Тепловой насос, работающий от водяной скважины – возражения, сомнения и плюсы

Постройка частного дома, коттеджа, да и вообще любого малоэтажного жилья заставляет задуматься о его отопительной системе. Актуальный способ – использование для отопления геотермального теплового насоса.

Существует несколько типов тепловых насосов, различающихся по способу производства тепла. К популярным способам относят ТН с применением горизонтального контура с забором воды с поверхности водоема или с водяным контуром с использованием водяной скважины.

Создание отопления с помощью теплового насоса на водяном контуре часто становится очень актуальным и выгодным по сравнению с геотермальным контуром. Почему? Ответ самый простой. Достаточно пробурить водяную скважину на глубину от 10 до 100 метров, где найдется водоносный пласт, и пользоваться скважиной для работы ТН. Вода считается более эффективным теплоносителем, чем просто использование тепла грунта.

Для создания горизонтального контура требуется наличие участка большой площади. Для геотермального контура может понадобиться пробурить достаточно большое количество скважин. Возможностей для их бурения может не оказаться. Элементарно, могут отсутствовать подъездные пути для доставки буровой установки. Для монтажа ТН с получением тепла от грунтовых вод или водоносного пласта требуется пробурить всего две скважины. Одну для забора воды, другую для сброса отработанной воды. Это намного более легкое и менее затратное в экономическом плане действие.

Существует ряд возражений, касающихся бытовых тепловых насосов. Попробуем развенчать их на примере использования тепловых насосов Ovanter.

Скептики утверждают, что грунтовая вода, используемая для тепловых насосов, не относится к возобновляемым источникам энергии.

Грунтовая вода – идеальная подпитка энергией теплового насоса. Температура грунтовой воды круглый год составляет примерно от +4 до +7 о С. Она соответствует большинству регионов в России и никогда не падает ниже этого значения. Помимо водяной скважины источником энергии для земляного теплового насоса с водяным контуром может считаться: поверхностная вода или, если присутствуют, сточные или биологические воды, поступающие от очистных сооружений или сбрасываемые жидкости из промышленных стоков.

Основные виды воды, способной служить источником тепловой энергии для ТН с водяным циклом.

• Подпочвенные воды – температура в разных географических районах от +4 до +10 о С;
• Морская вода – температура на глубине от 25 до 50 метров колеблется в пределах от +5 до +8 о С;
• Грунтовые воды – отличаются наиболее стабильной температурой;
• Ближайший водоем (река, озеро, глубокий пруд). Контур укладывается на дно водоема или притапливается на глубину до 2 метров. К слову, 1 метр трубопровода, используемого для такого контура, соответствует 30 Вт тепловой мощности.

Чем выше температура грунта, тем более повышается тепловой коэффициент (СОР), тем меньше электроэнергии тратится на работу теплового насоса на производство теплоты.

Для тепловых насосов с горизонтальным контуром необходимо учитывать фактор охлаждения грунта.

На самом деле интенсивное использование геотермального тепла грунта влечет остывание почвы вокруг регистра труб системы теплосбора. Например, в северных регионах за короткий летний период грунт не успевает набрать нужную температуру. Поэтому зачастую, на начало следующего зимнего периода грунт выходит с пониженным тепловым потенциалом.

Понижение температуры грунта носит экспоненциальный (возрастающий) характер. Поэтому примерно через 5 лет эксплуатации системы теплоснабжения, тепловое состояние грунта после понижения температуры улучшается и выходит на относительно устойчивый уровень. Однако он будет все равно меньше естественного на 1 – 2 о С. Выход из положения находится. При проектировании системы теплоснабжения важно учитывать возможное охлаждение грунта в процессе ее эксплуатации.

Существует еще такой выход. Тепловые насосы, потребляющие тепловую энергию из грунтовых вод и водоносных пластов или из открытых водоемов, создают более стабильную систему теплоснабжения с устойчивой температурой. Пример, использование российских тепловых насосов Ovanter. Насосы этой фирмы работают в открытых системах грунтовых вод, где происходит постоянный водообмен. Пополнение грунтовых вод происходит за счет следующих источников, представляющих собой:

1. Воду, просачивающуюся с поверхности почвы;
2. Воду, которая поступает из более глубоких грунтовых слоев.

Теплосодержание грунтовых вод практически никогда не иссякает и подпитывается и «сверху», и «снизу».

Таким образом, эффективность зависит от толщины и глубины нахождения водоносного слоя. Температура водоносного слоя остается постоянной и не изменяется в течение всего периода. Практика строительства подобных систем свидетельствует, что максимальный температурный градиент в общей толще грунта в течение всего времени эксплуатации не превышает, как правило, 8-10 град/м. Значит, перепады температур будут очень малы. Значение температурного градиента наблюдается по вертикали и именно в том направлении, в котором более всего наблюдается интенсивность потока жидкости. Она компенсирует миграцию влаги под воздействием термоградиентных сил. Таким образом, система сбора низкопотенциального тепла грунта под влиянием потоков влаги в грунтовых порах в общем массиве не нуждается в особой точности математических расчетов.

Получение воды из скважины нуждается в бурении и некоторого, зачастую большого, количества трубопровода. Если вода низкого качества, это влечет появление солевых отложений и коррозии на стенках труб.

Современные технологии позволили найти решение по защите трубопровода от коррозии. Эффективным способом борьбы с коррозией считается применение пластиковых труб. Это самый действенный вариант в создании отопительной системы с мощными тепловыми насосами, способными работать со скважинами глубиной до 70 и более метров. Для трубопровода используются дешевые пластиковые трубы.

Проблема сброса воды после того, как вода прошла через теплообменник.

У кого-то может возникнуть вопрос: куда девать сброшенную воду? Сбросная вода, например, промышленных объектов может также использоваться в качестве источника энергии для тепловых насосов.

Сбросная вода, используемая для ТН частного дома, согласно технологическим условиям обязательно должна уходить в соседнюю скважину, расположенную на расчетном расстоянии от основной скважины и обратно в пласт.

Рис. №1. Схема использования теплового насоса открытого типа с отбором теплоты грунтовых вод. На схеме хорошо видно скважину для сброса воды.

Законодательные акты в виде Федеральных норм и правил обусловливают условия сброса воды и подводят под действия частных лиц юридическое обоснование. Кроме того, сброс воды при использовании в системе ТН не считается экологически вредным. Выброс вредных примесей в окружающую среду отсутствует.

Зависимость работы ТН от дебета скважины и аккумуляция возобновляемых запасов воды в дополнительном баке.

Со временем количество воды в скважине может уменьшаться, а качество якобы ухудшается.

Однако даже со временем, доставая воду со скважины глубиной до 70 и более метров объемом 3 – 5 м 3 /час, количество воды не уменьшается. Свойства воды, благодаря протоке во многом улучшаются

Вода может аккумулироваться в дополнительном резервуаре (баке для хранения запаса воды). В этом случае вода может использоваться без применения теплообменника. Например, использование бака аккумулятора емкостью 300 литров дает возможность копить тепловую энергию и выравнивает скачкообразное использование воды. Кроме того, ряд необходимых и дополнительных элементов в системе повышают ее качество, надежность и безотказность.

Тепловой насос совместно со скважинным насосом представляют собой мощную установку для подъема воды. При подъеме на поверхность вода разделяется. Часть воды используется для отопления. Другая часть воды, проходя через систему механической фильтрации, применяется для бытовых нужд. Если дом входит в категорию малоэтажных строений, можно брать воду для внутреннего потребления даже без использования дополнительной насосной станции.

Завязка в системе геотермального теплового насоса таких элементов как испаритель, компрессор, конденсатор, дроссель и теплообменник служит для приготовления воды для ГВС. Они замкнуты с помощью стального трубопровода с циркулирующим по нему хладагентом.

Солнечный коллектор для подогрева воды в аккумуляторе увеличивает эффективность системы отопления и горячего водоснабжения. Он, как и электронагреватель может служить для покрытия пиковых нагрузок.

В частности, эффективным средством для этого считается использование системы такого теплообменника, как фанкойл.

Кто-то может сказать, что при использовании воды из скважины существует опасность загрязнения теплообменников, а расходники для очистки воды стоят дорого.

Проходя по трубопроводу при скорости протоки от 1,2 до 5 м 3 /ч, вода уже очищается. Превышения марганца и железа, которые могут вызвать закупорку и снизить эффективность процесса теплообмена контролируются. Вода, проходя через фильтр грубой очистки и теплообменник, не нагревается и не взаимодействует с кислородом, поэтому не дает осадка.

Фильтрация способствуют очищению воды. Расходные материалы для фильтра грубой очистки стоят не дорого и находятся в свободной продаже.

Использование ТН только для малоэтажных построек.

Это предубеждение, что тепловые насосы с использованием водяной скважины невозможно применять для производственных и складских помещений или для высоких построек. Якобы, существующая мощность тепловых насосов теряет свою эффективность после того, как вода поднята с глубины 100 м.

Забор тепловой энергии из глубокой скважины – да. Он способен снабдить теплом только малоэтажные строения. Однако, ведь существует возможность брать воду для контура и из открытого водоема. В этом случае КПД теплового насоса повышается в разы.

