Геотермальное отопление дома

Состав систем

Геотермальная система отопления дома состоит из теплового насоса и теплообменника. Кроме них сюда же входит безвредная и незамерзающая жидкость (антифриз). Она циркулирует по трубопроводу контура и собирает накопившуюся в земле тепловую энергию. В испарителях теплонасосов энергия антифриза передается в хладагент. В результате он остывает приблизительно на 3 градуса.

Далее температуру хладагента повышают при помощи компрессора. Тепловую энергию из этого вещества через конденсатор передают в воду, циркулирующую в отопительной системе дома. Ее же можно использовать для нагрева бытовой воды в теплонакопителях.

Эффективность работы такой системы во-многом зависит от климата местности. Если точнее — от степени прогрева земли. При низком содержании тепла в ней, здание отапливаться не сможет. Температура грунта не должна быть ниже +5-+7 градусов. Наиболее эффективным способом считается подключение к системе «Теплый пол».

Как повысить энергоэффективность системы?

Готовые заводские комплексы хороши тем, что все их конструкционные части и компоненты сбалансированы и подстроены друг под друга по характеристикам. Преимущество самостоятельной организации системы на отдельных агрегатах заключается в том, что каждый контур и рабочий узел можно модернизировать независимо от общей инфраструктуры. Так, многие отказываются от стандартного теплоаккумулятора, заменяя его функцию бетонной стяжкой. В этом случае геотермальное отопление будет работать с минимальными перепадами температур в контуре смесительного бака. Также рекомендуется экспериментировать с хладагентом и применением компрессоров с «плавающей» производительностью. Правильный расчет нагрузки с оптимальным распределением тепла по эксплуатирующим контурам позволит увеличить эффективность системы на 15-20 %, минимизировав при этом затраты на электроснабжение.

Геотермальное отопление дома своими руками

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.

Схема геотермального отопления.

Принцип, по которому работает геотермальное отопление

Геотермальный насос работает по тому же принципу, что и холодильник или кондиционер. Такое отопление имеет один основной элемент — тепловой насос, который включен в два контура.

Внутренний контур имеет вид привычной нам всем системы отопления дома и состоит из радиаторов и труб. Внешний контур имеет внушительные размеры и располагается под водой или под землей.

Внутри указанного контура может находиться вода или антифриз, они принимают температуру среды и уже подогретыми поступают в тепловой насос.

Обратите внимание

Тепло, которое аккумулировалось, передается внутреннему контуру и от него нагреваются все помещения дома.

Главным элементом геотермального отопления является тепловой насос. Это небольшой агрегат, по размерам не больше стиральной машинки. Он имеет высокую производительность: затрачивая 1 кВт электроэнергии, он способен выдавать до 5 кВт тепла. Если сравнить такой насос с кондиционером, то последний на 1 кВт затраченной электроэнергии выдает всего 1 кВт тепловой энергии.

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.

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.

Преимущества геотермального отопления:

• для отопления используется энергия земли, а она возобновляется и практически неисчерпаема;
• безопасность, так как нет риска возгорания;
• нет необходимости доставлять и хранить топливо;
• нет вредных выбросов;
• нет необходимости в контроле системы, так как она работает в автономном режиме;
• почти нет расходов на обслуживание;
• очень высокий КПД оборудования.

Наиболее оптимально геотермальное отопление подходит в том случае, когда ваш дом имеет площадь до 150 м², такое отопление окупится уже через 3-4 года.

Чтобы собрать внешний контур, используют полиэтиленовые трубы. Чтобы рассчитать необходимую глубину скважины, надо учитывать, что на 50 Вт тепловой энергии требуется 1 м труб.

Если у вас тепловой насос мощностью 10 кВт, надо будет пробурить скважину глубиной около 200 метров.

Важно

Можно сделать несколько скважин, а для того чтобы не портить ландшафт, скважины сверлятся с одной точки, но под разными углами.

Хотя такой вид отопления и требует значительных первоначальных вложений, но он имеет большой срок службы и в скором времени все ваши инвестиции окупятся.

Варианты обустройства геотермального отопления

Способы обустройства внешнего контура

Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная

Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше

В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.

Кроме него учитываются такие факторы:

• Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
• Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
• Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.

Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.

Горизонтальная схема геотермального отопления

Горизонтальное расположение наружных труб

Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.

Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

• Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
• Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
• При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.

Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.

Вертикальная схема геотермального отопления

Вертикальная геотермальная система

Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах

Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная

Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.

С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?

• Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м., что является трудоемкой работой;
• Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
• При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.

Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.

Особенности отопительной системы

В отличие от газового котла, тепловому насосу не требуется нагревать теплоноситель системы отопления до высокой температуры, так как образование конденсата при холодной «обратке» ему не грозит. К тому же работа в низкотемпературном режиме потребует меньших энергозатрат.

Чтобы компенсировать низкую температуру теплоносителя, поверхность радиаторов пришлось бы сильно увеличивать, поэтому вместо них лучше использовать систему «теплый пол». Этот вид отопления является и наиболее рациональным, так как нагреваемый воздух в первую очередь поступает, так сказать, в зону обитания, а не под потолок.

Тепло от земли

Еще один аргумент в пользу «теплого пола» – минимальные теплопотери. Ведь их величина зависит, в первую очередь, от перепада температур, а он при низкотемпературном режиме является наименьшим. Второй фактор – площадь контакта нагретого воздуха с наружными стенами. Поднимающийся от «теплого пола» воздух наружных стен не касается (при использовании обычных радиаторов он буквально омывает остекление окна и прилегающие участки наружной стены).

Основной недостаток «теплого пола» – энергозависимость – в данном случае неактуален, так как тепловой насос тоже не сможет работать без электричества.

Недостатки системы

На первом этапе организации геотермальной инфраструктуры потребуются существенные расходы – как на оборудование, так и на монтажные работы. Причем затраты будут превосходить смету на те же котельные станции с полным комплексом пуско-наладочных работ. Окупаемость за счет низких затрат на обслуживание займет 5-7 лет. Относят к минусам геотермального отопления дома и громоздкость коммуникаций. Даже при рациональном и компактном обустройстве вертикальных аккумуляторов потребуется прокладка труб до распределительного узла с перекачивающей станцией, для которой также необходимо отдельное помещение.

Преимущества и недостатки системы

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

Положительные моменты

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

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

Высокая эффективность в сочетании с низкими эксплуатационными расходами позволяет геотермальной системе занять лидирующие позиции в рейтинге альтернативных источников энергии. При этом оборудование, необходимое для функционирования системы имеет малые габариты и отнимает незначительное количество полезного пространства. Так, насос на отопление занимает столько же места, сколько и традиционный газовый котел.

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

Критика геотермальной системы

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

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

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

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

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли. В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления. Но лучший вариант – государственная или хотя бы региональная поддержка. Особенно, если учитывать экологическую значимость подобного способа обогрева жилищ.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться.
Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Актуальным геотермальное отопление стало в Америке в период кризиса в 80-е годы. Изначально монтаж установок стоил больших денег и такое отопление использовалось исключительно состоятельными людьми, но позже геотермальное отопление стало более доступным для массового использования населением. Преимущества использования геотермального отопления в частном жилище:

• энергию геотермального вида получать и в дальнейшем использовать можно практически в любом месте;
• подача такого вида тепла неограниченна;
• использование такой энергии считается наиболее устойчивым;
• энергия геотермального вида не содержит в себе разного рода вредные выбросы от сгорания углекислого газа;
• отопление на основе геотермальной установки не требует оказывать дому постоянное обслуживание;
• отопление считается бесплатным для владельца дома;
• насосы установки занимают намного меньше места, чем аналогичные тепловые установки, геотермальному насосу под установку нужно места примерно столько же, как и, к примеру, холодильнику;
• геотермальная энергия помогает, как нагревать помещение, так и при необходимости охлаждать его, принцип работы схож с алгоритмом работы кондиционеров;
• при желании можно устанавливать такое отопление совместно с другими системами подачи тепла, например, с газовой системой, дизельной или работающей за счет энергии солнца.

Несмотря на целый ряд позитивных моментов использования такого вида отопления, геотермальные установки имеют и свои недостатки, основные среди которых такие:

• высокие показатели себестоимости для монтажа всей системы;
• долгий срок окупаемости.

Такие недостатки системы отопления меркнут в сравнении с нынешними тенденциями мирового удорожания различных видов топлива. Конечно, срок окупаемости длительный, но за сотню лет геотермальная установка покажет все свои плюсы и докажет свою экономичность на практике. Такой вид отопления уже по достоинству оценили в целом ряде стран Европы и в Америке. К примеру, в Швеции около 70% частных домовладельцев выбрали в качестве отопления именно такую систему.

Способы работы системы геотермального отопления

Существует три основных принципа работы системы геотермального отопление:

1. Первый вариант позволяет использовать тепловую энергию глубоких грунтовых вод. Эта вода достигает высоких температур, а тепловой насос, который поднимает её на поверхность, ещё и нагревает. После этого вода проходит через теплообменник, где отдаёт основное количество своей энергии.
2. Следующий способ требует дополнительных затрат. В глубину грунта, которая достигает семидесяти пяти метров и более, спускают резервуар с антифризом. Он нагревается там и поднимается с помощью теплового насоса к теплообменнику. После того, как энергия отдаётся теплообменнику, антифриз спускается обратно в резервуар шахты.
3. Третий принцип не нуждается в установке грунтовой шахты. Он подходит для обогрева зданий, которые имеют выход к водоёмам. В таком случае от теплообменника по дну водоёма устанавливаются горизонтальные зонды, которые поглощают и трансформируют тепло воды на дне.

Преимущества геотермального отопления

Схема геотермального отопления имеет ряд весомых положительных характеристик. Доказано, что выделение энергии в разы превышают расходы на электричество для работы насоса.

Принцип действия геотермального отопления. Нажмите для увеличения.

К тому же уровень экологической безопасности такого проекта значительно выше всех иных теплосистем. Такое отопление не производит выбросов, которые так негативно влияют на окружающую среду.

Для работы этой системы не нужно топливо или дополнительные химические вещества, что делает её абсолютно безопасной и для хозяев самого дома, и для водоёма, если он используется. В работе этой отопительной системы исключён риск взрыва или возгорания.

Если установка геотермальной системы будет выполнена правильно, то она прослужит без технической поддержки минимум тридцать лет, чего не скажешь о каких-либо других отопительных приборах.

Обычно такую систему нагрева используют в частных домах те, у кого установлены «тёплые» полы.

Преимущества и недостатки системы

К плюсам относят:

1. Постоянство обеспечения и экономичность. Вода и земля не промерзают ниже определенных точек, поэтому отопление тепловым насосом будет осуществляться в постоянном режиме, плюс выделение тепла превышает затраты на электричество, необходимое для работы насоса.
2. Чистота. Во время работы оборудование не образует вредных газов, шлаков. Не придется чистить горелки и топку – вся схема выстроена на отсутствии любых отходов сгорания, что объясняет экологическую чистоту.
3. Снижение расходов. Кроме экономии электричества, хозяин не тратит деньги на закупку топлива, химических веществ и жидкостей.
4. Безопасность. Схема выстроена таким образом, что она не вызывает возгорания, не выделяет опасных газов.
5. Длительность эксплуатации. Обустраивая отопление за счет тепла земли или воды, владелец получает схему, которая будет работать от 100 лет. Замены потребуют некоторые конструкционные узлы со сроком износа 30-50 лет.
6. Отсутствие шумовых эффектов. В продаже есть оборудование с шумом в 40 дБ (это тише, чем тиканье часов), такие насосы можно ставить в доме рядом с жилыми комнатами.

К дополнительным плюсам относят расположение всех основных узлов системы за пределами строения. Благодаря такому устройству системы подходят для применения в домах небольшой площади. Также к преимуществам относят возможность применения установки не только для прогрева, но и охлаждения помещений – тепловые насосы геотермального типа работают вне зависимости от погоды на улице, зимой они прогревают теплоноситель, а летом – охлаждают, а значит, можно сэкономить на покупке кондиционера.

Минус один – большие разовые затраты. Расходы связаны с покупкой станции, заказом услуг мастеров для формирования системы – своими руками тут не обойтись. Также придется составлять проект, покупать насос, материалы для первичного контура и создания тепловой магистрали в доме.

Монтаж системы oтoпления в земле

Для осуществления подключения системы oтoпления предварительно необходимо выполнить все требования. Это сложный технологический процесс. В этом случае следует заниматься прокладкой тpуб в земле с индивидуальным подходoм к каждoму клиенту.

Для проведения мoнтaжа необходимы следующие условия:

• – необходимо открыть ордер для выполнения работ;
• – подготовить проект;
• – оформить договор со службой технического надзора;
• – исследование зоны работ;
• – измерение глубины и ширины канавы для прокладки тpуб ;
• – проведение непосредственно мoнтaжных работ;
• – испытания и запуск в эксплуатацию.

Перечисленные условия необходимы для правильного оформления документов установленного образца в соответствующих органах. Это необходимо делать всегда сначала, до оказания услуг по мoнтaжу тpуб для отопительной системы в землю.