Согласно второму закону термодинамики, тепло передается от горячего объекта к холодному. Этот принцип используется при работе геотермальных тепловых насосов.
Что такое геотермальные тепловые насосы
Проходя по контуру теплообменника, хладагент забирает тепло от теплоносителя. Тем самым повышая свою температуру. Тепловой насос — это прибор, который собирает рассеянное тепло солнца из грунта подземных или озерных вод. Также забирает тепло из воздуха.
Полученные компоненты используются для отопления дома. В летний период тепловой насос при помощи реверсивного клапана работает на охлаждение, извлекая тепло из дома наружу.
Принцип работы геотермального теплового насоса для частного дома
Для работы любого теплового насоса нужно иметь источник низкопотенциального тепла. Например, насос типа «вода-вода» или «грунт-вода» работает от замкнутого или открытого контура. Бурится скважина через почву, и туда опускается зонд. Или напрямую контур подключается к доступному источнику воды — реке, озеру. Система может быть открытой или закрытой. В чем отличие и принцип работы.
Открытый контур состоит из переливной скважины, из которой забирается относительно теплая вода. Это обычно 5-6 ºC градусов круглый год. Жидкость поступает в теплообменник-испаритель, там охлаждается. Выходит оттуда, сбрасывается в другую скважину.
Закрытый контур представлен замкнутой трубой, делающей петлю. Труба выходит из теплового насоса. Протяженность около 500 метров без перерыва. Труба погружается в водоем. Получает тепло через собственные стенки. Внутри прибора нагревается антифриз. Впоследствии он перемещается по трубе с помощью циркуляционного насоса. Подогревается еще раз уже на входе.
Интересно! Газовая колонка не зажигается — 7 основных причин и как их устранить
Источники тепла и способы доставки энергии
Примерно 75% отопительной энергии можно получить бесплатно из природы.
Насос типа земля вода
Грунтовый горизонтальный коллектор отличается от вертикальных скважин. Применяется там, где бурение невозможно. Тепло получается из земли и грунтовых вод. Температура почвы в любое время года составляет 5-6 ºC. Тепловой насос собирает тепло грунта с помощью коллектора.
Горизонтальный контур располагается параллельно верхнему слою почвы. Погружается на глубину около 1 метра. Собирает солнечную энергию земли, накопившуюся за лето. Вся система находится ниже уровня промерзания почвы. Устройство работает эффективно, так как температура грунта всегда плюсовая.
Рядом с домом должно быть достаточно места на участке земли под установку и устройство геотермального горизонтального коллектора.
Насос типа вода-вода
Вода — неистощимый источник энергии. Соляной зонд извлекает накопленную энергию из воды и передает ее в тепловой насос. Тот в свою очередь использует полученную энергию для обогрева и охлаждения частного дома. Применяется также для подогрева воды. Система отопления экологически безопасна и надежна.
Владелец частного дома получает пользу за счет надежности технического устройства. Обогрев и охлаждение происходит при помощи единой системы суммарного годового показателя КПД больше 4. За счет бесплатной естественной энергии для охлаждения. Система работает практически бесшумно.
Геотермальный насос типа вода-вода с использованием вертикального зонда. Как работает:
- Носитель в виде воды или смеси воды с антифризом проходит по теплообменнику в виде вертикального зонда.
- Нагревается на несколько градусов.
- Зонды помещаются в вертикальные скважины необходимой глубины.
- Важно! Глубина скважины и общая длина зонда зависят от необходимого количества тепла и типа грунта.
- Нагретый теплоноситель отдает извлеченное из земли тепло испарителю в тепловом насосе.
- В испаритель под давлением через капиллярные отверстия поступает хладагент.
- Там за счет резкого уменьшения давления происходит испарение.
- Хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя.
- Из испарителя охлаждающее вещество в газообразном виде попадает в компрессор.
- Газ под давлением сжимается, выталкивается в конденсатор.
- За счет сжатия температура газа повышается.
- В конденсаторе нагретый хладагент отдает полученное тепло в отопительный контур и окончательно переходит в жидкое состояние.
Процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнута необходимая температура в помещении или в отопительном контуре. После полученного тепла терморегулятор размыкает электрическую цепь, компрессор останавливается.
При понижении температуры в отопительном контуре терморегулятор вновь включает компрессор. Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную тепловую энергию грунта в относительно высоко потенциальное тепло для отопления объекта.
Для типа «вода-вода» специалисты рекомендуют лучший тепловой насос рассольного типа фирмы «Гелио-терм» с антифризным зондом.
Тип воздух вода
Установка воздушного теплового насоса мощностью 12 кВт в Псковской области. Прибор выглядит как конденсатор, смонтированный на фасаде здания. Тепло берет в прямом смысле из воздуха, который пропускает через систему нагрева. Выходя из установки, уже теплый воздух нагревает воду, проходящую по трубам к батареям и умывальникам.
Воздушная тепловая помпа типа «воздух-вода» устанавливают как самостоятельную отопительную систему. Можно модернизировать действующий контур отопления, тот, который уже был установлен. Например, дом построили, сконструировали систему теплый пол. Отопление помещений происходило за счет электрокотла мощностью 9 кВт.
Расчет был на то, что в ближайшее время рядом будет проложена газовая магистраль. Тогда всю отопительную систему можно перевести на газ, что дешевле, чем электричество. Но работы по возведению трубопровода так и не были запланированы. Расходы на отопление продолжали расти.
Интересно! Кварцевые обогреватели для дома — плюсы минусы
По подсчетам владельцев частного двухэтажного дома траты на электроэнергию в зимние месяцы в среднем составляли 5000 кВт. Это в пересчете на деньги по местному тарифу 15000 рублей. Для снижения затрат на отопление было решено установить тепловой насос типа «воздух-вода» мощностью 12 кВт.
Дом утеплен не полностью. Построен из газосиликатного блока, облицован фасадным кирпичом. Площадь 220 м². Для установки оборудования данного типа нет необходимости проведения земляных работ. Тепловая помпа устанавливается на фасад здания через виброопоры. Ожидается, что расходы на отопление станут минимальными.
Устройство прибора:
- испаритель;
- конденсатор;
- компрессор;
- вентиляторы.
Работают детали как в обычном холодильнике. Что происходит:
- Уличный воздух проходит через первый теплообменник-испаритель.
- Нагревается фреон постепенно до закипания.
- Сжимается компрессором.
- Продолжая нагреваться, проходит через второй теплообменник-конденсатор.
- Отдает тепло в систему отопления.
Модель используется в технологии с поисковым компрессором. Позволяет получать температуру на выходе из испарителя в систему отопления до 60 °C .
Работа воздушной тепловой помпы сильно зависит от условий окружающей среды.
Интересно! Почему в котле поднимается давление — 5 основных причин и их решения
Тепловая мощность снижается пропорционально опусканию температуры наружного воздуха. Производитель заявляет стабильную работу установки до — 20 °C. Но в реальности температура, при которой тепловой насос может отапливать 200 м², составляет — 10-12 °C.
При дальнейшем снижении температуры наружного воздуха до — 15°C и ниже, насос работает как обычный электрокотел. И тогда мощности в 12 кВт будет уже недостаточно для отопления в сильный мороз.
После установки воздушного теплового насоса владельцы загородного дома посчитали затраты. В ту зиму в январе температура не опускалась ниже — 20 °C. Дом отапливался с помощью теплового насоса. Прибор эксплуатировался 4 месяца. Расход электроэнергии составил 2100 кВт. При пересчете на деньги сумма составила 6500 рублей.
Даже за такой короткий период можно говорить об экономии. Выгода от использования воздушного теплового насоса ощущается за весь отопительный период. В целом температура на улице не была выше 5 °C. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом отличный. Получается, что при затраченных 3 кВт электроэнергии, на выходе было 12 кВт тепловой.
Если рассчитывать, сколько потребляет тепловой насос, видна экономия.
Как подобрать лучший геотермальный насос
При решении установить тепловой насос для системы отопления частного дома нужно выбрать подходящий тип. Обращают внимание на следующие факторы:
- тип монтажа;
- мощность устройства;
- температура теплоносителя;
- климат в области;
- близость грунтовых вод;
- качество почвы.
В соответствии с заданными параметрами подбирают лучший геотермальный, водяной или воздушный тепловой насос.
Сколько потребляет геотермальный тепловой насос
Каждое устройство будет потреблять количество энергии, заданное потребителем. Пример.
Тепловой насос потребляет 1,2 кВт. Выдает тепла 5,5 кВт. Для отопления коттеджа 120 м² с электрокотлом необходимо до 12 кВт выделяемой мощности. В данном случае использование устройства не превысит 3 кВт потребления электроэнергии.
Достоинства и недостатки
У каждого вида тепловых насосов есть достоинства и недостатки.
Преимущества устройств типа «вода-вода» в таблице:
| Достоинства | Недостатки |
| Использует возможности водоемов. Удобно для «теплых» полов. | Трубчатый теплообменник устанавливается в более дешевые модели. Прибор получается надежным, но громоздким и тяжелым. В более дорогих аппаратах испаритель и конденсатор выполнены в виде пластин. Система сложна в обслуживании. |
Тепловую энергию можно использовать на любые нужды.
Характерные черты устройства геотермального типа «земля-вода» в таблице:
| Минусы | Плюсы |
| Монтаж горизонтального теплообменника требует большого участка земли. Газон над системой труб зазеленеет позже, чем у соседа. | Конструкция дешевле вертикальных систем. Не потребуется бурить скважину. Температура будет постоянной в течение года. |
Спиральный коллектор обладает достоинствами горизонтального и вертикальной скважины. Используется, если территории мало, а бурение невозможно.
Преимущества устройств типа «воздух-вода» в таблице:
| Достоинства | Недостатки |
| Не занимает много места. Экономит электроэнергию. | Если морозы выше 20 градусов, мощностей одного теплонасоса не будет хватать. Придется устанавливать дополнительное оборудование. |
Летом систему используют для охлаждения.
Отзывы реальных владельцев
По реальным отзывам владельцев частных домов тепловой насос называется холодильником «наоборот». Забирает тепло снаружи и переносит внутрь помещения. Система позволяет:
- экономить электроэнергию;
- устанавливать «теплые» полы без особых затрат;
- пользоваться бесплатными природными источниками — водой, грунтом, воздухом.
Впечатлениями поделился житель Краснодарского края Арам Хачатрян: «Установил геотермальный тепловой насос для отопления дома. Зимой подключаю «теплые» полы. Летом в жару охлаждаю комнаты. Газ к нам не провели. Экономлю на электричестве хорошие суммы».
Иван Окунцов, Пермь: «Морозы небольшие, но на тепло много тратим. Подключил тепловой насос, работающий на воздухе. Удобно».
Василий Пименов, инженер компании «Теплый дом»:
«Для жителей северных регионов и Сибири установки одного теплового насоса типа «воздух-вода» будет недостаточно. Мощностей прибора не хватит, чтобы поддерживать тепло в помещении, когда на улице морозы выше — 30 ºC, — 40 ºC. Потребуются дополнительные тепловые мощности.
В цокольном этаже устанавливают буферную емкость со вспомогательными электротэнами. Они подключаются к тепловому насосу».
Мария Павлова, Ростов-на-Дону:
«У нас уже есть одна скважина для питья, приготовления пищи. Пробурили еще одну для теплового насоса, использующего грунтовые воды. Пока система сбоев не дает».
Арик Кишлаев, Таганрог:
«У нас семья большая, дом громадный, земли много. Зимы не очень холодные, но тепло нужно. Раньше был котел на твердом топливе. Сейчас установили тепловой насос. У наших соседей у всех такие. Удобно. Один раз поставил, несколько лет хорошо работает, без особых трат и забот. Пять лет назад вошли в моду».
Тепловые насосы не распространены широко в России и на территории СНГ. Популярными остаются традиционные источники тепловой энергии: электричество, газ, уголь. Ситуация меняется, так как будущее за экологически безопасными и дешевыми источниками тепла. Именно к этой категории относятся тепловые насосы.
Помогла ли вам статья?
