0

Геотермальное отопление дома

3 Виды систем

Системы отопления с помощью тепла земли различаются по схемам внешнего контура. В настоящее время широкое использование получили вертикальные и горизонтальные схемы. Выбор того или иного варианта будет зависеть от нескольких факторов:

  • глубины промерзания почвы;
  • состава грунта;
  • площади земельного участка;
  • наличия подземных вод.

Для установки геотермальной системы чаще всего применяют горизонтальную схему расположения внешнего контура.

Ее преимуществом является более простой монтаж с возможностью установки отопления своими руками. Кроме того, горизонтальное расположение позволяет быстро и достаточно легко заменять неисправные участки, за счет чего отопление будет работать практически непрерывно.

Внешний контур в этом случае представляет собой коллекторную систему. Несколько контуров, расположенных на расстоянии не менее 30 см друг от друга, соединяются коллектором, по которому антифриз поступает в тепловой насос. Такая система обеспечивает максимальное получение энергии тепла земли в горизонтальной схеме.

Горизонтальное расположение предполагает несколько важных моментов:

  • для этой схемы необходим большой земельный участок (к примеру, для дома 150 м² потребуется участок площадью 300 м²);
  • глубина залегания труб должна быть больше глубины промерзания;
  • для контуров следует использовать трубы с высоким показателем теплопроводности;
  • схему нежелательно располагать на участках, где возможны обильные весенние паводки, поскольку движение почвы может сместить магистрали отопления.

Грунтовый Тепло Обменник своими руками

Вертикальная схема эффективней, чем горизонтальная, однако ее монтаж более трудоемок. Трубы располагают в скважинах, глубина которых достигает 50—200 м.

Большая эффективность вертикального отопления из земли объясняется увеличением степени нагрева — чем глубже расположены трубы, тем больше энергии можно получить из недр. Еще одно преимущество схемы состоит в том, что для ее монтажа не нужна обширная площадь земельного участка.

При монтаже вертикального контура могут возникнуть определенные трудности. Так, для установки в скальных грунтах потребуются специальные буровые машины, а в суглинистых — монтаж защитной оболочки из железобетона или толстостенного пластика. Кроме того, для работы такой системы потребуются мощные циркуляционные насосы.

Также при установке системы с вертикальной схемой значительно усложнится ремонт, что при возникновении каких-либо неисправностей может привести к длительному отказу всей конструкции.

Существует еще один вариант геотермального отопления — с подводным расположением наружного контура. В этом случае трубы укладываются по дну ближайшего водоема, что исключает необходимость производить земельные работы. Но следует учитывать, что водоем должен:

  • располагаться не далее 100 м от дома;
  • иметь достаточный объем (для дома площадью 100 м² требуется водоем объемом 200 м³);
  • не промерзать полностью в зимнее время.

Самодельный тепловой насос. ТН проще некуда. Тепло земли!

Такие требования делают установку подводной системы неприемлемой для большинства частных домов и дач.

Геотермальные установки отопления

Геотермальное отопление дома принцип работы которого основан на получении тепла от разницы температур почвы и помещения, которое отапливается — сложный, дорогой, но эффективный вид отопления. Работа системы возможна только с использованием геотермальной энергии, которая добыта из низкотемпературных природных источников тепла. Работа системы напоминает работу холодильного агрегата с той лишь разницей, что холодильник преобразует теплый окружающий воздух в холодный, а геотермальная система работает наоборот. Установка способна работать при любых температурах окружающего воздуха. Летом она студит воздух в помещении, а зимой прогревает.

Набор элементов, которые входят в геотермальную систему, способен поддерживать заданную температуру в помещении в полностью автономном режиме, система практически не требует обслуживания и потребляет чрезвычайно малое количество электрической энергии. По сути, электричество необходимо только для работы самого теплового насоса. Остальные элементы системы не нуждаются в дополнительных источниках энергии. Примечательно, что КПД геотермальных систем практически не зависит от производителей оборудования и всегда стабильно высокий, что позволяет использовать метод и для геотермального отопления теплиц, гаражей, хозпомещений.

Виды геотермальных систем

Геотермальная система состоит из двух контуров — внешнего и внутреннего. Внутренний контур всегда находится в помещении, а внешний контур выполняет отбор энергии у почвы. Внешние контуры геотермальной системы, в зависимости от источника энергии, могут быть трех типов:

  1. Вертикальный контур. Его устройство подразумевает бурение скважины глубиной до 200 метров, в которую помещается теплообменник. Преимущества такой схемы в том, что вся система не занимает большую площадь на участке, работает такая система более 100 лет (естественно, это расчетный срок службы), но имеет огромный недостаток — запредельную стоимость выполнения работ по бурению глубокой скважины и высокую стоимость теплообменника.
  2. Горизонтальный контур. Геотермальная система горизонтальной ориентации позволяет обойтись без бурения глубоких скважин, но также имеет ряд решаемых проблем. Дело в том, что для работы системы необходим теплообменник большого объема. Если в вертикальных системах его просто опускают в скважину, то в горизонтальных его нужно располагать в почве в горизонтальной плоскости на глубине ниже промерзания грунта. А это занимает довольно большую площадь, которую имеет не каждый участок.
  3. Гидравлический контур. Редкий случай, когда под домом на небольшой глубине находится водоем с незамерзающей водой. в таком случае расходы на устройство геотермальной системы существенно сокращаются.

Стоимость геотермального отопления

Расчет геотермального отопления для дома основывается на общих данных, полученных экспериментальным путем. Они говорят о том, что для получения 50 Вт тепловой энергии необходим один квадратный метр коллектора. Именно поэтому и бурят такие глубокие скважины и поэтому необходимы такие большие площади под горизонтальные внешние контура. Цена геотермальной системы отопления формируется на основе стоимости и работ по установке коллекторов, и стоимости оборудования.

В состав системы входит масса элементов. это и сложные и дорогие тепловые насосы, бойлеры для горячей воды, геотермальные коллекторы, теплоноситель (пропиленгликоль) для заполнения системы. Это и работы по бурению скважин, их укреплению, обвязке котельной, установке насоса и пусконаладочные работы. Естественно, что цена оборудования зависит от производителя, а это могут быть VIESSMANN, Vaillant, NIBE, от мощности и производительности самого насоса и глубины бурения. Для простого примера, чтобы не прибегать к сложным инженерным расчетам, можно приблизительно выделить 15 тысяч евро для дома площадью около 400 квадратов.

Недешево, однако после вложения этих денег ближайших 100-150 лет никто из живущих в доме не станет задумываться о том, как отопить дом без газа.

Читайте также Воздушное отопление частного дома своими руками, Схема однотрубной системы отопления двухэтажного дома

Принцип функционирования

Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, — становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.

Тепловую энергию, которая получается в процессе отопления, использует геотермальная система, основанная на специальном тепловом насосе.

И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт. Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял). Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.

Особенности системы

Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно. Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система. Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.

Бурение скважин под тепловой насос

Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло. Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление. Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.

Заметим, что в летний период отопление от земли, работает в качестве кондиционера. Для этого нужно активировать обратный механизм. В процессе работы теплообменник будет брать охлаждающую энергию.

Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно

Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.

Заметим, что внутри помещения, которое вы хотите отопить, ставятся отопительные элементы, ничем не отличающиеся от водяного отопления. Ваше жилье будут обогревать радиаторы, а тепло в них будет идти по трубам.

Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.

Принцип работы теплового насоса

На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, — с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею. И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан. И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

Тенденции распространения геотермального отопления являются понятными. Ведь отопление за счет энергии земли – это удобно, экономично и безопасно.

Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет. А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы. Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.

Как это работает?

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5—7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Больше всего человека привлекает тот факт, что тепловая энергия грунта – бесплатная. Но вот извлечь ее и направить в дом обойдется в кругленькую сумму, о чем мы поговорим далее.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2—3 °С, а вот дом прогревается на 20—40 °С. Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики. В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7.

Установка, обеспечивающая использование энергии земли для отопления, имеет свое название – геотермальный тепловой насос.

Виды установок для отбора тепла земли

Внутреннее устройство теплового насоса, кратко описанное выше, остается неизменным в любом случае. А вот конструкция наружного контура, что извлекает энергию из грунта, бывает 2 типов:

  • горизонтальный: в котлован расчетного размера и глубиной 1.5—2 м укладывается полимерная труба с определенным шагом;
  • вертикальный: трубы контура опускаются в глубокие скважины. Их количество также определяется расчетом.

Рыть котлован удобно на этапе строительства частного дома, это делается как раз в том месте, где планируется возводить здание. Также горизонтальный контур можно устроить в том случае, если имеется достаточно большой участок земли у дома. Когда такого участка нет и места совсем мало, энергия земли отбирается геотермальными зондами из глубоких скважин. Их придется сделать несколько в разных местах.

Концы труб от одного или нескольких наружных контуров прокладываются к дому под землей и входят в подвальную часть здания, где и присоединяются собственно к тепловому насосу. Теплоносителем, протекающим в подземных змеевиках, обычно служит вода либо незамерзающая жидкость, в зависимости от региона строительства.

По эффективности получения энергии земли вертикальные контуры превосходят горизонтальные, так как часто проходят сквозь водоносные горизонты, а это улучшает отбор теплоты. Держат они первенство и по стоимости монтажа, особенно если бурение скважин происходит в затрудненных условиях.

Плюсы и минусы

Добытая из грунта тепловая энергия, как мы уже выяснили, практически ничего не стоит и это главный плюс. Но есть и другие:

  • источник тепла – возобновляемый, проще говоря – неиссякаемый;
  • экологичность и безопасность тепловой установки не имеют себе равных;
  • хороший выход энергии при малых затратах;
  • не требуется никаких разрешений на монтаж или подключение;
  • высокая степень автоматизации, а значит, и комфорта;
  • нечастое обслуживание;
  • низкая степень пожарной опасности.

Есть еще одно важное достоинство геотермальной системы. Поскольку температура грунта на глубине остается неизменной круглогодично, то летом насос перестает быть тепловым, а становится охлаждающим. Установка переключается в летний режим, хладагент движется в другую сторону, а теплообменники функционально меняются местами. Если частный дом оборудован агрегатами воздушного отопления – фанкойлами, то система подает к ним холодную воду, от которой охлаждается воздух в помещениях.

Недостаток у гелиосистем только один, но настолько существенный, что зачастую перечеркивает все достоинства. Как нетрудно догадаться, это стоимость оборудования и монтажных работ. Всякий поймет, что рытье котлованов и бурение скважин влетит в копеечку, такую работу своими руками не сделаешь. Трубы длиной около километра, сама установка, автоматика, — все это обойдется в кругленькую сумму. Вот почему использование тепла земли до сих пор доступно очень немногим людям.

Совершенно ясно, что применение тепловой энергии грунта для обогрева дома имеет долгосрочные перспективы. Это в Европе подобные системы стали обыденностью, у наших граждан доходы пока что не достигли необходимого уровня. Но за тепловыми насосами – будущее, это тоже не вызывает сомнений.

Геотермальное отопление — 2 расхожих мифа, принцип работы и виды систем

Vadim 5968 0 4

Действительно, когда люди слышат об использовании тепловой энергии земли, их воображение сразу рисует картинки с гейзерами, вулканами и кипящими озерами. Естественно человек считает, что раз рядом никаких вулканов нет, то и задумываться о геотермальном отоплении не стоит.

Не стану вас обманывать, для отопления дома гейзеры и прочие подобные вещи использовать можно. Проблема лишь в том, что таких мест в нашей стране немного.

Мутновская ГеоЭС в долине гейзеров на Камчатке.

Наверняка многие слышали о термине — точка промерзания грунта. Для тех, кто не в курсе поясню, точкой промерзания называют уровень, до которого земля промерзает зимой. Ниже этой точки температура всегда плюсовая, в зависимости от глубины 3–15ºС. Так вот, этого достаточно, чтобы при помощи специальной аппаратуры обустроить отопление.

Миф №2: геотермальный обогрев — это вечный двигатель

Из школьного курса физики нам известно, что вечного двигателя в принципе не существует, по крайне мере на данный момент. Отсюда относительно просвещенная часть населения делает вывод, что геотермального отопления быть не может и людей просто кто-то пытается в очередной раз обмануть.

Эффективность теплонасоса.

Корни этого заблуждения кроются в очень высокой эффективности геотермальной системы. Ведь здесь на 1 кВт затраченной электроэнергии вы получаете порядка 3–5 кВт тепловой энергии для отопления дома. Такая эффективность достигается за счет использования теплового насоса, о котором я расскажу чуть позже.

Как это работает

Вся конструкция состоит из 3 контуров, которые завязаны на так называемый тепловой насос — сердце системы. Тепловым насосом называют агрегат обеспечивающий теплообмен между контурами и циркуляцию теплоносителей внутри контуров.

Схема теплонасоса в разрезе.

Назначение контуров

  1. Наружный контур — этот контур расположен непосредственно в земле ниже уровня промерзания или воде. Заполняется этот контур какой-нибудь незамерзающей жидкостью, в самом простом варианте рассолом. Жидкость, нагреваясь под землей, поднимается в теплонасос и отдает тепло второму контуру;

Наружный контур имеет достаточно большую длину.

  1. Второй контур заполнен фреоном и полностью спрятан внутри теплонасоса. Температура кипения у фреона достаточно низкая, нагреваясь от первого контура, он превращается в пар и разогревает внутренний, третий контур. Именно поэтому такую систему называют холодильником наоборот;
  2. В качестве внутреннего контура выступает отопительная система дома. Название условное, так как этих контуров может быть несколько — отопление радиаторов, теплого пола, обогрев теплицы, нагрев воды для бытового пользования и прочее.

Аппаратура для геотермального отопления не требует отдельного помещения.

Принцип действия

  1. Незамерзающая жидкость нагревается на глубине, под землей до температуры, к примеру, 5–7ºС и поступает в тело теплового насоса;
  2. Внутри агрегата стоит теплообменник и нагретая жидкость, проходя через него, отдает тепло второму контуру, после чего уходит под землю за новой «порцией тепла»;
  3. Фреон, который испаряется во втором конуре попадает в компрессор и при сжатии его температура доходит до 100ºС, чего вполне хватает чтобы разогреть жидкость в третьем контуре, кстати, для этих целей тоже есть теплообменник;
  4. С третьим контуром более-менее ясно, он обогревает дом, а вот разогретый фреон поступает в расширительный экран, где давление и температура нормализуются и все начинается снова.

Принцип работы теплонасоса.

Достоинства и недостатки системы

Достоинств у геотермальной системы масса:

  • Энергия земли неисчерпаема, это не заправочная станция и тепло там не кончается;
  • Система полностью безопасна в пожарном отношении;
  • Раз топлива как такового нет, значит доставлять и складировать его не нужно;
  • Система экологически безопасная и полностью безотходная;
  • Пока в вашем доме есть электроэнергия, тепловой насос работает в автономном режиме. Кстати инструкция по настойке там элементарно простая;
  • Для загородного дома средних размеров расчет потребления электроэнергии составляет порядка 300–400 Вт. Образно говоря, вы, оплачиваете работу лампочки в 300 Вт и при этом обогреваете весь дом, плюс получаете горячую воду.

Характеристики одной из моделей теплонасоса.

Минусы у геотермальной системы также есть и самым главным считается высокая цена. В среднем обустройство подобного отопления для загородного дома обойдется порядка 10 тысяч евро, прием стоимость оборудования в этой сумме занимает примерно половину, остальное возьмут за монтаж.

В сети много говорится о том, что геотермальную систему своими руками сделать реально. В действительности я не видел ни одного человека, которому бы это удалось, слишком уж трудоемкий монтаж.

Схемы геотермальных систем отопления

Существует 3 схемы обустройства геотермального отопления, но все эти варианты требуют, чтобы площадь внешнего контура была минимум в 2,5 раза больше отапливаемой площади дома.

Иллюстрации Рекомендации
Горизонтальная закладка.

По этой схеме рядом с домом выкапывается котлован глубиной ниже точки промерзания хотя бы на 1,5–2 м, а площадь котлована должна в 2,5 раза превышать площадь дома.

Вот и представьте, для большей части России под дом в 100 м² нужно копать котлован площадью в 250 м² и глубиной от 3 м.

Подводный вариант.

В теории этот вариант намного легче. Смысл в том, что на дно водоема укладывается внешний контур и нагревается от воды.

  • Но водоем нужен глубокий от 4 м, чтобы в самые лютые морозы контур был под водой, а не во льду;
  • Дом должен стоять не далее 100 м от водоема, плюс от воды и до дома контур нужно утеплять;
  • Нет гарантии, что какой-нибудь рыбак не порвет вашу систему.
Скважины.

На мой взгляд, скважинный вариант самый лучший. Вы один раз нанимаете бригаду бурильщиков, и они обустраивают нужное количество скважин, причем довольно быстро и рядом с домом.

Существенным плюсом здесь выступает еще и то, что на больших глубинах температура земли выше, а значит, система будет намного эффективней.

admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *