Способы реализации геотермального отопления
Существует несколько вариантов реализации геотермального отопления дома. Основные отличия этих вариантов заключаются в расположении внешнего теплообменного контура. При этом внутренний контур во всех случаях используется одинаковый. Два основных способа реализации:
- С вертикальным теплообменником;
- С горизонтальным теплообменником.
Горизонтальный теплообменник
Как можно понять из названия, теплообменник в таких геотермальных установках для отопления дома укладывается горизонтально. Перед тем как это делать, нужно точно знать глубину промерзания земли в вашем регионе. Трубки теплообменника укладываются в траншеи, которые находятся ниже уровня промерзания земли. В этом случае требуется большое пространство для укладки теплообменника.
Система геотермального отопления с горизонтальным теплообменником
Обычно этот вариант геотермальной установки используется в момент строительства. То есть, пока идёт строительство дома и на участке ещё ничего не благоустроено.
Горизонтальный теплообменник в близлежащем водоёме
Это довольно редкий случай. Требуется, чтобы дом находился не более чем в 100 метрах от водоёма. Это может быть естественный или искусственный водоём, но он не должен промерзать до дна в зимнее время. Именно на дне будет уложен горизонтальный контур теплообменника. Площадь водоёма должна быть как минимум 200 «квадратов». Считается, что этот способ организации внешнего теплообменника наименее затратный. Но такое расположение домов встречается нечасто. А если ли это водоём общественный, то укладка в него теплообменника может обернуться проблемами с законом.
Система геотермального отопления с горизонтальным теплообменником в водоёме
Схема исполнения гидротермального отопления
На сегодняшний день наибольшее распространение получили три принципиально отличающиеся схемы обустройства подземного отопления. Для обеспечения максимальной эффективности обогрева дома общая площадь внешнего подземного контура должна быть в 2,5 раза больше отапливаемой площади жилого дома.
В автономном отоплении используются следующие типы геотермального обогрева:
- Подводный вариант.
- Горизонтальная закладка.
- Обустройство скважин.
В каждом конкретном случае выбор той или иной разновидности геотермального отопления будет зависеть от площади дома, финансовых возможностей домовладельца, особенностей местности. Подводный вариант может использоваться в тех случаях, если поблизости имеются глубокие водоемы, которые в зимнее время года не промерзают до дна.
Существует несколько видов закладки подобного отопления
Горизонтальная закладка
Этот вариант гидротермального отопления подразумевает выполнение рядом с домом котлована, глубина которого будет на 2 метра глубже точки замерзания грунта. Соответственно, для нагрева частного дома площадью в 100 квадратных метров потребуется копать котлован с глубиной более 3 метров и общей площадью 250 квадратов.
Если имеющаяся площадь участка позволяет выполнить такой котлован, то горизонтальная закладка станет оптимальным вариантом геотермального отопления частного дома. Внутри котлована закладывают систему труб, по которым циркулирует незамерзающий теплоноситель. Наружный контур отопления выводится в дом и подключается к теплообменной установке.
Из преимуществ этой схемы выполнения геотермального отопления принято выделять ее эффективность, простоту обустройства, снижение расходов на монтаж наружного контура. В то же время необходимо учитывать обязательные требования по правильному расчету объема котлована, который не всегда возможно разместить на небольшом по своей площади приусадебном участке.
Геотермальное отопление дома:
Подводный вариант
Владельцы частных домов, которые проживают поблизости от озер и рек, часто выбирают вариант гидротермального отопления с использованием подводного варианта. Необходимо лишь правильно продумать расположение внешнего контура, который размещают на глубине более 4 метров, что исключает возможность промерзания озера или реки до дна. Подземную и надземную часть контура, которая идет непосредственно от берега озера до обогреваемого частного дома, в обязательном порядке утепляют, а трубы под землей прокладывают на глубине ниже точки промерзания грунта.
Использование подводного варианта позволяет упростить обустройство системы отопления частного дома, так как не требуется проводить дорогостоящие и сложные земляные работы. Внешний контур будет нагреваться от тепла воды, после чего подогретый теплоноситель подается в систему, обеспечивая работоспособность оборудования.
Выполнение гидротермальных скважин
Выполнение геотермальных скважин для организации автономного отопления является оптимальным вариантом, позволяющим существенно снизить затраты домовладельца. Скважина бурится на глубину в 30-50 метров, что повышает эффективность нагрева, так как на больших глубинах температура земли будет выше, нежели у самой поверхности.
Бурение скважины – один из эффективных методов монтажа подобного обогрева
Сегодня многие домовладельцы, обустраивая автономную систему геотермального отопления частного дома, выбирают вариант с бурением скважин, что существенно упрощает прокладку контура. В этом случае обеспечивается максимальная эффективность используемого оборудования, позволяя использовать все возможности таких современных технологий даже при наличии небольшого по площади участка.
Выполнение обогрева частного дома с прокладкой внешнего контура в глубинных скважинах позволяет на 20-30% уменьшить общую стоимость обустройства в доме автономного отопления. Благодаря высокой температуре нагрева теплоносителя в глубинном контуре имеется возможность использования небольших по своей мощности отопительных установок, что упрощает монтаж оборудования, снижает его стоимость, одновременно обеспечивая максимальное удобство проживания в частном доме.
Появление и распространение
Энергия земли для отопления стала распространяться в США ближе к концу 80-х годов прошлого века в городах, тяжело переживавших кризис. Системой сразу заинтересовались состоятельные люди, которым она давала возможность экономить на обогреве жилья. Затем она стала дешеветь, и ее стал применять и более бедный класс населения.
Спустя некоторое время тепло земли для отопления превратилось в прерогативу большинства владельцев частных домов. В Европе с каждым годом число домохозяйств, использующих отопление дома теплом земли, только увеличивается.
Такая тенденция распространения геотермального обогрева вполне понятна. Использование тепла земли для отопления позволяет существенно экономить семейный бюджет, оно безопасное и экономичное.
Функционирование геотермального обогрева
Его принцип работы можно сравнить с обычным холодильником, только наоборот. Земля удерживает тепло постоянно, поэтому ним можно нагревать объекты, расположенные на ее поверхности.
Смысл способа в том, что изнутри планета прогревается горячей магмой, а сверху грунт не дает ей промерзать. Получаемая тепловая энергия используется геотермальной системой обогрева, основанной на специальном тепловом насосе.
Получить отопление от тепла земли можно благодаря тепловому насосу
Происходит следующий процесс:
- Тепловой насос устанавливают на поверхности.
- В земле бурится отверстие, в которую опускают теплообменник.
- Проходящая через насос грунтовая вода нагревается и используется затем в бытовых и промышленных целях.
С помощью теплового насоса удается преобразовать 1 кВт электричества в 4-6 кВт теплоэнергии
Основным преимуществом системы является соотношение электрической энергии и получаемой мощности – 1 к 4-6 кВт. К примеру, при использовании обычного кондиционера выходит 1 к 1. Поэтому установка вполне себя сможет окупить в скором времени.
Особенности
Самостоятельное отопление дома от земли имеет определенные трудности, о которых мы расскажем ниже:
Начинаются они с изготовления шахтного ствола.Его расчет ведется отдельно для каждого конкретного случая, во внимание принимают:
- климат в данной местности;
- тип грунта;
- характеристику строения земной коры в данном регионе;
- площадь обогрева.
На фото – основу геотермального обогрева дома составляют глубинная скважина и тепловой насос
Обычно глубина варьируется в пределах 25-100 м.
- На следующем этапе в ствол опускают трубы, которые должны поглощать тепло из недр и подавать его в насос, повышающий температуру теплоносителя в системе отопления.
Летом отопление энергией земли можно запустить в качестве кондиционера. Для чего активируется обратный механизм. Во время работы теплообменник начнет брать охлаждающую энергию.
Способы работы системы
Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:
- Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.
- Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар.
- А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.
Виды тепловых насосов
Виды
Для экологически безвредной и эффективной работы системы есть три основных варианта:
| Грунтовые воды | В этом случае применяют для обогрева здания тепловую энергию грунтовых вод, расположенных на большой глубине. У нее достаточно большая температура, поэтому тепловой насос отопления поднимает ее и нагревает. После этого вода через теплообменник отдает основную часть имеющейся энергии. |
| Антифриз | Метод требует дополнительных расходов. На глубину 75 м и ниже опускается резервуар с антифризом, цена которого довольно высокая. Когда он нагреется, его тепловым насосом поднимают к теплообменнику. После отдачи тепла антифриз поступает снова в емкость. |
| Водоем | Данный способ не требует оборудования грунтовой шахты. Такое отопление дома от земли подходит в том случае, если есть выход на водоем. От теплообменника по дну водоема ставят горизонтальные зонды, которые помогают преобразовывать тепло воды. |
Виды геотермального обогрева
Реальные преимущества и недостатки
Если в России геотермальное отопление частного сектора получило сравнительно малое распространение, значит ли это, что идея не стоит затрат на её воплощение? Может быть, и заниматься этим вопросом не стоит? Оказалось, что это не так.
Использование системы геотермального отопления жилища – решение выгодное. И тому есть несколько причин. В их числе и быстрая установка оборудования, которое способно длительное время работать без каких-либо перебоев.
Если использовать в отопительной системе не воду, а качественный антифриз, она не будет промерзать и её износ будет минимальным.
Перечислим и прочие преимущества этого вида отопления.
- Исключена процедура сжигания топлива. Мы создаём абсолютно пожаробезопасную систему, которая, в процессе своей эксплуатации, не сможет нанести жилью никакого ущерба. Кроме того, исключается ряд других моментов, связанных с присутствием топлива: теперь не нужно искать место для его хранения, заниматься его заготовкой или доставкой.
- Существенная экономическая выгода. В процессе эксплуатации системы не потребуется никаких дополнительных вложений. Ежегодный обогрев обеспечивают силы природы, которые мы не покупаем. Конечно, при функционировании теплового насоса затрачивается электрическая энергия, но при этом объём производимой энергии существенно превышает размеры потребления.
- Экологический фактор. Геотермальное отопление частного загородного дома – это экологически безопасное решение. Отсутствие процесса горения исключает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это осознают многие, и такая система теплоснабжения получит должное повсеместное распространение, негативное влияние людей на природу многократно уменьшится.
- Компактность системы. Вам не придется организовывать в своём доме обособленное помещение котельной. Всё, что будет необходимо – это тепловой насос, который можно разместить, например, в подвале. Наиболее объёмный контур системы будет располагаться под землей или под водой, на поверхности вашего участка вы его не увидите.
- Многофункциональность. Система может работать как на отопление в холодное время года, так и на охлаждение в период летней жары. То есть, по сути, она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер.
- Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.
Выбор геотермальной системы отопления экономически выгоден, несмотря на то, что придется потратиться на покупку и установку оборудования.
Кстати, в качестве недостатка системы упоминают именно затраты, на которые придется пойти, чтобы установить систему и подготовить её к работе. Нужно будет купить сам насос и некоторые материалы, выполнить работы по монтажу наружного коллектора и внутреннего контура.
Не секрет, что ресурсы дорожают год от года, поэтому автономная система отопления, которая способна окупиться в течение нескольких лет, всегда будет экономически выгодна для её владельца
Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование уложенного в грунт или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить значительные средства.
К тому же, сам процесс монтажа не настолько сложен, чтобы приглашать для его выполнения сторонних специалистов. Если не заниматься бурением, то всё остальное можно сделать самостоятельно.
Надо отметить, что некоторые умельцы, в стремлении сэкономить научились собирать геотермальный тепловой насос собственноручно.
Геотермальное отопление дома своими руками
Многие люди считают, что самостоятельно сделать геотермальное отопление дома можно только в тех местах, где есть высокая вулканическая активность или термальные источники, поэтому не видят перспектив использования такого вида отопления.
Схема геотермального отопления.
Принцип, по которому работает геотермальное отопление
Геотермальный насос работает по тому же принципу, что и холодильник или кондиционер. Такое отопление имеет один основной элемент — тепловой насос, который включен в два контура.
Внутренний контур имеет вид привычной нам всем системы отопления дома и состоит из радиаторов и труб. Внешний контур имеет внушительные размеры и располагается под водой или под землей.
Внутри указанного контура может находиться вода или антифриз, они принимают температуру среды и уже подогретыми поступают в тепловой насос.
Обратите внимание
Тепло, которое аккумулировалось, передается внутреннему контуру и от него нагреваются все помещения дома.
Главным элементом геотермального отопления является тепловой насос. Это небольшой агрегат, по размерам не больше стиральной машинки. Он имеет высокую производительность: затрачивая 1 кВт электроэнергии, он способен выдавать до 5 кВт тепла. Если сравнить такой насос с кондиционером, то последний на 1 кВт затраченной электроэнергии выдает всего 1 кВт тепловой энергии.
Как сделать геотермальное отопление своими руками у себя дома
Схема установки геотермического насоса.
Это один из самых дорогих и трудоемких видов отопления. Вам предстоит провести масштабные земляные работы, затраты на оборудование составят основную часть расходов. Перед тем, как приступить к созданию такого отопления своими руками, необходимо разобраться, какие системы применяются и в чем особенности их устройства.
Материалы, необходимые для установки геотермального отопления:
- полиэтиленовые трубы;
- тепловой насос;
- радиаторы отопления.
Классификация по типу:
- горизонтальный теплообменник используется наиболее часто, при этом трубы укладывают в землю на глубину, превышающую уровень промерзания почвы в вашей местности. Такой тип отопления имеет существенный недостаток — контур занимает большую площадь. Если площадь вашего дома 250 м², то для его обогрева придется уложить трубы на площади около 600 м², а это можно реализовать далеко не на каждом участке. Особенно неудобно делать такое отопление дома в том случае, когда территория уже облагорожена, например, от дерева коллектор должен находиться не ближе, чем на 1,5 м;
- вертикальный теплообменник имеет намного меньшие размеры, но стоимость его больше. Чтобы его установить, надо немного места, но придется использовать бурильное оборудование.
Скважина может быть от 50 до 200 м, но служить она будет до 100 лет. Такой способ удобен, когда территория загородного дома уже обустроена, не будет необходимости изменять существующий ландшафт.
Установить такой вид геотермального отопления полностью своими руками не получится, так как потребуется специальное оборудование для бурения скважины — водоразмещенный обменник является самым экономичным способом, он использует тепловую энергию воды. Его использование возможно, если до водоема не более 100 м.
Если говорить о сложности реализации данного проекта, то она довольно велика, и, если вы решите делать все своими руками, то наиболее доступным будет третий способ. Если вы приобретете дорогое оборудование, то монтаж надо проводить качественно, иначе система не будет нормально работать.
Преимущества геотермального отопления:
- для отопления используется энергия земли, а она возобновляется и практически неисчерпаема;
- безопасность, так как нет риска возгорания;
- нет необходимости доставлять и хранить топливо;
- нет вредных выбросов;
- нет необходимости в контроле системы, так как она работает в автономном режиме;
- почти нет расходов на обслуживание;
- очень высокий КПД оборудования.
Наиболее оптимально геотермальное отопление подходит в том случае, когда ваш дом имеет площадь до 150 м², такое отопление окупится уже через 3-4 года.
Чтобы собрать внешний контур, используют полиэтиленовые трубы. Чтобы рассчитать необходимую глубину скважины, надо учитывать, что на 50 Вт тепловой энергии требуется 1 м труб.
Если у вас тепловой насос мощностью 10 кВт, надо будет пробурить скважину глубиной около 200 метров.
Важно
Можно сделать несколько скважин, а для того чтобы не портить ландшафт, скважины сверлятся с одной точки, но под разными углами.
Хотя такой вид отопления и требует значительных первоначальных вложений, но он имеет большой срок службы и в скором времени все ваши инвестиции окупятся.
Особенности и принцип работы ТН
Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:
- в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
- ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
- установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
- работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.
В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает
Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.
В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:
- Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
- Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
- Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
- На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.
Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы
Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.
В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).
Геотермальное отопление дома своими руками
Многие люди считают, что самостоятельно сделать геотермальное отопление дома можно только в тех местах, где есть высокая вулканическая активность или термальные источники, поэтому не видят перспектив использования такого вида отопления.
Схема геотермального отопления.
Принцип, по которому работает геотермальное отопление
Геотермальный насос работает по тому же принципу, что и холодильник или кондиционер. Такое отопление имеет один основной элемент — тепловой насос, который включен в два контура.
Внутренний контур имеет вид привычной нам всем системы отопления дома и состоит из радиаторов и труб. Внешний контур имеет внушительные размеры и располагается под водой или под землей.
Внутри указанного контура может находиться вода или антифриз, они принимают температуру среды и уже подогретыми поступают в тепловой насос.
Обратите внимание
Тепло, которое аккумулировалось, передается внутреннему контуру и от него нагреваются все помещения дома.
Главным элементом геотермального отопления является тепловой насос. Это небольшой агрегат, по размерам не больше стиральной машинки. Он имеет высокую производительность: затрачивая 1 кВт электроэнергии, он способен выдавать до 5 кВт тепла. Если сравнить такой насос с кондиционером, то последний на 1 кВт затраченной электроэнергии выдает всего 1 кВт тепловой энергии.
Как сделать геотермальное отопление своими руками у себя дома
Схема установки геотермического насоса.
Это один из самых дорогих и трудоемких видов отопления. Вам предстоит провести масштабные земляные работы, затраты на оборудование составят основную часть расходов. Перед тем, как приступить к созданию такого отопления своими руками, необходимо разобраться, какие системы применяются и в чем особенности их устройства.
Материалы, необходимые для установки геотермального отопления:
- полиэтиленовые трубы;
- тепловой насос;
- радиаторы отопления.
Классификация по типу:
- горизонтальный теплообменник используется наиболее часто, при этом трубы укладывают в землю на глубину, превышающую уровень промерзания почвы в вашей местности. Такой тип отопления имеет существенный недостаток — контур занимает большую площадь. Если площадь вашего дома 250 м², то для его обогрева придется уложить трубы на площади около 600 м², а это можно реализовать далеко не на каждом участке. Особенно неудобно делать такое отопление дома в том случае, когда территория уже облагорожена, например, от дерева коллектор должен находиться не ближе, чем на 1,5 м;
- вертикальный теплообменник имеет намного меньшие размеры, но стоимость его больше. Чтобы его установить, надо немного места, но придется использовать бурильное оборудование.
Скважина может быть от 50 до 200 м, но служить она будет до 100 лет. Такой способ удобен, когда территория загородного дома уже обустроена, не будет необходимости изменять существующий ландшафт.
Установить такой вид геотермального отопления полностью своими руками не получится, так как потребуется специальное оборудование для бурения скважины — водоразмещенный обменник является самым экономичным способом, он использует тепловую энергию воды. Его использование возможно, если до водоема не более 100 м.
Если говорить о сложности реализации данного проекта, то она довольно велика, и, если вы решите делать все своими руками, то наиболее доступным будет третий способ. Если вы приобретете дорогое оборудование, то монтаж надо проводить качественно, иначе система не будет нормально работать.
Преимущества геотермального отопления:
- для отопления используется энергия земли, а она возобновляется и практически неисчерпаема;
- безопасность, так как нет риска возгорания;
- нет необходимости доставлять и хранить топливо;
- нет вредных выбросов;
- нет необходимости в контроле системы, так как она работает в автономном режиме;
- почти нет расходов на обслуживание;
- очень высокий КПД оборудования.
Наиболее оптимально геотермальное отопление подходит в том случае, когда ваш дом имеет площадь до 150 м², такое отопление окупится уже через 3-4 года.
Чтобы собрать внешний контур, используют полиэтиленовые трубы. Чтобы рассчитать необходимую глубину скважины, надо учитывать, что на 50 Вт тепловой энергии требуется 1 м труб.
Если у вас тепловой насос мощностью 10 кВт, надо будет пробурить скважину глубиной около 200 метров.
Важно
Можно сделать несколько скважин, а для того чтобы не портить ландшафт, скважины сверлятся с одной точки, но под разными углами.
Хотя такой вид отопления и требует значительных первоначальных вложений, но он имеет большой срок службы и в скором времени все ваши инвестиции окупятся.
Достоинства и недостатки системы
Внедряя геотермальное отопление, мы выигрываем в следующем:
- Получаем дармовое тепло: 1 кВт затраченной электроэнергии приносит в среднем 3, а иногда и 5 кВт тепла.
- Обходимся без строительства дымохода и утомительных работ по его обслуживанию.
- Не загрязняем атмосферу и экономим невозобновляемые ресурсы.
Теперь о недостатках:
- Система без электропитания неработоспособна.
- Наружный контур имеет очень большие размеры.
Безопасная геотермальная система
Производительность системы по теплу ограничена. Во-первых, наружный контур не может иметь сколь угодно большую длину, так как с увеличением продолжительности значительно возрастает его гидравлическое сопротивление. Во-вторых, при интенсивной выкачке тепла грунт будет перемерзать, что при вертикальном расположении наружного контура (в скважинах) может привести к негативным последствиям для местной экологии.