Вывод: Бытовой тепловой насос с использованием воды из скважины может считаться наиболее актуальным и эффективным устройством для частного малоэтажного домостроения, производственных объектов и достаточно крупных жилых комплексов. При использовании грунтовой воды эффективность коэффициента преобразователя (СОР) может достигать 5, что позволяет производить добавочные 3-4 кВт тепловой энергии. Пример: тепловые насосы Ovanter класса Премиум.

Тепловой насос – это естественный источник тепловой энергии с выгодными экономическими и экологическими качествами, отличающийся и не зависящий от традиционных видов отопления.

Выбор теплового насоса с определенным циклом, в нашем случае это вода, строится на основании расчетов при создании технико-экономического проекта и возможности полноценного использования предоставленных условий окружающей среды.

Теплый водяной пол в частном доме: схемы, правила устройства + монтажный инструктаж

Отлаженная система отопления – залог комфортного проживания в доме без оглядки на погодные условия. Наряду с традиционной радиаторной технологией устройства отопительного контура активно применяют систему теплого водяного пола. Ее монтаж трудоемок и финансово затратен, но такой вариант отопления полностью окупается за 5 лет.

Чтобы как-то сэкономить, многие обустраивают теплый водяной пол в частном доме самостоятельно. Согласитесь, идея получения эффективного отопления с минимальными капиталовложениями очень привлекательна, не так ли? Однако ее реализация требует от исполнителя определенных знаний и умений.

Мы предлагаем к рассмотрению подробный материал по обустройству водяных теплых полов. В статье изложены правила проектирования, приведены советы по выбору комплектующих системы, а также описан пошаговый ход выполнения работ по укладке, подключению и запуску водяного контура.

Условия монтажа водяного пола

Устройство дополнительного обогревательного контура рекомендуют включать в проект еще до начала строительства – так проще производить расчеты.

В готовом новом доме или здании, где давно функционирует радиаторная система, монтаж водяного пола также возможен, но при определенных условиях.

Если желание утеплить пол возникло после возведения дома, следует установить, подходит ли здание для этого. Одно из главных условий – заранее выполненная теплоизоляция дома, так как теплопотери выше 100 Вт/м² сделают монтаж пола бесполезным.

Обратите внимание на высоту потолков: монтажный «пирог» с трубами отнимает около 15 см, а то и больше от общей высоты комнаты. После внедрения системы должны сохраняться габариты дверных проемов, высота от 210 см и более.

Если дом новый, то перед началом монтажа необходимо полностью закончить строительство – возвести стены и потолок, вставить окна, произвести оштукатуривание.

Правила проектирования и сборки

Решение выбрать именно водяной пол, а не требующий скрупулезного монтажа электрический аналог, оптимально для систем отопления на газовых котлах.

Такие схемы признаны наименее энергозатратными, максимально эффективными и недорогими в эксплуатации. Варианты с твердотопливными котлами также допустимы.

Безупречная работа системы возможна только при двух условиях: профессионально выполненных проектных расчетах и грамотно проведенном монтаже.

Следовательно, первыми шагами на пути к устройству водяного теплого пола на даче или в частном доме являются разбор конструкции, выбор материалов, составление проекта.

Нюансы устройства теплого пола

Конструкция возведения водяного пола сложна и проста одновременно. Она многокомпонентна по составу, поэтому главное – соблюсти порядок укладки всех слоев.

Каждый элемент «пирога» выполняет особую функцию. Основанием для конструкции служит грунт или бетонная плита. На него укладывают тонкую пленку (но не менее 0,1 мм толщиной) – обычный полиэтилен или более дорогой аналог.

Затем покрывают пол теплоизоляционным материалом. Один из лучших вариантов – экструдированный пенополистирол – прочный, относительно недорогой, с низкой теплопроводностью.

• плотность – от 40 кг/м³;
• толщина – от 300 мм.

Главный слой – цементная заливка, внутри которой будут располагаться трубы с теплоносителем. В раствор добавляют пластификаторы, чтобы сделать его более подвижным и удобным для укладки.

Для прочности стяжку усиливают армирующей сеткой с ячейкой 50*50 мм или более крупной 100*100 мм и толщиной стержня 3-5 мм.

От выбора финишного покрытия будет зависеть тепловой режим, который можно регулировать автоматически или вручную посредством смесительных узлов – коллекторов.

Каких принципов укладки придерживаться?

Сначала требуется произвести расчеты. Это отдельная и сложная тема, однако для самостоятельных быстрых подсчетов можно воспользоваться онлайн-калькулятором, забив в нужные графы индивидуальные параметры.

Если теплыми полами занимается строительная компания, то и расчетные операции производят ее специалисты.

В качестве расчетной основы берутся стандартные проверенные цифры, которых необходимо придерживаться вне зависимости от способа укладки и конкретных условий монтажа.

Обычно для монтажа применяют PEX трубы, которые укладывать ближе, чем 10-15 см друг от друга не получится, так как велик риск заломов. Если тепловая нагрузка на пол небольшая, например, многие любят отдыхать в прохладных спальнях, то допускается шаг раскладки до 60 см.

Еще несколько полезных советов:

• один контур не распределяют на два помещения;
• для помещения 35-40 м² недостаточно 1 контура, минимум – 2;
• одна сторона контура – не более 8 м;
• демпферная лента компенсирует деформацию при тепловом расширении.

Бывают и исключения. Например, если туалет и ванная невелики по площади и находятся по соседству, то для их обогрева достаточно одного водяного контура.

Способы монтажа водяных контуров

Давно придуманы наиболее эффективные виды монтажа труб – «улитка» и «змейка», поэтому экспериментировать с устройством контуров не придется.

«Змейка» – самый простой для воплощения вариант. Минус его – большая разница температур теплоносителя на входе/выходе. Следует учитывать, что вторая половина контура будет отдавать меньше тепла.

«Улитка» равномерно распределяет тепло по всему помещению, но она сложнее в исполнении. Если владельцы не желают делить комнату на теплую и прохладную зоны, то лучше использовать именно этот способ.

Для экономии труб и повышения энергоэффективности часто используют комбинацию двух вариантов: в центре укладывают «улитку», вдоль стен – «змейку». Если правильно расположить петли и рассчитать шаг укладки, то температура пола будет максимально комфортной для жильцов.

Грамотно выбираем материалы

Теплые водяные полы заливаются стяжкой, а это значит, что их планируется эксплуатировать не годами, а десятилетиями.

С учетом длительного срока использования к выбору материалов следует подходить ответственно: исключить дешевую и неликвидную продукцию, отобрать качественные трубы, утеплитель, крепежи с максимальным сроком службы.

№1 — подбираем оптимальный вариант труб

Сейчас используются два вида труб — PE-X и PERT, оба изготовлены из сшитого полиэтилена. Преимущество у изделий PE-Xa, так как благодаря 85-процентной плотности сшивки они обладают эффектом памяти.

Полезный эффект заключается в том, что растянутые теплоносителем с высокой температурой или деформированные трубы всегда возвращаются в изначальное положение.

Применение труб PERT оправдано, если в стяжке будут находиться цельные отрезки, а фитинги установлены только для крепления к коллектору.

Опытные строители не рекомендуют применять композитные трубы с алюминиевой фольгой – всегда существует риск отслоения металлизированного слоя. Если нужна максимальная надежность и изолированность, то лучше использовать продукцию с усилением из поливинилэтилена, расположенным внутри изделий.

Строительные компании обычно работают с проверенными производителями, отвечающими за эксплуатационные качества своей продукции. Хорошо себя зарекомендовала продукция раскрученных марок Rehau и Valtec, а также менее известных Tece, KAN, Uponor.

Подробнее о выборе труб для укладки водяного теплого пола читайте в этой статье.

№2 — определяемся с утеплителем

Основное назначение утеплителя – отделить стяжку с трубами от основания, чтобы отдача тепла проводилась вверх, а не уходила напрасно в землю. Теплоизоляционный слой обязателен, без него монтаж теплого пола теряет смысл.

Сейчас применяют два вида подложки, так как остальные проигрывают им по всем показателям. Это экструдированный пенополистирол в виде плит и профильные маты из пенополистирола с монтажными выступами.

Плиты ЭППС удобны для монтажа и имеют стандартные размеры: 600*1250 мм, 500*1000 мм. Толщина – от 20 до 100 мм, выбор ее зависит от необходимой степени утепления. Благодаря крепежным боковым пазам на стыках соседних плит не возникают зазоры.

Как определить необходимую толщину утеплителя? Все зависит от условий укладки в конкретном частном доме: на грунт кладут 10-сантиметровые плиты, над подвалом или цоколем достаточно 5 см, а если внизу расположено отапливаемое помещение, то достаточно 3-сантиметровой теплоизоляции.

Для крепления плит к полу используют тарельчатые дюбели, а для фиксации труб – гарпун-скобы. Расстояние между соседними скобами – от 30 см до полуметра, в местах поворотов трубы – 10 см.

№3 — покупаем комплектующие для коллектора

Центр распределения теплоносителя и пункт контроля функционирования теплого пола – коллекторно-смесительный узел. С его помощью направляют горячую воду из магистрали в отдельные контуры, следят за расходом теплоносителя, регулируют температуру.

В сборе коллекторы не продаются, так как каждая система имеет свои особенности. Покупку комплектующих лучше поручить специалистам, а для самостоятельного приобретения следует помнить обо всех необходимых элементах: