Геотермальная система своими руками. Геотермальное отопление дома. Источники геотермального отопления

Геотермальное отопление применяется для отопительной системы.

В качестве основного или дополнительного источника получения тепла служит энергия земли.

Обогрев дома теплом из-под земли: что это такое

На территории России высокотемпературные (термальные) родники располагаются крайне неравномерно, преимущественно вдали от населённых пунктов, что затрудняет их использование для целей отопления.

По мере развития технологий и внедрения новых видов оборудования, для производства тепловой энергии появилась возможность воспользоваться и низкотемпературными источниками.

Кроме прочего, подземные слои, находящиеся на расстоянии 50—100 метров ниже поверхности земли, имеют положительную температуру равную 10—12 °C. Такие значения сохраняются вне зависимости от времени, что даёт возможность пользоваться отоплением на протяжении всего года.

Преимущества системы геотермального отопления:

• Экономичность . Источниками являются возобновляемые ресурсы , что позволяет избежать финансовых вложений в покупку топлива, как в случае использования традиционных систем. Не потребуются и дополнительные расходы, связанные с транспортировкой, хранением топлива.
• Безопасность . Маловероятно возникновение каких-либо аварийных ситуаций, взрывов и возгораний.
• Экологичность . Так как процесс сгорания в геотермальной системе не используется, то и присущие ему выбросы в атмосферу исключены.
• Автономность . При наличии автоматического управления, не требует частого вмешательства или постоянного внешнего контроля.

Недостатки :

• Немалые первоначальные денежные затраты.
• Трудоёмкая установка.
• Необходимость источника электрической энергии.

Как действует система геотермального отопления

Тепло для обогрева жилья или подачи горячего водоснабжения получают методом преобразования его из энергии окружающей среды с помощью особого агрегата .

Основным элементом геотермальной установки является тепловой насос , который соединён с внутренним и внешним контуром отопления.

Строение внутреннего контура аналогично традиционному варианту отопления (газ, вода). Это: трубы и радиаторы.

Внешний контур , размер которого намного больше внутреннего, размещаясь под землёй, является невидимым в процессе его эксплуатации. Внутри него циркулирует теплоноситель. Это: или обычная вода , или антифриз , как правило, — на основе этиленгликоля . И, второй вариант гораздо предпочтительнее.

Температура теплоносителя уравнивается с температурой среды, когда он находится во внешнем контуре, а затем он отправляется в тепловой насос. Пройдя через него, подогретые массы направляются по внутреннему контуру.

Наличие теплового насоса и является главным фактором для получения тепловой энергии, которая предназначается для последующего её использования потребителем (обогрев жилья, горячее водоснабжение).

КПД этого устройства некоторых может привести в изумление. Потребляя электрическую энергию в объёме 1 кВт в результате своей работы «выдаёт» несколько больше — 4—5 кВт, что выглядит весьма странным.

Это происходит благодаря как конструктивным особенностям прибора, так и тому, что он, помимо электрической, использует тепловую энергию земли в качестве добавочной (даже при низкой температуре грунта).

Тепловой насос способен работать круглый год и эксплуатироваться на протяжении 15—25 лет.

Примечание! Некоторые специалисты уверяют, что с учётом трения или износа, реальный срок действия системы без остановки для проведения ремонтных работ составляет порядка 10 лет.

Вам также будет интересно:

Установка своими руками

Прежде чем решиться на подобный шаг, нужно сопоставить возможности с объёмом и сложностью всех необходимых работ для установки геотермальной системы.

Расчет стоимости

Расчёт стоимости устройства геотермальной системы вычисляется относительно:

• приобретения теплового насоса определённой мощности;
• цены всего трубопровода , в соответствии с мощностью насоса;
• производства сопутствующих земельных работ (бурение скважин, выкапывание траншей), а также стоимости работ по прокладке сетей;
• установки и подключения теплового насоса.

Фото 1. Геотермальный тепловой насос модели Vitocal 300-W Pro с электроприводом для отопления, производитель — «Viessmann».

Расчёт включает и покупку теплового насоса, цена которого различается в зависимости от мощности и производителя.

Модели мощностью в районе 4—5 кВт будут оцениваться в 3—7 тыс. у. е. Прибор мощностью 5—10 кВт стоит 4—8 тыс. у. е. За 10—15 кВт — 5—10 тыс. у. е.

