Геотермальное отопление загородного дома своими руками

Для тех, кто умеет работать руками, имеется альтернативный вариант: самому сделать тепловой насос.

Что такое геотермальное отопление?

Наверняка многие из вас знают, что глубоко под землей, температура практически не падает ниже 10 градусов с плюсом. Конечно же, речь идет не о каких-то 2-3 метрах, а о 20 и более. Так вот, геотермальное отопление, как раз и рассчитано на то, что получая тепло от земли, тепловой насос «увеличивает» её в несколько.

Но так ли очевидна экономия при использовании теплового насоса, и, тем более, бесплатна? Как было сказано выше, тепловой насос работает от электроэнергии. Поэтому становится понятным, что какую-то её часть он все-таки будет потреблять, а, следовательно, и финансовые расходы за геотермальное отопление тоже будут.

И если произвести все необходимые расчеты, то становится понятным, что экономия от установки теплового насоса в отопительном системе будет только в том случае, если в доме смонтированы низкотемпературные приборы отопления. В первую очередь, это теплые полы и напольные конвекторы, работа которых рассчитана на +30 градусов.

Что такое геотермальное отопление?

В целом, чтобы отопить 100 квадратных метров дома, нужно потратить около 10 кВт тепловой энергии, всё зависит от того, насколько хорошо утеплено строения. Подсчитываем, что  потребляя 1 кВт электроэнергии, тепловой насос с СОР в 5 кВт способен выдать пять киловатт тепловой мощности. Ну а на то, чтобы отопить целый дом в 100 м², геотермальный насос будет потреблять порядка 2 кВт электроэнергии в час.

Не нужно, наверное, быть большим математиком, чтобы правильно подсчитать затраты на электричество, которое будет потреблять тепловой насос. За геотермальное отопление в месяц придется платить свыше 3000 рублей за электроэнергию. Собственно это и ставит под большой вопрос экономичность подобного рода отопления на сегодняшний день.

Принцип работы геотермального отопления

Работа геотермального отопления

Принцип работы геотермального отопления

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

Принцип работы геотермального отопления

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

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

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

Принцип работы геотермального отопления

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

Классификация тепловых насосов

Вертикальный тепловой насос грунт/вода

Для работы теплового насоса необходимо просверлить скважины глубиной от 50 до 150 м, опустить в них геотермальные зонты и подключить к системе отопления и горячего водоснабжения.

Горизонтальные тепловые насосы грунт/вода

Коллектор из пластиковых труб располагают в грунте ниже уровня промерзания. Глубина зависит от климатической зоны и, как правило, составляет 1,0-1,5 м. Морозостойкая жидкость циркулирует в трубе и передаёт теплоту в тепловой насос, и далее в систему отопления и горячего водоснабжения.

Читайте также:  Газовые котлы Навьен: напольные и настенные, одно- и двухконтурные

Тепловой насос вода/вода

Коллектор из пластиковых труб заполняется теплоносителем, переносится и погружается на дно водоёма.

Тепловой насос воздух/вода

Тепловой насос извлекает теплоту из окружающей среды. Достаточно выбрать удобное место для установки коллектора и подсоединить его к системе отопления и горячего водоснабжения. Устройство теплового насоса не требует больших капиталовложений, но ограничено по температуре. Температура окружающей среды не должна быть не ниже -20 °С.

Зная, как работает тепловой насос, его можно собрать своими руками. Что для этого понадобится?

  1. Понадобится компрессор (можно взять компрессор, предназначенный для кондиционера).
  2. Конденсатор можно изготовить самостоятельно, для этого потребуются медные трубы (толщиной не менее 1 мм), сделать змеевик и поместить его в корпус из металла или пластика.
  3. Выполняется сварка бака и монтаж необходимых сварных соединений.
  4. После закачки фреона конструкция подключается к системе отопления и горячего водоснабжения.
  5. Последним этапом выполняется подключение наружного контура, но это зависит от вида насоса.

Помните, что монтаж и закачку фреона должен выполнять специалист при соблюдении техники безопасности.

Самодельный тепловой насос

  • На место, где будет установлен компрессор, крепятся держатели под него.
  • Металлические полые трубки обматываются вокруг цилиндра. Создается змеевик, витки должны быть одинаковыми.
  • Понадобится металлическая емкость из двух одинаковых половинок. В одну часть укладывается змеевик. Части спаиваются. В емкости делаются резьбовые отверстия для выходных трубок змеевика.
  • Устанавливают пластиковую бочку, которая будет испарителем. В бочку заводят трубы внутреннего контура.
  • Для вывода воды в бассейн используются пластиковые трубы.
  • Соединяются все элементы в одну систему.
  • Специалист заполняет конструкцию фреоном.

Окупаемость теплового насоса

Оборудование для данной системы стоит несколько дороже обычной котельной на газу или дизтопливе, но ее эффективность и малые затраты на содержание делают данный вариант отопления самым перспективным.

