Как устроен тепловой насос «вода-вода» и сделать его самостоятельно

Здесь вы узнаете:

• Принцип работы теплового насоса вода-вода
• Устройство теплового насоса
• Преимущества водяных тепловых насосов
• Расчет мощности оборудования: правила выполнения
• Рекомендации по выбору модели
• Как самостоятельно сделать такое устройство
• Сборка насоса из старого холодильника
• Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос
• Особенности эксплуатации такого теплового насоса

Тепловой насос вода-вода преобразует источник тепла из скважины и грунтовых вод для систем отопления и горячего водоснабжения частного дома. Можно сделать его самостоятельно или купить готовый.

Принцип работы теплового насоса вода-вода

Тепловой насос воплотил в себе принцип цикла Карно. Он заключается в том, что движущееся вещество по замкнутой системе и меняющее под воздействием химических, физических или термических факторов свое агрегатное состояние из жидкого в газообразное высвобождает и поглощает огромное количество тепловой энергии.

В роли рабочего вещества выступает тепловой носитель – вода из скважины или водоема.

Даже зимой в природных источниках на определенной глубине сохраняется положительная температура, поэтому из них круглый год можно извлекать тепловую энергию. Единственный недостаток установки – высокий расход электроэнергии и необходимость закупки дополнительного оборудования.

Основные элементы теплового насоса вода-вода:

• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• расширительного индукционного клапана;
• автоматическая система, осуществляющая контроль показателей;
• множественные магистрали из медных труб;
• рабочее вещество (хладагент).

С помощью специального насоса вода поступает по трубкам из источника в тепловую установку, после чего взаимодействует с газом (фреоном), закипающим при температуре +2-3 градуса. Фреон поглощает часть тепла воды и всасывается компрессором, где во время сжатия его температура повышается.

Далее хладагент поступает в конденсатор, после чего горячее вещество нагревает воду до заданной температуры (от +40 до +80 градусов), которая транспортируется по трубам системы отопления.

Охлажденная вода поступает в испаритель, затем сливается в приемную скважину. После прохождения конденсатора хладагент становится жидким и собирается на дне элемента, затем через дроссель возвращается в исходное место. Далее цикл повторяется.

По конструктивному принципу тепловой насос — это перевернутый холодильник. Только его испаритель погружен в воду, а нагреваемая часть находится на земле и вырабатывает тепло.

Работа внутреннего блока геосистемы вода-вода направлена на нагрев теплоносителя для отопительных контуров и воды для горячего водоснабжения.

Тепловые насосы, выпускаемые для обустройства малоэтажных построек, радуют небольшими габаритами. Используют они воду из открытых водоемов, скважин и антифриз из замкнутых систем, уложенных в земле.

В зависимости от конструкции и технического оснащения тепловые насосы расходуют от 5 до 25% энергии, остальная энергия идет на обеспечение инженерных систем.

Подготовительные работы перед эксплуатацией

Подготовка к сборке, подключению и вводу в эксплуатацию теплового насоса из серии вода-вода включает ряд стандартных этапов, с которыми мы далее ознакомимся.

Выбор оптимального источника воды

Следует отметить, что далеко не каждый открытый источник или водяная скважина подойдут для бесперебойного функционирования теплового насоса. Качество воды играет важную роль, но проблему загрязненности помогут решить фильтры.

Допустимо использовать водоем или пруд, расположенный в радиусе 100 метров от постройки. Если подобного источника нет, то возникает необходимость бурения скважин.

Поведение открытого источника более предсказуемо, чем грунтовых вод, поэтому при возможности предпочтение лучше отдать водоемам.

Галерея изображений

Фото из

Геотермальная скважина для теплового насоса

Недорогой вариант испарителя теплового насоса

Подключение труб испарителя к теплообменнику

Трубы испарителя подготовлены к осмотру

Установка тепловой системы с использованием скважины

Для установки системы с использованием теплового насоса понадобится две скважины. Одну из скважин принято называть дебетовой. Именно в нее погружается специальный насос, с помощью которого происходит отбор воды для последующей обработки в системе. Вторая скважина – приемная. В нее сливается охлажденная вода.

Глубина дебетовой скважины не должна превышать 50 метров. Чем глубже располагается источник воды, тем мощнее потребуется насос для ее подачи, что увеличит количество расходуемой энергии.

Устройство дебетовой скважины

Перед началом эксплуатации дебетовой скважины важно узнать, сколько воды она способна дать и какое количество жидкости необходимо, чтобы обеспечить теплом все помещение. Чем выше температура воды, тем меньше ее понадобится для обогрева.

Важно предварительно рассчитать объем V, который нужно выкачивать из скважины в течение часа для обогрева помещения. Допустим, есть насос, теплопроизводительность которого равна некоторому числу Q кВт, а потребляемая мощность – числу P кВт. Также понадобиться узнать температуру грунтовых вод (t1) и их температуру после темплообмена (t2).

Тогда формула расчета объема необходимого количества воды за час выглядит так:

V = (Q-P)/(t1-t2).

Определить способность дебетовой скважины выдавать нужный объем воды аналитически невозможно, поэтому проводят ее тестирование. В течение 3 дней насос бесперебойно перекачивает воду из скважины. Таким образом осуществляется проверка и приемной скважины на возможность принимать необходимое количество воды при высокой нагрузке.

Важно понимать, что грунтовые воды ведут себя непредсказуемо, поэтому воды из дебетовой скважины может со временем стать меньше. Например, весной наблюдаются приливы, а зимой, наоборот, вода убывает. Если воды в скважине не хватает, то система автоматически отключается, отопление не происходит.

Особенности приемной скважины

Приемный трубчатый колодец располагают ниже по течению подземных вод. Определить, в каком направлении движется вода, аналитически невозможно. Поэтому на практике выбирают произвольную скважину в качестве дебетовой и запускают в нее погружной насос.

Если во время эксплуатации системы уровень воды не опускается, то выбор сделан правильно. Если уровень опустился, а температура воды понизилась, то необходимо поменять скважины местами – перенести погружной насос в другое отверстие.

Сливную трубу в приемную скважину необходимо погрузить на несколько сантиметров в воду, не доходя до дна. Если сбрасывать отработанную жидкость сверху, то это приведет к заболачиванию. Трубчатый колодец может прекратить принимать воду и забиться.

Результат грозит переливом, а в зимнее время возможным обледенением. Лучшим вариантов для приемного источника является река или пруд. Если данных объектов рядом нет, то возникает необходимость бурить еще одну или несколько приемных скважин, чтобы подстраховаться на случай перелива.

Узнать, будет ли скважина принимать воду, невозможно ни аналитическим, ни тестовым способом. Практика показывается, что сливная скважина может бесперебойно поглощать воду долгие годы, а может и вовсе выйти из строя за один сезон.

Существуют технологии, позволяющие использовать одну скважину в качестве дебетовой и приемной, но этот метод не эффективен – эксплуатация будет сопровождаться трудностями, возможно понижение температуры воды, заболачивание и ряд других проблем.

Устройство системы с использованием водоема

Выбранный пруд должен быть достаточно глубоким, чтоб нижние слои воды не промерзали во время сильных морозов. В Южных регионах оптимальная глубина составит примерно 1 метр, в Северных потребуется источник с глубиной от 3 метров. Также пруд должен быть стабильным – недопустимы колебания уровня воды, ее уменьшение.

В качестве труб рекомендуется использовать модели из ПНД, отличающиеся долговечностью и надежностью. Важно защитить трубы от промерзания, дополнительно утеплив их, и от прорывов.

Подготовка дома к установке теплового насоса

Для взаимодействия с тепловым насосом вода-вода в доме должна быть оборудована система отопления на водной основе, представленная в виде труб, радиаторных батарей. Для лучшего утепления в пол и стены также допустимо монтировать отопительные трубы.

Если оборудование будет использоваться для подачи горячей воды, то в доме должна присутствовать система ее сбора. Для работы насоса понадобиться подключение к электрической сети с неограниченным питанием.

Без дополнительных мероприятий по теплоизоляции дома (утепления снаружи, установки двухкамерных окон и т.д.) эксплуатация теплового насоса не имеет смысла.

Специалисты рекомендуют дополнительно установить систему вентиляции приточного типа с механизмом обогрева воздуха. Используемый в оборудовании фреон вреден для человека. Если в контуре системы произойдут микроразрывы, то газ высвободиться и тем самым вытеснит из помещения воздух. Хладагент может вызвать у человека обострение заболеваний легких, приступы удушья.

Тепловой насос является тяжелым оборудованием, его вес может достигать тонны (зависит от мощности и размеров), поэтому для его установки в некоторых случаях необходимо возведение собственного фундамента, не соединенного с фундаментом коттеджа.

Перед установкой оборудования нужно учесть допустимые размеры помещения, выдержать расстояние до стен, указанное в паспорте изделия.

Устройство теплового насоса

Принцип действия давно известен. Есть три замкнутых герметичных контура — внутридомовой, компрессорный, внешний.

Основные компоненты:

1. Система отопления. Оптимально применить теплые полы. Дополнительная опция — горячее водоснабжение.
2. Конденсатор. Передает энергию, собранную вовне, от хладагента (обычно фреон) к теплоносителю (вода) отопления.
3. Испаритель. Отбирает тепловую энергию у теплоносителя (например, этиленгликоль), циркулирующего во внешнем контуре.
4. Компрессор. Перекачивает хладагент от испарителя, переводя его из газообразного в жидкое состояние, повышая давление и охлаждая в конденсаторе.
5. Расширительный клапан. Устанавливается испарителем. Регулирует поток хладагента.
6. Внешний контур. Укладывается на дно водоема или опускается в скважины.
7. Насосы внутреннего и внешнего контура.
8. Автоматика. Управляет системой по заданной величине обогрева помещения и изменений температуры наружного воздуха.

В испарителе теплоноситель внешнего контура охлаждается, отдавая тепло хладагенту, а затем насосом перекачивается по внешнему контуру. Там он нагревается, цикл вновь повторяется.

Внешний контур в пруду неподалеку от здания выглядит таким образом.

Коллектор эффективен круглогодично. Зимой на глубине более 3-х метров температура воды достаточна для нагрева.

После испарителя хладагент проходит компрессор , где его давление и температура увеличиваются. Потом в конденсаторе отдает тепло системе отопления.

Затем хладагент проходит дроссель, где резко падает давление вследствие расширения. При переходе в газообразное состояние почти мгновенно температура хладагента сильно уменьшается. Этот процесс можно ощутить на практике при заправке газовой зажигалки из баллончика со сжиженным газом. Значительный температурный перепад способствует эффективному поглощению тепла хладагентом из внешнего контура.

Есть вариант с разомкнутым коллектором. Возможен, когда вода хорошего качества. Тогда системе и насосу не угрожает заиливание, отложение солей жесткости, ускоренная коррозия.

Такие теплогенераторы получили практическое применение только после энергетических кризисов 70-х годов прошлого столетия.

До тех пор их развитие тормозила относительная дешевизна энергоносителей — нефти, газа и т. п. Кроме того, несовершенство технологий сдерживало массовое внедрение инновации.

Виды коллектора грунт вода

Коллектор грунтового теплового насоса может быть двух видов (рис. 2):

• Вертикальный;
• Горизонтальный.

Конечно, специалисты рекомендуют бурить скважину глубже. Но если техника или почва не позволяют, то можно сделать несколько скважин. Например, можно сделать одну скважину глубиной 80 м, а можно 4 скважины по 20 м. Главное чтобы суммарный результат получился достаточным для отопления дома. Может быть каменистая почва, с которой достаточно тяжело работать, в ней можно пробурить скважины не более 15-20 метров.

Горизонтальный коллектор (рис. 3) – этот вид грунтового коллектора для насоса грунт вода выглядит как трубопровод, который выложен в горизонтальном положении на определенную глубину, под слоем земли. Этот коллектор легко устанавливается.

Площадь, на которую устанавливается коллектор земляного теплового насоса достаточно большая в отличие от вертикального варианта, на который нужен небольшой кусочек земли. Как правило, горизонтальный теплообменник занимает от 25 до 50 м2, а может и больше, смотря какая отапливаемая площадь. Негативным фактором этого варианта является то, что территория с этим коллектором может использоваться только под газон.

Зависимо от различных обстоятельств теплообменник может укладываться зигзагом, петлями, змейкой и т.д

Очень важно, какая теплопроводность у грунта, в который устанавливается теплообменник. Это зависит от качества земли, например, если почва влажная, то теплопроводность больше, а если почва песчаная, то теплопроводность маленькая

Если есть много петель в теплообменнике, то в комплектации обязательно должен быть циркуляционный насос.

Преимущества водяных тепловых насосов

По сравнению с грунтовыми и воздушными тепловые насосы «вода-вода» обладают следующими преимуществами:

• в качестве источника тепла для водяных тепловых насосов используются открытые и закрытые водоемы;
• водоемы обладают положительной температурой даже в зимнее время;
• тепловой насос «вода-вода» имеет более короткий внешний контур – следовательно, коэффициент преобразования энергии выше;
• тепловые насосы «вода-вода» требуют меньше времени и затрат на подготовительные работы;
• контур водяного теплового насоса не мешает какой-либо деятельности (при грунтовом контуре запрещено строительство и ограничено земледелие).

Выводы и полезное видео по теме

Ролик ознакомит с принципом действия и особенностями устройства:

В качестве итогов, можно сделать вывод, что тепловой насос вода-вода считается эффективным экологически безопасным оборудованием, созданным для обогрева домов площадью до 150 кв метров. На обустройство помещения большей площади уже могут понадобится довольно сложные инженерные изыскания.

Если возникли вопросы в ходе ознакомления с представленной информацией, задавайте их, пожалуйста, в блоке, расположенном ниже. Ждем ваших комментариев, вопросов по теме, рассказов и фото о собственноручном сооружении мини-гидроэлектростанции. Нам интересно ваше мнение.

Расчет мощности оборудования: правила выполнения

Прежде чем приступать к выбору определенной модели теплового насоса, надо разработать проект системы отопления, которую такое оборудование будет обслуживать, а также выполнить расчет его мощности. Такие вычисления необходимы для того, чтобы определить фактическую потребность в тепловой энергии здания с определенными параметрами. При этом обязательно учитывают тепловые потери в таком здании, а также наличие в нем контура ГВС.

Для теплового насоса вода-вода расчет мощности выполняется по следующей методике.

• Сначала определяют общую площадь здания, для отопления которого будет использоваться приобретаемый тепловой насос.
• Определив площадь здания, можно рассчитать мощность теплонасоса, способного обеспечить отопление. Выполняя такой расчет, придерживаются правила: на 10 кв. м площади здания необходимо 0,7 киловатт мощности теплового насоса.
• Если тепловой насос будет использоваться и для обеспечения функционирования системы ГВС, то к полученному значению его мощности добавляют 15–20 %.

Выполняемый по вышеописанной методике расчет мощности теплонасоса актуален для зданий, в помещениях которых высота потолков не превышает 2,7 метра. Более точные вычисления, учитывающие все особенности зданий, которые предстоит отапливать посредством теплового насоса, выполняются сотрудниками профильных организаций.

Дополнительное оборудование

Выбор дополнительного оборудования для теплового насоса – ответственная задача, решение которой во многом определяет долгосрочность службы отопительной системы в целом и отсутствие проблем в эксплуатации.

Погружной насос для скважин и водоемов

Если в системе тепловой насос используется для подачи горячей воды, то устройство с небольшой мощностью может понижать давление в кранах. Мощный насос решит эту проблему, но он потребляет больше энергии. Минимальная допустимая мощность при эксплуатации ГСВ – 1 кВт.

Существует множество различных модификаций погружных насосов. Выбор осуществляется с учетом трех критериев, это:

• Количество жидкости, используемой для перекачивания (чем больше воды придется транспортировать, тем выше должна быть мощность насоса).
• Глубина скважины (чем глубже скважина, тем большей должна быть мощность оборудования);
• Диаметр скважины (традиционно отдают предпочтение 4-дюймовым шахтам, поскольку для них создано наибольшее количество насосов, в отличие от 3-дюймовых).

Чтобы определить глубину скважины, необходимо на веревку закрепить груз и опустить в шахту. Мокрая часть веревки укажет на полную глубину скважины, сухая определит расстояние от начала воды до поверхности.

Для шахт могут подойти как универсальные насосы, так и оборудование, специально созданное для скважин. Если разработкой шахты занимались профессионалы, то она меньше засоряется песком, поэтому можно смело использовать универсальный насос.

Насосы, спроектированные специально под скважины, стоят дороже, но они отлично справляются с песком и грязью, меньше засоряются. Универсальные чувствительны к большому содержанию органики, их необходимо регулярно очищать от грязи, в результате чего срок их эксплуатации уменьшается.

Отдать предпочтение стоит насосам с автоматикой, поскольку при перегреве мотора, излишнего засора или отсутствия воды в скважине они отключаются самостоятельно, в результате чего двигатель не перегревается и не выходит из строя.

По принципу действия различают 2 вида погружных насосов:

• Центробежные.
• Вибрационные.

Для работы в скважинах, добывающих воду в известняке, предпочтительнее центробежные глубинные модели. Они чувствительны к воде с песчинками и глинистой взвесью.

Если тепловой насос будет подключен к открытому водоему, использовать лучше поверхностное насосное оборудование, предназначенное для перекачки грязной воды, или недорогое вибрационное устройство.

Промежуточный теплообменник теплового насоса

В тепловых насосах во время циркуляции фреон может недостаточно хорошо охлаждаться, что приводит к перегреву компрессора в результате чрезмерной температуры нагнетания. Поэтому важно улучшить охлаждение вещества, тем самым понизив давление в контурах.

Существует еще одна проблема, характерная для всех тепловых насосов, – хладагент может смешиваться с парами воды. Если жидкость попадет в компрессор, то может произойти гидроудар. В этом случае понадобиться ремонт или замена детали. Также вода может попасть в масло, а извлечь ее оттуда затруднительно.

Все вышеописанные проблемы решает установка промежуточного теплообменника. Теплообменники бывают трех видов – открытого типа, кожухотрубные и змеевиковые.

Модификация открытого типа нейтрализует жидкость, попавшую во фреон при циркуляции, что минимизирует вероятность гидроудара компрессора. Устройство отличается высокой производительностью при минимальных затратах мощности.

Грамотно подобранные трубы позволят нейтрализовать возможность закипания жидкости. При этом клапан должен иметь достаточную пропускную способность, чтобы жидкость при низкой разнице давлений смогла проникнуть в устройство.

Кожухотрубный теплообменник представлен в виде закрытой конструкции. Теплообмен происходит через стенки труб, а жидкость и хладагент в нем не смешиваются, в отличие от открытого, что обеспечивает высокое давление для циркуляции пара и воздуха.

Змеевиковый теплообменник отличается наличием регулятора расхода, управляющего потоком жидкого фреона. Размер устройства напрямую зависит от мощности теплового насоса. Выбрать изделие необходимо с учетом функционала и располагаемой суммы. Желательно отдать предпочтение разборным моделям.

Фильтры для теплового насоса

Вода из скважин или водоемов поступает не в чистом виде. В ней может встречаться песок, грязь, различные микроэлементы – железо, сероводород, марганец, хлор, аммиак и др. Перед поступлением в тепловой насос вода должна быть отфильтрована.

Прежде всего, необходимо устранить крупные вещества – камни, песок, грязь, ил. Чтобы убрать их из воды, необходима установка гидроциклона.

Далее важно установить фильтры, устраняющие железо, сероводород, марганец, аммиак. Эти микроэлементы сокращают срок эксплуатации оборудования, подвергают его коррозии.

Можно воспользоваться фильтрами обратного осмоса, умягчителями, обезжелезивателями и их модификациями. Для обеспечения питьевой горячей воды дополнительно следует оборудовать угольные фильтры и УФ-стерилизатор, уничтожающий бактерии и вирусы.

Электрогенератор для резервного питания

Тепловые насосы работают от электрической сети, поэтому, если произойдет отключение электропитания, то дом останется без обогрева. Целесообразно дополнительно приобрести электрогенератор, работающий на горючих веществах.

Рекомендации по выбору модели

Чтобы тепловой насос, схема работы которого описана выше, демонстрировал высокую эффективность, следует знать, как правильно выбрать такое оборудование. Очень желательно, чтобы выбор теплового насоса вода-вода (а также «воздух – вода» и «земля – вода») осуществлялся с участием квалифицированного и опытного специалиста.

При выборе теплонасоса для водяного отопления учитываются следующие параметры такого оборудования:

• производительность, от которой зависит площадь здания, отопление которого насос может обеспечить;
• торговая марка, под которой произведено оборудование (учитывать данный параметр необходимо потому, что серьезные компании, продукция которых уже оценена многими потребителями, уделяют серьезное внимание как надежности, так и функциональности производимых моделей);
• стоимость как самого выбираемого оборудования, так и его монтажа.

Оснащение котельной с тепловым насосом

При выборе тепловых насосов вода-вода, воздух-вода, земля-вода рекомендуется обращать внимание на наличие у такого оборудования дополнительных опций. Сюда, в частности, относятся возможности:

• управления работой оборудования в автоматическом режиме (работающие в таком режиме за счет специального контроллера тепловые насосы позволяют создать в обслуживаемом ими строении комфортные условия для проживания; изменение параметров работы и другие действия по управлению теплонасосами, которые оснащены контроллером, могут выполняться посредством мобильного устройства или пульта ДУ);
• использования оборудования для нагрева воды в системе ГВС (обращать внимание на данную опцию следует потому, что в некоторых (особенно старых) моделях тепловых насосов, коллектор которых устанавливается в открытых водоемах, она отсутствует).

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.

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.

Как самостоятельно сделать такое устройство

Самодельный тепловой насос типа «вода-вода» представляет собой набор готовых агрегатов, которые необходимо подключить в правильной последовательности. Выглядит просто, но на практике все дело можно испортить из-за отсутствия грамотных расчетов. Они необходимы, чтобы выяснить оптимальную мощность компрессора, диаметр трубы теплообменника, а также прочие параметры системы. У неспециалистов есть несколько вариантов решения этой проблемы:

• воспользоваться специальным программным обеспечением (например, программами CoolPack 1,46 и Copeland);
• использовать он-лайн калькуляторы, которые предлагаются на сайтах производителей такого оборудования;
• пригласить специалиста, который поможет все рассчитать за определенную плату или по доброте душевной.

Итак, теперь о каждой детали подробнее.

Деталь #1 — компрессор

Самый простой способ обзавестись подходящим компрессором — снять его с кондиционера, например, со сплит-системы марки LG. Семиваттный компрессор имеет мощность в 9,7кВт при производстве тепла и 7,5 кВт — при охлаждении. Дополнительное достоинство таких компрессоров — низкий уровень шума при работе.

Компрессор для теплового насоса вода-вода можно снять со старого кондиционера. Предпочтительнее выбирать модель, подходящую по мощности и работающую бесшумно

Во многих компрессорах используется фреон R22, температура кипения которого составляет -10, конденсирования — +55. В 2030 году этот хладагент будет запрещен к использованию. Достойной альтернативой может стать более «молодой» фреон R422. Впрочем, сменить хладагент можно не только при создании теплового насоса, но и в любое подходящее время.

Деталь #2 — конденсатор

Для изготовления конденсатора можно использовать бак из нержавеющей стали примерно на 120 литров. Его разрезают пополам, внутрь монтируют медный змеевик, приваривают соединения с двухдюймовой резьбой, затем половинки бака соединяют с помощью сварки. Площадь змеевика, по которому будет циркулировать хладагент, рассчитывается по формуле:

ПЗ = МТ/0,8РТ, где:

• ПЗ — площадь змеевика;
• МТ — Мощность тепла, выдаваемого системой, кВт;
• 0,8 — коэффициент теплопроводности при взаимодействии воды и меди;
• РТ — разница температуры воды на входе в систему и на выходе из нее, градусов Цельсия.

Для изготовления змеевика подойдет полудюймовая медная труба, специальная холодильная или чистая сантехническая. Рекомендованная толщина стенки трубы 1-1,2 мм. Чтобы превратить отрезок трубы нужной длины в змеевик, достаточно намотать ее на любой подходящий цилиндр, например, на газовый баллон. Концы змеевика выводят наружу, используя сантехнические переходники. Для обеспечения герметичности соединения следует воспользоваться льном и зажимной гайкой.

Чтобы сделать змеевик для конденсатора теплового насоса вода-вода, нужно аккуратно намотать медную трубу на баллон. Зафиксировать шаг витков поможет металлическая рейка

Обратите внимание, что вход фреоновода должен располагаться в в верхней части конденсатора, чтобы предотвратить образование пузырьков.

Деталь #3 — испаритель

На роль испарителя подойдет пластиковая бочка объемом 127 л. Удобнее, если у нее будет широкая горловина. Рассчитывают испаритель также, как и конденсатор. Медную трубу можно скрутить медной же проволокой, без всякой изоляции.

Самодельный испаритель для теплового насоса вода-вода можно сделать из пластиковой бочки с широкой горловиной. Змеевик можно уложить и в меньшую емкость, но удобнее работать с бочкой объемом более 120 л

Специалисты рекомендуют использовать для самодельных тепловых насосов испарители «затопленного» типа, в которых сжиженный хладагент поступает в воду снизу, а испаряется в верхней части. Переходники можно изготовить из горловин обычных пластиковых бутылок, которые фиксируют с помощью льна и герметика. Для подачи и отвода воды подойдут стандартные канализационные трубы. При монтаже терморегулирующего клапана, перед началом пайки трубы линии выравнивания, следует обмотать его влажной тканью, поскольку этот элемент нельзя нагревать более, чем до 100 градусов.

Сборка и заправка фреоном

Чтобы собрать подготовленные устройства в единую систему, понадобится сварочный аппарат. У входа в компрессор рекомендуется сделать заправочный клапан, который пригодится в дальнейшем. Затем с помощью специального вакуумного насоса следует проверить систему на вакуум.

Чтобы заправить систему фреоном, понадобится баллон, содержащий не менее 2 кг хладагента. После заправки рекомендуется выждать несколько дней, проверяя давление в системе. Если оно остается постоянным, значит, протечки отсутствуют. Если же давление снижается, определить места протечек можно самым простым способом: с помощью мыльной пены. Неопытным мастерам лучше обратиться к мастеру, который заправит оборудование профессионально и надежно.

Для автоматического регулирования работы системы рекомендуется использовать пусковое однофазное реле на 40А, предохранитель 16А, электрический щиток и DIN рейку. Понадобится два каппилярных датчика температуры: у выхода из системы (рекомендуемое максимальное значение температуры — 40 градусов) и на выходе из испарителя (температура отключения — 0 градусов, чтобы не допустить замерзания системы). Если для учета показаний обоих термодатчиков используется контроллер, следует помнить, что его настройки могут сбиться при отключении электроэнергии.

Примерно так выглядит один из вариантов самодельного теплового насоса вода-вода. Сверху устройство закрыто металлическим корпусом, на котором монтируется панель управления

После того, как система готова, а ее элементы размещены в удобных местах, следует соорудить две отдельные скважины для забора и сброса грунтовой воды и подвести наружный контур к системе. В местностях, где бурение скважин связано с определенными проблемами, заняться этим вопросом следует в первую очередь. Если скважины пробурить не удастся, возможно, придется выбрать другой вариант теплового насоса, например, «земля-вода».

Полезные рекомендации

На всех этапах строительства дома, начиная с этапа проектирования, надо помнить, что ТН — инерционная система. Ее можно сравнить с массивной русской печью, которую протапливали обычно один раз за сутки во время приготовления пищи. Затем накопленное тепло обогревало жилище до следующего утра.

Стены, сложенные из тяжелых бревен, имеют достаточно высокую степень тепловой инерции. Проще говоря, медленно остывают, когда ночью становится холоднее. Хорошая тепловая инерция у толстых каменных стен, а также у тяжелого бетона или кирпича.

Пенопласт и пенобетон обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Но из-за малого удельного веса имеют невысокую тепловую инерцию. ТН в здании со стенами из таких материалов при резком падении температуры наружного воздуха не всегда сможет успеть «накачать» достаточно тепла извне в отопительную систему «теплый пол».

Также надо учесть другие факторы:

1. Чтобы уменьшить теплопотери или вовсе не заморозить трубы в магистрали между домом и скважинами или коллектором, необходимо укладывать их на глубину ниже уровня промерзания. В Крыму — достаточно 0,75 метра, а на широте Москвы — минимум 1,5.
2. Самые большие потери тепла — обычно через окна. Поэтому тройное остекление — вовсе не роскошь, а экономически обоснованное строительное решение. Идеальный вариант — использовать стекла, способные отражать инфракрасные лучи.
3. В случае применения варианта из 2-х скважин для забора и слива воды расстояние между ними должно быть не менее 20 метров.
4. Самодельный ТН лучше пробовать сначала в подсобном помещении или гараже. Устройство теплых полов в жилом помещении потребует дополнительных затрат.

Сборка насоса из старого холодильника

Тепловой насос изготовить из старого холодильника можно двумя способами.

В первом случае холодильник должен находиться внутри помещения, а снаружи требуется проложить 2 воздуховода и врезать в переднюю дверку. По верхнему воздух попадает в морозилку, происходит охлаждение воздуха, и по нижнему воздуховоду он покидает холодильник. Помещение греется от теплообменника, который расположен на задней стенке.

По второму способу своими руками сделать тепловой насос тоже довольно просто. Для этого понадобится старый холодильник, его надо только встроить снаружи отапливаемого помещения.

Такой обогреватель может работать при наружной температуре до минус 5 ºС.

Технология создания скважин под теплонасосы

Процесс создания скважин для теплонасосов предполагает использование специализированных буровых установок. Однако перед их применением нужно тщательно рассчитать параметры самой скважины. Наиболее важными из них являются ее глубина и используемые в монтаже материалы.

Необходимая глубина скважин для тепловых насосов

Глубина скважин для тепловых насосов рассчитывается с учетом нескольких факторов. К ним относится площадь дома, а соответственно и количество тепла, необходимого для его отопления. Кроме того играют роль уже упомянутые типы грунтов и доступная под расположение скважин площадь. В том случае, если ограничений по площади не испытывается лучше сделать несколько среднезаглубленных скважин, порядка 30 метров глубиной. Техника позволяет производить бурение на 100 и более метров. Однако лучше этого не делать, так как куда проще обслуживать скважины и проводить мониторинг их состояния при меньших глубинах.

Что дешевле для отопления: электричество, газ или тепловой насос

Приведем затраты на подключение каждого из типа отопления. Для представления общей картины возьмем Московскую область. В регионах цены могут отличаться, но соотношение цен останется прежним. В расчетах принимаем, что участок «голый» — без проведеного газа и электричества.

Затраты на подключение

Тепловой насос. Укладка горизонтального контура по ценам МО – 10 000 рублей за смену экскаватора с кубовым ковшом (выбирает до 1 000 м³ грунта за 8 часов). Система для дома в 100 м² будет закопана за 2 дня (справедливо для суглинка, на котором можно снять до 30 Вт тепловой энергии с 1 м.п. контура). Порядка 5 000 рублей потребуется для подготовки контура к работе. В итоге, горизонтальный вариант размещения первичного контура обойдётся в 25 000.

Скважина выйдет дороже (1 000 рублей за погонный метр, с учётом монтажа зондов, обвязки их в одну магистраль, заправкой теплоносителем и опрессовкой.), но значительно выгоднее для будущей эксплуатации. При меньшей занятой площади участка возрастает отдача (для скважины 50 м – минимум 50 Вт с метра). Покрываются потребности насоса, появляется дополнительный потенциал. Поэтому вся система будет работать не на износ, а с некоторым запасом мощности. Разместить 350 метров контура в вертикальных скважинах – 350 000 рублей.

Газовый котёл. В Московской области за подключение к газовой сети, работы на участке и монтаж котла «Мособлгаз» запрашивает от 260 000 рублей.

Электрический котел. Подключение трёхфазной сети обойдётся в 10 000 рублей: 550 – местным электросетям, остальное – на распределительный щит, счётчик и прочее наполнение.

Потребление

Для работы ТН с тепловой мощностью 9 кВт требуется 2.7 кВт/ч электроэнергии – 9 руб. 53 коп. в час,

Удельная теплота при сгорании 1 м³ газа – те же 9 кВт. Бытовой газ для МО выставлен по 5 руб. 14 коп. за куб.

Электрокотёл потребляет 9 кВт/ч = 31 руб. 77 коп. в час. Разница с ТН – почти в 3,5 раза.

Эксплуатация

• Если подведён газ, то наиболее рентабельный вариант для отопления – газовый котёл. Стоит оборудование (9 кВт) минимум 26 000 рублей, месячная оплата за газ (по 12 ч/сутки) составит 1 850 рублей.
• Мощное электрооборудование выгоднее с точки зрения организации трёхфазной сети и приобретения самого оборудования (котлы – от 10 000 рублей). Тёплый дом будет стоить 11 437 рублей за месяц.
• С учётом первоначальных вложений в альтернативное отопление (оборудование 275 000 и монтаж горизонтального контура 25 000), ТН, расходующий электричества на 3 430 руб/месяц, окупится не ранее чем через 3 года.

Сравнивая все варианты отопления, при условии создания системы «с нуля», становится очевидным: газ будет не намного выгоднее геотермального теплонасоса, а обогрев электричеством в перспективе 3 лет безнадёжно проигрывает обоим этим вариантам.

С подробными расчётами в пользу эксплуатации теплового насоса можно ознакомиться, просмотрев видео от производителя:

Некоторые дополнения и опыт эффективной эксплуатации освещены в этом ролике:

Как проанализировать климатические условия и подобрать точку бивалентности

Насколько эффективной будет работа воздушного теплового насоса, напрямую зависит от того, какая температура воздуха поддерживается вне помещения. Логично предположить, что чем она выше, тем более продуктивно демонстрирует себя оборудование «воздух-вода». Если рассматривать его с точки зрения экономии финансов, то мощный воздушный тепловой насос может быть невыгоден, если устанавливать его для того, чтобы покрыть тепловую нагрузку на 100%. Гораздо рациональнее использование аналогичного оборудования, способного обеспечить до 90% потребности в тепле, тогда как в период возникновения пиковых нагрузок лучше дополнительно подключать теплогенератор иного типа, в качестве которого может использоваться запасной котел или электронагреватель. Подобное решение позволит обеспечить минимальные затраты на эксплуатацию оборудования. Специалисты данного направления называют момент перехода на дополнительный обогрев точкой бивалентности. Для Киева и близлежащих регионов данный параметр составит -7 °C даже несмотря на то, что тепловой насос «воздух-вода» вполне может справиться с нагрузкой при -25°C.

Получается, что достаточно всего один раз правильно рассчитать необходимые параметры ещё перед приобретением подобной системы для того, чтобы получить в итоге рациональное решение, идеально выполняющее свои функции и не затратное в плане стоимости. Тепловой насос «воздух-вода» — цена которого не маленькая, все равно является самым выгодным видом отопления и кондиционирования, поскольку очень быстро окупается и служит владельцу много лет.

Особенности эксплуатации такого теплового насоса

Раз в год необходимо проводить самостоятельный визуальный осмотру узлов насоса, выполнять рекомендации по техническому обслуживанию – своевременно смазывать детали, следить за корректностью работы прибора при перекачивании воды.

Некоторые виды оборудования нуждаются в регулярной проверке (обычно 1-2 раза в год) специалистов сервисного центра. В ходе проверки выявляют:

• протечки машинного масла через трещины в контуре;
• качество креплений и соединений;
• уровень давления в баках и контурах;
• неисправности в работе силовой проводки.

Монтаж теплового насоса вода-вода следует поручить обученным специалистам. Неэффективность системы чаще всего связана с ее неправильной установкой. Тепловое оборудование пригодно для эксплуатации как жителями Южный регионов, так и Северных.

Что купить — топ-5 лучших насосов

Приобретение теплового насоса — важная и ответственная процедура. Давать какие-либо рекомендации в этой сфере можно только обладая конкретной информацией о размерах дома, материале стен, степени утепленности, конфигурации помещений, типе отопительной системы и т. д. Не обладая этими данными, рассуждать о лучших насосах бессмысленно. Однако, можно рассмотреть наиболее известных производителей, которые поставляют на рынок качественное оборудование и являются лидерами в этой области:

ALTAL GRUP

Компания базируется в Украине, России и Молдове. Производство оборудования ориентировано на условия российских регионов и может использоваться в суровых условиях

NIBE Industrier AB

Шведская фирма, присутствует на рынке с 1949 года и по праву является лидером в своей области. Производство ведется по самым передовым разработкам, используются лучшие материалы и комплектующие

Viessmann Group

Одна из старейших европейских компаний — основание фирмы датируется 1928 годом. Немецкие специалисты наработали огромный опыт и добились высочайшего качества своей продукции

OCHSNER

Австрийская компания, приступившая к серийному изготовлению тепловых насосов одной из первых и получившая признание пользователей благодаря качеству, надежности и долговечности оборудования

Heliotherm

Еще одна австрийская компания, производящая тепловые насосы и другое оборудование. Реализация продукции производится в Европе, отмечается высокое качество, надежность и широкие функциональные возможности отопительных систем

Технология монтажа

Сборка оборудования этого типа производится в несколько этапов:

• составляется проект;
• собираются коллекторные коммуникации;
• в систему устанавливается тепловой насос;
• монтируется оборудование внутри дома;
• производится заливка теплоносителя.

Далее рассмотрим, как установить тепловой насос под ключ своими руками пошагово.

Как составить проект

Прежде чем приступать к сборке коммуникаций этого типа, конечно же, следует произвести все необходимые расчеты. Работа внешней части системы должна быть полностью согласована с работой внутренней. Расчеты производятся в зависимости от выбранного типа оборудования. Для горизонтальных коллекторов они выполняются так:

• Определяется количество необходимого антифриза. При этом используется формула Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·t), где Qo — тепловая мощность источника, t — разность температур между подающей и обратной линией. Параметр Qo рассчитывается как разница между мощностью насоса и электромощностью, затрачиваемой на нагрев хладагента.
• Определяется необходимая длина коллектора. Формула расчета в этом случае выглядит так: L = Qo/q, где q — удельный теплосъем. Величина последнего показателя зависит от типа грунта на участке. Для глины, она, к примеру, составляет 20 Вт на п. м., для песка — 10 Вт и т. д.
• Определяется необходимая под укладку коллектора площадь участка. В данном случае расчет ведется по формуле A = L·da, где da — шаг укладки труб.

Мощность теплового насоса определяется приблизительно из расчета 70 Вт тепла на 1 м2 при высоте потолков в 2.7 м. Трубы коллектора обычно прокладывают на расстоянии 0.8 м друг от друга или чуть больше.

Как собрать тепловой насос

Стоит оборудование этого типа довольно-таки дорого. Конструкция же теплового насоса относительно проста. Поэтому сделать его можно попробовать и самостоятельно. Выполняется эта процедура примерно так:

• Приобретается компрессор (подойдет оборудование от кондиционера).
• Изготавливается корпус конденсатора. Для этого бачок из нержавейки на 100 л разрезается напополам.
• Изготавливается змеевик. Газовый или кислородный баллон обматывается медной трубкой от холодильника. Последнюю можно зафиксировать с помощью алюминиевых перфорированных уголков.
• Змеевик устанавливается в корпус, после чего последний запаивается.
• Из пластмассовой емкости 80 л изготавливается испаритель. В него монтируется змеевик из трубы ¾ дюйма.
• К испарителю подключаются водопроводные трубы для доставки и слива воды.
• Система заполняется хладагентом. Эту операцию стоит доверить специалисту. При неумелых действиях можно не только испортить собранное оборудование, но и получить травму.

Монтаж коллекторных коммуникаций

Технология установки внешнего контура системы отопления также зависит от ее разновидности. Для вертикального коллектора пробуриваются скважины глубиной 20-100 м. Под горизонтальный прорываются траншеи глубиной в 1.5 м. На следующем этапе производится укладка труб. Рядом с горизонтальным коллектором не должно расти деревьев, так как их корни могут повредить магистрали. Для сборки последних можно использовать полиэтиленовые трубы низкого давления.

Установка оборудования

Производится эта операция обычным образом. То есть в помещениях устанавливаются радиаторы отопления, проводятся магистрали и производится их подключение к котлу. На обратной трубе монтируются расширительный бак, фильтр и циркуляционный насос на байпасе. Можно также собрать и подключить к тепловому насосу систему «теплый пол». На заключительном этапе во внешний и внутренний контур заливается выбранный тип теплоносителя.

Как видите, смонтировать тепловой насос и коллектор можно и самостоятельно. Технологически процедура это не особенно сложная. Однако в отличие от других видов подобного оборудования, сборка такой системы даже горизонтального типа — операция физически довольно-таки трудоемкая. Скважины же для вертикальной пробурить самостоятельно без специального оборудования и вообще практически нереально. Поэтому, возможно, для выполнения расчетов и работ по сборке системы стоит все же нанять специалистов. Сегодня на рынке существуют компании, устанавливающие такое оборудование, как тепловой насос, под ключ.