Обогрев дома с помощью тепла земли

Обогрев дома с помощью тепла земли

Эффективно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли: анализ и советы по обустройству

Геотермальное отопление является одним из самых перспективных из всего числа альтернативных источников получения энергии. В отличие от гелиосистем оно практически не зависит от времени года. Но выгодно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли?

Геотермальное отопление дома

Схема геотермального отопления

Сначала необходимо разобраться с принципами получения тепловой энергии. Они основаны на повышении температуры при заглублении вглубь земли. На первый взгляд повышение степени нагрева незначительно. Но благодаря появлению новых технологий, отопление дома за счет тепла земли стало реальностью.

Главным условием для организации геотермального отопления является температура не ниже 6°С. Это характерно для средних и глубоких слоев грунта и водоемов. Последние имеют большую зависимость от показателя внешней температуры, поэтому крайне редко используются. Как практически можно организовать отопление дома энергией земли?

Для этого необходимо сделать 3 контура, заполненных жидкостями с различными техническими характеристиками:

  • Наружный. Чаще в нем циркулирует антифриз. Его нагрев до температуры не ниже 6°С происходит за счет энергии земли;
  • Тепловой насос. Без него отопление за счет энергии земли невозможно. Теплоноситель из наружного контура с помощью теплообменника передает свою энергию хладагенту. Температура его испарения менее 6°С. После этого он поступает в компрессор, где после сжатия происходит повышение температуры до 70°С;
  • Внутренний контур. По аналогичной схеме выполняется передача тепла от сжатого хладагента воде в системе одоления. Таким образом происходит отопление из недр земли с минимальными затратами.

Несмотря на явные преимущества, встретить подобные системы можно редко. Это связано с большими затратами на приобретение оборудования и организации наружного контура забора тепла.

Лучше всего доверить расчет отопления от тепла земли профессионалам. От правильности вычислений будет зависеть эффективность работы всей системы.

Принцип работы теплового насоса

Конструкция теплового насоса

«Сердцем» геотермального отопления является тепловой насос. Он состоит из нескольких компонентов, работа которых напрямую влияет на показатель КПД всей системы. Поэтому прежде чем планировать отопление частного дома от земли – нужно выяснить основные характеристики этого узла.

Так как это устройство относится к разряду сложного оборудования – рекомендуется приобретать только заводские модели. Конструкция теплового насоса включает в себя следующие компоненты:

  • Испаритель. В этом блоке происходит передача энергии от внешнего контура;
  • Компрессор. Необходим для создания высокого давления в среде хладагента;
  • Капилляр. Он служит для уменьшения внутреннего давления в контуре хладагента;
  • Система управления. С ее помощью регулируется отопление частного дома от земли – температурный режим работы, скорость прохождения теплоносителей и т.д.

Основной проблемой при самостоятельном изготовлении теплового насоса является уменьшение тепловых потерь и нормализация работы внутреннего контура с хладагентом. Настройка заводских моделей происходит еще на стадии изготовления, а в конструкции предусмотрены возможности регулировки ее параметров.

Как правильно рассчитать параметры насоса, чтобы тепло земли для отопления дома обеспечило нормальную температуру? Для этого нужно узнать тепловую мощность насоса. Для приблизительного вычисления можно воспользоваться следующей формулой:

Q=(t1-t2)*V

Где t1-t2 – разница температуры на входной и обратной трубе, °С, V – расчетный объем расхода теплоносителя, м³/ч, Q – номинальная мощность теплового насоса, Вт.

Эта методика неприменима для сложных систем, так как в них присутствует множество дополнительных факторов. В частности – тепловые потери на магистрали. В особенности это касается тех зон, где она выходит максимально близко к поверхности грунта. Для минимизации тепловых потерь следует выполнить утепление труб отопления в земле.

Так как работа теплового насоса зависит от электроэнергии – рекомендуется установить блок аварийного питания.

Варианты обустройства геотермального отопления

Способы обустройства внешнего контура

Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная. Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше.

В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.