Срок окупаемости правильно настроенной системы составляет не более 2 лет. Если же есть возможность и умение устанавливать тепловые насосы своими руками, то даже при использовании заводского оборудования первоначальные затраты снизятся практически вдвое.

Судить о популярности систем с применением теплового насоса можно, прочитав отзывы владельцев таких отопительных схем. Если вся система собрана правильно, то она ни в коем случае не разочарует. В технически цивилизованных странах уже никто не дожидается повышения цен на энергоносители до критических отметок, начиная экономить прямо сейчас.

Виды тепловых насосов

Различают три типа насосов, в зависимости от источника получения тепла:

«почва-вода»

Насос грунт-вода

«вода-вода»

Насос вода-вода

«воздух-вода»

Насос воздух-вода

Установка вида «почва-вода» использует теплоту недр. Температура земли на горизонтах более 20 м остается неизменной всегда, поэтому и насос может круглогодично вырабатывать нужную энергию. Вариантов монтажа два:

  • вертикальная шахта;
  • горизонтальный коллектор.

В первом случае бурится скважина глубиной около 50–100 м и в нее помещаются трубы с циркулирующим теплоносителем – особой незамерзающей жидкостью.

На глубине 5 м прокладывают коллекторы, по которым также движется теплоноситель. Для обогрева дома площадью 150 м2 необходим участок не меньше 250 м2, причем применять его под сельскохозяйственные посадки нельзя. Допустимо только устройство декоративного газона и клумбы.

Насос «вода-вода» использует энергию воды из озер, колодцев или скважин. Некоторым удается извлекать тепло даже из стоков. Главное – чтобы не забивался фильтр и не разрушался металл.

Этот тип обычно показывает самый высокий КПД, но установить его удается не на каждом загородном участке, а на эксплуатацию грунтовых вод нужно получать разрешение. Подобные устройства больше характерны для промышленных производств.

Конструкция «воздух-вода» менее эффективна по сравнению с первыми двумя, поскольку выработка зимой значительно снижается. С другой стороны, при ее монтаже не надо ничего бурить или копать. Установка просто крепится на крыше дома.

Что вы получите

Первое, разумеется, экономию. Стоимость теплового насоса при сборке его своими руками сразу падает до $1000-$1500, а особые умельцы ухитряются обойтись суммой до $500.

Установив оборудование, вы сразу получаете все плюсы, которые дает тепловой насос: экологичность, независимость от внешних источников тепловой энергии, значительную экономию в содержании дома. Правильно рассчитанный и изготовленный тепловой насос обеспечит вас теплом круглый год, а при желании может в жаркое время перенастраиваться и на работу в качестве кондиционера.

Два примера видео сборки теплового насоса своими руками:

Читайте также:  Какие бывают терморегуляторы - типы и виды

На что смотреть при обустройстве такого отопления?

Существует большое количество различных модификаций тепловых насосов, предназначенных для помещений любого назначения и размера, а также работающих в разных условиях. Оборудование предназначено для отапливания домов общей площадью 50 до 150 квадратных метров.

Ориентир №1 – жесткость воды

Качество воды скважины или водоема играет важную роль при выборе оборудования. Не все модели способны работать на жесткой воде, содержащей большое количество марганца и железа.

Высокая концентрация этих элементов вредит системе – на трубах быстрее образовывается коррозия, что ведет к уменьшению КПД оборудования и сроков его эксплуатации.

Поэтому перед покупкой теплового насоса берут пробу воды и делают ее анализ на наличие этих и других микроэлементов – сероводорода, аммиака, хлора и т.д. Обычно если в пруду температура превышает +13 градусов, то с большей долей вероятности в воде много ионов железа и марганца.

Таким образом, тепловой насос вода-вода подбирается с учетом жесткости воды. Есть системы, элементы которой максимально защищены от коррозии, но стоят они дороже.

Ориентир №2 – режим работы

Тепловой насос может использоваться в качестве единственного источника тепла или взаимодействовать с другими системами. Поэтому перед выбором модели важно определить, в каком режиме устройство будет работать.

Всего существует два типа функционирования системы:

  • Моновалентный. Приборы обладают большой мощностью, подходят для отапливания дома.
  • Бивалентный. Менее производительные устройства, дополняют основное обогревательное оборудование.

Для сооружения автономной системы с основным нагревательным агрегатом вода-вода, нужен моновалентный тип.

Ориентир №3 – мощность насоса

Мощность – важный показатель при выборе теплового насоса, так как от него зависит производительность системы. Чем выше мощность, тем выше КПД оборудования, но и расход электроэнергии больший.

Производительность теплового насоса вода-вода подбирается, исходя из реальных потребностей

При выборе устройства с недостаточной мощностью эффективность системы упадет в случае, если теплопотери дома превысят количество отдаваемой системой энергии. Тепловой насос может работать круглосуточно, но эффекта от него не будет из-за понижения температуры воды.

Когда теплопотери постройки ниже, чем теплоотдача системы, то насос обычно автоматически запускается на несколько минут, нагревает воду до установленной температуры, транспортирует ее по системе. После чего выключается до момента, когда температура понизится на несколько градусов. Затем цикл повторяется.

