Использование принципа отъема тепла от низкотемпературных источников для обогрева жилых помещений является достойной альтернативой газовому, электрическому или дровяному отоплению. На практике эта схема реализуется с помощью специального оборудования – тепловых насосов.
Конструкция и принцип действия
Конструктивно отопление на основе теплового насоса, состоит из следующих элементов:
- внешнее теплоотбирающее кольцо;
- тепловой насос для теплоснабжения дома;
- испаритель;
- внутренний теплообменный контур;
- конденсатор;
- внешнее теплоотдающее кольцо;
- компрессор;
- расширительный вентиль.
В основу принципа действия положены процессы теплообмена:
- В теплоотбирающем контуре холодный теплоноситель (вода, рассол, тосол) нагревается за счет более теплой внешней среды.
- Нагретый теплоноситель поступает в блок испарителя. Происходит теплообмен между теплоносителем (охлаждается) и циркулирующим по внутреннему контуру хладагентом (нагревается).
- В конденсаторе происходит обратный процесс – нагретый хладагент передает тепловую энергию в кольцо внутридомового отопления.
- Компрессор и расширительный вентиль способствуют интенсификации процесса передачи тепла, изменяя давление хладагента. В первом случае происходит сжатие, во втором резкое расширение.
Интенсификации процесса способствует увеличение площади теплообмена. Самый простой способ это устройство в конденсаторе и испарителе трубчатых змеевиков ил пластинчатых радиаторов. Как вариант может быть выполнена классическая схема трубчатого противоточного аппарата.
Классификация
Существуют варианты теплоснабжения, которые могу использовать в качестве источника тепла различные среды, грунт, воду или воздух.
Земля
Теплоотбирающие трубы укладываются ниже уровня промерзания.
В основу устройств этого типа положен отбор энергии от грунта. На определенной глубине (ниже уровня промерзания) температура остается стабильно положительной в течение всего годового цикла, что обеспечивает стабильность работы.
Если есть возможность, то выполняются горизонтальный монтаж.
Для выполнения монтажных работ с поверхности участка механизированным способом снимается требуемый слой почвы. По окончании установки циркуляционного трубопровода теплоносителя поверхность участка вновь разравнивается и облагораживается.
Если территория уже облагорожена и на ней присутствуют многолетние насаждения, которые нежелательно трогать, то придется копать траншеи.
При недостатке площади свободных горизонтальных участков можно осуществить вертикальную установку. В грунте бурится необходимое количество скважин, куда и осуществляется установка коллекторов.
Вода
Водоем или подземные грунтовые воды также могут послужить отличным источником тепла. Принцип монтажа здесь будет похож на грунтовую схему.
На берегу собираются трубы, по которым будет перекачиваться теплоноситель. Затем она аккуратно перемещается на дно открытого водоема. Как вариант может выполняться непосредственная укладка полипропиленовых труб при разматывании их из бухты.
Использование грунтовых вод предполагает включение подземной воды непосредственно в контур теплообмена.
Воздух
В этом случае конструкция предполагает установку воздушных теплообменников. Происходит нагрев теплоносителя за счет атмосферного тепла. Такая схема крайне критична к изменениям погодных условий и потому не получила столь широкого применения как грунтовая или водная.
Самостоятельное изготовление
Несмотря на кажущуюся сложность и громоздкость вполне возможно изготовление геотермальной системы своими руками. Для этого понадобятся:
- трубы для выполнения теплообменных контуров (наиболее подходящим с точки зрения долговечности и удобства работы является полипропилен);
- медная трубка – пойдет на изготовление змеевиков;
- металлические емкости, которые будут выполнять функции испарителя и конденсатора;Самостоятельно изготовить систему
- компрессор;
- циркуляционные насосы.
Самый сложный этап – это изготовление змеевиков и монтаж их внутри емкостей. Если готовый змеевик не удалось приобрести, его можно изготовить самостоятельно. Для этого берется отрезок металлической трубы и вокруг нее навивается по спирали медная трубка.
В качестве емкости для изготовления испарителя очень удобно использовать металлическую 50 – литровую бочку. Крышка бочки открывается полностью и фиксируется обручами.
На внутренней стенке с помощью хомутов и кронштейнов фиксируется змеевик. На дне бочки и в её верхней части выводятся резьбовые сгоны для подключения трубопроводов теплоносителя и хладагента. Теплоноситель можно пропустить через объем емкости. Хладагент – через змеевик.
Выполняется герметизация мест выводов. Закрывается и герметизируется крышка. Осуществляется подключение собранной емкости к трубопроводам.
Конденсаторный узел выполняется и подключается аналогичным образом.
Перед вводом системы в эксплуатацию необходимо заполнить фреоном хладагентом внутренний теплообменный контур, теплоносителем внешние контуры. Запуск возможен когда есть полная уверенность в отсутствии утечек.
Нюансы использования и проектирования
На этапе проектирования, для обеспечения эффективного и экономичного функционирования необходимо учесть два момента:
- Чем больше будет разница температуры жидкости, циркулирующей в теплоотбирающем и теплоотдающем контурах, тем менее эффективной будет отопление.
- При проектировании системы не следует мощность теплового насоса ориентировать на самую холодную температуру года. Большую часть времени избыточная мощность будет простаивать. Более рациональное решение – использование дублирующих вариантов. Подбирается оборудование мощностью 70 – 80% от максимальной. Для компенсации нехватки тепла в критичных условиях осуществляется дополнительный обогрев за счет электричества, газа или твердого топлива.
Система, построенная на основе теплового насоса, вполне успешно может справляться с обогревом частного дома практически любой площади. Все зависит от технических параметров оборудования. Однако следует понимать, что обязательным условием для эффективного функционирования является правильно выполненное утепление и сведение к минимуму утечек тепла. Ниже представлено подробное видео о преимуществах и недостатках геотермальной установки:
