Геотермальная система отопления (Геотермальное отопление дома)

Геотермальное отопление дома выбирают те, кто озабочен не только удовлетворением своих потребностей, но и сохранением окружающей среды.

Что такое геотермальное отопление?

Геотермальным отоплением называется система добычи тепла из постоянных источников – земли, воды. На определенных глубинах грунт и вода не промерзают, сохраняя плюсовые температуры, задача насосов взять тепловую энергию и направить ее на отопление дома.

Оборудование представляет собой кондиционер, но с обратной функцией, направленной не на выработку холода, а тепла. Алгоритм теплового насоса выстроен на передаче энергии от источника с низким потенциалом к теплоносителю. Источники низко потенциальной тепловой энергии – это как раз земля или вода.

Преимущества и недостатки

Геотермальное отопление чаще используется в промышленных масштабах. Так, на Дальнем Востоке функционируют электростанции, что работают от тепла недр Земли.

Геоотопление отлично подойдёт для загородного или частного дома. Это хорошая альтернатива традиционным методам обогрева. К числу преимуществ такой системы можно отнести следующие нюансы:

  • неисчерпаемость энергии;
  • пожаробезопасность;
  • отсутствие топлива как такового — нет надобности доставлять и хранить его;
  • экологическая безопасность.

Для отопления дома средних размеров потребуется 300−400 Вт электроэнергии. Что касается цены, то это работа одной лампочки на 300 Вт, но при этом обогревается весь дом и присутствует горячая вода.

Главный минус такого отопления — высокая цена обустройство системы. В среднем потребуется около 10 тыс. евро. Половина этой стоимости — цена оборудования, а вторая — плата за монтаж. Но если знать, как работает отопление от земли, можно самостоятельно установить систему обогрева. Это довольно трудоёмкий процесс, поэтому мало кто решается делать геотермальное отопление дома своими руками.

Как работает оборудование для отопления

Каков принцип работы геотермального отопления? Геотермальные системы отопления представляют собой вид тепловой энергии, функционирующий за счет преобразования естественного тепла земли.

Принцип работы конструкции чем-то напоминает холодильник, с той лишь разницей, что она предназначена для обогрева, а не для охлаждения воздуха.

Поскольку земля сохраняет тепло все время, вполне можно использовать ее тепловую энергию для нагревания объектов, находящихся сверху. Это и есть принцип работы данной системы.

Чтобы она функционировала, понадобятся геотермальные тепловые насосы, необходимые для отопления, которые не всегда возможно сделать своими руками.

Возможны несколько вариантов работы системы отопления. Это может быть энергия грунтовых вод, находящихся глубоко в земле.

Тепловые насосы позволяют им нагреваться и выводиться на поверхность, где их можно использовать для отопления.

Это самый простой вариант функционирования, но сделать его своими руками, скорее всего, не получится.

Другой вариант заключается в помещении в шахту специального резервуара с антифризом.

При этом длина шахты должна составлять не менее 75 метров. Через теплообменник антифриз отдает свою тепловую энергию и снова возвращается в резервуар.

Это довольно сложный в реализации вариант, он потребует от вас дополнительных денежных вложений.

Существует схема устройства системы, и оборудование должно полностью соответствовать ей, чтобы работать.

Последний вариант вы сможете использовать, только если ваш участок имеет выход к водоему (водоем должен находиться не дальше, чем за 100 м, а его площадь должна быть не менее 200 м).

Этот способ геотермального отопления самый экономичный, и шахта здесь не понадобится: зонды для трансформации тепла устанавливаются своими руками прямо по периметру дна водоема.

Выбирая размещение теплообменника в воде, вы, конечно, избавитесь от сложных земляных работ, которые возможно пришлось бы выполнять своими руками на своем участке, но для его установки понадобится разрешение соответствующих служб.

Скорее всего, своими руками получится сделать только этот вариант. И то, при условии, что вы уже ранее занимались сложными монтажными работами.

Принцип работы и виды геотермального отопления

Геотермальное отопление дома может использовать различные источники тепловой энергии Земли. Это могут быть как высокотемпературные источники, например: термальные воды, так и низкотемпературные: относительно не высокая температура земли, водоёмов или воздуха.

Читайте также:  Как правильно подключить циркуляционный насос к электросети?

Термальные воды, как источник тепловой энергии для отопления загородного дома могут быть использованы только в непосредственной близости от районов их расположения. Примером использования такого вида энергии может быть Исландия. В России же, как и в других странах СНГ такое отопление пока не очень распространено по разным причинам: отдаленность районов с термальными водами от населённых пунктов, агрессивность вод, отсутствие соответствующего оборудования, технологий и др.

Более перспективным представляется геотермальное отопление загородных домов, использующее в качестве источника энергии относительно невысокую температуру земли, водоёмов или окружающего воздуха. Это, так называемые, тепловые насосы, которые используются для преобразования этой относительно невысокой температуры в тепловую энергию системы отопления или горячего водоснабжения загородного дома.

//

Принцип работы

Принцип работы такого геотермального отопления дома, основан на том же принципе, что и работа холодильника или кондиционера. Только холодильник забирает тепло из своей внутренней части, кондиционер (в режиме охлаждения) — из помещения, а тепловой насос- из окружающей среды.  Основным элементом такой системы является установленный в доме агрегат, подключенный к внутреннему и внешнему контуру.

Внутренний контур такого отопления загородного дома может представлять обычную систему, состоящую из труб и радиаторов или теплые полы.

Внешний контур это теплообменник, который находится в толще земли или в водоеме, забирает их тепло и передает её к тепловому насосу в доме. По внешнему контуру постоянно циркулирует теплоноситель (фреон или др.), который тепловую энергию среды в тепловом насосе передает теплоносителю, находящемуся во внутреннем контуре. Таким образом, происходит нагрев воды в системе отопления дома.

Существуют основные три вида геотермального отопления загородного дома на базе теплового насоса, которые отличаются только внешним контуром. Но каждый из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Такое отопление может быть:

  • с вертикальным почвенным коллектором (теплообменником);
  • с горизонтальным почвенным теплообменником;
  • с теплообменником в водоёме.

Вертикальный грунтовый коллектор

При этом виде геотермального отопления вертикальный или скважинный  коллектор (теплообменник) размещается в, пробуренных на глубину 50-100 м и более, скважинах и использует энергию земли. На такой глубине земля имеет постоянную температуру 10-12о С круглый год.  Это наиболее эффективный вид отбора тепла земли, но требует бурения скважин и монтажа в них коллектора, что увеличивает стоимость монтажа такого вида.

Горизонтальный грунтовый коллектор

Трубы такого внешнего контура (коллектора, теплообменника) укладываются на относительно большой площади, ниже глубины промерзания почвы. Для этого вида отопления дома нет необходимости бурить скважины , но требуется относительно большая площадь горизонтального коллектора: для отопления дома 200 м2 требуется около 500 м2 теплообменника. Это требует большого объема земляных работ. К тому же, трубы коллектора нельзя укладывать ближе, чем 1,5 м. от деревьев.

Теплообменник, размещенный в водоёме

Наружный контур (теплообменник) размещенный в водоёме  имеет то преимущество, что не требует выполнения земляных работ. Но этот вариант можно реализовать только в том случае, если рядом с домом, на расстоянии не более 100 м есть водоем достаточной глубины. Такой водоём не должен промерзать до уровня расположения труб теплообменника.

Преимущества и недостатки

Преимущества геотермального отопления загородного дома:

  • — оно использует дармовую тепловую энергию земли, экологически безопасное, не загрязняет окружающую среду;
  • — при его использовании отсутствует риск возгорания, так как нет необходимости сжигать какое-либо топливо;
  • — не занимает много места, не портит внешний вид дома и целостность ландшафта участка;
  • — тепловой насос работает тихо, без шума;
  • — установка не выделяет никаких вредных веществ или запахов;
  • — не требует доставки и хранения топлива;
  • — может работать в автономном режиме;
  • -экономность при эксплуатации: при потреблении 1 кВт электроэнергии выделяет до 2,5-3 кВт тепловой энергии;
  • -можно использовать как для отопления (зимой), так и, при необходимости, для охлаждения помещений дома(в теплое время года).

Его недостатки:

Главным и очень существенным недостатком геотермального отопления загородного дома можно считать необходимость достаточно больших капитальных вложений на этапе его установки: закупка оборудования и материалов, работы по монтажу внутреннего и наружного контура.

Читайте также:  Как сделать своими руками электрический котел для отопления дома

Геотермальное отопление и его применение в мире

Впервые широкое использование геотермального отопления было начато в США в годы сильного экономического кризиса в восьмидесятых годах двадцатого столетия. Вначале это было довольно дорогая установка, которая устанавливалась только в элитных домах США. Технология производства специальных систем геотермального отопления развивалась, и, разумеется, становилась все дешевле. На сегодняшний день геотермальное отопление используется в станах Америки повсеместно. Такое отопление покорило также Европу. Если еще в 1980 году в странах Европы насчитывалось около 150 тысяч геотермальных установок, то к 1993 году их уже было 12 миллионов. Сегодня во всем мире люди выбирают более экономичное отопление!

Из какой среды можно вести забор теплоты геотермальной установкой?

Оборудование может работать с любой средой, температура которой не опускается ниже -1°C. Однако чем выше температура окружающей среды, тем выше эффективность всей системы.

Геотермальная установка в состояние помочь основному источнику тепла.

Итак, геотермальную систему для обогрева загородного дома можно помещать в грунт сразу на приусадебном участке. Полиэтиленовые трубы закладывают в землю ниже уровня ее промерзания зимой. Площадь разводки определяют, исходя из следующих расчетов: 10 м. кв труб – 20-30 Вт энергии. Однако монтаж труб в таком случае создает некоторые проблемы, особенно если участок возле дома благоустроен. Придется нарушить весь ландшафтный дизайн или просто приусадебное хозяйство.

Преимущества и недостатки системы

Прежде чем собственник решит инвестировать средства в геотермальное отопление дома под ключ цена которого зависит от многих критериев, он должен знать все плюсы и минусы. Они довольно обширны и не ограничиваются лишь большими первоначальными вложениями и отличной отдачей в работе оборудования в перспективе.

Положительные моменты

Если не брать в расчет огромные финансовые затраты, необходимые для проведения земляных работ и покупки насоса, то геотермальная энергия может дать отличные дивиденды. По сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, геотермальная энергия имеет весомые преимущества – она использует относительно постоянный источник энергии. Это означает, что она не зависит от ветра, солнца, температуры за окном и может работать в режиме 365/24/7 независимо от времени года и прочих внешних условий.

Для геотермальной системы характерен простой и понятный принцип работы. Геотермальное отопление дома при этом является выбором людей, проявляющих заботу об экологии, ведь в процессе эксплуатации побочные выбросы минимальны, а тепло вырабатывается из возобновляемых источников энергии.

Кроме того, срок службы геотермального теплового насоса достаточно велик – он составляет минимум два десятка лет, при этом трубы, используемые для оборудования теплообменника под землей, имеют еще более солидную гарантию. Производители обещают, что они надежно прослужат в системе отопления до пятидесяти лет. Также стоит добавить, что делая своими руками геотермальное отопление собственник может рассчитывать на бесшумную работу всех компонентов системы, их долговечность и функциональность. Если в доме нет газа, то наша статья «Как организовать отопление загородного дома без газа?» будет полезной.

Критика геотермальной системы

Среди характеристик геотермальных систем встречаются и негативные моменты. Специалисты отмечают, что монтаж геотермальных систем отопления подходит далеко не для всех домов. В частности, дома, расположенные на скалистых участках не могут быть оборудованы геотермальными энергоблоками. Еще одним минусом является то, что насос для отопления в частном доме купить могут далеко не все, ведь прибор отличается от аналогов очень высоким ценником.

Реалии таковы, что на сегодняшний день позволить себе использование экологичного геотермального отопления могут лишь состоятельные люди, бюджет которых рассчитан на огромные капиталовложения в обустройство дома.

Подбор насоса для системы отопления должен проводить грамотный специалист после проведения ряда тепловых, гидравлических и геодезических расчетов.

Установка системы сопровождается масштабными и дорогостоящими работами, поэтому собственнику в процессе монтажа трубопроводов придется постоянно увеличивать статьи затрат и быть готовым к непредвиденным расходам. Непосредственная установка оборудования предполагает работу целой команды профессионалов, имеющих достаточный уровень квалификации для реализации столь сложного и ответственного проекта.

Схемы построения системы отопления

Несмотря на всю простоту системы, устройство геотермального отопления для загородного дома – довольно дорогостоящий и трудоемкий процесс.

Читайте также:  Как сделать газовый котел своими руками – инструкции и чертежи

Связано это не столько с дороговизной теплового насоса, сколько с масштабами внешнего контура: в среднем его площадь должна превышать отапливаемую площадь в 2,5 раза. Располагают внешний контур одним из трех способов:

Горизонтально в грунте

Трубы контура располагают под поверхностью земли ниже глубины промерзания.

При отоплении дома площадью в 200 кв. м для горизонтального размещения внешнего контура понадобится участок земли площадью 500 кв. м.

Недостатки такого способа очевидны: придется изрыть солидный участок земли, полностью уничтожив расположенный на нем ландшафт.

Если на участке растут деревья, задача усложняется: трубы контура в плане должны находиться не ближе 1,5 м от дерева.

Горизонтальная укладка на дне водоема

Если поблизости от вашего дома имеется водоем, можно обойтись без земляных работ, сохранив существующее благоустройство участка возле дома. Требования к водоему таковы: он должен располагаться не далее, чем на 100 м от дома, и иметь площадь не меньше, чем 200 кв. м.

Если вы не являетесь его владельцем, то, скорее всего, понадобится разрешение местных властей на размещение в водоеме внешнего контура вашей геотермальной системы.

Оптимальная глубина, на которой следует располагать трубы, составляет 2,2-2,5 м.

Разместить внешний контур в водоеме также можно самостоятельно, такая работа не требует особого опыта или высокой квалификации. Если есть возможность на время монтажа спустить из водоема воду, задача потребует еще меньше усилий.

Вертикальное размещение в грунте

В этом случае для размещения внешнего контура строится скважина. И само строительство, и монтаж в скважине труб контура потребует привлечения специалистов и бурильного оборудования. Зато все существующие насаждения и элементы благоустройства остаются нетронутыми.

Вдобавок, размещение контура в скважине делает отопительную систему более эффективной, ведь грунт на больших глубинах (глубина скважины составляет от 50 до 200 м) круглогодично сохраняет постоянную температуру в 10-12 градусов.

Дополнительное преимущество – длительный срок службы скважины, который может составлять 100 лет.

Существует еще одна разновидность геотермальной системы отопления загородного дома, которая называется открытой. Внешний контур в ней отсутствует, а роль теплоносителя играет вода, которая закачивается в тепловой насос из артезианской скважины.

Для сброса воды на ту же глубину строится вторая скважина. Часть артезианской воды может использоваться для водоснабжения дома, поэтому данная разновидность геотермального отопления более распространена в тех регионах, где отсутствует централизованная подача воды.

Иногда одного геотермального отопления может не хватить, и приходиться подогревать теплоноситель.

Для таких случаев подойдет, например,  комбинированный котел отопления, или дизельный котёл отопления. Выбирайте исходя из доступности топлива.

Оборудование для геотермального отопления

Внедрение системы такого типа возможно только при наличии специального оборудования. Оно аккумулирует тепло из почвы или воды и передает теплоносителю отопительной системы здания. В нее входят:

  • тепловой насос;
  • компрессор;
  • буферный бак;
  • теплообменник.

Компрессор помогает довести антифриз до необходимой температуры. Буферный бак накапливает его после нагревания и осуществляет передачу его тепла теплоносителю. В состав входят внутренний бак, вода-теплоноситель и змеевик, по которому циркулирует антифриз. Этот элемент необходим также по той причине, что температура антифриза может меняться от -5 до +20 градусов. При этом происходит его расширение и необходима емкость для размещения выросшего объема.

Установка оборудования

Вся сложность в установке оборудования состоит в монтаже обменника тепла в земле. Разумеется, установка геотермальных систем отопления сложна, но возможна, и во Всемирной паутине есть множество советов, как же это сделать, но мы все же не рекомендуем. Как показывает практика, самодеятельность не всегда увенчивается успехом. Если вы хотите получить гарантию нормального функционирования оборудования, а также долгий срок службы, то лучше воспользоваться услугами квалифицированных специалистов. Хотя, конечно, если вы уверены в своих силах, попробовать можно. Мастера проводят процедуру установки в несколько простых шагов:

    выезд проектировщика на место монтажа. В первую очередь берутся пробы грунта, принимается решение о том, где же лучше всего провести установку. Некоторые специалисты считают наиболее эффективным установить оборудование на дне водных ресурсов, или термальных источников;

    Установка оборудования

    Отопительное оборудование на дне водных ресурсов

    Проводятся также некоторые профилактические проверки при участии хозяина дома, затем подписывается договор о сдаче работы.