Сегодня разговор пойдет об интересной идее отопления дома в условиях отсутствия магистрального газа и малой мощности электрической сети. Секретом своей разработки с нами поделится Андрей, проживающий в доме, построенном своими руками, в садоводстве Ленобласти.
Андрей изобретательный хозяин, он применил весьма неординарные технические решения в системе отопления своего дома, а именно - геотермальный тепловой насос, который позволяет эффективно и экономично отапливать дом.
ПОЧЕМУ ИСПОЛЬЗОВАЛОСЬ ЭТО РЕШЕНИЕ?
Когда нет магистрального газа, приходится выбирать между сжиженным газом, дровами, углём, дизельным топливом и электричеством. В садоводстве, где расположен дом, очень слабая электрическая сеть - 5-6 кВт мощности: это все, что есть в распоряжении, и это совсем немного. Тариф на электроэнергию тоже довольно дорогой, на 2020 год составляет: 5 руб. 20 коп на дневном тарифе и 3 руб. 50 коп на ночном. Так вот тепловой насос позволяет ощутимо экономить деньги на отоплении. Летом траты на электричество составляют около 2 тыс. рублей, а зимой - 3-3,5 тысячи рублей в месяц (самое большое было 4 тыс.), и это не только отопление, но и свет, и дренажные насосы, и очистное сооружение, и вся кухонная техника, и подготовка горячей воды. Из этой суммы отопление обходится примерно 1,5-2 тысячи рублей в холодные месяцы. При этом в доме очень тепло, поддерживается не меньше 25 С, так как в доме дети.
Для монтажа данной системы отопления использовался подержанный тепловой насос, по сути, это чиллер - большая холодильная машина. По виду и размеру сравнимая с обычной стиральной машиной. Тепловой насос — это холодильник, который "замораживает" улицу. Вся мощность установки 2 кВт (1,8 кВт - мощность компрессора + циркуляционные насосы). Расходуя эту энергию, машина совершает работу по переносу тепла, как бы "выкачивая" тепло из земли. И на каждые 2 кВт, израсходованных из сети, насос выдает 8 кВт тепла.
В основе теплового насоса - компрессор, примерно такой же как в холодильнике, только большего размера - некая герметичная конструкция, и 2 теплообменника: один условно горячий, другой холодный. В основном всё как в холодильнике.
ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ
На участке зарыта труба с теплоносителем внутри (в данном случае это изопропиловый спирт концентрацией 30-40%, по сути, автомобильная омывайка). Далее труба заведена в дом, где стоит компрессор, который гоняет спирт по трубам, затем установлен тепловой аккумулятор (необязательный элемент конструкции, но Андрей решил его применить) и второй контур, который идет на коллектор с горячей водой - в трубы теплого пола. Таким образом используется 2 циркуляционных насоса - условно горячий и холодный.
Получается, как в холодильнике, где горячая часть в доме, и она его отапливает. Спирт в системе выполняет задачу носителя холода.
Тепловой насос расположен в бойлерной, которая находится вне жилого помещения и не отапливается, она обогревается за счёт потерь тепла от бойлера косвенного нагрева (подготовка горячей воды) и труб с горячей водой. Работает насос очень тихо, соизмеримо с шумом холодильника, его запросто можно держать в доме и не опасаться лишнего шума.
Работает он в паре с настенным газовым котлом через гидрострелку. Газовый котел Андрей установил пока к системе отопления не был подключён и должным образом настроен тепловой насос. Газовый котёл сейчас не используется и считается резервным источником отопления, на всякий случай.
Для минимизации влияния на работу системы отопления длинных протяженных электросетей садоводства, где бывают скачки и просадки электричества, установлен стабилизатор напряжения на 8 кВт.
ПЕРВЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
При реализации этой идеи у Андрея были и сомнения в начале пути: да, теоретически должно работать, а вот работает ли? И в качестве эксперимента, чтобы проверить систему на работоспособность, не тратя много денег, он попробовал откачать максимально много тепла из заболоченного небольшого пруда рядом с участком размером около 3х8 м и глубиной около 1,5 м. По расчётам он должен был замерзнуть, но на практике это сделать не удалось, потому что велик поток тепла со всех сторон грунта окружающего пруд. Грунтовые воды постоянно движутся и переносят с собой новые порции тепла. Поэтому грубый расчёт (объем воды, ее температура и сколько в ней тепла) в реальности не работает. В ходе эксперимента удавалось заморозить спирт в контуре, но не сам пруд. Катушка из трубы с теплоносителем оказалась слишком мала и соответственно недостаточна тепловая мощность катушки, чтобы заморозить пруд.
КАК УСТРОЕН ГРУНТОВЫЙ КОНТУР
В качестве грунтового контура использовалась ПНД-труба. Самый оптимальный диаметр - 32 мм, толщина стенки 3 мм, она считается относительно толстостенной (рабочее давление 16 атмосфер). Данный диаметр и толщина оптимальны, потому что с такой трубой удобно работать чисто из механической прочности - ее труднее переломить, и даже если это у вас получилось, не страшно. Достаточно вооружиться строительным феном, прогреть трубу, и она восстанавливается.
Грунтовой контур можно сделать 3 способами:
1) горизонтальный, когда снимают слой грунта, более-менее равномерно по всей площади раскладывают трубу и затем засыпают. Высота грунта над такой системой составляет порядка 1-1,5 метра. (тут достаточно тонкая грань, так как если закопать глубоко, то система сезонно не оттает, а если мелко, то до конца холодов может не доработать).
2) вертикальный, когда бурят скважину в земле на 100-200 м и помещают в нее зонд - вертикальную петельку
3) энергетическая корзина - вертикальная конусообразная спиральная конструкция.
На стандартном участке - около 5 соток - с расстоянием порядка 3 метров зарыто 4 энергетические корзины.
Нижний диаметр конуса составляет 2 м, верхний - 3 м. Длина трубы (32 ПНД) на каждую корзину - 200 м, и таких корзин 4 шт.
Объединены корзины коллектором. Он выполнен в стандартном виде, сварен из полипропилена, в него "входят" начала и концы каждой из энергетических корзин, сделаны краны на входах-выходах и воздух отводчики. Ввод в дом выполнен уже из трубы диаметром 40 мм. Не бойтесь использовать трубы и краны из полипропилена, так как нужно помнить, что в коллекторе никогда не бывает минусовой температуры - в нем всегда циркулирует рассол, температура которого выше 0 С. И даже если при долгом отсутствии контроля (например, во время длительного отсутствия жильцов дома) система "встанет", нужно помнить, что спиртовой раствор замерзает при температуре - 20-25 С, и он не твердеет, не превращается в лед, а скорее в мокрый снег. Тем самым не будет разрушения запорной арматуры – полипропиленовых кранов.
ДОСТАТОЧНО ЛИ ДАННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ДОМА
Для того, чтобы рассчитать теплопотери данного дома и необходимое количество тепла на обогрев, нужно знать его параметры. В данном случае они таковы: площадь 8х8 метров, полы утеплены 150-тимиллимитровым экструдированным пенополистиролом (ЭППС), стены выложены блоком из арболита толщиной 200 мм и утеплены эковатой 100 мм, сверху утеплитель 300 мм из эковаты и вентилируемый чердак.
По прошествии двух зим хозяева дома отзываются о выбранной системе отопления исключительно положительно: тепла хватает с лихвой, отапливают дом только теплые полы, а смонтированные электрические радиаторы под окнами (в качестве дополнительного обогрева) не используются вообще, система работает не на полную мощность. Еще одним доказательством служит тот факт, что система отопления расходует электроэнергию только ночью для нагрева теплового аккумулятора, и этого достаточно для поддержания комфортной температуры в течение всех суток.
Итак, данный тепловой насос работает не совсем в типичной схеме: в ней есть тепловой аккумулятор на 1200 литров. Идея его использования исходит из желания рационального и свободного использования электрической сети. Если система отопления, потребляющая 2 кВт, будет работать постоянно, то из существующих 5 кВт местной сети в распоряжении остается только 3 кВт. Это довольно мало: одно неловкое движение и срабатывает электрический автоматический выключатель. Преследовалась цель высвободить максимум энергии для потребления днем, когда в доме используется большинство оборудования и техники. Поэтому тепловой насос включается по таймеру в 11 часов вечера, нагревает тепловой аккумулятор до оптимальной температуры - это 40-45 С, а затем отключается (самое позднее в 4 часа утра), таким образом днем есть возможность свободного использования всех 5 кВт сети, а заодно и работа насоса оплачивается по ночному тарифу. Это позволяет снизить оплату электроэнергии вдвое.
КОНСТРУКЦИЯ ТЕПЛОВОГО АККУМУЛЯТОРА
Конструкция напоминает большой аквариум. Сварена рама из уголка 50 мм (толщина 4-5 мм). Материал стен - обычная влагостойкая фанера 12 мм, обработанная внутри - буквально промазаны все поверхности и стыки - эпоксидной смолой (ушло около 10 кг) с пластификатором (около 1 л), чтобы смола была более подвижной и легче наносилась . Ламинированная фанера оказалась непригодной, так как к ней не прилипает эпоксидка. А чтобы ёмкость не раздуло, существуют поперечные стяжки - обычные шпильки, которые проходят прямо насквозь и также обработаны эпоксидной смолой.
В сравнении с металлом фанера легче (возможно работать одному, без посторонней помощи) и дешевле, а по прочности и долговечности не уступает ему - металл гниет, а из фанеры строят корабли и яхты.
Тепловой аккумулятор очень узкий и вытянутый, вместе с тепловым коллектором он расположен за обшивкой в стене дома, между коридором и санузлом (толщина стены 300 мм), и обложен 20-миллимитровым ЭППС. Эта стена чуть-чуть теплая и выполняет роль некоего обогревателя.
ОПТИМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ГОРЯЧЕГО КОНТУРА
Температура 40-45 С считается оптимальной, так как тепловой насос относится к низкотемпературной системе отопления. Чисто технически она способна выдавать температуру 55-60 С, но это уже менее эффективно, так как оптимальный коэффициент переноса тепла (КОП, в англоязычной литературе - COP), который переводит электрические киловатты на тепловые - 4-4,5, и при температуре 40-45 С достигается именно эта оптимальная величина.
Что касается понижения этого коэффициента в условиях сильных морозов (-20-25 С), то наблюдается следующая картина. Чисто теоретически, так сказать по таблице, это снижение должно происходить, но так как грунтовой контур (который закопан в земле) достаточно большой и сделан правильно, то температура при морозах резко падает и затем останавливается на этом значении. В данном случае это +3 С, и не ниже. Температура земли на глубине 5 метром сезонно колеблется от + 17 до +7-8, но температура рассола в трубе ниже + 3 С не опускается никогда.
Что же значит правильно сделанный грунтовой контур. Это значит, что длина трубы и объем закачанной в него жидкости правильно соотносится с мощностью теплового насоса. Первый экспериментальный контур (которым Андрей пробовал заморозить пруд) был сделан с использованием 100 м трубы и 50 л теплоносителя - этого оказалось мало. Теперь для работы действующей системы отопления под землю было смонтировано 800 м трубы, а в систему закачано около 500 л спиртового раствора.
СТОИМОСТЬ ДАННОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Для монтажа системы отопления использовался подержанный тепловой насос стоимостью 100 тыс. (новый насос, как и автомобили в зависимости от марки и известности, мощностью 8 квт будет стоить от 150 до 600 тыс. руб). Стоит отметить, что стоимость данного насоса соизмерима со стоимостью твердотопливного котла. А для тех, кто с ним работал, не секрет, что вся обвязка котла (дымовые трубы, смесительный узел и прочее) фактически удваивает его стоимость.
Стоимость и трудозатраты на прочие элементы системы таковы. На сборку четырех энергетических корзин ушло 2 дня работы (работал Андрей с одним помощником), на заглубление в грунт еще 2 дня, 3 дня работал экскаватор. Стоимость изготовления грунтового контура (в сумме 1 км трубы, фитинги, краны для коллектора, работа экскаватора) составила 100 тыс. руб. Тепловой аккумулятор - около 10 тыс. руб. Плюс мелкие траты, итого за всё - не более 250 тыс. руб. В общей картине строительства дома это вполне адекватная сумма (Стоимость строительства дома своими руками при помощи 1-2 наемных подсобных работников - 1,5 млн. руб., включая отделку).
ПОДВЕДЕМ ИТОГИ
На протяжении пяти зим работы данная система отопления зарекомендовала себя очень хорошо и в техническом, и в экономическом плане, отлично себя оправдала в условиях малой мощности местной электрической сети (5 кВт) и высокого тарифа на электроэнергию. Автор идеи планирует отапливать таким способом большой дом - 160 кв.м, только работать система будет уже не 4-5 часов в сутки (как при размере дома 8х8 м), а круглосуточно.
НАОБОРОТ НЕ ТРАТИТЬ, А ЗАРАБОТАТЬ НА ОТОПЛЕНИИ?
Наша команда инженеров, конструкторов разработала линейку отопительных устройств на основе майнинга криптовалют криптокотел Duntek для нагрева воды в системе отопления https://dzen.ru/video/watch/649938c9791c8560ba1d31cb?share_to=link
или тут https://t.me/duntek_official
и Duntek Air - воздушный обогреватель
Подробнее тут:
