Геотермальные тепловые насосы для отопления дома и их характеристики

Новые технологии появляются во всех сферах жизни, в том числе и в системах теплообеспечения частных домов. Эффективный и экономичный тепловой насос геотермальный – альтернативное оборудование, которое с успехом заменит традиционные нагревательные котлы. Тепловой насос (ТН) можно применять для отопления домов разных площадей, оборудование способно прогреть теплоноситель до +65 С и обеспечить подачу горячей воды.

Что такое тепловой геотермальный насос

Изделие представляет собой автономную станцию, которая применяет для работы низко потенциальную тепловую энергию земли, воды, воздуха. В реальности ТН выглядит как кондиционер, но работающий на обогрев. Благодаря расположению коллектора насоса ниже уровня промерзания грунта, прибор работает и при отрицательных температурах окружающей среды, что позволяет применять станцию в северных регионах.

На заметку! Для бесперебойного поступления энергии для прогрева дома и ГВС, тепловые насосы комбинируются с системами солнечного отопления.

Принцип работы

Функциональность оборудования основана на постоянных положительных температурах грунта ниже уровня промерзания. По мере заглубления в толщу земли, показатели температуры повышаются. Принцип работы заключается в применении и преобразовании полученной тепловой геотермальной энергии для прогрева теплоносителя дома.

Процесс осуществляется следующим образом:

• монтируется контур отбора энергии;
• трубопровод заполняется пропиленгликолем;
• контур присоединяется к вертикальным геотермальным зонам, заглубленным в скважины на 60-100 м или коллектору отбора, уложенному в грунт ниже точки промерзания (от 1 м заглубления);
• соляной раствор перемещается по замкнутому кругу между зондами и прогревается до +5 С.. +6 С, затем транспортируется в приемный отсек ТН.

Теперь вступает в работу тепловой насос, забирающий и накапливающий тепло из окружающей среды.

Конструктивно насос представляет собой несколько основных и дополнительных элементов, где происходят все процессы аккумулирования и передачи тепловой энергии теплоносителю:

1. Контур замкнутого типа. По трубопроводу транспортируется фреон, переходящий из жидкого состояния в газообразное.
2. Испаритель. Модуль соединен с приемником ТН, нужен для испарения фреона, который поглощает тепло разогретого соляного раствора (пропиленгликоля).
3. Газообразный фреон перемещается в компрессорную часть насоса, где нагнетается давление. Под давлением газ прогревается до +65 С и впрыскивается в конденсатор.
4. В конденсаторе прогретый газообразный фреон переходит в жидкое состояние, при этом сохраняет прогрев до высоких температур. Теплообмен осуществляется через стенки конденсатора, за счет чего нагревается теплоноситель в системе отопления строения.

Таким образом геотермальный тепловой насос для отопления дома обеспечивает прогрев теплоносителя для поддержания температуры в помещении до +25 С. Этого хватит, чтобы сохранять тепло в комнатах в зимние морозы, когда за окном показатель термометра опускается до -30 С.

ТН устроен так, что можно присоединять к системам обогрева с низкотемпературными показателями входящего теплоносителя, например, к контуру теплых полов. Безопасное оборудование имеет массу достоинств, а летом устройство работает на охлаждение дома в режиме кондиционера.

На заметку! Если схему теплового насоса соединить с солнечными батареями, система становится энергонезависимой. Автономность подачи тепла, ГВС особенно удобна для строений, вынесенных за пределы города, где нет возможности подключиться к центральным магистралям.

Насосы тепловые земля-земля

Для поддержания работоспособности схемы необходимо обеспечить постоянную подачу тепла из грунта.

Различается два типа выкладки контура со своими особенностями и характеристиками эффективности:

• Теплообменник горизонтального типа. Закладываются трубы для геотермального контура ниже точки промерзания грунта. Способ не требует использования техники для бурения скважин, можно обойтись своими силами – вырыть траншеи на глубину от 1 м, уложить петли трубопровода. Минус в увеличенном размере петли. Например, для прогрева помещений площадью в 220 м2 необходимо уложить контур на площади не менее 600 м2 (шесть соток). Поэтому горизонтальные теплообменники доступны только при условии обширного придомового участка.
• Теплообменник вертикального типа. Конструкция представляет собой погружение геотермальных зондов в скважины, которые заглубляются на величину от 200 м. Бурить скважины можно на ограниченных площадях, преимущество в сохранении стабильно высокой температуры – на глубине показатель термометра не опускается ниже +18 С. Минус в обязательности применения буровой техники.

На заметку! Чем глубже бурение, тем выше постоянная температура грунта.

Насосы тепловые типа вода-вода

Это альтернативный вариант применения геотермального насоса, при котором энергия отбирается из воды.

Обустройство контура возможно двумя способами:

1. Погружение теплообменника на дно водоема. Плюсом является отсутствие длительных земляных работ. Петли выкладываются по дну близлежащего источника воды, который расположен не дальше 100 м от дома. Глубина дна должна быть не менее 3 м.

Важно! Оптимальное решение – наличие собственного пруда. Для размещения петель в реке или озере потребуется получение специального разрешения.

2. Размещение зондов в артезианских скважинах. При прокачке воды из скважины, потоки прогоняются через тепловой насос, сброс жидкости осуществляется во вторую скважину, которая также уравновешивает давление в обводненных пластах.

Упрощенная схема получения энергии из воды объясняет популярность геотермальных насосов типа вода-вода.

На заметку! Если применяется вариант с артезианскими скважинами, то учитываются затраты на бурение скважин – в данном случае требуются именно артезианские глубины, а это также от 180 м, поэтому придется получать разрешение на проведение работ и привлекать специалистов.

Правила выбора теплового насоса

Модель ТН подбирается в зависимости от условий установки станции. Ограничения могут быть связаны с рельефом местности, уровнем залегания грунтовых вод, отсутствием площади участка для раскладки петель, наличием водоема. Например, если грунт скальный, то бурение до обводненных пластов выльется в значительные расходы – придется искать вариант с горизонтальным расположением петель, а это значит, что происходит освобождение больших площадей участка, или наличие близко расположенного водоема.

На заметку! Чтобы не ошибиться с выбором схемы обустройства, следует обратиться к специалисту. Профессионал составит проект, проведет предварительные расчеты.

На что обратить внимание при выборе теплового насоса:

• СОР. Это сокращение, принятое в мировой практике и определяющее рентабельность установки схемы, то есть производительность оборудования по отношению к затрачиваемому электропитанию. Например, СОР3 показывает, что на каждый 1 кВт потребляемого тока ТН производит 3 кВт тепловой энергии – показатель считается средним.
• Выкладка контура. Схема также влияет на производительность всей станции. Чтобы уточнить, какая площадь потребуется для выкладки трубопровода в грунт, нужно рассчитать отапливаемую площадь и умножить на 3. Итоговая цифра – это показатель размера участка для выкладки контура. Например, если отапливать нужно 20 м2, то размер площади участка для выкладки петель равен 60 м2.
• Функциональные возможности. Для того чтобы дом не только получал тепло зимой, но и охлаждался летом, следует купить сплит-систему.

Важно! По уровню КПД геотермальные насосы опережают любое возможное тепловое оборудование. Современные модели показывают коэффициент СОР равный 5. А вот электрокотел вырабатывает на 1кВт потраченного тока всего 0,09-0,99 кВт тепловой энергии.

Расчет мощности геотермального насоса

Показатель прогрева теплоносителя +65 С – это максимальный уровень, который земляной насос выдает при постоянной крайней нагрузке. Оптимальным считается поддержание режима теплоносителя в пределах +45 С.. +50 С, что позволяет подключать станцию к системе теплых полов.

Просчет параметров мощности, длины контура производится с учетом особенностей применения:

1. Чтобы рассчитать необходимую мощность, за основу берется формула – на 1 м2 требуется 0,7 кВт мощности ТН. Получается, что для прогрева дома площадью в 100 м2 нужно покупать насос мощностью 7-8 кВт.
2. Длина контура считается с учетом влажности, рыхлости грунта, точки промерзания. Для получения 1 кВт тепловой мощности потребуется примерно 40-60 м контура, уложенного в землю.
3. Расход энергии определяется по СОР. Для обеспечения работы геотермального насоса нужна электроэнергия, которая запускает насос в работу и обеспечивает нагнетание давления фреона в компрессоре. Насос нужен для циркуляции теплоносителя в первичном контуре. Чем больше показатель СОР, тем меньше электроэнергии требует оборудование.

На заметку! Все параметры даны условно, а для точности расчетов следует обратиться к продавцу оборудования или профессионалу, составляющему проект.

Производители тепловых насосов

Считается, что лучшие модели оборудования выпускают немецкие производители:

• Viessmann. Выпускают насосы высокой производительности, развивающие мощность до 290 кВт с максимальным прогревом теплоносителя до +60 С. Станции дополняются накопительными емкостями для подачи горячего водоснабжения.
• Buderus. Выпускают бытовые приборы мощностью до 60 кВт и прогревом теплоносителя до +65 С. Малошумные насосы (40 дБ) можно устанавливать в доме, рядом с жилыми комнатами.
• Vaillant. Производит все виды ТН, выпускает серии контуров для выкладки по дну водоемов, геотермальных зондов и контуров для укладки в грунте. Максимальная производительность приборов 46 кВт, прогрев теплоносителя до +60 С. Минусом считается малый выбор ТН, но качество оборудования остается на высоте.
• Stiebel Eltron. Продукция компании предназначается для частичного или полного обеспечения потребностей хозяев частных домов в отоплении. Модели дополняются устройствами интеграции в систему вентиляции и летом работают на охлаждение. Максимальный показатель мощности 98 кВт, большой ассортимент продукции и видов ТН. При выборе следует обращаться к специалисту.

Важно! Устройства требуют особенно тщательного подбора по мощности и эксплуатационным показателям. Покупка оборудования малой мощности заставит ТН работать на пределе, а выбор изделий повышенной мощности – функционировать вполсилы.

Стоимость ТН и монтажа

Для расчетов затрат нужно учитывать нюансы:

1. Цена станции зависит от производителя, мощности и в среднем составляет 100-120 тысяч рублей (от 1600 $). Дороже всего модели от немецких производителей, но они и надежнее.
2. Работы по выкладке контура. Дешевле – горизонтальная выкладка, обустройство контура по водоему.
3. Монтаж насоса. Сюда входит укладка трубопровода, подключение схемы. Тут нужен специалист и экономить не рекомендуется.

На заметку! Если обратиться в фирму, которая работает «под ключ», то стоимость работ может быть снижена. Например, все услуги по созданию и подключению схемы оборудования для прогрева дома площади в 80 м2 будут стоить от 350000 рублей (от 5300$). Вложения разовые.

Плюсы и минусы применения геотермальных насосов

Лучше начать с недостатков, которых очень немного:

• проведение геологической разведки на местности, определение целесообразности применения ТН – придется платить за услуги профессионалов;
• большие разовые затраты – не каждый хозяин готов выложить значительные суммы;
• изменения контура в первый год использования – трубы проседают, что приводит к снижению скорости циркуляции теплоносителя, уменьшаются показатели СОР.

Важно! Чтобы устранить возможные дефекты, после первых 12 месяцев использования проводится аудит контура первичного забора энергии. Это может привести к дополнительным затратам.

Плюсов у ТН геотермального типа намного больше:

1. Экономичность. Не придется тратить деньги на закупку топлива, а высокий показатель СОР снизит затраты на электроэнергию. Выгоды применения ТН просчитать несложно – все затраты окупятся через 5-7 лет постоянной работы оборудования в режиме отопления и охлаждения дома.
2. Расширенная функциональность. Благодаря небольшим дополнительным расходам, система тепловых насосов будет работать на обогрев и охлаждение. А если поставить солнечные батареи, то получается автономная схема, независимая от подачи электроэнергии.

Важный плюс – долговечность. Оборудование может работать более 100 лет, замена первых узлов производится не ранее, чем через 30-50 лет. Ремонтные работы отнимают немного времени и денег, после подновления узлов можно продолжить эксплуатацию в обычном режиме.