами – до 10 – 30% в год, несмотря на высокую стоимость установки. Количество таких устройств в настоящее время составляет уже более 270 штук. Наиболее активно тепловые системы применяются в США и Канаде. На них приходится до половины установок, используемых во всем мире.

Россия, несмотря на положительные условия для применения тепловых насосов, отстает от мировых тенденций в их использовании. Здесь, по-видимому, играет роль наша убежденность в полной обеспеченности природными ресурсами. При этом, далеко не во всех населенных пунктах страны имеются газопроводы. Мировой опыт использования тепловых наcосов говорит о положительных тенденциях в развитии их использования.

Немного о стоимости

Обустройство теплового насоса под ключ с горизонтальным контуром мощностью 10 кВт обойдется в 500-600 тысяч рублей. Такой мощности отопления достаточно для дома в Московской области площадью около 150 квадратных метров, то есть в регионе, где морозы могут опускаться и до -30℃. Длина труб контура для описанной системы — 600 м. Серьезного обслуживания оборудование и коммуникации не требуют. Если монтировать тепловой насос не своими руками, а с привлечением компании-установщика, то нормальной практикой является выдача 10-летней гарантии на бесперебойную работу.

Анализ эффективности теплового насоса

Конструкция теплового насоса для обогрева помещений – перспективный вид альтернативного отопления. Способ отопления обладает следующими достоинствами:

  1. Энергетическая эффективность;
  2. Экологическая и пожарная безопасность;
  3. Возможность применения в любой климатической зоне;
  4. Относительная экономическая эффективность;
  5. Многофункциональность.
Читайте также:  3 схемы подключения автоматики электрического отопления.

Энергетическая эффективность устройства характеризует показатель затрат энергоносителя на получение единицы теплоты. Он составляет 1 кВт электрической мощности на 4,5 – 5,5 кВт тепловой мощности. Таким показателем не могут похвалиться другие модификации отопления.

Экологическая безопасность обусловлена полной нейтральностью для здоровья человека веществ, используемых в процессе – фреона, водного раствора поваренной соли, воды. Высокая пожарная безопасность гарантируется отсутствием огня, раскаленных поверхностей, взрывоопасных смесей веществ.

Строительство теплового насоса возможно в любых широтах, при этом будет варьироваться коэффициент полезного действия комплекса.

Экономическая эффективность вызвана минимальными затратами на получение тепла реализуемым принципом работы теплового насоса. Тепловой насосный агрегат зимой может выполнять функции комплекса отопления, летом – системы кондиционирования.

Наряду с преимуществами система отопления с теплым насосом в качестве источника теплоты имеет следующие недостатки:

  1. Высокая стоимость;
  2. Большой срок окупаемости;
  3. Сложность управления;
  4. Трудности самостоятельного изготовления.

Высокая стоимость оборудования и материалов обусловлена большим объемом трубопроводов, дороговизной компрессора, теплообменных аппаратов. При укладке и обустройстве внешних контуров сбора тепла потребуются значительные по объему монтажные и строительные работы.

Срок окупаемости финансовых затрат составляет период в 9 – 11 лет. За это время оборудование уже достигает высокой степени износа. Самостоятельное изготовление отдельных высокотехнологических компонентов системы теплового насоса – компрессора, испарителя, конденсатора, заполнение системы фреоном – произвести практически невозможно. Самодельные устройства не дают гарантии эффективности и функционирования комплекса в целом.

Для сооружения комплекса и реализации принципа теплового насоса отопления предварительно нужно произвести оценку эффективности и необходимости применения. В пользу строительства насоса выступают условия недостатка источников энергии классического вида – природного газа, электрической энергии, твердого и жидкого топлива. Сложность устройства, высокая стоимость, длительный срок окупаемости заставляют задуматься, провести качественный анализ перед внедрением этого вида альтернативного источника тепла.

(Просмотров 755 , 1 сегодня)Рекомендуем прочитать:Виды радиаторов отопленияКак заменить сливной бачок унитазаКак правильно выбрать унитазКакие бывают радиаторы отопленияКомбинированные котлы отопленияВнутрипольные конвекторы – устройство, принцип работы и основные модификации

Что в итоге?

Конечно, отопление дома тепловым насосом – мечта многих домовладельцев. К сожалению, стоимость установок слишком высокая, а справиться с собственноручным изготовлением могут единицы. И то зачастую мощности хватает лишь на ГВС, об отоплении речь не идет. Если бы все было так просто, то у нас в каждом доме стоял самодельный тепловой насос, а пока что он остается недоступным широкому кругу пользователей.

Постоянный адрес статьи $(‘.buttonn’).replaceWith(function(){return’‘+$(this).html()+’‘;})

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца ( )

Затраты и перспективы окупаемости

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

  • на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
  • на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
  • на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Затраты и перспективы окупаемости

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Дополнительная информация об альтернативных источниках энергии представлена в этой статье.