11 способов отопления загородного дома: самые экономичные варианты

Тепловой насос – инновационное устройство, относящееся к альтернативным источникам энергии. Извлекая тепло из природных ресурсов вокруг, прибор является экономичным устройством с большой степенью автономности.

Особенности тепловой системы воздух-вода

Тепловой насос, которому посвящена эта статья, в отличие от других модификаций подобного устройства (в частности, вода-вода и грунт-вода), обладает рядом достоинств:

  • экономит электричество;
  • для установки не потребуются масштабные земельные работы, бурение скважин, получение специальных разрешений;
  • если подключить систему к солнечным батареям, то можно обеспечить полную ее автономность.

Веское преимущество тепловой системы, извлекающей энергию ветра и передающей ее воде, заключается в стопроцентной экологической безопасности.

Перед тем, как приступать к конструированию насоса, необходимо выяснить, в каких случаях система проявляет себя максимально эффективно, а когда ее использование не целесообразно.

Тепловая насосная система, извлекающая энергию из воздушной массы, может использоваться для подогрева всех видов теплоносителей, применяющихся на территории СНГ: воды, воздуха, пара

Специфика применения и работы

Тепловой насос продуктивно работает исключительно в температурном диапазоне от -5 до +7 градусов. При температуре воздуха от +7 система будет вырабатывать больше тепла, чем необходимо, а при показателе ниже -5 – недостаточно для обогрева. Это связано с тем, что концентрированный фреон, находящийся в конструкции, закипает при температуре -55 градусов.

Теоретически система может вырабатывать тепло и в 30-градусный мороз, но его будет недостаточно для обогрева, ведь теплопроизводительность напрямую зависит от разности температуры кипения хладагента и температуры воздуха. Поэтому жителям Северных регионов, где холода наступают раньше, эта система не подойдет, а в домах Южных областей она сможет эффективно прослужить несколько холодных месяцев.

Если в помещении установлены стандартные батареи, то тепловой насос будет работать менее эффективно. Лучше всего устройство воздух-вода сочетается с конвекторами и иными радиаторами с большой площадью, а также с системами «теплый пол», «теплые стены» водного типа. Также само помещение должно быть хорошо утеплено снаружи, обладать встроенными многокамерными окнами, обеспечивающими лучшую теплоизоляцию, чем обычные деревянные или пластиковые.

Тепловой насос лучше всего взаимодействует с водяной системой «теплый пол», не требующей нагрева теплоносителя свыше 40 — 45º С

Самодельный тепловой насос сможет эффективно обогревать дома площадью до 100 кв. м и гарантировано выдавать мощность в 5 кВт. Следует понимать, что фреон невозможно залить достаточно качественно в конструкцию, созданную в бытовых условиях, поэтому следует рассчитывать на температуру его кипения до -22 градусов. Устройство домашней сборки идеально подойдет для снабжения теплом гаража, теплицы, подсобных помещений и др.

Система обычно используется в качестве дополнительного обогрева. Электрокотел или иное традиционное оборудование для отопительного сезона потребуется в любом случае. Во время сильных морозов (-15-30 градусов) тепловой насос рекомендуется выключать, чтобы избежать растрат электроэнергии, ведь в этот период его эффективность составляет не больше 10%.

Тепловые насосы поставляют достаточное количество энергии для обогрева воды в крытых частных бассейнах (+)

Принцип действия системы

Рабочее вещество в конструкции – воздух. Через наружный блок, устанавливающийся на улице, кислород по трубам поступает в испаритель, где взаимодействует с хладагентом. Фреон под действием температуры становится газообразным (поскольку закипает при -55 градусах) и в нагретом виде под давлением поступает в компрессор. Устройство сжимает газ, тем самым увеличивая его температуру.

Горячий фреон поступает в контур накопительного бака (конденсатора), где происходит отдача тепла воде, которую впоследствии можно использовать для организации отопления и ГСВ. В конденсаторе фреон лишается только части своего тепла, и все еще находится в газообразном состоянии. Проходя через дроссель, хладагент распрыскивается, в результате чего его температура понижается. Фреон становится жидким и в таком виде переходит в испаритель. Цикл повторяется.

На рисунке схематически показана реализация принципа элементарного теплового насоса, разделенного компрессором и расширителем на два контура — высокого и низкого давления

Как работает тепловой геоагрегат?

Алгоритм работы геотермального теплового насоса построен на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю. Земля здесь играет роль радиатора летом и является активным источником тепла в зимний сезон.

Разница температур грунта помогает повысить общую эффективность системы и способствует снижению фактических эксплуатационных расходов.

В основе действия геотермального теплового насоса лежит такое явление, как тепловая инерция. Температура земли на глубине от 6 метров и ниже почти точно соответствует среднегодовой температуре воздуха в регионе и очень слабо изменяется в течение всего календарного года

На практике в трубопровод, размещенный в грунте, поступает действующий теплоноситель и нагревается там на несколько градусов. Потом состав переходит в теплообменный узел (или испаритель) и перебрасывает накопленную тепловую энергию на внутренний системный контур.

Читайте также:  Установка электрического отопления для частного дома

Принцип работы геотермальных установок схож с функционированием холодильных систем. Именно поэтому некоторые виды теплонасосов в летнее время успешно применяют в качестве кондиционеров и с их помощью охлаждают воздух в жилых помещениях

Хладагент, работающий во внешнем контуре, прогревается в испарителе, преобразуется в газ и попадает в компрессор. Там он сжимается под влиянием высокого давления и становится еще горячее.

Раскаленный газ переходит в конденсационное устройство и отдает тепловую энергию рабочему теплоносителю внутренней системы, отвечающей за отопление дома. По окончании процесса хладагент, лишившийся тепла, возвращается в начальную точку в жидком состоянии.

Как устроен тепловой насос

Тепловой насос переносит тепло одной среды в другую с помощью трёх взаимосвязанных тепловых контуров. В качестве первой среды используют атмосферный воздух, вода или грунт. В качестве второй — или теплоноситель, нагревающий радиаторы, или водяной тёплый пол, или воздух внутри помещения.

Типы тепловых насосов

  • воздух — воздух (этот тип и используется в бытовых кондиционерах); 
  • вода — воздух; 
  • земля — воздух; 
  • воздух — вода; 
  • вода — вода;
  • земля — вода.

Наибольшее распространение получили модели, в которых первой средой выступает воздух или земля, так как пригодные для использования водоёмы есть не везде. Второй средой является вода, из-за популярности водяного отопления.

По среде, выступающей в роли источника тепла, проложен контур из труб, по нему циркулирует теплоноситель. В процессе прохождения по нему теплоноситель приобретает такую же температуру, как и среда. Затем он поступает на теплообменник испарителя, где нагревает до кипения жидкий фреон, находящийся во вторичной системе. Газообразный фреон переходит в компрессор, где при сжатии происходит его сильный нагрев до 55–75 °С. Далее фреон попадает в конденсатор, где нагретый газ отдаёт тепло среде номер два, воздуху или жидкости-теплоносителю из системы отопления.

Визуализация: Игорь Смирягин/ Burda Media Принципиальная схема теплового насоса: 1— источник тепла; 2 — низко-температурный первичный контур; 3 — испаритель; 4 — компрессор; 5 — конденсатор; 6 — третий контур (отопления). Визуализация: Игорь Смирягин/ Burda Media Варианты устройства первичного контура в грунте: вертикальное (скважинное) залегание, горизонтальное залегание.

  • Отопление

    4 распространенные ошибки в обустройстве отопления в загородном доме

Варианты отопления загородного дома с газом

Для реализации процесса зачастую используется специальное оборудование, котел может быть с открытой камерой, в этом случае, для сгорания природного топлива в него затягивается воздух из помещения.

Продукты сгорания выходят через дымоходы, но некоторые их остатки будут находиться в бытовом помещении, которое я бы советовал оборудовать принудительной вентиляцией. Положительной стороной этого оборудования и теплоносителя для системы отопления загородного дома можно смело считать естественную тягу, для хорошего функционирования электричество не потребуется.

Не менее эффективным считается котел с закрытой камерой, рабочий резервуар не сообщается с воздухом в помещении. Но из-за отсутствия тяги необходим специальный привод, которые будет нагнетать поток для вывода продуктов сгорания в дымоход, такое оборудование зачастую зависит от электроснабжения.

Варианты газового отопления

Газ может подаваться потребителю в двух типах:

  1. С использованием централизованной магистрали.
  2. Посредством дозаправки емкостей для хранения, расположенных в помещении либо на территории постройки (баллоны или газгольдеры).

В первом варианте за давлением в системе следит распределительное устройство, работающее с магистралью и трубопроводом потребителя. После чего топливо поступает к теплогенератору, что обеспечивает автономное газовое отопление загородного дома. Во втором типе снабжения природным ресурсом устанавливается специальный редуктор, который отвечает за выравнивание подачи газа между емкостью и точкой сгорания.

Отопление газгольдером

Установка такого массивного оборудования потребует достаточно затрат на первых этапах монтажа отопления в загородном доме, со временем приспособление начнет окупаться, ведь газ считается самым экономичным.

Газгольдеры отлично подходят для тех районов, где линия трубопровода подачи природного топлива не проведена или находится далеко, я достаточно часто встречал это в пригороде. Не стоит забывать об обязательном оснащении такого оборудования, сюда входит:

  1. Клапан аварийного сброса давления.
  2. Редуктор.
  3. Клапан для заправки.
  4. Кран для удаления конденсата из емкости.
  5. Манометр и датчик уровня топлива.

Достаточно распространены продажи б/у газгольдеров, я не советую приобретать такое оборудование, ведь зачастую восстанавливаются исключительно наружные стенки, а внутренние составляющие повреждены на 50% ржавчиной. Не менее важно перед установкой приспособления продумать подъезд специального транспорта для дозаправки емкости, этот нюанс лучше решать на стадии планирования месторасположения приспособления.

Отопление сжиженным газом

Хотелось бы заметить то, что без должного утепления и антифриза для системы отопления загородного дома метод использования баллонов со сжиженным газом будет невыгодным. Применять такой альтернативный тип снабжения оборудования будет накладно, если площадь постройки превышает 200 кв. м.

Небольшие жилые объекты до 70 кв. м. получится достаточно продуктивно обслужить одним баллоном на 50 литров, с учетом погоды за окном его хватит от 2 до 7 суток. Поэтому на замену нужно обязательно иметь несколько емкостей, чтобы не получить впоследствии перебои в обогреве дома.

Установка насосов Грундфос

Современный рынок предлагает большой выбор насосов для отопительных систем. Поэтому выбрать насос для отопления установка которого обеспечит эффективный и равномерный прогрев помещения очень просто. Многие потребители останавливают выбор на насосах Грундфос.  Поэтому стоит рассмотреть особенности установки этой модели более подробно.

Выполняться установка насоса Грундфос на отопление может либо при монтаже отопительной системы, либо в уже готовую конструкцию. Установка Грундфос особо не отличается от монтажа других моделей насосов. Сначала надо слить теплоноситель. Закрепляют оборудование посредством резьбы. Диаметр резьбы должен быть равен резьбе прибора. Выполняя монтаж насоса Грундфос в систему отопления, надо обратить внимание на корпус агрегата. На нем имеется специальная стрелка, которая указывает направление воды, а значит – направление установки.

Чтобы продлить срок службы насоса, лучше приобрести специальный фильтр для очистки воды. Монтируют такой прибор перед насосом. В воде могут присутствовать мелкие частицы. Попадая в корпус устройства, они приводят к быстрому выходу из строя насосного оборудования. Также проводя монтаж насоса Грундфос на отопление, следует установить запорную арматуру. Благодаря ей прибор в дальнейшем можно будет без проблем ремонтировать или проводить замену.

Принцип работы теплового насоса

Работу теплового насоса можно сравнить с работой обычного холодильника. Только вместо холода аппарат вырабатывает тепло. Веществом, передающим энергию, является фреон — газ или жидкость с низкой температурой кипения. При испарении он поглощает тепло, а при конденсации — отдает его.

Тепловой насос — главный элемент системы. Его размеры не превышают габаритов средней стиральной машины, что облегчает установку прибора. Сам насос включается в два контура: внутренний и внешний.

Внутренний контур состоит из системы теплоснабжения дома (трубы и радиаторы).Внешний контур находится в воде или под землей. Он включает в себя коллектор-теплообменник и трубы, связывающие коллектор с насосом.

Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами. Это могут быть:

  • коммуникационное устройство для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
  • блок охлаждения для локальной или центральной системы охлаждения;
  • дополнительный насосный блок может потребоваться для отопления полов;
  • циркуляционный насос необходим для циркуляции горячей воды;

Процесс работы насоса состоит из нескольких этапов:

  1. Незамерзающая смесь подается в коллектор. Происходит поглощение тепловой энергии и транспортировка ее к насосу.
  2. В испарителе энергия передается фреону, где он нагревается до 8 °C, закипает и превращению в пар.
  3. При увеличении давления в компрессоре повышается температура. Она может достигать 70 °C.
  4. Внутридомовая система отопления получает тепловую энергию через конденсатор. Фреон мгновенно охлаждается и переходит в жидкое состояние, отдавая при этом оставшееся тепло. Затем он идет обратно в коллектор. Так завершается цикл.
  5. Далее работа повторяется по тому же принципу.

Наиболее эффективно тепловой насос функционирует при наличии в доме теплых полов. Тепло распределяется по всей площади пола равномерно. При этом отсутствуют зоны перегрева. Теплоноситель в системе редко нагревается больше 35 °C, а отопление путем нагрева полов считается наиболее комфортным при 33 °C. Это меньше на 2 °C чем при отоплении радиаторами. Отсюда возникает экономия до 18% в год от всего отопительного бюджета. Кроме того, считается, что отопление на уровне пола наиболее комфортно для проживания человека.

Система отопления может быть моновалентной и бивалентной. У моновалентных систем один источник отопления. Он полностью отвечает круглогодичной потребности в тепле. У бивалентных, соответственно, — два источника.

Тепловые насосы для отопления дома: типовые разновидности

Самый удобный способ классификации тепловых насосов предполагает разделение подобных агрегатов по типу среды, в которой проложен первичный контур, питающий теплом испаритель.

И согласно этому способу классификации тепловые насосы делятся на следующие разновидности:

  • Геотермальные агрегаты (земля-вода).
  • Гидротермальные насосы (вода-вода).
  • Аэротермальные установки (воздух-вода).

Причем все виды тепловых насосов эксплуатируют общий принцип работы, но среда «обитания» первичного контура накладывает свой отпечаток и на функционирование, и на обустройство агрегата. Поэтому далее по тексту мы рассмотрим нюансы обустройства каждой разновидности тепловых насосов.

Установка «земля-вода»

Тепловой насос «земля-вода»

Первичный контур геотермального насоса заглубляют в грунт до отметки 5-6 метров. Причем такой монтаж практикуют при обустройстве систем с горизонтальным теплообменником. А в случае монтажа  вертикального первичного контура практикуется и 150-метровое заглубление, в особую скважину.

При этом минимальный объем работ характерен именно для вертикального размещения первичного контура. Поскольку при горизонтальном размещении необходимо распределить трубы теплообменника  по слишком большой площади (50 квадратный метров на каждую 1000 Ватт энергетической отдачи теплового насоса).

Ну а в качестве теплоносителя геотермальный тепловой насос использует совершенно безвредный соляной раствор, незамерзающий даже при отрицательных температурах.

Насос «вода-вода»

Первичный контур гидротермального насоса можно инсталлировать в естественный или искусственный водоем, обычный или сточный колодец, реку или рукотворный канал.

Тепловой насос «вода-вода»

Причем испаритель и  труба с теплоносителем погружаются в воду, как минимум, на 1,5-2 метра. Ведь поверхностные слои могут замерзнуть, повредив и функциональность, и целостность элементов теплового насоса.

Словом, для геотермального насоса придется подобрать «правильный» водоем. А вот сама инсталляция первичного контура происходит достаточно просто – полимерную трубу с тем же соляным раствором «топят» на нужной глубине, используя особы грузила.

И такой способ размещения первичного контура превращает обустройство насосной станции «вода-вода» в чрезвычайно простую и нетрудоемкую операцию. Поэтому, если поблизости есть подходящий водоем, то лучшим вариантом теплового насоса будет именно гидротермальный агрегат.

Агрегат «воздух вода»

Тепловой насос воздух-вода

По сути, это тот же кондиционер, правда, много больших размеров. Первичный контур с испарителем размещается «на воздухе», за пределами жилища, в специальном корпусе.

Причем для обеспечения работоспособности насоса в зимнее время этот корпус очень часто объединяют с вытяжным каналом вентиляционной системы жилища.

Словом, основное достоинство данной системы – простота монтажа, а вот эффективность работы насосов «воздух-вода» весьма сомнительна. Ну а в наших широтах они попросту не могут конкурировать с геотермальными или гидротермальными установками.

Что вы получите

Первое, разумеется, экономию. Стоимость теплового насоса при сборке его своими руками сразу падает до $1000-$1500, а особые умельцы ухитряются обойтись суммой до $500.

Установив оборудование, вы сразу получаете все плюсы, которые дает тепловой насос: экологичность, независимость от внешних источников тепловой энергии, значительную экономию в содержании дома. Правильно рассчитанный и изготовленный тепловой насос обеспечит вас теплом круглый год, а при желании может в жаркое время перенастраиваться и на работу в качестве кондиционера.

Два примера видео сборки теплового насоса своими руками:

Системы обогрева воды в бассейне

Для того, чтобы вода в бассейне была всегда требуемой температуры, необходимо установить систему нагрева. Обогреватель устанавливается при установке бассейна в техническом помещении вместе с остальным оборудованием и автоматически поддерживает выставленную температуру. Обогреватели бывают электрические и водо — водяные (теплообменники).

Электрические нагреватели (обогрев от электричества)

Электрический вариант нагревателя более дешевый по затратам на оборудование, т.к. имеет встроенный термостат и управление температурой воды на корпусе электробокса. Но затраты на обогрев бассейна электричеством достаточно высоки, поэтому данный вариант применяется в бассейнах маленького объема или при отсутствии магистрального газа. Для установки электрического водонагревателя необходимо 380В! и запас в сети по требуемой мощности.

Подбирается нагреватель таким образом: объем воды в бассейне умножаем на 0,5 и получаем требуемую мощность устройства*. При объеме воды в 20м3 необходим электронагреватель 10кВт. В комплект обогревателя входят: термостат для регулирования температуры воды в бассейне (0-45°С), датчик протока (защита от сухого хода), крепежные кронштейны. Подключение: 1 1/2″.

Для правильной эксплуатации, нагреватель необходимо укомплектовать оборудованием электрозащиты.

Теплообменники (обогрев от газового котла)

Обогрев бассейна при помощи водо — водяного теплообменника наиболее распространенный и экономичный в эксплуатации вариант. Для работы устройства изначально необходимо установить блок управления фильтрацией и нагревом воды, а также циркуляционный насос. В связи с этим стоимость первоначальных вложений выше, чем в случае с электрическим вариантом. Но в процессе эксплуатации эти затраты быстро окупятся, поскольку стоимость газа в нашей стране в 4-5 раз дешевле электричества.

Теплообменники изготавливаются из нержавеющей стали высокого качества и подключаются к отопительному контуру газового котла. Установленный в теле теплообменника датчик температуры, подключенный к блоку управления фильтрацией и нагревом воды дает команду циркуляционному насосу забирать подогретый теплоноситель с котла, который движется по змеевику теплообменника, прогревая проходящую воду из бассейна.

Данный процесс происходит до тех пор, пока вода в бассейне не нагреется до выставленной на блоке температуре.

Подбирается теплообменник таким образом: объем воды в бассейне равен мощности устройства*. При объеме воды в 20м3 необходим теплообменник 20кВт.

*данная формула является приблизительной и используется только для плавательных бассейнов находящихся в помещении с температурой воды до 28 градусов Цельсия

Точные расчеты мощности теплообменника производятся в процессе проектирования бассейна.

Технические характеристики электронагревателей:

Наименование

 Мощность,

      кВт

Общая длина,

мм

Подключение, дюймы

Объем

бассейна, м³

Pahlen 3кВт 3 591 до 7
Pahlen 6кВт 6 591 до 14
Pahlen 9кВт 9 591 до 21
Pahlen 12кВт 12 591 до 28
Pahlen 15кВт 15 591 до 35
Pahlen 18кВт 18 591 до 45

Технические характеристики теплообменников:

Наименование

 Мощность,

      кВт

Общая длина,

мм

Подключение 

циркуляция/котел, дюймы

Объем

бассейна, м³

Behncke QWT 20 20 275 1½, ¾ до 25
Behncke QWT 30 30 315 1½, ¾ до 40
Behncke QWT 40 40 385 1½, ¾ до 60
Behncke QWT 70 70 520 1½, 1 до 100
Behncke QWT 104 104 660 2, 1 до 140
Behncke QWT 140 140 920 2, 1 до 200
Behncke QWT 209 209 1190 2, 1 до 250

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

  • помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м2) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
  • тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Подытожим сказанное!

Суть принципа работы теплового насоса не в производстве, а в переносе тепла. Это позволяет получить высокий коэффициент (от 3 до 5) преобразования тепловой энергии. Проще говоря, каждый использованный 1 кВт электроэнергии «перенесет» в дом 3-5 кВт тепла. Еще что-то нужно говорить?