Геотермальная отопительная система как основной источник тепла в доме

За последние несколько десятилетий использование альтернативных источников энергии и обогрева помещений стало популярным выбором. Из-за повышения стоимость ископаемых ресурсов, нефти и газа традиционные источники энергии. Один из таких способов, использование геотермального отопления. Такая система не отличается сложностью, поэтому организовать её можно самостоятельно и в краткие сроки.

Как работает геотермальное отопление

Геотермальная система отопления является экономичной альтернативной существующим.

Благодаря тому, что земля сохраняет некоторое тепло постоянно, можно нагреть и объекты на её поверхности. Суть этого принципа в том, что изнутри землю прогревает раскалённая магма, а снаружи грунт не позволяет ей промёрзнуть.

Эту тепловую энергию использует геотермальная система, которая основывается на специальном тепловом насосе. Принцип работы геотермального отопления следующий: на поверхности земли устанавливается тепловой насос, а в земляную шахту опускается теплообменник.

Грунтовая вода проходит сквозь насос и при этом нагревается. Это тепло потом и используется в бытовых или промышленных целях.

Основное преимущество такой системы в том, что при работе теплового насоса осуществляется затрата электроэнергии в размере одного киловатта при пользе от четырёх до шести киловатт.

Как работает геотермальное отопление

В то время как обычный кондиционер просто преобразовывает один киловатт электрической энергии в киловатт тепловой. Такие образом, тепловой насос не только оправдывает надежды на геотермальную систему, но и сравнительно скоро окупает стоимость установки геотермального теплового насоса для отопления.

Особенности отопительной системы

Выстроить подобное отопление дома своими руками — не так-то просто, но вполне возможно. Для начала следует пробурить шахту. Расчёт параметров таких шахт строго индивидуальный.

Он зависит от климата местности, типа грунтовой поверхности, особенностей строения земной коры выбранного региона, площади дома, в котором система устанавливается. Обычно глубина геотермальной шахты может составлять от двадцати пяти до ста метров.

Если вы хотите установить геотермальное инновационное отопление своими силами, то вам не обойтись без помощника, ведь трубы эти бывают очень нелёгкими.

Принцип функционирования

Согласно принципам работы явление отопления за счет геотермальных источников сходно по работе с обычным рефрижератором, к которому подключили инверторное устройство. То есть, вместо охлаждения, происходит нагрев. Почва земли отлично сохраняет тепло и при определенных условиях передает его.  За счет высокой температуры ядра планеты, которая даже на незначительных глубинах достигает литосферы грунт практически не промерзает.

Принцип работы

Принцип функционирования

За счет данной особенности нагрева почв была создана технология обогрева помещений. Принцип работы отопления имеет следующий вид: в подвале устанавливается насос, который через сеть труб проходит в специально просверленную шахту. Теплообменная жидкость за счет взаимодействия с более теплой поверхностью нагревается, после чего обратно её выкачивает помпа. В результате чего, можно использовать жидкость для обогрева или других целей. При подключении к трубопроводу, который расположен внутри дома реализуется система отопления подземным теплом.

Читайте также:  Как работает термоголовка на радиаторе отопления

Система состоит из двух главных компонентов:

  • Внутренний контур – устанавливается внутри дома, включает набор труб, радиаторов, отопления теплоизоляции дома и стен. За счет закольцованной системы ветвей сообщается с внешней частью конструкции и осуществляет циркуляцию воды и обогрев помещений.
Принцип функционирования

Составные части

  • Внешний контур представляет собой сложную конструкцию, которая требуется для того, чтобы набирать и передавать энергию от земли или воды к внутреннему контуру. Состоит из теплового насоса, и при необходимости обогревательного прибора, который дополнительно увеличивает температуру воды.

К достоинствам подобного подхода к обогреву относят высокий коэффициент полезного действия. Требуется обеспечивать энергией насос, который при затратах 1 киловатт/час будет предоставлять тепла на 4-6 киловатт в зависимости от географического положения.

Принцип функционирования

К примеру, кондиционер с системой обогрева преобразовывает электричество в тепло с куда меньшим КПД, что обусловлено высоким уровнем потерь при реакциях. Именно поэтому, постройка такого отопления является способом экономии. Особенно при правильной реализации.

Принцип функционирования

Особенности системы

Ранее уже говорилось, что геотермальное отопление для своего дома можно сделать и своими руками. И у него есть свои особенности системы. Поэтому это, конечно, совсем не просто сделать. Первым делом надо сделать шахту. Её размеры следует правильно рассчитывать строго в индивидуальном порядке. Габариты шахты под геотермальное отопление зависит от многих вещей: тип климат места, грунт (его тип), особенности строения коры в регионе, площадь помещения (которого надо будет отопить). Но глубина в среднем 25-100 метров.

Особенности системы

Затем для монтажа в эту шахту следует опустить трубы, которые поглощают тепло. Они играют немаловажную роль: жидкости в насос для их нагрева и вывода в отоплении будут попадать именно по этим трубам. Такие трубы порой бывают очень тяжёлыми, поэтому при самостоятельном монтаже геотермального отопления понадобиться помощник.

Особенности системы

Геотермальная шахта

Особенности системы

Есть, ещё и иной способ применения этой системы. Можно запустить обратный процесс, то есть теплообменник возьмёт на себя энергию, которая охладит помещение. Иными словами, будет у вас кондиционер, а дом станет «холодильником».

Как работает геотермальное отопление дома?

Геотермальное отопление дома очень схоже с работой холодильника или кондиционера с функцией обогрева. У них имеется тепловой насос, и в нем скрыт весь секрет. Так вот он применяется сразу для внешнего и внутреннего контура.

Чтобы организовать нужное вам отопление, вам обязательно понадобятся трубы и радиатор. Разберем функции каждого из них. Трубы нужны для того, чтобы вода могла перемещаться в вашем доме. Радиатор понадобится для того, чтобы при нагревании труб радиатор отдавал тепло в помещения. Важно еще и то, что трубы и радиатор нужны для образования контура. Как видите, внутренний контур (радиатор) не отличается большой масштабностью. А вот внешний – как раз наоборот. Он будет находиться под землей, если мы говорим о системе «земля-воздух». В некоторых случаях его можно использовать и под водой (вода-воздух).

Читайте также:  Как сделать русскую печь с лежанкой своими руками

Схема работы теплового насоса

Внутри внешнего контура циркулирует вода, а иногда и антифриз. Жидкость (теплоноситель), которая находится в трубах под землей, начинает нагреваться. Далее, она отправляется во внутренний контур, где проходит тепловой насос. После него, подогретая вода течет в трубы, а радиатор переносит это тепло в дом. Ключевым фактором в данном виде отопления считается насос. Но ведь вам нужно еще и установить его куда-то. Если сравнивать его площадь, то она примерно равна стиральной машине. Естественно, что такому насосу обязательно понадобится электричество. Но потребляет он его мало, при том, что вырабатывает в 4-5 раз больше энергии в виде тепла. Теперь посчитайте экономию.

[su_box title=»На заметку» style=»noise»]Самое недорогое оборудование работающее по принципу теплового насоса — системы воздух-воздух — это обычные сплит-системы с функцией обогрева, где в трубках используется газ фреон «сосущий» тепло из воздуха, грубо говоря. Отказавшись от обычных ТЭНовых обогревателей и установив канальную сплит-систему работающую до -15 -20 гр.С, получим экономию электричества примерно в три раза. А если установить геотермальное отопление земля-воздух, то в 4-5 раз, правда его установка обходится значительно дороже, но это быстро окупается.[/su_box]

Виды насосов

Выше мы уже рассказали, на какие категории можно разделить ТН в зависимости от того, какие типы источников тепла используются. Остановимся на них подробнее.

Геотермальные системы

Виды насосов

В качестве источника тепла у ТН используется запасенная тепловая энергия земли. Такие насосы считаются самыми эффективными, потому что температура грунта остается постоянной в течение всего года.

Эти системы подразделяются на горизонтальные и вертикальные. Но для их применения требуется довольно большая площадь под горизонтальные трубы. Для вертикальных систем необходимо выполнить значительные земляные работы.

Геотермальные с открытым циклом

В качестве теплообменника у ТН используется вода из водоема. Она после использования в качестве теплообменной жидкости снова возвращается в водоем. Допускается при наличии достаточного объема чистой воды и разрешения экологического законодательства.

Виды насосов

Насосы закрытого цикла с теплообменником

Установка теплового насоса является самым эффективным вариантом, но в то же время и самым затратным.

Замкнутый тип ТН делится дополнительно на:

  1. Горизонтальные — самые эффективные при условии, что имеется доступ к большим по площади земельным участкам. Размещаются в траншеях, которые расположены ниже промерзания грунта.
  2. Вертикальные — используются в тех случаях, когда нет достаточного по площади земельного участка. Используются скважины глубиной до 200 метров — в них монтируются теплообменники.

Системы воздух-воздух, вода-вода и воздух-вода

Виды насосов

Тепловую энергию воздушный ТН берет из атмосферы. Для монтажа такая конструкция отличается простотой.

Положительные свойства:

  • поставить оборудование так же легко, как подключить кондиционер или холодильник;
  • для установки не нужен большой теплообменник;
  • после подключения сразу готов к работе;
  • установка требует минимального обслуживания;
  • не нужно монтировать систему отопления;
  • обладает низкой стоимостью;
  • отсутствует бак-накопитель.
Читайте также:  Внутреннее утепление каркасного дома — выбор материала

Но такой насос обладает и существенными отрицательными свойствами:

  • большая зависимость степени потребления электроэнергии от температуры уличного воздуха;
  • необходимость в резервном источнике тепла при сильных морозах;
  • наружный блок в морозы может обмерзать.

Воздух-воздух

Виды насосов

Воздушный насос по принципу работы напоминает тот, что применяется в кондиционере в режиме обогрева с единственным отличием: ТН настроен на отопление, а кондиционер — на снижение температуры в комнате.

Принцип действия установки воздух — воздух заключается в следующем. Воздух, даже при низких температурах, имеет некоторое количество энергии. Только при абсолютном нуле тепловая энергия отсутствует. Большинство ТН способны получать тепло при температуре -15 °С. В настоящее время некоторые производители выпускают станции, сохраняющие отбор тепла при -30 °С. Забор тепла происходит при помощи испарения фреона, который циркулирует по внутреннему контуру. Для этой цели используется испаритель, в котором хладагент преобразовывается из жидкого состояния в газообразное. При этом поглощается тепло.

Следующим блоком, который расположен в этой системе теплоснабжения, является компрессор, который фреон из газообразного состояния превращает в жидкое. При этом выделяется тепло. Эффективность установки воздух — воздух напрямую зависит от температуры окружающей среды. Чем она ниже, тем производительность станции уменьшается.

Вода-вода

Виды насосов

При такой системе во внутреннем контуре циркулирует легко испаряющаяся жидкость, например, фреон. В качестве контура внутри помещения могут быть водяные трубы, регистры или батареи, заполненные водой.

В качестве внешнего контура может выступать любой водоем с достаточно большим количеством воды — река, озеро или пруд. В этом случае теплоноситель забирает тепло из внешнего контура и отдает его контуру внутри помещения.

Воздух-вода

ТН типа воздух — вода является наиболее универсальной моделью. Она весьма эффективна в теплое время года, но в холодное время производительность существенно падает.

Виды насосов

Простой монтаж является преимуществом системы — подходящее оборудование монтируется в любом месте. Тепло, которое удаляется из помещения в виде газа либо дыма, может повторно использоваться.

Водяной ТН берет тепло из грунтовых вод, которые прокачиваются через испаритель. Подобный ТН отличается неплохой эффективностью и повышенной стабильностью: эффективность — это результат значительной теплоотдачи воды. Разумеется, для использования установки такого типа нужно, чтобы грунтовые воды на территории имелись в достаточном количестве. Желательно, чтобы вода находилась не глубже 30 метров.

Геотермальное отопление своими руками

Сборка внешнего контура геотермального отопления

Пошаговая инструкция по строительству геотермальной системы своими руками:

Геотермальное отопление своими руками
  1. Обследовать участок, выбрать место для установки внешнего контура, составить чертеж.
  2. Провести закупку необходимого материала и оборудования.
  3. Собрать внешний контур. Приглашаются бурильщики, экскаваторщик, из пруда предварительно сливается вода.
  4. Система заполняется соленой водой или антифризом.
  5. Устанавливается нагревательный котел, к нему присоединяются оба контура.

По окончании сборки проверяется герметичность системы и пробный пуск. Если все соответствует проектным данным, выполняются финишные и отделочные работы.