Проектирование продуктивной системы отопления в загородном доме необходимо осуществлять таким образом, чтобы она была экономически выгодной, но в то же время простой в исполнении и технологически современной. Стандартные решения, при которых тепло образуется вследствие сгорания топлива, являются дорогостоящими для владельца дома, причиной этому служит постоянное увеличение стоимости электричества и газа. Кроме того, традиционные способы отопления помещения негативно сказываются на состоянии окружающей среды, для примера, порядка 40% выброса углекислого газа в атмосферу образуется вследствие получения тепла, такой уровень негативного воздействия на окружающую среду в цифровом показателе соотносим с негативным воздействием, наносимым выхлопами транспортных средств. В рамках этого вопроса актуальным является новая система геотермального отопления помещения.

Поиски нестандартных решений в области отопления помещений началось ещё в 70-х гг. прошлого века, во время энергетических кризисов. Изначально такая технология была апробирована в США, в большей части в элитных помещениях. Но благодаря развитию технологий, стоимость производства постепенно снижалась, поэтому такой вид обогрева жилых помещений в настоящее время стал доступен для массового потребителя. Кроме того, как показывает многолетний опыт использования систем геотермального отопления — такая конструкция отличается долговечностью и рентабельностью, поэтому спрос потребителя на установку такого типа систем неуклонно растёт.

Положительные и отрицательные моменты установки системы геотермального отопления в загородном доме

Разработка новых технологий способствовала тому, что практически каждый владелец дома теперь располагает возможностью аккумулировать энергию земли, устанавливая геотермальную отопительную систему в частном секторе. В грунте накапливается до 98% солнечной энергии, которая попадает на его поверхность, благодаря чему даже в зимний период в земляном пласте сохраняется достаточное количество тепла для обогрева жилого здания, требуется только установка специального оборудования для того чтобы воспользоваться накопленной солнечной энергией. После установки системы геотермального отопления, затраченные на установку средства, окупятся в среднем через 5-8 лет — это является отрицательной стороной данной технологии. Стоимость реализации проекта, возможно, вызовет сомнения у тех, кто планировал установку недорогой системы, но к в планы владельца загородного дома капитальные затраты не входили.

Положительной стороной системы является её доступность, так как существует повсеместная возможность использования энергии такого типа, а также её абсолютная экологичность и безвредность для человека. Количество энергии неограниченно, а расходы на эксплуатацию и обслуживание системы очень низкие. Геотермальная энергия не стоит затраты денежных средств, однако финансовых вложений требует та энергия, которая задействована для функционирования теплового насоса. Для получения от трёх до пяти киловатт тепла нужно затратить один киловатт этой энергии. Учитывая, что во время работы насоса не происходит процесса сгорания, то система абсолютно безопасно, риск возгорания или взрыва, как в случае с газовыми системами отопления отсутствуют. Оборудование жилого помещения различными вытяжными системами и дымоходами, система занимает очень мало места в помещении. Кроме того, не нужно специального помещения или дополнительного места для хранения топлива. А благодаря универсальности системы можно не только отапливать жилое помещение зимой, но и охлаждать его в летние месяцы. При условии правильного монтажа системы, она может работать около 30-ти лет без необходимости технического обслуживания, в то время как другие системы нуждаются в сервисном внимании существенно чаще.

Особенности работы системы геотермального отопления

Принцип работы геотермального оборудования можно сравнивать либо с работой кондиционера, либо морозильной камеры, но «наоборот». В основе конструкции находится тепловой насос, размер которого примерно равен габаритам стиральной машинки, насос включен в 2 контура.

Первым контуром является видимая система из радиаторов и труб, второй контур составляет теплообменник, который помещается под землю или в воду. Циркулировать внутри контура может либо специальная жидкость, либо простая вода. Во втором контуре жидкость приобретает температуру окружающего пространства, после чего теплоноситель попадает в тепловой насос, который можно настроить и на охлаждение помещения, и на его обогрев. Тепло, выработанное насосом, при обогреве поступает в первый контур, при охлаждении во второй.

На примере работы холодильника «наоборот» можно провести аналогию, сравнив вкопанный в землю испаритель с морозилкой, а змеевик холодильника — это конденсатор, который используется для нагревания воздуха или воды. Температура конструкции ниже окружающей среды, по причине того, что под землёй стабильно низкая температура.

Производство тепловых насосов (главных элементов геотермальных систем) в промышленных масштабах стало возможным благодаря развитию технологий рефрижераторных установок, которые позволили разработать уникальную методику по преобразованию энергии земли в тепло для отопления помещений.

Принципы устройства контуров

Выполнить установку системы силами только владельца участка сложно, так как вблизи здания нужно спроектировать конструкцию, состоящую из замкнутой системы труб, которая помещается на значительную глубину под землю, которая иногда достигает больше, чем несколько сотен метров. Тип конструкции теплообменника, а также габариты коллектора зависят от ряда параметров, среди которых основные тепловодность грунта и глубина залегания.

Выделяют три схемы оборудования системы геотермального отопления, то есть устройства наружного контура для аккумулирования энергии.

1. Наиболее оптимальным является устройство вертикального теплообменника с насосом. Для реализации такой схемы необходимо специальное оборудование и существенные финансовые вложения для бурения скважины, располагающейся под землёй на глубине от 50 до 200 метров. В этом случае используется тепло глубоко залегающих грунтовых вод, обладающих высокой температурой. Вода проходит по тепловому насосу через теплообменник, где отдаёт своё тепло, после чего сбрасывается обратно в грунтовые воды ниже по течению. Расходы в этом способе установки оправдываются результатом, так как срок эксплуатации скважины достигает 100 лет.
2. Похожей на предыдущую и довольно дорогостоящей является схема обустройства в шахте глубиной 75-100 м. специального резервуара с антифризом, который греется от температуры грунта, после чего тепловой насос гоняет антифриз по кругу. После отдачи тепла антифриз сбрасывается в резервуар под землёй.
3. Более простая в проектировании схема горизонтального теплообменника, при которой под землёй располагаются трубы таким образом. Чтобы они были ниже уровня промерзания почвы зимой. Отрицательной стороной этой схемы является необходимость задействования под коллектор значительной площади. Для примера под небольшой дом площадью в 200 кв.м. нужно занять площадь равную 500 кв.м. Расположение труб нужно сделать таким образом, чтобы до ближайшего дерева было не менее 1,5 метров.
4. Следующая схема применима в том случае, если загородный дом размещается не далее чем в 100 метрах от водоёма. Она достаточно дешёвая, для осуществления проекта не требуется проведения земляных работ, размещение теплообменника должно быть осуществлено таким образом, чтобы глубина была достаточной для не промерзания, подо льдом зимой должно оставаться не менее, чем 1-1,5 метра воды до верхней точки зонда. Предпочтительнее, чтобы течения в водоёме не было, по его дну прокладывают горизонтальные зонды, которые поглощают тепло. Такую схему может осуществить владелец загородного дома самостоятельно.

Сборка внешнего контура происходит из полиэтиленовых труб, согласно предварительным расчётам соотношение 40-50 Вт тепловой энергии должно приходиться на 1 метр коллектора. Соответственно, если производительность насоса равна 10 кВт, то скважина должна быть протяжённостью около 160-200 метров. В некоторых случаях выгоднее пробурить несколько неглубоких скважин вместо одной большой, для того чтобы в итоге получилась нужная расчётная глубина. Для того чтобы сохранить ландшафт участка проектировщики пользуются кластерной технологией, при которой осуществляется бурение скважин в разных направлениях из одной точки.

В заключение статьи прилагается видео с конкретным примером.

Видео — геотермальные насосы

Целью данной статьи было рассмотрение положительных и отрицательных моментов системы геотермального отопления, которое является успешной альтернативой для уже традиционных способов обогрева загородного дома.

Сжигание природных запасов углеводородов – нефти и газа – достигло таких масштабов, что призрак экологической и энергетической катастрофы стал принимать вполне реальные очертания.

Осознав, наконец-то, серьезность ситуации, человечество все активнее осваивает возобновляемые (или альтернативные) источники энергии.

Никола Тесла утверждал, что наш мир наполнен бесплатной энергией, надо только научиться ее добывать. Ученые всего мира прилагают немало сил для того, чтобы воплотить этот тезис в жизнь.

Их труды не пропали даром: к традиционным ветрогенераторам и солнечным батареям добавился еще один источник бесплатной энергии — геотермальное отопление. Его суть понятна из названия: для отопления используется тепло Земли.

Миф первый: необходимы горячие источники.

Действительно, при упоминании термина «тепло Земли» воображение среднестатистического гражданина сразу рисует свистящие гейзеры и озера кипящей воды на фоне просыпающегося вулкана.

Согласимся: горячие источники также могут применяться в геотермальном отоплении, но это редкость, поскольку расположены они только в некоторых регионах.

В остальных случаях под термином «тепло Земли» подразумевают температуру в 5-7 градусов, которая стабильно поддерживается в грунте или воде ниже глубины промерзания.

Да, да, вот эту-то холодину дерзкие ученые называют «теплом» и даже умудряются нагреть от нее воду в системе отопления.

Миф второй: геотермальное отопление – нечто вроде вечного двигателя, а потому существовать не может.

Поводом к возникновению данного заблуждения послужила удивительная эффективность систем геотермального отопления: при затратах энергии в 1 кВт удается получить от 3 до 5 кВт.

И это, как уже было сказано, при полном отсутствии видимых источников тепла: бурлящих гейзеров, огнедышащих вулканов или хотя бы печки с горящими дровами или углем.

Но, как известно энергия не может взяться ниоткуда и исчезнуть в никуда. К сожалению, существование вечного двигателя действительно невозможно.

Но система геотермального отопления не имеет с ним ничего общего. А причины ее эффективности кроются в умелом применении всем известных законов физики.

Устройство и принцип действия

Система геотермального отопления состоит из трех контуров и теплового насоса, который поддерживает циркуляцию среды в контурах и теплообмен между ними. По размерам тепловой насос похож на современную стиральную машинку. Рассмотрим каждый из контуров подробнее.

Внешний контур

Посредством внешнего контура вся система воспринимает тепловую энергию грунта или водоема, в котором данный контур размещается.

Обязательное условие – контур должен находиться ниже глубины промерзания, характерной для данного региона.

Внутри контура циркулирует теплоноситель – рассол или другая незамерзающая жидкость. Накопленная тепловая энергия через теплообменник, установленный в тепловом насосе, передается фреону, содержащемуся во втором контуре.

Контур фреона

Этот контур полностью размещен в корпусе теплового насоса и наполнен фреоном. Характерной особенностью фреона является низкая температура кипения, в процессе которого фреон испаряется, превращаясь в газ.

Внутренний контур

Это, собственно, контур отопления, состоящий из труб и отопительных радиаторов. В более сложном варианте внутренний контур может подразделяться на контуры отопления, горячего водоснабжения, подогрева крыльца (антиобледенитель) и т.п.

Традиционно внутренний контур заполняется водой, но могут применяться и другие виды теплоносителей.

Как это работает

Принцип действия системы геотермального отопления выглядит следующим образом:

1. Находящемуся во внешнем контуре рассолу сообщается тепловая энергия грунта или воды, отчего его температура увеличивается примерно на 5 градусов и становится равной, к примеру, +3 градуса.
2. Внутри теплового насоса рассол прокачивается через теплообменник, в котором часть его тепловой энергии передается фреону. Остывший после этого рассол снова поступает во внешний контур.
3. Получив некоторое тепло от рассола, фреон, находящийся во втором контуре, испаряется. Получившийся таким образом газ поступает в компрессор, где происходит его сжатие. В результате температура фреона поднимается до 100 градусов. Горячий газ подается в теплообменник, в котором отдает часть своей тепловой энергии теплоносителю третьего – внутреннего – контура.
4. Подогретый до температуры в 50-70 градусов теплоноситель внутреннего контура подается в радиаторы отопления, благодаря чему в доме поддерживается комфортная температура. Фреон, температура которого в результате теплообмена понижается до 70 градусов, поступает в расширительный экран, где его давление и температура падают до первоначальных значений.
5. Весь цикл повторяется снова.

Среди других нераспространенных систем отопления заслуживает внимание .

Преимущества и недостатки

Положительная сторона

Данная система обладает широким перечнем достоинств:

• КПД системы составляет от 300% до 500%.
• Энергия, используемая для отопления, является неисчерпаемой и возобновляемой.
• Отсутствует опасность возгорания.
• Отпадает необходимость в доставке и складировании топливных материалов.
• Абсолютная экологическая безопасность: работа системы геотермального отопления не сопровождается выбросами вредных веществ или образованием отходов.
• Полностью автономный режим работы.
• Минимальные затраты на эксплуатацию.

Отрицательная сторона

Главным недостатком системы геотермального отопления загородного дома является ее стоимость. Так, цена теплового насоса может варьироваться от 3 до 10 тыс. евро.

Стоимость монтажных работ в среднем составляет половину стоимости насоса, но при неудачном стечении обстоятельств может и превысить ее.

Схемы построения системы отопления

Несмотря на всю простоту системы, устройство геотермального отопления для загородного дома – довольно дорогостоящий и трудоемкий процесс.

Связано это не столько с дороговизной теплового насоса, сколько с масштабами внешнего контура: в среднем его площадь должна превышать отапливаемую площадь в 2,5 раза. Располагают внешний контур одним из трех способов:

Горизонтально в грунте

Трубы контура располагают под поверхностью земли ниже глубины промерзания.

При отоплении дома площадью в 200 кв. м для горизонтального размещения внешнего контура понадобится участок земли площадью 500 кв. м.

Недостатки такого способа очевидны: придется изрыть солидный участок земли, полностью уничтожив расположенный на нем ландшафт.

Если на участке растут деревья, задача усложняется: трубы контура в плане должны находиться не ближе 1,5 м от дерева.

Все работы по горизонтальному размещению внешнего контура в грунте можно выполнить самостоятельно, и это главное преимущества данного способа. Процесс относительно прост, хотя и трудоемок: рытье траншей, сваривание и укладка труб.

Горизонтальная укладка на дне водоема

Если поблизости от вашего дома имеется водоем, можно обойтись без земляных работ, сохранив существующее благоустройство участка возле дома. Требования к водоему таковы: он должен располагаться не далее, чем на 100 м от дома, и иметь площадь не меньше, чем 200 кв. м.

Если вы не являетесь его владельцем, то, скорее всего, понадобится разрешение местных властей на размещение в водоеме внешнего контура вашей геотермальной системы.

Оптимальная глубина, на которой следует располагать трубы, составляет 2,2-2,5 м.

Разместить внешний контур в водоеме также можно самостоятельно, такая работа не требует особого опыта или высокой квалификации. Если есть возможность на время монтажа спустить из водоема воду, задача потребует еще меньше усилий.

Вертикальное размещение в грунте

В этом случае для размещения внешнего контура строится скважина. И само строительство, и монтаж в скважине труб контура потребует привлечения специалистов и бурильного оборудования. Зато все существующие насаждения и элементы благоустройства остаются нетронутыми.

Вдобавок, размещение контура в скважине делает отопительную систему более эффективной, ведь грунт на больших глубинах (глубина скважины составляет от 50 до 200 м) круглогодично сохраняет постоянную температуру в 10-12 градусов.

Дополнительное преимущество – длительный срок службы скважины, который может составлять 100 лет.

Существует еще одна разновидность геотермальной системы отопления загородного дома, которая называется открытой. Внешний контур в ней отсутствует, а роль теплоносителя играет вода, которая закачивается в тепловой насос из артезианской скважины.

Для сброса воды на ту же глубину строится вторая скважина. Часть артезианской воды может использоваться для водоснабжения дома, поэтому данная разновидность геотермального отопления более распространена в тех регионах, где отсутствует централизованная подача воды.

Иногда одного геотермального отопления может не хватить, и приходиться подогревать теплоноситель.

Для таких случаев подойдет, например, или . Выбирайте исходя из доступности топлива.

В настоящее время существует множество способов организации . Большинство из них характеризуются низким показателем КПД и используются только в качестве вспомогательной системы. Однако есть по-настоящему эффективный метод теплоснабжения из альтернативных источников тепла земли. Как сделать геотермальное отопление дома своими руками: принцип работы, насосы, отзывы помогут решить этот вопрос.

Принцип работы геотермального отопления

В зависимости от состава почвы происходит естественное повышение температуры на +3°С на каждые 100 м. Именно на этом явлении и основано геотермальное отопление в Европе, которое применяется уже не один десяток лет. Но как на практике использовать этот эффект?

Принцип работы геотермального отопления дома заключается в передаче тепловой энергии с помощью нескольких типов теплоносителя. Для этого необходимы несколько контуров, каждый из которых выполняет свою функцию:

• Наружный . Трубопроводы находятся в среде, температура в которой составляет от +7°С до +10°С. Эта энергия передается теплоносителю, поступающему в следующий контур.
• Теплообменный . Основной элемент – тепловой насос. В нем циркулирует хладагент, в котором при повышении давления происходит повышение температуры. Нагреваясь от теплоносителя наружного контура, он попадает в компрессор. В результате этого происходит повышение температуры от +7°С до +65°С. Для повторения цикла жидкость через дроссель поступает в испаритель. Это основной принцип работы геотермального отопления.
• Внутренний контур . В нем с помощью теплообменника происходит передача тепловой энергии от хладагента к теплоносителю в основной системе отопления дома.

Для того чтобы правильно сделать необходимо прежде всего подобрать схему первичного контура и соответствующий тепловой насос.

Геотермальное отопление можно совместить с традиционными типами теплоснабжения – с газовым котлом, электрическим или твердотопливным. Таким образом можно уменьшить текущие затраты на теплоноситель.

Виды геотермального теплоснабжения дома

Перед тем как делать геотермальное отопление загородного дома своими руками следует провести ряд предварительных мероприятий. Прежде всего – найти оптимальный способ расположения труб первичного контура.

Главным условием при этом является температура среды, где будут расположены магистрали. Она не должна быть ниже +7°С. На практике для этого выполняют монтаж трубопроводов в грунт. В некоторых случаях в качестве основной среды может выступать водоем или река. Однако отзывы о геотермальном отоплении дома такого типа зачастую говорят о низкой эффективности в зимний период.

Для правильной организации альтернативного теплоснабжения необходимо выполнить следующие действия:

1. Рассчитать оптимальную мощность . Если геотермальное отопление частного дома будет в качестве основного – его номинальная мощность должна обеспечить нагрев воздуха во всем здании.
2. Провести анализ состава грунта и глубину его промерзания . От этого зависит выбор схемы расположения труб первичного контура.
3. Определить месторасположение теплового насоса . Для минимизации тепловых потерь геотермальные системы отопления своими руками обустраиваются в отдельном помещении – подвале или хозяйственной постройке. Важно, чтобы температура в нем была не ниже +14°С.

Несоблюдение этих простых правил может привести к неправильной работе системы. Нередко отзывы владельцев геотермального отопления указывают на важность первичного анализа и подбор правильного оборудования.

Для обеспечения бесперебойной работы системы необходима установка автономного источника электропитания – генератора.

С горизонтальным размещением

Наименее трудоемкий способ установки труб первичного контура является горизонтальным. Они располагаются на глубине от 0,5 до 3 м. Для уменьшения площади магистрали располагаются витками. Но при этом расстояние до каждой должно быть не менее 20 см.

До того как сделать геотермальное отопление – проводится первичный анализ состояния грунта. Сначала определяется его теплоотдача. Она может составлять от 20 до Вт/м². Исходя из этого рассчитывается общая протяженность первичного контура.

Кроме этого следует выполнить такие действия:

• Проверка уровня промерзания почвы . Глубина залегания труб должна быть ниже этого показателя;
• Грунтовые воды . Для их естественного удаления в период больших паводков на дно котлована засыпается песчаный слой;
• Выбор материала изготовления трубопроводов . Он должен быть достаточного гибок и механически надежен. Для геотермального отопления в Европе чаще всего используют трубы из сшитого полиэтилена.

Если важным является вопрос, сколько стоит геотермальная система отопления – то горизонтальное расположение поможет существенно снизить текущие затраты на монтаж системы. При установке нескольких первичных контуров необходим монтаж входного и выходного коллекторов.

С вертикальными трубопроводами

Учитывая основные принципы работы геотермального отопления дома во время проектирования необходимо добиться максимального нагрева теплоносителя от земли. Это можно сделать только при установке вертикальных магистралей.

Для организации геотермального отопления загородного дома своими руками вертикального типа необходимо сделать скважины, глубиной от 30 до 100 м. В них помещаются трубопроводы первичного контура.

Такая схема более трудоемка, чем вертикальная, но имеет ряд преимуществ:

• Большая глубина залегания магистралей. В этом случае теплоотдача окружающей среды повышается на 25-30% – до 70 Вт/м²;
• Небольшая площадь для монтажа;
• Практически отсутствует зависимость от промерзания грунта.

Кроме этого способа нередко применяют основные принципы работы геотермального отопления для горячего водоснабжения в летний период. Для этого первичный контур помещают в воду – озеро или реку.

Перед бурением скважин необходимо сделать анализ почвы и определить оптимальную глубину. Состав почвы напрямую скажется на трудоемкости процесса.

Монтаж геотермального отопления своими руками

На практике сделать теплоснабжение этого типа – задача сложная. Особенностью проектирования и монтажа геотермального отопления своими руками является наличие теплового насоса – основного агрегата системы.

В конструкцию этого устройства включен внутренний контур с хладагентом, компрессор, дроссель и испаритель. Для управления работой обязательно предусматривается электронный блок. На что необходимо обращать внимание при выборе геотермального теплового насоса для отопления?

• Тип устройства . В теплоснабжении применяются модели «грунт-вода». Помимо них существуют «вода-вода» и «воздух-вода»;
• Номинальная тепловая мощность . Она напрямую зависит от расчетных параметров. Стоит учитывать, что практически все модели имеют значение этой характеристики до 18 кВт;
• Потребляемая мощность . Это сумма электрической энергии, необходимой для работы компрессора, насоса и электронного блока управления. Напрямую зависит от номинальной мощности устройства;
• Параметры отопительной системы – температурный режим и оптимальный показатель давления. Для всех геотермальных систем отопления своими руками последний показатель обычно не превышает 3 бар;
• Стоимость . В настоящее время обустройство геотермального отопления частного дома является самым дорогим. И большая часть расходов – это приобретение теплового насоса. Поэтому нужно особое внимание уделить правильному выбору этого компонента системы.

Кроме геотермального теплового насоса для отопления – следует правильно подобрать трубы для наружного контура. Они должны отвечать определенным требованиям. В частности – иметь минимальный показатель сопротивления теплопередачи. В идеале для этого следовало бы использовать стальные магистрали. Однако их эксплуатация в этой среде связана с множественными проблемами. Поэтому зачастую сделают геотермальное отопление из полимерных гибких трубопроводов.

После анализа отзывов о геотермальном отоплении дома можно выделить следующие положительные качества полимерных труб для этого типа теплоснабжения:

• Достаточная гибкость. Это важно при обустройстве горизонтального геотермального отопление загородного дома своими силами.
• Простота установки и состыковки отдельных контуров. Для этого применяются механические муфты.
• Возможность оперативной замены поврежденного участка в случае аварийной ситуации.

Также не нужно забывать о стоимости. Учитывая, что в основе принципа работы геотермального теплоснабжения лежит тепловой насос – следует уменьшить затраты, чтобы приобрести оптимальную модель этого устройства.

Для полноценного функционирования системы рекомендуется в первичном контуре применять специальный состав теплоносителя, который имеет температуру замерзания ниже 0°С.

Расчет стоимости геотермального отопления

Для потребителя одним из определяющих факторов теплоснабжения является его цена и расходы на обслуживание. Учитывая большой опыт европейского применения геотермального отопления, следует сначала рассчитать оптимальный бюджет.

Для самостоятельного создания геотермального отопления не рекомендуется делать тепловой насос своими руками. Это обусловлено сложностью конструкции и обязательными техническими расчетами его параметров. Оптимальный вариант – приобретение уже готового геотермального теплового насоса.

На рынке представлены модели многих европейских производителей. Существует их рейтинг, который поможет определиться с оптимальным вариантом:

• HELIOTHERM;
• NEURA;
• OCHSNER;

Все модели этих компаний отличаются не только хорошим качеством, но и высокой ценой. Поэтому перед планированием геотермального теплоснабжения частного дома рекомендуется провести анализ предложений на рынке.

Помимо этих расходов следует учитывать стоимость других комплектующих – труб, соединительных элементов и разводки внутреннего отопления дома. Можно добиться существенной экономии при самостоятельной установке геотермальной системы отопления. Однако при выборе вертикальной схемы монтажа первичного контура без применения спецтехники не обойтись. В среднем «под ключ» в настоящее время составляет от 700 тыс. до 1,2 млн. рублей. Все зависит от планируемой мощности и бюджета.

Перед покупкой насоса обязательно необходимо ознакомиться с отзывами владельцев геотермального отопления. Это поможет узнать фактические эксплуатационные качества оборудования.

Принцип действия, монтаж, плюсы и минусы геотермального отопления для дома

Перед любым владельцем частного дома всегда встаёт проблема обеспечения дома теплом. На сегодняшний день есть много различных вариантов обеспечения отопления в частном доме. Один из способов ─ это геотермальное отопление. Многие люди, когда слышат это название, думают, что такие системы строят только в местах горячих водных источников и гейзеров. Но это далеко не так. Современные геотермальные тепловые установки успешно работают даже в средней полосе России, где невысокая среднегодовая температура. В этой статье мы поговорим о принципе работы геотермальных установок для отопления дома, их преимуществах и недостатках, а также особенностях использования.

Принцип работы установки геотермального отопления похож на холодильную установку или систему кондиционирования. В таких установках тепловая энергия отбирается из грунта посредством специального . Принцип работы заключается в следующем. В доме или подсобном помещении устанавливается сам тепловой насос, а в землю опускается теплообменник, через который циркулирует теплоноситель. Подобные системы геотермального отопления могут использоваться не только в частном доме, но и в производственных помещениях.

Стоит отметить, что в такой геотермальной системе отопления на 1 кВт затраченной электроэнергии получается 4─6 кВт тепловой энергии. Если сравнивать с системами кондиционирования, то в них преобразование происходит примерно один к одному. Если система геотермального отопления реализована по всем правилам, то она окупится довольно быстро.

Температура грунта, где находится теплообменник, обычно составляет 5─7 градусов. Благодаря свойству газов изменять свою температуру при сжатии и расширении такая низкая температура грунта превращается в нагретый теплоноситель, которого вполне хватает для отопления дома. После отдачи тепла в системе отопления, теплоноситель возвращается к первоначальному давлению и остывает ниже температуры грунта. Затем он снова отправляется в теплообменник, где нагревается от грунта. Вышеописанный процесс называют циклом Карно. На этом явлении и основан принцип работы геотермального отопления дома.

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.

Кроме того, существует вариант, когда теплообменник помещается в близлежащий водоём. Рассмотрим эти способы подробнее.

Вертикальный теплообменник

На глубине примерно 100 метров от поверхности Земли грунт имеет температуру около 10 градусов круглый год. Для использования этой тепловой энергии, проводится бурение скважин. Чтобы меньше навредить окружающему ландшафту, специалисты часто бурят скважины под разными углами из одной точки. В этих скважинах монтируется внешний контур геотермальной системы. Так обеспечивается эффективный отбор тепла из грунта. Этот способ довольно аккуратный и не сильно портит территорию рядом с домом. Но без специального оборудования его выполнить не получится, поскольку требуется бурение глубоких вертикальных скважин.

Такой способ реализации геотермального отопления будет востребован, когда дом построен, и территория вокруг него обустроена. Глубина скважин в разных случаях может быть от 70 до 200 метров. Конечная глубина зависит от параметров геотермальной установки и геологической ситуации в конкретном регионе. Специалисты называют срок эксплуатации таких установок в районе 100 лет, но в реальности замена отдельных узлов потребуется через 20─30 лет.

Если создаётся вертикальный теплообменник, который будет извлекать тепловую энергию в подземных вод, то делается две скважины. Первая скважина называется дебетовой. В ней с помощью насоса осуществляется забор воды. Это вода отдаёт тепло во внутреннем контуре, а затем сливается во вторую скважину, которая называется приёмной. Среди недостатков подобных систем с двумя скважинами стоит назвать недостаточную эффективность. Здесь большое количество электроэнергии уходит на обеспечение работы циркуляционного насоса. Однако такие геотермальные системы вполне подходят для работы тёплых полов в доме.

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.

Так, для отопления дома площадью 250 квадратных метров потребуется уложить теплообменник на площади 600 «квадратов». А это целый дачный участок площадью 6 соток. Занимаемая площадь является главным минусом этого варианта. Если перед домом у вас довольно много места в виде лужайки с травой, то такой вариант подойдёт. А если там растут деревья, стоят теплицы и тому подобное, то этот вариант геотермального отопления для вас не подходит.

В случае установки геотермального отопления с горизонтальным теплообменником проводится большой объем земляных работ. Запомните, что трубки теплообменника не должны располагаться к деревьям ближе, чем на полтора метра. Обычно этот вариант геотермальной установки используется в момент строительства. То есть, пока идёт строительство дома и на участке ещё ничего не благоустроено. Лучше всего, если расчёты по строительству дома, организации отопления и благоустройству участка будут проводиться одновременно.

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.

Явным плюсом такого варианта геотермального отопления является отсутствие земляных работ. Но не стоит думать, что подводное расположение теплообменника организовать очень просто. Вполне возможно, что потребуется разрешение контролирующих органов на проведение подобных работ. Однако этот вариант всё равно остаётся самым экономным из вышеперечисленных.

Особенности

Стоит сказать о нескольких особенностях геотермальных систем отопления дома.

Отличие, например, от газового или электрического котла заключается в том, что здесь не требуется нагрев теплоносителя до высоких температур. Работа в низкотемпературном режиме обеспечивает меньшие энергетические затраты. Как известно, в системе отопления для компенсации низкой температуры теплоносителя используется увеличение поверхности радиатора. Чтобы этого не делать, рекомендуется использовать тёплые полы. Подобный вид отопления дома будет в этом случае более рациональным, поскольку тепло будет поступать сразу в зону обитания, а не в пространство под потолок помещения.

Кроме того, в актив тёплых полов стоит записать минимум потерь тепла. Величина тепловых потерь в основном зависит от дельты температур. В случае с низким температурным режимом геотермального отопления эти потери минимальны. Вторым существенным преимуществом тёплого пола является то, что происходит непосредственный нагрев самих конструкций дома (в этом случае пола). В случае с радиаторами нагретый воздух лишь немного охватывает остекление окон и часть близлежащей стены.

Преимущества и недостатки

• Практически неисчерпаемый и стабильный источник энергии;
• Производители подобных систем называют такое отопление бесплатным для владельца. Но это не так, поскольку нельзя забывать о затратах на электричество. Тем не менее, это обходится дешевле традиционных систем отопления;
• Геотермальное отопление можно использовать практически в любом регионе, за исключением северных;
• Геотермальные отопительные установки не имеют вредных выбросов;
• Занимают немного места в доме (размером примерно с холодильник);
• Возможна настройка работы установок как на нагрев, так и на охлаждение;
• Если есть необходимость, то геотермальную установку можно интегрировать в систему отопления дома с газовым или электрическим котлом.

Минусы

• Длительный срок окупаемости;
• Большая сумма первоначальных вложений при покупке и монтаже системы геотермального отопления.

Расходы

Расходы на приобретение оборудования и его установку зависят в основном от мощности и фирмы-производителя. Что касается компании-производителя, то многие здесь руководствуются своими соображениями, а также рекомендациями знакомых. А вот мощность геотермальных установок выбирается в зависимости от площади отапливаемого помещения. В зависимости от мощности геотермальных установок для отопления дома можно обозначить следующий интервал цен:

• 4─5 кВт – от 3 до 7 тысяч $;
• 5─10 кВт – от 4 до 8 $;
• 10─15 кВт – от 5 до 10 $.

К указанным суммам следует добавить затраты на монтаж оборудования, которые составляют примерно 30 процентов от стоимости самой геотермальной установки. В результате получится совершенно неподъемная сумма для большинства населения в нашей стране. К тому же, срок окупаемости будет довольно большой. Утешаться придётся лишь тем, что теперь в расходах на отопление у вас небольшая сумма за электричество.

Для повышения эффективности геотермальных систем отопления их часто используют в качестве вспомогательных вместе с газовыми и электрическими котлами. А также существуют варианты, когда их строят в комплексе с несколькими теплообменниками. Специалисты говорят, что геотермальное отопление дома выгодно тогда, когда площадь отапливаемого помещения начинается от 150 квадратных метров. Тогда все затраты на покупку и монтаж оборудования окупятся через 8─10 лет.

Поиски альтернативных источников энергии привели к изобретению устройств, которые способны аккумулировать тепло, в большом количестве находящееся в окружающей среде человека. Солнечные лучи, гейзерные источники, грунт - все это в той или иной степени может удовлетворить потребности в нагреве теплоносителя для системы отопления и ГВС.

Хотя геотермальное отопление за счет тепла земли является относительно новым направлением, перспективы такого решения очевидны. Благодаря установке специального оборудования появляется возможность получения дешевого, практически бесконечного типа тепловой энергии.

Как получить тепло в дом из земли

Земля даже в зимний период времени не промерзает полностью. Этой особенностью пользуются монтажные бригады, прокладывающие трубопровод ниже точки замерзания. Удивительно, но температура этих слоев редко опускается ниже, чем +5 +7°C градусов.

Можно ли воспользоваться способностью земли аккумулировать тепло, извлечь его и использовать для нагрева теплоносителя? Конечно! Но чтобы сделать альтернативное отопление частного дома с помощью тепла земли возможным, потребуется решить следующие проблемы:

• Получение тепла - понадобится аккумулировать тепловую энергию и направить ее в аккумулирующий резервуар.
• Нагрев теплоносителя. Нагретый антифриз должен передать тепловую энергию жидкости, которая циркулирует в системе отопления и ГВС.
• Остывший антифриз необходимо отвести обратно к теплообменнику для дальнейшего нагрева.

Чтобы решить эти вопросы был разработан геотермальный насос с использованием тепла земли. Геотермальный тепловой насос позволяет извлечь количество тепла, которого более чем достаточно для производства большого количества тепла и использования в зависимости от конструкции и месторасположения дома в качестве основного или дополнительного отопительного оборудования.

Как работает геотермальное отопление дома, принцип работы

Подземное глубинное отопление из земли, это больше не фантастика. Такие установки можно спокойно купить в России. Причем геотермальные установки в состоянии работать как в условиях Севера, так и в южных широтах. Но какой принцип они используют в своей работе?

Еще в прошлом столетии был отмечен факт, что при испарении определенные типы жидкостей способны охлаждать поверхность. Именно это происходит когда протирают спиртом кожу перед уколом или поливают асфальтированную площадку, нагретую под солнцем. Этот принцип был взят в качестве основы для разработки холодильного оборудования.

Дальше возникла идея почему бы не пустить процесс охлаждения в обратную сторону и не получить вместо холодного горячий воздух. Большинство современных кондиционеров в состоянии не только охлаждать воздух в помещении, но и работать на его нагрев. Но недостатком таких устройств является то, что они ограничены температурой окружающей среды. Так, после того как отметка достигает -5 градусов, они прекращают работать.

Геотермальные насосы для отопления частных домов от земли полностью лишены такого недостатка, хотя используют принцип, во многом напоминающий работу кондиционера на нагрев помещения.

Как устроено геотермальное отопление

Как уже отмечалось, геотермальная система отопления из недр земли, во многом напоминает работу кондиционера в режиме нагрева. Что происходит в этот момент?

• В нижних слоях грунта, на дне реки или озера устанавливают водяные коллекторы, по которым циркулирует антифриз. Коллекторы поглощают тепло и высвобождают холод.
• Нагретый антифриз с помощью насоса поднимается наверх.
• В буферном баке происходит теплообмен. Нагретый антифриз отдает тепловую энергию теплоносителю или нагревает воду.
• Остывший антифриз поступает обратно к коллекторам.

Существуют установки, которые в состоянии самостоятельно отапливать большие помещения, другие используются исключительно, как вспомогательное оборудование способное обеспечить от 50-75% потребности помещения в тепле.

Геотермальное оборудование для использования тепла земли

Принцип работы глубинной системы отопления дома, за счет энергии земли, основан на применении особого оборудования. Оно выполняет следующие функции: аккумулирует тепло окружающей среды, передает его теплоносителю системы отопления. Для этого используют следующие узлы:

• Испаритель - находится глубоко под землей. Функция испарителя заключается в том, чтобы поглотить тепловую энергию, находящуюся в окружающем грунте.
• Конденсатор - доводит антифриз до необходимой температуры.
• Тепловой насос - циркулирует антифриз в системе. Осуществляет контроль над работой всей установки.
• Буферный бак - собирает нагретый антифриз в одном месте, для передачи энергии теплоносителю. Состоит из внутреннего бака, в нем находится вода из системы отопления и внутренний змеевик, по которому движется нагретый антифриз.

Хотя природное низкотемпературное геотермальное отопление дома теплом земли дает достаточно тепловой энергии, наиболее практичным вариантом отопления при таком решении является подключение его к системе «теплый пол».

Монтаж и установка геотермального отопления

Основная сложность относительно монтажа геотермального оборудования связана с установкой контура теплообменника в грунте-земле. Хотя в интернете можно найти большое количество советов как выполнить эти работы самостоятельно, практика показывает, что большинство советов невозможно применить без специального профильного образования, следовательно, все работы должны выполнять профессиональные монтажники, являющиеся представителями производителя.

После обращения к специалистам, геотермальные системы отопления частных домов за счет тепла земли устанавливаются в следующие несколько этапов:

1. Выезд инженера на дом . Во время первого визита берутся пробы грунта, определяются особенности местности и принимается решение о наиболее эффективном монтаже геотермальной системы. На эффективность установки может влиять также источник предполагаемого тепла. Более производительным считается монтаж теплообменников на дне водоема или у истоков термических источников.
2. Заключение договора и приобретение необходимого оборудования . Расценки могут существенно отличаться в зависимости от сложности проведения монтажных работ и других нюансов. Но в среднем, если выбран качественный немецкий производитель, стоимость установки будет приблизительно равняться его цене. Приобретение под ключ установки Vaillant для дома в 350 кв. м. обойдется приблизительно в 21 тыс. $
3. Монтажные работы . Отопление частного дома подземными геотермальными источниками тепла, а точнее, его эффективность во многом зависит от правильного проведения работ на этапе монтажа. После того как водяные теплообменники будут установлены в грунт, выполняется подключение к геотермальной установке и системе отопления дома.
4. Пуско-наладочные работы . Инженер запускает систему и выполняет точную регулировку устройства. После настройки подписывается Акт о сдаче работ.

Согласно действующему законодательству, предприятие устанавливающее оборудование, может предоставить дополнительные гарантийные обязательства при условии оплаты этих услуг. Такие гарантии обойдутся еще в дополнительную 1000 $.

Эффективно ли геотермальное отопление на Севере

Чтобы создать минимальные условия необходимые для работы геотермальной установки, достаточно соблюдения следующих условий:

• Температура слоя грунта, в котором расположены теплообменники, не должна опускаться ниже +5,+7°C градусов.
• На протяжении всей системы, по которой протекает антифриз, созданы условия, позволяющие избежать его замерзания.
• Геотермальный обогрев загородного дома выполнен после проведения всех необходимых расчетов и проектной документации.

Если учесть все описанные требования становится ясно, что такие установки могут быть эффективными, при соблюдении вышеперечисленных условий. Все же для северных регионов более целесообразно использовать такие установки для нагрева небольших площадей до 150-200 кв. м.

Гейзерное отопление частного дома

Производительность геотермального насоса во многом зависит от температуры грунта или воды, в которых находится теплообменник. В этом отношении жители Камчатки находятся в более выгодном положении. На полуострое Камчатка находится огромное количество термальных источников - гейзеров, которые не остывают даже в зимнее время года.

Перед монтажом оборудования обязательно проводится геологическая разведка. Если теплый источник находится на территории дома, имеет смысл расположить теплообменники на дне этого водоема. Геотермальная энергия в таком случае окупится значительно быстрее.

Как с помощью геотермального насоса отопить дом

Технология обогрева дома подземным теплом наиболее востребована на Западе. Это в первую очередь связано с менталитетом жителей западных стран. Они привыкли делать долгосрочные инвестиции, которые полностью окупаются только через несколько лет. Да и немного найдется людей, которые в состоянии заплатить за установку оборудования около 20 тыс. $ единовременно. Но количество желающих стать независимыми от остальных источников отопления постоянно растет.

Альтернативные способы геотермального отопления дома становятся более популярными, особенно если учесть постоянно растущую стоимость газа.

Тепловая энергия буквально лежит под ногами. Дело только за тем, чтобы нагнуться и «поднять» ее. В этом может помочь геотермальная установка. Монтаж насоса позволяет в зависимости от местности либо полностью компенсировать потребности в тепловой энергии, или удовлетворить их частично, существенно снизив нагрузку на основной источник отопления и систему ГВС частого дома.