Используем тепло земли для отопления дома

Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли

Чаще всего используются именно такие коллекторы – их погружают в землю на глубину в несколько десятков метров. Для этого на незначительном расстоянии от дома бурят нужное количество скважин, в них затем помещают трубы (обычно из сшитого полиэтилена). На такой глубине температура грунта остается высокой и стабильной, соответственно, отопление частного дома теплом земли получается высокоэффективным. При таком варианте для коллекторов не требуется большая площадь.

Однако следует учитывать существенный недостаток данной схемы: отопление из недр земли обходится дорого. Разумеется, первоначальные затраты впоследствии окупятся, но все же далеко не каждая семья может позволить себе такие расходы. Цена бурения высока, и на то, чтобы сделать несколько скважин глубиной в 50 метров, денег потребуется немало.

Принцип работы тепловых насосов «воздух-воздух» и «воздух-вода»

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» и «воздух-вода» работают по принципу кондиционера, обходятся дешевле других типов (поскольку не требуется бурить скважину или прокладывать теплопоглощающий контур, не нужно соединять его с отопительной системой), но уступают им в универсальности, поскольку морозный воздух не может дать нужного количества тепла. Поэтому тепловые насосы для отопления дома с таким принципом работы более востребованы в том случае, если необходимо обеспечить горячее водоснабжение или в качестве дополнительного источника тепла. При этом возможны два варианта их устройства:

Сплит. Установка представляет собой два блока (наружный и внутренний), подключенные к инженерным коммуникациям. В наружном блоке установлен мощный вентилятор, во внутреннем – конденсатор и система управления. Компрессор может быть вмонтирован либо во внутренний, либо в наружный блок, причем второй способ предпочтительнее, поскольку не позволяет шуму, неизбежному при работе системы, распространяться по дому;

Моно. В нем все элементы заключены в общий корпус, который монтируется либо с внешней стороны стены дома, либо внутри, но посредством гибкого шланга связывается с улицей.

Такие тепловые насосы для дома работают «как часы» и обладают несколькими важными преимуществами. Высокий коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую (1: 4, поскольку, напомним, потраченный 1 кВт электрической энергии дает 4–6 кВт тепловой энергии) свидетельствует о том, что применение геотермальной системы для отопления дома вполне выгодно.

В заключительном разделе статьи вы узнаете о перспективах отопления домов тепловыми насосами и сможете посмотреть видео о работе таких устройств.

Как сделать своими руками?

Самостоятельно сделать геотермальное отопление, некоторое подобие электростанций (геоэс), довольно трудно, но вполне возможно. Рядок с домом нужно соорудить конструкцию из замкнутой обвязки труб и поместить ее на значительную глубину. Размер коллектора и конструкция змеевика зависит от степени теплопроводности и глубины залегания грунта. Если браться за монтаж геотермального обогрева дома своими руками, то внешний контур лучше приобрести уже готовым.

Для создания минимальных условий функционирования геотермальной системы, нужно соблюсти следующие условия:

1. Температура слоя почвы, где будет находиться контур труб, не должна опускаться ниже +5°C.
2. На протяжении всей обвязки с антифризом должна быть сделана изоляция, которая защитит контур от промерзания.
3. Термальный обогрев здания выполняется после тщательных расчетов и создания проекта.

С учетом данных требований становится понятно, что геотермальное отопление может быть эффективным. Однако для северных регионов применение подобной установки оправдано для обогрева зданий небольшой площади – до 200 кв.м.

Рассмотрим только способы, как создать горизонтальное геотермальное отопление дома своими руками под грунтом или водой. Монтировать коллектор вертикально намного сложнее и очень затратно.

Тепловой насос – не займет много пространства, ведь это оборудование по размеру сопоставимо с обычным котлом. Подсоединить нанос к внутреннему контуру здания – тоже не трудно. Основная задача – обустроить внешний контур.

Лучше всего установить коллектор в водоеме на расстоянии не больше 100 метров. Нужно, чтобы площадь пруда была больше 200 кв.м., а глубина – не менее 3-3,5 метров. Если у вас нет прав на пользование данным водоемом, то вам придется сначала получить разрешение на установку необходимого оборудования.

Если же пруд находится в вашей собственности, то вам не составит труда на время осушить его, чтобы без проблем по спирали уложить и закрепить трубы на его дне. Земляные работы заключаются только в рытье траншеи, необходимой для подключения к геотермальному насосу внешнего контура. Завершив все монтажные работы, водоем снова можно заполнить.

Если на вашем участке еще нет зеленых насаждений и множества сооружений, то можно спроектировать горизонтальный способ размещения теплообменника под землей. Для этого нужно рассчитать, какую площадь займет будущий коллектор, учитывая параметры, указанные выше: 250-300 кв.м. контура на 100 кв.м. площади здания.

Если же на вашем участке есть деревья и временные постройки, но вы очень хотите сделать горизонтальное геотермальное отопление, то все сооружения и зеленые насаждения придется вырубить и снести. Процесс сложный, трудоемкий, но необходимый.

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).

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.

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.

Преимущества и недостатки

Работа конструкции геотермального отопления, как и все остальные системы имеют свои положительные и отрицательные качества. Начнем с преимуществ:

• отопление является не только высокоэффективным, но еще и малозатратным;
• монтаж легко осуществляется своими руками;
• отмечается пожаробезопасность, так как сжигание топлива не происходит;
• длительный срок службы оборудования (в первую очередь, насоса);
• экологически чистый способ отопления без выделения токсинов и запаха;
• является многофункциональным, так как может давать охлаждающий эффект.

В вопросе организации данного типа оборудования необходимо выделить один условный минус — крупные первичные затраты, которые понадобятся на обустройство.

Змеевидный внешний контур в котловане для геотермального отопленияИсточник stroyfora.ru

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

Варианты обустройства геотермального отопления

Способы обустройства внешнего контура

Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная

Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше

В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.

Кроме него учитываются такие факторы:

• Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
• Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
• Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.

Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.

Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.

Горизонтальная схема геотермального отопления

Горизонтальное расположение наружных труб

Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.

Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

• Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
• Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
• При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.

Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.

Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности — тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.

Вертикальная схема геотермального отопления

Вертикальная геотермальная система

Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах

Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная

Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.

С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?

• Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м. что является трудоемкой работой;
• Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
• При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.

Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.

Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.

Воздушные коллекторы

Подземное теплоснабжение приватного дома можно осуществить и при помощи воздушных коллекторов. Это весьма простой способ отопления воздушного типа в приватном доме в сравнении с 2-мя предыдущими.

Чтобы подогреть воздух в помещении до оптимальной температуры, требуется некоторое количество тепла. Чем ниже первоначальная температура, тем выше расходы. При помощи системы вентиляции и тепла, полученного из грунта, можно бесплатно увеличить температуру воздуха в доме. Обогрев теплом земли в таком случае происходит очень просто.

Для организации отопительные системы необходимо:

• вывести забор воздуха вентиляции пониже уровня грунтового промерзания;
• провести выгнутый, прямой или многотрубный коллектор при помощи обыкновенных труб канализации (форма подбирается в зависимости от участка, на каждый метр квадратный площади дома должно приходиться 1,5 метра коллектора);
• выполнить воздухоотвод на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту минимум 1,5 метров от земли и оборудовав ее зонтом-дефлектором (конечно, воздушный приток в дом будет принудительным.

В данном случае земляное теплоснабжение не сумеет полностью обеспечить дом теплом.

Все таки, оно позволяет осуществить две идеи:

1. Поступающий через вентиляцию воздух можно нагревать любым обогревательным прибором (газовым, соляровым, электрическим и др.) и потом разводить по комнатам при помощи вентканалов. Полностью бесплатным подобное отопление от земли не будет, но все таки расходы уменьшатся: разогреваться станет не холодный воздух с улицы, а тот, который уже прогрет приблизительно до +10 градусов. Достаточно хорошо можно сэкономить, если зимы в регионе холодные.
2. Нагретый при помощи тепла земли воздух можно применять для обдува внешнего блока привычного кондиционера или теплового насоса типа «воздух-воздух». Любое устройство данного класса сумеет хорошо работать при температуре примерно +10 градусов. Сложность реализации заключается лишь в обеспечении необходимого потока воздуха. В результате воздух нагревается теплом грунта, поступает к тепловому насосу и отводится за пределы дома.

Теплоснабжение теплом земли – хорошая замена обычным способам обогревания, но сейчас оно не считается широко популярным (прочтите также: «Альтернативное теплоснабжение приватного дома — выбор очень большой»). Связано это, как правило, со сложностью процесса установки и большими первыми затратами. Прекрасным вариантом считается бурение колодцев и расположение в них труб, но обходится система такого типа отопления очень дорого. С другой стороны, это дает возможность обогревать дом, пользуясь бесплатным тепловым источником.

Также нужно всегда помнить про то, что подобный вариант теплоснабжения является чистым в экологическом плане и очень эффективным, потому как температура почвы на глубине более десяти метров остается постоянной. Видео про то, как применить тепло земли для отапливания дома:

1 Преимущества и недостатки

Отопление дома теплом земли, называемое также геотермальным (от «геотермия» — тепло земли), не требует использования какого-либо топлива. Кроме того, для работы системы будет тратиться гораздо меньше электроэнергии, чем для тепловых электроприборов. Все это говорит об экономичности новой отопительной системы. Геотермальное отопление имеет ряд дополнительных достоинств:

• эффективность;
• экологичность;
• безопасность;
• низкий уровень шума;
• не нужно постоянно контролировать процессы системы;
• правильная установка не требует ремонта и другой технической поддержки в течение 30 лет;
• окупаемость (экономия на топливе, электроэнергии и ремонтных работах позволяет окупить стоимость затрат на монтаж оборудования за 5—7 лет эксплуатации).

Кроме того, для установки потребуется бурение, которое удобнее делать при строительстве, когда еще не проведены ландшафтные работы на участке.

Также следует иметь в виду, что отопление за счет тепла земли наиболее эффективно в южных и умеренных широтах, а вот в северных регионах его возможно применять только для обогрева домов площадью не более 200 м².

Как это работает

Вся конструкция состоит из 3 контуров, которые завязаны на так называемый тепловой насос — сердце системы. Тепловым насосом называют агрегат обеспечивающий теплообмен между контурами и циркуляцию теплоносителей внутри контуров.

Схема теплонасоса в разрезе.

Назначение контуров

1. Наружный контур — этот контур расположен непосредственно в земле ниже уровня промерзания или воде. Заполняется этот контур какой-нибудь незамерзающей жидкостью, в самом простом варианте рассолом. Жидкость, нагреваясь под землей, поднимается в теплонасос и отдает тепло второму контуру;

Наружный контур имеет достаточно большую длину.

1. Второй контур заполнен фреоном и полностью спрятан внутри теплонасоса. Температура кипения у фреона достаточно низкая, нагреваясь от первого контура, он превращается в пар и разогревает внутренний, третий контур. Именно поэтому такую систему называют холодильником наоборот;
2. В качестве внутреннего контура выступает отопительная система дома. Название условное, так как этих контуров может быть несколько — отопление радиаторов, теплого пола, обогрев теплицы, нагрев воды для бытового пользования и прочее.

Аппаратура для геотермального отопления не требует отдельного помещения.

Принцип действия

1. Незамерзающая жидкость нагревается на глубине, под землей до температуры, к примеру, 5–7ºС и поступает в тело теплового насоса;
2. Внутри агрегата стоит теплообменник и нагретая жидкость, проходя через него, отдает тепло второму контуру, после чего уходит под землю за новой «порцией тепла»;
3. Фреон, который испаряется во втором конуре попадает в компрессор и при сжатии его температура доходит до 100ºС, чего вполне хватает чтобы разогреть жидкость в третьем контуре, кстати, для этих целей тоже есть теплообменник;
4. С третьим контуром более-менее ясно, он обогревает дом, а вот разогретый фреон поступает в расширительный экран, где давление и температура нормализуются и все начинается снова.

Принцип работы теплонасоса.

Достоинства и недостатки системы

Достоинств у геотермальной системы масса:

• Энергия земли неисчерпаема, это не заправочная станция и тепло там не кончается;
• Система полностью безопасна в пожарном отношении;
• Раз топлива как такового нет, значит доставлять и складировать его не нужно;
• Система экологически безопасная и полностью безотходная;
• Пока в вашем доме есть электроэнергия, тепловой насос работает в автономном режиме. Кстати инструкция по настойке там элементарно простая;
• Для загородного дома средних размеров расчет потребления электроэнергии составляет порядка 300–400 Вт. Образно говоря, вы, оплачиваете работу лампочки в 300 Вт и при этом обогреваете весь дом, плюс получаете горячую воду.

Характеристики одной из моделей теплонасоса.

Минусы у геотермальной системы также есть и самым главным считается высокая цена. В среднем обустройство подобного отопления для загородного дома обойдется порядка 10 тысяч евро, прием стоимость оборудования в этой сумме занимает примерно половину, остальное возьмут за монтаж.

Принцип работы

Система отопления от тепла земли состоит из 3-х основных составляющих:

• Внутренний контур;
• Внешний контур;
• Тепловой насос.

Многих интересует вопрос: что представляет собой отопление энергией земли? Конструкция такой системы достаточно сложна для понимания, поэтому для разъяснений приведем небольшой пример.

Испаритель, который здесь играет роль морозильника, находится в глубине недр земли. Конденсатор, который выполнен в виде медного змеевика, используется для доведения воздуха или воды до необходимой температуры. Температура испарителя, находящегося под землей, при этом существенно ниже, чем над поверхностью.

По заявлениям производителей подобных систем отопления, температура находится в диапазоне от 5 до 8 градусов Цельсия.

Принцип работы.

Использование прочных и надежных компрессоров, а также инновационные технологии рефрижераторных систем дают возможность создавать уникальные и необычные способы «некачественного» тепла, которое находится над землей, в «качественное» тепло, которое в дальнейшем применяется в геотермальном отоплении частного дома.

Геотермальные системы отопления работают на принципе физической передачи тепла хладагенту за счет энергии земли. Приблизительно такой же принцип работы реализуется в обычном холодильнике. Более 75% всего объема тепла, которое выделяется при функционировании системы обогрева дома, представляет собой энергия окружающей среды, которая в дальнейшем накапливается и поступает в жилые комнаты и прочие помещения коттеджа.

По этой причине данная энергия обладает замечательной способностью к самовосстановлению, в результате чего геотермальной системой отопления не наносится никакого ущерба экологическому и энергетическому балансу нашей планеты.