Ориентир №4 – функцинал конкретной модели

Тепловые насосы могут обладать дополнительными функциями, это:

  • Система автоматического управления, которая позволит регулировать микроклимат помещения по вкусу. Управление обычно осуществляется с помощью дистанционного пульта.
  • Функция нагрева воды для горячего водоснабжения.
  • Шумоизоляционный корпус.
  • Возможность подключения к другим системам отопления, солнечным коллекторам, что сделает оборудование для обогрева полностью автономным.

Длительность эксплуатации тепловых насосов вода-вода обычно превышает 30 лет.

Не менее важным при выборе оборудования считают стоимость установки и монтажа.

Принцип действия тепловых насосов

Стоит отметить, что практически любая среда обладает тепловой энергией. Почему бы не использовать возможное тепло для отопления своего дома? Поможет в этом тепловой насос.

Принцип работы теплового насоса таков: тепло передается теплоносителю от источника энергии с низким потенциалом. На практике же все происходит следующим образом.

Принцип действия тепловых насосов

Теплоноситель проходит через трубы, которые зарыты, к примеру, в земле. Потом теплоноситель попадает в теплообменник, где собранная тепловая энергия передается на второй контур. Хладагент, который расположен во внешнем контуре, нагревается, и превращается в газ. После этого газообразный хладагент проходит в компрессор, где сжимается. Это приводит к тому, что хладагент еще больше нагревается. Горячий газ идет в конденсатор, а там тепло переходит к теплоносителю, который уже обогревает сам дом.

Геотермальное отопление дома: принцип работы

Холодильные системы устроены по такому же принципу. Это значит, что холодильные установки могут использоваться для охлаждения воздуха в помещении.

Принцип действия тепловых насосов

Виды тепловых насосов

Существует несколько видов тепловых насосов. Но чаще всего устройства классифицируются характером теплоносителя на внешнем контуре.

Принцип действия тепловых насосов

Устройства могут черпать энергию с

  • воды,
  • грунта,
  • воздуха.

Полученная энергия в доме может применяться для отопления помещения, для нагревания воды. Потому и различают несколько видов тепловых насосов.

Принцип действия тепловых насосов

Тепловые насосы: грунт — вода

Чтобы устроить вертикально трубы в грунте, необходимо сделать несколько скважин глубиной до 150 метров. Это будет эффективный геотермальный насос, так как температура на большой глубине у земли высокая. Для передачи тепла применяются глубинные зонды.

Читайте также:  Какое должно быть давление в системе отопления

Тип насоса «вода — вода»

Принцип действия тепловых насосов

Кроме того, тепло можно получать из воды, которая находится глубоко под землей. Могут использоваться водоемы, грунтовые воды или сточные воды.

Стоит отметить, что принципиальных отличий между двумя системами нет. Самые малые затраты требуются тогда, когда создается система получения тепла из водоема. Трубы нужно наполнить теплоносителем и погрузить в воду. Более сложная конструкция нужна для того, чтобы создать систему получения тепла из грунтовых вод.

Насосы «воздух — вода»

Принцип действия тепловых насосов

Можно собирать тепло и с воздуха, но в регионах, где очень холодные зимы, такая система не эффективна. В то же время монтаж системы очень простой. Вам понадобится только выбрать и установить нужное устройство.

Еще немного о принципе действия геотермических насосов

Для отопления очень выгодно использовать тепловые насосы. Дома, площадь которых имеет более 400 квадратных метров, очень быстро окупают затраты на систему. Но если ваш дом не очень большой, то можно сделать систему отопления своими руками.

Принцип действия тепловых насосов

Сначала нужно купить компрессор. Подойдет устройство, который оснащен обычный кондиционер. Его крепим на стене. Конденсатор можно изготовить самому. Нужно сделать из медных труб змеевик. Его помещают в пластиковый корпус. Испаритель также устанавливается на стене. Пайку, заправку фреоном и тому подобные работы должен выполнять только профессионал. Неумелые действия не приведут к хорошему результату. Мало того, можно получить травму.

Перед тем, как запустить в работу тепловой насос, необходимо проверить состояние электрификации дома. Мощность счетчика должна быть рассчитана на 40 ампер.

Самодельный тепловой геотермальный насос

Принцип действия тепловых насосов

Отметим, что не всегда созданный своими руками тепловой насос оправдывает ожидания. Причина тому – отсутствие правильных тепловых расчетов. Система имеет малую мощность, а также растут затраты на обслуживание

Поэтому важно провести точно все расчеты. опубликовано  

Принцип действия тепловых насосов

Последовательность работ

Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин. И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления. В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.

Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий, конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе. Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники. Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.

Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки». Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка. В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).

Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры. Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%. Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.

Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм. Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта. Если она менее 20 Вт на 1 кв. м, никакого смысла в геотермальном контуре нет. Чтобы обеспечить отвод грунтовых вод, дно котлованов покрывают слоем песка. Отлично проявляют себя трубы на основе сшитого полиэтилена.