Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками?

Грунтовой геотермальный тепловой насос для отопления дома обеспечивает в нашем климате значительно более низкую стоимость отопления, чем водяная система. Существенное влияние на его эффективное действие, имеет правильно спроектированный и изготовленный грунтовый теплообменник.

Принцип работы

Перед тем, как решиться на самостоятельную сборку теплового насоса, необходимо тщательно разобраться с его устройством, ведь только четкое понимание принципа работы теплового насоса позволит правильно наладить его функционирование. Данное устройство является средством для перемещения тепловой энергии из одного места в другое. Его КПД при этом составляет 100%. Больших вариантов быть не может, так как это физически невозможно, поэтому, если производитель указал данный показатель в 300 либо 1000% – это обман.

Тепловой насос состоит из компрессора, теплообменника, то есть испарителя, конденсатора, расширительного редукционного клапана, средства для управления и регулирования процесса, а также медной магистрали. Рабочим веществом в данном случае будет вещество, которое может закипать при низкой температуре, к примеру, фреон. В жидком виде он циркулирует по трубке, пока не достигнет испарителя. Здесь он превращается в газ при контакте с теплоносителем и продолжает дальше свое движение. После того, как тепло будет передано воде, фреон снова становится жидким и продолжает свой путь к испарителю. Таким образом, цикл завершается, и движение продолжается снова.

Прочтите также нашу статью Как выбрать насосную станцию для частного дома.

Тепловые насосы, которые созданы на заводах, могут выдавать тепло до 600C. Этого вполне достаточно для того, чтобы обогревать помещение батареями либо теплыми полами. При этом будет затрачиваться электроэнергия на работу компрессора, вращение насосных роторов и питание средств контроля. При минимальных затратах производительность теплового насоса очень велика.

Как действует насос

Техника, работающая по очень похожему принципу, имеется в каждой квартире. Речь идет о холодильнике. Помимо холода, он образует еще и тепло. Признаком этого является температура его задней стенки.

Тепловой насос действует по похожей схеме. Ее источниками могут служить земля, вода. Вот что такое тепловой насос для отопления простыми словами.

Тепловой насос для отопления, принцип работы:

  1. Есть источник воды. Из него вода направляется в испаритель. Когда она из него выходит, ее температура снижается на пять пунктов.
  2. Затем она оказывается в компрессоре.
  3. Он ее сжимает. Ее температурные данные увеличиваются.
  4. Она следует в теплообменное отделение. Там ее тепло отдается отопительной сети.
  5. И вода, снова остывшая, следует в начальный пункт цикла.

Как работает тепловой насос для отопления дома? Отопительные технологии, базирующиеся, включают такие составляющие:

  1. Зонд. Это змеевик. Место его позиции: вода или земля. Он берет тепло и направляет его в аппарат.
  2. Сам аппарат. Он извлекает необходимую энергию (термальную).
  3. Сама отопительная система с теплообменным отделением.

При особой надобности тепловой насос для отопления дома своими руками соорудить можно. Основой для этого процесса может стать холодильник. Однако для этого требуется определенный багаж технических знаний.

Принцип работы геотермального отопления

Тепла у Земли предостаточно. Зимой даже в прохладных регионах стоит копнуть несколько метров, как грунт перестает быть мерзлым. Соответственно, ниже он ещё теплее. А что, если собирать тепло из земли и направлять его на свои нужды? Так решили инженеры и придумали геотермальное отопление. Система собирает тепло из-под земли и аккумулирует его, а затем распределяет по дому.

Ключевой элемент отопительной системы – геотермальный тепловой насос. Он одновременно включён в два контура. Первый, внутренний – классическое внутридомовое устройство (трубы и батареи). Внешний контур представляет собой теплообменник впечатляющих размеров. Он может располагаться в толще воды или под почвой. Теплообменник наполнен циркулирующей жидкостью с антифризом в составе.

Принцип устройства геотермального отопления

Функционирует система так:

  1. Земля передаёт тепло теплоносителю (жидкости в трубах). Его движет компрессор.
  2. Вода нагревает тепловой насос и оттуда поступает во внутреннюю систему: трубы и радиаторы.
  3. Полезным элементом системы является буферная ёмкость. Она аккумулирует собранное тепло.

Внимание! Ещё один вариант – использование тепловой энергии грунтовых вод, залегающих не менее чем на 75 м в глубину. Она обладает высокой температурой и, поднимаясь, самостоятельно нагревает тепловой насос.

Сам геотермальный насос по размерам не превышает стиральную машину. Обычно его размещают в подвале дома вместе с буферной ёмкостью. Оборудование, а особенно укладка труб под землю – довольно дорогостоящее мероприятие. Но создатели обещают, что геотермалика окупится за несколько лет.

Читайте также:  В поход с комфортом: как выбрать газовый обогреватель для палатки

При правильном монтаже и уходе за элементами системы она способна проработать до 100 лет. Производительность геотермального отопления высока. Потратив 1 кВт электроэнергии, насос выработает 4-5 кВт тепловой энергии. Для сравнения: обычный электрообогреватель с вентилятором не «переработает» 1 кВт электричества даже в 1 кВт тепла из-за естественных потерь.

Внимание! Принцип действия геотермального типа отопления схож с работой кондиционера. Соответственно, он может не только обогревать в холода, но и охлаждать помещение летом. Нужно только изменить настройки теплового насоса.

Что такое геотермальный тепловой насос?

Геотермальный тепловой насос — система центрального отопления и/или охлаждения, использующая тепло земли. Земля в геотермальных системах является радиатором в летний период или источником тепла в зимний период. Разница температур грунта используется, чтобы повысить эффективность и снизить эксплуатационные расходы системы обогрева и охлаждения, и может дополняться солнечным отоплением. Геотермальные тепловые насосы используют явление тепловой инерции: температура земли ниже 6 метров примерно равна среднегодовой температуре воздуха в данной местности и слабо изменяется в течение

 Что такое внешний контур геотермального теплового насоса?

По сути это теплообменник, который устроен из трубы и заложен в землю или воду. Встречаете ли Вы теплообменники в своей обычной жизни?

Безусловно.

Радиатор под капотом Вашего автомобиля — это теплообменник. Печка в автомобиле — это теплообменник. Радиатор сзади Вашего холодильника — это теплообменник.

То есть теплообменник это устройство, в котором осуществляется тепловой обмен между двумя теплоносителями, имеющими различную температуру.

Геотермальный тепловой насос кому он нужен?

Есть ли смысл устанавливать геотермальный тепловой насос в Краснодарском крае или Адыгее? Если вы планируете сделать систему пассивного охлаждения и добиться максимальной экономии в процессе эксплуатации здания, или у вас есть рядом речка или озеро, то можно рассматривать монтаж геотермального контура. Во всех остальных случаях, особого смысла в этом не вижу.

Лучше установите воздушный тепловой насос, например CHOFU.

Геотермальные тепловые насосы — нужно ли разрешение на строительство или уведомление?

Среди перечисленных в действующем законодательстве строительных работ, выполнение которых не требует разрешения на строительство или уведомления, является установка теплового насоса. Но это не касается теплообменника. Но поскольку от обязанности получения разрешения освобождаются индивидуальные очистные сооружения сточных вод, требующие выполнения аналогичных земляных работ, то при строительстве горизонтального теплообменника в земле, на практике, также разрешение на его строительство может не потребоваться (лучше уточнить это в районных городских управлениях). Иначе, достаточно сообщить о намерении построить и подождать 30 дней для получения согласования.

Земляные работы, связанные с монтажом такой установки могут подлежать ограничениям, предусмотренным водным кодексом, в случае проведения работ в защитной зоне водозабора.

А постройка вертикального теплообменника производится в соответствии с положениями законов геологического и горного Права. В этом случае требуется разработка проекта геологических работ, который необходимо предоставить в компетентные органы администрации не позднее, чем за восемь недель до предполагаемого срока начала работ.

Геотермальные тепловые насосы — нужно ли разрешение на строительство или уведомление?

Собираясь проводить буровые работы необходимо подать пакет документов с заявкой в компетентные органы Государственной администрации, не позднее, чем за две недели до предполагаемого срока их начала. Бурение может быть выполнено только лицами с соответствующей квалификацией, в соответствии с выданным ордером на земляные работы.

Топ-лучших насосов

Приобретение готового комплекта — дорогостоящее мероприятие. Стоимость теплового насоса относительно невысокой мощности начинается от 8000 долларов, а для крупных систем, сочетающих обогрев и ГВС, цена поднимется гораздо выше.

Подбор конкретной модели производится исходя из потребностей дома и возможностей владельца, поэтому рекомендовать какое-либо устройство нет смысла. Однако, обладая информацией о наиболее известных производителях, можно определиться в своих предпочтениях и ограничить выбор самыми лучшими фирмами.

Рассмотрим их подробнее:

FHP (США)

Надежное и экономичное оборудование от лидера среди производителей тепловых насосов.

MECMASTER ENERGI AB (Швеция)

Компания, создающая тепловое оборудование с 60-х годов прошлого века и имеющая собственные традиции, разработки и изобретения в этой сфере.

Avenir Energie (Франция)

Фирма, лидирующая среди подобных компаний и создающая широкий модельный ряд тепловых насосов.

Steinmann (Швейцария)

Традиционное европейское качество, полная сертификация всего оборудования и методик обогрева.

Viessmann (ЕС, Китай) 

Компания, делающая серьезные заявки на лидерство среди основных производителей тепловых насосов.

Перечисленные производители являются самыми заметными среди большого количества продавцов теплонасосов, полный перечень изготовителей подобного оборудования привести попросту невозможно.

Способы устройства геотермальных систем

Способы устройства геотермальных систем

Одним из важнейших элементов является тепловой контур. При вертикальном расположении он может залегать на глубине от 20 м до 150 м, в зависимости от геологической циркуляции тепла. Горизонтальные контуры устанавливаются на глубине до 2,5 м и нагреваются за счет температурного колебания при солнечном нагреве или теплопотере.

1. Прямой теплообмен

Прямой теплообмен

Тепловые устройства с прямым теплообменом непосредственно контактируют с почвой. Теплоноситель покидает корпус устройства, перемещается по подземной медной магистрали, обмениваясь тепловой энергией, и возвращается обратно.

Как бы то ни было, эффективность прямого теплообмена достаточно высокая, а финансовые затраты на монтаж ниже, чем в большинстве закрытых систем. Не последнюю роль в этом играет и теплопроводность меди, а также отсутствие водяного электронасоса и обменника между теплоносителем и водой, который, как известно, является основным источником теплопотерь.

Также стоит отметить, что медный трубопровод стоит дорого, да и самого теплоносителя требуется больше, чем для систем другого типа.

2. Закрытые системы

Большая часть таких систем состоит из первичного контура, наполненного хладагентом, и вторичного, который заполняется водой и устанавливается под землей. Для изготовления вторичного контура используются в основном полипропиленовые трубы, а заполняют его водой с небольшим количеством антифриза.

Вода выходит из теплообменника, перемещается по наружному контуру, обмениваясь тепловой энергией с почвой, и возвращается. Характерно, что наружный контур находится ниже уровня промерзания грунта, где температура отличается стабильностью; еще его погружают в ближайший водоем.

Обратите внимание! Системы, погруженные в воду или расположенные во влажной почве, намного продуктивнее сухих контуров. Поэтому в сухой земле рядом с контуром желательно установить дренажный шланг, который бы увлажнял ее.

Вертикальный контур – это две трубы, уходящие под землю под прямым углом на глубину 20-120 м. Нижние их части соединяются между собой U-образным разъемом. Вырытые для труб шахты обычно заполняют специальным раствором, улучшающим теплообмен и защищающим подземные водоносные слои от загрязнения.

В случае горизонтального размещения системы трубы закапывают ниже уровня промерзания грунта. Естественно, они проходят горизонтально. Ввиду очевидных причин этот способ обходится дешевле вертикального размещения (читай: бурения), поэтому его используют везде, где есть достаточно места на участке.

3. Контуры горизонтального бурения

Контуры горизонтального бурения

Альтернативой двум предыдущим вариантам может являться прокладка контура посредством горизонтального бурения. Это дает возможность устанавливать трубы под садом, двором, дорогой и прочими объектами без разрушения последних.

В плане стоимости такая система находится где-то между горизонтальной и вертикальной установкой. Ее отличительной чертой является то, что петли можно соединять лишь с одной камерой, а это сокращает необходимую для монтажа площадь.

Обратите внимание! Контуры с использованием горизонтального бурения устанавливают уже после постройки здания.

4. Водные контуры

Водные контуры

Замкнутые контуры, которые погружаются в водоемы, представляют собой трубопровод, уложенный петлями. Их можно помещать в любое озеро или пруд, которые расположены в непосредственной близости от дома.

5. Открытые системы

В таких системах внешний контур заполняется природной водой. Затем она перемещается в теплообменник, расположенный в корпусе устройства, где тепло извлекается и передается в первичный контур. После этого вода возвращается обратно. Подачу и «обратку» нужно размещать вдалеке друг от друга для эффективной подпитки источника тепла.

Обратите внимание! Все элементы системы должны быть хорошо защищены от коррозии, т. к. химический состав циркулирующей воды контролировать невозможно. Именно поэтому желательно использовать закрытые контуры, если уровень содержания минералов и солей в воде повышен.

Несмотря на то, что эффективность открытых систем на порядок выше, чем закрытых, при установке могут возникнуть проблемы, преимущественно юридического характера. Может потребоваться разрешение на монтаж, т. к. эти системы загрязняют скважины и истощают водоносные слои.

6. Столбы жидкости

Контуры со столбами жидкости являются одной из разновидностей систем замкнутого типа. В данном случае вода поступает со дна глубокой скважины, проходит через насос и опускается обратно, производя теплообмен с окружающей почвой.

Зачастую столбы жидкости используют там, где свободная площадь ограничена. Нежелательно использовать эту систему на глинистом или песчаном грунте.

Также отметим, что конструкция может состоять сразу из нескольких столбов и используется преимущественно в небольших зданиях.

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос?

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Читайте также:  Как сделать садовую печку на загородном участке своими руками

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Эксплуатация

  • Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
  • Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
  • С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Тепловой насос своими руками: возможно ли это?

Разумеется, да! Вот только эффективность такой системы будет практически не прогнозируема. Ведь «заводские» агрегаты – это не только три компрессора и такое же количество трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель и хладагент. Сердцем такого теплового насоса является блок управления, координирующий работу первого, второго и третьего контуров всей системы. И создать такой управляющий блок «своими силами» практически невозможно.

Ну а техническая часть насоса реализуется очень просто:

Тепловой насос своими руками

Тепловой насос своими руками: возможно ли это?
  • Вместо компрессора можно использовать блок кондиционера.
  • Первичный контур собирают из полиэтиленовых труб и заполняют концентрированным раствором поваренной соли.
  • Испаритель – это металлический бак из нержавейки (его можно извлечь из старой стиральной машины), в который спускают соляной раствор, отдающий тепло медному змеевику вторичного контура, вмонтированному во внутреннюю часть этого бака.
  • Конденсатор – это точно такой же бак, только из пластика, внутри которого монтируется точно такой же медный змеевик. Причем компрессор качает хладагент между нижним и верхним змеевиками.
  • Ну а третий контур – система отопления – подключается к полимерному конденсатору.

Как видите: все очень просто. Вот только эффективность такой системы может быть и чрезмерной, и явно недостаточной.

Сооружение теплового насоса воздух-вода

При обустройстве отопительной системы в частном доме хорошо подойдут системы класса вода-вода. Помимо этого они смогут обеспечить жилище горячей водой. В качестве источников природного тепла подойдут различные водоёмы, подземные воды и т.д.

Тепловой насос вода вода

Сооружение теплового насоса воздух-вода

Подобный тип насосов можно использовать для отопления дома даже при низких температурах окружающей среды, так как в глубоких слоях земли всё равно сохраняется плюсовая температура.

Принцип работы теплового насоса вода вода следующий:

  • Специальный насос гонит воду по медным трубкам системы из внешнего источника в установку.
  • В приборе вода из окружающей среды воздействует на хладагент (фреон), температура кипения которого от 2 до 3 градусов. Часть энергии тепла воды передаётся фреону.
  • Компрессор всасывает газообразный хладагент и сжимает его. В результате этого процесса температура хладагента ещё больше возрастает.
  • Затем фреон направляется в конденсатор, где и нагревает воду до необходимой температуры (40-80 градусов). Нагретая вода поступает в трубопровод отопительной системы. Здесь фреон возвращается в жидкое состояние и цикл начинается заново.

Тепловой насос вода вода: принцип работы

Сооружение теплового насоса воздух-вода

При выборе устройства данного класса стоит обратить внимание на определённые условия:

  • В качестве источника энергии предпочтение следует отдать открытым водоёмам (легче монтаж труб), на расстоянии не более 100 м. К тому же глубина водоёма для более северных районов должна быть не менее 3 метров (на такой глубине вода обычно не промерзает). Трубы, подводимые к воде должны быть утеплены.
  • Жёсткость воды сильно влияет на работу насоса. Не каждая модель способна функционировать при высоких показателях жёсткости. Вследствие этого до приобретения устройства берётся проба воды и исходя из полученных результатов подбирается насос.
  • По типу работы агрегаты делятся на моновалентные и бивалентные. Первые отлично справятся с ролью основного источника тепла (вследствие своей большой мощности). Вторые могут выступать дополнительным источником обогрева.
  • С мощностью насоса возрастает его кпд, но в то же время и увеличивается потребление электричества.
  • Дополнительные возможности прибора. Например: корпус с шумоизоляцией, функция нагрева воды для бытовых нужд, автоматическое управление и др.
  • Для расчёта необходимой мощности прибора нужно общую площадь помещений умножить на 0,07 кВт (показатель энергии на 1 кв.м.). Эта формула действительна для стандартных помещений, с высотой не более 2,7 м.