Геотермальное отопление дома и её принцип работы. Как сделать геотермальное отопление в частном доме Подземное геотермальное отопление дома теплом земли

Тема этой статьи — использование тепла земли для отопления. Можно ли брать тепловую энергию из недр?

И если да — идет ли речь исключительно о сложных и дорогих высокотехнологичных конструкциях или что-то можно сделать своими руками?

Предпосылки

Зачем, собственно, нужно отопление от земли? Ведь современный рынок предлагает очень много готовых решений на электричестве, газе, соляре и твердом топливе…

Все просто. Цены на энергоносители растут, значительно опережая рост доходов россиян. При этом несложно предсказать дальнейший рост по экспоненте: поскольку запасы газа и нефти подойдут к концу уже при жизни нашего поколения, их остатки будут продаваться втридорога.

Логично перейти на восполнимые источники тепловой энергии. Но какие?

Давайте оценим возможности.

Солнце — прекрасный источник тепла . Но слишком уж непостоянный: несколько недель ясной погоды могут смениться снегом и серой пеленой над головой.
Кроме того, ночь заставит либо аккумулировать тепло, либо использовать лишь как вспомогательный источник энергии.

Полезно: в теплом солнечном климате отопление на солнечных коллекторах в принципе работоспособно, но при огромной их площади и при наличии емкого теплоаккумулятора.
Впрочем, резервный источник тепла на случай длительной непогоды все равно нужен.

Ветер тоже слишком непостоянен . Кроме того, не везде его можно использовать: долины и складки рельефа создают много областей с постоянным штилем.

А вот отопление дома теплом земли, с помощью геотермальной энергии такой проблемы не имеет. На глубине от метра до пяти-шести грунт везде и всегда имеет постоянную температуру, которая растет с увеличением глубины.

Геотермальный насос

Каким же образом можно использовать тепло земли для отопления?

Готовые решения существуют уже пару десятилетий. Это геотермальные . Как они устроены?

Представьте себе, как работает холодильник.

Газообразный хладагент сжимается компрессором, сильно нагреваясь при этом.
Затем он прогоняется через теплообменник, рассеивая избыточное тепло и охлаждаясь до комнатной температуры.
Остывший хладагент поступает в контур охлаждения морозильной камеры, где расширяется и, как любое вещество при изменении агрегатного состояния с жидкого на газообразное, резко остывает при этом и… остужает пространство вокруг себя.
Затем хладагент снова поступает к компрессору для сжатия — и далее по кругу.

Нам любопытны два факта:

Холодильник способен отобрать тепло у холодного объекта и отдать его теплому. В данном случае тепло переносится от морозилки с ее -18С к воздуху комнаты.
Количество перекачиваемой тепловой энергии в несколько раз больше энергозатрат на работу компрессора.

А теперь подставьте на место морозилки грунт на небольшой глубине с его постоянной температурой — и вы получите рабочую модель геотермального теплового насоса. Заметьте — большей частью им используется именно энергия земли для отопления вашего дома. Затраты на электричество покрывают не больше 30 процентов его тепловой мощности.

Понятно, что земляное отопление нуждается не только в радиаторе для отдачи тепла, но и в теплообменнике на второй стороне контура, который будет отбирать тепло у грунта. Каким он может быть?

Вертикальный коллектор

Чаще всего переносом тепла занимаются погруженные на глубину нескольких десятков метров вертикальные зонды. На небольшом расстоянии от дома бурится несколько скважин, в которые погружаются трубы (как правило, из сшитого полиэтилена). Большая глубина означает абсолютно стабильную и высокую температуру; кроме того, при этом теплообменники не требуют для размещения большой площади.

Существенный недостаток, который имеет отопление дома энергией земли в такой реализации — высокая стоимость работ по монтажу. Точнее, цена бурения: она начинается от 2000 рублей за погонный метр скважины. Суммарную стоимость 2-4 скважин глубиной 50-60 метров посчитать несложно.

Горизонтальный коллектор

Однако в тех регионах страны, зима в которых не слишком сурова, а глубина промерзания грунта не превышает метра — полутора, часто применяются горизонтальные коллекторы. Те же трубы-теплообменники укладываются в траншею, которую несложно выкопать самому. Понятно, что стоимость монтажа при этом многократно снизиться.

Обратите внимание: не стоит недооценивать масштаб работ. К примеру, общая длина труб коллектора для дома площадью 275 м2 составит примерно 1200 метров.

Помимо мозолей от лопаты, отопление теплом земли в такой реализации сулит вам еще одну проблему. Под коллектор будет занята большая площадь, многократно превышающая суммарную площадь дома. Причем использовать ее под огород или сад вы не сможете: корни растений будут заморожены коллектором.

На фото — укладка горизонтального теплообменника.

Воздушный коллектор

К счастью, помимо стоимостью в десятки тысяч вечнозеленых единиц можно найти и другие способы реализовать отопление загородного дома от земли. Один из простейших — воздушный земляной коллектор.

Вспомните: чтобы нагреть воздух до приемлемого в жилом помещении, нужно определенное количество тепловой энергии. Причем, чем ниже начальная температура воздуха — тем больше затраты.

А ведь повысить температуру воздуха на входе вентиляционной системы можно абсолютно бесплатно. Постоянная температура грунта, помните?

Инструкция, позволяющая использовать отопление энергией земли, предельно проста:

Выводим воздухозабор вентиляции в грунт ниже точки промерзания.
Прокладываем обычными канализационными трубами прямой, изогнутый или многотрубный коллектор. Форма определяется вашим приусадебным участком. Ориентировочная суммарная длина коллектора — 1,5 метра на квадратный метр площади дома.
Воздухозабор делаем на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту не меньше полутора метров от земли и снабдив ее зонтом-дефлектором. Понятное дело, нагнетать воздух в дом придется принудительно.

Не обольщайтесь: описанное отопление от тепла земли не решит ваши проблемы с тепловой энергией полностью и бесплатно.

Но оно позволит вам реализовать одну из простых и недорогих схем:

Поступающий воздух с температурой около 10С может подогреваться любым калорифером (электрическим, газовым, соляровым и т.д.) и разводиться по комнатам вентканалами. Затраты по сравнению с необходимостью нагревать холодный уличный воздух снизятся многократно.
Альтернативное решение — использовать нагнетаемый из-под земли воздух для обдува внешнего блока теплового насоса «воздух-водух» или обычного кондиционера. При +10С сможет эффективно работать ЛЮБОЙ внешний блок любого устройства этого класса. Основная техническая проблема — обеспечить требуемый воздушный поток.

Заключение

И напоследок — немного личного опыта. Автор статьи живет в частном доме, в регионе с довольно теплым климатом. Под домом — подвал с бетонированным полом площадью 75 м2, имеющим круглый год температуру в те самые 10-12 градусов. Понятно, что при такой площади теплообменника и температура воздуха в подвале довольно стабильна.

Один из отопительных приборов в доме — обычный бытовой кондиционер с внешним блоком в подвале и внутренним на первом этаже. В результате такого расположения даже при температуре на улице заметно ниже нуля кондиционер работает с максимальной эффективностью, отбирая тепло у воздуха в подвале и далее — у грунта.

Внешний блок сплит-системы традиционно расположен на улице. Однако если в вашем подвале стабильная температура — почему не перенести его туда?

Как обычно, некоторое количество дополнительной информации вы сможете найти в прикрепленном к статье видео. Теплых зим!

Геотермальное отопление применяется для отопительной системы.

В качестве основного или дополнительного источника получения тепла служит энергия земли.

Обогрев дома теплом из-под земли: что это такое

На территории России высокотемпературные (термальные) родники располагаются крайне неравномерно, преимущественно вдали от населённых пунктов, что затрудняет их использование для целей отопления.

По мере развития технологий и внедрения новых видов оборудования, для производства тепловой энергии появилась возможность воспользоваться и низкотемпературными источниками.

Кроме прочего, подземные слои, находящиеся на расстоянии 50—100 метров ниже поверхности земли, имеют положительную температуру равную 10—12 °C. Такие значения сохраняются вне зависимости от времени, что даёт возможность пользоваться отоплением на протяжении всего года.

Преимущества системы геотермального отопления:

Экономичность . Источниками являются возобновляемые ресурсы , что позволяет избежать финансовых вложений в покупку топлива, как в случае использования традиционных систем. Не потребуются и дополнительные расходы, связанные с транспортировкой, хранением топлива.
Безопасность . Маловероятно возникновение каких-либо аварийных ситуаций, взрывов и возгораний.
Экологичность . Так как процесс сгорания в геотермальной системе не используется, то и присущие ему выбросы в атмосферу исключены.
Автономность . При наличии автоматического управления, не требует частого вмешательства или постоянного внешнего контроля.

Недостатки :

Немалые первоначальные денежные затраты.
Трудоёмкая установка.
Необходимость источника электрической энергии.

Как действует система геотермального отопления

Тепло для обогрева жилья или подачи горячего водоснабжения получают методом преобразования его из энергии окружающей среды с помощью особого агрегата .

Основным элементом геотермальной установки является тепловой насос , который соединён с внутренним и внешним контуром отопления.

Строение внутреннего контура аналогично традиционному варианту отопления (газ, вода). Это: трубы и радиаторы.

Внешний контур , размер которого намного больше внутреннего, размещаясь под землёй, является невидимым в процессе его эксплуатации. Внутри него циркулирует теплоноситель. Это: или обычная вода , или антифриз , как правило, — на основе этиленгликоля . И, второй вариант гораздо предпочтительнее.

Температура теплоносителя уравнивается с температурой среды, когда он находится во внешнем контуре, а затем он отправляется в тепловой насос. Пройдя через него, подогретые массы направляются по внутреннему контуру.

Наличие теплового насоса и является главным фактором для получения тепловой энергии, которая предназначается для последующего её использования потребителем (обогрев жилья, горячее водоснабжение).

КПД этого устройства некоторых может привести в изумление. Потребляя электрическую энергию в объёме 1 кВт в результате своей работы «выдаёт» несколько больше — 4—5 кВт, что выглядит весьма странным.

Это происходит благодаря как конструктивным особенностям прибора, так и тому, что он, помимо электрической, использует тепловую энергию земли в качестве добавочной (даже при низкой температуре грунта).

Тепловой насос способен работать круглый год и эксплуатироваться на протяжении 15—25 лет.

Примечание! Некоторые специалисты уверяют, что с учётом трения или износа, реальный срок действия системы без остановки для проведения ремонтных работ составляет порядка 10 лет.

Вам также будет интересно:

Установка своими руками

Прежде чем решиться на подобный шаг, нужно сопоставить возможности с объёмом и сложностью всех необходимых работ для установки геотермальной системы.

Расчет стоимости

Расчёт стоимости устройства геотермальной системы вычисляется относительно:

приобретения теплового насоса определённой мощности;
цены всего трубопровода , в соответствии с мощностью насоса;
производства сопутствующих земельных работ (бурение скважин, выкапывание траншей), а также стоимости работ по прокладке сетей;
установки и подключения теплового насоса.

Фото 1. Геотермальный тепловой насос модели Vitocal 300-W Pro с электроприводом для отопления, производитель — «Viessmann».

Расчёт включает и покупку теплового насоса, цена которого различается в зависимости от мощности и производителя.

Модели мощностью в районе 4—5 кВт будут оцениваться в 3—7 тыс. у. е. Прибор мощностью 5—10 кВт стоит 4—8 тыс. у. е. За 10—15 кВт — 5—10 тыс. у. е.

Размещение коллектора

Существует подразделение по способу установки внешнего контура (коллектора ). В грунте он может размещаться вертикально или горизонтально. В грунте водоёма — горизонтально . Для каждого из этих случаев имеются свои преимущества и недостатки.

Вертикальный тип

При построении установки вертикального типа присутствует необходимость бурения скважин глубиной 50—200 метров. То есть — до слоя, имеющего повышенную температуру. Одна из шахт, которую называют дебетовой, служит для забора тепла.

Теплоноситель в ней поднимается, благодаря работе насоса , затем происходит подача в трубы и радиаторы внутреннего контура.

Возвращаясь, после прохождения всего цикла, теплоноситель сбрасывается через другую шахту обратно, к подземным слоям.

Считается, что срок эксплуатации такой установки — около сотни лет.

При устройствеколлектора вертикального типа с двумя шахтами эффективность его применения для обогрева частного дома снижается, так как для обеспечения работы циркулярного насоса потребуется значительное количество электроэнергии. Это является подходящим вариантом для устройства системы «тёплый пол».

При более экономичном кластерном методе, количество скважин увеличивается, но их глубина уменьшается.

Для вертикальной установки существует и вариант, который предусматривает укрепление ёмкости (бака), содержащей антифриз, на глубине 100 м . Непрерывное движение этой жидкости, нагревающейся от грунта, обеспечивает тепловой насос.

Если не рассматривать вариант бурения скважин для вертикальной конструкции, который требует навыков и оборудования, то работы можно провести самостоятельно.

Теплообменник горизонтального расположения

Для устройства теплообменника горизонтального расположения (типа) понадобится немного усилий, но и тепловая отдача в этом случае будет меньше. Потребуется проведение земляных работ, чтобы соорудить котлован ниже отметки промерзания грунта . В выкопанные траншеи укладывается трубопровод внешнего контура, а впоследствии вся конструкция вновь засыпается землёй.

Температура грунтового слоя будет гораздо ниже, а длина больше, чем при использовании теплообменника вертикального типа. Площадь примерно вдвое превышает  помещение, которое предстоит отапливать.

Геотермальное отопление является одним из самых перспективных из всего числа альтернативных источников получения энергии. В отличие от гелиосистем оно практически не зависит от времени года. Но выгодно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли?

Геотермальное отопление дома

Сначала необходимо разобраться с принципами получения тепловой энергии. Они основаны на повышении температуры при заглублении вглубь земли. На первый взгляд повышение степени нагрева незначительно. Но благодаря появлению новых технологий, отопление дома за счет тепла земли стало реальностью.

Главным условием для организации геотермального отопления является температура не ниже 6°С. Это характерно для средних и глубоких слоев грунта и водоемов. Последние имеют большую зависимость от показателя внешней температуры, поэтому крайне редко используются. Как практически можно организовать отопление дома энергией земли?

Для этого необходимо сделать 3 контура, заполненных жидкостями с различными техническими характеристиками:

Наружный . Чаще в нем циркулирует антифриз. Его нагрев до температуры не ниже 6°С происходит за счет энергии земли;
Тепловой насос . Без него отопление за счет энергии земли невозможно. Теплоноситель из наружного контура с помощью теплообменника передает свою энергию хладагенту. Температура его испарения менее 6°С. После этого он поступает в компрессор, где после сжатия происходит повышение температуры до 70°С;
Внутренний контур . По аналогичной схеме выполняется передача тепла от сжатого хладагента воде в системе одоления. Таким образом происходит отопление из недр земли с минимальными затратами.

Несмотря на явные преимущества, встретить подобные системы можно редко. Это связано с большими затратами на приобретение оборудования и организации наружного контура забора тепла.

Лучше всего доверить расчет отопления от тепла земли профессионалам. От правильности вычислений будет зависеть эффективность работы всей системы.

Принцип работы теплового насоса

«Сердцем» геотермального отопления является тепловой насос. Он состоит из нескольких компонентов, работа которых напрямую влияет на показатель КПД всей системы. Поэтому прежде чем планировать отопление частного дома от земли – нужно выяснить основные характеристики этого узла.

Так как это устройство относится к разряду сложного оборудования – рекомендуется приобретать только заводские модели. Конструкция теплового насоса включает в себя следующие компоненты:

Испаритель . В этом блоке происходит передача энергии от внешнего контура;
Компрессор . Необходим для создания высокого давления в среде хладагента;
Капилляр . Он служит для уменьшения внутреннего давления в контуре хладагента;
Система управления . С ее помощью регулируется отопление частного дома от земли – температурный режим работы, скорость прохождения теплоносителей и т.д.

Основной проблемой при самостоятельном изготовлении теплового насоса является уменьшение тепловых потерь и нормализация работы внутреннего контура с хладагентом. Настройка заводских моделей происходит еще на стадии изготовления, а в конструкции предусмотрены возможности регулировки ее параметров.

Как правильно рассчитать параметры насоса, чтобы тепло земли для отопления дома обеспечило нормальную температуру? Для этого нужно узнать тепловую мощность насоса. Для приблизительного вычисления можно воспользоваться следующей формулой:

Q=(t1-t2)*V

Где t1-t2 – разница температуры на входной и обратной трубе, °С, V – расчетный объем расхода теплоносителя, м³/ч, Q – номинальная мощность теплового насоса, Вт.

Эта методика неприменима для сложных систем, так как в них присутствует множество дополнительных факторов. В частности – тепловые потери на магистрали. В особенности это касается тех зон, где она выходит максимально близко к поверхности грунта. Для минимизации тепловых потерь следует выполнить утепление труб отопления в земле.

Так как работа теплового насоса зависит от электроэнергии – рекомендуется установить блок аварийного питания.

Варианты обустройства геотермального отопления

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.

Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.

Горизонтальная схема геотермального отопления

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.

Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности – тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.

Вертикальная схема геотермального отопления

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.

Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.

Организация геотермального отопления

У потребителей до сих пор остается главный вопрос – можно ли использовать отопление загородного дома энергией земли в качестве основного? Это возможно, но только при профессиональном подходе на всех этапах – начиная от расчета и заканчивая монтажом и проверкой системы.

Прежде всего необходимо правильно подобрать тепловой насос. Учитывая их высокую стоимость – следует сначала выполнить все предварительные расчеты его характеристик. Только в этом случае отопление за счет тепловой энергии земли будет иметь максимальный показатель КПД. Среди надежных производителей можно выделить компании Buderus, Vaillant и Veissman. Средняя стоимость теплового насоса для отопления из земляных недр составляет около 360 тыс. рублей при номинальной мощности 6 кВт. Более продуктивные модели могут обойтись свыше 1 млн. рублей.

ИБП — источник бесперебойного питания. Это аппарат, поддерживающий питание электроприборов при отключении электроэнергии.

Их часто используются совместно с компьютером или серверами, когда нужно поддерживать работу 24 часа в сутки . ИБП, работающие на геотермальной основе , не дают дому с электрическим котлом остыть.

Особенности геотермального отопления дома

Геотермальное отопление — вид отопительной системы, в которой энергия берётся из земли .

Такую систему можносоорудить собственноручно, по этой причине они популярны в Европе , а также средней полосе России . Но некоторые считают, что это мода, которая в скором времени пройдёт.

Такой аппаратурой трудно нагреть большие помещения , потому что температура почвы в местах, где расположены теплообменники, как правило, составляет 6—8 °C .

Но, особо дорогая аппаратура, предназначенная для производственных масштабов, способна вырабатывать большое количество энергии . Только приборы такого типа имеют огромную стоимость .

Принцип работы

Тепловая энергия забирается у земли специальными тепловыми насосами . В землю опущены трубы, по которым циркулирует жидкость, которая нагревается и доставляет тепло в дом. При сжатии и расширении температура газа изменяется, такой температуры хватает для отопления дома.

Справка! Процесс называют циклом Карно . Открытие произошло в 1824 году французским учёным-физиком Сади Карно. По этой же схеме работают холодильники, а также тепловая машина, изобретённая самим Карно.

Аппарат состоит из трёх контуров и насоса , поддерживающего обмен между процессами внутри системы, число которых равно трём .

Внутренний контур

Этот контур заполнен водой или специализированной жидкостью, названной теплоносителем . Состоит из труб и радиатора .

Предназначение внутреннего контура — нагрев теплоносителя, который циркулирует по системе и нагревает весь дом. Стоит добавить, что внутренний контур не даёт промёрзнуть земле вокруг агрегата.

Внешний

Внутри контура находится незамерзающая жидкость , сам контур находится глубоко под землёй, ниже глубины промерзания . Предназначен для забора тепловой энергии у земли. Впоследствии тепловая энергия передаётся контуру фреона.

Контур фреона

Основной контур внутри которого происходит кипение фреона . Следовательно, выделяется большое количество газа, на котором основан принцип работы системы.

Важно! Температура кипения фреона очень низка.

Как работают разные виды геотермальных систем

Существует три вида теплообменников, у каждого из них свои плюсы . Выбор зависит от типа местности, размеров участка, где будет расположено оборудование, площади отапливаемого помещения, наличия водоёма, других факторов.

Каждая из систем не дешева, но отличается экономичностью в плане потребления, а от потребления зависит мощность агрегата. Основное различие в типе теплообменника .

Вертикальный теплообменник

Главный плюс — экономия места . Идеально подходит для маленьких участков. Например, такое оборудование можно держать не под домом, а под холмом, не нарушая ландшафт, но для этого придётся использовать мощное бурильное оборудование , для большего углубления.

Фото 1. Закапывание шахты геотермального отопления вертикального типа. Завернутые спиралью трубы опускаются глубоко в землю.

Средняя глубина 150 метров , а диаметр 15 см .

Горизонтальный теплообменник

Над такой системой не получится разбить огород . Она идеально подходит для отопления больших помещений от 300 м 2 . Под землёй находится не просто скважина, а целая система труб в специальных туннелях.

Фото 2. Геотермальное отопление с трубами, уложенными горизонтально: глубина котлована небольшая, зато площадь велика.

Соотношение площади оборудования к площади обогреваемого участка 1 к 3. Это очень большие размеры.

Размещённый в воде

Такая система, из всех предложенных, самая экономичная . Но существует один критерий, без которого работа невозможна: наличие водоёма поблизости . Водоём обязательно должен находится на расстоянии до 100 метров от отапливаемого участка.

Фото 3. Геотермальное отопление, размещенное в воде: трубы с теплоносителем погружаются в ближайший водоем.

В данном случае тепловая энергия берётся не из земли, а из воды .

Совет. Площадь водоёма должна быть более 200 м 2 .

Полезное видео

В видео рассказывается о том, как работают тепловые насосы для геотермального отопления.

Достоинства и недостатки обогрева от тепла земли

Проведя подробный анализ, удалось выделить положительные и отрицательные стороны таких систем.

Не каждый знает, что для создания геотермального отопления дома не требуются специфические знания или навыки. Но по сравнению с альтернативными видами отопления геотермальное не столь популярно, и причина тому предельно проста – большие финансовые затраты, которые окупятся только лет через восемь. При таких условиях немногие хотят вкладывать деньги, причем совершенно напрасно.

Словом, присмотритесь к геотермальному отоплению внимательнее, тем более что стоимость электричества и газа постоянно растет и непонятно, каким из энергоносителей дешевле будет пользоваться через несколько лет.

Обратите внимание! Впервые такой способ отопления был использован в Америке во времена финансового кризиса восьмидесятых. Со временем новинка стала популярной и в Европе. В Швеции, к примеру, сегодня ¾ всего тепла синтезируется посредством тепловых насосов.

Даже из названия ясно, что суть такого типа отопления заключается в использовании энергии земли. По принципу действия она отдаленно напоминает кондиционеры или холодильники.

Главный элемент – это тепловой насос, подключенный к двум контурам.

Под внутренним контуром подразумевается привычная для нас отопительная система, она состоит из радиаторов и трубопровода.
Внешний – это весьма габаритный теплообменник, установленный под землей или в водоеме. В нем теплоноситель (а им может быть простая вода или антифриз), приняв температуру окружающей среды, подается в тепловой насос, откуда накопленное тепло поступает во внутренний контур. Так нагреваются отопительные приборы в доме.

Основным элементом системы является именно тепловой насос – устройство, которое занимает не больше места, чем газовая плита. Производительнос ть теплового насоса достаточно высокая: на каждый киловатт использованной энергии он вырабатывает до пяти киловатт тепловой.

Обратите внимание! Обычный кондиционер, принцип работы которого очень похожий, вырабатывает ровно столько энергии, сколько потребляет, то есть один к одному.

Безусловно, геотермальное отопление является на сегодня наиболее трудоемким и затратным. Большую часть денег придется потратить на земляные работы и соответствующую аппаратуру, в том числе на тепловой насос. И многие задумываются, можно ли сэкономить на этом и соорудить, скажем, самодельный тепловой насос. Чтобы выяснить это, нужно разобраться с видами и особенностями оборудования.

Плюсы и минусы системы

Вот основные достоинства такого способа отопления:

использование неисчерпаемой энергии земли;
высокий коэффициент производительнос ти;
отсутствие риска возгорания;
экономичность;
простота ухода и эксплуатации;
отсутствие необходимости в хранении топлива;
автономность;
экологичность и безопасность.

К недостаткам можно отнести разве что высокую стоимость монтажа, но, как уже говорилось, эти затраты непременно окупятся.

Обратите внимание! Геотермальное отопление наиболее выгодно в тандеме с «теплым полом», а также в домах, площадь которых не превышает 150 квадратных метров.

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.

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.

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.

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.

Видео — Геотермальное отопление

Этап первый. До того как приступить к изготовлению насоса, необходимо провести ряд мероприятий по улучшению энергоэффективно сти дома. Эти мероприятия заключаются в утеплении перекрытий и стен, замене негерметичных дверей и окон, термоизоляции крыши и потолка.

Этап второй. Затем нужно провести геологическую разведку, чтобы выяснить глубину промерзания почвы. После этого следует составить проект, основываясь на выбранной технологии.

Этап третий. Покупка всего необходимого – деталей отопительной системы, труб и компрессора для насоса.

О компрессоре – сердце любого геотермального насоса – следует рассказать отдельно. Изготовить его своими руками невозможно и остается всего вариант – покупка готового изделия.

Лучше купить устройство мощностью более 7 кВт, используемое в высокопроизводит ельных кондиционерах (такие компрессоры продаются в сервисных центрах, специализирующих ся на обслуживании бытовой техники).

Этап четвертый. Затем можно приступать к сборке внутреннего теплообменника. Напомним, он необходим для передачи накопленной тепловой энергии к сети отопления. Материалы для данного элемента, равно как и его объем, полностью зависят от конкретных климатических условий. Для циркуляции теплоносителя обычно используют медные трубки, в то время как емкость изготавливают из неподверженного коррозии материала. В идеале такой емкостью должен стать 150-литровый бак из нержавеющей стали.

Этап пятый. Заранее приготовленный медный змеевик нужно поместить в бак. Сделать это без повреждения последнего не получится – его нужно разрезать на две части, а после фиксации змеевика сварить в начальное состояние.

Этап шестой. Затем следует пробурить шахты или траншеи, установить туда трубопровод. По окончании работы необходимо провести пробный запуск системы.

Обратите внимание! Ввиду высокой степени сложности работ проектировку и установку такого отопления лучше доверить опытным специалистам. То же можно сказать и об изготовлении теплового насоса.

Чтобы детальнее ознакомиться с тепловыми насосами, можете посмотреть приведенный ниже видеоматериал.