Подземное геотермальное отопление дома теплом земли

Словосочетание «геотермальная энергетика» у большинства людей вызывает ассоциации с Исландией, гейзерами и вулканами, кто-то вспомнит о промышленно осваиваемых месторождениях термальных вод на Камчатке, в Дагестане, в Ставропольском крае. Однако, геотермальная энергетика – это не только промышленные масштабы, но и геотермальное отопление частного сектора. Например, в странах Скандинавии с помощью тепловых насосов отапливается порядка 1,5 миллиона домов, подобные проекты реализуются и в России. Разбираемся, как работает технология отопления подземным теплом, в каких формах она реализуется, и насколько эффективна.

Монтаж геотермального оборудования Источник b-cdn.net

Как это работает

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5—7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2—3 °С, а вот дом прогревается на 20—40 °С

Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики

В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7.

Монтаж системы

Геотермальное отопление загородного дома на этапе обустройства требует солидных денежных вложений. Высокая итоговая стоимость системы во многом обусловлена большим объемом земельных работ, связанных с монтажом контура нагревания.

С течением времени финансовые затраты окупаются, поскольку используемая в отопительный сезон тепловая энергия извлекается из земных глубин с минимальными затратами электроэнергии.

Монтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления

• основная часть должна располагаться под землей или на дне водоема;
• в самом доме устанавливается только достаточно компактное оборудование и прокладывается контур радиаторного или напольного отопления. Оборудование, расположенное внутри дома, позволяет регулировать уровень нагрева теплоносителя.

Как выглядит геотермальное оборудование в доме

При проектировании отопления за счет тепла земли, необходимо определиться с вариантом монтажа рабочего контура и типом коллектора.

Различают два типа коллекторов

:

1. Вертикальный — погружается в грунт на несколько десятков метров. Для этого на небольшом расстоянии от дома требуется пробурить некоторое количество скважин. В скважины погружается контур (самый надежный вариант — трубы из сшитого полиэтилена).
2. Недостатки: Большие финансовые затраты на бурение в грунте нескольких скважин глубиной от 50 метров.

   Преимущества: Подземное расположение труб на глубине, где температура грунта отличается стабильностью, обеспечивает высокую эффективность работы системы. Кроме того, вертикальный коллектор занимает небольшую площадь земельного участка.

3. Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
4. Недостатки: Необходимость использования большой площади участка (основной недостаток). Этот участок земли после укладки контура невозможно использовать под сад или огород, так как система работает с выделением холода при транспортировке хладагента, из-за чего корни растений будут перемерзать.

   Преимущества: Более дешевые земельные работы, которые можно даже выполнить своими силами.

Горизонтальный и вертикальный тип коллектора

Геотермальную энергию можно добывать, если уложить на дне непромерзающего водоема горизонтальный геотермический контур. Однако, это сложно осуществить на практике: водоем может быть расположен за пределами частной территории и тогда установку теплообменника нужно будет согласовывать. Расстояние от отапливаемого объекта до водоема должно составлять не более 100 метров.

Виды вертикальных геоконтуров (геозондов)

Чаще всего используется три вида геозондов:

• двухтрубные — в каждую скважину устанавливаются соединенные между собой трубы «подачи» и «обратки»;
• четырехтрубные — в каждую скважину монтируется две пары «подачи» и «обратки»;
• коаксиальные — в скважину монтируется труба большого диаметра, заглушенная снизу, а в нее устанавливается труба меньшего диаметра для подачи охлажденного теплоносителя из дома.

В теории четырехтрубные схемы должны работать лучше двухтрубных. Но на практике вместе с увеличением поглощения тепла увеличивается и паразитный теплообмен (передача тепла от трубы трубе). При этом, в два раза увеличивается расход трубы. Поэтому, рациональнее использовать двухтрубную схему размещения вертикальных геоконтуров. Коаксиальный вид геозондов сложнее в монтаже и имеет ниже производительность, поэтому используется реже.

Принцип работы системы отопления

Люди всегда старались получить тепло, исходящее из недр земли. Благодаря появлению геотермального отопления это стало возможным.

В центре земли располагается магма, прогревающая землю. Из-за наличия верхнего слоя грунта она не охлаждается. Достаточно было научиться применять такое тепло, чтобы открыть альтернативный источник тепла. При его грамотном использовании удастся решить проблему теплообеспечения любых загородных домов.

Многие люди считают принцип работы геотермального теплового насоса довольно сложным. На самом деле достаточно разобраться с особенностями отопления из земли. Работа системы возможна благодаря наличию внешнего контура. выполняющего функции теплообменника. Он располагается в воде либо под землей. Внутри этого элемента располагается вода или любая другая жидкость, вбирающая в себя тепло. Теплоноситель попадает в геотермальный насос, аккумулирующий тепло. Это оборудование распределяет полученную энергию по всему внутреннему контуру.

Стоит отметить, что подобные тепловые насосы соответствуют стандартным размерам, однако их производительность оказывается действительно высокой.

Виды установок для отбора тепла земли

Внутреннее устройство теплового насоса, кратко описанное выше, остается неизменным в любом случае. А вот конструкция наружного контура, что извлекает энергию из грунта, бывает 2 типов:

• горизонтальный: в котлован расчетного размера и глубиной 1.5—2 м укладывается полимерная труба с определенным шагом;
• вертикальный: трубы контура опускаются в глубокие скважины. Их количество также определяется расчетом.

Рыть котлован удобно на этапе строительства частного дома, это делается как раз в том месте, где планируется возводить здание. Также горизонтальный контур можно устроить в том случае, если имеется достаточно большой участок земли у дома. Когда такого участка нет и места совсем мало, энергия земли отбирается геотермальными зондами из глубоких скважин. Их придется сделать несколько в разных местах.

Концы труб от одного или нескольких наружных контуров прокладываются к дому под землей и входят в подвальную часть здания, где и присоединяются собственно к тепловому насосу. Теплоносителем, протекающим в подземных змеевиках, обычно служит вода либо незамерзающая жидкость, в зависимости от региона строительства.

По эффективности получения энергии земли вертикальные контуры превосходят горизонтальные, так как часто проходят сквозь водоносные горизонты, а это улучшает отбор теплоты. Держат они первенство и по стоимости монтажа, особенно если бурение скважин происходит в затрудненных условиях.

Расчеты

Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:

• температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
• значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
• влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.

Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м, а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год. Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине. Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.

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.

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца (+)

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

• на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
• на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
• на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Дополнительная информация об альтернативных источниках энергии представлена в этой статье.

Принцип работы геотермального отопления частного дома

Для прокладывания геотермального отопления, потребуется наличия таких составляющих, как контур, водоемы, оборудование в виде насоса, теплообменник. Стоит заметить, что электростанция в данном случае не нужна. Обогрев за счет недр земли может по принципу действия напомнить работу самого обычного холодильника, а сама система продолжает набирать популярность с каждым днем.

Земля нагревается за счет магмы, за счет чего она не промерзает снаружи. Тепловая энергия, получаемая при работе отопительной системы, используется для геотермального отопления, для чего и устанавливается специальный тепловой насос.

Принцип действия здесь особенный, так как:

• Ставится насос;
• Внутри земляной шахты прокладываются теплообменники;
• Проводится подключение грунтовых вод к насосу за счет водозаборника;
• Вода нагревается;
• Отправляется по пространству теплообменника.

Эта система отопления обладает важным преимуществом и заключается в том, что по электроэнергии нужны затраты только 1 кВт, а получить взамен можно энергии в пределах 4-6 кВт. К примеру, обычные кондиционеры не способны на преобразование даже 1 кВт электричества в 1 кВт холода. Устанавливая отопление за счет земли, можно окупить вложенные средства буквально за пару лет, однако, при условии грамотного подхода к монтажу и выбору оборудования.

Достоинства и недостатки

Объективными плюсами геотермального обогрева можно считать:

• превосходный КПД;
• солидный период службы (тепловой насос работает 2-3 десятилетия, а геологические зонды и вовсе до 100 лет);
• стабильность работы практически при любых условиях;
• отсутствие привязки к энергоносителям;
• полная автономность.

Есть одна серьезная проблема, мешающая сделать геотермальное отопление действительно распространенным решением. Это, как показывают отзывы владельцев, высокая цена создаваемой конструкции. Чтобы обогреть обычный дом площадью 200 кв. м (не так уж и редко встречающийся), надо будет строить систему под ключ за 1 млн рублей, до 1/3 этой суммы стоит тепловой насос. Автоматизированные установки очень комфортны, и если все настроено правильно, могут работать годами без вмешательства людей. Все упирается только в наличие свободных средств. Еще одним минусом является зависимость от электропитания насосного узла.

Последовательность работ

Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин. И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления. В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.

Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий, конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе. Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники. Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.

Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки». Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка. В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).

Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры. Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%. Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.

Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм. Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта. Если она менее 20 Вт на 1 кв. м, никакого смысла в геотермальном контуре нет. Чтобы обеспечить отвод грунтовых вод, дно котлованов покрывают слоем песка. Отлично проявляют себя трубы на основе сшитого полиэтилена.

ИНФРАКРАСНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ СВОИМИ РУКАМИ

Источники тепла — инфракрасные излучатели, именуемые как эко обогреватели, — еще один вариант обогрева помещений в частном доме, в офисе или на производстве. Принцип действия инфракрасного излучателя основан на передаче тепловой энергии в виде инфракрасного излучения предметам, которые, нагреваясь, отдают направленное тепло в воздух помещения, в окружающее пространство на открытых площадках и т.д.

Наиболее эффективно ИК излучатели, как альтернативные системы отопления, способны обогревать конкретные предметы или части помещений. Таким образом, ИК излучателемможно обогреть людей, работающих на открытом воздухе или в конкретной части помещения. Использование ИК обогревателей создает экономию на отоплении, позволяя обогревать только полезную часть пространства. По способу установки и крепления различаются обогреватели настенные, потолочные, напольные, с направленным действием инфракрасного излучения.

Особенности и порядок монтажа

Установку геотермального отопления в частном доме следует доверить специалистам. Основные трудности возникают при монтаже контура-теплообменника в грунт. Основными этапами являются следующие:

1. Выезд инженеров на место. При этом они выясняют особенности местности и выбирают самый эффективный способ монтажа.

2. Заключение договора и приобретение оборудования.

3. Монтажные работы. Выполняется установка теплообменников в грунт. Затем происходит подключение геотермальной установки к отопительному контуру здания.

4. Пуско-наладочные работы. После их окончания подписывается акт о сдаче.

На эффективность функционирования установки оказывает влияние вид источника тепла. Самым эффективным считается монтаж контура теплообменника вблизи термического источника или на дне водоема. Компания, устанавливающая оборудование, может предоставить клиенту дополнительные гарантийные обязательства. В соответствии с действующим законодательством это допускается при условии оплаты таких услуг. Заказчику это обойдется в дополнительную плату.

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 $.

Самостоятельная организация геотермального отопления

Как уже упоминалось ранее, подобная система является наиболее доступной, а значит, каждый владелец дома может воспользоваться энергоресурсами земли. При этом организация геотермального отопления не потребует значительных вложений или человеческих ресурсов. Монтаж системы своими руками довольно прост. В данном случае главное – выполнить правильные расчеты.

Естественно, установка оборудования и самих тепловых насосов зависит от выбранного типа теплообменника.

• Проще всего выполнить монтаж при условии. что дом расположен возле водоема. В таком случае достаточно нанять нескольких помощников и спецтехнику, чтобы проложить трубу на дне. После этого останется лишь подключить тепловой насос, после чего в доме станет тепло.
• Если вы отдали предпочтение горизонтальному теплообменнику. то придется перекопать участок. Впоследствии здесь не удастся организовать сад или огород.
• Наиболее сложной считается установка вертикального теплообменника. Выполнение такой работы стоит доверить специалистам, имеющим соответствующий опыт и профессиональное бурильное оборудование.

Помимо укладки труб, необходимо обратить внимание на монтаж самого теплового насоса. Подобный прибор должен быть правильно установлен, иначе система окажется неэффективной

Геотермальное отопление стало использоваться совсем недавно. Благодаря ему удается получить дешевую энергию с минимумом расходов. Чтобы такой альтернативный вариант оказался эффективным, необходимо учесть все требования, а также правильно установить тепловой насос.

Принцип работы геотермальных систем

Принцип действия теплового насоса. Нажмите для увеличения.

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

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. Нажмите для увеличения.

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.

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.

Плюсы и минусы геотермальной энергии

Популярность геотермальное отопление приобрело в Америке в кризисные 80 года. Такое отопление было доступно только богатым людям, так как монтаж такого отопления стоял не малых денег, но со временем его может себе позволить любая категория населения.

Основные преимущества геотермального отопления в собственном доме такие:

• Эту тепловую энергию можно получать и использовать почти в любом месте;
• Вид такого тепла неограничен и считается самым устойчивым;
• Геотермальная энергия не содержит вредные вещества разного рода при сгорании углекислого газа;
• Установка такой системы не требует регулярного обслуживания;
• Такое отопление бесплатное для хозяина дома;
• Установка насоса занимает меньше места, чем подобные тепловые системы;
• Система такого типа может прогревать и охлаждать помещение и с принципом работы как у кондиционера;
• При необходимости монтаж такой системы может быть выполнен с другой системой отопления, к примеру: газовая, дизельная система.

Даже такое количество положительных сторон геотермальной системы отопления не затмевает и минуса.

Основными минусами такой системы отопления являются:

• Монтаж всей системы имеет очень высокие показатели стоимости;
• Геотермальная система отопления долгое время себя окупает.

Геоотопление имеет и еще минусы, самый главный заключаются не только в том, что все выполняемые действия дорогостоящие, но и, то что, пользуясь грунтовыми водами, вы исчерпываете естественные источники. Но эти недостатки по сравнению с нашими ценами на разные виды топлива не сильно заметны. Окупаемость такой установки идет долгий срок, но через длительное время геотермальная система покажет вам все свои плюсы и докажет свою экономность. Этот вид отопления имеет достойные оценки во многих странах Европы. Например, в Швеции более 70 процентов хозяев собственных домов выбирают именно эту систему отопления.

Принцип работы альтернативного отопления

Если вы знакомы с тем, как работает кондиционер или холодильник, то схожесть этих процессов с принципом функционирования геотермального отопления очевидна. Основу системы составляет тепловой насос, который включается в два контура – внешний и внутренний.

Чтобы организовать традиционную систему отопления в любом доме, необходимо смонтировать в нем трубы для транспортировки теплоносителя, и радиаторы, при нагревании которых тепло будет поступать в помещения. В нашем случае трубы и радиаторы тоже нужны. Они и образуют внутренний контур системы. В схему могут быть добавлены теплые полы.

Внешний контур выглядит гораздо масштабнее внутреннего, хотя его размеры можно оценить только в период планировки и монтажа. В процессе эксплуатации он невиден, поскольку находится под землей или под водой. Внутри этого контура циркулирует обычная вода или антифриз на основе этиленгликоля, что гораздо предпочтительнее.

В состав геотермальной системы отопления входят два контура – внутренний и внешний, а так же сердце отопительной системы – тепловой насос, который, сжимая теплоноситель, повышает его температуру

Теплоноситель во внешнем контуре прогревается до состояния среды, в которую он погружен, и отправляется в «подогретом» виде в тепловой насос. Через него сконцентрированное тепло сообщается внутреннему контуру, в результате чего вода в трубах, радиаторах и теплых полах нагревается.

Таким образом, ключевым элементом, оживляющим всю систему, является тепловой насос. Если в вашем доме есть обыкновенная стиральная машинка, то знайте: этот насос займет приблизительно аналогичную площадь. Для работы ему нужна электроэнергия, но, потребляя всего 1 кВт, он обеспечивает выработку 4-5 кВт тепла. И это не чудо, поскольку источник «добавочной» энергии известен – это окружающая среда.

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.

Галерея изображений

Фото из

Перспективы геотермального отопления

Габариты внутреннего блока геотермальной системы

Стоимость установки и эксплуатации теплового насоса

Экологические приоритеты теплонасосов

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

При упоминании геотермальных источников энергии мы всегда представляем себе долину гейзеров или вулканы, но нужные нам источники гораздо ближе. И они помогут нам согреться зимой и охладиться летом

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

Виды по типу конструкции

Геотермальное отопление в коттедже работает по принципу, немного схожему с холодильником. Основным элементом здесь выступает тепловой насос, который включается в два контура одновременно. Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из трубопровода и радиаторов. А внешний – представляет собой большой теплообменник, который размещают или под толщей воды, или под землей.

Обычно внутри теплообменника циркулирует жидкость, в составе которой есть антифриз. Такого рода теплоноситель принимает на себя температурный режим среды, который впоследствии, уже подогретый, идет в тепловой насос. Аккумулированное ранее тепло идет во внутренний контур, после чего и нагревается вода в трубах и радиаторах.

Составные части системы геотермального отопления

Таким образом, геотермальное отопление дома под ключ включает в системе один важнейший элемент – тепловой насос. Это компактное устройство, которое занимает немного места.

Что и говорить, а монтаж такой системы будет также стоить дорого. Поэтому многие владельцы частных и загородных домов решают сделать отопление частного дома теплом земли самостоятельно.

Прежде всего, необходимо учитывать, что теплообменники бывают трех типов – горизонтальные, вертикальные и водоразмещенные.

Горизонтальный теплообменник. Такой вид достаточно часто используется. При его применении трубы кладутся в специально сделанные траншеи на такую глубину, которая немного превышает уровень промерзания почвенного покрова в местности. Однако данная система имеет один недостаток – это то, что нужна большая площадь для того чтобы расположить коллектор, а не каждый может позволить себе такую конструкцию. А если на вашей территории произрастают деревья, то оборудование нужно ставить от них примерно на расстоянии 1,5 метра.

Геотермальная система отопления с горизонтальным теплообменником

Вертикальный теплообменник. Такое устройство является более компактным, но при этом – и более дорогим. Для того чтобы оборудовать геотермальное отопление дома своими руками с таким устройством, не потребуется большая площадь, однако вам понадобится бурильная аппаратура. Ведь в данном случае глубина скважины обязательно должна быть от 50 до 200 метров. Заметим, что это самый дорогой способ, но прослужить он может целых 100 лет! Если вы хотите сделать гео отопление дома, который размещен за городом, то система подойдет. И ландшафт при этом остается в нетронутом состоянии.

Геотермальная система отопления с вертикальным теплообменником

Водоразмещенный теплообменник. Такой вид является самым экономичным, так как здесь применяется тепло воды. Рекомендуют устанавливать систему на расстоянии до водоема не более чем 100 метров. Контур трубопровода кладется на дно в виде спирали, а глубина залегания должна быть не более 3 метров. Что касается водоема, то рекомендуется, чтобы его площадь была не меньше 200 квадратных метров. При такой системе не требуется трудоемких работ и разрешения.

Тепловой насос типа земля-вода

Таким образом, можно отметить, что сделать геотермальное отопление загородного дома самостоятельно – это довольно сложно. Однако, можно осуществить задуманное, имея хотя бы одного помощника. Оптимальным вариантом является третий способ, однако есть несколько необходимых моментов, без которых он не будет работать, а в частности, – водоем.

Выводы и полезное видео по теме

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений.

Цель, которую мы перед собой поставили, заключается не в том, чтобы подтолкнуть вас к готовому выводу, а в том, чтобы поделиться информацией о вариантах решения стоящей перед вами задачи.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме геотермального отопления частного дома? Можете оставлять комментарии к публикации. Форма для связи находится в нижнем блоке.

Своими руками: что и как

Если уж монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой. Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.

Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным твердотопливным котлом. Подключить к нему внутренний контур вашего дома – задача не сложная. Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации отопления с использованием традиционных источников тепла. Главная трудность – устройство внешнего контура.

Такое расположение дома относительно пруда встречается чаще. Главное, чтобы водоём был не дальше, чем в 100 метрах от коттеджа

Лучшим вариантом будет использование водоёма, если такой найдется на расстоянии не более 100 метров. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 квадратных метров, а глубина – 3 метра, составляющие средний параметр промерзания. Если этот водоём вам не принадлежит, то проблемой может стать получение разрешения на его использование.

Если же водоём – это пруд, который находится у вас в собственности, то дело упрощается. Воду из пруда можно временно откачать. Тогда работы на его дне можно будет выполнять легко: нужно будет уложить трубы по спирали, закрепив их в этом положении. Земляные работы понадобятся только для рытья траншеи, которая нужна будет для присоединения внешнего контура к тепловому насосу.

После выполнения всех работ, пруд может быть снова заполнен водой. В ближайшие лет сто внешний теплообменник должен работать исправно и не доставлять хлопот его владельцу.

Если в вашем распоряжении оказался земельный участок, на котором вам только предстоит возводить жильё и растить сад, имеет смысл распланировать горизонтальный теплообменник грунтового типа. Для этого следует сделать предварительный расчет площади будущего коллектора, исходя из параметров, которые уже указаны выше: 250-300 квадратных метров коллектора на 100 кв. метров отапливаемой площади дома.

Погружение горизонтального теплообменника в водоём

Этот способ требует особого расположения домовладения – на расстоянии примерно в 100 м от водоёма, имеющего достаточную глубину. Кроме того, указанный водоём не должен промерзать до самого дна, где и будет расположен внешний контур системы. А для этого площадь водоёма не может быть меньше 200 кв. м.

Этот вариант размещения теплообменника считается наименее затратным, но подобное расположение домовладения все-таки встречается не часто. Кроме того, могут возникать сложности, если водоём относится к объектам общего пользования

Очевидным преимуществом этого метода является отсутствие обязательных трудоёмких земляных работ, хотя с подводным расположением коллектора все-таки придется повозиться. И специальное разрешение на проведение таких работ тоже понадобится.

Впрочем, геотермальная установка, использующая энергию воды, все-таки является наиболее экономичной.

Виды геотермального теплоснабжения дома

Схема геотермального отопления

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:

Рассчитать оптимальную мощность. Если геотермальное отопление частного дома будет в качестве основного – его номинальная мощность должна обеспечить нагрев воздуха во всем здании.

Провести анализ состава грунта и глубину его промерзания. От этого зависит выбор схемы расположения труб первичного контура.

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

С горизонтальным размещением

Горизонтальный контур

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.

С вертикальными трубопроводами

Вертикальная схема работы

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.

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

• технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
• стоимости оборудования и монтажных работ;
• сроков эксплуатации установленного оборудования;
• эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

• насоса необходимой мощности;
• труб внешнего контура;
• дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
• труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
• запорной и регулирующей аппаратуры;
• монтажных и пусконаладочных работ.

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Так выглядит типичная «котельная» с тепловым насосом.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

• сухой песок отдаёт 10 Вт/м длины трубы диаметром 25 мм;
• сухая глина – 20 Вт/м;
• влажная глина – 25 Вт/м;
• глина с большим содержанием грунтовых вод – до 35 Вт/м.

Таким образом, длина контура составит от 400 до 1 200 м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

• осадочные породы отдают 20 Вт/м;
• каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
• подземные воды – до 70 Вт/м.

Исходя из показателей, общая глубина скважин составит от 200 до 700 м, что в 2 раза меньше, чем при горизонтальном расположении. В грунте с хорошей теплоотдачей для дома 200 м2 бурят 3 скважины длиной по 75 метров.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м3/час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Как на самом деле выбрать самые дешевые на рынке радиаторы отопления

Узнать стоимость оснащения дома тепловым насосом без учёта внутренней разводки можно с помощью калькуляторов, представленных на сайтах производителей оборудования и монтажных организаций. Цены колеблются для разных регионов. Готовые системы под ключ (со стоимостью работ и оборудования) специализированные организации готовы изготовить по цене от 670 тысяч в регионах до 1,5 млн. рублей в Московской области.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

*— взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.

Организация геотермального отопления

Установка горизонтального контура геотермального отопления

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

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

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

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

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

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

Вариации установки: как получить максимальный КПД?

Работа теплового насоса возможна уже на глубине непромерзающего слоя земли, однако для максимальной эффективности рекомендуется устанавливать систему как можно глубже. Для повышения КПД геотермального отопления необходимо либо увеличить площадь теплообменников, либо их глубину расположения. Это влияет на особенности установки системы — различают 2 способа монтажа геотермального отопления: вертикальное или горизонтальное размещение.

Вертикальная установка

Данный вид монтажа используется при ограниченной площади участка, на котором можно проводить земельные работы. Вертикальная установка контура считается более эффективной, однако обходится дороже ввиду сложности монтажных работ. Для систем с вертикальной установкой контура обычно используются водопроводные скважины или погружные зонды.

• Монтаж в глубинной скважине — здесь используется забор тепла от грунтовых или подземных вод, что увеличивает эффективность системы отопления и простоту установки. Для работы системы требуется минимум 2 скважины, из которых одна будет производить забор жидкости для охлаждения хладагента в теплообменнике, вторая — сбрасывать воду. Кроме того, потребуется установка дополнительного теплообменника, предупреждающего замораживание воды в зимнее время, и приобретение глубинных циркуляционных насосов.
• Установка погружного зонда — проводится бурение двух или более скважин для установки внешних контуров отопления. Так в одну скважину устанавливается зонд с конденсатором, во вторую — с испарителем. Для эффективной работы отопления требуется бурение скважины на глубину от 40 до 80 м.

Преимущества: Расчет эффективности при установке теплоносителей в погружные зонды в среднем показывает 50–55 Вт тепла, что вдвое больше показателя, получаемого при горизонтальной установке труб. В глубинных скважинах расчетная мощность может достигать 90–100 Вт. Также к преимуществам вертикального размещения теплообменника требуется отнести простоту монтажа и возможность быстрой установки системы на уже эксплуатируемых объектах. Недостатки: высокий расход электроэнергии, вызванный работой глубинных насосов, увеличенная стоимость рабочего оборудования — теплового насоса, зондов и т. д.

Горизонтальная установка

При горизонтальной установке контура геотермального отопления важно учесть глубину промерзания почвы. Для средней климатической полосы России глубина, как правило, составляет в районе 1 м, для северных регионов страны — до 2–2.5 м. В европейской части РФ в большинстве случаев установка горизонтального контура возможна уже глубине 60 см. Для получения максимального КПД контур закапывается в подготовленные траншеи на 1.2–1.5 м — температура на такой глубине не опускается ниже -1 градуса даже при длительных заморозках. Это позволяет получить перепад температуры в 4–6 градусов, чего достаточно для конденсации разогретого хладагента и преобразования геотермального тепла. При расчете мощности отопления с горизонтальной установкой контура общая площадь проекта рассчитывается исходя из условий получения 20–25 Вт тепла с 1 м трубы теплообменника. На практике для отопления помещения площадью 250–350 м2 до температуры +25 градусов в зимнее время достаточно будет системы с общей длиной труб в 500 м, закопанных в траншее глубиной 1–1.2 м. При установке геотермального отопления с горизонтальной укладкой контура площади участка может не хватить для получения необходимого объема тепла. В таком случае используется система с многоуровневой прокладкой труб, размещаемых на высоте от 60 до 100 см друг от друга. Если при установке внешнего контура мешает коллектор со сточной системой, дренажные каналы можно переместить на 40–60 см вниз при рытье траншеи. Преимущества: простота установки и обслуживания, низкая себестоимость монтажных работ в случае установки отопления на этапе строительства здания. Недостатки: требуется большая свободная площадь и объем земельных работ, может потребоваться перенос инженерных коммуникаций и переформировка ландшафта.