Особенности отопительной системы
В отличие от газового котла, тепловому насосу не требуется нагревать теплоноситель системы отопления до высокой температуры, так как образование конденсата при холодной «обратке» ему не грозит. К тому же работа в низкотемпературном режиме потребует меньших энергозатрат.
Чтобы компенсировать низкую температуру теплоносителя, поверхность радиаторов пришлось бы сильно увеличивать, поэтому вместо них лучше использовать систему «теплый пол». Этот вид отопления является и наиболее рациональным, так как нагреваемый воздух в первую очередь поступает, так сказать, в зону обитания, а не под потолок.
Тепло от земли
Еще один аргумент в пользу «теплого пола» — минимальные теплопотери. Ведь их величина зависит, в первую очередь, от перепада температур, а он при низкотемпературном режиме является наименьшим. Второй фактор – площадь контакта нагретого воздуха с наружными стенами. Поднимающийся от «теплого пола» воздух наружных стен не касается (при использовании обычных радиаторов он буквально омывает остекление окна и прилегающие участки наружной стены).
Основной недостаток «теплого пола» — энергозависимость – в данном случае неактуален, так как тепловой насос тоже не сможет работать без электричества.
Опасность скрытой протечки также можно не принимать во внимание, если контур делать цельным из гибких полимерных труб.
Принцип функционирования
Согласно принципам работы явление отопления за счет геотермальных источников сходно по работе с обычным рефрижератором, к которому подключили инверторное устройство. То есть, вместо охлаждения, происходит нагрев. Почва земли отлично сохраняет тепло и при определенных условиях передает его. За счет высокой температуры ядра планеты, которая даже на незначительных глубинах достигает литосферы грунт практически не промерзает.
Принцип работы
За счет данной особенности нагрева почв была создана технология обогрева помещений. Принцип работы отопления имеет следующий вид: в подвале устанавливается насос, который через сеть труб проходит в специально просверленную шахту. Теплообменная жидкость за счет взаимодействия с более теплой поверхностью нагревается, после чего обратно её выкачивает помпа. В результате чего, можно использовать жидкость для обогрева или других целей. При подключении к трубопроводу, который расположен внутри дома реализуется система отопления подземным теплом.
Система состоит из двух главных компонентов:
Внутренний контур – устанавливается внутри дома, включает набор труб, радиаторов, отопления теплоизоляции дома и стен. За счет закольцованной системы ветвей сообщается с внешней частью конструкции и осуществляет циркуляцию воды и обогрев помещений.
Составные части
Внешний контур представляет собой сложную конструкцию, которая требуется для того, чтобы набирать и передавать энергию от земли или воды к внутреннему контуру. Состоит из теплового насоса, и при необходимости обогревательного прибора, который дополнительно увеличивает температуру воды.
К достоинствам подобного подхода к обогреву относят высокий коэффициент полезного действия. Требуется обеспечивать энергией насос, который при затратах 1 киловатт/час будет предоставлять тепла на 4-6 киловатт в зависимости от географического положения.
К примеру, кондиционер с системой обогрева преобразовывает электричество в тепло с куда меньшим КПД, что обусловлено высоким уровнем потерь при реакциях. Именно поэтому, постройка такого отопления является способом экономии. Особенно при правильной реализации.
Принцип функционирования
Типы и конструкции
Если Вы решились установить отопление из земли, стоит обратить внимание на разновидности. Виды геотермального отопления отличаются, прежде всего, по типу теплообменника, выбор которого зависит от объективных факторов
От свойств конкретной местности и характеристик участка, где расположен дом, зависит могут использоваться три вида теплообменников.
Первый вид представляет собой горизонтальный теплообменник, установка которого предполагает наличие свободного участка земли непосредственно у дома. Так, для отопления дома площадью 100 кв.м понадобится не менее 300 кв.м земли. Нужно уложить трубы в траншеи, имеющие на глубину ниже замерзания грунта.
Ко второму виду относится вертикальный теплообменник, использование которого не требует дополнительной местности и не наносит ущерба ландшафту приусадебной территории. Этот тип предполагает углубление специальных зондов внутрь скважин, созданных с помощью бурильного оборудования и имеющих параметры: глубины 100-150 м, диаметра 100-150 мм.
Третий вид составляют теплообменники, устанавливаемые в воде, что является наиболее экономичным вариантом сравнительно с дорогостоящими технологиями монтажа предыдущих систем. Правда, обязательным условием для установки такого отопления является наличие вблизи (не далее 100 м) водоема.
Как видим, каждый из видов геотермальных систем имеет свои особенности, оказывающие прямое влияние на выбор конкретного варианта. Так, если недалеко от дома расположен водоем, следует отдать предпочтение третьему виду, который считается наиболее выгодным по простоте монтажа и финансовым затратам.
Если возле дома есть достаточно неосвоенной земли, тогда можно установить горизонтальный теплообменник. А вот выбор в пользу вертикального вида потребует от Вас ощутимых денежных затрат и сложных бурильных работ.
Преимущества системы данного типа
Рассмотрим ряд особенностей:
- высокую эффективность, подтверждаемую высоким показателем КПД, и быструю окупаемость затрат;
- неограниченные запасы тепловой энергии земли;
- отсутствие необходимости создания и хранения запасов топлива, как при использовании традиционного отопления;
- автономность работы без контроля и вмешательства со стороны;
- безопасность и экологичность, исключающие использование углеродов и горючих элементов;
- возможность самостоятельного выбора типа системы, покупки ее элементов и монтажа.
Таким образом, отдав предпочтение отопительной системе на основе геотермального теплового насоса, Вы сможете получить неиссякаемый надежный и эффективный источник тепла на многие десятилетия.
Схема исполнения гидротермального отопления
На сегодняшний день наибольшее распространение получили три принципиально отличающиеся схемы обустройства подземного отопления. Для обеспечения максимальной эффективности обогрева дома общая площадь внешнего подземного контура должна быть в 2,5 раза больше отапливаемой площади жилого дома.
В автономном отоплении используются следующие типы геотермального обогрева:
- Подводный вариант.
- Горизонтальная закладка.
- Обустройство скважин.
В каждом конкретном случае выбор той или иной разновидности геотермального отопления будет зависеть от площади дома, финансовых возможностей домовладельца, особенностей местности. Подводный вариант может использоваться в тех случаях, если поблизости имеются глубокие водоемы, которые в зимнее время года не промерзают до дна.
Существует несколько видов закладки подобного отопления
Горизонтальная закладка
Этот вариант гидротермального отопления подразумевает выполнение рядом с домом котлована, глубина которого будет на 2 метра глубже точки замерзания грунта. Соответственно, для нагрева частного дома площадью в 100 квадратных метров потребуется копать котлован с глубиной более 3 метров и общей площадью 250 квадратов.
Если имеющаяся площадь участка позволяет выполнить такой котлован, то горизонтальная закладка станет оптимальным вариантом геотермального отопления частного дома. Внутри котлована закладывают систему труб, по которым циркулирует незамерзающий теплоноситель. Наружный контур отопления выводится в дом и подключается к теплообменной установке.
Из преимуществ этой схемы выполнения геотермального отопления принято выделять ее эффективность, простоту обустройства, снижение расходов на монтаж наружного контура. В то же время необходимо учитывать обязательные требования по правильному расчету объема котлована, который не всегда возможно разместить на небольшом по своей площади приусадебном участке.
Геотермальное отопление дома:
Подводный вариант
Владельцы частных домов, которые проживают поблизости от озер и рек, часто выбирают вариант гидротермального отопления с использованием подводного варианта. Необходимо лишь правильно продумать расположение внешнего контура, который размещают на глубине более 4 метров, что исключает возможность промерзания озера или реки до дна. Подземную и надземную часть контура, которая идет непосредственно от берега озера до обогреваемого частного дома, в обязательном порядке утепляют, а трубы под землей прокладывают на глубине ниже точки промерзания грунта.
Использование подводного варианта позволяет упростить обустройство системы отопления частного дома, так как не требуется проводить дорогостоящие и сложные земляные работы. Внешний контур будет нагреваться от тепла воды, после чего подогретый теплоноситель подается в систему, обеспечивая работоспособность оборудования.
Выполнение гидротермальных скважин
Выполнение геотермальных скважин для организации автономного отопления является оптимальным вариантом, позволяющим существенно снизить затраты домовладельца. Скважина бурится на глубину в 30-50 метров, что повышает эффективность нагрева, так как на больших глубинах температура земли будет выше, нежели у самой поверхности.
Бурение скважины – один из эффективных методов монтажа подобного обогрева
Сегодня многие домовладельцы, обустраивая автономную систему геотермального отопления частного дома, выбирают вариант с бурением скважин, что существенно упрощает прокладку контура. В этом случае обеспечивается максимальная эффективность используемого оборудования, позволяя использовать все возможности таких современных технологий даже при наличии небольшого по площади участка.
Выполнение обогрева частного дома с прокладкой внешнего контура в глубинных скважинах позволяет на 20-30% уменьшить общую стоимость обустройства в доме автономного отопления. Благодаря высокой температуре нагрева теплоносителя в глубинном контуре имеется возможность использования небольших по своей мощности отопительных установок, что упрощает монтаж оборудования, снижает его стоимость, одновременно обеспечивая максимальное удобство проживания в частном доме.
Преимущества и недостатки
Геотермальная энергия, запасы которой настолько велики, что лишь 1%, скрытый в земной коре общей глубиной в10 км может обеспечить объём в 500 раз, превышающий все мировые запасы нефти и газа.
Выделяют четыре основных типа геотермальной энергии:
- Это тепло земли из небольших глубин, используемое тепловыми насосами.
- Энергия горячего пара, воды в земной коре, используемая в настоящее время для производства электроэнергии.
- Тепло, идущее с глубоких слоев без наличия воды и энергия магмы, накапливаемая в вулканических зонах.
- Использование этого удивительного дара природы определяется только существующим уровнем техники, возможностями технологии и экономическим расчётом.
Современные конструкции геотермальных отопительных систем имеют как положительные, так и отрицательные моменты.
Основным отрицательным моментом является стоимость. Но это только кажется в начальный момент. Все затраты окупаются по различным данным за 4, 5 лет. Это связано с тем фактом, что современные модели тепловых насосов используют для своей работы гораздо меньше энергии, чем любые другие системы отопления. При потреблении 1 кВт электроэнергии их отдача составляет 5 кВт.
Положительные моменты:
- Они не сжигают топливо и не производят вредные выбросы различных соединений в окружающую среду.
- Минимальные затраты на обслуживание с высоким значением КПД.
- Экологическая безопасность.
- Надёжные свойства пожарной безопасности системы.
Геотермальное отопление дома своими руками
Смонтировать и запустить в эксплуатацию геотермальное отопление вполне реально самостоятельно. Однако в процессе работы могут возникать сложности. В первую очередь это касается установки внешнего контура в земле. Поэтому при отсутствии необходимых навыков наладку системы рекомендуется доверить профессионалам, которые сделают грамотный расчет и смонтируют всю геотермальную систему отопления.
Предварительные расчёты
Чтобы геотермальное отопление приносило запланированный эффект, необходимо произвести расчеты. Они помогут выбрать мощность насосного оборудования. Примерные цифры для построек с разным уровнем теплоизоляции отличаются. Так, для обогрева одного квадратного метра понадобится:
- без теплоизоляции – 120 Вт;
- с обычной теплоизоляцией – 80 Вт;
- с энергосберегающим утеплителем – 40 Вт.
Для расчетов понадобятся также цифры, определяющие потери тепла в доме. Например, если для жилого здания площадью 180 кв. метров с качественной теплоизоляцией теплопотери составляют 9 кВт/сутки, то оборудование должно обеспечивать мощность 216 кВт-ч (9 кВт х 24 часа). С учетом того, что потери тепла могут в разное время отличаться, делают надбавку в 10-20%. Таким образом, окончательная мощность насоса геотермальной отопительной системы должна быть 10,8 кВт.
При расчетах важно учитывать некоторые моменты. К ним относится температура грунта на уровне скважины
В средней полосе России она держится в пределах +8…+10 градусов (на глубине 15-20 метров). При горизонтальном расположении внешнего контура системы отопления берут в расчет мощность 50 кВт на метр. Точные цифры зависят от геологических условий (влажности, присутствия подземных вод). Разные грунты дают разные показатели:
- Сухой грунт – 25 Вт/м;
- Влажный субстрат – 45-55 Вт/м;
- Твердые породы – 85 Вт/м;
- Присутствие грунтовых вод – 110 Вт/м.
Как происходит монтаж системы отопления
Водяные системы являются редкостью, больше всего востребовано геотермальное отопление посредством грунта. Поэтому первый этап работ связан с бурением скважин или рытьем котлована. Углубления делают на глубину от 20 до 100 метров, применяя специальную технику. Дно котлована засыпают песком. Далее в готовые углубления или траншеи закладывают пластиковые трубы, которые способны выдерживать давление около 6 бар. Эти трубы будут выполнять роль зондов.
При монтаже используют обвязки труб из трех или четырех линий, при этом краевые участки связывают в виде буквы «U». Внешний контур можно приобрести уж в готовом виде или собрать самостоятельно.
При монтаже внешнего контура необходимо принимать во внимание, что скважина не должна располагаться ближе 2-3 метров к дому
Как сделать геотермальный агрегат своими руками?
Зная, что такое отопление от земли, как работает система, рассмотрим способы изготовления приборов самостоятельно:
- Из старого холодильника. Сначала нужно снять змеевик, он расположен сзади агрегата и будет исполнять роль конденсатора. Змеевик нужно установить в прочную емкость из материала, стойкого к низким, высоким температурам, агрессивным воздействиям. Теперь на конструкцию следует закрепить компрессор, а как испаритель использовать пластиковую бочку. Вся система соединяется, а потом агрегат дополняется полимерными трубами, которые подключены к системе отопления дома, можно запускать оборудование в работу.
- Из кондиционера. Агрегат нужно модифицировать, поменяв местами наружный и внутренний блоки. Испаритель тут не нужен вообще, так как он уже есть во внутреннем модуле, а передающий тепловую энергию конденсатор установлен во внешнем модуле. Теплоносителем может быть вода, воздух. Система требует оснащения четырехходовым клапаном, который нужно ставить строго по схеме, поэтому для работы лучше пригласить специалиста.
При отсутствии навыков или деталей тепловой насос можно купить в магазине, но стоит оборудование дорого, а учитывая дополнительные затраты на элементы отопления, мастера предпочитают собирать агрегат из подручных материалов, докупая нужные детали.
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.
- Исключается 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.
- Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.
- 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.
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 и внутреннего контуров коллектора.
Не секрет, что ресурсы дорожают год от года, поэтому автономная система отопления, которая способна окупиться в течение нескольких лет, всегда будет экономически выгодна для её владельца
Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование 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.
Мифы о геотермальном отоплении
Миф первый: необходимы горячие источники.
Действительно, при упоминании термина «тепло Земли» воображение среднестатистического гражданина сразу рисует свистящие гейзеры и озера кипящей воды на фоне просыпающегося вулкана.
Согласимся: горячие источники также могут применяться в геотермальном отоплении, но это редкость, поскольку расположены они только в некоторых регионах.
В остальных случаях под термином «тепло Земли» подразумевают температуру в 5-7 градусов, которая стабильно поддерживается в грунте или воде ниже глубины промерзания.
Да, да, вот эту-то холодину дерзкие ученые называют «теплом» и даже умудряются нагреть от нее воду в системе отопления.
Минусы и недостатки системы геотермального отопления
Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.
Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.
Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.
С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.
Главные недостатки геотермального отопления
1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.
Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.
2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.
Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.
Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.
3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.
Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.
4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.
Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.
Геотермальное отопление обходится очень дорого.
5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.
Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.
Вывод
Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.
Что такое геотермальное отопление
Это современная технология обогрева зданий. В качестве источника энергии используется тепло земли. На глубине от 1,5 метров даже зимой сохраняется плюсовая температура. Устройство под названием тепловой насос может забирать энергию из глубин. И передавать ее на поверхность для нагревания водяного котла внутри здания.
Почва вбирает в себя энергию солнечных лучей, сохраняет ее даже зимой. Изнутри ее нагревает обширный слой магмы. Чем глубже шахта, тем горячее почва внутри.
В отличие от газа, торфа, других видов топлива, энергия Земли не может закончиться. Ее хватит для всех жителей планеты.
