Контакты
Главная / Плинтус

Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками. Делаем геотермальное отопление своим руками: описание работы насосов, основные характеристики и отзывы владельцев Отопление на разности температур

В последние десятилетия активная жизнедеятельность людей, удовлетворяющих свои потребности, начала очень негативно воздействовать на природу, окружающую среду. И теплоэлектростанции сыграли не последнюю роль в этом процессе. В то же время, общество стало понимать, что ресурсы природы являются небезграничными, именно поэтому в последние годы начали внедрять аналоги источников теплоснабжения. Одним из таких альтернативных способов отопить дом является геотермальное отопление. Система – проста и эффективна, а сделать ее можно собственноручно.

Заметим, что геотермальное отопление в США и европейских странах стало основным источником тепла, однако в России на сегодняшний день оно рассматривается только в качестве альтернативы газовому, электрическому, твердотопливному и другим видам отопления. Очень скоро геотермальное отопление станет основным, ведь отзывы говорят о том, что это рентабельный способ отопить свой дом без вреда для экологии и с выгодой для себя.

Принцип функционирования

Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, - становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.

Тепловую энергию, которая получается в процессе отопления, использует геотермальная система, основанная на специальном тепловом насосе.

И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.

Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт. Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял). Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.

Особенности системы

Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно. Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система. Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.

Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло. Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление. Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.

Заметим, что в летний период отопление от земли, работает в качестве кондиционера. Для этого нужно активировать обратный механизм. В процессе работы теплообменник будет брать охлаждающую энергию.

Способы работы системы

Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:

  1. Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.
  2. Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар.
  3. А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.

Преимущества геотермальной системы отопления

Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:

  • Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
  • Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
  • Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
  • В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
  • При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.

Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно

Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.

Заметим, что внутри помещения, которое вы хотите отопить, ставятся отопительные элементы, ничем не отличающиеся от водяного отопления. Ваше жилье будут обогревать радиаторы, а тепло в них будет идти по трубам.

Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.

На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, - с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею. И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан. И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

Тенденции распространения геотермального отопления являются понятными. Ведь отопление за счет энергии земли – это удобно, экономично и безопасно.

Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет. А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы. Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.

Проектирование продуктивной системы отопления в загородном доме необходимо осуществлять таким образом, чтобы она была экономически выгодной, но в то же время простой в исполнении и технологически современной. Стандартные решения, при которых тепло образуется вследствие сгорания топлива, являются дорогостоящими для владельца дома, причиной этому служит постоянное увеличение стоимости электричества и газа. Кроме того, традиционные способы отопления помещения негативно сказываются на состоянии окружающей среды, для примера, порядка 40% выброса углекислого газа в атмосферу образуется вследствие получения тепла, такой уровень негативного воздействия на окружающую среду в цифровом показателе соотносим с негативным воздействием, наносимым выхлопами транспортных средств. В рамках этого вопроса актуальным является новая система геотермального отопления помещения.

Поиски нестандартных решений в области отопления помещений началось ещё в 70-х гг. прошлого века, во время энергетических кризисов. Изначально такая технология была апробирована в США, в большей части в элитных помещениях. Но благодаря развитию технологий, стоимость производства постепенно снижалась, поэтому такой вид обогрева жилых помещений в настоящее время стал доступен для массового потребителя. Кроме того, как показывает многолетний опыт использования систем геотермального отопления — такая конструкция отличается долговечностью и рентабельностью, поэтому спрос потребителя на установку такого типа систем неуклонно растёт.

Положительные и отрицательные моменты установки системы геотермального отопления в загородном доме

Разработка новых технологий способствовала тому, что практически каждый владелец дома теперь располагает возможностью аккумулировать энергию земли, устанавливая геотермальную отопительную систему в частном секторе. В грунте накапливается до 98% солнечной энергии, которая попадает на его поверхность, благодаря чему даже в зимний период в земляном пласте сохраняется достаточное количество тепла для обогрева жилого здания, требуется только установка специального оборудования для того чтобы воспользоваться накопленной солнечной энергией. После установки системы геотермального отопления, затраченные на установку средства, окупятся в среднем через 5-8 лет — это является отрицательной стороной данной технологии. Стоимость реализации проекта, возможно, вызовет сомнения у тех, кто планировал установку недорогой системы, но к в планы владельца загородного дома капитальные затраты не входили.

Положительной стороной системы является её доступность, так как существует повсеместная возможность использования энергии такого типа, а также её абсолютная экологичность и безвредность для человека. Количество энергии неограниченно, а расходы на эксплуатацию и обслуживание системы очень низкие. Геотермальная энергия не стоит затраты денежных средств, однако финансовых вложений требует та энергия, которая задействована для функционирования теплового насоса. Для получения от трёх до пяти киловатт тепла нужно затратить один киловатт этой энергии. Учитывая, что во время работы насоса не происходит процесса сгорания, то система абсолютно безопасно, риск возгорания или взрыва, как в случае с газовыми системами отопления отсутствуют. Оборудование жилого помещения различными вытяжными системами и дымоходами, система занимает очень мало места в помещении. Кроме того, не нужно специального помещения или дополнительного места для хранения топлива. А благодаря универсальности системы можно не только отапливать жилое помещение зимой, но и охлаждать его в летние месяцы. При условии правильного монтажа системы, она может работать около 30-ти лет без необходимости технического обслуживания, в то время как другие системы нуждаются в сервисном внимании существенно чаще.

Особенности работы системы геотермального отопления

Принцип работы геотермального оборудования можно сравнивать либо с работой кондиционера, либо морозильной камеры, но «наоборот». В основе конструкции находится тепловой насос, размер которого примерно равен габаритам стиральной машинки, насос включен в 2 контура.

Первым контуром является видимая система из радиаторов и труб, второй контур составляет теплообменник, который помещается под землю или в воду. Циркулировать внутри контура может либо специальная жидкость, либо простая вода. Во втором контуре жидкость приобретает температуру окружающего пространства, после чего теплоноситель попадает в тепловой насос, который можно настроить и на охлаждение помещения, и на его обогрев. Тепло, выработанное насосом, при обогреве поступает в первый контур, при охлаждении во второй.

На примере работы холодильника «наоборот» можно провести аналогию, сравнив вкопанный в землю испаритель с морозилкой, а змеевик холодильника — это конденсатор, который используется для нагревания воздуха или воды. Температура конструкции ниже окружающей среды, по причине того, что под землёй стабильно низкая температура.

Производство тепловых насосов (главных элементов геотермальных систем) в промышленных масштабах стало возможным благодаря развитию технологий рефрижераторных установок, которые позволили разработать уникальную методику по преобразованию энергии земли в тепло для отопления помещений.

Принципы устройства контуров

Выполнить установку системы силами только владельца участка сложно, так как вблизи здания нужно спроектировать конструкцию, состоящую из замкнутой системы труб, которая помещается на значительную глубину под землю, которая иногда достигает больше, чем несколько сотен метров. Тип конструкции теплообменника, а также габариты коллектора зависят от ряда параметров, среди которых основные тепловодность грунта и глубина залегания.

Выделяют три схемы оборудования системы геотермального отопления, то есть устройства наружного контура для аккумулирования энергии.

  1. Наиболее оптимальным является устройство вертикального теплообменника с насосом. Для реализации такой схемы необходимо специальное оборудование и существенные финансовые вложения для бурения скважины, располагающейся под землёй на глубине от 50 до 200 метров. В этом случае используется тепло глубоко залегающих грунтовых вод, обладающих высокой температурой. Вода проходит по тепловому насосу через теплообменник, где отдаёт своё тепло, после чего сбрасывается обратно в грунтовые воды ниже по течению. Расходы в этом способе установки оправдываются результатом, так как срок эксплуатации скважины достигает 100 лет.
  2. Похожей на предыдущую и довольно дорогостоящей является схема обустройства в шахте глубиной 75-100 м. специального резервуара с антифризом, который греется от температуры грунта, после чего тепловой насос гоняет антифриз по кругу. После отдачи тепла антифриз сбрасывается в резервуар под землёй.
  3. Более простая в проектировании схема горизонтального теплообменника, при которой под землёй располагаются трубы таким образом. Чтобы они были ниже уровня промерзания почвы зимой. Отрицательной стороной этой схемы является необходимость задействования под коллектор значительной площади. Для примера под небольшой дом площадью в 200 кв.м. нужно занять площадь равную 500 кв.м. Расположение труб нужно сделать таким образом, чтобы до ближайшего дерева было не менее 1,5 метров.
  4. Следующая схема применима в том случае, если загородный дом размещается не далее чем в 100 метрах от водоёма. Она достаточно дешёвая, для осуществления проекта не требуется проведения земляных работ, размещение теплообменника должно быть осуществлено таким образом, чтобы глубина была достаточной для не промерзания, подо льдом зимой должно оставаться не менее, чем 1-1,5 метра воды до верхней точки зонда. Предпочтительнее, чтобы течения в водоёме не было, по его дну прокладывают горизонтальные зонды, которые поглощают тепло. Такую схему может осуществить владелец загородного дома самостоятельно.

Сборка внешнего контура происходит из полиэтиленовых труб, согласно предварительным расчётам соотношение 40-50 Вт тепловой энергии должно приходиться на 1 метр коллектора. Соответственно, если производительность насоса равна 10 кВт, то скважина должна быть протяжённостью около 160-200 метров. В некоторых случаях выгоднее пробурить несколько неглубоких скважин вместо одной большой, для того чтобы в итоге получилась нужная расчётная глубина. Для того чтобы сохранить ландшафт участка проектировщики пользуются кластерной технологией, при которой осуществляется бурение скважин в разных направлениях из одной точки.

В заключение статьи прилагается видео с конкретным примером.

Видео — геотермальные насосы

Целью данной статьи было рассмотрение положительных и отрицательных моментов системы геотермального отопления, которое является успешной альтернативой для уже традиционных способов обогрева загородного дома.

Поиски альтернативных источников энергии привели к изобретению устройств, которые способны аккумулировать тепло, в большом количестве находящееся в окружающей среде человека. Солнечные лучи, гейзерные источники, грунт – все это в той или иной степени может удовлетворить потребности в нагреве теплоносителя для системы отопления и ГВС.Хотя геотермальное отопление за счет тепла земли является относительно новым направлением, перспективы такого решения очевидны. Благодаря установке специального оборудования появляется возможность получения дешевого, практически бесконечного типа тепловой энергии.

Как получить тепло в дом из земли

Земля даже в зимний период времени не промерзает полностью. Этой особенностью пользуются монтажные бригады, прокладывающие трубопровод ниже точки замерзания. Удивительно, но температура этих слоев редко опускается ниже, чем +5 +7°C градусов. Можно ли воспользоваться способностью земли аккумулировать тепло, извлечь его и использовать для нагрева теплоносителя? Конечно! Но чтобы сделать альтернативное отопление частного дома с помощью тепла земли возможным? потребуется решить следующие проблемы:
  • Получение тепла - понадобится аккумулировать тепловую энергию и направить ее в аккумулирующий резервуар.
  • Нагрев теплоносителя. Нагретый антифриз должен передать тепловую энергию жидкости, которая циркулирует в системе отопления и ГВС.
  • Остывший антифриз необходимо отвести обратно к теплообменнику для дальнейшего нагрева.
Чтобы решить эти вопросы был разработан геотермальный насос с использованием тепла земли. Геотермальный тепловой насос позволяет извлечь количество тепла, которого более чем достаточно для производства большого количества тепла и использования в зависимости от конструкции и месторасположения дома в качестве основного или дополнительного отопительного оборудования.

Как работает геотермальное отопление дома, принцип работы

Подземное глубинное отопление из земли, это больше не фантастика. Такие установки можно спокойно купить в России. Причем геотермальные установки в состоянии работать как в условиях Севера, так и в южных широтах. Но какой принцип они используют в своей работе?Еще в прошлом столетии был отмечен факт, что при испарении определенные типы жидкостей способны охлаждать поверхность. Именно это происходит когда протирают спиртом кожу перед уколом или поливают асфальтированную площадку, нагретую под солнцем. Этот принцип был взят в качестве основы для разработки холодильного оборудования.

Дальше возникла идея почему бы не пустить процесс охлаждения в обратную сторону и не получить вместо холодного горячий воздух. Большинство современных кондиционеров в состоянии не только охлаждать воздух в помещении, но и работать на его нагрев. Но недостатком таких устройств является то, что они ограничены температурой окружающей среды. Так, после того как отметка достигает -5 градусов, они прекращают работать. Геотермальные насосы для отопления частных домов от земли полностью лишены такого недостатка, хотя используют принцип, во многом напоминающий работу кондиционера на нагрев помещения.

Как устроено геотермальное отопление

Как уже отмечалось, геотермальная система отопления из недр земли, во многом напоминает работу кондиционера в режиме нагрева. Что происходит в этот момент?
  • В нижних слоях грунта, на дне реки или озера устанавливают водяные коллекторы, по которым циркулирует антифриз. Коллекторы поглощают тепло и высвобождают холод.
  • Нагретый антифриз с помощью насоса поднимается наверх.
  • В буферном баке происходит теплообмен. Нагретый антифриз отдает тепловую энергию теплоносителю или нагревает воду.
  • Остывший антифриз поступает обратно к коллекторам.

Существуют установки, которые в состоянии самостоятельно отапливать большие помещения, другие используются исключительно, как вспомогательное оборудование способное обеспечить от 50-75% потребности помещения в тепле.

Геотермальное оборудование для использования тепла земли

Принцип работы глубинной системы отопления дома, за счет энергии земли, основан на применении особого оборудования. Оно выполняет следующие функции: аккумулирует тепло окружающей среды, передает его теплоносителю системы отопления. Для этого используют следующие узлы:
  • Испаритель - находится глубоко под землей. Функция испарителя заключается в том, чтобы поглотить тепловую энергию, находящуюся в окружающем грунте.
  • Конденсатор - доводит антифриз до необходимой температуры.
  • Тепловой насос - циркулирует антифриз в системе. Осуществляет контроль над работой всей установки.
  • Буферный бак - собирает нагретый антифриз в одном месте, для передачи энергии теплоносителю. Состоит из внутреннего бака, в нем находится вода из системы отопления и внутренний змеевик, по которому движется нагретый антифриз.

Хотя природное низкотемпературное геотермальное отопление дома теплом земли дает достаточно тепловой энергии, наиболее практичным вариантом отопления при таком решении является подключение его к системе «теплый пол».

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 $.

Эффективно ли геотермальное отопление на Севере

Чтобы создать минимальные условия необходимые для работы геотермальной установки, достаточно соблюдения следующих условий:
  • Температура слоя грунта, в котором расположены теплообменники, не должна опускаться ниже +5,+7°C градусов.
  • На протяжении всей системы, по которой протекает антифриз, созданы условия, позволяющие избежать его замерзания.
  • Геотермальный обогрев загородного дома выполнен после проведения всех необходимых расчетов и проектной документации.
Если учесть все описанные требования становится ясно, что такие установки могут быть эффективными, при соблюдении вышеперечисленных условий. Все же для северных регионов более целесообразно использовать такие установки для нагрева небольших площадей до 150-200 кв. м.

Гейзерное отопление частного дома

Производительность геотермального насоса во многом зависит от температуры грунта или воды, в которых находится теплообменник. В этом отношении жители Камчатки находятся в более выгодном положении. На полуострое Камчатка находится огромное количество термальных источников - гейзеров, которые не остывают даже в зимнее время года. Перед монтажом оборудования обязательно проводится геологическая разведка. Если теплый источник находится на территории дома, имеет смысл расположить теплообменники на дне этого водоема. Геотермальная энергия в таком случае окупится значительно быстрее.

Как с помощью геотермального насоса отопить дом

Технология обогрева дома подземным теплом наиболее востребована на Западе. Это в первую очередь связано с менталитетом жителей западных стран. Они привыкли делать долгосрочные инвестиции, которые полностью окупаются только через несколько лет. Да и немного найдется людей, которые в состоянии заплатить за установку оборудования около 20 тыс. $ единовременно. Но количество желающих стать независимыми от остальных источников отопления постоянно растет. Альтернативные способы геотермального отопления дома становятся более популярными, особенно если учесть постоянно растущую стоимость газа.

Тепловая энергия буквально лежит под ногами. Дело только за тем, чтобы нагнуться и «поднять» ее. В этом может помочь геотермальная установка. Монтаж насоса позволяет в зависимости от местности либо полностью компенсировать потребности в тепловой энергии, или удовлетворить их частично, существенно снизив нагрузку на основной источник отопления и систему ГВС частого дома.

avtonomnoeteplo.ru

Эффективно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли: анализ и советы по обустройству

Геотермальное отопление является одним из самых перспективных из всего числа альтернативных источников получения энергии. В отличие от гелиосистем оно практически не зависит от времени года. Но выгодно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли?

Геотермальное отопление дома

Схема геотермального отопления

Сначала необходимо разобраться с принципами получения тепловой энергии. Они основаны на повышении температуры при заглублении вглубь земли. На первый взгляд повышение степени нагрева незначительно. Но благодаря появлению новых технологий, отопление дома за счет тепла земли стало реальностью.

Главным условием для организации геотермального отопления является температура не ниже 6°С. Это характерно для средних и глубоких слоев грунта и водоемов. Последние имеют большую зависимость от показателя внешней температуры, поэтому крайне редко используются. Как практически можно организовать отопление дома энергией земли?

Для этого необходимо сделать 3 контура, заполненных жидкостями с различными техническими характеристиками:

  • Наружный. Чаще в нем циркулирует антифриз. Его нагрев до температуры не ниже 6°С происходит за счет энергии земли;
  • Тепловой насос. Без него отопление за счет энергии земли невозможно. Теплоноситель из наружного контура с помощью теплообменника передает свою энергию хладагенту. Температура его испарения менее 6°С. После этого он поступает в компрессор, где после сжатия происходит повышение температуры до 70°С;
  • Внутренний контур. По аналогичной схеме выполняется передача тепла от сжатого хладагента воде в системе одоления. Таким образом происходит отопление из недр земли с минимальными затратами.

Несмотря на явные преимущества, встретить подобные системы можно редко. Это связано с большими затратами на приобретение оборудования и организации наружного контура забора тепла.

Лучше всего доверить расчет отопления от тепла земли профессионалам. От правильности вычислений будет зависеть эффективность работы всей системы.

Конструкция теплового насоса

«Сердцем» геотермального отопления является тепловой насос. Он состоит из нескольких компонентов, работа которых напрямую влияет на показатель КПД всей системы. Поэтому прежде чем планировать отопление частного дома от земли – нужно выяснить основные характеристики этого узла.

Так как это устройство относится к разряду сложного оборудования – рекомендуется приобретать только заводские модели. Конструкция теплового насоса включает в себя следующие компоненты:

  • Испаритель. В этом блоке происходит передача энергии от внешнего контура;
  • Компрессор. Необходим для создания высокого давления в среде хладагента;
  • Капилляр. Он служит для уменьшения внутреннего давления в контуре хладагента;
  • Система управления. С ее помощью регулируется отопление частного дома от земли – температурный режим работы, скорость прохождения теплоносителей и т.д.

Основной проблемой при самостоятельном изготовлении теплового насоса является уменьшение тепловых потерь и нормализация работы внутреннего контура с хладагентом. Настройка заводских моделей происходит еще на стадии изготовления, а в конструкции предусмотрены возможности регулировки ее параметров.

Как правильно рассчитать параметры насоса, чтобы тепло земли для отопления дома обеспечило нормальную температуру? Для этого нужно узнать тепловую мощность насоса. Для приблизительного вычисления можно воспользоваться следующей формулой:

Где t1-t2 – разница температуры на входной и обратной трубе, °С, V – расчетный объем расхода теплоносителя, м³/ч, Q – номинальная мощность теплового насоса, Вт.

Эта методика неприменима для сложных систем, так как в них присутствует множество дополнительных факторов. В частности – тепловые потери на магистрали. В особенности это касается тех зон, где она выходит максимально близко к поверхности грунта. Для минимизации тепловых потерь следует выполнить утепление труб отопления в земле.

Так как работа теплового насоса зависит от электроэнергии – рекомендуется установить блок аварийного питания.

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.

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.

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

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

strojdvor.ru

Подземное геотермальное отопление дома

Для обеспечения частного дома теплом традиционно используются агрегаты, работающие на электричестве, твердом, газовом или жидком топливе. В последние десятилетия в качестве альтернативного источника тепловой энергии используют солнечные коллекторы и тепло земных недр. Обогрев дома с помощью тепла земли называется геотермальным отоплением дома.


Геотермальное отопление дома за счет энергии земли

Отопление от земли пользуется растущим спросом, поскольку стоимость привычных энергоносителей неуклонно повышается, а запасы ископаемого топлива при этом сокращаются. Вложение денег в земляное отопление загородного коттеджа достаточно выгодно с учетом экономических перспектив и существенной экономии средств на автономное теплоснабжение в отопительный период.

Способы получения природной тепловой энергии

Геотермальные тепловые насосы различаются по способу извлечения тепла:

  1. Установки, использующие тепло грунтовых вод глубокого залегания, горячих гейзеров и т.д.
  2. Системы, в состав которых входит резервуар с антифризом, устанавливаемый в грунте на глубине от 75 метров. Отопление из недр земли обеспечивается за счет естественного нагрева емкости с антифризом; в результате хладагент, проходя через теплообменник, отдает полученное тепло и возвращается в емкость.
  3. Геотермальный контур укладывается по дну водоема, который является естественным аккумулятором тепла. В данном случае нужно учесть, что водоем может полностью промерзнуть в зимнее время.

Виды геотермальных тепловых насосов

Отопление дома энергией земли требует масштабных работ по монтажу системы, но зато это экологичный способ получить практически бесплатную тепловую энергию. Чтобы отопить дом, потребуются незначительные расходы на электроэнергию, необходимую для функционирования системы.

Принципы функционирования геотермального отопления

Отопление за счет энергии земли успешно применяется в различных климатических зонах: системы способны работать и в южных, и в северных регионах.

Геотермальная установка в процессе своего функционирования использует такое физическое свойство некоторых жидкостей, как способность испаряться, что приводит к охлаждению поверхности. Именно это явление лежит в основе работы холодильного оборудования.

Принцип работы геотермального отопления представляет собой запущенный в обратную сторону процесс охлаждения. Именно так работают кондиционеры, способные не только охлаждать, но и подогревать воздух в помещении.


Принцип работы теплового насоса

Однако, установки для кондиционирования воздуха имеют ограниченную работоспособность - они не могут функционировать при температуре ниже -5°C. А геотермальная система способна обеспечить обогрев дома независимо от температуры воздуха на поверхности. Это связано с тем, что в той среде, откуда она забирает тепловую энергию, естественным образом поддерживаются стабильные температурные условия.

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.

Оборудование для обустройства геотермального отопления

Геотермальное оборудование для глубинной отопительной системы позволяет аккумулировать извлеченную из окружающей среды тепловую энергию и передавать ее теплоносителю в отопительном контуре.

Список оборудования для обогрева с помощью тепла земли включает:

  • Испаритель. Устройство располагают на глубине, и оно служит для поглощения находящейся в геотермальных водах или грунте тепловой энергии.
  • Конденсатор. Позволяет довести температуру антифриза до необходимой для функционирования системы величины.
  • Тепловой насос. Обеспечивает циркуляцию антифриза в контуре нагревания, контролирует работу геотермальной установки.
  • Буферный бак - емкость для сбора нагретого антифриза. Позволяет передавать тепловую энергию земных недр теплоносителю. Бак, через который проходит теплоноситель, оборудован теплообменником в виде змеевика. По нему, отдавая тепло, движется нагретый антифриз.

Схема устройства теплового насоса

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

Для обеспечения отопления дома теплом земли необходим монтаж системы:

  • 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.

  2. Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.

    3. 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.

Важно! Температура окружающей коллектор среды не должна опускаться ниже +5°C. Контактирующую с промерзающим грунтом верхнюю часть коллектора нужно защитить термоизоляцией для избежания потерь тепловой энергии.

Преимущества и недостатки

Отопление энергией земли имеет целый ряд преимуществ:

  • Эффективность. По сравнению с расходами на электричество для работы теплового насоса система позволяет получить в несколько раз больше тепловой энергии.
  • Экологичность. Данный вид отопления экологически полностью безвреден, отсутствуют выбросы в атмосферу.
  • Безопасность. Нет необходимости использовать какое-либо топливо, химические средства и т.д., нет угрозы взрыва или возгорания оборудования.
  • Минимальная потребность в техподдержке. Правильно смонтированная система способна проработать без какого-либо вмешательства не менее 30 лет.
  • Экономичность. В ходе эксплуатации отсутствуют затраты на ремонт, что позволяет окупить монтаж отопления в течение 5-8 лет.
  • Отсутствие необходимости контролировать работу системы.
  • Низкий уровень шума при работе оборудования.
  • Неисчерпаемость источника тепловой энергии, не требуется закупать и хранить энергоноситель.

Экологичность использования тепловой энергии недр

К недостаткам можно отнести:

  • изначально высокие расходы на оборудование;
  • необходимость вести сложные буровые работы на участке для монтажа вертикального контура или портить ландшафт подготовкой траншей для горизонтального теплообменника.

В умеренном климате геотермальные установки доказали свою эффективность. В северных же регионах данный вид отопления подходит для домов небольшой площади (до 200 м2).

Разобравшись, как работает система и из каких частей стоит, можно определить возможность ее монтажа на собственном участке. Преимущественно отопление из земли обустраивают на этапе строительства дома - в этом случае проще вести земляные работы, так как планировка участка и создание ландшафтного дизайна еще впереди.

Видео по теме:

profiteplo.com

Как сделать отопление из земли в частном доме

Большинство из нас понимают, что использование в качестве топлива угля, газа и древесины не обходится бесследно для экологии. Однако, внедрение альтернативных источников энергии тормозится их высокой стоимостью и КПД, которые пока уступают традиционным. Но в последнее время производители все чаще и чаще стали обращать внимание на подобные продукты, поэтому надеемся, что в скором времени они будут более просты в установке и не такие дорогие.

Сегодня рассмотрим геотермальное отопление, которое можно установить для частного дома своими руками. Вы узнаете о принципе его работы, видах, особенностях и самостоятельном монтаже.


Как происходит отопление теплом земли загородного дома

Стоит сказать, что в европейских странах и США отопление от земли постепенно становится основным источником отопления дома, но у нас пока такие системы выступают лишь альтернативой более традиционным.

Появление и распространение

Энергия земли для отопления стала распространяться в США ближе к концу 80-х годов прошлого века в городах, тяжело переживавших кризис. Системой сразу заинтересовались состоятельные люди, которым она давала возможность экономить на обогреве жилья. Затем она стала дешеветь, и ее стал применять и более бедный класс населения.

Спустя некоторое время тепло земли для отопления превратилось в прерогативу большинства владельцев частных домов. В Европе с каждым годом число домохозяйств, использующих отопление дома теплом земли, только увеличивается.

Такая тенденция распространения геотермального обогрева вполне понятна. Использование тепла земли для отопления позволяет существенно экономить семейный бюджет, оно безопасное и экономичное.

Функционирование геотермального обогрева

Его принцип работы можно сравнить с обычным холодильником, только наоборот. Земля удерживает тепло постоянно, поэтому ним можно нагревать объекты, расположенные на ее поверхности.

Смысл способа в том, что изнутри планета прогревается горячей магмой, а сверху грунт не дает ей промерзать. Получаемая тепловая энергия используется геотермальной системой обогрева, основанной на специальном тепловом насосе.


Получить отопление от тепла земли можно благодаря тепловому насосу

Происходит следующий процесс:

  1. Тепловой насос устанавливают на поверхности.
  2. В земле бурится отверстие, в которую опускают теплообменник.
  3. Проходящая через насос грунтовая вода нагревается и используется затем в бытовых и промышленных целях.

С помощью теплового насоса удается преобразовать 1 кВт электричества в 4-6 кВт теплоэнергии

Основным преимуществом системы является соотношение электрической энергии и получаемой мощности – 1 к 4-6 кВт. К примеру, при использовании обычного кондиционера выходит 1 к 1. Поэтому установка вполне себя сможет окупить в скором времени.

Особенности

Самостоятельное отопление дома от земли имеет определенные трудности, о которых мы расскажем ниже:

  1. Начинаются они с изготовления шахтного ствола. Его расчет ведется отдельно для каждого конкретного случая, во внимание принимают:
    • климат в данной местности;
    • тип грунта;
    • характеристику строения земной коры в данном регионе;
    • площадь обогрева.

На фото – основу геотермального обогрева дома составляют глубинная скважина и тепловой насос

Обычно глубина варьируется в пределах 25-100 м.

  1. На следующем этапе в ствол опускают трубы, которые должны поглощать тепло из недр и подавать его в насос, повышающий температуру теплоносителя в системе отопления.

Совет: работы лучше проводить с помощником, так как трубы часто бывают достаточно большой массы.

Летом отопление энергией земли можно запустить в качестве кондиционера. Для чего активируется обратный механизм. Во время работы теплообменник начнет брать охлаждающую энергию.

Виды

Для экологически безвредной и эффективной работы системы есть три основных варианта:

Грунтовые воды В этом случае применяют для обогрева здания тепловую энергию грунтовых вод, расположенных на большой глубине. У нее достаточно большая температура, поэтому тепловой насос отопления поднимает ее и нагревает. После этого вода через теплообменник отдает основную часть имеющейся энергии.
Антифриз Метод требует дополнительных расходов. На глубину 75 м и ниже опускается резервуар с антифризом, цена которого довольно высокая. Когда он нагреется, его тепловым насосом поднимают к теплообменнику. После отдачи тепла антифриз поступает снова в емкость.
Водоем Данный способ не требует оборудования грунтовой шахты. Такое отопление дома от земли подходит в том случае, если есть выход на водоем. От теплообменника по дну водоема ставят горизонтальные зонды, которые помогают преобразовывать тепло воды.

Виды геотермального обогрева

Теперь узнаем, какими достоинствами обладают такие системы, и смогут ли они удовлетворить наши запросы:

  1. Тепловой энергии выделяется в несколько раз больше, чем расход электроэнергии на работу насоса.
  2. Нет вредных выбросов, поэтому отопление загородного дома от земли экологически чистый способ.
  3. Для функционирования системы необходимо только электричество. Не требуется использование химических средств и топлива.
  4. Во время работы нет опасности взрыва или возгорания.
  5. Правильный монтаж отопительной системы гарантирует функционирование без техподдержки примерно 30 лет.

Как самостоятельно воспользоваться теплом земли для обогрева дома

Самостоятельная установка геотермального обогрева

Нужно сказать сразу, что отопление дома энергией земли потребует одномоментного большого вложения средств. Львиная доля из которых пойдет на обустройство шахтного ствола.

Совет: самая дорогая часть в тепловом насосе – компрессор. Если не хотите проблем, не приобретайте его с китайского завода. Лучше использовать Danfoss или Copeland (желательно не из Китая).

Рекомендуем также использовать вместо радиаторов отопления систему теплый пол. Так можно снизить окупаемость оборудования в разы. Учесть следует и ежегодное повышение тарифов на традиционные энергоносители, в тоже время геотермальная система отопления дома позволит избежать ценовых скачков.

Внутри дома ничего не будет напоминать про то, что вы используете земляное отопление. Основная часть схемы – скважина и теплообменник, будут скрыты под землей. Необходимо только выделить небольшое место для прибора, к примеру, в подвале, генерирующего теплоэнергию.

Конструкция теплового насоса

Устройство позволяет производить регулировку температуры и подачу теплоэнергии. Инструкция по монтажу системы отопления в доме не отличается от традиционного способа, поэтому никаких особенностей в нем нет.

Вывод

Применение тепловых насосов позволяет избавиться от дорожающих каждый год традиционных видов топлива, хотя первоначальные затраты будут довольно большими. Монтаж геотермального отопления вполне можно проводить самостоятельно, только при установке труб в шахтный ствол желательно пригасить помощника.

Окупаемость проекта зависит от утепленности жилья, а также метода обогрева – радиаторный или теплые полы. Видео в статье даст возможность найти дополнительную информацию по вышеуказанной теме.

Page 2

Одной из основных тенденций современного мира является то, что цена на традиционные виды энергоносителей, используемых для отопления дома, постоянно повышается. Поэтому все большее количество людей задумываются о полном или частичном переводе своих жилищ на альтернативные виды обогрева, не использующие топлива в традиционном понимании этого слова.

Особое внимание уделяется неисчерпаемым природным ресурсам, к которым, например, относится солнечный свет.

Альтернативные источники энергии – будущее систем отопления

Способы получения бесплатной тепловой энергии

Как это ни странно звучит, существует даже не один, а несколько различных способов отопления собственного дома без использования газа или твердого топлива.

К ним относятся:

  1. Энергия земли. Почва ниже уровня промерзания даже зимой имеет постоянную температуру, правильно используя которую можно отапливать помещения дома.
  2. Энергия воды. Принцип использования тот же, что и у земли. Если недалеко от дома имеется открытый водоем, который не промерзает до дна в зимнее время, эту энергию также можно преобразовать в тепло, идущее на отопление.
  3. Энергия воздуха. Воздух на улице служит источником тепла. Охладив его с помощью специальной аппаратуры, полученную энергию можно направить на повышение температуры в доме.

Тепловая энергия земли может использоваться для отопления дома

Все перечисленные выше технологии известны инженерам уже достаточно давно, но они имеют существенный недостаток: для извлечения тепловой энергии должны быть использованы специальные устройства, которые работают от электричества. Поэтому получить полностью бесплатное тепло тут не получится.

Единственным вариантом остается солнце. Хотя оборудование, необходимое для трансформации солнечной энергии в тепловую, стоит достаточно дорого, инструкция по его монтажу проста. Вы сможете сконструировать коллекторы отопления и своими руками, обеспечив себя бесплатным теплом в будущем.

Обратите внимание! Эффективно работать такая установка будет только в южных районах, где солнце хорошо обогревает землю.

Для остальных регионов нашей страны можно посоветовать использовать такую конструкцию в качестве дополнения к традиционным методам отопления.


Солнечная энергия – наиболее перспективный источник тепла для отопления дома

Использование гелиосистемы для отопления

Общие требования

Перед принятием решения об установке солнечной системы отопления учтите следующие обстоятельства:

  1. Целесообразно устанавливать солнечную систему отопления только как часть основной. В определенные дни и месяцы она увеличивает мощность традиционной климатической сети, снижая затраты на оплату топлива. Современное оборудование еще не позволяет использовать солнечные коллекторы как основной источник тепла.
  2. Солнечная система обогрева не уменьшает эффективность основной системы отопления, так как функционирует отдельно.
  3. Существует оборудование, способное аккумулировать энергию солнца, накапливая ее в специальных устройствах. Однако эти технологии находятся на стадии разработки и широко не применяются. Поэтому дом и должен быть оборудован традиционным котлом.
  4. Летом отопительная система может быть использована как источник горячей воды для бытовых нужд. Отопительный контур отключается.

Гелиосистема не способна покрыть всю потребность дома в тепловой энергии

Площадь солнечных коллекторов

Для определения площади полей, которые собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепловую, необходимо взять за основу потребность в тепле всех летних потребителей.

Сюда относятся:

Затем полученное значение необходимо увеличить в 2-2,5 раза, получив тем самым искомую мощность гелиосистемы. Точные расчеты целесообразно поручать специалистам, так как на этот параметр оказывает влияние множество других факторов.

Совет! Для примерного (очень грубого) определения площади солнечных коллекторов можно взять следующее соотношение: на отопление 1 км.метра дома необходимо гелиополе площадью от 0,1 до 0,2 кв. метра.

Угол наклона солнечных панелей

При монтаже гелиосистемы очень важно соблюдать рекомендуемый угол наклона коллекторов по отношению к горизонту. Если у вас есть возможность выбрать эту величину, что бывает не всегда, то солнечные панели необходимо размещать под углом 60 градусов к горизонту, направленными в южную сторону.

Обратите внимание! Этот параметр несколько отличается от того, который используется в системах обеспечения горячей водой.

Таким образом, достигается большая эффективность работы панелей в зимнее время, и уменьшаются излишки тепловой энергии, образующейся летом.

В случае когда панели, улавливающие солнечное тепло, предполагается монтировать на крыше, угол которой не превышает 30 градусов, целесообразно отдать предпочтение не плоским, а трубчатым конструкциям (с вакуумными трубками). Их кронштейны предусматривают возможность индивидуального ориентирования и изменения угла наклона над горизонтом, что существенно увеличивает эффективность.


На фото – солнечные коллекторы, состоящие из вакуумных трубок

Емкость накопителя воды

Чтобы покрыть потребность обитателей дома в горячей воде, необходимо в состав солнечной климатической системы включить накопительную емкость. Она позволяет обеспечивать жильцов водой в пасмурные дни.

Емкость бака рассчитывается следующим образом:

  • 50 литров на каждый квадратный метр плоских солнечных коллекторов;
  • 90 литров на каждый квадратный метр трубчатых накопителей.

Схема работы солнечной системы отопления

Разновидности солнечных систем отопления

При конструировании климатической гелиосистемы вы можете выбрать между двумя основными вариантами:

  1. Аккумулировать солнечную энергию в специальных устройствах для последующего использования. В этом случае частью системы служит накопительный бак, в котором нагревается вода. Чтобы обеспечить работу системы в пасмурные дни, необходим дополнительный котел на традиционных источниках энергии. Он будет греть воду в баке при недостаточно эффективной работе солнечной климатической системы.

    Из емкости по трубопроводам разогретый теплоноситель поступает в радиаторы отопления, которые работают также, как и в классической системе обогрева.

  2. Напрямую использовать полученное тепло в систему обогрева дома. Здесь солнце греет воду, идущую от батарей (обратку). Таким образом в котел поступает теплоноситель с более высокой температурой, что существенно снижает затраты на обогрев – нагреватель будет работать с намного меньшей нагрузкой.

Комбинированная система отопления с котлом и солнечными панелями

Некоторые особенности эксплуатации

Отметим наиболее важные моменты, касающиеся использования гелиосистем:

  • она может покрыть не более трети потребностей дома в отоплении;
  • ее делают частью традиционной системы с жидким теплоносителем, где в качестве нагревательного оборудования используются радиаторы;
  • как основной источник энергии целесообразно использовать конденсационный газовый котел, обладающий наивысшим КПД;
  • угол наклона коллекторов необходимо делать равным 60 градусам, иначе эффективность работы гелиосистемы существенно снижается зимой.

Тепло Солнца можно использовать по-разному

Вывод

Хотя существующие в настоящее время гелиосистемы и не могут заменить традиционное отопление, они существенно снижают нагрузку на котел, экономя используемое топливо. И солнце не единственный помощник в этом. Более подробно о комбинированных схемах отопления вы можете узнать из видео в этом материале.

gidroguru.com

  • Какие трубы лучше использовать для отопления квартиры

Геотермальное отопление применяется для отопительной системы.

В качестве основного или дополнительного источника получения тепла служит энергия земли.

Обогрев дома теплом из-под земли: что это такое

На территории России высокотемпературные (термальные) родники располагаются крайне неравномерно, преимущественно вдали от населённых пунктов, что затрудняет их использование для целей отопления.

По мере развития технологий и внедрения новых видов оборудования, для производства тепловой энергии появилась возможность воспользоваться и низкотемпературными источниками.

Кроме прочего, подземные слои, находящиеся на расстоянии 50—100 метров ниже поверхности земли, имеют положительную температуру равную 10—12 °C. Такие значения сохраняются вне зависимости от времени, что даёт возможность пользоваться отоплением на протяжении всего года.

Преимущества системы геотермального отопления:

  • Экономичность . Источниками являются возобновляемые ресурсы , что позволяет избежать финансовых вложений в покупку топлива, как в случае использования традиционных систем. Не потребуются и дополнительные расходы, связанные с транспортировкой, хранением топлива.
  • Безопасность . Маловероятно возникновение каких-либо аварийных ситуаций, взрывов и возгораний.
  • Экологичность . Так как процесс сгорания в геотермальной системе не используется, то и присущие ему выбросы в атмосферу исключены.
  • Автономность . При наличии автоматического управления, не требует частого вмешательства или постоянного внешнего контроля.

Недостатки :

  • Немалые первоначальные денежные затраты.
  • Трудоёмкая установка.
  • Необходимость источника электрической энергии.

Как действует система геотермального отопления

Тепло для обогрева жилья или подачи горячего водоснабжения получают методом преобразования его из энергии окружающей среды с помощью особого агрегата .

Основным элементом геотермальной установки является тепловой насос , который соединён с внутренним и внешним контуром отопления.

Строение внутреннего контура аналогично традиционному варианту отопления (газ, вода). Это: трубы и радиаторы.

Внешний контур , размер которого намного больше внутреннего, размещаясь под землёй, является невидимым в процессе его эксплуатации. Внутри него циркулирует теплоноситель. Это: или обычная вода , или антифриз , как правило, — на основе этиленгликоля . И, второй вариант гораздо предпочтительнее.

Температура теплоносителя уравнивается с температурой среды, когда он находится во внешнем контуре, а затем он отправляется в тепловой насос. Пройдя через него, подогретые массы направляются по внутреннему контуру.

Наличие теплового насоса и является главным фактором для получения тепловой энергии, которая предназначается для последующего её использования потребителем (обогрев жилья, горячее водоснабжение).

КПД этого устройства некоторых может привести в изумление. Потребляя электрическую энергию в объёме 1 кВт в результате своей работы «выдаёт» несколько больше — 4—5 кВт, что выглядит весьма странным.

Это происходит благодаря как конструктивным особенностям прибора, так и тому, что он, помимо электрической, использует тепловую энергию земли в качестве добавочной (даже при низкой температуре грунта).

Тепловой насос способен работать круглый год и эксплуатироваться на протяжении 15—25 лет.

Примечание! Некоторые специалисты уверяют, что с учётом трения или износа, реальный срок действия системы без остановки для проведения ремонтных работ составляет порядка 10 лет.

Вам также будет интересно:

Установка своими руками

Прежде чем решиться на подобный шаг, нужно сопоставить возможности с объёмом и сложностью всех необходимых работ для установки геотермальной системы.

Расчет стоимости

Расчёт стоимости устройства геотермальной системы вычисляется относительно:

  • приобретения теплового насоса определённой мощности;
  • цены всего трубопровода , в соответствии с мощностью насоса;
  • производства сопутствующих земельных работ (бурение скважин, выкапывание траншей), а также стоимости работ по прокладке сетей;
  • установки и подключения теплового насоса.

Фото 1. Геотермальный тепловой насос модели Vitocal 300-W Pro с электроприводом для отопления, производитель — «Viessmann».

Расчёт включает и покупку теплового насоса, цена которого различается в зависимости от мощности и производителя.

Модели мощностью в районе 4—5 кВт будут оцениваться в 3—7 тыс. у. е. Прибор мощностью 5—10 кВт стоит 4—8 тыс. у. е. За 10—15 кВт — 5—10 тыс. у. е.

Размещение коллектора

Существует подразделение по способу установки внешнего контура (коллектора ). В грунте он может размещаться вертикально или горизонтально. В грунте водоёма — горизонтально . Для каждого из этих случаев имеются свои преимущества и недостатки.

Вертикальный тип

При построении установки вертикального типа присутствует необходимость бурения скважин глубиной 50—200 метров. То есть — до слоя, имеющего повышенную температуру. Одна из шахт, которую называют дебетовой, служит для забора тепла.

Теплоноситель в ней поднимается, благодаря работе насоса , затем происходит подача в трубы и радиаторы внутреннего контура.

Возвращаясь, после прохождения всего цикла, теплоноситель сбрасывается через другую шахту обратно, к подземным слоям.

Считается, что срок эксплуатации такой установки — около сотни лет.

При устройствеколлектора вертикального типа с двумя шахтами эффективность его применения для обогрева частного дома снижается, так как для обеспечения работы циркулярного насоса потребуется значительное количество электроэнергии. Это является подходящим вариантом для устройства системы «тёплый пол».

При более экономичном кластерном методе, количество скважин увеличивается, но их глубина уменьшается.

Для вертикальной установки существует и вариант, который предусматривает укрепление ёмкости (бака), содержащей антифриз, на глубине 100 м . Непрерывное движение этой жидкости, нагревающейся от грунта, обеспечивает тепловой насос.

Если не рассматривать вариант бурения скважин для вертикальной конструкции, который требует навыков и оборудования, то работы можно провести самостоятельно.

Теплообменник горизонтального расположения

Для устройства теплообменника горизонтального расположения (типа) понадобится немного усилий, но и тепловая отдача в этом случае будет меньше. Потребуется проведение земляных работ, чтобы соорудить котлован ниже отметки промерзания грунта . В выкопанные траншеи укладывается трубопровод внешнего контура, а впоследствии вся конструкция вновь засыпается землёй.

Температура грунтового слоя будет гораздо ниже, а длина больше, чем при использовании теплообменника вертикального типа. Площадь примерно вдвое превышает ​ помещение, которое предстоит отапливать.

Общеизвестен факт, что обогрев частного дома с помощью теплового насоса – самый эффективный способ из всех ныне существующих. Тема интересует многих домовладельцев в силу постоянного удорожания энергоносителей либо их отсутствия в той или иной местности. Рассмотрим подробнее, что собой представляет геотермальное отопление частного дома, как оно функционирует и что нужно для его монтажа.

Принцип действия геотермальных систем

Если вы никогда не прикасались к задней части своего домашнего холодильника, где расположена решетка теплообменника, то попробуйте это сделать. Вы обнаружите, что решетка горячая. Она нагревается оттого что передает наружу тепло из внутреннего пространства, где хранятся продукты. В результате температура внутри снижается, а снаружи тепло рассеивается в помещении кухни. То есть, холодильная машина переносит тепловую энергию из одного места в другое.

Тепловой насос – это та же холодильная машина, только действует наоборот. В том и состоит принцип работы геотермального отопления, чтобы тепло, имеющееся снаружи дома, перенести внутрь для его обогрева. Теоретически любое вещество или тело, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), содержит тепло в виде энергии движения молекул. Что уж говорить о температуре грунта ниже глубины промерзания, которая всегда постоянна и держится в пределах плюс 5-7 ºС.

Для справки. Убедиться в этом можно, опустившись в глубокий подвал. В нем температура воздуха одинакова круглогодично. Благодаря этому в летнюю пору геотермальные системы отопления могут работать наоборот, принося в дом прохладу вместо тепла.

Сама по себе температура +7 ºС для обогрева здания непригодна, это понятно. Задача, которую решает геотермальная система отопления, как раз и заключается в том, чтобы взять часть этого тепла, преобразовать и перенести в дом. С этой целью в земле устраивается теплосъемный контур из множества труб, проложенных ниже глубины промерзания. По контуру постоянно движется незамерзающая жидкость, побуждаемая циркуляционным насосом.

Нагревшись до температуры земли, жидкость попадает в теплообменник – испаритель. Там она обменивается теплом со вторым контуром, где циркулирует хладагент (фреон), находящийся под давлением, создаваемым компрессором. Благодаря этому хладагент испаряется при низкой температуре, отбирая большое количество тепла из первичного контура.

Далее, проходя расширительный клапан, фреон поступает во второй теплообменник – конденсатор. При этом его давление падает и хладагент конденсируется, передавая тепло уже третьему контуру – нашей системе отопления. В этом и заключается принцип геотермального отопления, когда система переносит энергию извне в дом с минимальными затратами. Ведь получается, что для ее работы нужна электроэнергия для вращения роторов двигателей компрессора и насосов. В среднем на обогрев частного дома площадью 300 м2 будет использоваться 3 кВт/ч электричества. Подробнее о принципе работы рассказано на видео:

Виды геотермальных систем

По сути, системы могут отличаться только строением наружного контура, в остальном оборудование используется одинаковое. На данный момент существует 3 вида внешних контуров:

  • прокладываемый в земле горизонтально;
  • вертикальные геотермальные зонды;
  • погружаемый на дно ближайшего водоема.

В первом случае множество труб прокладывается по дну горизонтального котлована расчетной площади. Минус этого способа в том, что монтаж геотермального отопления потребует много места на земельном участке и рекомендован к применению на этапе строительства дома, когда вырыть котлован и закопать трубы можно прямо под будущим домом.

Вертикальные зонды в виде пучков труб с теплоносителем опускаются внутрь глубоких скважин. Данный метод – наиболее распространен, поскольку доступен на небольших участках, уже застроенных хозяином. Погружение контура на дно водоема используется по мере возможности, то есть, при наличии такого водоема. По эффективности работы системы эти 3 способа практически не отличаются, есть разница только в стоимости строительства.

Вывод. Главное достоинство, которым обладают геотермальные тепловые насосы для отопления – чрезвычайно высокая эффективность. Но это преимущество нивелируется таким недостатком, как сложность и слишком высокая стоимость работ и оборудования. Помимо этого система зависит от электричества, так что придется дополнительно потратиться на дизельный генератор, чтобы не замерзнуть в случае отключения.

Сразу оговоримся, что геотермальное отопление, сделанное своими руками – это миф. Работы, связанные с расчетами длины контуров и мощности теплообменной установки, да и разработкой проекта в целом может выполнить только специалист в этой области, имеющий инженерное образование и опыт. Что касается внедрения проекта, то здесь не обойтись без землеройной или бурильной техники, не станете же вы копать котлован вручную. То же касается и монтажа труб, их прокладки в дом и установки оборудования.

Единственное, что вы можете сделать своими руками, - это собрать домашнюю систему отопления. На эту тему можно почерпнуть достаточно информации в других статьях. Мы же дадим несколько общих рекомендаций:

  • с компанией – подрядчиком следует заключить официальный договор и оговорить в нем все моменты;
  • в силу особенностей работы гелиосистем для обогрева частного дома лучше всего подойдет низкотемпературная схема отопления. К таковым относятся теплые полы и плинтусные водяные конвекторы. Можно поставить и традиционные радиаторы, но об этом намерении надо заблаговременно сообщить специалистам, занимающимся расчетами теплового насоса;
  • для подстраховки не помешало бы иметь в доме резервный котел, желательно – энергонезависимый, работающий на дровах или дизельном топливе. Это позволит избежать ситуаций, когда вы можете остаться без отопления посреди зимы в результате какой-либо неисправности системы или аварии;
  • с той же целью надо приобрести дизельный или бензиновый генератор электроэнергии. Обычные бесперебойники не подойдут, им не хватит мощности или заряда;

лучше всего, когда теплообменная установка геотермального отопления располагается в подвале или цокольном этаже дома, вместе с другим тепловым оборудованием. Так удобнее и дешевле подводить коммуникации.

Заключение

Тепловой насос, как детище самых передовых технологий, довольно распространен в странах западной Европы. У нас он считается малодоступной роскошью ввиду немалой стоимости. Даже состоятельные граждане не торопятся вкладывать средства в подобное отопление, поскольку владеют коттеджами большой площади, где геотермальный обогрев будет окупаться слишком долго. С этой точки зрения оптимальным вариантом считается дом 150 м2 площади.