Размещение коллектора

Существует подразделение по способу установки внешнего контура (коллектора ). В грунте он может размещаться вертикально или горизонтально. В грунте водоёма — горизонтально . Для каждого из этих случаев имеются свои преимущества и недостатки.

Вертикальный тип

При построении установки вертикального типа присутствует необходимость бурения скважин глубиной 50—200 метров. То есть — до слоя, имеющего повышенную температуру. Одна из шахт, которую называют дебетовой, служит для забора тепла.

Теплоноситель в ней поднимается, благодаря работе насоса , затем происходит подача в трубы и радиаторы внутреннего контура.

Возвращаясь, после прохождения всего цикла, теплоноситель сбрасывается через другую шахту обратно, к подземным слоям.

Считается, что срок эксплуатации такой установки — около сотни лет.

При устройствеколлектора вертикального типа с двумя шахтами эффективность его применения для обогрева частного дома снижается, так как для обеспечения работы циркулярного насоса потребуется значительное количество электроэнергии. Это является подходящим вариантом для устройства системы «тёплый пол».

При более экономичном кластерном методе, количество скважин увеличивается, но их глубина уменьшается.

Для вертикальной установки существует и вариант, который предусматривает укрепление ёмкости (бака), содержащей антифриз, на глубине 100 м . Непрерывное движение этой жидкости, нагревающейся от грунта, обеспечивает тепловой насос.

Если не рассматривать вариант бурения скважин для вертикальной конструкции, который требует навыков и оборудования, то работы можно провести самостоятельно.

Теплообменник горизонтального расположения

Для устройства теплообменника горизонтального расположения (типа) понадобится немного усилий, но и тепловая отдача в этом случае будет меньше. Потребуется проведение земляных работ, чтобы соорудить котлован ниже отметки промерзания грунта . В выкопанные траншеи укладывается трубопровод внешнего контура, а впоследствии вся конструкция вновь засыпается землёй.

Температура грунтового слоя будет гораздо ниже, а длина больше, чем при использовании теплообменника вертикального типа. Площадь примерно вдвое превышает ​ помещение, которое предстоит отапливать.

Наверняка вы не раз слышали о геотермальном отоплении. Такие системы установлены во многих европейских странах и они пользуются большим успехом и популярностью среди населения. Возможно ли его установление у нас? Чтобы понять это, нужно разобраться с принципом работы, а также рассмотреть все преимущества такой системы.

Преимущества геотермального отопления

Стоимость геотермального отопления дома

Наверно, это единственный момент, из-за которого система ещё нешироко вошла в обиход. Начальные затраты могут достигнуть одного миллиона рублей. Все зависит от того, какова площадь вашего дома и от источника тепла. Так, укладка контура нагревания в водоёмах обходится дешевле при тех же затратах на насосную станцию и на сопутствующие материалы (трубы, герметики и т. д.).

Наиболее выгодна такая установка для небольших домов. Расходы окупаются уже через два-три года, так как нет необходимости платить за газ/уголь/дрова , а все расходы сводятся к уплате за малое количество электроэнергии, которая тратится на работу насосного оборудования. Стоит ли экономить, выполняя такую установку не под ключ, а самостоятельно? Возможно, при условии, что вы внимательно изучите все особенности процесса. На практике имеются случаи успешной сборки самими хозяевами.

Стоимость работ под ключ состоит:

• из расчётов мощности насоса, длины контура нагрева;
• из цены на работы в грунтах или воде (бурение скважин, копка траншей, укладка под водой), а также сопутствующие работы по прокладке и установке;
• из установки и подключения насосной станции.

Как пример, приведём примерные расчёты для дома площадью 150 кв. м.

1. Для такого жилища необходим тепловой насос мощностью 14 квт. Его цена – 260 тыс. р.
2. Сумма за все работы по обустройству вертикального земляного контура – примерно 427 тыс. р. Может колебаться в зависимости от типов грунтов.

Итого – 687 тыс. р. Видим, что весьма значительные начальные расходы для установки геотермального отопления. Цена обычных котлов на порядок дешевле. Для сравнения подсчитайте, каковы ваши текущие затраты на теплоснабжение, и подсчитайте, сколько вы будете тратить с геотермальным отоплением. Оба случая рассматривайте в перспективе на многие года (10-15 лет). Разница очень и очень существенна.

Основные составляющие систем геотермального отопления

Геотермальное отопление не пользуется привычными источниками тепла. Ни о каких дровах, об угле, газе или электричестве (в том количестве, которое использует обычный электрический котёл), речь не идёт.

Вся система состоит из трёх основных элементов. Ими выступают:

• контур отопления внутри дома;
• контур нагревания;
• насосная станция.

В качестве контура отопления, который будет находиться внутри дома, могут выступить как обычные привычные радиаторы, так и система тёплого пола (на её нагрев идёт большее количество энергии). Кроме того, эту систему можно подвести для подогрева теплицы , бассейнов, дорожек внутри участка, т. п.

Контуром нагревания в этом случае выступают геотермальные источники тепла. Так, идёт нагрев при помощи энергии земли, воды, а также воздуха.

Насосная станция необходима для того, чтобы перекачивать тепло из геотермального контура нагревания в отопительный.

Подробнее о способе нагрева

Для нагрева помещения геотермальным отоплением используют энергию, которая хранится в окружающей среде. Принцип работы позаимствован от конструкции холодильника. В нём тепло из внутренней камеры выводится наружу, чтобы в самой камере добиться минимальных значений температуры. При этом происходит нагрев задней стенки. При геотермальном отоплении тепло из земли (или воды, воздуха) выводится в жилое помещение. Разница в том, что источник тепла не остывает , а имеет стабильную температуру. Из-за этого отопление помещения может происходить в любое холодное время года. А в жару можно настроить систему на то, чтобы жилье охлаждалось.

Рассмотрим пример с нагревательным контуром для отопления жилья внутри земли. Этот вариант наиболее распространённый, так как положение геотермального контура в водяных источниках требует его наличие вблизи дома. Такое встречается реже.

Тепло из земли

На определённой глубине земля имеет свою температуру. Она не зависит от погодных условий и времени года. Речь о тех слоях, которые находятся ниже уровня промерзания. То есть, контур нагрева прокладывается там, где температура всегда имеет стабильное положительное значение.

Способы положения труб контуров нагрева в земле

Вертикальная укладка

Заключается в том, что на участке выполняют бурение глубоких скважин , в которые будут уложены трубы. Их глубина зависит от того, какую площадь нужно будет обогревать. Значение достигает до 300 метров. Расчёт идёт из того, что на один метр геотермального трубопровода приходится 50-60 Вт тепловой энергии земли. Для насоса мощностью 10 киловатт (он подойдёт для дома площадью до 120 кв. м) понадобится скважина глубиной от 170 до 200 м. Можно пробурить несколько скважин, но меньшей глубины. Преимущество способа заключается в том, что при такой укладке идёт наименьшее вмешательство в ландшафт вашего участка, если дом уже построен, а участок приведён в должный вид. Но при этом идут большие затраты на работы.

Горизонтальная укладка

По прилегающему участку вырываются траншеи огромной площади. Их глубина зависит от уровня промерзания земли в вашем регионе (от 3 метров и глубже), а площадь котлована – от квадратуры дома. Рассчитывать следует из того, что на 1 метр трубопровода приходится от 20 до 30 Вт энергии. Если устанавливать тот же тепловой насос на 10 кВт, длина контура должна быть от 300 до 500 м. По дну этих траншей укладываются трубы, и обратно засыпаются землёй.

Схема работы всей конструкции

По сути, есть три контура, по которому циркулирует жидкость. Первый из них мы обозначили как нагревание. Следующий контур находится внутри насоса. Там хладагент забирает тепло от контура нагревания и передаёт его на третий цикл посредством труб в дом.

Теплоноситель проходит по контуру под землёй и нагревается до температуры 7° C (таков показатель на глубине ниже уровня промерзания). Вся энергия, которую теплоноситель забрал из земли, приходит в тепловой насос.

В тепловом насосе есть первый теплообменник. В нём теплоноситель из земляного контура нагревает хладагент , повышая ему не только температуру, но и давление. В состоянии газа хладагент переходит во второй теплообменник. Тут он нагревает теплоноситель, который циркулирует по трубах внутри дома, а затем снова возвращается в жидкое состояние.

Развитие любой цивилизации связано с удовлетворением требований, предъявляемых к своему жилищу. Где бы ни жил человек в пещере или современном небоскрёбе, забота о тепле, уюте была такой же важной, как и добыча пищи. Согреваясь маленьким костром, печкой или современной системой отопления он вынужден был использовать дрова, уголь, торф, солярку, сжигая бесценные дары природы.

Техническое развитие позволило построить мощные гидроэлектростанции, научиться использовать энергию ветра, а постигнув тайны внутренних слоёв земли, задуматься над созданием альтернативного метода использования накопленного тепла в виде геотермальных энергетических систем.

В основе решения принципиального действия геотермальной системы отопления лежат законы физики открытые учеными. Поиск материалов, способных изменять свои свойства, выделяя при этом определённое количество тепла, дал возможность создать не только обычные холодильные установки, кондиционеры, но и мощные

Именно с их помощью можно передать тепло, всегда существующее в недрах земли, в наш дом, осуществляя координированное управление трёх специальных контуров, составляющих систему отопления. Назначением внешнего контура служит забор тепловой энергии из грунта или воды. Теплоносителем в нём является незамерзающая жидкость.

Это тепло через теплообменник передаётся фреону, которым заполнен второй контур системы. Его физические свойства, заключающиеся в низком значении температуры кипения позволяют получить энергию во время перехода в газообразное состояние. Причём для этого вполне достаточно температуры, поступающей из внешнего контура. Третий внутренний контур системы отопления представляет собой необходимое количество радиаторов, труб, используемых в доме. Он может быть раздельным или общим с контуром горячего водоснабжения, заложенным в проекте.

Функциональные особенности системы

Принцип действия и функциональные особенности системы геотермального отопления дома заключаются в выполнении следующих этапов:

1. Раствор, находящийся во внешнем контуре, приобретает дополнительный нагрев в земле примерно на 5 градусов. Его окончательная температура может находиться в районе 3.
2. Поступив в теплообменник насоса, раствор передаёт свою даже небольшую энергию фреону, которому её вполне достаточно для испарения. Перейдя в газообразное состояние, фреон поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Термодинамические процессы, происходящие при этом, приводят к подъёму температуры до 100. И уже горячий газ подается в теплообменник, где передает энергию теплоносителю внутреннего контура, чаще всего воде. Благодаря научным работам физиков и инженеров, этот процесс детально изучен и заложен в принципиальных основах работы различного типа современного оборудования.
3. Теплоноситель внутреннего контура достигает температуры 50-70 и поступает в радиаторы, трубы. Охлаждённый фреон, поступает в расширительный экран, его температура и давление падают до первоначальных значений и весь цикл можно повторить заново. Раствор внешнего контура таким же образом передвигается в глубину земли за новой порцией энергии.

Конструкции и виды геотермальных систем отопления

Первым вопросом, который приходится решать в процессе создания высокоэкономичной системы геотермального отопления является выбор типа внешнего контура, представляющего собой теплообменник, находящийся под землёй или в воде. При этом необходимо учитывать не только свои желания архитектурных фантазий нового дома, но и подробные геодезические исследования местности, в которой этот дом будет стоять или уже возведен.

Далеко не везде есть горячие источники, гейзеры, вулканы, но возможность использовать тепло матушки земли нам дана почти в любом месте планеты. Главное, иметь чёткое представление о технической стороне дела и о величине необходимых финансовых вложений в любой проект по созданию геотермальной системы отопления.

Наибольшее распространение получили следующие варианты теплообменников:

1. Горизонтальный теплообменник. Этот вариант можно рассматривать в качестве эффективного предложения, только при наличии большой свободной территории рядом с домом. Использовать её можно только в виде простой зелёной лужайки. Причём при площади дома, например, 220 кв. м. теплообменник будет располагаться на площади 600 кв.м. Трубы укладываются в специальные траншеи, глубина которых должна быть ниже уровня промерзания грунта в этой местности.
2. Вертикальный теплообменник. С точки зрения экономии места этот вариант, конечно, имеет определённые преимущества. Проблемой может стать создание специальных скважин, глубина, которых, достигает 200 м, при диаметре около 150 мм. Земляные работы с буровыми установками не являются дешёвыми в любом регионе. Но грунт на такой глубине всегда имеет температуру около 15, что обеспечивает надежную работу системы с вертикальным теплообменником.
3. Теплообменник на дне водоёма. Самый экономичный и простой метод создания внешнего контура системы геотермального отопления. Особенно если есть свой надежный пруд или разрешение для использования общественного водоема. Расстояние до водоема от дома не должно превышать 100 м, а его глубина составляет 3 м.
4. Существует вариант открытой системы отопления, основанной на использовании воды, идущей из артезианской скважины. Её в качестве теплоносителя прогоняют через тепловой насос. Для обратного сброса воды необходимо строительство второй артезианской скважины. Но подобная система возможна не в любом месте. При этом очень важным фактором является возврат воды в прежнем количестве в глубокие слои грунта для поддержания давления в пластах.

Интересно, что первые попытки бурения скважин с целью использования тепла были предприняты в середине XVIII века, но только в 1907 году исландский фермер смог направить горячий пар от источника, расположенного рядом, по цементной трубе в свой дом.

Следующий шаг был сделан также в Исландии и только в 1903 году появился первый трубопровод длиной в 3 км в Рейкьявике. В настоящее время геотермальная система отопления очень популярна во многих странах Европы, США, Мексика, Япония, Новая Зеландия.

Преимущества и недостатки

Геотермальная энергия, запасы которой настолько велики, что лишь 1%, скрытый в земной коре общей глубиной в10 км может обеспечить объём в 500 раз, превышающий все мировые запасы нефти и газа.

Выделяют четыре основных типа геотермальной энергии:

1. Это тепло земли из небольших глубин, используемое тепловыми насосами.
2. Энергия горячего пара, воды в земной коре, используемая в настоящее время для производства электроэнергии.
3. Тепло, идущее с глубоких слоев без наличия воды и энергия магмы, накапливаемая в вулканических зонах.
4. Использование этого удивительного дара природы определяется только существующим уровнем техники, возможностями технологии и экономическим расчётом.

Современные конструкции геотермальных отопительных систем имеют как положительные, так и отрицательные моменты.

Основным отрицательным моментом является стоимость. Но это только кажется в начальный момент. Все затраты окупаются по различным данным за 4, 5 лет. Это связано с тем фактом, что современные модели тепловых насосов используют для своей работы гораздо меньше энергии, чем любые другие системы отопления. При потреблении 1 кВт электроэнергии их отдача составляет 5 кВт.

Положительные моменты:

1. Они не сжигают топливо и не производят вредные выбросы различных соединений в окружающую среду.
2. Минимальные затраты на обслуживание с высоким значением КПД.
3. Экологическая безопасность.
4. Надёжные свойства пожарной безопасности системы.

Эффективность и окупаемость

Нельзя называть геотермальную энергию бесплатным подарком природы. Создание систем отопления на её основе может составить свыше миллиона рублей без учёта стоимости теплового насоса. Всё зависит от требуемых объёмов отопления, его функционального назначения и типа. Обычно экономическая целесообразность геотермальных систем отопления рассчитывается по сравнению затрат на её содержание.

Стоимость любого вида используемой энергии не является величиной постоянной и никогда не станет уменьшаться. В этом плане альтернативная замена их на использование тепла внутренних слоёв, конечно, экономически выгодна и целесообразна, так как тепловые насосы не потребляют много энергии, а для извлечения и переработки тепловых запасов не надо строить дорогих заводов, электростанций.

Тем более что каждое поколение ученых находит новые решения для создания оборудования и технологий в этом направлении. Кроме этого, правильнее производить оценку стоимости отопительных систем одинаково для всех видов топлива с нулевой отметки без применения существующих централизованных систем подачи, например, газа. И тогда окупаемость системы за 5 лет станет реальной величиной.

Использование геотермальных систем отопления напоминает вопрос, а почему не ездить на автомобиле «Запорожец» в настоящее время. Конечно, можно, особенно по бездорожью и в лес за грибами. Но ведь хочется быстрее и комфортней. Так и в этом случае. Одна мысль о том, что собственная система отопления не нарушает экологию, не мешает жить даже самым маленьким и неизвестным существам в природе подтвердит правильность выбора именно геотермальной системы.

Монтаж и установка

Установку подобной системы отопления лучше производить не самостоятельно, а привлекая специалистов хотя бы на отдельные виды работ при уверенности в собственных силах.

Основные этапы следующие:

1. Расчёт внутреннего контура отопительной системы. Сюда подробно входит общая длина трубопровода, количество радиаторов, создание подогреваемых полов, использование тепла для получения горячей воды в доме.
2. Расчёт глубины закладки труб внешнего контура по выбранному типу теплообменника. Нужно учесть геодезические данные местности.
3. Бурение необходимой шахты и установка труб. В случае отсутствия централизованной подачи воды в это же время проще всего решить вопрос о создании других скважин для воды. Технология их создания отличается и требует специальных знаний.
4. Выбор и установка необходимой модели теплового насоса.
5. Монтаж автоматических устройств , следящих за работой всей системы и регулирующих микроклимат в любой зоне помещения.

Обзор насосов: производители и модели

Эффективное функционирование всей системы определяется правильным выбором теплового насоса. По принципам действия насосы относятся к современному экологически чистому типу оборудования. В процессе их работы не происходит выделения вредных веществ в окружающую среду.

Они подразделяются на:

• компрессионные;
• абсорбционные тепловые насосы;

Первые приводятся в действие за счет питания электричеством, вторые могут использовать энергию других видов топлива.

В настоящее время на рынке такого типа оборудования существует довольно большое количество фирм. Это позволяет приобрести тепловой насос для любой мощности за счет комбинации различных моделей, что удобно для создания геотермальных систем отопления в промышленных масштабах.

Классическим вариантом считается применение тепловых насосов фирмы Waterkotte Германия. Это оборудование с постоянным значением КПД до 500%, не зависящим от внешних факторов. Начав выпуск тепловых насосов с 1970 года, компания постоянно обновляет большой ряд современных моделей, не теряя при этом высокого качества.

Новая серия насосов EcoTouch, завоевавшая многочисленные премии, подтверждает этот факт. В нее входят модели типа DC 5027 с выходной мощностью от 6 до 26 кВт и удобным сенсорным интуитивным управлением. В число лучших современных насосов входят модель Nibe F1245 (Швеция), «Корса», Россия. В таблице приведена ориентировочная стоимость отдельных моделей насосов.

Стоимость теплонасоса

Обзор цен на геотермальное отопление дома

Полный расчёт создания геотермальной системы отопления можно провести только по конкретной заявке с учётом всех требований. Правильным является выбрать ближайшую компанию, работающую в этом направлении, и все мелочи проработать под руководством специалистов. В качестве примера можно привести стоимость спектра услуг российской компании «Геотерм-Комфорт».

Стоимость затрат на устройство геотермального отопления:

Перспективы развития

Современные технологии в промышленности, применяемые для создания нового оборудования, позволяют воспользоваться теплом глубинных слоёв земли почти каждому владельцу собственного дома. Значение возможности снижения энергетических затрат на содержание жилища со временем будет только возрастать. Поэтому процесс развития и внедрения геотермальных отопительных систем не остановить даже дорогостоящими проектами. Ибо, в конечном счёте, это несомненный выигрыш и ещё забота об экологическом наследии последующим поколениям нашей планеты.

Ограниченность запасов природных энергетических ресурсов заставляет человечество заниматься поиском альтернативных источников энергии. Геотермальное отопление дома - отличная альтернатива традиционным способам отопления. В подтверждение этого можно привести фактические данные про широкое использование геотермальных систем отопления в Европе и Америке в качестве основных источников тепла.

Немного истории! Геотермальные системы отопления значительно «расширились» в конце восьмидесятых годов прошлого столетия преимущественно на территории Америки. В начале солидные инвестиции в монтаж такой установки позволяли ее использовать только состоятельным людям, а через несколько лет эта система сала доступной для американцев менее состоятельных, подняв значимость геотермальных систем отопления на рынке отопительной техники.

В странах Европы еще два десятка лет назад количество геотермальных установок превышало 12 млн., а сегодня о величине «заселения» геотермальных установок в частных домах можно только догадываться.

Почему так происходит?

Все очень просто! Наиболее доступная и удобная система газового отопления уменьшает запасы природного топлива за деньги из Вашего кармана. А сжигание твердого топлива (дров, угля, торфа) не только неудобно, но и сопровождается выделением вредного углекислого газа, выпадению сажи и смол. А еще необходимо дополнительное помещение для хранения топлива.

Принцип действия системы

Геотермальные системы отопления имеют сходный с холодильником (кондиционером) принцип действия. Просто рефрижератор холодильника охлаждает воздух, а геотермальный тепловой насос нагревает теплоноситель отопительной системы.

Для обогрева помещения используется тепло (энергия) Земли. Тепловой насос, расположенный в доме, забирает энергию у грунтовых вод или самого грунта, преобразовывая ее в тепло. Затем это «тепло» используется для нагревания теплоносителя самой системы отопления дома.

В основе принципа действия теплового насоса лежит обратный цикл Карно, разработанный еще в ХIХ веке.

«Сердцем» такой системы является компрессор, который «сжимает» и «переносит» тепло. Для этого ему необходим внешний источник энергии – электрическая сеть.

В компании с компрессоров во внутреннем контуре теплового насоса работают: конденсатор, испаритель и дроссельный клапан.

Тепловой насос работает так:

• Теплозаборный коллектор заполняется незамерзающей жидкостью (гликолевая смесь, смесь воды и спирта или соленая вода), которая будет транспортировать «подземное» или «подводное» тепло к насосу.
• Эта тепловая энергия в испарителе передается хладагенту с очень низкой температурой кипения, что приводит к его резкому закипанию и испарению (превращению в пар).
• Работающий компрессор повышает давление этого пара, что соответственно приводит к повышению его температуры.
• В конденсаторе хладагент охлаждается, передавая тепло контуру отопления дома, и конденсируется.
• Через дроссельный клапан хладагент попадает обратно в компрессор, и цикл повторяется вновь…

Тепловой насос еще можно назвать иными словами « вывернутый наизнанку « холодильник. Ведь в холодильнике хладагент нагревается за счет тепла, помещенных в него (холодильник) продуктов, и через систему трубок выводится на заднюю стенку, нагревая воздух вне холодильника.

А в случае теплового насоса это выделяемое тепло нагревает теплоноситель в системе отопления самого дома. В качестве отопительных приборов в таких системах отопления чаще всего и эффективней используются «теплые полы».

Заметьте! При наличии качественного и правильно рассчитанного «теплозаборного» контура при потреблении 1 кВт электроэнергии тепловой насос способен отдать в систему до 5 кВт тепловой энергии!

Виды теплообменников геотермальных систем отопления

Горизонтальный теплообменник

Трубы горизонтального контура укладывают на глубину превышающую толщину слоя промерзания почвы.

Такой вариант теплового контура оптимален, когда есть большая площадь приусадебного участка без садовых насаждений (деревьев). Прокладка трубы контура не допускается на расстоянии менее 1,5 м от кроны дерева.

При отоплении дома в 250 м 2 понадобится площадь в 600 м 2 для размещения теплообменного контура. А такая площадь не всегда доступна. Особенно в густонаселенных коттеджных городках.

Этот фактор можно назвать недостатком такого типа теплообменника.

Вертикальный теплообменник

Вертикальный теплообменник - роскошь, которую, возможно, сможет позволить себе не каждый застройщик. Для «обустройства» такого теплообменника понадобится специальное бурильное оборудование.

Контур теплообменника опускается в скважину глубиной 50-200 м. Для увеличения тепловой мощности используют несколько таких скважин, трубопроводы которых соединены через специальные коллекторные узлы.

Преимуществом организации такой системы контура теплообменника можно назвать возможность работ на обустроенной территории — такой способ не повредит существующий ландшафт.

Теплообменник, размещенный в воде

Этот вариант наиболее экономичен в монтаже – нет необходимости выполнять землекопные работы, но требует наличия водоема площадью не менее 200 м 2 на расстоянии не более 100 м от дома. Трубы контура укладывают на глубину, большую глубины промерзания (не менее 2-3 м) на дно.

Преимущества и недостатки геотермальных систем отопления

Одним из самых весомых преимуществ геотермальных систем отопления хотим выделить его экологическую безопасность для Вашего жилища. Ведь процесс нормальной работы теплового насоса не сопровождается какими-либо вредными выбросами в атмосферу. А отсутствие горючих веществ в топливном насосе при наличии исправной электропроводки фактически сводит на нет угрозу возгорания.

