Геотермальні теплові насоси для опалення, як своїми руками зробити установку, особливості
При будівництві заміського будинку потрібно обов'язково продумати систему опалення. В даний час існує багато варіантів обігріву житла, і один з них - використання теплових насосів для опалення будинку. З такими пристроями знайомі далеко не всі, тому буде не зайвим розібратися, що вони собою представляють і які має особливості.
Що таке теплові насоси
Геотермальні теплові насоси для опалення за принципом роботи схожі на холодильник (докладніше: "Геотермальне опалення: принцип роботи на прикладах"). Наприклад, в самому звичайному холодильнику тепло забирається з камери і передається в приміщення, а його задня стінка стає гарячою. За таким же принципом працюють і геотермальні теплові насоси - вони забирають його ззовні і після підвищення температури передають в будинок (прочитайте також: "Тепловий насос: принцип роботи - особливості та види").
Основна перевага теплового насоса полягає в тому, що сам він не переробляє тепло, а витрачає електроенергію лише на його переміщення. Таким чином, для вироблення 5 кВт теплової енергії витрачається всього 1 кВт електрики. Як виглядає тепловий насос, можна подивитися на фото.
Принцип опалення геотермальними насосами заснований на зборі тепла
Усередині планети знаходиться гаряче ядро, тому вже на невеликій глибині температура грунту значно вище рівня замерзання води. Так, на відстані 10-50 метрів від поверхні (в залежності від клімату) температура грунту становить 8-12 градусів. Що стосується зон вічної мерзлоти, але в цих областях земля просто не встигає відтанути за короткий літній період. Навіть тут можна користуватися геотермальними насосами, але джерело тепла доведеться шукати на більшій глибині. Такі пристрої з мелкозаглубленнимі горизонтальними колекторами або вертикальними зондами забирають у грунту тепло і передають його дому.
Опалення будівель за допомогою геотермальних насосів дуже вигідно. Ці пристрої мають високу ефективність, так як температура грунту завжди висока. Чим вона вища, тим менше витрати електрики на транспортування тепла. Крім того, дана температура залишається незмінною протягом усього року, тому система опалення буде високоефективної навіть у найлютіший мороз.
Головний недолік, яким володіють геотермальні теплові насоси для опалення - це великі витрати, пов'язані з установкою насоса на опалення. Вартість приладу не настільки висока, а ось щоб пробурити пару свердловин довжиною кілька десятків метрів, будуть потрібні значні фінансові вкладення.
Використання горизонтального колектора обходиться набагато дешевше, до того ж траншею для нього можна навіть викопати самостійно всього за пару днів. Що стосується установки теплового насоса, то якщо є навички в області монтажу спліт-систем, і з цим обладнанням проблем не виникне.
Однак у горизонтальних колекторів є пара суттєвих недоліків:
- площа, відведена під пристрій, повинна перевищувати квадратуру будинку в кілька разів;
- дану ділянку не вийде використовувати для вирощування рослин, так як багатьом з них не піде на користь охолодження коренів.
Застосування водяній теплової енергії
Вода також служить гарним джерелом енергії. Головна вимога - наявність великого джерела з постійною температурою. Для опалення будинку підійде незамерзаючий водоймище глибиною хоча б в 3-4 метра, бажано, проточний. Якщо на ділянці високий рівень грунтових вод, то також можна скористатися тепловим насосом (прочитайте також: "Як підібрати водяний насос для опалення").
Монтаж системи виглядає наступним чином. На дно водойми укладають трубу теплообмінника. Щоб вона не переміщалася плином і не спливала, її обтяжують вантажем (на кожен погонний метр має припадати близько 5 кілограмів ваги). Для нормальної роботи теплообмінника відстань між витками труби повинна становити мінімум 1,5 метра.
Щоб отримати 10 кВт теплової енергії (цього достатньо для опалення будинку площею 100 «квадратів» в теплому кліматі), буде потрібно встановити теплообмінник протяжністю близько 300 метрів.
Геотермальний тепловий насос, який поглинає тепло грунтових вод, зазвичай являє собою відкриту схему збору. Це означає, що у напрямку течії підземного джерела роблять дві свердловини. В одну з них занурюють звичайний свердловинний насос, функцією якого є подача води в теплообмінник. У другу свердловину передається холодна вода.
Звичайно, виявити грунтові води набагато простіше, ніж незамерзаючий водоймище, але потрібно враховувати, що резерв свердловини обмежений, а ефективний теплообмін можливий лише в тому випадку, якщо температура води не буде опускатися до точки замерзання. Також слід пам'ятати, що рівень води при зрушенні шарів грунту може помітно змінюватися. Буріння свердловин обходиться досить дорого, а з огляду на нестабільність підземних джерел, вся затія може виявитися досить проблемною.
Застосування повітряної теплової енергії
Найдоступнішим джерелом тепла є атмосферне повітря. В даному випадку теплообмінник представлений великим радіатором з помітним ребрами і вентилятором для здійснення примусового обдування. Насоси схожою конструкції також використовуються і для підігріву води в басейнах.
Опалення будинку зазвичай організовується за традиційною схемою, з використанням теплоносія і його поширення по елементах системи. В результаті насос може не тільки обігрівати будинок, а й забезпечувати його мешканців гарячою водою для побутових потреб.
Зовнішній теплообмінник може бути навісним - він встановлюється на стіні будівлі. Для потужних пристроїв потрібен окремий фундамент, крім того, вони передають вібрацію стін будинку, що не додає комфорту.
Користуються популярністю і прилади типу «повітря-повітря». Таке обладнання опалює приміщення без допомоги теплоносія. Найпростіший приклад таких пристроїв - кондиціонери, що працюють в режимі обігріву.
Найпростіші моделі здатні опалювати тільки одну кімнату, але якщо теплообмінник має великі розміри, а компресор досить потужний, то приладу вистачить для підтримки температури в приміщеннях із загальною площею в кілька десятків квадратних метрів. Також зустрічаються і мультиспліт-системи, в яких одного зовнішнього блоку досить для забезпечення теплової енергії декількох внутрішніх. Підключити такий геотермальний тепловий насос своїми руками не складе труднощів, володіючи певними знаннями в сфері кліматичного обладнання.
У продажу зустрічаються і звичайні спліт-системи, які функціонують за схемою «старт-стоп» і наближаються по тепловіддачі до інверторним. Продуктивність таких пристроїв також може в кілька разів перевищувати споживання електроенергії.
Вибираючи спліт-системи для опалення, потрібно враховувати, що їх ефективність знижується при зниженні температури на вулиці. Також існує гранична температура, при якій ці пристрої ще можна використовувати. Більшість приладів дозволяється експлуатувати до температури 15-20 градусів нижче нуля, а нижня межа деяких моделей становить 30 градусів морозу. При мінусовій температурі більша частина споживаної електрики йде на підігрів кабелем обмерзають теплообмінника зовнішнього блоку, за рахунок цього і зменшується продуктивність обладнання.
Види обміну тепла
Насоси з відкритим циклом забирають підземну воду, подають її в теплообмінник і потім повертають назад в грунт на деякій відстані від точки забору. Перевага такої схеми полягає в можливості відразу отримувати воду для побутових цілей. Використання ґрунтових джерел не завдає шкоди навколишньому середовищу. Однак варто враховувати, що ефективність такої опалювальної системи не завжди однакова, а використовувати її можна тільки при постійно високому рівні води.
Насоси з закритим циклом і водорозташованим теплообмінником забирають рідина з водойми і прокачують її по трубах, забираючи тепло. Опалювати будинок таким способом вдасться в тому випадку, якщо відстань від нього до водойми не перевищує 100 метрів. Глибина джерела і берегова лінія повинні підходити для прокладки трубопроводу. Потрібно враховувати, що робота опалювальної системи стане неможливою в разі промерзання водойми. Головною перевагою методу є його невисока вартість у порівнянні з іншими.
Насоси з закритим циклом і вертикальним теплообмінником відрізняються високою ефективністю і малим енергоспоживанням. В цьому випадку труби, по яких прокачується теплова енергія, прокладаються вертикально і йдуть в грунт на глибину до 200 метрів. Вже на відстані 15-20 метрів від поверхні землі температура грунту стабільна і становить близько 12 градусів. Чим глибше прокладені труби, тим вище ефективність системи. Головний недолік методу полягає в значних фінансових вкладень при облаштуванні опалення.
Насоси з закритим циклом і горизонтальним теплообмінником вимагають наявності чималої вільної площі біля будинку. В цьому випадку труби розташовуються горизонтально, на глибині не менше метра від поверхні землі. Для будинку площею 200 «квадратів» буде потрібно приблизно 500 «квадратів» поверхні землі (докладніше: "Використовуємо тепло землі для опалення будинку"). Потрібно враховувати, що на даній ділянці, в разі поверхневої прокладки колектора, навряд чи вийде вирощувати будь-які рослини - їм буде не вистачати тепла. Тому буде розумніше поглибити теплообмінник на кілька метрів. Основна перевага горизонтальних пристроїв - набагато менша вартість у порівнянні з вертикальними.
Переваги та недоліки теплових насосів
Потрібно враховувати, наважуючись на геотермальне опалення - тепловий насос обійдеться недешево. Дорого обійдуться і роботи, пов'язані з бурінням свердловин. Якщо порівнювати газове і електричне опалювальне обладнання, то перше набагато економніше. Пристрої, що працюють на електроенергії, в експлуатації обходяться набагато дорожче. Однак ціни на газ постійно зростають, тому неможливо передбачити, яка система опалення в майбутньому стане дорожче.
Теплові насоси зручні у використанні: вони не вимагають регулярного обслуговування і мають тривалий термін експлуатації. Крім того, при їх роботі не утворюються шкідливі продукти згоряння палива, як у випадку з природним газом або деревиною. Ще одним позитивним моментом є те, що можна регулювати опалення будинку тепловими насосами за допомогою термостата.
