Используем тепло земли для отопления дома

Энергия земли для отопления дома в настоящее время используется редко – большинство людей предпочитает задействовать традиционные источники энергии. Но цены на топливо постоянно растут, а запасы газа, угля и нефти когда-то, пусть даже через много лет, но завершатся. По этой причине возникает необходимость искать альтернативные источники тепла, в частности — тепло земли для отопления дома.

Обогрев дома теплом земли является более предпочтительным в сравнении с солнечной и ветряной энергией. В Европе уже сейчас широко распространены гелиосистемы, позволяющие использовать солнечные лучи для отопления дома и подогрева воды (прочитайте также: «Гелиосистемы для отопления своими руками»). Однако их применение ограничено – если в странах с теплым климатом их хватает для полноценного обогрева жилья, то в регионах с умеренным климатом слишком много пасмурных дней. Кроме того, солнечные коллекторы должны иметь большую площадь и емкий теплоаккумулятор, и в результате создание системы отопления обходится в большую сумму (прочитайте: «Солнечный обогреватель своими руками»).

Также не помешает иметь дополнительный источник тепла на случай затянувшейся непогоды. Энергия ветра тоже является не самым лучшим вариантом: его сила меняется, а складки рельефа способствуют образованию мест с постоянным штилем.

Если использовать тепло земли для отопления дома, то дополнительный источник энергии не потребуется – в любой день почва на глубине от нескольких метров сохраняет постоянную температуру. Чем больше глубина погружения геотермального насоса, тем выше температура грунта, а соответственно, и эффективность отопления (детальнее: «Геотермальное отопление: принцип работы на примерах»). Однако нужно помнить о глубине промерзания – в разных регионах она отличается.

Геотермальные насосы, использующие тепло земли для отопления дома

Отопление за счет энергии земли происходит благодаря специальному устройству – геотермальному насосу.

Принцип его работы аналогичен холодильнику:

• газообразный хладагент сжимается компрессором, и при этом сильно нагревается;
• хладагент проходит через теплообменник, отдавая избыток тепла и остывая до комнатной температуры;
• после охлаждения это вещество поступает в охлаждающий контур морозильной камеры, где оно потом расширяется. В результате изменения агрегатного состояния с жидкого до газообразного, хладагент резко остывает и охлаждает все вокруг себя;
• затем он вновь поступает к компрессору, и цикл повторяется снова.

Аналогично происходит и отопление дома энергией земли. Например, холодильник отбирает тепло у холодного объекта и передает его теплому предмету, таким образом, тепло переносится от морозилки с минусовой температурой в помещение. Количество перекачиваемой энергии в несколько раз больше потребляемого компрессором электричества.

Отопление от тепла земли отличается высокой эффективностью – тепловая мощность в три раза превышает количество потребляемого электричества. Если сравнивать тепловой насос с холодильником, то в данном случае грунт, имеющий постоянную температуру, заменяет морозильную камеру.

При создании системы отопления нужно установить не только радиаторы для отдачи тепла, но и теплообменник на второй стороне контура, который станет забирать у грунта тепло.

Коллекторы бывают двух видов:

• вертикальные;
• горизонтальные.

Прежде чем начать использовать тепло из земли для отопления дома, нужно определиться с видом коллектора. Как они выглядят, можно посмотреть на фото.

Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли

Однако следует учитывать существенный недостаток данной схемы: отопление из недр земли обходится дорого. Разумеется, первоначальные затраты впоследствии окупятся, но все же далеко не каждая семья может позволить себе такие расходы. Цена бурения высока, и на то, чтобы сделать несколько скважин глубиной в 50 метров, денег потребуется немало.

Горизонтальные коллекторы для обогрева дома теплом земли

Их используют в регионах с относительно теплым климатом, где глубина промерзания почвы не превышает 1-1,5 метров. Организовать отопление дома от земли в данном случае гораздо проще, ведь траншеи можно выкопать и самостоятельно, и стоимость работ значительно уменьшится.

Но и у такой схемы есть недостатки. Прежде всего, выполнить отопление из земли своими руками не так-то просто: например, для дома площадью 275 «квадратов» потребуется уложить в траншеи 1200 метров труб. Помимо того, что придется потратить много времени на копание траншей, трубы еще и займут большую площадь. Использовать этот участок, например, для сада или огорода, нельзя: корни растений будут перемерзать из-за особенностей работы коллектора.

Таким образом, отопление энергией земли является хорошей идеей, но весьма сложной в реализации. Аналогично обстоят дела и с солнечным обогревом. Именно по этой причине альтернативные источники энергии на сегодняшний день мало распространены.

Воздушные коллекторы

Подземное отопление частного дома можно реализовать и с помощью воздушных коллекторов. Это более простой способ воздушного отопления в частном доме по сравнению с двумя предыдущими.

Чтобы нагреть воздух в помещении до комфортной температуры, требуется определенное количество тепла. Чем ниже первоначальная температура, тем выше затраты. С помощью вентиляционной системы и тепла, полученного из грунта, можно бесплатно повысить температуру воздуха в доме. Обогрев теплом земли в данном случае происходит весьма просто.

Для организации системы отопления нужно:

• вывести воздухозабор вентиляции ниже уровня промерзания грунта;
• проложить изогнутый, прямой или многотрубный коллектор с помощью обычных канализационных труб (форма выбирается в зависимости от участка, на каждый квадратный метр площади дома должно приходиться 1,5 метра коллектора);
• сделать воздухоотвод на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту минимум 1,5 метров от земли и оборудовав ее зонтом-дефлектором (разумеется, приток воздуха в дом будет принудительным.

В этом случае земляное отопление не сможет полностью обеспечить дом теплом.

Тем не менее, оно дает возможность реализовать две идеи:

1. Поступающий через вентиляцию воздух можно подогревать любым обогревателем (газовым теплогенератором, соляровым, электрическим и пр.) и затем разводить по комнатам с помощью вентиляционных каналов. Полностью бесплатным такое отопление от земли не будет, но все же затраты уменьшатся: нагреваться станет не холодный уличный воздух, а тот, который уже прогрет примерно до +10 градусов. Особенно хорошо можно сэкономить, если зимы в регионе холодные.
2. Нагретый с помощью тепла земли воздух можно использовать для обдува внешнего блока обычного кондиционера или теплового насоса типа «воздух-воздух». Любое устройство данного класса сможет эффективно работать при температуре около +10 градусов. Сложность реализации заключается лишь в обеспечении нужного воздушного потока. В результате воздух прогревается теплом грунта, поступает к тепловому насосу и отводится за пределы дома.

Отопление теплом земли – хорошая альтернатива традиционным способам обогрева, но в настоящее время оно не является широко распространенным (прочитайте также: «Альтернативное отопление частного дома — выбор достаточно большой»). Это связано, в основном, со сложностью монтажа и большими первоначальными расходами. Лучшим вариантом является бурение скважин и размещение в них труб, но обходится такая система отопления слишком дорого. С другой стороны, это позволяет обогревать дом, пользуясь бесплатным источником тепла.

Также нельзя забывать о том, что такой вариант отопления является экологически чистым и высокоэффективным, поскольку температура почвы на глубине нескольких десятков метров остается постоянной.

Видео о том, как использовать тепло земли для отопления дома:

Геотермальное отопление: что это такое, принцип работы системы и варианты для частного дома за счет тепла земли, отзывы владельцев

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.

Применение энергии земли

Необходимо учитывать, что грунт даже при сильном морозе не промерзает слишком глубоко в большинстве регионов страны. Данной свойство эксплуатируется даже строителями, которые занимаются прокладкой трубопроводов ниже среднего уровня промерзания почвы. Термальное значение имеет показатель на уровне +5-+70С. Это позволяет использовать энергию земли для отопления дома.

Полученное тепло благодаря современной установке удается аккумулировать. Принцип работы геотермального отопления дома, по отзывам владельцев, схож с принципом работы холодильника. Алгоритм рабочего цикла заключается в следующем:

• нужно получить тепло, чтобы сохранить его и перенаправить в энергетический аккумулятор;
• осуществляется нагрев антифриза в одном из контуров системы, а он передает энергию воде, циркулирующей во втором контуре отопления и ГВС;
• охлажденный антифриз перенаправляется в район теплообменника, чтобы снова набраться теплом.

Такой подход позволяет воспользоваться для отопления дома теплом земли. В работе систем используются геотермальные насосы. Извлеченного тепла может хватить как для работы установки в виде основного источника тепла в помещении, так и для эксплуатации ее в качестве дублирующей или вспомогательной схемы. Есть конечно и солнечные батареи, то при их установке тоже есть не мало нюансов, таких, как дополнительные батареи и так далее.

