Планируя организацию отопления и горячего водоснабжения частного дома иногда можно столкнуться с целым рядом проблем. Все начинается с выбора энергоносителя. Когда рядом с домом проходит газопровод, как правило, сомневаться не приходится. Достаточно оформить все необходимые документы на газификацию дома, и тепло вам обеспечено. Но, к сожалению, в нашей стране еще немало таких районов, где газ можно купить только в баллонах. Что же делать в этой ситуации? Топить печь дровами и углем – хлопотно и не очень эффективно, а согреваться электричеством – дорого. На помощь приходят новейшие разработки в области альтернативных источников энергии. Эти технологии позволяют извлекать тепло из земли, воды и воздуха. Одним из таких изобретений является тепловой насос, своими руками установить его хоть и сложно, но вполне возможно.
Содержание
- Разновидности тепловых насосов
- Грунт-вода
- Воздух-вода
- Вода-вода
- Принцип работы теплового насоса
- Расходы и окупаемость
- Как выполнить расчет оборудования?
- Экологичность и безопасность
- Как сделать тепловой насос самоcтоятельно?
- Правила установки и монтажа
- Вертикальный насос типа «грунт-вода»
- Горизонтальный насос типа «грунт-вода»
- Насос типа «Вода-вода»
- Насос типа «Воздух-вода»
- Бивалентная схема отопления
- Теория и практика — обзорное видео
Разновидности тепловых насосов
Существует три разновидности тепловых насосов, пригодных для отопления дома. Различаются они по типу используемых источников тепла:
Грунт-вода
Это устройство извлекает тепло из грунта при помощи коллекторов или зондов. Незамерзающая жидкость транспортирует его к тепловому насосу, а оттуда энергия перенаправляется в систему отопления. Если вы являетесь обладателем земельного участка большой площади, целесообразнее устанавливать коллекторы, проложенные ниже уровня промерзания грунта. Для маленьких участков подойдут зонды.
Воздух-вода
Как понятно из названия это устройство извлекает тепло из воздуха при помощи вентиляторов и испарителя.
Вода-вода
Как правило, такое устройство работает с грунтовыми водами, но при наличии на участке водоема, тепло может быть извлечено и из него. В тепловом насосе энергия утилизируется, и охлажденная жидкость направляется обратно через поглощающую скважину.
Принцип работы теплового насоса
Система включает в себя собственно тепловой насос, устройство забора и устройство распределения тепла. Внутренний контур теплового насоса состоит из компрессора, питающегося от электросети, испарителя, дроссельного клапана и конденсатора.
Принцип работы этого прибора был разработан еще в 19 веке и назван «цикл Карно». Происходит это следующим образом:
- В коллектор подается незамерзающая смесь – это может быть вода со спиртом, соляной раствор или гликолевая смесь – которая поглощает тепловую энергию и транспортирует ее к насосу.
- В испарителе энергия переходит к хладагенту (веществу с низкой температурой кипения) от чего последний вскипает и превращается в пар.
- Компрессор увеличивает его давление, а, следовательно, повышается и температура.
- Через конденсатор тепловая энергия передается теплоносителю внутридомовой системы отопления, а хладагент дополнительно охлаждается для «выжима» оставшегося тепла, переходит в жидкое состояние и отправляется обратно в коллектор.
- Дальше процесс повторяется по той же схеме.
Если говорить совсем просто, тепловой насос это некий «холодильник наоборот». В холодильнике тепло, отдаваемое продуктами питания, нагревает хладагент, циркулирующий по трубам, и, в конце концов, выводится на заднюю стенку. Вот это самое тепло и используется в системе с тепловым насосом для подогрева теплоносителя.
Во время работы система потребляет электрическую энергию, но в значительно меньших количествах, чем обычный электрокотел. Так, потребляя 1кВ электроэнергии, тепловой котел отдает в систему отопления 5 кВ тепловой энергии.
Расходы и окупаемость
К сожалению, установка подобного оборудования неизбежно повлечет за собой достаточно серьезные расходы. На ее покупку и монтаж придется потратить значительно больше, чем на обычный электрический котел такой же мощности. Естественно возникает вопрос, а стоит ли оно того? Да, стоит. При установке такой системы отопления в новый дом, площадью 100м2, дополнительные затраты окупятся за 1,5-2 года, а дальше вы будете только экономить.
Кроме того, тепловой насос способен работать еще и как кондиционер, то есть в жару охлаждать помещение. В этом случае происходит обратный процесс, тепло из дома передается хладагенту и выводится через теплообменник наружу.
Как выполнить расчет оборудования?
Расчет мощности теплового насоса необходимо производить исходя из уровня теплопотерь вашего дома. Безусловно, перед установкой подобного оборудования необходимо принять всевозможные меры по утеплению стен, крыши, пола и окон здания.
Как правило, для старых, плохо утепленных домов тепловая потребность составляет 75 Вт/м², для относительно новых построек с современной теплоизоляцией – около 50 Вт/м², а для низкоэнергетических зданий, построенных с применением специальных технологий — 30 Вт/м².
Необходимо отметить, что такую установку лучше всего закладывать в проект еще строящегося здания. Это позволит устроить наиболее пригодную для этого вида обогрева систему отопления.
Как показывает опыт, наилучшим вариантом внутридомовой отопительной системы с использованием теплового насоса является водяной теплый пол. НО при расчете его мощности необходимо обязательно учитывать тип напольного покрытия. Идеальным вариантом станет керамическая плитка, а вот ковровые покрытия, ламинат и паркет из-за своей низкой теплопроводности требуют увеличения температуры теплоносителя на 5-8 градусов.
Экологичность и безопасность
Для тех, кто заботится об экологической безопасности своего жилища, идеальным вариантом комфортной отопительной системы может стать именно тепловой насос, принцип работы которого не предусматривает выброса в атмосферу таких вредных соединений, как CO, СO2, SO2, PbO2, NOх.
Что же касается возможности взрыва или возникновения пожара, то, при нормальной изоляции электрических проводов, ее нет. Чего, к сожалению, нельзя сказать о котлах на жидком топливе или природном газе. Система теплового насоса сконструирована таким образом, что перегрев ее деталей, достаточный для взрыва или воспламенения, невозможен.
Как сделать тепловой насос самоcтоятельно?
Стоимость теплового насоса даже без вызова специалистов для его установки достаточно высока. К сожалению, далеко не у всех есть возможность единовременно потратить такую значительную сумму денег, пусть даже в надежде на экономию в ближайшем будущем. Можно ли сделать тепловой насос своими руками? Да, вполне. К тому же соорудить его можно из уже имеющихся деталей или купить по случаю запчасти б/у.
Итак, приступим. Если вы собираетесь устанавливать подобную отопительную систему в старом доме, обязательно проверьте состояние проводки и электросчетчика. Проследите за тем, чтобы измерительный прибор был мощностью не менее 40 ампер.
- Прежде всего, необходимо позаботиться о покупке компрессора. В специализированных фирмах или в обычной мастерской по ремонту холодильного оборудования можно купить компрессор от кондиционера. Он вполне подойдет для наших целей. Его необходимо прикрепить к стене при помощи кронштейна L-300.
- Теперь переходим к изготовлению конденсатора. Для этого нам понадобится бак из нержавеющей стали объемом 100-120 литров. Его необходимо разрезать пополам и установить внутрь змеевик, который достаточно легко изготовить из медной трубки от холодильника или обычной сантехнической медной трубы небольшого диаметра.
Важно! Не следует использовать очень тонкостенную трубку – ее хрупкость может доставить массу неудобств во время работы. Толщина стенок медной трубки должна составлять не менее 1 мм.
- Для получения змеевика берем газовый или кислородный баллон и наматываем на него медную трубку, соблюдая расстояние между витками. Для того чтобы зафиксировать трубку в таком положении проще всего взять перфорированный алюминиевый уголок, который используется для защиты углов под шпаклевкой, и примотать его к змеевику так, чтобы каждый виток находился напротив отверстия в уголке. Это обеспечит одинаковый шаг витков и прочность всей конструкции.
- После установки змеевика свариваем половинки бака, не забыв вварить резьбовые соединения.
Необходимо просверлить скважину, глубиной от 50 до 150 метров. Затем опустить в нее геотермальный зонд и подключить его к насосу.
Горизонтальный насос типа «грунт-вода»
В этом случае используется коллектор, образованный системой труб. Его необходимо расположить ниже уровня промерзания почвы. Точная глубина зависит от климатической зоны и составляет, как правило, 1-1,5м. Достаточно просто снять слой почвы (при помощи техники или вручную), уложить трубы и осуществить обратную засыпку.
Есть и еще один способ – прокладка отдельных труб в траншеях. Для его применения необходимо вырыть несколько траншей, глубина которых опять-таки будет превышать глубину промерзания, и уложить в них трубы петлей.
Насос типа «Вода-вода»
Коллектор для такого насоса собирают на суше из ПНД-труб, заполняют теплоносителем и только потом переносят к водоему.
Все трубы необходимо погрузить в воду и аккуратно переместить к центру водоема (или на необходимую глубину).
Насос типа «Воздух-вода»
Такой насос извлекает тепло из воздуха, а значит, его монтаж не требует масштабных земляных работ.
Достаточно выбрать место для установки коллектора недалеко от дома или на его крыше и соединить с системой внутридомового отопления.
Бивалентная схема отопления
Использование такой схемы поможет сэкономить на этапе изготовления и монтажа насоса. Дело в том, что расчет мощности теплового насоса производится исходя из минимальной возможной температуры. Но ведь пиково низкие температуры стоят на улице только очень короткое время, а значит, большую часть года тепловой насос будет использовать только часть своего потенциала мощности.
Для того чтобы иметь возможность установки мене мощного насоса параллельно с ним подключают дополнительный источник тепла – электрический котел. Тогда, в сильные морозы вы можете дополнительно «подтапливать» помещение. Учитывая, что таких дней в году бывает немного, такой подогрев не сильно ударит по кошельку, а на стоимости насоса можно значительно сэкономить.
Возможно так же использование в качестве дополнительного оборудования котла на твердом топливе. В этом случае в систему отопления необходимо включить байпас.