Принцип действия, монтаж, плюсы и минусы геотермального отопления для дома. Отопление из земли: сложная и простая реализации Отопление за счет энергии земли

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

Преимущества геотермального отопления

Стоимость геотермального отопления дома

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

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

Стоимость работ под ключ состоит:

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

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

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

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

Основные составляющие систем геотермального отопления

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

Вся система состоит из трёх основных элементов. Ими выступают:

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

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

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

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

Подробнее о способе нагрева

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

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

Тепло из земли

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

Способы положения труб контуров нагрева в земле

Вертикальная укладка

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

Горизонтальная укладка

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

Схема работы всей конструкции

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

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

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

Развитие технологий позволяет использовать самовосстанавливающиеся источники энергии – ветра, воды земли. За последнее десятилетие производство установок, которые используют геотермальную энергию, возросло в несколько раз.

Например, в Швеции более 70% новостроек применяют систему отопления, которая использует энергию земли. Еще одним плюсом такой системы является то, что в летний период года она выполняет функцию пассивного кондиционера.

Принцип работы геотермальной системы отопления

Сердцем геотермальной системы отопления является тепловой насос. Используя цикл Карно, он превращает низкотемпературный теплоноситель геотермального контура в нагретый до 50°С теплоноситель системы отопления. При этом КПД при такой работе составляет 350-450%. Моторесурс теплового насоса до капитального ремонта составляет 100 тыс. моточасов.

Температура в 50°С является оптимальной для максимального КПД теплового насоса. Поэтому для обогрева дома целесообразно использовать теплый пол или воздушное отопление, поскольку системы радиаторного отопления плохо подходят для эксплуатации в геотермальных системах отопления.

В конечном счете, у нас выходит: на 1 использованный кВт электрической энергии мы получаем около 3,5 кВт тепла, что в связи с удорожанием теплоносителей, является существенным для экономии собственного бюджета.

Функциональные особенности системы

Геотермальная система частного дома состоит из трех контуров:

• Грунтовой коллектор – система специальных труб, с установленным рецеркуляционным насосом. Температура теплоносителя внешнего контура колеблется в пределах 3-7°С. Дельты в 4°С достаточно для системы отопления. Теплоносителем, в основном, выступает этиленгликоль или смесь этиленгликоля и воды.
• Контур теплового насоса «забирает» тепло от грунтового коллектора и передает системе отопления дома. В зависимости от площади дома и нужной тепловой мощности, он может вырабатывать до 3500 кВт тепла. Теплоносителем для насосов разных производителей служат: Thermia и Mammoth – этилен- или пропиленгликоль, для Heliotherm – газ Пурона,.
• Контур системы отопления, в котором нагретый до 45-50°С теплоноситель поступает в систему отопления.

Конструкции геотермальных систем отопления

При монтаже геотермальной системы, различия в основном касаются только внешнего грунтового коллектора. Существует четыре основные схемы размещения контура:

• Горизонтальная – грунтовой коллектор размещают ниже глубины промерзания грунта (от одного до полутора метров – для разных регионов страны). В качестве труб внешнего коллектора используется: металлопластик, медь в оболочке ПВХ. Теплоотдача земли составляет 10-25 Вт/м 2 и до 50 Вт/м 2 , для почвы с высоким уровнем грунтовых вод. Для получения 7-9 кВт тепловой энергии, площадь коллектора будет составлять 300-500 м 2 , в зависимости от условий монтажа. При подобной укладке коллектора не допускается рытье траншей возле деревьев ближе, чем на 1,5 м. Осуществлять благоустройство территории и ландшафтные работы необходимо по завершению монтажа системы.

• Вертикальное размещение – для монтажа бурят несколько скважин, в разные стороны и под разными углами. В скважины закладывают геотермальные зонды. В этом случае теплоотдача составляет около 50 Вт/мп. Таким образом, для получения тех же 7-9 кВт тепловой энергии, необходимо 150-200 метров скважин. При этом ландшафтный дизайн участка не пострадает, нужно совсем немного места для установки кессона и размещения в нем сборного коллектора.

• Водоразмещенный контур – внешний теплообменник монтируют в близлежащем водоеме на глубине 2-3 метра. Одним из основных требований к такому расположению теплообменника является близость дома к водоему до 100 м, а площадь поверхности водоема должна составлять не менее 200 м 2 .

• Воздушный теплообменник – внешний контур берет тепло из воздуха. Их эффективно устанавливать в южных регионах страны. Главным преимуществом такой схемы является отсутствие каких либо земляных работ, а недостатком такого размещения оборудования – падение КПД установки до 100% при температуре воздуха -15°С. И полностью не возможности работать при температуре -20°С.

Преимущества геотермальной системы отопления

Давайте рассмотрим главные преимущества такой системы отопления:

• высокий КПД – 350-400%;
• стабильные тепловые характеристики теплового насоса;
• небольшой объем установки;
• строк службы геозондов составляет до 100 лет, теплового насоса – до 30 лет;
• возможность обеспечить кондиционирование;
• независимость от энергоносителей;
• максимальная автономность.

Перспективы развития геотермальных систем

Отопительные системы геотермального типа имеют низкую популярность через свою стоимость. Так, для дома, примерно в 200 м 2 , геотермальная система отопления «под ключ» стоит около одного миллиона рублей, львиную долю – 30%, тепловой насос.

В странах Балтии и западной Европы, когда владелец дома устанавливает систему на самовосстанавливающихся источниках тепла, в таком случае государство компенсирует часть расходов по установке этой системы. В тоже время окупаемость геотермальной системы отопления – до 5 лет. Поскольку система полностью автоматизированная и не требует вмешательства человека, уровень комфорта гораздо выше, чем при отоплении другими видами топлива. Выбор за вами.

Не каждый знает, что для создания геотермального отопления дома не требуются специфические знания или навыки. Но по сравнению с альтернативными видами отопления геотермальное не столь популярно, и причина тому предельно проста – большие финансовые затраты, которые окупятся только лет через восемь. При таких условиях немногие хотят вкладывать деньги, причем совершенно напрасно.

Словом, присмотритесь к геотермальному отоплению внимательнее, тем более что стоимость электричества и газа постоянно растет и непонятно, каким из энергоносителей дешевле будет пользоваться через несколько лет.

Обратите внимание! Впервые такой способ отопления был использован в Америке во времена финансового кризиса восьмидесятых. Со временем новинка стала популярной и в Европе. В Швеции, к примеру, сегодня ¾ всего тепла синтезируется посредством тепловых насосов.

Даже из названия ясно, что суть такого типа отопления заключается в использовании энергии земли. По принципу действия она отдаленно напоминает кондиционеры или холодильники.

Главный элемент – это тепловой насос, подключенный к двум контурам.

1. Под внутренним контуром подразумевается привычная для нас отопительная система, она состоит из радиаторов и трубопровода.
2. Внешний – это весьма габаритный теплообменник, установленный под землей или в водоеме. В нем теплоноситель (а им может быть простая вода или антифриз), приняв температуру окружающей среды, подается в тепловой насос, откуда накопленное тепло поступает во внутренний контур. Так нагреваются отопительные приборы в доме.

Основным элементом системы является именно тепловой насос – устройство, которое занимает не больше места, чем газовая плита. Производительнос ть теплового насоса достаточно высокая: на каждый киловатт использованной энергии он вырабатывает до пяти киловатт тепловой.

Обратите внимание! Обычный кондиционер, принцип работы которого очень похожий, вырабатывает ровно столько энергии, сколько потребляет, то есть один к одному.

Безусловно, геотермальное отопление является на сегодня наиболее трудоемким и затратным. Большую часть денег придется потратить на земляные работы и соответствующую аппаратуру, в том числе на тепловой насос. И многие задумываются, можно ли сэкономить на этом и соорудить, скажем, самодельный тепловой насос. Чтобы выяснить это, нужно разобраться с видами и особенностями оборудования.

Плюсы и минусы системы

Вот основные достоинства такого способа отопления:

• использование неисчерпаемой энергии земли;
• высокий коэффициент производительнос ти;
• отсутствие риска возгорания;
• экономичность;
• простота ухода и эксплуатации;
• отсутствие необходимости в хранении топлива;
• автономность;
• экологичность и безопасность.

К недостаткам можно отнести разве что высокую стоимость монтажа, но, как уже говорилось, эти затраты непременно окупятся.

Обратите внимание! Геотермальное отопление наиболее выгодно в тандеме с «теплым полом», а также в домах, площадь которых не превышает 150 квадратных метров.

Одним из важнейших элементов является тепловой контур. При вертикальном расположении он может залегать на глубине от 20 м до 150 м, в зависимости от геологической циркуляции тепла. Горизонтальные контуры устанавливаются на глубине до 2,5 м и нагреваются за счет температурного колебания при солнечном нагреве или теплопотере.

Тепловые устройства с прямым теплообменом непосредственно контактируют с почвой. Теплоноситель покидает корпус устройства, перемещается по подземной медной магистрали, обмениваясь тепловой энергией, и возвращается обратно.

Прямым такой теплообмен называется оттого, что жидкость контактирует с землей без каких-либо «посредников». Конечно, она не взаимодействует с почвой напрямую, а лишь обменивается с ней теплом через стенки труб. Сегодня такие насосы используются редко, не нужно их путать с устройствами, в которых имеет место теплообмен посредством промежуточных контуров.

Как бы то ни было, эффективность прямого теплообмена достаточно высокая, а финансовые затраты на монтаж ниже, чем в большинстве закрытых систем. Не последнюю роль в этом играет и теплопроводность меди, а также отсутствие водяного электронасоса и обменника между теплоносителем и водой, который, как известно, является основным источником теплопотерь.

Также стоит отметить, что медный трубопровод стоит дорого, да и самого теплоносителя требуется больше, чем для систем другого типа.

2. Закрытые системы

Большая часть таких систем состоит из первичного контура, наполненного хладагентом, и вторичного, который заполняется водой и устанавливается под землей. Для изготовления вторичного контура используются в основном полипропиленовые трубы, а заполняют его водой с небольшим количеством антифриза.

Вода выходит из теплообменника, перемещается по наружному контуру, обмениваясь тепловой энергией с почвой, и возвращается. Характерно, что наружный контур находится ниже уровня промерзания грунта, где температура отличается стабильностью; еще его погружают в ближайший водоем.

Обратите внимание! Системы, погруженные в воду или расположенные во влажной почве, намного продуктивнее сухих контуров. Поэтому в сухой земле рядом с контуром желательно установить дренажный шланг, который бы увлажнял ее.

Закрытые системы менее эффективны, чем предыдущий вариант, поскольку нуждаются в трудоемких буровых работах и длинной системе труб. Также отметим, что закрытые контуры устанавливаются двумя способами – вертикально и горизонтально.

Вертикальный контур – это две трубы, уходящие под землю под прямым углом на глубину 20-120 м. Нижние их части соединяются между собой U-образным разъемом. Вырытые для труб шахты обычно заполняют специальным раствором, улучшающим теплообмен и защищающим подземные водоносные слои от загрязнения.

В случае горизонтального размещения системы трубы закапывают ниже уровня промерзания грунта. Естественно, они проходят горизонтально. Ввиду очевидных причин этот способ обходится дешевле вертикального размещения (читай: бурения), поэтому его используют везде, где есть достаточно места на участке.

Альтернативой двум предыдущим вариантам может являться прокладка контура посредством горизонтального бурения. Это дает возможность устанавливать трубы под садом, двором, дорогой и прочими объектами без разрушения последних.

В плане стоимости такая система находится где-то между горизонтальной и вертикальной установкой. Ее отличительной чертой является то, что петли можно соединять лишь с одной камерой, а это сокращает необходимую для монтажа площадь.

Обратите внимание! Контуры с использованием горизонтального бурения устанавливают уже после постройки здания.

Замкнутые контуры, которые погружаются в водоемы, представляют собой трубопровод, уложенный петлями. Их можно помещать в любое озеро или пруд, которые расположены в непосредственной близости от дома.

5. Открытые системы

В таких системах внешний контур заполняется природной водой. Затем она перемещается в теплообменник, расположенный в корпусе устройства, где тепло извлекается и передается в первичный контур. После этого вода возвращается обратно. Подачу и «обратку» нужно размещать вдалеке друг от друга для эффективной подпитки источника тепла.

Обратите внимание! Все элементы системы должны быть хорошо защищены от коррозии, т. к. химический состав циркулирующей воды контролировать невозможно. Именно поэтому желательно использовать закрытые контуры, если уровень содержания минералов и солей в воде повышен.

Несмотря на то, что эффективность открытых систем на порядок выше, чем закрытых, при установке могут возникнуть проблемы, преимущественно юридического характера. Может потребоваться разрешение на монтаж, т. к. эти системы загрязняют скважины и истощают водоносные слои.

6. Столбы жидкости

Контуры со столбами жидкости являются одной из разновидностей систем замкнутого типа. В данном случае вода поступает со дна глубокой скважины, проходит через насос и опускается обратно, производя теплообмен с окружающей почвой.

Зачастую столбы жидкости используют там, где свободная площадь ограничена. Нежелательно использовать эту систему на глинистом или песчаном грунте.

Также отметим, что конструкция может состоять сразу из нескольких столбов и используется преимущественно в небольших зданиях.

Видео — Геотермальное отопление

Этап первый. До того как приступить к изготовлению насоса, необходимо провести ряд мероприятий по улучшению энергоэффективно сти дома. Эти мероприятия заключаются в утеплении перекрытий и стен, замене негерметичных дверей и окон, термоизоляции крыши и потолка.

Этап второй. Затем нужно провести геологическую разведку, чтобы выяснить глубину промерзания почвы. После этого следует составить проект, основываясь на выбранной технологии.

Этап третий. Покупка всего необходимого – деталей отопительной системы, труб и компрессора для насоса.

О компрессоре – сердце любого геотермального насоса – следует рассказать отдельно. Изготовить его своими руками невозможно и остается всего вариант – покупка готового изделия.

Лучше купить устройство мощностью более 7 кВт, используемое в высокопроизводит ельных кондиционерах (такие компрессоры продаются в сервисных центрах, специализирующих ся на обслуживании бытовой техники).

Этап четвертый. Затем можно приступать к сборке внутреннего теплообменника. Напомним, он необходим для передачи накопленной тепловой энергии к сети отопления. Материалы для данного элемента, равно как и его объем, полностью зависят от конкретных климатических условий. Для циркуляции теплоносителя обычно используют медные трубки, в то время как емкость изготавливают из неподверженного коррозии материала. В идеале такой емкостью должен стать 150-литровый бак из нержавеющей стали.

Этап пятый. Заранее приготовленный медный змеевик нужно поместить в бак. Сделать это без повреждения последнего не получится – его нужно разрезать на две части, а после фиксации змеевика сварить в начальное состояние.

Этап шестой. Затем следует пробурить шахты или траншеи, установить туда трубопровод. По окончании работы необходимо провести пробный запуск системы.

Обратите внимание! Ввиду высокой степени сложности работ проектировку и установку такого отопления лучше доверить опытным специалистам. То же можно сказать и об изготовлении теплового насоса.

Чтобы детальнее ознакомиться с тепловыми насосами, можете посмотреть приведенный ниже видеоматериал.

Видео – Геотермальные насосы

Многие владельцы частных домов все еще считают, что геотермальное отопление – это термин чуть ли не из области научной фантастики, и актуален он только для тех регионов, где бурлят горячие источники и имеется высокая вулканическая активность. А поскольку такие природные явления – редкость, то перспективы использования данной альтернативной энергии в наших условиях выглядят для многих туманно. На самом деле геотермальный насос с успехом генерирует тепло и при невысоких температурах, так что даже в умеренном климате применять его можно довольно эффективно. А вот под силу ли смонтировать геотермальное отопление дома своими руками? С этим попробуем разобраться.

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.

Горизонтальный теплообменник

Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.

Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром - большая площадь, занимаемая коллектором

Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.

К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.

Вертикальный теплообменник

Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.

Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.

Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства

Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.

Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».

О достоинствах и недостатках системы

Впервые к геотермальному отоплению пристально присмотрелись в США, во время кризиса в 80-х. Достаточно дорогие установки прописались в домах самых богатых и продвинутых, но постепенно они становились все доступнее и популярнее. Европа взяла новинку на заметку и стала активно внедрять на своих просторах. Сейчас этот вид отопления уже совсем не диковинка, в Швеции, например, около 70% всего тепла синтезируется при помощи тепловых насосов.

Производители чудо-оборудования и зеленые в один голос твердят о преимуществах этого вида отопления перед всеми остальными, главные плюсы, на которые делается акцент, такие:

• для отопления используется тепловая энергия земли, которая является возобновляемой и неисчерпаемой;
• не существует риска возгорания;
• отпадает потребность в доставке и хранении топливных материалов;
• при работе оборудования не образуются какие-либо вредные выбросы, система абсолютно безопасна и экологична;
• система работает автономно, не нуждается в постоянном контроле и вмешательстве;
• она экономична, практически не требует от владельца затрат на обслуживание;
• при всем разнообразии моделей, коэффициент производительности оборудования остается неизменно высоким.

Геотермальная система отопления хорошо проявила себя в сочетании с «теплыми полами». Подобный дуэт обеспечивает равномерное распределение температуры и препятствует образованию зон перегрева.

Важно! Наиболее выгоден этот вид отопления для домов, площадью до 150 м², владельцы таких небольших коттеджей уверяют, что затраты окупаются за каких-нибудь 3-4 года.

Отметим, что на постсоветском пространстве эти системы пока еще не стали популярными. Во многом это объясняется достаточно весомыми капиталовложениями, которые потребуется сделать в самом начале, и довольно длительным сроком окупаемости. Убедить наших сограждан, что это, в конце концов, все равно экономически выгодно, достаточно сложно. Хотя, если учесть ежегодное подорожание привычных теплоносителей и то, что система рассчитана в среднем на 100 лет эффективной работы, то выбор покажется вполне оправданным.

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?

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 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.

Геотермальный насос

Каким же образом можно использовать тепло земли для отопления?

Готовые решения существуют уже пару десятилетий. Это геотермальные . 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.

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.

Воздушный коллектор

К счастью, помимо 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.

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.

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!