Отсутствие топлива - это и отсутствие расходов на его доставку и хранение.

Низкое потребление электроэнергии при сравнительно высокой теплоотдаче (с 1 кВт электроэнергии до 5 кВт тепловой энергии) еще один важный (или самый важный) фактор, определяющий выбор геотермальной системы отопления загородного дома.

Автономность геотермальной системы отопления освобождает вас от необходимостьи следить за ней и обслуживать.

Важным функциональным преимуществом геотермальной системы отопления является ее способность работать как кондиционер в жаркую погоду. В таком режиме происходит все наоборот: тепло из помещения прогревает хладагент, который передает его внешнему тепловому коллектору.

Недостатком такой системы является сложность ее монтажа и соответственно высокая стоимость, как монтажных работ, так и самого оборудования.

Геотермальная система отопления является самой дорогой в монтаже и приобретении оборудования.

В этом случае можно сэкономить средства на самостоятельной установке этой системы, но необходимо уделить значительное внимание расчетам и консультациям с «профи».

Использование бивалентной схемы отопления

Бивалентная система подразумевает параллельное использование двух источников тепла в пиковые нагрузки (при низких температурах окружающей среды).

В такой системе параллельно к тепловому насосу подключается дополнительный котел, например, электрокотел. Его используют при необходимости использования интенсивного режима отопления при низких температурах окружающей среды.

Если «морозных» дней в году в регионе Вашего проживания небольшое, то наличие такого «помощника» позволяет сэкономить на мощности теплового насоса, что существенно сказывается на его стоимости.

Сегодня многие люди ищут альтернативные решения, позволяющие сэкономить на отоплении дома. Уже придуманы устройства, работающие на энергии солнца и ветра. Но первые можно использовать только в южных регионах, где преобладает ясная погода, а вторые нельзя применять в местах, где подолгу сохраняется штиль. Однако недавно придумано новое решение - использовать для обогрева тепло земли.

Преимущества и недостатки

Отопление дома теплом земли, называемое также геотермальным (от «геотермия» - тепло земли), не требует использования какого-либо топлива. Кроме того, для работы системы будет тратиться гораздо меньше электроэнергии, чем для тепловых электроприборов. Все это говорит об экономичности новой отопительной системы. Геотермальное отопление имеет ряд дополнительных достоинств:

Недостатком же такого отопления можно назвать относительно высокие первоначальные расходы на оборудование и его монтаж.

Кроме того, для установки потребуется бурение, которое удобнее делать при строительстве, когда еще не проведены ландшафтные работы на участке.

Также следует иметь в виду, что отопление за счет тепла земли наиболее эффективно в южных и умеренных широтах, а вот в северных регионах его возможно применять только для обогрева домов площадью не более 200 м².

Тепло из-под земли. Программа "Чудо техники" телеканала НТВ

Принцип работы

Температура средних и глубоких слоев земли, как правило, не опускается ниже +6 °C (именно поэтому допускается прокладывать трубопровод ниже уровня промерзания, не боясь, что вода в нем замерзнет). Этот факт и привел к мысли о том, чтобы использовать энергию земли для отопления дома. Естественно, для этого необходимо было создать специальное оборудование, способное не только получить тепло из недр, но и передать его теплоносителю.

Чтобы справиться с такими задачами, была придумана геотермальная система, принцип работы которой похож на функционирование кондиционеров в режиме нагрева. Система состоит из трех контуров:

• наружного;
• теплого насоса;
• внутреннего.

У каждого контура свои задачи и технические характеристики. Наружный контур заполнен антифризом, который под воздействием тепла, идущего от земли, нагревается до +6 °C и выше. Насос поднимает его в буферный бак, где он передает свою энергию хладагенту, температура испарения которого менее 6 градусов. Далее холодильный агент следует в компрессор, где его температура после сжатия возрастает до +70 °C. Во внутреннем контуре происходит отдача энергии от хладагента воде, которая движется в системе отопления внутри дома. Тем временем остывший антифриз возвращается в наружный контур.

Геотермальное отопление дома. Стоимость под ключ.

Сердцем отопительной системы является тепловой насос. Он состоит из нескольких отсеков - испарителя, компрессора, капилляра и системы управления. Каждый из них влияет не только на работу насоса в целом, но и на КПД всей системы.

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.