Кроме него учитываются такие факторы:

  • Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
  • Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
  • Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.

Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.

Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.

Горизонтальная схема геотермального отопления

Горизонтальное расположение наружных труб

Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.

Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

  • Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
  • Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
  • При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.

Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.

Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности — тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.

Вертикальная схема геотермального отопления

Вертикальная геотермальная система

Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах. Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная.

Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.

С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?

  • Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м., что является трудоемкой работой;
  • Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
  • При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.

Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.

Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.

Организация геотермального отопления

Установка горизонтального контура геотермального отопления

У потребителей до сих пор остается главный вопрос – можно ли использовать отопление загородного дома энергией земли в качестве основного? Это возможно, но только при профессиональном подходе на всех этапах — начиная от расчета и заканчивая монтажом и проверкой системы.

Прежде всего необходимо правильно подобрать тепловой насос. Учитывая их высокую стоимость – следует сначала выполнить все предварительные расчеты его характеристик. Только в этом случае отопление за счет тепловой энергии земли будет иметь максимальный показатель КПД. Среди надежных производителей можно выделить компании Buderus, Vaillant и Veissman. Средняя стоимость теплового насоса для отопления из земляных недр составляет около 360 тыс. рублей при номинальной мощности 6 кВт. Более продуктивные модели могут обойтись свыше 1 млн. рублей.

Помимо стоимости нужно обратить внимание на материал изготовления труб. Для минимизации тепловых потерь в отоплении от тепловой энергии земли рекомендовано использовать следующие:

  • Сшитый полиэтилен. Отличается невысокой стоимостью – оптимален для горизонтальных схем;
  • Стальная нержавеющая труба. Используется в отоплении с помощью тепловой энергии земли с вертикальным расположением наружного контура. Выгодно отличается от сшитого полиэтилена высоким показателем теплопроводности и механической прочностью. Недостаток – большая стоимость.

Для оптимизации рекомендуется установка наружных и внутренних температурных датчиков, а также теплового аккумулятора. Это позволит минимизировать расходы для отопления частного дома энергии земли.

Учитывая все эти факторы пока в большинстве случаев устанавливают геотермальное отопление от энергии земли в качестве дополнительного. Со временем стоимость комплектующих и эффективность тепловых насосов повысится — и только тогда можно будет рассматривать подобные системы в качестве основных.

С примером установки геотермального отопления в частном доме можно ознакомиться, посмотрев видеоматериал:

Геотермальное отопление дома

Геотермальное отопление дома

Существует ряд автономных инженерных систем, которые являются неотъемлемой частью любого частного загородного дома. Одна из них – система отопления, обеспечивающая комфортную температуру внутреннего воздуха дома для проживания в любое время года, в соответствии с погодными условиями.

Геотермальное отопление — перспективный вариант отопления, в основе которого лежит использование природных ресурсов — тепла земли, которое является неисчерпаемым ресурсом. Тепловой насос передает тепло грунта или поверхностной воды теплоносителю, циркулирующему по отопительной системе внутри дома.

Преимущества геотермального отопления

  • Экономичность. Высокая эффективность работы – затратив 1 киловатт электричества, тн выделяет 3–5 квт тепловой энергии. Для сравнения — в системах электрообогрева 1 квт электрической энергии преобразуется в 0,7-1,0 квт тепловой.
  • Безопасность. В тн не используется взрыво- и пожароопасное топливо.
  • Экологическая чистота. Никаких утечек газа. Отсутствие в помещениях дыма и запаха. Нет загрязняющих атмосферу выбросов.
  • Комфорт. Простота эксплуатации и обслуживания. Высокая степень автоматизации. Возможность использования в качестве системы кондиционирования в летний период.
  • Автономность. Самостоятельная работа под управлением автоматики.
  • Долговечность. Срок эксплуатации тепло насоса составляет 25 лет.

Геотермальное отопление дома: принцип работы

Схема геотермального отопления дома

Система геотермального отопления дома имеет три замкнутых контура. По трубам внешнего контура, находящимся в грунте или воде, циркулирует солевой раствор или антифриз, осуществляющий теплосъем. Проходя через теплообменник (испаритель) в теплонасосной установке, он отдает тепло хладагенту внутреннего контура. Нагретый хладагент нагнетается компрессором, вследствие чего повышается температура хладагента. Через другое теплобменное устройство (конденсатор) хладагент передает свою энергию в отопительный контур дома.

Внешний контур может представлять собой горизонтальный коллектор или вертикальный зонд.

Горизонтальный коллектор

1. Трубы коллектора укладываются на горизонтальной поверхности дна траншеи, вырытой на глубину 1,5 метра — ниже уровня промерзания грунта. Под укладку труб требуется свободный участок большой площади, в среднем – около 500 квадратных метров.

2. Коллектор укладывается на дне водоема.

Схема геотермального отопления дома

Вертикальный зонд

Если поблизости нет реки, пруда, озера, а площадь участка такова, что нет возможности смонтировать горизонтальный теплосборник, можно пробурить артезианскую скважину и опустить в неё вертикальный зонд – пару u-образных ПНД труб, по которым будет течь рассол и собирать тепло грунта. Количество и глубину скважин рассчитывают в зависимости от отапливаемой площади дома и гидрогеологических условий участка.

Недостатки геотермального отопления

    геотермальный способ обогрева дома — потребуются значительные капитальные затраты.
  • Энергозависимость — для работы системы необходимо электропитание. Чтобы избежать прекращения теплоснабжения дома из-за отключения электричества, необходимо приобрести бензиновый или дизель топливный электрогенератор.
  • Переохлаждение грунта бывает в зоне расположения теплосборного коллектора (обычно – по причине ошибок, допущенных при проектировании). Приводит к нарушениям в рабо¬те системы.

Стоимость геотермального отопления

Схема геотермального отопления дома

Организация отопления на основе геотермального теплового насоса потребует немалых финансовых затрат. Но в данном случае высокую стоимость к недостаткам отнести можно лишь с натяжкой. Эффективная, экологически чистая и экономная система вполне оправдывает большие первоначальные затраты (которые со временем окупятся). Стоимость системы зависит от многих факторов: от площади отапливаемых помещений, мощности тн, варианта монтажа коллектора и пр. Например, стоимость теплонасосной установки мощностью 11 квт (подходит для отопления дома площадью 150-170 кв. м) под ключ будет лежать в пределах от 700 000 до 850 000 рублей.

Другие варианты систем отопления

На сегодняшний день существует много разных систем отопления, но наиболее широкое применение приобрела система отопления с применением жидкого теплоносителя. В сравнении с другими системами она обладает самой высокой эффективностью, практичностью и безопасностью. Принцип её работы заключается в том, что теплогенератор (котел) нагревает воду или незамерзающую жидкость (антифриз), которая по трубам поступает в отопительные приборы (радиаторы, конвекторы), нагревая их, которые в свою очередь греют воздух помещения, и возвращается к месту своего нагрева.

По типу энергоносителя теплогенераторы делятся на 4 группы:

Газовые.
Самый распространенный и относительно недорогой вариант. Для газового отопления требуется наличие магистрального газопровода или установка газгольдеров. Достоинства: экономичность и высокая степень автоматизации.

Жидкотопливные.
Отопление на жидком дизельном топливе – более дорогой способ.

Электрические.
Удобно, но не дешево, обогревать помещения жилища с помощью электрокотла.

Твердотопливные.
С котлом, работающим на дровах или других твердых горючих материалах, – много хлопот: нужно регулярно загружать топливо и очищать топочную камеру от золы.

Отопление из земли: сложная и простая реализации

Тема этой статьи — использование тепла земли для отопления. Можно ли брать тепловую энергию из недр?

И если да — идет ли речь исключительно о сложных и дорогих высокотехнологичных конструкциях или что-то можно сделать своими руками?

Под тонкой корой ядро планеты продолжает кипеть. Можно ли использовать это тепло на поверхности?

Под тонкой корой ядро планеты продолжает кипеть. Можно ли использовать это тепло на поверхности?

Предпосылки

Зачем, собственно, нужно отопление от земли? Ведь современный рынок предлагает очень много готовых решений на электричестве, газе, соляре и твердом топливе…

Все просто. Цены на энергоносители растут, значительно опережая рост доходов россиян. При этом несложно предсказать дальнейший рост по экспоненте: поскольку запасы газа и нефти подойдут к концу уже при жизни нашего поколения, их остатки будут продаваться втридорога.

Логично перейти на восполнимые источники тепловой энергии. Но какие?

Давайте оценим возможности.

  • Солнце — прекрасный источник тепла. Но слишком уж непостоянный: несколько недель ясной погоды могут смениться снегом и серой пеленой над головой.
    Кроме того, ночь заставит либо аккумулировать тепло, либо использовать солнечные коллекторы отопления дома лишь как вспомогательный источник энергии.

Полезно: в теплом солнечном климате отопление на солнечных коллекторах в принципе работоспособно, но при огромной их площади и при наличии емкого теплоаккумулятора.
Впрочем, резервный источник тепла на случай длительной непогоды все равно нужен.

  • Ветер тоже слишком непостоянен. Кроме того, не везде его можно использовать: долины и складки рельефа создают много областей с постоянным штилем.

А вот отопление дома теплом земли, с помощью геотермальной энергии такой проблемы не имеет. На глубине от метра до пяти-шести грунт везде и всегда имеет постоянную температуру, которая растет с увеличением глубины.

Глубина промерзания, однако, сильно различается в зависимости от региона.

Геотермальный насос

Каким же образом можно использовать тепло земли для отопления?

Готовые решения существуют уже пару десятилетий. Это геотермальные тепловые насосы для отопления дома. Как они устроены?

Представьте себе, как работает холодильник.

  • Газообразный хладагент сжимается компрессором, сильно нагреваясь при этом.
  • Затем он прогоняется через теплообменник, рассеивая избыточное тепло и охлаждаясь до комнатной температуры.
  • Остывший хладагент поступает в контур охлаждения морозильной камеры, где расширяется и, как любое вещество при изменении агрегатного состояния с жидкого на газообразное, резко остывает при этом и… остужает пространство вокруг себя.
  • Затем хладагент снова поступает к компрессору для сжатия — и далее по кругу.

Нам любопытны два факта:

  1. Холодильник способен отобрать тепло у холодного объекта и отдать его теплому. В данном случае тепло переносится от морозилки с ее -18С к воздуху комнаты.
  2. Количество перекачиваемой тепловой энергии в несколько раз больше энергозатрат на работу компрессора.

А теперь подставьте на место морозилки грунт на небольшой глубине с его постоянной температурой — и вы получите рабочую модель геотермального теплового насоса. Заметьте — большей частью им используется именно энергия земли для отопления вашего дома. Затраты на электричество покрывают не больше 30 процентов его тепловой мощности.

Отопление дома от земли ассоциируется, прежде всего, с геотермальными насосами.

Отопление дома от земли ассоциируется, прежде всего, с геотермальными насосами.

Понятно, что земляное отопление нуждается не только в радиаторе для отдачи тепла, но и в теплообменнике на второй стороне контура, который будет отбирать тепло у грунта. Каким он может быть?

Вертикальный коллектор

Чаще всего переносом тепла занимаются погруженные на глубину нескольких десятков метров вертикальные зонды. На небольшом расстоянии от дома бурится несколько скважин, в которые погружаются трубы (как правило, из сшитого полиэтилена). Большая глубина означает абсолютно стабильную и высокую температуру; кроме того, при этом теплообменники не требуют для размещения большой площади.

Существенный недостаток, который имеет отопление дома энергией земли в такой реализации — высокая стоимость работ по монтажу. Точнее, цена бурения: она начинается от 2000 рублей за погонный метр скважины. Суммарную стоимость 2-4 скважин глубиной 50-60 метров посчитать несложно.

Горизонтальный коллектор

Однако в тех регионах страны, зима в которых не слишком сурова, а глубина промерзания грунта не превышает метра — полутора, часто применяются горизонтальные коллекторы. Те же трубы-теплообменники укладываются в траншею, которую несложно выкопать самому. Понятно, что стоимость монтажа при этом многократно снизиться.

Обратите внимание: не стоит недооценивать масштаб работ. К примеру, общая длина труб коллектора для дома площадью 275 м2 составит примерно 1200 метров.

Помимо мозолей от лопаты, отопление теплом земли в такой реализации сулит вам еще одну проблему. Под коллектор будет занята большая площадь, многократно превышающая суммарную площадь дома. Причем использовать ее под огород или сад вы не сможете: корни растений будут заморожены коллектором.

На фото - укладка горизонтального теплообменника.

На фото — укладка горизонтального теплообменника.

Воздушный коллектор

К счастью, помимо геотермального теплового насоса отопления дома стоимостью в десятки тысяч вечнозеленых единиц можно найти и другие способы реализовать отопление загородного дома от земли. Один из простейших — воздушный земляной коллектор.

Вспомните: чтобы нагреть воздух до приемлемого в жилом помещении, нужно определенное количество тепловой энергии. Причем, чем ниже начальная температура воздуха — тем больше затраты.

А ведь повысить температуру воздуха на входе вентиляционной системы можно абсолютно бесплатно. Постоянная температура грунта, помните?

Инструкция, позволяющая использовать отопление энергией земли, предельно проста:

  • Выводим воздухозабор вентиляции в грунт ниже точки промерзания.
  • Прокладываем обычными канализационными трубами прямой, изогнутый или многотрубный коллектор. Форма определяется вашим приусадебным участком. Ориентировочная суммарная длина коллектора — 1,5 метра на квадратный метр площади дома.
  • Воздухозабор делаем на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту не меньше полутора метров от земли и снабдив ее зонтом-дефлектором. Понятное дело, нагнетать воздух в дом придется принудительно.

Не обольщайтесь: описанное отопление от тепла земли не решит ваши проблемы с тепловой энергией полностью и бесплатно.

Но оно позволит вам реализовать одну из простых и недорогих схем:

  • Поступающий воздух с температурой около 10С может подогреваться любым калорифером (электрическим, газовым, соляровым и т.д.) и разводиться по комнатам вентканалами. Затраты по сравнению с необходимостью нагревать холодный уличный воздух снизятся многократно.
  • Альтернативное решение — использовать нагнетаемый из-под земли воздух для обдува внешнего блока теплового насоса «воздух-водух» или обычного кондиционера. При +10С сможет эффективно работать ЛЮБОЙ внешний блок любого устройства этого класса. Основная техническая проблема — обеспечить требуемый воздушный поток.

Именно такую схему мы здесь и видим. Воздух отбирает тепло у грунта и поступает к тепловому насосу, а затем отводится за пределы дома.

Именно такую схему мы здесь и видим. Воздух отбирает тепло у грунта и поступает к тепловому насосу, а затем отводится за пределы дома.

Заключение

И напоследок — немного личного опыта. Автор статьи живет в частном доме, в регионе с довольно теплым климатом. Под домом — подвал с бетонированным полом площадью 75 м2, имеющим круглый год температуру в те самые 10-12 градусов. Понятно, что при такой площади теплообменника и температура воздуха в подвале довольно стабильна.


Один из отопительных приборов в доме — обычный бытовой кондиционер с внешним блоком в подвале и внутренним на первом этаже. В результате такого расположения даже при температуре на улице заметно ниже нуля кондиционер работает с максимальной эффективностью, отбирая тепло у воздуха в подвале и далее — у грунта.

Читайте также  Как выбрать бильярдный стол для дома?

Внешний блок сплит-системы традиционно расположен на улице. Однако если в вашем подвале стабильная температура - почему не перенести его туда?

Внешний блок сплит-системы традиционно расположен на улице. Однако если в вашем подвале стабильная температура — почему не перенести его туда?

Как обычно, некоторое количество дополнительной информации вы сможете найти в прикрепленном к статье видео. Теплых зим!

Геотермальное отопление дома

тепловой насос

Сегодня вопрос устройства высокоэффективной отопительной системы для частного домовладения является одним из самых важных. Тарифы на природный газ и электроэнергию для населения и предприятий постоянно повышаются, что заставляет задуматься об использовании альтернативных источников энергии. Также большинство традиционных источников отопления, способных выделять тепло только при горении, являются небезопасными с точки зрения экологии и пожароопасности.

К категории современных альтернативных отопительных систем относится геотермальное отопление, которое сравнительно недавно появилось на белорусском рынке. Из-за планов правительства привести к 100% уровень оплаты населением затрат газ и электроэнергию, системы отопления на основе теплового насоса становятся весьма привлекательным альтернативным вариантом в сравнении с морально устаревшими классическими решениями. И хоть сегодня на геотермальное отопление цена значительно упала, основным фактором, сдерживающим рост популярности подобных систем, все еще является их высокая стоимость. За последние 2-3 года, мы констатировали снижение стоимости установки теплового насоса на 30-40%. Основными драйверами снижения стоимости в последнее время выступили буровые работы — в связи с общим кризисом в строительной отрасли стоимость бурения снизилась в 2-2,5 раза. Также нам удалось снизить уровень изначальных капиталовложений для наших клиентов за счет заключение долгосрочных договоров с поставщиками на оборудование и материалы по более приемлемым ценам, без потери их качества. Проблема стоимости постепенно решается с выходом на рынок тепловых насосов российского и китайского производства, несравнимых, конечно, по качеству с европейскими производителями, но гораздо ниже их по цене. Также многих отпугивает сложность проектирования и установки теплового насоса, особенно для решившихся на монтаж геотермальной системы самостоятельно.

Плюсы и минусы отопления тепловым насосом.

геотермальное отопление в Минске

Новые технологические разработки позволили эффективно эксплуатировать энергопотенциал земли даже частным домовладениям. Сегодня каждый хозяин частного дома способен отказаться от системы отопления, функционирующей за счет сжигания топлива, в пользу более экологичных и экономичных технических решений. В настоящее время геотермальное отопление может быть оборудовано практически для любого загородного дома. Объем аккумулируемой грунтом энергии Солнца составляет почти 98%. По этой причине даже зимой в глубинах недр сохраняются большие объемы тепла, которое может быть направлено на обогрев здания. Необходимо лишь располагать специальной техникой, чтобы «доставить» тепло в нужное место.

Главными элементами системы являются теплонасос и наружный коллектор. Стоит данное оборудование недешево. Решившись монтировать дома такую систему, следует быть готовым к тому, что окупится она после 4-5 лет эксплуатации. Данное обстоятельство является основным сдерживающим фактором для многих домовладельцев. Не смотря на то что дом строиться с перспективой минимум на 20-30 лет проживания, далеко не все готовы к серьезным капитальным тратам. Хотя с точки зрения экономики нужно понимать, что по прошествии 4-5 лет тепловой насос (имеющий срок эксплуатации 15 лет) по сути «отбивает» свою стоимость три раза, и это при сегодняшних, крайне низких ценах на природный газ.

Средняя стоимость оборудования варьируется, безусловно, от площади обогреваемых строений, их утепления, географического расположения, вида коллектора и прочих факторов. Особенно важная составляющая, которую стоит отметить отдельно, это наличие, тип и качество теплоизоляционных материалов. Например, утепление 40 см кирпичной стены 100 мм каменной ваты способно уменьшить теплопотери через ограждающую конструкцию в 3 раза! Это позволить значительно снизить требуемую мощность системы геотермального отопления, и как следствие сократить первоначальные вливания. Для своих заказчиков, мы всегда стараемся найти «некий экономический баланс» между масштабом утепления дома и мощностью тепловой машины.

Преимущества геотермального отопления дома:

    • Отсутствие необходимости согласований, наличия специального помещения топочной;
    • Полная пожаро- и врывобезопасность;
    • Полностью автоматическая работы, не требующая вмешательства человека;
    • Возможность удаленного (со смартфона или компьютера) управления системой;
    • Низкий уровень эксплуатационных расходов.

Энергия, полученная из недр земли, является совершенно бесплатной и не облагается никакими налогами и пошлинами. Право на ее использование закреплено в Земельном кодексе РБ. Однако деньги приходится тратить на электричество, которое необходимо для работы компрессора теплонасоса. Соотношение затраченной электрической и полученной тепловой энергии составляет примерно 1 к 5, то есть Вы заплатите за 1 кВт, а остальные 4 кВт получите бонусом. Как бы не повышались тарифы на энергоносители в будущем, все равно 80% энергии будет оставаться бесплатной.

Описание и механизм работы.

принцип работы теплового насоса

Геотермальная система для частных домов функционирует практически на тех же принципах, что и классическое оборудование для кондиционирования воздуха. Главная составляющая системы – тепловой насосный агрегат к которому подключены 2 контура. Один из них является внутренним (располагается в отапливаемом здании), второй – внешним (собирает тепло окружающей среды). Контур внутри здания является по сути привычной разводкой по дому теплых полов, радиаторов и другие элементов. Внешний контур аккумулирует рассеянное тепло, его располагают на некоторой глубине в почве, либо воде. В контуре циркулирует жидкость – антифриз (водный раствор этилен или пропиленгликоля с массовой концентрацией до 33%). Предпочтительнее выглядит использование пропиленгликоля, так как является более экологически безопасным.

Температура антифриза, находящегося внутри внешнего контура, достигает уровня температуры среды, после чего он подается в тепловой насос. Там происходит его охлаждение до отрицательных температур, а высвободившееся тепло передается внутреннему контуру. Далее антифриз попадает снова во внешний контур, и цикл повторяется. Перенос и трансформирование низкопотенциального тепла осуществляется согласно цикла Карно (использование двух теплообменников, компрессора, фреонового контура), который можно встретить практически во всех холодильниках, кондиционерах и др. Фактически тепловой насос тратит энергию не на выработку тепла, а на его ассимиляцию, перенос и трансформацию в дом из окружающей среды.

Оборудование можно смонтировать таким образом, что оно будет функционировать в отопительный период в режиме обогрева помещений, а в летний – в режиме кондиционирования. Тепло, которое аккумулирует насос в режиме охлаждения, передается на внешний контур. Если же оборудование функционирует в режиме обогрева, тепло уходит на внутренний контур.

Способы устройства контуров

наружный коллектор

Часто некоторые организации не имея опыта и знаний в области геотермального отопления вынашивают планы наладить альтернативное отопление своими силами. Но реализовать на практике такой проект затруднительно. Нужно обладать не только знаниями, но и дорогостоящей техникой, инструментами. С этой целью недалеко от здания сооружается конструкция, которая будет располагаться на большой глубине (в некоторых случаях более 100 м) и состоять из труб, замкнутых в единую систему. Также необходимо продумать габариты коллектора, определиться с конструкцией теплообменника. При этом нужно учесть массу факторов. Прежде всего, нужно определиться с глубиной залегания и установить уровень теплопроводности почвы.

В настоящий момент альтернативное отопление с помощью теплового насоса может быть реализовано по одной из трех схем. Выбор схемы влияет на то, каким образом будет устроен наружный контур, собирающий тепловую энергию, а так же на стоимость геотермальной системы отопления.

  • вертикальный коллекторНаибольшую эффективность показывают вертикальные теплообменники. Их монтаж возможен только с использованием спецтехники. Устройство системы сопряжено с серьезными тратами на бурение скважин, глубина которых может достигать 150 метров. Однако конечный результат в итоге позволит оправдать затраты, т.к. скважина может прослужить 100 лет. Для определения примерной глубины и количества скважин, проводят предварительный расчет, ориентируясь на соотношение 40-50 Вт тепловой энергии на один метр коллектора. Исходя из этого, если мощность теплонасоса составляет 10 кВт, то для него должна быть пробурена скважина, имеющая протяженность 160-200 метров. В некоторых случаях рациональнее сделать несколько скважин с меньшей глубиной, в сумме дающих нужный результат. Такое решение позволит сэкономить деньги.
  • водный теплообменникБолее простым и экономичным вариантом является размещение теплообменника на дне озера или реке, где вода не будет промерзать в зимний период. Обустроить такую конструкцию сравнительно просто. Не нужно проводить дорогостоящие земляные работы. Если необходимо наладить геотермальное отопление дома под ключ, то именно такой проект реализовать проще всего. Однако здесь есть определенные условия. Водоем должен располагаться минимум в 100 метрах от строения, существует риск повреждения теплообменника третьими лицами, требуется согласование государственных контролирующих органов.
  • горизонтальный теплообменникКонструкция с горизонтальным теплообменником также является сравнительно простой. В этом случае трубы ведутся под землей. При этом глубина должна быть такой, чтобы почва не промерзала. Основной недостаток этого варианта состоит в необходимости обустройства довольно большой территории под коллектор. К примеру, для дома площадью 200 кв.м. необходимо организовать коллектор на 500 кв.м. Помимо этого, трубы должны находится в некотором удалении от крон деревьев (не менее 1,5 м), а это часто создает дополнительные трудности. На территории, где располагается коллектор данного типа, нельзя сооружать другие строения, асфальтировать, либо укладывать плитку, сажать крупномерные деревья.

Каждый из приведенных видов контуров имеет свои достоинства и недостатки. Но как показывает статистика нашей организации примерно 90% заказчиков, несмотря на более высокую стоимость, выбирают именно вертикальный теплообменник. Он позволяет сэкономить пространство, обеспечить стабильную работу на протяжении всего года, сохраняет существующее благоустройство, не ограничивает в использовании землю, отведенную под горизонтальный коллектор.

Если вас заинтересовала эта статья, вы хотите получить больше информации — связывайтесь с нашими специалистами (044) 765 29 58, либо приходите в наш офис в Минске.

Установка геотермального отопления для дома: стоит ли игра свеч?

Фото 1

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

Фото 2

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

Фото 3

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).

Фото 4

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.

Бюджетная альтернатива радиаторам: стоит обратить внимание на керамические панели отопления

Искусное сочетание разных элементов в одном устройстве! Как построить русскую печь с камином и лежанкой

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 5

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 кВт5—10 тыс. у. е.

Размещение коллектора

Существует подразделение по способу установки внешнего контура (коллектора). В грунте он может размещаться вертикально или горизонтально. В грунте водоёмагоризонтально. 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.

Фото 6

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 устройстве коллектора 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.

Фото 7

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

По такому же принципу происходит устройство системы в подводном грунтовом слое водоёма.

Крайне желательно, чтобы площадь самого водоёма была более 200 кв. м., а расстояние от него до отапливаемого здания не превышало 100 м.

Требуется как минимум 1 м толщи воды от замерзающей водной поверхности. Кроме того, необходимо разрешение специальных служб, если водоём не является вашей собственностью.

Внимание! Некоторые специалисты предостерегают от проведения всех работ «своими руками». По их уверениям, подобные действия могут обернуться частичной или полной порчей оборудования.

Полезное видео

Ознакомьтесь с видео, в котором производится обзор установленной системы геотермального отопления.

В заключение

Если сравнивать стоимость отопления в его традиционных вариантах, то в плане долгосрочной перспективы, установка геотермального отопления — это оправданный шаг, так как есть надежда на то, что затраты окупятся за первые несколько лет эксплуатации системы.

Несмотря на сложности, геотермальное отопление становится более популярным в России. Остаётся ещё надеяться на то, что отечественные предприятия начнут активнее осваивать производство тепловых насосов, с тем, чтобы не переплачивать иностранным изготовителям.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector