Геоконтуры для тепловых насосов

Геотермальные тепловые насосы – это технология, которая сейчас выступает альтернативой традиционным способам отопления и кондиционирования загородных домов. В данном случае источником бесплатной энергии является «бесконечный» тепловой аккумулятор – сама Земля. Температура грунта ниже точки промерзания всегда положительная, в любое время года и при любой погоде. Используя для преобразования этой бесплатной энергии геоконтуры для теплового насоса, можно обеспечить обогрев дома зимой и кондиционирование летом. При этом особенностью технологии является её полная безопасность для окружающей среды.

Содержание:

  • Основные преимущества тепловых насосов
  • Принцип работы теплового насоса: взаимодействие двух контуров
  • От чего зависит эффективность геотермальной системы отопления?
  • Виды геотермальных контуров
  • Выбор системы ТН: основные критерии
  • DXplast: уникальный контур прямого испарения из пластика

Геотермальное отопление

В последние 50 лет локомотивом развития технологий преобразования геотермальной энергии являются страны Запада, в частности, север Европы (Исландия, Швеция и Норвегия). В этих странах высокие цены на энергоносители традиционно сочетаются с последовательным продвижением «зелёной» повестки. В СССР метод контура для теплового насоса не был востребован из-за высоких социальных стандартов – стоимость газа для населения была крайне низкой, а его подведение к жилым домам и вовсе было бесплатным.

Сейчас ситуация кардинально изменилась. Бесплатный, нескончаемый источник энергии сейчас интересен как частным лицам, так и владельцам различных предприятий. Растущий спрос стал драйвером развития технологии – сейчас само насосное оборудование и все необходимые компоненты для теплового насоса стоят дешевле и имеют более высокий КПД, чем 20 лет назад.

Основные преимущества тепловых насосов

  • Энергия полностью бесплатна и никогда не кончается. Для работы насоса не нужно топливо (дрова, газ, мазут, уголь или какое-либо другое), источник энергии стабилен в любое время года. Расходуется только электричество;
  • Высокая энергоэффективность насоса. На каждый израсходованный киловатт электроэнергии система ТН генерирует до 5 кВт тепла;
  • 100% экологичность. Для отопления и кондиционирования используется низкопотенциальная «вечная» энергия, при этом насосы и геотермальный контур не выделяют никаких токсичных веществ и не вредят окружающей среде;
  • Отказоустойчивость системы. Теплонасосы почти не требуют обслуживания и обладают большим рабочим ресурсом (в среднем 50 лет).
Геотермальные тепловые насосы

Принцип работы теплового насоса: взаимодействие двух контуров

Работа ТН основана на законе сохранения энергии. Для работы системы нужно два контура. Первый заполняется рабочей жидкостью (чаще всего пропиленгликолем) и укладывается в землю, ниже глубины промерзания грунта. Тепло, полученное им от грунта, передаётся в теплообменник насоса. После того, как обменник тепла по мере движения нагретой рабочей жидкости разогревается до +8 C°, он передаёт энергию тепла второму контуру.

Под влиянием переданного тепла, жидкий фреон, который циркулирует в трубах, становится газообразным и поступает в компрессор, создавая тем самым давление. Благодаря растущему давлению газ разогревается до +65 C°, затем он поступает в конденсатор и преобразуется в жидкость с высокой температурой. Так обеспечивается процесс теплообмена с системой отопления помещения.

От чего зависит эффективность геотермальной системы отопления?

В данной технологии способ укладки подземного контура определяет эффективность работы всей системы. Тут играют роль два фактора – площадь контакта контура с грунтом и тип грунта. Чем больше влаги будет содержаться в грунте, тем выше будет коэффициент теплоотдачи от одного погонного метра геотермального контура (10Вт/м и выше). Наихудший результат показывает грунт в засушливых местах и почва с высоким содержанием песка.

Важно! Чем выше коэффициент теплоотдачи грунта, тем меньше может быть протяженность подземного контура и ниже будет общая стоимость геотермальной отопительной системы.

Виды геотермальных контуров

Для получения энергии из грунта в системе ТН могут быть использованы теплообменники разных типов: зонды (вертикальная установка) и коллекторы (горизонтальная установка). Для зондов в грунте бурятся скважины, а для коллекторов роются траншеи или котлованы.

Геотермальные контуры

Выбор системы ТН: основные критерии

Материал контура. Некоторое время назад для геоконтуров использовали металлические трубы, так как металл хорошо передаёт тепло и с каждого погонного метра можно получить больше тепловой энергии. Между тем у такого решения есть ряд критичных недостатков – низкая надежность соединения, неизбежная коррозия швов и быстрое вымораживание грунта.

Альтернативный материал для контура – пластик. Трубы из полиэтилена низкого давления способны выдерживать давление до 10 атмосфер и обладают хорошей теплопроводностью. Необходимо отметить, что давление грунта частично компенсирует давление внутри труб, поэтому давление на разрыв магистрали на глубине 50 метров не будет превышать 2 атмосфер.

Тут нужно упомянуть об уникальной технологии - DXplast, первом пластиковом контуре для насоса прямого испарения. С этим ноу-хау отпадает необходимость в дорогостоящих медных трубах, припоях, горелках, газовых баллонах и значительных расходах на труд высококвалифицированных рабочих, что снижает стоимость проекта в целом.

Тип контура. Они могут быть горизонтальными (одноэтажными, многоэтажными) и вертикальными (2-трубными, 4-трубными). Горизонтальный геоконтур для теплового насоса эффективнее и проще в монтаже, но при этом для него требуется большая свободная площадь участка. Вертикальные занимают минимум места, но обходятся дороже из-за стоимости буровых работ.

Длина контура. Зависит от характеристик грунта и площади отопления. Пример – для отопления дома в 150 м3 нужен будет геоконтур не менее 800 метров длиной.

DXplast: уникальный контур прямого испарения из пластика

Эта технология является авторской разработкой конструкторского бюро ООО «Геотермал», ТОО "SUNDUE", при поддержке фонда «Сколково». DXplast – это первый полностью пластиковый контур прямого испарения. До геоконтура DXplast ряд компаний неоднократно пытались разработать пластиковый испаритель, однако все эти попытки заканчивались неудачей. Это принципиально новое решение, полностью заменяющее дорогостоящий DX контур из меди, который на текущий момент устарел как технически, так и морально. В ближайшее время эта разработка станет причиной значительных изменений на рынке геотермальных тепловых насосов.

Затопленный испаритель DXplast на 100% изготавливается из пластика со специальными добавками, которые делают этот материал непроницаемым для газов, повышают адгезию и теплопроводность. Это ноу-хау вобрало в себя все лучшее, что было разработано в данной области. Срок службы геоконтура – 50 лет и более.

Пластиковый геоконтур DXplast

Характеристики. Пластиковый контур для насоса обеспечивает отъём тепла из грунта (глина, супесь, суглинки) с мощностью 10-13 Вт с 1 погонного метра трубы. Система поставляется комплектом, полностью готовым для установки. Для монтажа 24 элементов системы DXplast используется аппарат для раструбной сварки труб ПНД.

Сравнение dx геоконтура и аналога из меди. Традиционный DX испаритель изготавливается из медной (либо нержавеющей) трубы и обходится в 750 рублей за один погонный метр контура. Комплект медного геотермального контура включает в себя более 60 элементов и соединений для пайки. Для установки такой системы нужно дорогостоящее газобаллонное оборудование и труб высококвалифицированных специалистов, обладающих навыками в пайке меди.

Пластиковый геотермальный контур

Кроме самих медных труб также потребуются расходные материалы – флюсы и припои, электроды. Стоимость такого проекта «под ключ» составляет 700 тысяч рублей. К его преимуществам можно отнести отсутствие необходимости в обслуживании и высокий КПД.

Главные недостатки медного геотермального контура:

  • высокая стоимость материалов и работ;
  • трудоёмкий монтаж;
  • электрическая коррозия;
  • высокая стоимость самого контура (обходится дороже стоимости теплового насоса, для которого он используется);
  • короткий срок эксплуатации системы – 20 лет.

В сравнении с нимпластиковый Xplast геоконтур имеет ряд достоинств.

  • стоимость такого проекта «под ключ» в 2 раза ниже – (350 тысяч рублей);
  • в качестве рабочей жидкости используется фреон;
  • обслуживание системы не требуется;
  • монтаж контура значительно проще, он поставляется готовым комплектом;
  • пластиковый Xplast не подвержен коррозии;
  • срок службы в 2,5 раза выше – 50 лет.

Водяной теплый пол - плюсы, минусы, заблуждения и мифы

Здравствуйте друзья. Клиенты часто задают вопросы, которые относятся к отоплению водяным тёплым полом (ВТП).  Количество-качество этих вопросов, позволило мне сформировать целый список заблуждений. Прискорбно отметить, что многие инженеры проектировщики систем отопления, так же подвержены этим заблуждениям, что уже говорить о простых самостройщиках.

Вот эти заблуждения и вопросы:

  1. Водяной теплый пол в доме не справится с отоплением.
  2. Теплый пол вреден для здоровья.
  3. Теплый пол не может быть экономичней радиаторов.
  4. В маленьких комнатах только радиаторы.
  5. Теплый пол пылит.
  6. Тёплый водяной пол сушит воздух.
  7. Высокая цена водяного теплого пола.
  8. Под мебелью теплый пол делать не нужно.
  9. Какой диаметр, шаг укладки выбрать?
  10. Какая нужна толщина стяжки?
  11. В какой программе рассчитать  схему укладки?
  12. Что делать, если водяной теплый пол сломается?
  13. Какое использовать покрытие с ВТП?
  14. Как сделать ВТП в многоквартирном доме?
  15. Как утеплять межэтажные перекрытия?

Давайте разбираться вместе.

Водяной теплый пол

Водяной теплый пол без радиаторов не справится с отоплением

Это заблуждение уходит корнями в прошлое, когда окна были деревянными, а утеплению стен, чердаков и подвалов уделялось мало внимания.

В таких условиях попытки угнаться за модой, естественно приводили  к разочарованиям. То есть  отопление полом без учета тепловых потерь здания, приведет к неудаче.

Современные строительные нормы и  материалы, снизили потери тепла до приемлемых 50-70 Вт/м2 площади дома.  За точку отсчета принимают самую холодную пятидневку данной местности.

Таким образом, хорошо утепленное строение возможно отапливать исключительно ВТП даже за полярным кругом.

Видео, где дом отапливается только теплыми полами при уличной температуре -40 °C.

Вред для здоровья от теплых водяных полов

Этот миф то же имеет под собой основания.  Поверхность под ногами, которая превышает температуру человеческого тела, в долгосрочной перспективе спровоцирует варикозное расширение вен, а также массу негативных последствий.

Но кто же ему даст так разогреться в утепленном доме?

Свод правил СП 60.13330.2012 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха» регламентирует нагрев поверхности до 26 °C.

Европейские нормы более мягкие, они допускают разогрев, до 28 °C.

Эти нормы действительны для помещений с постоянным пребыванием людей. Хозяйственные помещения, санузлы разрешают нагрев до 31 °C.

Дело в том, что 50-70 Вт/м2 на метр площади, при правильно выбранном шаге укладки и диаметре труб, это те максимальные 28 °C. 

Почему теплый пол экономичней в сравнении с радиаторами

Казалось бы, отапливаем помещение одной площади,  откуда взяться экономии 15-20%?

Все дело в распределении теплового потока. Радиаторная система обычно разогрета до 55-75 градусов. Тепловой поток направлен на отсечение холода идущего от окон. Конвекция, созданная радиатором, поднимает горячий воздух под потолок, а по мере остывания воздух опускается к полу. Особенно эффект заметен там где высота помещения превышает 4 метра, разность температур в низу и под потолком может достигать 10 градусов. Если бы люди летали, такое отопление  выглядело бы естественно.

Теперь рассмотрим, что происходит с полом. Его температура 24-28 градусов равномерно распределяется по поверхности. Конвекция слабая и основная теплопередача происходит за счет инфракрасного излучения (не путать с радиацией).  Больше всего энергии воспринимают ноги, уже на уровне груди температура несколько ниже. «Ноги держи в тепле, а голову в холоде»

Проще говоря, ВТП отапливает то пространство, которое необходимо для человека и ничего лишнего.

Водяной теплый пол

Спальни надо отапливать только радиаторами

«Знатоки»  утверждают, что мебель, а именно спальные места препятствует отоплению теплым полом и необходимо использовать радиаторные системы.

Этот миф для меня сложнее остальных объяснить, но постараюсь его развеять на личном опыте.

Мало кто при строительстве частного дома станет делать спальни, кабинеты меньше 12-15 м2. Такой площади вполне достаточно чтобы отапливать комнату. Если конечно окна в помещении не французские. Через окна как мы знаем, происходят основные тепловые потери дома.

Кладовки и подсобки, как правило имеют маленькие окна,  как следствие низкие тепловые потери. Требования к температуре там тоже низкие.

Единственное место в доме, где моя супруга ругается на отопление водяным теплым полом в морозные дни, это санузел 1го этажа, площадью 5 м2. Температура там комнатная, как и во всем доме, но для принятия душа этого маловато.

Прошу заметить, что дом заставлен мебелью. Так что миф о мебели, препятствующей отоплению, считаю надуманным.

Теплый водяной пол пылит

Давайте представим себе, что мы в степи.  Как вы думаете, когда будет кружиться больше пыли, при ветре или в штиль?

Так вот конвекция, это слабый ветер. Естественно с радиаторами «конвекционный ветер» на порядок сильней, он же движет частички пыли по комнатам.

Схема водяного теплого пола в комнате

Тёплый пол сушит воздух

Трудно установить, откуда исходят подобные заблуждения, но обувь он действительно сушит. Также обувь можно высушить на батарее отопления.  Доказывает ли это теорию про сухость воздуха?

Интенсивность теплоотдачи, характеризуется количеством теплоты, переданным в единицу времени, через единицу поверхности при дельте температур между поверхностью и средой.

У радиаторов маленькая площадь, но высокая температура, у тёплого пола наоборот. Как диванные критики сделали вывод о сухости воздуха, для меня остаётся загадкой.

Воздух при обоих типах отопления может быть сухим или влажным, все зависит от качества вентиляции и влажности на улице.

Водяной теплый пол это дорого

Как большинство легенд, эта история идет из прошлого. Сегодня цены значительно снизились.  Основная затратная часть при монтаже ВТП, это труба и распределители. Труб нужно много!

При шаге укладки 200 мм- 6 погонных метров на квадрат площади, при шаге 150 мм- 7м/п.  Помножим эти цифры на квадратуру дома, получим километры. Но это уже не проблема, как было ещё 10-15 лет назад.  

Появились отечественные производители, которые предлагают метр трубы по цене от 25 рублей.  Для особо экономных людей, дальше будет небольшой лайфхак.

Хорошие распределители, научились производить китайские товарищи. В спину им дышат отечественные производители.

Стяжку и утепление первого этажа, вы будете делать при любом исполнении системы отопления, так что их стоимость в смету не включаем.

Итог: разумная смета ВТП без изысков, обойдется на 10-20% дешевле, чем смета на радиаторное отопление. К тому же монтаж ВТП гораздо проще, для самостоятельного исполнения.

Делать или нет теплый пол под мебелью?

Если мы рассматриваем электрические кабели обогрева, то укладывать их под мебелью противопоказано.  Под шкафом или диваном теплоотдача минимальна, а значит,  мы получим локальный перегрев и выход из строя греющего элемента. Но я бы  не рекомендовал использовать электрический пол в качестве основной системы отопления. Он больше подходит для создания комфорта в отдельных помещениях.

Водяной теплый пол в частном доме, перегревов не боится от слова совсем, делать его под мебелью обязательно и необходимо. То тепло, что не разойдется под кухонным гарнитуром, переместится в свободную от мебели зону и рассеется там. В случае если вы сделаете перестановку, у вас не будут образовываться холодные участки.

К тому же холодные-сырые углы в загородном доме, например, за диваном, это подарок для размножения грибка и плесени.

Длина петель, диаметр трубы и шаг её укладки

От диметра и шага укладки на прямую зависит теплоотдача. Если ВТП единственный источник тепла, шаг монтажа не должен превышать 200 мм, но лучше делать шаг 150 мм.

Излучает тепло поверхность трубы, а бетон стяжки лишь рассевает энергию, по этому, чем больше метров трубы уложено, тем равномерней становится нагрев стяжки. Но здесь возникает вопрос цена-качество.

От диаметра зависит, длина петель, количество теплоносителя в них, поверхность излучения тепла и количество присоединений к распределителю.  Трубы для водяного теплого пола производят диаметром 16 и 20 мм. Петли 20 й трубы рекомендуется укладывать до 90 метров, 16 й не длинней 70 метров.  Как вы понимаете, для 20 й трубы распределитель будет с меньшим количеством присоединений, то есть дешевле.

Для Сибири мы выбрали свою золотую середину, это шаг 150 мм, диаметр 20 мм, длина петель до 90 метров. Такой водяной теплый пол, при должном утеплении дома, легко осилит морозы в -40 градусов.

Обещанный лайфхак  для тех, кто дочитал. 

Делая ВТП своими руками по этим рекомендациям, вы можете использовать дешёвую пластиковую трубу ПЭ-100 SDR 11 - 20×2 питьевая ГОСТ 18599-2001. Максимальное давление — до 16 атм. Разрушается ПНД (как и другие полиэтилены ) от ультрафиолета которого в бетоне нет,  либо от превышения допустимой температуры теплоносителя. Она идеально подходит под евроконус распределителя и сертифицирована на 50 лет до +40 градусов. Такая температура будет у вас на подаче, только  при -40 на улице, то есть несколько дней в году.

Себе делал из ПНД 9 лет назад, дешевая PE-RT еще не продавалась, а PEX  стоила 4 $ за метр. В то время «трубы ВТП с кислородным барьером» маркетологи еще только придумывали.

Переубеждать адептов, парциального  кислородного насыщения и квитанционной  коррозии, не входит в задачи данного обзора.Но ничто не доказывает правдивость или ошибочность теории, как опыты на себе любимом. Полы из ПНД за 9 лет, живее всех живых.

Толщина стяжки водяного теплого пола

Идеальная толщина стяжки для ВТП, считается 30-35 мм над трубой. Такая стяжка хорошо прогревается и рассеивает тепло.

Иногда обеспечить идеальную толщину невозможно. Например, из-за кривых плит перекрытия. Тогда толщина может вырасти либо наоборот сократиться,  ВТП будет работать, но может полосить или дольше прогреваться.

Сломался водяной теплый пол. Что делать?

ВТП откажет только по двум причинам:

  • Первая - просверлили трубу. Ответ один,  долбить стяжку и устранять течь. PE-RT прекрасно паяется утюжком  для полипропилена,  PEX  потребует соединительную муфту.

  • Вторая причина, поломка распределителя.Такое бывает! Тут все проще - ремонтируем либо меняем распределитель. Следует особенно отметить, что количество монтажных соединений и дополнительного оборудования система отопления водяным теплым полом, имеет в разы меньше чем радиаторное отопление.

Отсюда делаем вывод: чем проще система отопления, тем она надежнее.

Ламинат и другие покрытие для водяного теплого пола

Как покрытие для ВТП, лучше всего подходит кафель, керамогранит, плитка ПВХ, линолеум. Они без потерь передают тепло.

Но ламинат или паркетная доска тоже годятся.  Единственное что потребуется, это поднять температуру подачи теплоносителя, на 1-3 градуса.

Главное обращайте внимание, на то чтобы эти покрытия были рекомендованы для использования с ВТП. Иначе они могут потерять вид, а еще хуже будут фонить химией. Слышал, что используют тонкие ковровые покрытия, но сам не применял.

Водяной теплый пол

Водяной пол в многоэтажке

Главный недостаток системы ВТП заключается в том, что самовольное подключение системы к центральному отоплению многоквартирного дома запрещено, а получение такого разрешения отнимет много сил и средств.

Утепление перекрытий между этажами частного дома

Большинство интернет источников дает на этот счет однозначный ответ, утеплять обязательно. Объясняется это тем, что при недостаточном утеплении вырастает инерционность системы отопления, и при резком перепаде температур на улице, подстройка системы отопления под внешние факторы будет запаздывать. Вроде бы всё логично!

На практике оказалось, что инерционность водяных теплых полов это не недостаток, а дополнительный тепловой аккумулятор.

Например, дома из современных вспененных бетонов, обладают слабой теплоемкостью. Кажется что в доме жарко, но стоит приоткрыть окно, как жара быстро превращается в холод. Происходит это по тому, что стены из легких бетонов плохо поглощают и отдают тепло.

Вывод:

Пол цокольного или первого этажа контактирующего с грунтом, необходимо утеплять ЭППС толщиной 100-150 мм.

Для утепления межэтажных перекрытий, вспененного полиэтилена толщиной 10 мм достаточно.

  • Top.Mail.Ru
  • Яндекс.Метрика