Обратный холодильник для отопления

«Холодильник наоборот» для отопления дома

Рост цен на нефть и газ на Западе привел к значительному увеличению спроса на альтернативные источники. В частности, для отопления жилищ рядовые жители всё больше используют тепло земли, которое не стоит потребителю ни копейки. Технология не является слишком сложной, так как тепловые насосы, которые собственно и откачивают энергию земли, по принципу напоминают обычный холодильник.

С недавних пор похожий на грохот холодильника звук в небольшом поселке Дювалдер на севере Франции ассоциируется с системой отопления. Ее установлением Дэвид Лонгли завершил ремонт своего жилища: «Он звучит и грохочет, как холодильник. Но это — холодильник наоборот, потому что не морозит, а производит тепло, за счет чего отапливается дом».

Как говорит Дэвид Лонгли, в случае «холодильника наоборот» морозильную камеру закапывают в землю вместе с десятками метров шлангов, где циркулирует специальная жидкость, которая словно вытягивает из земли ее энергию. А вот двигатель и трубы, которые концентрируют и отдают тепло, размещают внутри здания. На вопрос, почему он отдал предпочтение именно этой технологии, господин Лонгли отвечает, что газ и нефть становятся очень дорогими, а такая система отопления вполне доступная по цене, работает безупречно и практически не наносит вреда окружающей растительности. Ведь тут едва ли не лучший ландшафтный дизайн загородного дома.

Подобная технология не является абсолютно новой даже на Западе, потому что изобрели ее еще 50 лет назад. Впрочем, именно в последние годы интерес к ней резко вырос. Но может ли она представлять серьезную альтернативу ископаемым видам топлива — газу, нефти или мазуту, которые обычно используют для отопления? Менеджер британской компании «Энергия Земли» Робин Кетис отвечает на этот вопрос утвердительно.

«Да. Но единственное требование — перед тем, как каждый начнет и себе устанавливать тепловой насос — надо иметь достаточно хорошую теплоизоляцию в доме. Система работает в очень холодных странах, например, в Швеции и Канаде. Надо иметь еще и большой участок земли, чтобы вырыть сеть траншей и закопать трубы на глубину примерно до одного метра. Но есть и другие схемы, которые позволяют обходиться без крупных земельных участков».

Фирма Робина Кетиса является одной из нескольких в Британии, которые специализируются на установке «холодильников наоборот» или же тепловых насосов. Насколько распространенной является эта технология? Робин отвечает: «Она очень распространена в США и Канаде, а также на севере Европы — в Швеции, где только уже установили около 30-ти тысяч таких систем отопления. В Швейцарии каждый третий новый дом отапливается таким способом. Распространяется эта технология во Франции, Германии, Австрии, скандинавских странах. В Британии мы несколько замешкались, но в последнее время, из-за роста цен на энергоносители, британцы начали интересоваться альтернативными источниками, и ситуация здесь быстро меняется».

Во Франции такие изменения уже стали почти свершившимся фактом. Количество домов, где установлены «холодильники наоборот», там измеряется сотнями тысяч. Дэвид Лонгли обращает внимание на тот факт, что технология дошла даже до его поселка Дювалдер на севере Франции, где живут лишь пять семей. Совсем не трудно было всё реализовать, потому что подобных установок достаточно много в стране.

На первых этапах, говорит Дэвид Лонгли, использование новой системы будет стоить пять долларов в день. Это, собственно, расходы на электричество, необходимое для работы двигателя и циркуляции той жидкости, что извлекает тепло земли. Довольно дорого, но обогреть и высушить надо не одну-две комнаты, а большой двухэтажный дом. Это только поначалу, а потом, когда дом высохнет, расходы уменьшатся в пять раз. По западным стандартам — смешная цена.

Холодильник наизнанку

Дата публикации: 5 января 2014

Кто первый ощутил тепло земное

И когда? Сейчас речь пойдёт о том, как взять тепло земных глубин, незамерзающих водоёмов, а потом, несколько умножив его, принести в жилой дом. Так кто же первый на планете пришёл к такой гениальной мысли использования термального отопления, когда?

Сам способ рассмотрения этого замечательного явления, как использование тепла земли, был открыт ровно 162 года тому назад английским физиком Кельвином. Но то была лишь теоретическая догадка, концепция, не более того. Три года спустя после его открытия, в 1855 году, австриец Риттингер ухватился за открытую Кельвином идею и сконструировал тепловой насос. С тех самых времён ходит по нашей планете идея получения тепла от матушки-земли, от окружающей среды и переносе его в жилые дома. От идеи люди давно перешли к практическому осуществлению этой замечательной концепции.

Хотя здесь надо отдать должное исторической справедливости. Прежде, чем люди додумались до отопительных систем, они веками ломали голову над тем, как получить холод для сохранения продуктов. Началось с китайской мудрости тысячелетней давности. Те вначале стали собирать лёд зимой, помещали его в подвалы, ямы-ледники для сохранения продуктов в жаркое время года.

А идея испарительного охлаждения возникла в Египте за два тысячелетия до нашей эры. Лишь в начале 16 столетия сделаны попытки охлаждать воду специальными солями. Затем, спустя ещё одно столетие, англичанин Бойль обнаружил, что вода в вакууме может испаряться при очень низких температурах. Получением низких температур вплотную занимался и русский академик М.В.Ломоносов, написавший в 1744 г. свои «Размышления о причине теплоты и холода». Так в конце 18 столетия человечество вплотную приступило к разработке холодильных машин.

Если учесть, что тепловой насос по своему принципу действия равнозначен холодильнику, то историю получения тепла справедливей считать с получения человечеством искусственного холода.

Вывернутый наизнанку холодильник

Теперь поговорим о тепле в нашем доме. Как его получить наиболее выгодным способом? Какую роль играет в этом важном жизненном деле термальное отопление, источник которого лежит у нас буквально под ногами. Что, не верите? У вас, вероятно, сразу возникли представления о горячих гейзерах, бьющих из недр земли, о камчатских фонтанах и вулканических выбросах при извержении вулканов. Не совсем так. Вернее, совсем не так.

Речь пойдёт об уникальных способностях нашей матушки Земли, которая у нас под ногами. Естественно, о её тепле тоже. Бесполезно и глупо витать в облаках, пытаться заглядывать за горизонт. Опусти взгляд, посмотри себе под ноги. Так поступают жители самого холодного континента Европы – шведы, у которых термальное отопление уже сейчас обогревает больше половины всей жилой площади страны.

Кстати, не только Швеция обратила внимание на возможности естественного тепла. В Америке в принудительном порядке обязали строителей жилых помещений изначально закладывать в проекты сооружение такой системы обогрева будущих зданий. А в Германии на государственном уровне поощряют людей, пожелавших установить в своих домах систему геотермальных насосов.

Что же представляет из себя тепловой насос и каков его принцип работы? Вы не поверите! Фигурально выражаясь, это вывернутый наизнанку … холодильник. Морозильная камера помещена глубоко в землю, а змеевик, что на задней стенке вашего холодильника (пощупайте – он горячий), предназначен для нагрева комнатного пола или воды.

То есть, это тот же холодильник, только работающий в противоположную сторону. Холодильник наизнанку, если можно так выразиться. Холодильник забирает тепло из внутренней камеры и выбрасывает его наружу (см. схему принципа работы холодильника). Тепловой насос берёт тепло из земли, водоёма, затем с помощью компрессора в десяток раз увеличивает его и отдаёт на обогрев полов и нагрев воды в жилых помещениях и офисах. В холодильнике тепло из камеры выбрасывается наружу, в термальной системе отопления тепло забирается снаружи и, умноженное, поступает внутрь помещения. Процесс такой же, но в противоположном направлении.

В средней полосе европейского региона России, а также на Украине и Белоруссии, земля промерзает не более одного метра. Глубже промерзания она имеет одинаковую температуру – около 8 градусов. Исходя из этого, делается траншея на глубину 1.5 – 2 метра (см. рисунок 1), укладывается змеевик из трубы с наполненным хладагентом – совершенно безвредным специальным газом, способным под действием компрессора превращаться в жидкость, а при потере давления снова обретать газовое состояние. Некоторые специалисты советуют наполнять трубы незамерзающим наполнителем — тосолом, хорошо знакомом каждому автолюбителю. Но такое удовольствие сомнительно, к тому же, стоит недёшево.

Есть ещё один способ укладки «морозилки». Буром проделывается скважина глубиной до 100 метров, куда помещается упомянутая труба. (см. рисунок 2). Кстати, на такой глубине температура почвы будет уже выше 10 градусов. Чем глубже, тем температура выше. На километровой глубине почва нагрета до 30 градусов.

Третий способ – использование близлежащего незамерзающего до дна водоёма, где размещается спираль трубы с наполнителем-хладагентом. Таким образом, одна часть системы смонтирована. Вторая его часть находится внутри дома в виде спирали на тепловых полах, или обогревателем для воды.

Термальный насос перекачивает жидкость или газ с более низкой температурой из подземной трубы, при помощи компрессора повышает давление (температуру), за счёт чего отапливается помещение. Проще говоря, тепловой насос — прибор для доставки тепла от источника низкой температуры к потребителю с температурой намного выше.

Принцип его действия показан здесь:

Вам не кажется, что всё просто?

Имеется в виду обустройство геотермального отопления. В действительности, всё так и есть. Но «просто» не означает «плохо», а, скорее, наоборот. Названный вид отопления помещений представляет самый лучший пример экономичности, а также экологической безопасности.

Спора нет, что при монтаже этой системы цена термального насоса и другого оборудования на порядок выше по сравнению с котельными. Однако делать выводы в пользу старых испытанных видов отопления рановато. Хотя бы потому, что при таком обогреве 1 кВт электроэнергии, затраченной для работы насоса, отдаёт 4-7 кВт! Выходит, что от 3 до 6 киловатт приходят к владельцу дома совершенно дармовые! Подсчитываем и делаем вывод, что такой обогрев дома площадью до 150 кв.м. окупается максимум через 5-6 лет. Нельзя забывать, что термальные насосы не только обогревают дома зимой, но и охлаждают их в жаркое время года.

Ещё один довольно значительный нюанс в пользу геотермального отопления. Прежде, чем обустроить газовую систему отопления, вам предстоит вдоволь набегаться по различным инстанциям для согласования. Бюрократическая волокита отберёт у вас и время и деньги, а при монтаже геотермального обогрева таких проблем не возникнет. Потому что вы ничем не рискуете, установив у себя в коттедже термальный насос вместе с его системой. Это не грозит ни пожаром при эксплуатации, ни загрязнением окружающей среды.

То есть, получаем экономичную и экологическую систему, которая на протяжении 35-50-ти лет будет работать без единого ремонта и через 5-6 лет после установки окупает себя и способна дарить бесплатное тепло для отопления дома!

Тепловой насос: энергетическое чудо или холодильник наоборот

Каждое здание оборудовано системой вентиляции, именно она спасает саму постройку и жильцов от таких нежелательных явлений как повышенная влажность и застой воздуха. Повышенная влажность влияет на конструкцию здания, перекрытия и отделочные материалы, которые при плохой вентиляции подвергаются разрушительному воздействию коррозии.

Но вентиляционная система, без соответствующего современного оборудования, выбрасывает в воздух тысячи килокалорий тепла из наших помещений, увеличивая затраты на отопление жилища в холодное время года. Утилизировать тепло можно применяя современные методы и оборудование, которое поможет не только сохранить выбрасываемое в окружающее пространство драгоценное тепло, но и приумножить, получая его обратно в виде горячего водоснабжения, поступающего теплого приточного воздуха из вентиляции или теплых радиаторов отопления.

Для того чтобы эффективно утилизировать тепло, покидающее квартиры через вентиляционные отверстия, было придумано устройство, под названием тепловой насос. Он позволяет перенести низкотемпературную тепловую энергию из воздуха, выбрасываемого вентиляционной системой, к системе потребления, но уже с более высокой температурой. В качестве потребителя используется система отопления или горячего водоснабжения.

Основные узлы и компоненты

Такое оборудование, состоит из важнейших компонентов, без которых невозможна его работа:

1. Замкнутого контура, по которому циркулирует фреон.
2. Испарительного теплообменника.
3. Конденсаторного теплообменника.
4. Расширительного клапана или дросселирующего устройства.
5. Компрессора.

Именно из таких устройств состоит практически любой холодильник, бытовой или промышленный кондиционер и сплит-система. Только в кондиционере, внешний блок обогревает окружающий воздух, а в воздушном тепловом насосе – систему отопления дома или входящие воздушные потоки.

Как это работает

Принцип действия теплового насоса основан на цикле Карно, который большинство из нас изучали в средней школе на уроках физики. Рассмотрим обобщенную схему прибора.

• Система представляет собой замкнутый трубопровод, в котором находится фреон. Контур оснащен компрессором, приводящим в движение газ, и расширительным клапаном. Это устройство предназначено для создания высокого давления фреона. При этом вступает в силу важнейший физический закон — при сжимании газ нагревается, а при понижении давления остывает.
• На участке выхода фреона из компрессора, газ сжат и благодаря чему имеет высокую температуру, а проходя через расширительный клапан, происходит резкая потеря давления и газ теряет свою температуру. В замкнутом фреоновом контуре, кроме компрессора и клапана есть еще и два теплообменника. Один находится сразу после компрессора в системе высокого давления газа, а второй устанавливается после дросселирующего устройства.
• Протекая по теплообменнику, фреон отдает часть своей тепловой энергии теплообменнику системы отопления, после чего газ остывает и поглощает тепло воздуха, протекающего по системе вентиляции. Принцип работы теплового насоса очень напоминает принцип работы холодильника.
• В качестве отопительных приборов могут выступать радиаторы отопления, фанкойлы, теплые полы. Такое устройство называется воздух — вода.

Вместо отопительного контура может выступать приточная вентиляция, поступающий воздух будет нагреваться от конденсаторного теплообменника. Устройство, которое будет работать по такой схеме, называется тепловой насос воздух-воздух.

Область применения

Основное системы это отопление, причем как квартир и частных домов, так и промышленных помещений. Но тепловой насос не только обогревает помещения, он может их и охлаждать, экономя при этом средства на кондиционировании. Для этого потребуется только подключить вместо радиаторов отопления фанкойлы.

В Европе, такой вид утилизации тепла достаточно давно пользуется популярностью. Многие владельцы жилья по достоинству оценили экономию средств от использования тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения своих жилищ. Стоит только представить, что на отопление частного дома площадью около 100 м.кв. будет расходоваться менее 2 кВт электроэнергии, а это меньше чем потребляет обычный электрочайник. Кроме частных домов, тепловые насосы применяются:

• Для отопления и кондиционирования офисных помещений. Если площадь помещения более 1500 м.кв, то используется принцип каскадного подключения нескольких тепловых насосов.
• Для создания комфортного микроклимата в складских помещениях тепловой насос затратит в 10 раз меньше энергии, чем при электрическом отоплении.
• Для обогрева воды в бассейнах.
• Для отопления теплиц и парников.

Многие сторонники применения тепловых насосов заявляют, что КПД системы более 100%, при этом приводят в качестве примера, что на 1 кВт затраченной энергии, это устройство отдает 2,5 кВт тепловой мощности в помещение, называя полученный эффект «энергетическим чудом». Расчеты верны, но те, кто заявляет о чудесах, путают КПД с тепловым коэффициентом. На самом деле, коэффициент полезного действия устройства равен 46%. Но и такие показатели гораздо выше, чем у электрического или печного отопления.

Как рассчитать мощность оборудования

Совет:
Ввиду того, что тепловой насос является достаточно дорогостоящим оборудованием, то правильный расчет мощности позволит значительно сократить расходы, связанные с его приобретением, монтажом и дальнейшей эксплуатацией. В связи с этим все расчеты лучше всего доверить профессионалам.

Для того, чтобы самостоятельно произвести расчет теплового насоса, требуется определить все теплопотери по каждому помещению. Основные потери тепла происходят:

• Из-за разницы температур между помещением и улицей через стены.
• Через естественные неплотности в окнах и дверях.
• Через вентиляционную систему.

Чтобы не утомлять вас сложными вычислениями и ненужными расчетами, в среднем, теплопотери жилого помещения составляют от 60 до 100 Вт. В качестве примера можно взять небольшой частный дом, общая площадь помещений которого будет равна 150 м.кв. Тогда при теплопотерях в 60 Вт на их покрытие потребуется мощность аппарата в 9 кВт. Но нужно сюда прибавить около 700 Вт на обогрев воды в системе отопления. В итоге получается, что на коттедж, общей площадью в 150 м.кв. потребуется устройство, мощностью 9,7 кВт.

Изготавливаем аппарат своими руками

Прочитав эту статью многие уже решив для себя «прикупить по случаю» тепловой насос и свести к нулю свои затраты на отопление и кондиционирование, с удивлением обнаружили, что стоимость этого оборудования как минимум шестизначная. Именно поэтому те, кто после такой информации не потерял энтузиазма и пытаются сделать такой прибор самостоятельно.

Для изготовления вам понадобятся основные узлы, включающие в себя:

1. Компрессор для теплового насоса.
2. Испарительный теплообменник.
3. Конденсаторный теплообменник.
4. Дросселирующее устройство.
5. Медный трубопровод.

Прежде всего, следует выбрать месторасположение компрессора и само устройство. Его лучше всего взять от кондиционера. Компрессор при помощи кронштейнов нужно зафиксировать на стене.

Следует изготовить конденсаторный теплообменник. Для его изготовления потребуется бак, изготовленный из нержавейки. Объем бака приблизительно 100-130л. В него следует вставить змеевик и заварить горловину. Выходы змеевика вывести из бака при помощи резьбовых соединений. Кто хоть раз изготавливал самостоятельно змеевик для самогонного аппарата, тому будет проще, конструкция практически одинаковая.

На готовый конденсатор нужно намотать медную трубу и тщательно ее зафиксировать. Концы трубы вывести при помощи сгонов.

Важно!
Выводы внутреннего змеевика (для фреона) следует делать: вход в верхней части конденсатора, а выход в нижней, для предотвращения образования воздушных пробок.

После проведения всех мероприятий изготовление теплового насоса своими руками подошло к концу.

Совет!
Для того чтобы изготовить оборудование своими руками требуются глубокие познания в физике. Если вы ознакомились с устройством и принципом работы только на основе одной статьи, то не рискуйте, так как разгерметизация прибора может привести к тяжелым травмам.

Область применения этих климатических аппаратов очень велика. На сегодняшний день это один из самых экономически выгодных, экологически чистых и безопасных способов организации отопления в жилых, административных и производственных помещениях.