Тепловий насос своїми руками, Клуб власників теплових насосів використання теплових для опалення
Ціна запитання
Читаємо на форумі: Фірмою було запропоновано поставити ТН та облаштувати зовнішній контур за 1,1 млн руб. Автором самостійно придбано ТН з ГВП продуктивністю 8 кВт за 93 тис., пробурено шість свердловин вартістю 500 руб./м, встановлено труби для теплоносія, виконано їх з'єднання з колектором та ТН. Загальна вартість робіт становила 170 тис. руб. За середньої річної оплати опалення електрикою 75 тис. крб. всі витрати на ТН повинні окупитися за три-чотири роки.
Середня питома ціна організації «під ключ» геотермального опалення з ТН в будинку площею 200 м2 становить близько 5-7 тис. руб./м2. Теплоспоживаюча система має вирішальний вплив на економічність опалювальної установки з ТН і повинна обходитися якомога нижчими температурами прямої мережної води. Для опалювальних установок з ТН справедливим є правило: кожен градус зниження температури прямої мережної води – економія енергоспоживання на 2,5 %. Загальні витрати складаються із трьох частин: інвестиції, вартість електроенергії, побічні витрати. При цьому побічними витратами, що зазвичай є незначними, нехтувати не слід: експлуатаційні витрати, що важко прогнозуються при самостійному конструюванні системи, можуть скласти значну суму.
Обговорити «Тепловий насос своїми руками» на форумі
Технічні знахідки
Як основутеплового насоса (ТН) використана звичайна спліт-система. Споживаючи електричну потужність 1,3 квт, отримуємо 6,5 квт тепла. Зовнішній блок кондиціонера, що використовується при цьому, на зиму поміщають у фанерний утеплений ящик разом з автомобільним радіатором, до якого подається теплоносій з ґрунтового контуру. Влітку та в міжсезоння стінки ящикавідкриваються. В іншому випадку досягнення високої ефективності був застосований ТН із двох контурів у каскаді, з двома компресорами. Конденсатор виконаний із сталевих ємностей, розділених на два підконденсатори. У першому ("гарячому"), об'ємом 3 л, розташовані дві мідні спіралі з труби довжиною 10 м. У "холодний" конденсатор також вбудована спіраль для примусового охолодження компресорів (робоча рідина - тосол). Параметри системи: випарник - сталевий бак (180 л); вода надходить зі свердловини з температурою 15 °C обсягом 2 м3/ч, скидання її відбувається в іншу свердловину, що знаходиться в 15 м від водозабірної. Загальна електрична потужність, яка споживається всією системою, – 4,2 кВт. Температура холодоагенту (R22) на вході в гарячий конденсатор становить +110 °C, на виході - +55 °C. При вході в холодний конденсатор – +55 °C, при виході з нього – +40 °C.
Реалізація самого принципу ТН та придбання необхідного при цьому обладнання не складають труднощів. Однак узгодження параметрів окремих частин, їх ув'язування в єдину установку може бути скрутним навіть для спеціалізованої фірми. Адже йдеться про проектування та виготовлення технічно складного обладнання. Тому вдала (ефективна) робота самостійно виготовленого ТН належить більше до галузі везіння, ніж точного інженерного розрахунку: ніхто не може дати гарантії, що такий апарат добре функціонуватиме з п'ятою, десятою чи сотою спроби модернізації.
Первинний контур
Самостійне буріння та облаштування глибоких свердловин, що вимагає застосування спецтехніки, може викликати чимало проблем вже на початковій стадії: «три дні бурили, два дні лагодили машину, день розгрібали купи глини, зробили чотири зонди по 25 м. Вартість свердловин – 650 руб./м ». Для зонда застосовані труби зПНД, розраховані на тиск 6 бар. Труби, що опускаються в свердловину (їх може бути дві або чотири, в залежності від діаметра свердловини) з'єднані U-подібним наконечником. При цьому в зимових умовах для запобігання руйнуванню при монтажі такі труби були попередньо підігріті у приміщенні. Можна досягти більшої економії, виконавши зовнішній контур самостійно, але без буріння глибоких свердловин. Варіанти його розташування: під будинком чи зовні, у землі.
У ТН із вертикальними зондами теплообмінна система встановлюється у свердловинах глибиною від 20 до 100 м. У середньому подвійний U-подібний зонд з кожного метра довжини дає приблизно 55 Вт теплової потужності. Точне значення залежить від геологічних та гідрогеологічних умов, які, як правило, невідомі монтажнику опалення. Тому проектування та буріння свердловин має бути доручено досвідченою та сертифікованою на проведення відповідних робіт компанії. Ґрунтові води як джерело тепла зазвичай підходять для реалізації моновалентного режиму роботи теплового насоса. З міркувань економічності ґрунтові води для теплових насосів типу «вода-вода» потужністю до 30 кВт не повинні надходити з глибини понад 15 м-коду.
Боротьба за ефективність
Обумовлені конструкцією параметри теплообмінника повинні бути узгоджені з іншими параметрами ТН. Це розрахункові характеристики, самостійний експериментальний підбір яких є проблематичним. При цьому, оперуючи поняттями «не тягне» та «працює, але неефективно», дуже складно потрапити до області оптимальних параметрів. В опалювальних системах з ТН, де зникнення напруги може бути не виявлено вчасно, необхідно передбачити захист від заморожування. А буферний накопичувач мережної води необхідний збільшення часу вибігу теплового насоса при незначному теплопотреблении. Повітряно-водяним насосам він є обов'язковим для того, щоб забезпечити мінімальний 10-хвилинний вибіг у режимі відтавання. Експерименти з холодоагентами небажані: у кращому разі не вдасться досягти намічених цілей, у гіршому, наприклад, при використанні пропану, все може закінчитися аварією.
Є побоювання.
Під час роботи ґрунтового теплового насоса зона земляного контуру буде сильно охолоджуватися і, зрештою, на ділянці отримаєш маленький «льодовиковий період». Уникнути цього можна, закопуючи контур глибше, щоб відбувалася рівномірна компенсація тепла, відданого землею, або досягти потужних підземних водоносних шарів. Не допустити появи «вічної мерзлоти» можливо також шляхом створення однієї або двох розташованих на повітрі петель зовнішнього контуру вздовж паркану і з'єднаних на літо з частиною, що знаходиться в землі (для «підзарядки» грунту теплом). Пропонується й інший варіант розташування свердловин – на дорозіділянки, а повітряна частина зовнішнього контуру кільце з свердловинами.
Справді, помилки щодо максимально можливого теплознімання і конструюванні зовнішнього контуру призводять як до незадовільної роботі ТН, але можуть викликати сильне і глибоке промерзання грунту. Так звана зебра (смуги зеленої трави, що чергуються з голою землею, що глибоко промерзла) іноді формується над петлями прокладеного з порушеннями необхідних вимог горизонтального земляного контуру. Температура ґрунту за метр від поверхні може досягати точки замерзання і без утилізації ґрунтового тепла, на глибині 2 м мінімальна температура становить приблизно 5 °C. Зі збільшенням глибини вона зростає, проте зменшується і тепловий потік від поверхні ґрунту. При цьому вже не гарантується відтавання землі навесні. Мінімальна глибина прокладки горизонтального контуру повинна становити 1,2, максимальна – 1,5 м. Самостійне конструювання первинного контуру або дотримання аналогів без прив'язки до конкретних параметрів свердловини водоносного горизонту, річки, озера (для ТН «вода-вода»), ґрунту, може призвести до серйозних порушень у роботі системи теплопостачання.
Т. Сергєєв Журнал «Аква-Терм» №5 (63), 2011