Геотермальное отопление дома и её принцип работы

Многие люди считают, что самостоятельно сделать геотермальное отопление дома можно только в тех местах, где есть высокая вулканическая активность или термальные источники, поэтому не видят перспектив использования такого вида отопления.

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.

Принцип действия геотермального теплонасоса

Тепло у нас под ногами есть в любой среде. Его количество разное в разных регионах, но оно есть повсеместно. И геотермальный тепловой насос отбирает это тепло у природных источников и передает его нагревательному контуру.

Что может стать источником тепла? Любая среда вне помещения, температура которой зимой выше 0oC. Это близлежащий непромерзающий водоем, речка, даже колодец с достаточным количеством воды. Есть тепло и в грунте: ниже точки промерзания температура всегда положительная.

Источником тепла может быть любая среда с температурой выше нуля зимой

Принцип работы геотермального теплового насоса состоит в том, что тепло от источников переносится в установку, где преобразовывается и передается в отопительный контур.

Если говорить чуть подробнее, то все происходит так. В относительно теплой среде находится трубопровод с теплоносителем большой протяженности. Трубопровод чаще всего замкнутый, его движение обеспечивается насосом. Теплоноситель нагревается до температуры среды. Обычно это +5oC или чуть выше. Проходя по первому теплообменнику-испарителю, он отдает тепло находящемуся во втором контуре хладагенту.

Устройство теплового насоса: это три контура с теплоносителями, компрессор и испаритель, сбросный клапан

Хладагент — вещество, которое кипеть начинает при температуре выше -5oC. В большинстве установок используют фреон. До включения установки он находится в жидком состоянии. Потом, по мере поступления тепла от термальных источников, его температура поднимается. Фреон начинает испаряться, переходит в газообразное состояние. Этот газ уже имеет температуру порядка +5oC. Он поступает в компрессор, где его сжимают. При сжатии выделяется большое количество тепла, и из компрессора газ уже выходит с температурой от 35oC до 65oC. Он поступает в еще один теплообменник — конденсатор, где отдает тепловую энергию теплоносителю, который идет в контур отопления.

Сам фреон, отдав большую часть тепла, частично остывает, но все еще находится в газообразном состоянии при повышенном давлении. Он поступает на сбросный клапан, где давление резко падает, он резко охлаждается и сжижается. После чего снова поступает в испаритель, где начинается новый цикл преобразования.

Немного подробнее о том, как работает тепловой насос читайте тут.

Разновидности геотермальных насосов

Отчего геотермальные насосы получили своё название? Ответ прост: в качестве теплоносителя они используют либо тепло земли, температура которой в недрах всегда остаётся постоянной, либо подземные и грунтовые воды. Существуют разные конструктивные схемы подключения теплонасосов, и мы представим их в виде таблицы:

Тип системы Разновидность Отличительные особенности
Замкнутая Горизонтальная В данной схеме, коллектор размещается в траншеях, располагающихся ниже отметки промерзания грунта.
  • Его ветви укладываются зигзагом или кольцами. При недостаточной площади участка использовать такую схему затруднительно.
Замкнутая Вертикальная В этом случае коллектор устанавливается вертикально, в стволе скважины, глубина которой может достигать двухсот метров.
  • Очень надёжная схема, и практически универсальна. Главное, чтобы была возможность пробурить скважину.
Замкнутая Водная Конструктивно данная схема похожа на горизонтальную систему. Только здесь коллектор прокладывается не под землёй, а под водой – по дну какого-либо водоёма.
  • Тут главное вот что: его глубина должна быть такой, чтобы коллектор находился ниже глубины промерзания.
Замкнутая С прямым обменом Отличие данной схемы состоит в том, что компрессор теплонасоса подаёт хладагент по трубопроводу, состоящему из медных гибких трубок.
  • Они тоже располагаются в траншеях или скважинах, но не таких глубоких, как в вертикальной схеме. Если трубопровод располагается вертикально, то максимальная глубина скважины 30м, если под углом, то 15м.
Открытая Воздушная Тут всё ясно: источником тепла, как и у кондиционера, является воздух
Открытая Водная В данной схеме, для теплообмена используется вода, которая циркулирует из системы в землю и обратно. Такой способ просто идеален для тех, у кого на участке есть питьевая скважина. Следует отметить, что вода для такой системы должна быть чистой.
Открытая Система, использующая вторичное тепло Данный вариант больше применим на промышленных объектах, так как подразумевает использование в качестве энергоносителя воду из центрального отопления. В горячих производствах так охлаждают помещения цехов.
Читайте также:  Потек твердотопливный котел отопления что делать?

Так выглядит рекуператор

Коллектор геотермального насоса

  • И, тем не менее, в северных странах такие системы используются чаще всего, особенно, в горных районах, где использовать такие энергоносители, как газ и уголь, крайне затруднительно, либо их применение обходится ещё дороже, чем геотермальный насос. Электричество конечно в любом случае необходимо для работы оборудования, но его, в случае отсутствия, может вырабатывать генератор.

Как сделать геотермальное отопление своими руками у себя дома

Схема установки геотермического насоса.

Это один из самых дорогих и трудоемких видов отопления. Вам предстоит провести масштабные земляные работы, затраты на оборудование составят основную часть расходов. Перед тем, как приступить к созданию такого отопления своими руками, необходимо разобраться, какие системы применяются и в чем особенности их устройства.

Материалы, необходимые для установки геотермального отопления:

  • полиэтиленовые трубы;
  • тепловой насос;
  • радиаторы отопления.

Классификация по типу:

  • горизонтальный теплообменник используется наиболее часто, при этом трубы укладывают в землю на глубину, превышающую уровень промерзания почвы в вашей местности. Такой тип отопления имеет существенный недостаток – контур занимает большую площадь. Если площадь вашего дома 250 м², то для его обогрева придется уложить трубы на площади около 600 м², а это можно реализовать далеко не на каждом участке. Особенно неудобно делать такое отопление дома в том случае, когда территория уже облагорожена, например, от дерева коллектор должен находиться не ближе, чем на 1,5 м;
  • вертикальный теплообменник имеет намного меньшие размеры, но стоимость его больше. Чтобы его установить, надо немного места, но придется использовать бурильное оборудование.

Скважина может быть от 50 до 200 м, но служить она будет до 100 лет. Такой способ удобен, когда территория загородного дома уже обустроена, не будет необходимости изменять существующий ландшафт. Установить такой вид геотермального отопления полностью своими руками не получится, так как потребуется специальное оборудование для бурения скважины – водоразмещенный обменник является самым экономичным способом, он использует тепловую энергию воды. Его использование возможно, если до водоема не более 100 м. Из труб делается контур в виде спирали и укладывается на глубину, превышающую зону промерзания, площадь водоема должна быть больше 200 м². При реализации такого способа нет необходимости проводить масштабные земляные работы и поэтому все можно сделать своими руками.

Если говорить о сложности реализации данного проекта, то она довольно велика, и, если вы решите делать все своими руками, то наиболее доступным будет третий способ. Если вы приобретете дорогое оборудование, то монтаж надо проводить качественно, иначе система не будет нормально работать.

Устройство и принцип действия

Система геотермального отопления состоит из трех контуров и теплового насоса, который поддерживает циркуляцию среды в контурах и теплообмен между ними. По размерам тепловой насос похож на современную стиральную машинку. Рассмотрим каждый из контуров подробнее.

Внешний контур

Посредством внешнего контура вся система воспринимает тепловую энергию грунта или водоема, в котором данный контур размещается.

Обязательное условие – контур должен находиться ниже глубины промерзания, характерной для данного региона.

Внутри контура циркулирует теплоноситель – рассол или другая незамерзающая жидкость. Накопленная тепловая энергия через теплообменник, установленный в тепловом насосе, передается фреону, содержащемуся во втором контуре.

Контур фреона

Этот контур полностью размещен в корпусе теплового насоса и наполнен фреоном. Характерной особенностью фреона является низкая температура кипения, в процессе которого фреон испаряется, превращаясь в газ.

Читайте также:  Устройство водяного теплого пола с водоциркуляционным подогревом

Внутренний контур

Это, собственно, контур отопления, состоящий из труб и отопительных радиаторов. В более сложном варианте внутренний контур может подразделяться на контуры отопления, горячего водоснабжения, подогрева крыльца (антиобледенитель) и т.п.

Традиционно внутренний контур заполняется водой, но могут применяться и другие виды теплоносителей.

Как это работает

Принцип действия системы геотермального отопления выглядит следующим образом:

  1. Находящемуся во внешнем контуре рассолу сообщается тепловая энергия грунта или воды, отчего его температура увеличивается примерно на 5 градусов и становится равной, к примеру, +3 градуса.
  2. Внутри теплового насоса рассол прокачивается через теплообменник, в котором часть его тепловой энергии передается фреону. Остывший после этого рассол снова поступает во внешний контур.
  3. Получив некоторое тепло от рассола, фреон, находящийся во втором контуре, испаряется. Получившийся таким образом газ поступает в компрессор, где происходит его сжатие. В результате температура фреона поднимается до 100 градусов. Горячий газ подается в теплообменник, в котором отдает часть своей тепловой энергии теплоносителю третьего – внутреннего – контура.
  4. Подогретый до температуры в 50-70 градусов теплоноситель внутреннего контура подается в радиаторы отопления, благодаря чему в доме поддерживается комфортная температура. Фреон, температура которого в результате теплообмена понижается до 70 градусов, поступает в расширительный экран, где его давление и температура падают до первоначальных значений.
  5. Весь цикл повторяется снова.

Среди других нераспространенных систем отопления заслуживает внимание отопление ПЛЭН.

Другой тип – это паровое отопление, сейчас его встретить крайне сложно, хотя система обладает рядом неоспоримых плюсов.

Также существуют, так называемые “безрадиаторные” системы, например, отопление с помощью водяных конвекторов отопления. Информацию о преимуществах данной системы найдете по адресу: -ny-e-pribory/konvektory/

Особенности системы

Устройство

Итак, геотермальные системы отопления являются хорошей альтернативой классическим видам обогрева. Так как ту энергию, которую содержит в себе земля, возможно применять для обогрева объектов на ее поверхности без особенных затрат.

Принцип работы установки предельно просто – в земного шара, как мы знаем, содержится тёплая магма. Исходя из этого уже на глубине нескольких метров земля теплая.

В следствии геотермальные отопительные системы работают следующим образом:

  • Основным элементом системы есть тепловой насос, который устанавливается на поверхности земли.
  • В шахту опускаются теплообменники, каковые подключаются к насосу. В следствии аппарат получает природное тепло и усиливает его.
  • Потом полученное тепло употребляется для бытовых либо промышленных потребностей.

Из данной схемы видно, что в работе присутствует оборудование, которое для своей работы так же требует энергозатраты. Но, при работе тепловой насос потребляет один киловатт энергии, а предоставляет – 4-6 киловатт.

Для сравнения – простой кондиционер преобразует киловатт электричества в киловатт тепловой. Так, благодаря тепловому насосу не только возвращается затраченная энергия, но и быстро окупается цена оборудования.

Виды систем

Геотермическое отопление возможно реализовано несколькими методами:

За счет энергии глубоких грунтовых вод Расположенные на громадной глубине воды владеют большой температурой. Тепловой же насос поднимает их на поверхность и, сжимая жидкость, еще больше увеличивает их температуру. Тёплая вода проходит через теплообменник и отдает свою тепловую энергию системе отопления.
При помощи антифриза В случае если шахта имеет глубину 75 и более метров, в систему закачивается антифриз, который так же передает тепловую энергию земли теплообменнику. Такая установка требует громадных затрат, чем вышеописанная.
При помощи водоема В случае если поблизости с домом имеется водоем, то геоотопление возможно реализовано кроме того без шахт. Для этого по периметру дна устанавливаются особые зонды, каковые трансформируют тепло воды.

Выбор типа системы зависит от условий внешней среды. К примеру, в случае если поблизости имеется водоем, то целесообразно обустроить геотермальное отопление загородного дома по последней схеме. В случае если же водоема нет, то нужно будет бурить шахты.

Обратите внимание! Геотермальное отопление есть наиболее надёжным на сегодня, поскольку для работы оно не требует углеводородов и веществ. Именно поэтому исключается возможность взрывов, возгорания, и загрязнения водоемов либо земли.

Важно!

Несмотря на свою интересную конструкцию, геотермальное отопление не способно полностью обогреть весь частный дом. Оно является только дополнительным способом обогрева, так сказать, средством экономии на основном. Поэтому даже при установке самой серьезной геотермальной системы отопления дома в дополнение к ней необходимо иметь хорошую котельную на газовом, электрическом или твердотопливном нагреве – без нее вы вряд ли сможете достигнуть уютной теплой атмосферы в своем жилище в очень холодные дни. Советую прочитать статью — отопление частного дома.

Геотермальное отопление дома видео

Рекомендую прочитать:Кирпичная кладка своими расход цемента на куб бетона?Отзывы о Септик лучше камин или печь.

Преимущества решения

Итак, геотермический способ характеризуется следующим набором положительных особенностей:

  • Используется неисчерпаемая бесплатная тепловая энергия.
  • Отсутствует риск пожара, детонации, короткого замыкания и прочих опасных явлений.
  • Нет необходимости возводить отдельную постройку для организации котельной, сам агрегат занимает мало места, отсутствует нужда в дополнительных площадях для хранения топлива.
  • Схема идеальна с точки зрения экологической безопасности. В процессе использования отсутствуют продукты сгорания и выбросы, провоцирующие загрязнение воздуха, почвы и водоемов.
  • Система не нуждается в регулярном обслуживании и контроле, корректность параметров поддерживается автоматикой. Экономичность обеспечивается также и этой особенностью.
  • Вариативность. Отопительный контур, находящийся непосредственно в здании, по своей конструкции ничем не отличается от традиционных систем водяного обогрева. Хозяева могут воплотить в жизнь и современную идею теплого пола, и более традиционную радиаторную схему.

Как не получить иллюзии теплового насос?

Одна из основных причин – это снижение стоимости как оборудования, так и монтажных работ. Если с насосом дела по экономии обстоят сложнее, — единственный путь, занизить мощность, то с работами гораздо проще:

  • можно выполнить траншею не той глубины или (и) малой длины;
  • пробурить скважину недостаточной глубины;
  • использовать некачественные трубы или другого диаметра;
  • вмешательство в конструкцию зонда и другие подобные причины.

Применение геотермального отопления сулит существенные выгоды в процессе эксплуатации, — экономия на внешних источниках энергоносителей и почти полная независимость от электроэнергии, но требует значительных начальных инвестиций.

Вертикальное геоотопление — особенности

Этот тип системы — наиболее популярный. Его оформление также потребует определенных затрат, но при этом требования к количеству необходимой свободной площади намного меньше. Установить теплообменик вертикального расположения вы сможете намного быстрее. Для этого выполните следующие действия:

Вертикальное геоотопление — особенности
  1. Подготовьте бурильную установку подходящей мощности — для этой цели вполне подойдет переносная техника с небольшими габаритами.
  2. Обозначьте те места, которые станут наиболее выгодными для оформления скважины.                                                                                         
  3. Если площадь здания меньше 200 м2, при бурении скважины придерживайтесь следующих условий:
    • 1 яма с глубиной 150-200 метров;
    • 3-4 — с высотой до 60 метров.                                Важно! Соотнесите необходимую для бурения глубину, исходя из соотношения выработки энергии и производительности насоса. Общий принцип расчета сводится к следующей пропорции: на 1 метр коллектора приходится 40-50 Вт.
  4. При укладке внешнего контура используйте трубы ПНД.
Вертикальное геоотопление — особенности

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца

Затраты и перспективы окупаемости

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

  • на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
  • на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
  • на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Затраты и перспективы окупаемости

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. метров. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Перспективы развития

Современные технологии в промышленности, применяемые для создания нового оборудования, позволяют воспользоваться теплом глубинных слоёв земли почти каждому владельцу собственного дома. Значение возможности снижения энергетических затрат на содержание жилища со временем будет только возрастать. Поэтому процесс развития и внедрения геотермальных отопительных систем не остановить даже дорогостоящими проектами. Ибо, в конечном счёте, это несомненный выигрыш и ещё забота об экологическом наследии последующим поколениям нашей планеты.