Как сделать отопление из земли в частном доме

Как сделать геотермальное отопление дома своими руками

Прогрессивный способ геотермального отопления дома использует принцип работы, заключающийся в применении тепла земли для обогрева помещения. Так как традиционное топливо относится к исчерпаемым природным ресурсам, то стоит побеспокоиться заранее о переходе на новейшие неисчерпаемые источники энергии.

Лидерами в производстве и эксплуатации систем геотермального обогрева домов являются страны Скандинавии. Они популяризируют это вариант установок и предлагают его в регионы, имеющие широкий потенциал его использования.

Особенности геотермального отопления

Геотермальное отопление относится к альтернативным видам подачи тепла в доме. Такой вариант тепловой установки можно назвать практически идеальным для обустройства частного дома или загородной дачи. Для работы в системе используется геотермальная энергия, которая добывается из различных природных источников тепла. Основной принцип работы в такой установке схож с работой ходильной системы. Главное отличие при этом следующее: если в холодильнике рефрижератор продуцирует из полученной системы охлаждение для воздуха, то здесь вырабатывается тепловая энергия. Слаженная работа возможна даже при низких температурных характеристиках.

Главная особенность геотермального отопления в доме заключается в том, что в теплую летную пору воздух в доме охлаждается, а вот зимой нагревается. При этом затраты на такое отопление очень низкие в сравнении с другими тепловыми установками. В чем-то работа такой системы схожа с кондиционированием воздушных потоков. Она помогает создать в доме нужные тепло и уют, обеспечивая хозяевам комфортные условия проживания в доме.

Технология геообмена для получения энергии

Земляной тепловой насос в научных кругах больше известен под другими названиями, в частности:

• геообмен (Geoexchange),
• грунтовой теплообменник,
• земная энергетическая система.

Инженеры, однако, чаще пользуются термином «земляные тепловые насосы», дабы избежать путаницы с традиционной геотермальной энергией, где используется высокотемпературный источник тепла для выработки электроэнергии.

Земляные тепловые насосы действуют по принципу сбора тепла, получаемого от Солнца и поглощаемого поверхностью Земли. Температура грунта ниже 6 метров от границы поверхности равна среднегодовой температуре воздуха для конкретной широты земного шара.

ТЕПЛОВОЙ

Структурная схема установки: 1 – природный земляной теплообменник на трубном петлевом замкнутом контуре; 2 (3) – тепловой насос; 4 – ресивер с горячей водой; 5 – тепло, направляемое в радиаторы или в систему тёплого пола; 6 – использование водного ресурса для хозяйственных нужд

В зависимости от параметра широты, температура под верхним слоем Земли поддерживается на постоянном уровне в диапазоне 10-16°C. Подобно холодильнику или кондиционеру, систему допустимо использовать в качестве теплового насоса для принудительной передачи тепла от грунта.

Тепловые насосы способны передавать энергию от холодной к тёплой области в противовес естественному направлению потока. Либо эти же устройства способны усиливать естественный поток тепла, направленный от теплой среды к холодной.

Что собой представляет тепловой насос?

Обогрев дома теплом грунта осуществляется с помощью специального теплового насоса, подсоединенного к предварительно установленному трубопроводу. Тепловой насос представляет собой компактную отопительную установку, напоминающую по принципу действия и внешнему виду холодильную камеру. У них обоих есть конденсатор, компрессор, испаритель и дросселирующий прибор. Но если цель холодильника — отвод тепла наружу, вследствие чего в нем скапливается холод, то насос использует температуру грунта на глубине, компрессирует тепло и подает его в систему отопления и горячего водоснабжения помещения.

Схема отопления и горячего водоснабжения одноквартирного жилого дома.

В зимнее время агрегат берет тепло из земли и переносит его в жилье, а летом он способен охлаждать дом, забирая из него тепло и перенося его в почву. Установка очень экономно расходует электричество. Используя лишь 1 кВт электроэнергии, она продуцирует до 6 кВт энергии тепловой.

Прежде чем переходить к активным действиям по монтажу обогревательной системы, обратитесь к квалифицированному специалисту, который проконсультирует вас по поводу размещения установки в земле и доме, а также поможет вам подобрать вид системы, подходящий именно вашему участку. Он составит план обогрева, в котором будут учтены такие факторы, как общее соотношение между площадями дома и земельного участка, наличие и состояние вентиляции, объем жилых помещений, утепление стен и прочее.

Принцип работы

Тепловая энергия забирается у земли специальными тепловыми насосами. В землю опущены трубы, по которым циркулирует жидкость, которая нагревается и доставляет тепло в дом. При сжатии и расширении температура газа изменяется, такой температуры хватает для отопления дома.

Справка! Процесс называют циклом Карно. Открытие произошло в 1824 году французским учёным-физиком Сади Карно. По этой же схеме работают холодильники, а также тепловая машина, изобретённая самим Карно.

Аппарат состоит из трёх контуров и насоса, поддерживающего обмен между процессами внутри системы, число которых равно трём.

Внутренний контур

Этот контур заполнен водой или специализированной жидкостью, названной теплоносителем. Состоит из труб и радиатора.

Предназначение внутреннего контура — нагрев теплоносителя, который циркулирует по системе и нагревает весь дом. Стоит добавить, что внутренний контур не даёт промёрзнуть земле вокруг агрегата.

Внешний

Внутри контура находится незамерзающая жидкость, сам контур находится глубоко под землёй, ниже глубины промерзания. Предназначен для забора тепловой энергии у земли. Впоследствии тепловая энергия передаётся контуру фреона.

Контур фреона

Основной контур внутри которого происходит кипение фреона. Следовательно, выделяется большое количество газа, на котором основан принцип работы системы.

Важно! Температура кипения фреона очень низка

Порядок сборки и установки оборудования

Для работы оборудования вам понадобятся насосы. Принцип действия насосов следующий: он монтируется своими руками на поверхности, а в заранее подготовленную шахту опускаются теплообменники.

Через насос постоянно проходит грунтовая вода, она нагревается, а тепло, которая она дает, затем можно использовать для любых своих нужд.

На видео ниже представлен материал о принципе работы геотермальных насосов.

Видео:

Ввиду его экономичности, это оборудование идеально подходит для частного дома: оно дает тепло на 4-6 киловатт, в то время как насос на свою на работу расходует всего один.

Следовательно, использование этой системы не просто возвращает затраченную на работу насосов энергию, но и со временем полностью окупает себя.

Именно поэтому геотермальное отопление загородного дома является таким набирающим популярность вариантом.

Соорудить отопительное оборудование своими руками для своего частного дома вряд ли возможно, но это не повод отказываться от установки столь выгодной системы.

Чтобы поставить оборудование, нужно пробурить шахту. Размер ее зависит от площади вашего участка, земной коры в месте, где вы проживаете, климата и типа грунта.

Глубина шахты обычно не превышает 100 метров, но должна быть как минимум 25.

После того, как шахта готова, вниз опускаются специальные теплопоглощающие трубки.

Их смысл – поставлять жидкость непосредственно в сам насос. Этот насос ее сжимает, нагревает и отправляет дальше – в вашу отопительную систему.

Как видите, это вполне простой и понятный принцип работы.

Теплообменник может быть горизонтальным или вертикальным.

При горизонтальном контуре трубы укладываются ниже уровня промерзания почвы, что гарантирует подачу тепла даже в очень холодный период года.

Вертикальный теплообменник удобнее, но стоит дороже, т.к. для его установки требуется профессиональное бурильное оборудование.

Видео:

К тому же, он будет и более долговечным – срок эксплуатации может доходить до 100 лет. Установка вертикального теплообменника, в отличие от горизонтального, не требует никаких изменений ландшафта.

Следует помнить, что хотя установка любого геотермального отопительного оборудования недешева и практически невозможна своими руками, она гарантированно окупится уже через пару лет.

Как использовать бесплатное тепло земли и воды? Геотермальное отопление дома: принцип работы

ИБП — источник бесперебойного питания. Это аппарат, поддерживающий питание электроприборов при отключении электроэнергии.

Их часто используются совместно с компьютером или серверами, когда нужно поддерживать работу 24 часа в сутки. ИБП, работающие на геотермальной основе, не дают дому с электрическим котлом остыть.

ontakte

Odnoklassniki

Геотермальное отопление — вид отопительной системы, в которой энергия берётся из земли.

Такую систему можносоорудить собственноручно, по этой причине они популярны в Европе, а также средней полосе России. Но некоторые считают, что это мода, которая в скором времени пройдёт.

Такой аппаратурой трудно нагреть большие помещения, потому что температура почвы в местах, где расположены теплообменники, как правило, составляет 6—8 °C.

Но, особо дорогая аппаратура, предназначенная для производственных масштабов, способна вырабатывать большое количество энергии. Только приборы такого типа имеют огромную стоимость.

Принцип работы

Тепловая энергия забирается у земли специальными тепловыми насосами. В землю опущены трубы, по которым циркулирует жидкость, которая нагревается и доставляет тепло в дом. При сжатии и расширении температура газа изменяется, такой температуры хватает для отопления дома.

Справка! Процесс называют циклом Карно. Открытие произошло в 1824 году французским учёным-физиком Сади Карно. По этой же схеме работают холодильники, а также тепловая машина, изобретённая самим Карно.

Аппарат состоит из трёх контуров и насоса, поддерживающего обмен между процессами внутри системы, число которых равно трём.

Внутренний контур

Этот контур заполнен водой или специализированной жидкостью, названной теплоносителем. Состоит из труб и радиатора.

Предназначение внутреннего контура — нагрев теплоносителя, который циркулирует по системе и нагревает весь дом. Стоит добавить, что внутренний контур не даёт промёрзнуть земле вокруг агрегата.

Внешний

Внутри контура находится незамерзающая жидкость, сам контур находится глубоко под землёй, ниже глубины промерзания. Предназначен для забора тепловой энергии у земли. Впоследствии тепловая энергия передаётся контуру фреона.

Контур фреона

Основной контур внутри которого происходит кипение фреона. Следовательно, выделяется большое количество газа, на котором основан принцип работы системы.

Важно! Температура кипения фреона очень низка.

Как работают разные виды геотермальных систем

Существует три вида теплообменников, у каждого из них свои плюсы. Выбор зависит от типа местности, размеров участка, где будет расположено оборудование, площади отапливаемого помещения, наличия водоёма, других факторов.

Каждая из систем не дешева, но отличается экономичностью в плане потребления, а от потребления зависит мощность агрегата. Основное различие в типе теплообменника.

Вертикальный теплообменник

Главный плюс — экономия места. Идеально подходит для маленьких участков. Например, такое оборудование можно держать не под домом, а под холмом, не нарушая ландшафт, но для этого придётся использовать мощное бурильное оборудование, для большего углубления.

Средняя глубина 150 метров, а диаметр 15 см.

Горизонтальный теплообменник

Над такой системой не получится разбить огород. Она идеально подходит для отопления больших помещений от 300 м2. Под землёй находится не просто скважина, а целая система труб в специальных туннелях.

Соотношение площади оборудования к площади обогреваемого участка 1 к 3. Это очень большие размеры.

Размещённый в воде

Такая система, из всех предложенных, самая экономичная. Но существует один критерий, без которого работа невозможна: наличие водоёма поблизости. Водоём обязательно должен находится на расстоянии до 100 метров от отапливаемого участка.

В данном случае тепловая энергия берётся не из земли, а из воды.

Совет. Площадь водоёма должна быть более 200 м2.

В видео рассказывается о том, как работают тепловые насосы для геотермального отопления.

Проведя подробный анализ, удалось выделить положительные и отрицательные стороны таких систем.

Плюсы:

• Экономия: используется бесплатная энергия земли.

• Масштабность: земля настолько большая, что собирать энергию можно бесконечно, тем более она генерируется постоянно.
• Экология: решение экологических вопросов, связанных с добычей нефти, газа, угля.
• Автономность работы. Такая энергия безгранична, поэтому автономная работа по высасыванию тепла не прекращается.
• Возможность самостоятельной сборки. Благодаря этому системы и получили популярность.

Минусы:

• Если рассчитывать на долгосрочное использование, то придётся покупать довольно дорогую систему. Цена варьируется в пределах 3—10 тыс. долларов.

Оцени статью:

Будь первым!

Средняя оценка: 0 из 5. Оценили: 0 читателей.

Поделись с друзьями!

ontakte

Odnoklassniki

Особенности монтажа системы

Существует несколько способов установки внешних магистралей. Основное различие между ними состоит в условиях монтажа:

• Горизонтальный контур. Труба с незамерзающей жидкостью прокладывается во внутрь котлована или траншеи. Для дома в 100 кв. м потребуется проложить контур на площади свыше 400 кв. м. Исполнение данного способа намного проще и экономичнее. Но всю поверхность земли, занятую под трубопровод, нельзя использовать для сада или огорода, так как корни могут нарушить уровень тепла или же они будут промерзать от коллектора.
• Вертикальный контур. Предполагает бурение на большую глубину скважин, в которых размещается трубопровод. Стоимость данного варианта намного больше предыдущего, так как цена на бурение скважин весьма значительна. Но данный способ позволяет обустроить отопление от земли в условиях, когда возле дома нет свободного пространства. Также рекомендуется данный метод для регионов, отличающихся большой глубиной промерзания (свыше 1-1,5 м).

Внешний контур чаще монтируют из сшитого полиэтилена, который обладает высокой прочностью и надежностью, а главное не имеет стыков-соединений, на которых возможен разрыв.

Геотермальные насосы, использующие тепло земли для отопления дома

Отопление за счет энергии земли происходит благодаря специальному устройству – геотермальному насосу.

Принцип его работы аналогичен холодильнику:

• газообразный хладагент сжимается компрессором, и при этом сильно нагревается;
• хладагент проходит через теплообменник, отдавая избыток тепла и остывая до комнатной температуры;
• после охлаждения это вещество поступает в охлаждающий контур морозильной камеры, где оно потом расширяется. В результате изменения агрегатного состояния с жидкого до газообразного, хладагент резко остывает и охлаждает все вокруг себя;
• затем он вновь поступает к компрессору, и цикл повторяется снова.

Аналогично происходит и отопление дома энергией земли. Например, холодильник отбирает тепло у холодного объекта и передает его теплому предмету, таким образом, тепло переносится от морозилки с минусовой температурой в помещение. Количество перекачиваемой энергии в несколько раз больше потребляемого компрессором электричества.

Отопление от тепла земли отличается высокой эффективностью – тепловая мощность в три раза превышает количество потребляемого электричества. Если сравнивать тепловой насос с холодильником, то в данном случае грунт, имеющий постоянную температуру, заменяет морозильную камеру.

При создании системы отопления нужно установить не только радиаторы для отдачи тепла, но и теплообменник на второй стороне контура, который станет забирать у грунта тепло.

Коллекторы бывают двух видов:

• вертикальные;
• горизонтальные.

Принцип работы геотермальных систем

Принцип действия теплового насоса

Отопление за счет тепла земли — это уже давно не миф, а распространенная практика.

Геотермальные системы отопления могут работать по принципу физической передачи тепловой энергии от окружающей среды к хладагенту.

Подобный процесс наблюдается и в работе обычного холодильника.

Больше чем 75% всего объема тепла, которое может выделяться при работе системы, исполняющей отопление дома теплом земли, являет собой энергия окружающей среды.

В дальнейшем она накапливается, и далее поступает в жилые комнаты и другие помещения коттеджа или загородного дома.

Эксперты обращают внимание на то, что именно такой вид энергии имеет удивительную способность к самовосстановлению, поэтому геотермальная система отопления не наносит абсолютно никакого вреда или ущерба энергетическому или же экологическому балансу окружающей среды и нашей планете.

Система отопления имеет одно важное достоинство — она является абсолютно безопасной для использования.

Оборудование, которое не займет много пространства.

Отопление частного дома теплом земли стало активно внедряться совсем недавно. Основной причиной возникновения таких систем отопления для частных домов специалисты называют энергетические кризисы, которые нередко появлялись в 70-х годах 20-го столетия.

Поначалу, отопление энергией земли считалось роскошью, поэтому только самые богатые и элитные семьи могли позволить себе абсолютно инновационную систему отопления дома.

Далее, в связи с активным развитием науки, техники и появлением совершенно новых технологий, геотермальные системы обогрева приобретали все большее распространение, а стоимость их монтажа и обслуживания — снижалась.

Тепловой насос занимает достаточно мало места в Вашем доме

Сегодня небольшая семья даже со средним достатком может позволить себе установить систему для обогрева дома без серьезного нарушения своего семейного бюджета. Современное геотермальное оборудование качественно улучшено и модернизировано.

Усовершенствование систем происходит и по сей день, так как создание новых агрегатов приводит к уменьшению расхода энергии и большей экономии.

На качественно новом уровне осуществляется функционирование подобных отопительных систем, ведь новое и необычное топливо, такое как энергия земли, используется для кондиционирования, и обогрева частного дома.

Отопление частного дома теплом земли пользуется популярностью во всех уголках планеты.

Ведь именно такая энергия может создавать уютные, комфортабельные и оптимальные условия для жизни каждого человека, не загрязняет окружающую среду вредными и негативными веществами, как это происходит во время сгорания торфа, угля или газа.

Геотермальное отопление может легко работать и обходиться без любых процессов сгорания, поэтому владельцам не стоит беспокоиться о таком вопросе, как возгорание и взрыв системы, она полностью безопасная в эксплуатации.

Устройство геотермальной отопительной системы

Геотермия (наука о тепловом состоянии Земли) сделала возможным практическое применение тепловой энергии, которую земная кора получает от раскаленной магмы в центре планеты.

Специально разработанный тепловой насос для отопления дома устанавливается на поверхности, а в грунте или на дне водоема монтируется теплообменник. Тепловая энергия «выкачивается» на поверхность и позволяет нагреть теплоноситель в контуре отопления дома или объекта нежилого назначения.

Как происходит процесс обогрева

Геотермальное отопление частного дома — экономически эффективный вариант. Если использовать энергию земли для отопления дома, то на каждый киловатт электроэнергии, необходимой для работы оборудования, приходится от 4 до 6 кВт полезной тепловой энергии, полученной из недр планеты.

В сравнении с функционированием кондиционера увидим, что при его эксплуатации на получение 1 кВт тепловой энергии требуется затратить более 1кВт электроэнергии. Это связано с неизбежными потерями на преобразование одной энергии в другую и т.д.

Отапливать жилой дом за счёт тепловой энергии земных недр очень выгодно, но период окупаемости оборудования и затрат на монтаж займет определенное время.

Использование тепла земли для отопления дома не требует установки традиционного котла для нагрева теплоносителя.

В данном случае система состоит из трех составляющих

• контур нагревания — геотермальный источник тепловой энергии;
• отопительный контур внутри дома — низкотемпературный радиаторный либо напольный;
• насосная станция — тепловой насос для перекачивания в отопительный контур тепловой энергии из контура нагревания в толще грунта или под водой.

Геотермальная система отопления может применяться также для обогрева теплиц, вспомогательных построек, воды в бассейне, садовых дорожек и т.д.

Как сделать тепловой насос «грунт-вода» своими руками

Цены на готовое оборудование таковы, что для большинства пользователей приобретение попросту недоступно. Пойти на такие расходы может только очень обеспеченный человек, но решением вопроса вполне может стать самостоятельное изготовление теплонасоса. В этом случае расходы упадут почти до нуля, но придется изрядно повозиться и побегать по инстанциям, чтобы получить разрешение на производство земляных работ. Если все вопросы административного порядка не являются проблемой, можно приступать к работам.

Бурение скважины

Создание коллектора или бурение скважины являются операциями, которые крайне сложно выполнить своими руками. Для этих работ приглашают специалистов с необходимой техникой. Все действия выполняются согласно заранее рассчитанным параметрам, в готовую скважину или коллектор погружается трубопровод, производятся все остальные действия. В результате должны остаться лишь два конца трубы, выходящие из земли или скважины. Впоследствии они будут присоединены к испарителю теплового насоса. После этого приступают к созданию контура с хладагентом.

Расчеты и сделать рабочие чертежи

Прежде всего, необходимо произвести расчеты и сделать рабочие чертежи. Предстоит большой объем работ, выполнять их наугад нецелесообразно. Создание проекта поможет тщательно продумать все рабочие моменты, позволит вовремя обнаружить ошибки и просчеты.

Купить оборудование

Вторым шагом станет приобретение всех элементов системы, которые изготовить самостоятельно нельзя. К ним можно отнести компрессор, блоки управления, насосы и прочие узлы системы.

Сборка теплонасоса

После этого приступают к непосредственному созданию теплонасоса. Для изготовления конденсатора потребуется бак из нержавейки объемом около 120 л. Бак разрезается в продольном направлении, впоследствии половинки надо будет сварить между собой, поэтому резать надо максимально аккуратно. Внутрь этого бака надо установить змеевик из медной трубки таким образом, чтобы жидкость, проходящая по ней, не могла смешиваться с содержимым бака.

Для изготовления змеевика трубку наматывают на отрезок трубы или иной предмет круглого сечения с подходящим диаметром. В верхней и нижней частях бака делаются по 2 отверстия для входа и выхода змеевика и теплоносителя из системы отопления дома.

Испаритель делается подобным образом, только объем бака надо брать меньше — около 80 л. Иногда вместо металлического бака используют пластиковые емкости, чтобы снизить образование конденсата на стенках.

Подключение компрессора

Для установки и подключения компрессора рекомендуется обратиться к специалисту по холодильным установкам. При создании фреонового контура надо учитывать разные мелочи и нюансы, которые известны только опытным мастерам. Самостоятельное выполнение пайки контура грозит появлением неточностей и ошибок, которые впоследствии обязательно дадут о себе знать. Кроме того, понадобится закачать в систему фреон, что также следует поручить опытному специалисту.

Система трубопроводов

Собранный контур присоединяется к системе трубопроводов со стороны испарителя и к системе отопления дома со стороны конденсатора. Эти работы довольно просты и доступны для самостоятельного выполнения. Подключается блок управления системой, после чего собранный тепловой насос запускается, проверяется на работоспособность, при необходимости производится исправление ошибок и устранение всех обнаруженных изъянов. Если никаких нареканий не имеется, то эксплуатация оборудования продолжается в рабочем режиме.

Достоинства обогрева дома теплом из земли

Тепловая энергия, получаемая за счет земли – это альтернативная система отопления, в которой установлен котел, однако она обладает массой преимуществ относительно других систем. Есть возможность получить намного больше тепла, и снизить расходы электричества, которых обычные котлы требуют очень много. Система совершенно безопасная, как с экологической точки зрения, так и со стороны эксплуатации. Категорически исключены вредные выбросы или также моменты, как возгорание и тому подобные.

Для функционирования системы не потребуется использование топлива или химических средств, так как работает геотермальное отопление только на природном ресурсе. Категорически исключены взрывы или возгорания. Если провести правильный монтаж системы, то она прослужит на протяжении 30 лет и при этом не потребуется дополнительное обслуживание.

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.

Распространенность геотермальных систем

Геотермальные системы отопления получают все большее распространение, ведь земные недра – бесконечный и бесплатный источник тепловой энергии. Созданы целые научные учреждения, которые занимаются ими. Специалисты, которые занимаются их монтажом, вносят свои усовершенствования в процесс установки и расчета их параметров.

И, может быть, скоро будут каким-то образом компенсированы недостатки и слабые стороны инновационного способа обогреть свой дом. Уже сейчас, если грамотно рассчитать все параметры геотермальной системы и правильно ее смонтировать, то она окупится примерно за пять лет, а служить при этом может в двадцать раз дольше.

В США и некоторых странах Европы и Прибалтики, на правительственном уровне решаются проблемы перехода на не зависящее от условий рынка, экологически безопасное, не расходующее ценных ресурсов и практически неисчерпаемое тепло земных недр.

Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками

Мы знаем, что геотермия – это тепло Земли, а понятие «геотермальный» зачастую ассоциируется у нас с вулканами и гейзерами. В России геотермальная энергетика используется преимущественно в промышленных масштабах, например, существуют дальневосточные электростанции, работающие на основе тепла нашей планеты.

Многие уверены, что сделать геотермальное отопление дома своими руками – это что-то из области фантастики. Не так ли? Но это совершенно не так! С развитием современных технологий бытовое использование “зеленой энергии” стало вполне реально.

Мы расскажем о принципах работы альтернативного отопления, его преимуществах и недостатках, сравним с традиционными системами обогрева. Также вы узнаете о способах расположения теплообменника и о том, как смонтировать геотермальное отопление своими руками.

Несколько исторических фактов

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в альтернативных источниках энергии. Именно в тут пору и стали создаваться первые геотермальные отопительные системы.

Сегодня они получили широкое распространение в Соединенных Штатах, в Канаде и в западноевропейских государствах.

Например, в Швеции активно используют воду Балтийского моря, температура которой составляет +4°С. В Германии внедрение геотермальных отопительных систем даже спонсируется на государственном уровне.

В России действуют Паужетская, Верхне-Мутновская, Океанская и другие геотермальные электростанции. Но фактов использования энергии Земли в нашем частном секторе очень мало.

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.

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.

Как устроено?

Принцип работы геотермального отопления подразумевает использование тепловых насосов. Они действуют по классическому циклу Карно, беря глубоко внизу холодный теплоноситель и получая взамен нагретый до 50 градусов поток жидкости внутри отопительной системы. Аппаратура работает с коэффициентом полезного действия от 350 до 450% (это не противоречит фундаментальным физическим законам, почему – будет сказано позже). Стандартный тепловой насос обогревает дом или иное здание за счет тепла земли на протяжении 100 тысяч часов (именно таков средний промежуток между профилактическими капитальными ремонтами).

Нагрев до 50 градусов выбран неслучайно. Именно такой показатель по результатам специальных расчетов и при изучении практически реализованных систем был признан наиболее эффективным. Поэтому земляное отопление, использующее поток энергии из недр, в основном дополняется не радиаторами, а теплым полом или воздушным контуром. В среднем, на 1000 Вт энергии, приводящей в работу насос, удается поднять наверх примерно 3500 Вт тепловой энергии. На фоне безудержного роста стоимости теплоносителя в магистральной сети и иных способов отопления это очень приятный показатель.

Геотермическое отопление образовано тремя контурами:

• грунтовым коллектором;
• тепловым насосом;
• собственно, греющим комплексом дома.

Причина проста – та вода, которая встречается в достаточно разогретом слое почвы, быстро разъедает оборудование. И даже такую жидкость можно найти далеко не в любом произвольно взятом месте. Выбор конкретного теплоносителя определяется конструктивными решениями инженеров. Насос подбирается в зависимости от устройства остальных частей системы. Поскольку глубина скважины (уровень заложения оборудования) определяется природными условиями, решающие отличия между типами геотермальных систем связаны с устройством коллектора в грунте.

Горизонтальная структура подразумевает расположение коллектора под линией промерзания почвы. В зависимости от конкретной местности это означает углубление на 150-200 см. Такие коллекторы могут оснащаться различными трубами, как медными (с внешним слоем из ПВХ), так и сделанными из металлопластика. Чтобы получить от 7 до 9 кВт тепла, придется уложить не менее 300 кв. м коллектора. Такая методика не позволяет приближаться к деревьям более чем на 150 см, а по окончании монтажа придется благоустраивать территорию.

Вертикально выставленный коллектор подразумевает бурение нескольких скважин, причем обязательно устремленных в разные стороны, и каждую ведут под своим углом. Внутри скважин располагаются геотермальные зонды, тепловая отдача от 1 пог. м достигает примерно 50 Вт. Нетрудно подсчитать, что для идентичного количества тепла (7-9 кВт) придется поставить 150-200 м скважин. Преимущество в этом случае не только в экономии, но и в том, что ландшафтная структура территории не изменяется. Надо будет только выделить небольшой участок для монтажа кессонного блока и для выставления концентрирующего коллектора.

Нагреваемый от воды контур практичен, если можно вывести наружный узел обмена теплом в озеро или пруд на глубину от 200 до 300 см. Но обязательным условием будет расположение водоема в радиусе 0,1 км от отапливаемого строения и площадь водного зеркала минимум 200 кв. м. Существуют также воздушные теплообменники, когда получение тепла внешним контуром происходит из атмосферы. Подобное решение отлично проявляет себя в южных областях страны и не требует никаких земляных работ. Слабости системы – низкий КПД при морозе в 15 градусов и полная остановка, если температура понизится до 20 градусов.

Как повысить энергоэффективность системы?

Готовые заводские комплексы хороши тем, что все их конструкционные части и компоненты сбалансированы и подстроены друг под друга по характеристикам. Преимущество самостоятельной организации системы на отдельных агрегатах заключается в том, что каждый контур и рабочий узел можно модернизировать независимо от общей инфраструктуры.

Так, многие отказываются от стандартного теплоаккумулятора, заменяя его функцию бетонной стяжкой. В этом случае геотермальное отопление будет работать с минимальными перепадами температур в контуре смесительного бака. Также рекомендуется экспериментировать с хладагентом и применением компрессоров с «плавающей» производительностью.

Организация геотермального отопления

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

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

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

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

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

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

Перед каждым владельцем загородного дома встает такой важный вопрос, как обеспечение подачи тепла во все жилые помещения. Сегодня различные производители предлагают свои варианты индивидуального отопления частных коттеджей за пределами города. Новинкой в этой сфере можно назвать геотермальное отопление. Конечно, большинство владельцев домов уверены, что столь удобную и экономичную системы подачи тепла можно монтировать лишь в тех районах, где есть гейзеры, вулканические образования и горячие водные источники. Современные установки такого типа способны успешно работать и в умеренных широтах, с теплыми источниками при невысоких температурных показателях.

Основные схемы развязки

Существует три схемы, как можно организовать термальное альтернативное отопление, то есть обустроить контур для аккумуляции энергии тепла:

Внешний контур собирается из труб, сделанных из полиэтилена, с расчетом из соотношения 40-50 Вт теплоэнергии на один метр коллектора. Так, при мощности насосного оборудования 10 кВт, необходимо будет обустроить скважину глубиной около 165-195 метров. Чтобы получить нужную расчетную длину, вместо одной скважины можно пробурить 2-3 менее глубоких из одной точки, однако в разных направлениях, то есть кластерным методом.