Геотермальная система обогрева: что это и как работает

Чтобы смонтировать для частного коттеджа геотермальную систему отопления, необходимо правильно провести расчеты и придерживаться технологии. Коэффициент полезного действия зависит от грамотного учета условий и площади жилья.

Что такое геотермальное отопление

Разновидность отопления, называемая геотермальной, представляет собой систему, использующую тепло недр. История ее внедрения в практику началась в первой половине XX века. В этот период была острая необходимость в альтернативных источниках тепла. В настоящее время геотермальное отопление не является редкостью в США, Канаде, европейских странах.

Устройство и виды расположения системы

Конструкция геотермальной системы отопления включает насос и два контура: внешний и внутренний. Отдача тепла может происходить через радиаторы или смонтированный теплый пол, который является частью внутреннего контура. Внешняя часть геотермальной системы отопления расположена в земле или в воде. Ее масштабы более значительны по сравнению с внутренним трубопроводом. Но этот факт имеет значение лишь во время монтажа. При эксплуатации внешний контур скрыт от глаз.

Внутри труб циркулирует теплоноситель, роль которого выполняет обычная вода или антифриз. Специалисты рекомендуют использовать этиленгликолевый антифриз. «Сердцем» геотермального отопления является тепловой насос. Он работает от электричества, но его потребности невелики. При затратах в 1 кВт насос выдает 4-5 кВт тепловой энергии. Это тепло идет на обогрев дома.

Теплообменник геотермальной системы отопления, работающий от низкотемпературного источника, может иметь разное расположение. Два компонента (насос и внутренний контур) остаются без изменения в любом случае. Отличия заключаются в локализации внешнего трубопровода. Она может быть:

При вертикальном расположении теплообменник находится в вытянутой сверху вниз шахте, пересекающей или не пересекающей водоносный горизонт. Для сохранения ландшафтных условий в районе бурения из одного места делают несколько скважин, идущих под наклоном. В них монтируют внешний контур. Точная глубина скважин зависит от геологических условий, но в среднем составляет 50-100 метров. Вертикальное расположение считается более эффективным по сравнению с горизонтальным.

Горизонтальное расположение предполагает наличие змеевика трубопровода в котловане или открытом водоеме. Чтобы смонтировать такую систему, требуется знать глубину промерзания грунта в регионе. Котлован расположен ниже этой отметки. Его размеры должны позволять уложить трубы значительной длины.

Закладкой горизонтального теплообменника целесообразно заниматься в том случае, если участок под дом только разрабатывается, и место позволяет вести масштабные земляные работы.

Внешний контур при горизонтальном геотермальном отоплении частного дома площадью 250 кв. метров занимает шесть соток

Какие источники используются

Для геотермального отопления используют высокотемпературные и низкотемпературные источники энергии земли. К первой разновидности относятся, например, гейзеры. Эффективность в этом случае высокая, но применение ограничено географическим расположением геотермических источников.

Низкотемпературные источники имеют более широкое применение, особенно в тех регионах, где отсутствуют горячие подземные воды. Температура внутренних слоев грунта на глубине 50-100 метров составляет от +10 до +15 градусов в зависимости от климата. Этот уровень стабилен вне зависимости от времени года. Именно поэтому земля может быть источником тепла. Водный ресурс востребован в районах, расположенных у моря. Так, в Швеции в отоплении многих частных домов используют воды Балтийского моря, температура в котором поддерживается на уровне +4 градуса.

Принцип работы геотермального обогрева

В основу геотермальной системы заложен принцип преобразования тепла в холод или, наоборот, холода в тепловую энергию. Именно так работает кондиционер или холодильная установка. Теплоноситель, находящийся во внешних трубах системы, приобретает температуру окружающей среды. В таком слегка «подогретом» состоянии он достигает насоса, в котором происходит окончательный разогрев или охлаждение.

Снижение давления в дросселе вызывает соответствующее понижение температуры воды или антифриза. Повышение давления в компрессоре влечет за собой сжатие теплоносителя и увеличение его температуры. Таким образом, тепло земли через трубы отопления поступает в дом.

Плюсы и минусы отопительной системы

Отопление дома посредством тепла, сконцентрированного глубоко в грунте земли, считается эффективным, малозатратным, безопасным. Если детально разложить все плюсы, то получится весомый список:

Простая установка оборудования. Доступный монтаж подкрепляется длительным сроком эксплуатации.

Абсолютная пожаробезопасность. При работе оборудования исключено сжигание топлива, поэтому нет причин для пожара.

Бюджетность после запуска. Финансовые расходы при длительной эксплуатации теплового насоса минимальны.

Экологичность. Система не выделяет токсичных веществ, поэтому нагрузка на природу исключена.

Функциональность. Геотермальное отопление способно не только продуцировать тепло, но и создавать эффект охлаждения в жару.

К недостаткам отопительной системы относят высокие первоначальные затраты на установку оборудования и его запуск в работу. Этот минус можно было бы отнести к условным, так как в будущем вложения окупаются экономией текущих расходов. Но этот период составляет в среднем 5-15 лет.

Выбирая геотермальное отопление, следует также учитывать его зависимость от электропитания. В случае проблем с электричеством, насос прекращает выполнять свои функции.

К отрицательным моментам относят также ограниченность применения геотермального отопления. В районах плотной застройки получить разрешение на необходимые земляные работы проблематично. Кроме того, из-за низкого уровня теплоотдачи для создания тепла в большом домовладении потребуется значительное количество подземного трубопровода.

Геотермальное отопление дома своими руками

Смонтировать и запустить в эксплуатацию геотермальное отопление вполне реально самостоятельно. Однако в процессе работы могут возникать сложности. В первую очередь это касается установки внешнего контура в земле. Поэтому при отсутствии необходимых навыков наладку системы рекомендуется доверить профессионалам, которые сделают грамотный расчет и смонтируют всю геотермальную систему отопления.

Предварительные расчёты

Чтобы геотермальное отопление приносило запланированный эффект, необходимо произвести расчеты. Они помогут выбрать мощность насосного оборудования. Примерные цифры для построек с разным уровнем теплоизоляции отличаются. Так, для обогрева одного квадратного метра понадобится:

без теплоизоляции – 120 Вт;

с обычной теплоизоляцией – 80 Вт;

с энергосберегающим утеплителем – 40 Вт.

Для расчетов понадобятся также цифры, определяющие потери тепла в доме. Например, если для жилого здания площадью 180 кв. метров с качественной теплоизоляцией теплопотери составляют 9 кВт/сутки, то оборудование должно обеспечивать мощность 216 кВт-ч (9 кВт х 24 часа). С учетом того, что потери тепла могут в разное время отличаться, делают надбавку в 10-20%. Таким образом, окончательная мощность насоса геотермальной отопительной системы должна быть 10,8 кВт.

При расчетах важно учитывать некоторые моменты. К ним относится температура грунта на уровне скважины. В средней полосе России она держится в пределах +8…+10 градусов (на глубине 15-20 метров). При горизонтальном расположении внешнего контура системы отопления берут в расчет мощность 50 кВт на метр. Точные цифры зависят от геологических условий (влажности, присутствия подземных вод). Разные грунты дают разные показатели:

Сухой грунт – 25 Вт/м;

Влажный субстрат – 45-55 Вт/м;

Твердые породы – 85 Вт/м;

Присутствие грунтовых вод – 110 Вт/м.

Как происходит монтаж системы отопления

Водяные системы являются редкостью, больше всего востребовано геотермальное отопление посредством грунта. Поэтому первый этап работ связан с бурением скважин или рытьем котлована. Углубления делают на глубину от 20 до 100 метров, применяя специальную технику. Дно котлована засыпают песком. Далее в готовые углубления или траншеи закладывают пластиковые трубы, которые способны выдерживать давление около 6 бар. Эти трубы будут выполнять роль зондов.

При монтаже используют обвязки труб из трех или четырех линий, при этом краевые участки связывают в виде буквы «U». Внешний контур можно приобрести уж в готовом виде или собрать самостоятельно.

При монтаже внешнего контура необходимо принимать во внимание, что скважина не должна располагаться ближе 2-3 метров к дому.

Когда самая сложная часть работы по устройству геотермальной системы отопления закончена, приступают к подключению насоса. Разводка при таком способе аналогична разводке традиционной отопительной системы.

Окупаемость геотермального отопления дома

Все финансовые траты при монтаже оборудования и всей геотермальной системы отопления зависят от типа используемого хладагента, уровня КПД, мощности агрегата и его производителя. Выбор бренда – это индивидуальное решение владельца жилья. Мощность теплонасоса в свою очередь определяется не желанием, а общей квадратурой помещений. От этого зависит цена устанавливаемого оборудования. В среднем она на несколько порядков выше, чем у отопительных котлов. К этой сумме прибавляют расходы на сам монтаж.

В результате получается достаточно высокая цифра, которая многих пользователей пугает. Однако она окупается минимум через 5-7 лет и максимум через 15. Практика применения геотермального отопления показывает, что такой способ обогрева имеет смысл для коттеджей площадью около 150 кв. метров. Они получают достаточно тепла и окупаются гораздо раньше.

Эффективность и экономическая рентабельность геотермической конструкции значительно выше, если внешний контур проходит не через сухой грунт, а через термальный источник. Но в этом случае необходимо разделение отопительного контура и водоснабжения, если для него также используется горячая вода источника.

Эксплуатация и содержание оборудования

Геотермальное отопление, смонтированное своими руками или с помощью специалистов, рекомендуется в качестве вспомогательного к основной системе обогрева. При исключении других источников подогрева воздуха данная установка может не справиться с поставленной задачей, так как не нагревает внутренние трубы до горячего состояния. Монтаж целесообразен, если в помещениях будет поддерживаться температура выше 15 градусов тепла.

Техническое обслуживание оборудования довольно простое и не составляет труда для пользователей. Так как работа теплового насоса автоматизирована, он не нуждается в ежесуточном контроле. Чтобы компрессор проработал установленный по инструкции период, который составляет от 15 до 25 лет, необходима правильная установка и эксплуатация.

Основные правила заключаются в осмотре агрегата перед началом отопительного сезона и после его завершения. Периодически во время эксплуатации насос и кабели проверяют на предмет целостности. Специалисты рекомендуют периодически (один раз в полгода или в квартал) брать пробу теплоносителя на определение кислотности, плотности, химического состава. Раз в полгода досмотру подлежат также водяные фильтры, теплообменники. При необходимости производят их чистку.

Мировой опыт показывает, что использование тепловой энергии, заключенной в недрах земли, для поддержания тепла в доме является перспективным и эффективным способом. Но перед тем как выбрать геотермическую систему, необходимо взвесить все плюсы и минусы, экономическую выгоду и возможности практического применения в конкретных условиях.

Как устроено геотермальное отопление дома?

В любом частном доме актуальна проблема отопления; и сегодня вариантов обогрева своего жилища можно выбрать множество. Немногие знают, но один из них – это геотермальное отопление. Более того, далеко не все знают, что для того чтобы использовать энергию земли вовсе необязательно строить свой дом рядом с горячим водным источником или гейзером. Ведь современные геотермальные установки показывают отличные результаты даже в средней полосе России, где невысокие среднегодовые температуры. И в этой статье мы расскажем о том, что такое геотермальное отопление загородного дома, об основных принципах его работы, достоинствах и недостатках.

Геотермальное отопление дома: принцип работы

На самом деле, принцип работы таких систем отопления в чем-то похож на принцип работы кондиционеров и холодильных установок. Только здесь при помощи особого геотермального насоса из земли отбирается тепловая энергия. А принцип работы такой установки заключается в следующем. В подсобном помещении либо в самом доме монтируется тепловой насос, от которого в землю идет специальный теплообменник, по нему и циркулирует теплоноситель. Между прочим, такие системы могут эффективно работать не только в частном доме, но и в производственном здании.

Отметим, что при обустройстве данного вида отопления на 1 кВт потраченной электрической энергии на выходе получается от 4 до 6 кВт энергии тепловой. И если сравнивать их по эффективности с системами кондиционирования, то в последних результат обычно – один к одному. А потому если обустроить геотермальное отопление дома по всем правилам, то оно точно со временем окупится.

Как правило, температура грунта, в который теплообменник опускается, составляет от 5 до 7 градусов со знаком «плюс». Между тем, физические свойства газов таковы, что при сжатии и расширении они меняют свою температуру. А потому такая довольно низкая температура земли и превращается в нагретый теплоноситель, энергии которого хватает вполне для обогрева целого дома. После того, как теплоноситель отдает свое тепло системе отопления, он возвращается к своему обычному давлению, и снова возвращается в теплообменник, где опять нагревается от грунта. Данный процесс называется циклом Карно. И на нем и основывается геотермальное отопление частного дома.

Геотермальная система отопления: варианты реализации

Сегодня существует сразу несколько способов получить и использовать энергию земли. Причем их основные различия заключаются только в месте нахождения внешнего теплообменного контура. Внутренний теплообменный контур во всех случаях применяется одинаковый. Так, есть два основных способа реализации этой идеи:

• теплообменник устанавливается вертикально;
• теплообменник устанавливается горизонтально.

Кроме того, весьма популярен и вариант, когда теплообменник просто помещают в находящийся неподалеку водоем. Все эти способы мы и рассмотрим далее более подробно.

Вертикальный вариант

На глубине около ста метров под поверхностью земли температура грунта постоянная, и составляет она примерно плюс десять градусов. Но для того чтобы использовать такую тепловую энергию, придется бурить скважину. А так как вредить окружающему ландшафту нежелательно, специалисты обычно бурят скважины из одной точки, но под разными углами к поверхности. В таких скважинах и монтируется внешний контур для геотермического обогрева. Последний обеспечивается эффективный отбор тепла из земли. Как правило, этот способ довольно аккуратный, и, как уже было сказано выше, практически не портит ландшафт рядом с частным домом.

Однако, так как при этом требуется бурить действительно глубокие скважины без специального оборудования тут не обойтись. А значит, и геотермальное отопление своими руками сделать, точно не получиться. Кроме того, такой способ реализации геотермального проекта востребован, если дом уже построен, и территория вокруг него также обустроена.

В зависимости от конкретной ситуации глубина скважин может составлять 70-200 метров; последняя зависит как от геотермальной обстановки, так и от геологической ситуации в месте бурения. Как правило, специалисты гарантируют срок работы таких установок до ста лет, однако в действительности может потребоваться замена отдельных узлов уже спустя 20-30 лет активной эксплуатации.

При вертикальной схеме расположения теплообменника, и извлечении энергии из подземных вод, делается 2 шахты. Первая скважина в этом случае называется дебетовой; она необходима для того, чтобы производить забор воды. Последняя поставляет тепло во внутренний контур, а затем сливается во вторую шахту, называемую приемной. Однако главный недостаток такой системы – это небольшая эффективность; ведь значительное количество электроэнергии просто уходит на поддержание циркуляции при помощи насоса для отопления дома. Но такие геотермические системы все же подходят для создания теплых полов в частном доме.

Вертикальный вариант геотермального отопления

Геотермия с использованием горизонтальной схемы

В этом случае теплообменник, как ясно из названия, укладывается горизонтально. Однако перед тем, как остановиться на данной схеме, следует поинтересоваться глубиной промерзания грунта в вашей местности. Само собой, что трубы теплообменника надо закапывать на глубину, ниже точки промерзания земли. Пространство, под систему, естественно, потребуется гораздо большее, чем в случае с вертикальной схемой.

Для сравнения, если у вас загородный дом, площадью в двести пятьдесят квадратных метров, то теплообменник потребуется площадью в шестьсот метров квадратных; и это, пожалуй, главный минус таких систем. Но если у вас на участке перед домом места вполне достаточно, то почему бы эту схему и не использовать. А вот если уже разбит сад, то придется выбрать что-то одно.

При установке горизонтальной системы, предстоит сделать большой объем земляных работ. И потому к такому варианту прибегают, когда еще только идет строительство, и на участке ничего не посажено и не возведено. Более того, хорошо, когда проект участка, дома и отопления делается одновременно, и все в себя включает.

Отопительная система с теплообменником в водоеме

Иногда, хотя и довольно редко, горизонтальный теплообменник помещают в водоем – естественный либо искусственный. Правда, последний точно не должен в зиму промерзать до самого дна; ведь именно на дне водоема и размещается контур. Для того чтобы организовать такую схему отопления, площадь водоема должна быть, как минимум, двести квадратных метров. Между прочим, такой способ считается наименее затратным, ведь не приходится ничего бурить. Однако далеко не все частные дома строятся на берегу водоемов соответствующих размеров. Кроме того, если этот водоем еще и общественный, то какие-либо действия с ним, должны производиться только в рамках закона, что так же далеко не всегда возможно.

Особенности забора тепловой энергии из-под земли

Перед тем, как использовать такой способ отопления на своем дачном участке или заказать геотермальный обогрев в загородном доме «под ключ», следует узнать еще несколько особенностей такого отопления.

Геотермальная система отопления

В отличие от систем, в которых используется, скажем, газ либо электричество, теплоноситель в геотермальных контурах никогда не нагревается до высоких температур. Следовательно, здесь требуется, и потратить меньше энергии. Но для поддержания комфортной температуры в дома в этом случае потребуется большие площади радиаторов. А потому, чтобы не тратиться на обилие батарей, обустраиваются только теплые полы. Причем специалисты и в большинстве других систем называют такой вариант наиболее оптимальным, так как тепло сразу поступает в жилую зону, а не поднимается сначала под потолок, как от батарей.

Плюсы и минусы

К преимуществам этой системы обогрева с легкостью можно отнести следующее:

• стабильный и почти неисчерпаемый источник энергии;
• этот вид обогрева считается чуть ли не бесплатным для владельца загородного дома (если не считать затраты на электричество);
• за исключением северных регионов, геотермальное отопление в России можно использовать практически везде;
• во время работы системы не образуются вредные вещества;
• установку можно настраивать как на обогрев, так и на охлаждение – что весьма актуально жарким летом;
• существует возможность интеграции геотермальной установки с имеющимися системами на основе обогрева газом или электричеством.

• достаточно долгий срок окупаемости;
• значительная сумма первоначальных вложений на покупку оборудования, бурение скважин и монтаж.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your quota.