ВИДЕО: Чудо техники — тепло из-под земли

Как это работает

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5—7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2—3 °С, а вот дом прогревается на 20—40 °С

Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики

В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7.

Внутренний и внешний виды земляных контуров

Основа системы — тепловой насос, подключенный к двум контурам: внешнему и внутреннему.

Внутренний контур состоит из труб и радиаторов, передающих энергию нагретой воды в помещение. Их может дополнять подогрев полов.

Внешний контур — система, занимающаяся подачей тепла к внутреннему. По контуру циркулирует вода, дополненная незамерзающим компонентом. В геотермальном отоплении жидкость называется теплоносителем. Так теплоноситель поступает в тепловой насос, нагреваясь за счет повышения давления. Прогретая жидкость поступает во внутренний контур, передавая тепло в помещение. Затем остывшая вода уходит на глубину, где прогревается. Таким образом, цикл повторяется.

Тепловой насос воздух-вода: схема

Тепловой насос — оборудование, применяемое для отопления. Устройство собирает тепло из воздуха, перерабатывая в энергию. С её помощью насос греет воду, которая отдает тепло в помещение. Принцип работы насоса воздух-вода заключается в обратном цикле Карно. Устройства способны функционировать пока на улице температура превышает 20—25 градусов ниже нуля.

Фото 1. Схема строения теплового насоса воздух-вода. В данном случае тепло, собранное из воздуха перерабатывается в энергию.

Система состоит из четырех компонентов. По внешнему контуру циркулирует фреон, преобразующийся в пар в испарителе. Далее газ сжимается в компрессоре и переходит в конденсатор. Пар конденсируется в воду, которая возвращается в цикл, а тепло, выделенное в процессе, нагревает воду внутреннего контура. Таким образом, происходит два цикла: циркуляция воды с хладагентом через землю; обогрев помещений через радиаторы.

Теплонасосы типа воздух-вода зависят от внешней температуры. При сильных морозах обогрев работает проблемно, поскольку фреон во внешнем контуре замерзает. Этим обусловлено использование систем в теплых странах, где температура редко падает ниже -10. В подобных районах геотермальное тепло позволяет провести не только отопление, но и горячее водоснабжение.

Если на улице температура упала до предельного уровня работы фреона, система автоматически подключает альтернативное отопление за счет электричества или газа. С повышением температуры и возобновлением работы геотермальной установки, альтернативный источник отключается.

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы классифицируются в зависимости от типа среды, от которой идет забор тепла и среды, которая принимает тепловую энергию. На сегодняшний день выделяют насосы следующих видов:

Тепловые насосы вода-вода получили наибольшее распространение в геотермальном отоплении.

Отопительные системы с их использованием состоят из самого теплового агрегата и змеевика, по которому движется хладагент, расположенного внутри подземных вод или внутри толщи грунта. Первое, с чем придется столкнуться владельцу такого насоса, это размещение теплообменника.

Считается, что для прокладки теплообменника можно использовать дно близлежащего водоема, слой грунта на глубине не менее 1,5 м для средне полосы России или пробуренные специально для этих целей скважины.

По факту, прокладка теплообменника по дну водоема возможна только в исключительных случаях, например, при наличии у вас собственной береговой зоны и расположении дома практически у кромки воды. Во всех остальных случаях владельцу теплового насоса придется не только получить разрешение на использование местного водоема для личных нужд, но и побеспокоиться об охране проложенного теплообменника от любопытных граждан. При этом не стоит забывать, что даже близкое расположение к водоему, может оказаться не столь близким с точки зрения затрат на прокладку трубопровода для циркуляции теплоносителя.

Например, ваш дом находится от берега озера на расстоянии 300 метров, что на первый взгляд, совсем немного, но для работы геотермального отопления вам, кроме самого теплообменника, придется проложить дополнительно 600 метров труб.

Если дно водоема для прокладки теплообменника недоступно, придется использовать скважину. Для расчета глубины скважины можно использовать простое и надежное соотношение для теплового насоса: для получения 50 Вт тепловой энергии нужен 1 погонный метр скважины. Это значит, что для обогрева дома на 100 м2 нужна скважина глубиной не менее 200 метров, или 2 скважины по 100 метров и т.д.

Если скважины вам не по карману, можно расположить теплообменники в толще грунта, но в этом случае для расчета протяженности труб нужно воспользоваться соотношением 20 Вт тепловой энергии с одного метра заглубленной трубы. Нетрудно посчитать, что для того же дома площадью 100м2 в этом случае нужен теплообменник длиной 1000 м или, проще говоря, длиной 1км.

Если объемы земляных работ не пугают и решимость сделать экологически безопасное отопление не падает, нужно помнить, что грунт (воду в случае со скважиной) вокруг теплообменника ждет такая же судьба, что и у продуктов в морозильной камере: его температура может опуститься до -20 С, а учитывая высокую плотность среды, этот процесс распространится на прилегающую территорию. В результате грунт промерзнет на всей площади участка и вряд ли успеет оттаять полностью даже в самое жаркое лето.

Тепловой насос воздух-вода забирает тепло у окружающего воздуха, понижая его температуру. При этом нет необходимости ни в скважинах, нив горизонтальных теплообменниках, не нужны земляные работы.

Понятно, что чем выше температура окружающего воздуха, тем лучше и эффективнее будет работать тепловой насос, но вот беда-в теплую погоду при плюсовой температуре на улице, вопрос обогрева жилища стоит не столь остро, как в мороз, к примеру, -25 С.

По заверениям производителей, современные тепловые насосы воздух вода одинаково хорошо работают не только при положительной температуре воздуха, но и при морозе до -25 С. По мнению производителей, всегда есть потенциальная возможность для понижения температуры воздуха.

Правда, при этом производители умалчивают о том, что чем ниже температура окружающего воздуха, тем ниже эффективность работы теплового насоса. Отличной иллюстрацией этому может служить приведенный график, на котором видно, что при температуре наружного воздуха 4 С тепловой насос номинальной мощностью 10 кВт выдает все 10кВт, а при температуре -20 его тепловая мощность составляет примерно 3,5 кВт.

Вывод простой: решив обогревать дом с помощью теплового насоса воздух-вода, придется подумать о дополнительном источнике тепла на случай сильного мороза. Напрашивается вопрос: зачем покупать и устанавливать тепловой насос, если в мороз все равно придется использовать дополнительное отопление. Не проще ограничиться именно этим дополнительным отоплением, сделав его основным?

Не хотелось бы заканчивать статью на столь пессимистической ноте, ведь идея теплового насоса сама по себе очень хорошо, просто пока стоимость ее реализации для наших сограждан слишком высока.

Геотермальное отопление дома: тепловые насосы, плюсы и минусы
Как работает геотермальное отопление дома, принцип работы. Что такое геотермальное отопление загородного дома и как его организовать своими руками

Преимущества геотермального отопления

• Экономичность. Высокая эффективность работы – затратив 1 киловатт электричества, тн выделяет 3–5 квт тепловой энергии. Для сравнения – в системах электрообогрева 1 квт электрической энергии преобразуется в 0,7-1,0 квт тепловой.
• Безопасность. В тн не используется взрыво- и пожароопасное топливо.
• Экологическая чистота. Никаких утечек газа. Отсутствие в помещениях дыма и запаха. Нет загрязняющих атмосферу выбросов.
• Комфорт. Простота эксплуатации и обслуживания. Высокая степень автоматизации. Возможность использования в качестве системы кондиционирования в летний период.
• Автономность. Самостоятельная работа под управлением автоматики.
• Долговечность. Срок эксплуатации тепло насоса составляет 25 лет.

Недостатки геотермального отопления

• Стоимость геотермальный способ обогрева дома – потребуются значительные капитальные затраты.
• Энергозависимость – для работы системы необходимо электропитание. Чтобы избежать прекращения теплоснабжения дома из-за отключения электричества, необходимо приобрести бензиновый или дизель топливный электрогенератор.
• Переохлаждение грунта бывает в зоне расположения теплосборного коллектора (обычно – по причине ошибок, допущенных при проектировании). Приводит к нарушениям в рабо¬те системы.

Схемы построения системы отопления

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

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.

Все работы по горизонтальному размещению внешнего контура в грунте можно выполнить самостоятельно, и это главное преимущества данного способа. Процесс относительно прост, хотя и трудоемок: рытье траншей, сваривание и укладка труб.

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.

Способы устройства геотермальных систем

Способы устройства геотермальных систем

Одним из важнейших элементов является тепловой контур. При вертикальном расположении он может залегать на глубине от 20 м до 150 м, в зависимости от геологической циркуляции тепла. Горизонтальные контуры устанавливаются на глубине до 2,5 м и нагреваются за счет температурного колебания при солнечном нагреве или теплопотере.

1. Прямой теплообмен

Тепловые устройства с прямым теплообменом непосредственно контактируют с почвой. Теплоноситель покидает корпус устройства, перемещается по подземной медной магистрали, обмениваясь тепловой энергией, и возвращается обратно.

Прямым такой теплообмен называется оттого, что жидкость контактирует с землей без каких-либо «посредников». Конечно, она не взаимодействует с почвой напрямую, а лишь обменивается с ней теплом через стенки труб. Сегодня такие насосы используются редко, не нужно их путать с устройствами, в которых имеет место теплообмен посредством промежуточных контуров.

Как бы то ни было, эффективность прямого теплообмена достаточно высокая, а финансовые затраты на монтаж ниже, чем в большинстве закрытых систем. Не последнюю роль в этом играет и теплопроводность меди, а также отсутствие водяного электронасоса и обменника между теплоносителем и водой, который, как известно, является основным источником теплопотерь.

Также стоит отметить, что медный трубопровод стоит дорого, да и самого теплоносителя требуется больше, чем для систем другого типа.

2. Закрытые системы

Большая часть таких систем состоит из первичного контура, наполненного хладагентом, и вторичного, который заполняется водой и устанавливается под землей. Для изготовления вторичного контура используются в основном полипропиленовые трубы, а заполняют его водой с небольшим количеством антифриза.

Вода выходит из теплообменника, перемещается по наружному контуру, обмениваясь тепловой энергией с почвой, и возвращается. Характерно, что наружный контур находится ниже уровня промерзания грунта, где температура отличается стабильностью; еще его погружают в ближайший водоем.

Обратите внимание! Системы, погруженные в воду или расположенные во влажной почве, намного продуктивнее сухих контуров. Поэтому в сухой земле рядом с контуром желательно установить дренажный шланг, который бы увлажнял ее.

Закрытые системы менее эффективны, чем предыдущий вариант, поскольку нуждаются в трудоемких буровых работах и длинной системе труб. Также отметим, что закрытые контуры устанавливаются двумя способами – вертикально и горизонтально.

Вертикальный контур – это две трубы, уходящие под землю под прямым углом на глубину 20-120 м. Нижние их части соединяются между собой U-образным разъемом. Вырытые для труб шахты обычно заполняют специальным раствором, улучшающим теплообмен и защищающим подземные водоносные слои от загрязнения.

В случае горизонтального размещения системы трубы закапывают ниже уровня промерзания грунта. Естественно, они проходят горизонтально. Ввиду очевидных причин этот способ обходится дешевле вертикального размещения (читай: бурения), поэтому его используют везде, где есть достаточно места на участке.

3. Контуры горизонтального бурения

Контуры горизонтального бурения

Альтернативой двум предыдущим вариантам может являться прокладка контура посредством горизонтального бурения. Это дает возможность устанавливать трубы под садом, двором, дорогой и прочими объектами без разрушения последних.

В плане стоимости такая система находится где-то между горизонтальной и вертикальной установкой. Ее отличительной чертой является то, что петли можно соединять лишь с одной камерой, а это сокращает необходимую для монтажа площадь.

Обратите внимание! Контуры с использованием горизонтального бурения устанавливают уже после постройки здания.

4. Водные контуры

Замкнутые контуры, которые погружаются в водоемы, представляют собой трубопровод, уложенный петлями. Их можно помещать в любое озеро или пруд, которые расположены в непосредственной близости от дома.

5. Открытые системы

В таких системах внешний контур заполняется природной водой. Затем она перемещается в теплообменник, расположенный в корпусе устройства, где тепло извлекается и передается в первичный контур. После этого вода возвращается обратно. Подачу и «обратку» нужно размещать вдалеке друг от друга для эффективной подпитки источника тепла.

Обратите внимание! Все элементы системы должны быть хорошо защищены от коррозии, т. к. химический состав циркулирующей воды контролировать невозможно. Именно поэтому желательно использовать закрытые контуры, если уровень содержания минералов и солей в воде повышен.

Несмотря на то, что эффективность открытых систем на порядок выше, чем закрытых, при установке могут возникнуть проблемы, преимущественно юридического характера. Может потребоваться разрешение на монтаж, т. к. эти системы загрязняют скважины и истощают водоносные слои.

6. Столбы жидкости

Контуры со столбами жидкости являются одной из разновидностей систем замкнутого типа. В данном случае вода поступает со дна глубокой скважины, проходит через насос и опускается обратно, производя теплообмен с окружающей почвой.

Зачастую столбы жидкости используют там, где свободная площадь ограничена. Нежелательно использовать эту систему на глинистом или песчаном грунте.

Также отметим, что конструкция может состоять сразу из нескольких столбов и используется преимущественно в небольших зданиях.

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

Последовательность работ

Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин. И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления. В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.

Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий, конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе. Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники. Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.

Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки». Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка. В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).

Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры. Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%. Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.

Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм. Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта. Если она менее 20 Вт на 1 кв. м, никакого смысла в геотермальном контуре нет. Чтобы обеспечить отвод грунтовых вод, дно котлованов покрывают слоем песка. Отлично проявляют себя трубы на основе сшитого полиэтилена.

Своими руками: что и как

Если уж монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой. Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.

Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным твердотопливным котлом. Подключить к нему внутренний контур вашего дома – задача не сложная. Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации отопления с использованием традиционных источников тепла. Главная трудность – устройство внешнего контура.

Такое расположение дома относительно пруда встречается чаще. Главное, чтобы водоём был не дальше, чем в 100 метрах от коттеджа

Лучшим вариантом будет использование водоёма, если такой найдется на расстоянии не более 100 метров. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 квадратных метров, а глубина – 3 метра, составляющие средний параметр промерзания. Если этот водоём вам не принадлежит, то проблемой может стать получение разрешения на его использование.

Если же водоём – это пруд, который находится у вас в собственности, то дело упрощается. Воду из пруда можно временно откачать. Тогда работы на его дне можно будет выполнять легко: нужно будет уложить трубы по спирали, закрепив их в этом положении. Земляные работы понадобятся только для рытья траншеи, которая нужна будет для присоединения внешнего контура к тепловому насосу.

После выполнения всех работ, пруд может быть снова заполнен водой. В ближайшие лет сто внешний теплообменник должен работать исправно и не доставлять хлопот его владельцу.

Если в вашем распоряжении оказался земельный участок, на котором вам только предстоит возводить жильё и растить сад, имеет смысл распланировать горизонтальный теплообменник грунтового типа. Для этого следует сделать предварительный расчет площади будущего коллектора, исходя из параметров, которые уже указаны выше: 250-300 квадратных метров коллектора на 100 кв. метров отапливаемой площади дома.

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.
3. Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
4. 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.

Смета геотермальной системы

Владельцы частных домов, загоревшись идеей бесплатного получения тепла, должны рассматривать ситуацию на трезвую голову – чтобы получить экономически выгодную систему, окупающую себя, требуется вложиться в нее достаточно серьезно, так как самостоятельно геотермальное отопление не устроить. Установки баснословно дороги. Судите сами:

• Стоимость теплового насоса. Производительность зависит от мощности, агрегата, которую рассчитывают заранее исходя из нужд на потребление. Приблизительная формула расчета – 1 кВт на 10 кв. метров площади – не дает правильного результата, так как не учитывает материала стен, полов и нужды в ГВС (горячем водоснабжении).
• Земляные работы. Вручную выкопать котлован ниже уровня промерзаемости земли и обустроить его по всем правилам – нереально. Равно, как и пробурить скважину. Придется нанимать строительную технику и сопутствующую бригаду.

Совет – заниматься обустройством геотермального отопления должна одна компания – разрозненные виды работ обойдутся дороже в будущем, особенно если по вине какой-либо бригады случатся неполадки – гарантии нет.

• Цена комплекта труб. Геотермальная установка предполагает наличие трех контуров: внешнего, за пределами жилого дома, среднего, находящегося внутри корпуса насоса и внутреннего – трубной разводки домашней системы.
• Стоимость монтажа. Кроме установки насоса и зондов, учитываются пусконаладочные работы, монтаж теплого пола и прочие сопутствующие работы.

Кроме перечисленных расходов, требуется упомянуть о бюрократических проволочках. Те организации, чьи коммуникации проходят по участку – газоснабжение, электричество, вода – должны дать добро на проведение земляных работ. Соответственно, проходит экспертиза на предмет целесообразности устройства, что, естественно, также потребует вложений

Важно приготовиться к растрате нервных клеток – это не шутка!

Как сделать агрегат своими руками

Независимо от того, какой вариант ресурса (земля, вода или воздух) выбран для отопления, для корректного функционирования системы понадобится насос. Это устройство состоит из таких элементов, как:

• компрессорный узел (промежуточный элемент комплекса);
• испаритель, передающий низкопотенциальную энергию теплоносителю;
• дроссельный клапан, через который хладагент находит обратную дорогу в испаритель;
• конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до изначальной температуры.

Можно приобрести целостную систему у производителя, но это обойдется в приличную сумму. Когда свободных денег под рукой нет, стоит сделать теплонасос своими руками из имеющихся в распоряжении деталей и в случае надобности докупить недостающие запчасти.

Планируя установку в частном доме геотермальной отопительной системы, в первую очередь нужно позаботиться о снижении уровня теплопотери. Для этого стены необходимо утеплить специальным материалом, двери и оконные рамы снабдить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Тогда выделенное насосом тепло в максимально объеме останется внутри помещения

Когда решение о собственноручном изготовлении теплового насоса принято, нужно обязательно проверить состояние имеющихся в доме электрической проводки и электросчетчика.

Если эти элементы изношенные и старые, необходимо просмотреть все участки, обнаружить возможные неисправности и устранить их еще до начала работ. Тогда система сразу после запуска будет безупречно работать и не побеспокоит хозяев короткими замыканиями, возгоранием проводки и выбиванием пробок.

Способ #1. Сборка из холодильника

Для сборки теплонасоса своими руками со старого холодильника снимают размещенный сзади змеевик. Эту деталь используют как конденсатор и помещают в высокопрочную емкость, устойчивую к агрессивным температурам. На нее крепят исправно работающий компрессор, а в качестве испарителя используют простую пластиковую бочку.

Если для создания насоса используется очень старый холодильник, лучше заменить в нем фреон на новый. Самостоятельно это сделать не получится, поэтому придется пригласить мастера со специальным оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система заработает в нужном режиме

Подготовленные элементы соединяют между собой, а потом созданный агрегат посредством полимерных труб подключают к отопительной системе и приступают к эксплуатации оборудования.

Способ #2. Теплонасос из кондиционера

Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.

Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.

Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.

Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.

Современные сплит системы малоэффективны при низких температурах, поэтому профессионалы не рекомендуют использовать их для самостоятельного изготовления теплонасосов

В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.

Своими руками что и как

Если уж монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой. Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.

Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным твердотопливным котлом. Подключить к нему внутренний контур вашего дома – задача не сложная. Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации отопления с использованием традиционных источников тепла. Главная трудность – устройство внешнего контура.

Такое расположение дома относительно пруда встречается чаще. Главное, чтобы водоём был не дальше, чем в 100 метрах от коттеджа

Лучшим вариантом будет использование водоёма, если такой найдется на расстоянии не более 100 метров. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 квадратных метров, а глубина – 3 метра, составляющие средний параметр промерзания. Если этот водоём вам не принадлежит, то проблемой может стать получение разрешения на его использование.

Если же водоём – это пруд, который находится у вас в собственности, то дело упрощается. Воду из пруда можно временно откачать. Тогда работы на его дне можно будет выполнять легко: нужно будет уложить трубы по спирали, закрепив их в этом положении. Земляные работы понадобятся только для рытья траншеи, которая нужна будет для присоединения внешнего контура к тепловому насосу.

После выполнения всех работ, пруд может быть снова заполнен водой. В ближайшие лет сто внешний теплообменник должен работать исправно и не доставлять хлопот его владельцу.

Если в вашем распоряжении оказался земельный участок, на котором вам только предстоит возводить жильё и растить сад, имеет смысл распланировать горизонтальный теплообменник грунтового типа. Для этого следует сделать предварительный расчет площади будущего коллектора, исходя из параметров, которые уже указаны выше: 250-300 квадратных метров коллектора на 100 кв. метров отапливаемой площади дома.

Мифы о геотермальном отоплении

Миф первый: необходимы горячие источники.

Действительно, при упоминании термина «тепло Земли» воображение среднестатистического гражданина сразу рисует свистящие гейзеры и озера кипящей воды на фоне просыпающегося вулкана.

Согласимся: горячие источники также могут применяться в геотермальном отоплении, но это редкость, поскольку расположены они только в некоторых регионах.

В остальных случаях под термином «тепло Земли» подразумевают температуру в 5-7 градусов, которая стабильно поддерживается в грунте или воде ниже глубины промерзания.

Да, да, вот эту-то холодину дерзкие ученые называют «теплом» и даже умудряются нагреть от нее воду в системе отопления.

Миф второй: геотермальное отопление – нечто вроде вечного двигателя, а потому существовать не может.

Поводом к возникновению данного заблуждения послужила удивительная эффективность систем геотермального отопления: при затратах энергии в 1 кВт удается получить от 3 до 5 кВт.

И это, как уже было сказано, при полном отсутствии видимых источников тепла: бурлящих гейзеров, огнедышащих вулканов или хотя бы печки с горящими дровами или углем.

Но, как известно энергия не может взяться ниоткуда и исчезнуть в никуда. К сожалению, существование вечного двигателя действительно невозможно.

Но система геотермального отопления не имеет с ним ничего общего. А причины ее эффективности кроются в умелом применении всем известных законов физики.

Рекомендации по эксплуатации

Наиболее эффективная работа теплового насоса обеспечивается в помещениях, где температура воздуха составляет от 14 градусов тепла. При любой возможности стоит предпочитать вертикальное расположение контуров горизонтальному, потому что оно самое эффективное из всех. Судя по отзывам, в чистом виде геотермальный обогрев нерационален, он прогревает воду слишком долго, потому во многих случаях такая система выполняет сугубо вспомогательную роль. Чтобы добиться высочайшей результативности, следует ориентироваться на максимально допустимую интенсивность вовлечения теплового ресурса и расчетных дебитов скважины.

Если внизу расположены не сухие породы, а горячая вода, это практически оптимальная ситуация. Тогда появляется возможность сэкономить и получить максимальную выгоду. Но надо помнить, что если планируется попутно использовать горячие подземные источники для водоснабжения, вода в них должна соответствовать типовым санитарным требованиям. Когда химический анализ показывает присутствие агрессивных компонентов, целесообразно организовать два автономных контура, жидкость в которых не перемешивается, а происходит только обмен теплом. На стенах закрепляют компрессоры либо от холодильников, либо от кондиционеров.

Если проводка в доме довольно слабая, стоит применить пару компрессоров, чтобы сократить пусковой ток благодаря последовательному включению. При монтаже конденсаторов следует заботиться о движении в них фреона от верхней точки к нижней, а не наоборот. Чтобы коллектор стабильно работал и обогревал помещение, его площадь (для частного дома величиной 100 кв. м) должна составлять 200-250 м2. Горизонтальную схему отопления не стоит использовать, если планируется впоследствии разбить сад или огород. Для комплектования системы можно использовать даже обычный скважинный насос.

О том, что такое геотермальное отопление и как его установить, смотрите в следующем видео.

Обзор насосов: производители и модели

Устройство теплового насоса

Эффективное функционирование всей системы определяется правильным выбором теплового насоса. По принципам действия насосы относятся к современному экологически чистому типу оборудования. В процессе их работы не происходит выделения вредных веществ в окружающую среду.

Они подразделяются на:

• компрессионные;
• абсорбционные тепловые насосы;

Первые приводятся в действие за счет питания электричеством, вторые могут использовать энергию других видов топлива.

В настоящее время на рынке такого типа оборудования существует довольно большое количество фирм. Это позволяет приобрести тепловой насос для любой мощности за счет комбинации различных моделей, что удобно для создания геотермальных систем отопления в промышленных масштабах.

Классическим вариантом считается применение тепловых насосов фирмы Waterkotte Германия. Это оборудование с постоянным значением КПД до 500%, не зависящим от внешних факторов. Начав выпуск тепловых насосов с 1970 года, компания постоянно обновляет большой ряд современных моделей, не теряя при этом высокого качества.

Новая серия насосов EcoTouch, завоевавшая многочисленные премии, подтверждает этот факт. В нее входят модели типа DC 5027 с выходной мощностью от 6 до 26 кВт и удобным сенсорным интуитивным управлением. В число лучших современных насосов входят модель Nibe F1245 (Швеция), «Корса», Россия. В таблице приведена ориентировочная стоимость отдельных моделей насосов.

Стоимость теплонасоса

Название	Отопительная мощность, максимальное значение, кВт	Отапливаемая площадь, м2	Цена, рубли
EcoTouch Ai 1 Geo	от 7,8 до 13,8	200-400	538 800 – 590 700
EcoTouch DS 5027 Ai	от 5,9 до 7,3	100-200	337 800 – 379 000
F1126	от 5,56	100-200	от 240 000
F1145 PC	3,85	до 100	316 300 – 397 200
HOTJET Н- 16w	от 5,53	200-400	291 560

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.