Подземное геотермальное отопление дома

Как работает геотермальное отопление дома?

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

Чтобы организовать нужное вам отопление, вам обязательно понадобятся трубы и радиатор. Разберем функции каждого из них. Трубы нужны для того, чтобы вода могла перемещаться в вашем доме. Радиатор понадобится для того, чтобы при нагревании труб радиатор отдавал тепло в помещения

Важно еще и то, что трубы и радиатор нужны для образования контура. Как видите, внутренний контур (радиатор) не отличается большой масштабностью

А вот внешний – как раз наоборот. Он будет находиться под землей, если мы говорим о системе «земля-воздух». В некоторых случаях его можно использовать и под водой (вода-воздух).

Схема работы теплового насоса

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

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

Источники и принцип работы термального отопления

Для формирования отопления используются высокотемпературные и низкотемпературные источники грунтовой тепловой энергии. К первым относятся термальные источники с горячей водой, но встречается такой вид редко. Ко вторым можно отнести все прочие источники – воздух, землю, воду.

Энергия добывается посредством специального оборудования. Отопление тепловым насосом предусматривает монтаж прибора на поверхности, а теплообменник опускается в шахту, таким образом теплоноситель во внешнем контуре прогревается до температуры окружающей среды, в которую он заглублен, подается в тепловой насос. А отсюда концентрированное тепло транспортируется по трубопроводам и радиаторам в комнатах.

Габариты теплового насоса сравнимы с размерами обычной стиральной машины, для питания агрегату нужна электроэнергия. На 1 кВт потребления электричества насос вырабатывает до 5 кВт тепла.

Критерии выбора и расчеты

При выборе оборудования ГТН для предварительных расчетов обычно используют упрощенную формулу: на 10 м² отапливаемого здания требуется 700 Ватт тепла. Тогда для дома площадью 250 м² подойдет тепловой насос мощностью 17,5 кВт. Чтобы обеспечить коттедж горячей водой, итоговую цифру умножьте на 15 %.

При расчете срока окупаемости ГТН учтите эксплуатационные расходы за все время службы оборудования — минимум 30 лет. Если предположить, что современные цены на топливо будут неизменны, то геотермальные тепловые насосы — самый экономичный способ отопления для загородных коттеджей.

Только за 1 год экономия составит в сравнении с:

• газовым котлом — 70 %;
• электрообогревом — 350 %;
• твердотопливным котлом — 50 %.

Если умножить полученную выгоду на 30 лет, то экономия многократно превысит первоначальные затраты.

Принцип работы геотермальной системы отопления

Человечество с давних пор старается освоить тепло, которое вырабатывается в недрах земли в своих целях, а приблизиться к этому вплотную позволило геотермальное отопление. Как известно, в центре земли находится магма, которая естественным образом прогревает землю, а верхний слой грунта препятствует ее охлаждению. Научившись использовать это тепло, люди открыли неиссякаемый источник тепловой энергии, грамотно используя который, можно решить проблему теплообеспечения загородных домов, особенно тех, которые имеют незадействованный участок земли.

Геотермальное отопление – альтернативное отопление дома

Рассматриваемая система на первый взгляд кажется сложной, и геотермальное отопление дома принцип работы имеет сложный и непонятный. При детальном рассмотрении вопроса оказывается, что это далеко не так и понять смысл работы системы, добывающей тепло из недр земли, не многим сложнее, чем освоить работу кондиционера или холодильника. Как в холодильных системах и в системах кондиционирования, основным элементом здесь является тепловой насос

Геотермальный тепловой насос, который направляет тепло, полученное в теплообменнике, в систему отопления (внутренний контур)

Главную роль в системе играет внешний контур, представляющий собой теплообменник, который находится под землей или в толще воды. Внутри теплообменника внешнего контура движется вода, антифриз или другая жидкость, принимающая на себя тепловое воздействие окружающей среды (земли или воды). Подогретый теплоноситель поступает в геотермальные тепловые насосы для отопления, которые аккумулируют тепло и распределяют его по внутреннему контуру системы. Характерно, что тепловые насосы, используемые в системе, имеют стандартные размеры, притом, что их производительность очень высока.

О достоинствах и недостатках системы

Установка теплового котла требует больших первоначальных вложений

Использование энергии земли для обогрева жилья — идея выгодная во всех отношениях, несмотря на то, что в нашей стране она еще не получила должного распространения.

Данная технология имеет следующие достоинства:

• Быстрота монтажа внутреннего и наружного оборудования, отсутствие сложных процессов, каких-либо подготовительных мероприятий.
• Надежность техники, которая отличается простотой и способностью работать годами без обслуживания, ремонта и перебоев.
• Экологическая чистота процесса выработки энергии. Не проводится сжигание топлива, нет вредных выбросов в окружающую среду.
• Экономическая выгода. Обогрев и охлаждение осуществляется за счет использования сил природы, которые бесплатны и практически безграничны. При минимальных затратах электричества объем производимого тепла намного превышает его потребление.
• Функциональность. Система одинаково эффективно работает как на нагрев зимой, так и на охлаждение летом.
• Компактность и экономия полезного места. Размер котла сопоставим со стиральной машиной, нет необходимости выделять место для топлива.

Недостаток у технологии только один — большие первичные вложения по обустройству контура, монтажу и подключению геотермального котла.

Основные виды систем геотермального отопления для дома

Если с основными принципами работы геотермального отопления загородного дома разобрались, стоит рассмотреть не менее важный вопрос и выяснить, какие бывают виды систем. Они отличаются исключительно по типу теплообменника, использование каждого из которых зависит от многих факторов. В зависимости от особенностей участка и характеристик той или иной местности могут использовать три типа теплообменников:

Типовая схема геотермального отопления с горизонтальным теплообменником

Горизонтальный теплообменник. Устройство системы отопления на основе горизонтального теплообменника предполагает наличие большого земельного участка, не задействованного под огород и сад. К примеру, чтобы отопить дом, площадью 200 кв.м., надо задействовать земельный участок площадью не менее 600 кв.м. В этом случае трубы укладываются в специально подготовленные траншеи, выкопанные несколько ниже уровня промерзания грунта. Эта глубина различна и зависит от особенностей конкретного региона.

• Вертикальный теплообменник. Использование данного типа теплообменников позволяет сэкономить место, его можно оборудовать, не повредив ландшафт местности. Для того чтобы углубить специальные геотермические зонды необходимо использование специального бурильного оборудования, что требует большого вложения средств. Глубина скважины, в которую помещается зонд, может достигать 100-150 метров, а ее диаметр составляет всего 100-150 мм.
• Теплообменник, размещаемый в воде. Устройство теплообменника данного типа является самым экономным вариантом, однако воспользоваться такой системой могут только владельцы домов, расположенных рядом с водоемом, расстояние до которого не превышает 100 метров. В этом случае можно с наименьшими затратами организовать геотермальное отопление частного дома, используя тепловую энергию воды. Трубы теплообменника, при этом, укладываются на дно водоема, глубина которого составляет минимум 2,5-3 метра, притом, что его площадь должна быть не менее 200 кв.м.

Прежде чем приступить к монтажным работам не достаточно знать принцип работы геотермального отопления, важно сопоставить свои финансовые возможности и взвесить все за и против, учитывая особенности местности и характеристики земельного участка. Если возле вашего дома находится водоем, удовлетворяющий всем перечисленным требованиям, то вам несказанно повезло, ведь в этом случае организовать отопление дома можно самостоятельно, и для этого вам даже не потребуется разрешения контролирующих органов

Что касается остальных типов конструкции, то, в случае с использованием горизонтального теплообменника, вам необходимо иметь много свободной земли, а если вы решили смонтировать вертикальный теплообменник, надо иметь достаточный запас средств, необходимых на выполнение дорогостоящих бурильных работ.

Порядок сборки и установки оборудования

Для работы оборудования вам понадобятся насосы. Принцип действия насосов следующий: он монтируется своими руками на поверхности, а в заранее подготовленную шахту опускаются теплообменники.

Через насос постоянно проходит грунтовая вода, она нагревается, а тепло, которая она дает, затем можно использовать для любых своих нужд.

На видео ниже представлен материал о принципе работы геотермальных насосов.

Видео:

Ввиду его экономичности, это оборудование идеально подходит для частного дома: оно дает тепло на 4-6 киловатт, в то время как насос на свою на работу расходует всего один.

Следовательно, использование этой системы не просто возвращает затраченную на работу насосов энергию, но и со временем полностью окупает себя.

Соорудить отопительное оборудование своими руками для своего частного дома вряд ли возможно, но это не повод отказываться от установки столь выгодной системы.

Чтобы поставить оборудование, нужно пробурить шахту. Размер ее зависит от площади вашего участка, земной коры в месте, где вы проживаете, климата и типа грунта.

Глубина шахты обычно не превышает 100 метров, но должна быть как минимум 25.

После того, как шахта готова, вниз опускаются специальные теплопоглощающие трубки.

Их смысл – поставлять жидкость непосредственно в сам насос. Этот насос ее сжимает, нагревает и отправляет дальше – в вашу отопительную систему.

Как видите, это вполне простой и понятный принцип работы.

При горизонтальном контуре трубы укладываются ниже уровня промерзания почвы, что гарантирует подачу тепла даже в очень холодный период года.

Но чтобы установить подобное оборудование, ваша территория должна быть внушительной. Для сравнения: чтобы отопить здание в 250 м2, понадобится около 600 м2 площади для труб.

Вертикальный теплообменник удобнее, но стоит дороже, т.к. для его установки требуется профессиональное бурильное оборудование.

Видео:

К тому же, он будет и более долговечным – срок эксплуатации может доходить до 100 лет. Установка вертикального теплообменника, в отличие от горизонтального, не требует никаких изменений ландшафта.

Следует помнить, что хотя установка любого геотермального отопительного оборудования недешева и практически невозможна своими руками, она гарантированно окупится уже через пару лет.

Способы реализации геотермальной установки

Такое отопление отличается между собой по способам установки теплообменника. На сегодня используются три разновидности:

1. Вертикальный теплообменник: отличается компактностью и более высокой себестоимостью установки в сравнении с другими видами. Для установки вертикального теплообменника не нужно использовать большую площадь, но понадобится использование специализированных бурильных установок. В зависимости от выбранной технологии глубина готовой скважины может достигать показателя до 200 метров, минимальный показатель — 50 метров. Срок службы системы составляет до одной сотни лет. Выгодно устанавливать такой вид геотермального отопления в случае монтажа на уже обустроенном участке. Ландшафт местности останется практически не тронутым.
2. Горизонтальный теплообменник: такой тип используется довольно часто. При монтаже горизонтального теплообменника трубы укладываются на большую достаточно глубину, которая обязательно превышает уровень промерзания грунта. Основной минус использования именно такой разводки заключается в том, что под монтаж коллектора необходимо использовать большую площадь. Трудно проложить такую систему на уже обустроенном участке.
3. Водоразмещенный теплообменник: такая установка является наиболее экономной по затратам среди всего разнообразия геотермального отопления, так как работает за счет энергии водных массивов. Такая система актуальна для тех домовладельцев, у которых на расстоянии сотни метров есть какой-либо водоем. Такой теплообменник наиболее выгодный, что делает его монтаж наиболее целесообразным среди всех разновидностей подобного отопления.

Виды геотермальных установок

Принцип работы геотермального отопления дома мы рассмотрели, теперь разберемся, какие существуют разновидности тепловых установок. Они разливаются по виду используемых теплоносителей и среды, в которую погружены контуры.

Земля-вода

Этот тип насосов отбирает тепловую энергию у почвы и передает ее воде в отопительной системе дома. Для отбора тепла используются коллекторы или зонды.

Внешний контур для получения тепла из земли может быть размещен вертикально и горизонтально. В первом случае обеспечивается постоянная положительная температура на дне скважины, но чтобы ее пробурить, понадобится специальное оборудование. Для устройства вертикального теплообменника нужно бурить скважину диаметром 150 мм на глубину 50-200 м.

Во втором случае трубы контура укладываются горизонтально на 1 м глубже поверхности, поэтому котлованы можно вырыть собственноручно. Но из-за значительной протяженности контура горизонтальные контуры применяют только на больших придомовых участках.

Вода-вода

Обычно используют теплообменник, который уложен на дне водоема, расположенного на расстоянии не более 100 м от дома. Подойдут только естественные водоемы – пруды, озера. Для укладки труб в реку нужно получать разрешение. Главное требование – глубина водоема не может быть меньше 3-х метров.

Вместо водоема тепло воды можно получать из артезианской скважины. Добытая вода пропускается через тепловой насос. Однако откачанную воду нужно сбрасывать обратно в грунт, поэтому делают вторую скважину. Благодаря этому поддерживается постоянное давление в земном пласте.

Воздух-вода

Для работы оборудования понадобятся испарители и вентиляторы. Наибольшая эффективность работы достигается при температуре окружающего воздуха не ниже -15°С. Если температурные показатели опускаются ниже, теряется часть мощности.

Преимущество станций заключается в простоте монтажа. Не нужно рыть котлованы или бурить скважины. Всю конструкцию можно расположить на крыше дома. Оборудование работает бесшумно и может повторно использовать тепло, выходящее из помещений.

Преимущества и недостатки геотермальных отопительных насосов

Следует начать с отрицательных сторон:

• Высокие требования к нормативным параметрам прилегающих территорий. Станцию нельзя установить в любой точке, сначала требуется проведение геологической разведки, определение целесообразности использования оборудования.
• Высокая цена. Разовые вложения превышают возможности многих хозяев. Есть вариант воспользоваться государственной помощью, но она выдается только определенной группе льготников.
• Перемены положения контура в первый год использования. Трубы проседают, снижается скорость циркуляции пропиленгликоля, что приводит к уменьшению показателей теплоотдачи, СОР.

Достоинства оборудования:

1. Экономичность. Не требуется запасаться твердым топливом, подводить газовую магистраль. Потребление электроэнергии минимальное. Затраты могут окупиться уже через 5 лет.
2. Функциональность. Вся система работает на обогрев зимой и кондиционирование летом. Это удобно и не придется обустраивать еще одну систему.
3. Длительный срок службы. Сам насос работает 100 лет, но некоторые узловые детали меняются раз в 30-50 лет, что намного реже, чем любое другое оборудование.

Следует знать, что в европейских странах геотермальные насосы применяются для получения тепла не только для жилых домов, но и производственных, промышленных предприятий. Экономическая выгода становится более явной, если учесть длительность срока службы, а также минимальные расходы на обслуживание и ремонт системы – последнее практически исключено, так как все узлы надежно заглублены в грунт или воду и не подвергаются механическим воздействиям.

Из какой среды можно вести забор теплоты геотермальной установкой?

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

Геотермальная установка в состояние помочь основному источнику тепла.

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

Чтобы избежать подобных проблем, предлагается использовать не горизонтальную установку, а вертикальную разводку труд. В этом случае геотермальное отопление, а вернее его внешний контур, располагают в скважине. В среднем 1 м.кв труб в скважине дает 50 Вт тепла. Если площадь дома большая, то нет смысла бурить одну большую скважину, можно их сделать несколько, но поменьше. Результат – повышается эффективность работы всей разводки, сохраняется ландшафтный дизайн, продлевается срок службы труб.

Когда вблизи дома есть водоем и вода в нем проточная, то контур труб закладывают в него. Данный вариант обогрева загородного дома является самым эффективным, так как нет необходимости в бурении скважин или рытье траншей для закладки труб. Они опускаются прямо на дно водоема.

Видео о принципах и результатах эксплуатации

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений. Задача, которую мы перед собой поставили, заключается не в том, чтобы подтолкнуть вас к готовому выводу, а в том, чтобы поделиться информацией о вариантах решения стоящей перед вами задачи. опубликовано econet.ru

Типы и конструкции

Если Вы решились установить отопление из земли, стоит обратить внимание на разновидности. Виды геотермального отопления отличаются, прежде всего, по типу теплообменника, выбор которого зависит от объективных факторов

От свойств конкретной местности и характеристик участка, где расположен дом, зависит могут использоваться три вида теплообменников.

Первый вид представляет собой горизонтальный теплообменник, установка которого предполагает наличие свободного участка земли непосредственно у дома. Так, для отопления дома площадью 100 кв.м понадобится не менее 300 кв.м земли. Нужно уложить трубы в траншеи, имеющие на глубину ниже замерзания грунта.

Ко второму виду относится вертикальный теплообменник, использование которого не требует дополнительной местности и не наносит ущерба ландшафту приусадебной территории. Этот тип предполагает углубление специальных зондов внутрь скважин, созданных с помощью бурильного оборудования и имеющих параметры: глубины 100-150 м, диаметра 100-150 мм.

Третий вид составляют теплообменники, устанавливаемые в воде, что является наиболее экономичным вариантом сравнительно с дорогостоящими технологиями монтажа предыдущих систем. Правда, обязательным условием для установки такого отопления является наличие вблизи (не далее 100 м) водоема.

Как видим, каждый из видов геотермальных систем имеет свои особенности, оказывающие прямое влияние на выбор конкретного варианта. Так, если недалеко от дома расположен водоем, следует отдать предпочтение третьему виду, который считается наиболее выгодным по простоте монтажа и финансовым затратам.

Если возле дома есть достаточно неосвоенной земли, тогда можно установить горизонтальный теплообменник. А вот выбор в пользу вертикального вида потребует от Вас ощутимых денежных затрат и сложных бурильных работ.

Преимущества системы данного типа

Рассмотрим ряд особенностей:

• высокую эффективность, подтверждаемую высоким показателем КПД, и быструю окупаемость затрат;
• неограниченные запасы тепловой энергии земли;
• отсутствие необходимости создания и хранения запасов топлива, как при использовании традиционного отопления;
• автономность работы без контроля и вмешательства со стороны;
• безопасность и экологичность, исключающие использование углеродов и горючих элементов;
• возможность самостоятельного выбора типа системы, покупки ее элементов и монтажа.

Таким образом, отдав предпочтение отопительной системе на основе геотермального теплового насоса, Вы сможете получить неиссякаемый надежный и эффективный источник тепла на многие десятилетия.

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

Примерные затраты и окупаемость системы

Выбирая термальное отопление, принцип работы которого уже известен, хозяева должны знать, что потребуются определенные вложения. Марка оборудования подбирается по требованиям пользователя, цена агрегатов зависит от множества факторов, например, мощности.

Аппараты на 4-5 кВт оцениваются от 3000-7000$, на 5-10 кВт стоят 4000-8000$, на 10-15 кВт уже 5000-10000$. Плюс 40-50% от суммы составят расходы на монтажные работы и запуск системы. На выходе получается весьма внушительный объем затрат. Но все они окупятся примерно через 3-5 лет, а потом остаются только счета за электричество, которое будет потреблять тепловой насос.

Вертикальная установка

Вертикальное тип используется в местах, где горизонтальное невозможно. Для установки бурят несколько скважин, в которые устанавливают внешний контур. Скважины бурят из одной точки, немного отклоняя угол от вертикали, так получается больше тепла.

Вода греется при путешествии через глубины земли, поступает в испаритель, преобразуется в пар. Воздух сжимается компрессором и резко выбрасывает энергию в конденсаторе.

Выделившееся тепло нагревает внутренний контур, обогревающий помещение, а жидкость отправляется на новый круг по трубам.

В земле бурят скважины, прокладывают трубы. Создав внешний контур, строители устанавливают насос, затем прокладывают внутренний контур.

Внимание! Бурение требует аренды специальной установки, что увеличивает затраты на строительство. Необходимо пробурить от 50 до 200 метров вглубь земли, в зависимости от местности

Преимущество заключается в возможности не нарушать ландшафт обустроенного участка.

Недостатки: для циркуляции требуется больше электроэнергии, чем для горизонтальной системы; использование парных скважин для поступления и сброса воды обратно недостаточно эффективно.

Что такое геотермальный насос

Конструкция прибора проста, но при этом оборудование может отапливать дома любой площади. Агрегат прогревает теплоноситель до +65 С, чего достаточно для поддержания комфортного режима теплых полов, радиаторов. Также ТН (тепловой насос) способен обеспечить дом бесперебойным поступлением горячей воды.

Геотермальный тепловой насос для отопления дома – автономная станция, использующая для обогрева дома тепловую энергию грунта, воды, которая определяется как низкопотенциальная. По своей конструктивной особенности оборудование похоже на сплит-систему (кондиционер), но только не охлаждающий, а нагревающий теплоноситель.

В отличие от ТН воздушного типа, которые теряют эффективность при понижении температуры воздуха от -15 С, геотермальный забирает энергию из земли, воды. В грунте коллектор располагается ниже точки замерзания, в воде тоже заглубляется до определенного уровня. Такие параметры работы позволяют применять оборудование в условиях северных широт.

Особое удобство обеспечивают комбинированные конструкции, где сочетаются коллекторы солнечного отопления и геотермальные насосы. Такая связка позволяет получить нужную энергию для поддержания работоспособности систем на должном уровне.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin