Как сделать геотермальное отопление дома своими руками. Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками Отопление частного дома за счет тепла земли

Развитие технологий позволяет использовать самовосстанавливающиеся источники энергии – ветра, воды земли. За последнее десятилетие производство установок, которые используют геотермальную энергию, возросло в несколько раз.

Например, в Швеции более 70% новостроек применяют систему отопления, которая использует энергию земли. Еще одним плюсом такой системы является то, что в летний период года она выполняет функцию пассивного кондиционера.

Принцип работы геотермальной системы отопления

Сердцем геотермальной системы отопления является тепловой насос. Используя цикл Карно, он превращает низкотемпературный теплоноситель геотермального контура в нагретый до 50°С теплоноситель системы отопления. При этом КПД при такой работе составляет 350-450%. Моторесурс теплового насоса до капитального ремонта составляет 100 тыс. моточасов.

Температура в 50°С является оптимальной для максимального КПД теплового насоса. Поэтому для обогрева дома целесообразно использовать теплый пол или воздушное отопление, поскольку системы радиаторного отопления плохо подходят для эксплуатации в геотермальных системах отопления.

В конечном счете, у нас выходит: на 1 использованный кВт электрической энергии мы получаем около 3,5 кВт тепла, что в связи с удорожанием теплоносителей, является существенным для экономии собственного бюджета.

Функциональные особенности системы

Геотермальная система частного дома состоит из трех контуров:

• Грунтовой коллектор – система специальных труб, с установленным рецеркуляционным насосом. Температура теплоносителя внешнего контура колеблется в пределах 3-7°С. Дельты в 4°С достаточно для системы отопления. Теплоносителем, в основном, выступает этиленгликоль или смесь этиленгликоля и воды.
• Контур теплового насоса «забирает» тепло от грунтового коллектора и передает системе отопления дома. В зависимости от площади дома и нужной тепловой мощности, он может вырабатывать до 3500 кВт тепла. Теплоносителем для насосов разных производителей служат: Thermia и Mammoth – этилен- или пропиленгликоль, для Heliotherm – газ Пурона,.
• Контур системы отопления, в котором нагретый до 45-50°С теплоноситель поступает в систему отопления.

Конструкции геотермальных систем отопления

При монтаже геотермальной системы, различия в основном касаются только внешнего грунтового коллектора. Существует четыре основные схемы размещения контура:

• Горизонтальная – грунтовой коллектор размещают ниже глубины промерзания грунта (от одного до полутора метров – для разных регионов страны). В качестве труб внешнего коллектора используется: металлопластик, медь в оболочке ПВХ. Теплоотдача земли составляет 10-25 Вт/м 2 и до 50 Вт/м 2 , для почвы с высоким уровнем грунтовых вод. Для получения 7-9 кВт тепловой энергии, площадь коллектора будет составлять 300-500 м 2 , в зависимости от условий монтажа. При подобной укладке коллектора не допускается рытье траншей возле деревьев ближе, чем на 1,5 м. Осуществлять благоустройство территории и ландшафтные работы необходимо по завершению монтажа системы.

• Вертикальное размещение – для монтажа бурят несколько скважин, в разные стороны и под разными углами. В скважины закладывают геотермальные зонды. В этом случае теплоотдача составляет около 50 Вт/мп. Таким образом, для получения тех же 7-9 кВт тепловой энергии, необходимо 150-200 метров скважин. При этом ландшафтный дизайн участка не пострадает, нужно совсем немного места для установки кессона и размещения в нем сборного коллектора.

• Водоразмещенный контур – внешний теплообменник монтируют в близлежащем водоеме на глубине 2-3 метра. Одним из основных требований к такому расположению теплообменника является близость дома к водоему до 100 м, а площадь поверхности водоема должна составлять не менее 200 м 2 .

• Воздушный теплообменник – внешний контур берет тепло из воздуха. Их эффективно устанавливать в южных регионах страны. Главным преимуществом такой схемы является отсутствие каких либо земляных работ, а недостатком такого размещения оборудования – падение КПД установки до 100% при температуре воздуха -15°С. И полностью не возможности работать при температуре -20°С.

Преимущества геотермальной системы отопления

Давайте рассмотрим главные преимущества такой системы отопления:

• высокий КПД – 350-400%;
• стабильные тепловые характеристики теплового насоса;
• небольшой объем установки;
• строк службы геозондов составляет до 100 лет, теплового насоса – до 30 лет;
• возможность обеспечить кондиционирование;
• независимость от энергоносителей;
• максимальная автономность.

Перспективы развития геотермальных систем

Отопительные системы геотермального типа имеют низкую популярность через свою стоимость. Так, для дома, примерно в 200 м 2 , геотермальная система отопления «под ключ» стоит около одного миллиона рублей, львиную долю – 30%, тепловой насос.

В странах Балтии и западной Европы, когда владелец дома устанавливает систему на самовосстанавливающихся источниках тепла, в таком случае государство компенсирует часть расходов по установке этой системы. В тоже время окупаемость геотермальной системы отопления – до 5 лет. Поскольку система полностью автоматизированная и не требует вмешательства человека, уровень комфорта гораздо выше, чем при отоплении другими видами топлива. Выбор за вами.

Уютное и комфортное жилище, в котором прохладно летом и тепло зимой, - это, без преувеличений, мечта любого человека. Существует множество видов отопления домов – дрова, торф, электроэнергия, уголь, газ, геотермальное отопление. Но оборудование, которое работает на угле, газе, торфе и тому подобном, никак нельзя отнести к категории экологически чистых и безопасных. А стоимость такого топлива колеблется очень сильно.

Многие считают, что газовое отопления частного дома – это оптимальный вариант. Однако здесь также есть некоторые весьма существенные отрицательные моменты. В некоторых случаях установить подобное отопление невозможно, если к вашему коттеджу не подведена газовая магистраль. Монтаж газовой установки требует постоянного обслуживания, строгого соблюдения всех норм безопасности, а также специальных разрешений.

Однако есть один достаточно хороший вариант отопления без газа – это геотермальное отопление дома. Число пользователей подобных систем увеличивается ежедневно, поскольку такое отопление может похвастаться множеством положительных качеств. К числу наиболее важных стоит отнести то, что подобная отопительная система является наиболее экономичной, а также экологически чистой и безопасной.

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.

Можно сказать, что геотермальная система в некотором роде представляет собой холодильник, только «наоборот».

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.

Как результат, это позволяет начать промышленное производство основного элемента при таком способе обогревания помещения – тепловых насосов.

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.

История появления

Основная причина появления подобных систем отопления коттеджей – это энергетические кризисы, имевшие место быть в 70-х годах прошлого века. Изначально, лишь самые элитные и богатые семьи позволяли себе установить инновационную систему отопления из земли.

В дальнейшем благодаря постепенному развитию науки и техники, а также появлению новых технологий, такие системы получили более широкое распространение, ведь их стоимость приобретения постоянно уменьшалась.

Теперь для семьи со средним доходом геотермальная система отопления доступна без серьезного ущерба по бюджету. Усовершенствование и модернизация геотермального оборудования осуществляется до сих пор, поскольку установка новых агрегатов ведет к уменьшению потребления энергии и большой экономии.

Плюсы

Функционирование подобных отопительных систем осуществляется на качественно новом и необычном топливе – энергия недр земли используется для кондиционирования, а также обогрева частного дома. Эта энергия создает оптимальные и уютные условия для жизни, а также не загрязняет окружающую среду вредными веществами и отходами. Отопление дома осуществляется с помощью бесплатной энергии, на 1 кВт электроэнергии система возвращает 4-5 кВт тепла

Геотермальное отопление загородного дома эффективно и безопасно работает без каких-либо процессов сгорания, поэтому нет предпосылок к тому, что система может загореться или взорваться.

Не менее важное достоинство – нет необходимости в приобретении дополнительных вытяжек и дымоходов, которые могут потребоваться для обеспечения бесперебойного функционирования прочих видов отопительных систем. Во время работы отопления от земли не выделяются вредные испарения и запахи, такая система не издает лишнего шума, к тому же не занимает много места.

Геотермальные агрегаты, в отличие от твердотопливных и жидкотопливных систем, практически не заметны для людей, они не разрушают целостность фасада и интерьера дома. Не потребуется тратить время на обдумывание таких вопросов, как хранение, доставка и приобретение топлива, поскольку энергия планеты неисчерпаема.

Еще один весьма примечательный факт – с помощью геотермальных насосов можно отапливать помещения зимой или охлаждать коттедж во время жары.

Если вам требуется отопление дома теплом земли, то также стоит учесть его финансовую сторону. Сразу же отметим, что процесс монтажа подобной системы потребует больших затрат по сравнению с дизельным и газовым оборудованием.

В противовес этому можно отметить, что уровень потребления электроэнергии значительно меньше, так что в долгосрочной перспективе экономическая целесообразность приобретения именно геотермального оборудования видна невооруженным глазом. По словам разработчиков, с каждого потраченного киловатта электрической энергии будет возвращено до пяти киловатт тепловой энергии.

Монтаж

Существует несколько способов, позволяющих затратить минимум пространства для монтажа тепловых насосов:

1. эксплуатация подземных зондов. Для этого потребуется запустить в глубокую скважину специальный контур, который наполнен антифризом;
2. эксплуатация теплых грунтовых вод. Для этого потребуется пробурить достаточно глубокую скважину. Грунтовые воды прогоняются через теплообменник, предварительно выкачиваясь насосом;
3. прокладка специальных зонтов в горизонтальном положении ниже уровня зимнего оледенения на дне водоема.

Заключение

Напоследок отметим, что геотермальное экологически чистое отопление для обогрева загородного дома эффективнее всего проявило себя при совместном режиме работы с «теплыми полами». Это дает возможность владельцу дома насладиться уникальным уютом и комфортом, а также сэкономить неплохую сумму денег.

Главное достоинство такого необычного сочетания заключается в том, что обеспечивается принцип равномерного нагрева всего помещения, препятствуя созданию зон перегрева. За год работы экономия от использования подобной системы теплых полов и геотермального отопления достигает порядка 20% по сравнению с традиционными радиаторными батареями.

Геотермальное отопление своими руками - вполне реальный проект, который сулит немало выгод владельцам частных домов. Конечно, часть оборудования придется купить в готовом виде, поскольку его изготовление в домашних условиях просто невозможно. Но довольно большой объем работ можно сделать и самостоятельно, не привлекая специалистов.

Существенная экономия средств - только одно из преимуществ такого решения. Еще один «плюс» - уверенность в качестве материалов и выполненных работ.

О хорошем комфортном доме мечтают абсолютно все. И одной из основных составляющих мечты является правильная атмосфера в помещении, то есть когда в зимнее время тепло, а в летнее - ощущается комфортная прохлада. На данный момент существует много типов систем отопления, поэтому выбор есть. Где-то и сейчас обогревают жилище посредством сжигания дров, где-то предпочитают торф или уголь, а кто-то использует для этих целей природный газ либо электроэнергию. На различные виды отопления и цены разные. Существуют проблемы, связанные с безопасностью отопительной системы, а также экологические моменты.

Альтернатива традиции

Достаточно часто можно услышать о том, что оптимальным вариантом отопления дома считается использование природного газа. Он дешевле других источников тепла, однако и здесь имеются определенные проблемы. Не всем природный газ доступен, так как газопроводы пока проведены не везде. Газовая колонка нуждается в постоянном контроле и обслуживании. Кроме того, требуется соблюдать технику безопасности, а также предварительно получить разрешение от специальных контор.

Существует такая альтернатива, как геотермальное отопление. Подобная идея основана на принципе физической передачи хладагенту от окружающей среды тепловой энергии. Важнейшее преимущество геотермальной энергии заключается в том, что она является полностью независимой от окружающей среды, времени года и времени суток, а также почти неиссякаема. Этих свойств лишена даже солнечная энергия, которая тоже относится к возобновляемым ресурсам. Данная технология применялась достаточно успешно еще в восьмидесятых годах прошлого века в Советском Союзе. Однако в те времена она была малодоступной и очень дорогой. На данный момент ситуация стала совершенно иной.

Российские разработки в сфере возобновляемых ресурсов

На данный момент Россия не может похвастать наличием уникальных разработок в данной области. Ведь они тоже требуют разведки, определенных исследований. Геотермальное отопление, основанное на использовании одноименной энергии, обладает таким основным достоинством, как полная независимость и практическая неиссякаемость. Сейчас о невероятно огромных возможностях использования тепла земных глубин можно говорить только в качестве принципиальной перспективы. Воду или смесь пара с водой можно направлять на нужды теплоснабжения и горячего водоснабжения, а также осуществлять выработку электрической энергии, предназначенной для разных целей. Все это зависит от температуры.

Высокотемпературное тепло стоит использовать для выработки электрической энергии и теплоснабжения. Станция обладает определенным устройством в зависимости от того, какие там применяются источники геотермальной энергии. При наличии в регионе источника подземных термальных вод можно направлять их на и теплоснабжение.

Геотермальные системы отопления с каждым днем используются все больше и больше, так как у такого отопления есть масса преимуществ, в числе которых выделяют безопасность, экологичность и экономичность. В качестве одной из главных проблем можно назвать необходимость обратной закачки воды в подземные водоносные горизонты. Обычно в термальных водах содержится много солей, а также токсичных металлов и разнообразных химических соединений. Из-за этого невозможно производить сброс таких вод в поверхностные водные системы.

Пока что в России насчитывается не так уж много геотермальных станций. Однако из года в год появляется все больше сторонников и пользователей, предпочитающих геотермальное отопление.

Как это работает?

Очень сложно изложить принцип действия такой установки в доступной форме, так как она обладает достаточно сложной конструкцией. Проще объяснить, прибегнув к какому-то отвлеченному примеру. Стоит представить себе систему в виде холодильника, только наоборот. Здесь в роли морозильника выступает испаритель, расположенный в земных глубинах. Конденсатор, выполненный из медного змеевика, осуществляет доведение температуры воздуха до нужной отметки. А температура испарителя намного ниже, чем у поверхности. В таких системах энергия земли используется не только для отопления, но и для кондиционирования.

Геотермальное отопление предполагает использование надежных и прочных компрессоров на базе инновационных технологий систем рефрижераторов, что позволяет создать такие необычные методы трансформации тепла из земных глубин в качественное тепло, которое далее используется для обогрева помещения. Тепловой насос в такой системе является одним из важнейших компонентов.

Основа системы

В качестве базового принципа функционирования такой системы используется физическая передача тепловой энергии хладагенту от окружающей среды. Подобное можно наблюдать в любом холодильнике. Геотермальное предполагает, что более 75% от общего теплового объема, выделяемого в процессе функционирования таких систем, составляет энергия окружающей среды, которая накапливается и поступает в помещение дома. Именно поэтому данная энергия отличается таким превосходным свойством, как самовосстановление. Получается, что геотермальное отопление дома безопасно для использования и неспособно нанести какой-либо ущерб энергетическому или экологическому равновесию планеты.

Развитие технологии

Геотермальные системы отопления стали разрабатываться после энергетических кризисов семидесятых годов прошлого века. Когда инновационные установки только появились, в своем доме их могли использовать только не простые, а весьма обеспеченные семьи. Однако впоследствии системы получили все большее распространение, благодаря чему их стоимость стала доступнее. Теперь и семья со средним доходом может использовать геотермальное отопление, цена которого составляет от 35-40 тысяч рублей и стала многим по карману. Естественно, и сейчас ведется работа над совершенствованием оборудования, предназначенного для этих целей. С каждым годом появляются все более экономичные и удобные агрегаты.

Экологичность

Геотермальное отопление частного дома, цена которого с каждым годом становится все доступнее, базируется на качественно ином топливе, непривычном для нас. Обогрев и кондиционирование индивидуального жилища осуществляется посредством энергии земли, при помощи которой удается создавать оптимальные условия для жизни. Помимо этого, такое отопление является экологичным, так как его использование не приводит к загрязнению окружающей среды токсичными выбросами и вредными отходами.

Безопасность в эксплуатации

Установки, осуществляющие геотермальное отопление, работают без применения процессов сгорания. Именно благодаря этому полностью исключены какие-либо предпосылки ко взрывам или возгораниям. В качестве важных достоинств часто называют отсутствие необходимости в приобретении и установке дополнительных вытяжек и дымоходов, что требуется для отопительных систем, работающих по другим принципам. В процессе работы такой системы в доме не появляется вредных запахов или испарений. Помимо этого, стоит сказать о бесшумности работы такой системы отопления, а также о ее компактности.

Если сравнивать геотермальные установки с твердотопливными или жидкотопливными системами, то стоит отметить, что они не только не нарушают интерьер жилища, а еще и не требуют времени на решение проблем, сопряженных с приобретением, доставкой и последующим хранением топлива, так как энергию земли можно назвать неистощимой.

Цена вопроса

Когда речь идет о выборе устройств и отопительных систем, то на одном из первых мест всегда стоят финансовые вопросы. Монтаж геотермальной системы отопления потребует значительно больших затрат, чем на дизельное или газовое оборудование. Однако тут следует помнить о заметно меньшем уровне энергопотребления. Так что в долгосрочном экономическом плане приобретение и установка подобной системы оказываются более экономичными.

Экономия пространства

Существует несколько способов, благодаря которым можно существенно сократить пространство, занятое тепловыми насосами, если вы делаете геотермальное отопление своими руками:

• использовать специальные подземные зонды, для чего в скважину опускается контур, заполненный антифризом;
• применение теплых грунтовых вод, для чего требуется пробурить глубокую скважину, а воды, выкачанные насосом, будут прогоняться по теплообменнику;
• зонды укладываются горизонтально на уровне ниже уровня оледенения дна водоемов в зимний период.

Сегодня многие люди ищут альтернативные решения, позволяющие сэкономить на отоплении дома. Уже придуманы устройства, работающие на энергии солнца и ветра. Но первые можно использовать только в южных регионах, где преобладает ясная погода, а вторые нельзя применять в местах, где подолгу сохраняется штиль. Однако недавно придумано новое решение - использовать для обогрева тепло земли.

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:

Недостатком же такого отопления можно назвать относительно высокие первоначальные расходы на оборудование и его монтаж.

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.

Тепло из-под земли. Программа "Чудо техники" телеканала НТВ

Принцип работы

Температура средних и глубоких слоев земли, как правило, не опускается ниже +6 °C (именно поэтому допускается прокладывать трубопровод ниже уровня промерзания, не боясь, что вода в нем замерзнет). Этот факт и привел к мысли о том, чтобы использовать энергию земли для отопления дома. Естественно, для этого необходимо было создать специальное оборудование, способное не только получить тепло из недр, но и передать его теплоносителю.

Чтобы справиться с такими задачами, была придумана геотермальная система, принцип работы которой похож на функционирование кондиционеров в режиме нагрева. Система состоит из трех контуров:

• наружного;
• теплого насоса;
• внутреннего.

У каждого контура свои задачи и технические характеристики. Наружный контур заполнен антифризом, который под воздействием тепла, идущего от земли, нагревается до +6 °C и выше. Насос поднимает его в буферный бак, где он передает свою энергию хладагенту, температура испарения которого менее 6 градусов. Далее холодильный агент следует в компрессор, где его температура после сжатия возрастает до +70 °C. Во внутреннем контуре происходит отдача энергии от хладагента воде, которая движется в системе отопления внутри дома. Тем временем остывший антифриз возвращается в наружный контур.

Геотермальное отопление дома. Стоимость под ключ.

Сердцем отопительной системы является тепловой насос. Он состоит из нескольких отсеков - испарителя, компрессора, капилляра и системы управления. Каждый из них влияет не только на работу насоса в целом, но и на КПД всей системы.

Виды систем

Системы отопления с помощью тепла земли различаются по схемам внешнего контура. В настоящее время широкое использование получили вертикальные и горизонтальные схемы. Выбор того или иного варианта будет зависеть от нескольких факторов:

• глубины промерзания почвы;
• состава грунта;
• площади земельного участка;
• наличия подземных вод.

Для установки геотермальной системы чаще всего применяют горизонтальную схему расположения внешнего контура.

Ее преимуществом является более простой монтаж с возможностью установки отопления своими руками. Кроме того, горизонтальное расположение позволяет быстро и достаточно легко заменять неисправные участки, за счет чего отопление будет работать практически непрерывно.

Внешний контур в этом случае представляет собой коллекторную систему. Несколько контуров, расположенных на расстоянии не менее 30 см друг от друга, соединяются коллектором, по которому антифриз поступает в тепловой насос. Такая система обеспечивает максимальное получение энергии тепла земли в горизонтальной схеме.

Горизонтальное расположение предполагает несколько важных моментов:

• для этой схемы необходим большой земельный участок (к примеру, для дома 150 м² потребуется участок площадью 300 м²);
• глубина залегания труб должна быть больше глубины промерзания;
• для контуров следует использовать трубы с высоким показателем теплопроводности;
• схему нежелательно располагать на участках, где возможны обильные весенние паводки, поскольку движение почвы может сместить магистрали отопления.

Грунтовый Тепло Обменник своими руками

Вертикальная схема эффективней, чем горизонтальная, однако ее монтаж более трудоемок. Трубы располагают в скважинах, глубина которых достигает 50-200 м.

Большая эффективность вертикального отопления из земли объясняется увеличением степени нагрева - чем глубже расположены трубы, тем больше энергии можно получить из недр. Еще одно преимущество схемы состоит в том, что для ее монтажа не нужна обширная площадь земельного участка.

При монтаже вертикального контура могут возникнуть определенные трудности. Так, для установки в скальных грунтах потребуются специальные буровые машины, а в суглинистых - монтаж защитной оболочки из железобетона или толстостенного пластика. Кроме того, для работы такой системы потребуются мощные циркуляционные насосы.

Также при установке системы с вертикальной схемой значительно усложнится ремонт, что при возникновении каких-либо неисправностей может привести к длительному отказу всей конструкции.

Существует еще один вариант геотермального отопления - с подводным расположением наружного контура. В этом случае трубы укладываются по дну ближайшего водоема, что исключает необходимость производить земельные работы. Но следует учитывать, что водоем должен:

• располагаться не далее 100 м от дома;
• иметь достаточный объем (для дома площадью 100 м² требуется водоем объемом 200 м³);
• не промерзать полностью в зимнее время.

Принцип действия, монтаж, плюсы и минусы геотермального отопления для дома

Перед любым владельцем частного дома всегда встаёт проблема обеспечения дома теплом. На сегодняшний день есть много различных вариантов обеспечения отопления в частном доме. Один из способов ─ это геотермальное отопление. Многие люди, когда слышат это название, думают, что такие системы строят только в местах горячих водных источников и гейзеров. Но это далеко не так. Современные геотермальные тепловые установки успешно работают даже в средней полосе России, где невысокая среднегодовая температура. В этой статье мы поговорим о принципе работы геотермальных установок для отопления дома, их преимуществах и недостатках, а также особенностях использования.

Принцип работы установки геотермального отопления похож на холодильную установку или систему кондиционирования. В таких установках тепловая энергия отбирается из грунта посредством специального . Принцип работы заключается в следующем. В доме или подсобном помещении устанавливается сам тепловой насос, а в землю опускается теплообменник, через который циркулирует теплоноситель. Подобные системы геотермального отопления могут использоваться не только в частном доме, но и в производственных помещениях.

Стоит отметить, что в такой геотермальной системе отопления на 1 кВт затраченной электроэнергии получается 4─6 кВт тепловой энергии. Если сравнивать с системами кондиционирования, то в них преобразование происходит примерно один к одному. Если система геотермального отопления реализована по всем правилам, то она окупится довольно быстро.

Температура грунта, где находится теплообменник, обычно составляет 5─7 градусов. Благодаря свойству газов изменять свою температуру при сжатии и расширении такая низкая температура грунта превращается в нагретый теплоноситель, которого вполне хватает для отопления дома. После отдачи тепла в системе отопления, теплоноситель возвращается к первоначальному давлению и остывает ниже температуры грунта. Затем он снова отправляется в теплообменник, где нагревается от грунта. Вышеописанный процесс называют циклом Карно. На этом явлении и основан принцип работы геотермального отопления дома.

Способы реализации геотермального отопления

Существует несколько вариантов реализации геотермального отопления дома. Основные отличия этих вариантов заключаются в расположении внешнего теплообменного контура. При этом внутренний контур во всех случаях используется одинаковый. Два основных способа реализации:

• С вертикальным теплообменником;
• С горизонтальным теплообменником.

Кроме того, существует вариант, когда теплообменник помещается в близлежащий водоём. Рассмотрим эти способы подробнее.

Вертикальный теплообменник

На глубине примерно 100 метров от поверхности Земли грунт имеет температуру около 10 градусов круглый год. Для использования этой тепловой энергии, проводится бурение скважин. Чтобы меньше навредить окружающему ландшафту, специалисты часто бурят скважины под разными углами из одной точки. В этих скважинах монтируется внешний контур геотермальной системы. Так обеспечивается эффективный отбор тепла из грунта. Этот способ довольно аккуратный и не сильно портит территорию рядом с домом. Но без специального оборудования его выполнить не получится, поскольку требуется бурение глубоких вертикальных скважин.

Такой способ реализации геотермального отопления будет востребован, когда дом построен, и территория вокруг него обустроена. Глубина скважин в разных случаях может быть от 70 до 200 метров. Конечная глубина зависит от параметров геотермальной установки и геологической ситуации в конкретном регионе. Специалисты называют срок эксплуатации таких установок в районе 100 лет, но в реальности замена отдельных узлов потребуется через 20─30 лет.

Если создаётся вертикальный теплообменник, который будет извлекать тепловую энергию в подземных вод, то делается две скважины. Первая скважина называется дебетовой. В ней с помощью насоса осуществляется забор воды. Это вода отдаёт тепло во внутреннем контуре, а затем сливается во вторую скважину, которая называется приёмной. Среди недостатков подобных систем с двумя скважинами стоит назвать недостаточную эффективность. Здесь большое количество электроэнергии уходит на обеспечение работы циркуляционного насоса. Однако такие геотермальные системы вполне подходят для работы тёплых полов в доме.

Горизонтальный теплообменник

Как можно понять из названия, теплообменник в таких геотермальных установках для отопления дома укладывается горизонтально. Перед тем как это делать, нужно точно знать глубину промерзания земли в вашем регионе. Трубки теплообменника укладываются в траншеи, которые находятся ниже уровня промерзания земли. В этом случае требуется большое пространство для укладки теплообменника.

Так, для отопления дома площадью 250 квадратных метров потребуется уложить теплообменник на площади 600 «квадратов». А это целый дачный участок площадью 6 соток. Занимаемая площадь является главным минусом этого варианта. Если перед домом у вас довольно много места в виде лужайки с травой, то такой вариант подойдёт. А если там растут деревья, стоят теплицы и тому подобное, то этот вариант геотермального отопления для вас не подходит.

В случае установки геотермального отопления с горизонтальным теплообменником проводится большой объем земляных работ. Запомните, что трубки теплообменника не должны располагаться к деревьям ближе, чем на полтора метра. Обычно этот вариант геотермальной установки используется в момент строительства. То есть, пока идёт строительство дома и на участке ещё ничего не благоустроено. Лучше всего, если расчёты по строительству дома, организации отопления и благоустройству участка будут проводиться одновременно.

Горизонтальный теплообменник в близлежащем водоёме

Это довольно редкий случай. Требуется, чтобы дом находился не более чем в 100 метрах от водоёма. Это может быть естественный или искусственный водоём, но он не должен промерзать до дна в зимнее время. Именно на дне будет уложен горизонтальный контур теплообменника. Площадь водоёма должна быть как минимум 200 «квадратов». Считается, что этот способ организации внешнего теплообменника наименее затратный. Но такое расположение домов встречается нечасто. А если ли это водоём общественный, то укладка в него теплообменника может обернуться проблемами с законом.

Явным плюсом такого варианта геотермального отопления является отсутствие земляных работ. Но не стоит думать, что подводное расположение теплообменника организовать очень просто. Вполне возможно, что потребуется разрешение контролирующих органов на проведение подобных работ. Однако этот вариант всё равно остаётся самым экономным из вышеперечисленных.

Особенности

Стоит сказать о нескольких особенностях геотермальных систем отопления дома.

Отличие, например, от газового или электрического котла заключается в том, что здесь не требуется нагрев теплоносителя до высоких температур. Работа в низкотемпературном режиме обеспечивает меньшие энергетические затраты. Как известно, в системе отопления для компенсации низкой температуры теплоносителя используется увеличение поверхности радиатора. Чтобы этого не делать, рекомендуется использовать тёплые полы. Подобный вид отопления дома будет в этом случае более рациональным, поскольку тепло будет поступать сразу в зону обитания, а не в пространство под потолок помещения.

Кроме того, в актив тёплых полов стоит записать минимум потерь тепла. Величина тепловых потерь в основном зависит от дельты температур. В случае с низким температурным режимом геотермального отопления эти потери минимальны. Вторым существенным преимуществом тёплого пола является то, что происходит непосредственный нагрев самих конструкций дома (в этом случае пола). В случае с радиаторами нагретый воздух лишь немного охватывает остекление окон и часть близлежащей стены.

Преимущества и недостатки

• Практически неисчерпаемый и стабильный источник энергии;
• Производители подобных систем называют такое отопление бесплатным для владельца. Но это не так, поскольку нельзя забывать о затратах на электричество. Тем не менее, это обходится дешевле традиционных систем отопления;
• Геотермальное отопление можно использовать практически в любом регионе, за исключением северных;
• Геотермальные отопительные установки не имеют вредных выбросов;
• Занимают немного места в доме (размером примерно с холодильник);
• Возможна настройка работы установок как на нагрев, так и на охлаждение;
• Если есть необходимость, то геотермальную установку можно интегрировать в систему отопления дома с газовым или электрическим котлом.

Минусы

• Длительный срок окупаемости;
• Большая сумма первоначальных вложений при покупке и монтаже системы геотермального отопления.

Расходы

Расходы на приобретение оборудования и его установку зависят в основном от мощности и фирмы-производителя. Что касается компании-производителя, то многие здесь руководствуются своими соображениями, а также рекомендациями знакомых. А вот мощность геотермальных установок выбирается в зависимости от площади отапливаемого помещения. В зависимости от мощности геотермальных установок для отопления дома можно обозначить следующий интервал цен:

• 4─5 кВт – от 3 до 7 тысяч $;
• 5─10 кВт – от 4 до 8 $;
• 10─15 кВт – от 5 до 10 $.

К указанным суммам следует добавить затраты на монтаж оборудования, которые составляют примерно 30 процентов от стоимости самой геотермальной установки. В результате получится совершенно неподъемная сумма для большинства населения в нашей стране. К тому же, срок окупаемости будет довольно большой. Утешаться придётся лишь тем, что теперь в расходах на отопление у вас небольшая сумма за электричество.

Для повышения эффективности геотермальных систем отопления их часто используют в качестве вспомогательных вместе с газовыми и электрическими котлами. А также существуют варианты, когда их строят в комплексе с несколькими теплообменниками. Специалисты говорят, что геотермальное отопление дома выгодно тогда, когда площадь отапливаемого помещения начинается от 150 квадратных метров. Тогда все затраты на покупку и монтаж оборудования окупятся через 8─10 лет.