Есть много способов организовать горячее водоснабжение и автономное отопление в частном доме: использовать энергию сгорания газа в системах, подключенных к центральной газовой сети, или электричество, преобразованное в тепло.
Однако современный мир стремится к постоянному развитию и совершенствованию. В энергетике это проявляется в развитии энергоэффективных технологий. Например, затраты энергии на поддержание комфортной температуры в помещении могут быть уменьшены, если будут достигнуты минимальные тепловые потери. По современным меркам за последние два десятилетия максимально регулируемые тепловые потери сократились почти в 4 раза. Например, ранее допустимые тепловые потери для новостройки составляли 100 Вт / м2 и даже больше. Теплотехники сегодня устанавливают значительно более низкие значения.
Современная теплоизоляция жилых домов, благодаря своей эффективности, способствует распространению некачественных систем отопления. Низкая популярность подобных установок на протяжении многих лет связана с тем, что для поддержания комфортного микроклимата в помещениях необходимо было установить нагревательные элементы большого размера. Сейчас люди отдают предпочтение установкам на основе тепловых насосов, поскольку отпала необходимость в установке больших радиаторов отопления. К тому же такие системы проще и удобнее в использовании, чем отопительные котлы, вне зависимости от используемого типа.
Принцип функционирования теплового насоса
Основная идея принципа работы установок этого типа — передача тепловой энергии от низкопотенциального источника рабочему веществу (хладагенту). Этим источником может быть почва, воздух и вода. Любой объект, нагретый до температуры выше абсолютного нуля, содержит запас тепловой энергии, количество которой определяется как произведение массы объекта на его удельную теплоемкость. В этом контексте Земля, океаны и атмосфера можно рассматривать как крупнейшие запасы энергии для энергосберегающих систем отопления.
Геотермальная система состоит из нескольких элементов:
- Трубопровод, расположенный в земле на определенной глубине. Содержащееся в нем рабочее вещество получает тепловую энергию, нагреваясь на несколько градусов.
- Теплообменный агрегат — следующий элемент в системе, в который подается нагретый теплоноситель.
- Внутренний контур системы, получающий тепловую энергию от теплоносителя.
- Внешний контур с хладагентом, способным переходить в газовую фазу из-за нагрева в испарителе.
- Компрессор Компрессор, уменьшающий объем хладагента, тем самым повышая его температуру.
- Конденсатор, который в свою очередь передает тепловую энергию нагретого рабочего тела нагревательным элементам внутренней системы. Хладагент, высвободивший тепловую энергию, переходит в жидкую фазу, попадает в начальную точку системы для поглощения следующей новой порции тепловой энергии.
Системы отопления на базе тепловых насосов отличаются высоким КПД и способны поддерживать оптимальный температурный режим в помещениях круглый год.
Варианты геотермальных установок
Как упоминалось выше, тепловые насосы могут получать энергию из воздуха, почвы и водоемов. Они различаются типом используемого хладагента как во внутреннем, так и во внешнем контурах. В зависимости от используемых функций и элементов настройки делятся на разные типы:
- Система типа «вода-вода» использует тепловую энергию водных ресурсов. Принцип действия основан на способности воды поддерживать достаточно высокую температуру в нижних слоях. Трубы с теплоносителем снабжены грузом для погружения в воду. Если рядом с участком нет водоема, используется потенциал грунтовых вод. Основные преимущества таких установок — низкая стоимость монтажа, низкие теплопотери, отсутствие необходимости использовать мощные насосные станции.
- Система «грунтовые воды», которая отбирает тепло из земли с помощью тепловых коллекторов и датчиков. Это лучший способ создать автономное отопление в загородном доме вне зависимости от расположения конструкции. В состав установки входит теплообменник, который размещается ниже уровня промерзания земли, а также сам тепловой насос. Последний использует обратный цикл Карно (работает как холодильная установка, только наоборот, то есть выделяет тепло). В системах этого типа используются два теплоносителя: антифриз (или рассол), который получает тепло от земли, и фреон, циркулирующий в контуре, подключенном к радиаторам отопления. Количество тепла, вырабатываемого такой системой, в 4 раза превышает количество электроэнергии, затрачиваемой на ее генерацию. Одним из недостатков системы является то, что земли с оборудованными коммуникациями уже не подходят для сельскохозяйственных нужд.
- В системе воздух-вода используется воздух (самый дешевый и наиболее возобновляемый источник). Главное преимущество — такие системы просты в установке и обслуживании. К недостаткам можно отнести чувствительность к внешнему температурному режиму. Максимальный КПД достигается при температуре воздуха -15 ° С. При резких перепадах температуры КПД установки значительно снижается.
Выбор типа системы зависит от характеристик обогреваемого объекта, его положения, средней температуры окружающей среды в течение года и в определенные сезоны.
Как создать теплонасос самостоятельно
Независимо от выбора типа системы (среди трех вариантов, описанных выше) для создания системы требуется тепловой насос, который состоит из компрессорной станции, испарителя, дроссельной заслонки и конденсатора. Вы можете купить готовую систему, но ее стоимость будет довольно высокой. Если имеющийся бюджет не позволяет приобрести установку, вы можете смонтировать ее самостоятельно.
Перед тем как разработать и установить собственное автономное отопление, нужно убедиться, что вся электропроводка в доме находится в исправном состоянии.
Есть два основных способа создания инсталляции своими руками: на основе холодильника или кондиционера. Рассмотрим их подробнее.
Тепловой насос из сплит системы
Для создания теплового насоса на базе кондиционера, прежде всего, необходимо поменять местами наружный и внутренний блоки системы. Поскольку внутренний блок уже содержит испаритель, а внешний блок содержит конденсатор, никаких дополнительных элементов не требуется. В качестве теплоносителя используются как вода, так и воздух (по желанию). Также есть возможность установить дополнительный конденсатор в отдельном баке для повышения эффективности теплообмена.
В систему также входит четырехходовой клапан, который может быть правильно установлен только опытным специалистом.
Наиболее рационально — разобрать кондиционер на составные элементы, а затем устроить тепловой насос, подключив последовательно испаритель, компрессор и конденсатор. Полученная система подключается к коммуникациям для обогрева помещения.
Установка на основе холодильного аппарата
Для изготовления теплового насоса подойдет старый холодильник, с которого снимаются змеевики (они будут использоваться как конденсатор). Змеи необходимо поместить в емкость, материал которой устойчив к перепадам температур. На контейнере установлена компрессорная установка. Обычная пластиковая бочка может выступать в роли испарителя.
Все три элемента системы герметично соединены между собой системой трубопроводов, подключенных к системе отопления.
Выводы
Геотермальное оборудование — один из лучших способов создания автономного отопления, если возможность подключения к централизованным коммуникациям по разным причинам недоступна. При выборе оптимального варианта системы учитывается множество факторов, в том числе расположение отапливаемого объекта и бюджет его владельца. Тепловой насос можно сделать своими руками. Существует множество вариантов сборки на базе старого холодильника или сплит-системы. Полезную информацию можно почерпнуть из видео ниже.
