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.

1. Под внутренним контуром подразумевается привычная для нас отопительная система, она состоит из радиаторов и трубопровода.
2. 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.

Видео – Геотермальные насосы

Проблемой обустройства качественной системы обогрева частного дома с каждым разом требует нестандартных решений. Всем известные типы обогрева, выделяющие тепло во время сгорания топлива уже давно признаны экономически невыгодными. Новинкой, которая активно начинает становиться, популярной является геотермальное отопление дома своими руками. При учете роста цен на электроэнергию и газ, большинство все больше присматривается к данному варианту, хотя он достаточно сложен в проектировании и монтаже.

Геотермальную энергетику используют, как правило, в промышленных масштабах, к примеру, на Дальнем Востоке некоторые электростанции работают на основе тепла земных недр. У многих представление о геотермальном отоплении жилища своими руками граничит с фантастическими романами о будущем. Но это далеко не так! Благодаря развитию нынешних технологий это стало возможным.

Земля даже в зимнее время не промерзает насквозь. Данная особенность используется монтажными бригадами, которые прокладывают трубопровод ниже точки замерзания. На удивление температура в данных слоях земли редко падает ниже +5 +7оС. Есть ли возможность накопления землей тепла, после чего извлечь его и применять для нагрева теплоносителя? Естественно!

Но прежде чем воплотить альтернативное отопление частного дома при помощи тепла земли, необходимо разобраться со следующими проблемами:

1. Получение тепла – необходимо будет собирать теплоэнергию для последующего ее направления в специальный накопитель.
2. Нагрев теплоносителя. Нагретый антифриз должен передавать теплоэнергию жидкости циркулирующей в отопительной системе и ГВС.
3. Остывший антифриз должен отводиться к обратно к теплообменнику для последующего нагрева.

Для разрешения данных проблем разработали геотермальный насос, который использует тепло земли. Данное устройство дает возможность извлечь необходимый объем тепловой энергии, которого хватить для того чтобы произвести большое количество тепла и использовать в качестве основного либо дополнительного оборудования для отопления.

Геотермальное отопление дома использует принцип работы схожий с кондиционера в режиме обогрева. Основным элементом является , габариты которого приблизительно схожи с габаритами стиральной машины, в данный элемент включено два контура.

Первый контур (внутренний) выглядит, как уже привычная для нас отопительная система частного дома в конструкцию, которой входят обычные трубы и батареи отопления. Второй (внешний) – теплообменник, который находится под землей либо водой. По данному контуру может циркулировать как обычная вода, так и специальная жидкость с добавлением антифриза.

Внешний контур, в котором циркулирует теплоноситель (вода), который принимает температуру среды, после чего поступает в тепловой насос, который можно настроить, как на обогрев, так и на кондиционирование. Тепло, которое аккумулируется в насосе во время обогрева, передается внутреннему контуру, а при охлаждении – внешнему.

В нижние слои грунта, на дне реки либо озера монтируют водяные коллекторы, по которым циркулирует антифриз. Коллекторы высвобождают холод и поглощают тепло. При помощи насоса антифриз поднимается вверх. В буферном баке производится теплообмен. Нагретый антифриз передает теплоэнергию теплоносителю либо греет воду. Остывший антифриз идет обратно к коллекторам.

Есть установки способные самостоятельно обогревать большие помещения, остальные применяются как вспомогательное оборудование, которое может обеспечить от 50% до 75% потребности в тепле для помещения.

Преимущества и недостатки подземного отопления

Открытие новых технологий дает возможность использование энергетического потенциала земли практически всем домовладельцам, открыв возможности применения геотермальной системы обогрева жилища в частном секторе. Грунт может аккумулировать в себе 98% энергии солнца, которая рассеивается по поверхности.

Благодаря данному явлению даже в зимнее время в толще земли сохраняется довольно много тепла, которое способно обогревать дома, необходимо только направить его в нужное русло при помощи специального оборудования.

Положительные стороны данного вида отопления:

1. Нет процесса сжигания топлива. Данная система отличается абсолютной пожаробезопасностью, благодаря чему дом защищен от возникновения пожаров, которые могут возникнуть из-за системы отопления с методом сжигания топлива. Отпадает необходимость поиска места хранения топлива, его заготовки либо доставки.
2. Звуковой комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.
3. Значительная выгода в экономическом плане. Во время эксплуатации системы нет необходимости каких-либо дополнительных денежных дотаций. Ежегодный обогрев осуществляется благодаря природным процессам, которые нет необходимости покупать. Естественно для работы теплового насоса необходимо электричество, но в тоже время объем производимой энергии гораздо выше нежели затраты на потребление электричества.
4. Экологический фактор. Геотермальный обогрев загородного частного жилища является самым экологически безопасным решением. Из-за того что исключен процесс горения исключен выброс в атмосферу разнообразных продуктов сгорания.
5. Компактность системы. Нет необходимости сооружать или отводить под котельную отдельное помещение. Все что требуется – это тепловой насос, который можно установить, к примеру, в подвале. Самый большой по объему контур будет находиться под водой или землей, так что не возникнет необходимости его маскировать.
6. Многофункциональность. Подобная система можно использовать как для отопления, так и для охлаждения. В сущности, она будет играть роль не только обогревателя, но и кондиционер.
7. Доступность данного ресурса практически в любой точке земного шара, кроме этого малые расходы для работы и содержания данной системы.

Такой ресурс как геотермальная энергия фактически бесплатен, основные траты приходятся на оплату электричества, которое необходимо для работы теплового насоса. При трате 1кВт электричества можно получить 3-5 кВт тепловой энергии.

Стоит отметить, что цена геотермального отопления достаточно высокая. Данное оборудование окупается примерно через 5-8 лет. Многих это отталкивает, кто собирается установить недорогое, но достаточно эффективное оборудование для обогрева жилища, но не готов тратить достаточно большие средства на приобретение оборудования.

Необходимое геотермальное оборудование

Отопление от земли работает за счет поглощения и выделения ее энергии, и основано на использовании специального оборудования. Данные устройства накапливают тепло из окружения и передают его теплоносителю отопительной системы частного дома. Для этого применяются следующие отопительные приборы:

1. Испаритель - помещается глубоко под грунт, чтобы аккумулировать тепловую энергию, которая находится в окружающей среде.
2. Конденсатор - доводит незамерзающую жидкость до нужных температурных показателей.
3. Геотермальная насосная станция - отвечает за циркуляцию теплоносителя в контуре и контролирует функционирование всей отопительной установки.
4. Буферный бак - сосредоточивает нагретую незамерзающую жидкость в одном месте для последующей передачи теплового состояния. Внутри содержится бак, в котором содержится вода из контура и змеевик, внутри которого циркулирует прогретый антифриз.

Теперь стало еще понятнее, как работает геотермия, благодаря которой осуществляется обогрев частного дома теплом из земли или водной среды.

Отметим, что производительность теплового насоса зависит от температуры среды, в которую помещен теплообменник. В этом случае жителям Камчатки крупно повезло, так как здесь очень много гейзеров.

Перед тем, как установить оборудование для термального отопления, нужно обязательно провести геологическую разведку. Если источник тепла находится на участке возле дома, то лучше сделать водоем в этом месте и расположить теплообменник на его дне. Тогда геотермальное отопление частного дома окупится намного раньше.

Основные схемы развязки

Существует три схемы, как можно организовать термальное альтернативное отопление, то есть обустроить контур для аккумуляции энергии тепла:

1. Самой эффективной обвязкой считается вертикальная система со скважинным насосом. Однако обустройство такого контура требует использования специальной техники и бурения скважин глубиной от 50 до 200 метров. При этом данный способ оправдывает траты, так как срок эксплуатации скважины составляет около 100 лет.
2. Менее затратной и более простой является горизонтальная обвязка, при которой трубы находятся под слоем земли ниже уровня промерзания грунта. Основной минус этого варианта является то, что контур занимает очень большой периметр. К примеру, для сооружения площадью 180 кв.м. потребуется 450 кв.м. свободной площади на участке так, чтобы ближайшее дерево находилось в двух метрах от труб.
3. Самый дешевый и удобный способ – разместить теплообменник на достаточной глубине водоема так, чтобы грунт там не промерзал. Обустройство такой системы не потребует работы дорогостоящей спецтехники. Этот вариант самый оптимальный для создания геотермального обогрева дома, при условии, что водоем находится не дальше 100-120 метров от здания.

Внешний контур собирается из труб, сделанных из полиэтилена, с расчетом из соотношения 40-50 Вт теплоэнергии на один метр коллектора. Так, при мощности насосного оборудования 10 кВт, необходимо будет обустроить скважину глубиной около 165-195 метров. Чтобы получить нужную расчетную длину, вместо одной скважины можно пробурить 2-3 менее глубоких из одной точки, однако в разных направлениях, то есть кластерным методом.

Как сделать своими руками?

Самостоятельно сделать геотермальное отопление, некоторое подобие электростанций (геоэс), довольно трудно, но вполне возможно. Рядок с домом нужно соорудить конструкцию из замкнутой обвязки труб и поместить ее на значительную глубину. Размер коллектора и конструкция змеевика зависит от степени теплопроводности и глубины залегания грунта. Если браться за монтаж геотермального обогрева дома своими руками, то внешний контур лучше приобрести уже готовым.

Для создания минимальных условий функционирования геотермальной системы, нужно соблюсти следующие условия:

1. Температура слоя почвы, где будет находиться контур труб, не должна опускаться ниже +5°C.
2. На протяжении всей обвязки с антифризом должна быть сделана изоляция, которая защитит контур от промерзания.
3. Термальный обогрев здания выполняется после тщательных расчетов и создания проекта.

С учетом данных требований становится понятно, что геотермальное отопление может быть эффективным. Однако для северных регионов применение подобной установки оправдано для обогрева зданий небольшой площади – до 200 кв.м.

Рассмотрим только способы, как создать горизонтальное геотермальное отопление дома своими руками под грунтом или водой. Монтировать коллектор вертикально намного сложнее и очень затратно.

Тепловой насос – не займет много пространства, ведь это оборудование по размеру сопоставимо с обычным котлом. Подсоединить нанос к внутреннему контуру здания – тоже не трудно. Основная задача – обустроить внешний контур.

Лучше всего установить коллектор в водоеме на расстоянии не больше 100 метров. Нужно, чтобы площадь пруда была больше 200 кв.м., а глубина – не менее 3-3,5 метров. Если у вас нет прав на пользование данным водоемом, то вам придется сначала получить разрешение на установку необходимого оборудования.

Если же пруд находится в вашей собственности, то вам не составит труда на время осушить его, чтобы без проблем по спирали уложить и закрепить трубы на его дне. Земляные работы заключаются только в рытье траншеи, необходимой для подключения к геотермальному насосу внешнего контура. Завершив все монтажные работы, водоем снова можно заполнить.

Если на вашем участке еще нет зеленых насаждений и множества сооружений, то можно спроектировать горизонтальный способ размещения теплообменника под землей. Для этого нужно рассчитать, какую площадь займет будущий коллектор, учитывая параметры, указанные выше: 250-300 кв.м. контура на 100 кв.м. площади здания.

Если же на вашем участке есть деревья и временные постройки, но вы очень хотите сделать горизонтальное геотермальное отопление, то все сооружения и зеленые насаждения придется вырубить и снести. Процесс сложный, трудоемкий, но необходимый.

Технология отопления зданий подземным теплом очень распространена на Западе, так как жители западных стран умеют делать долгосрочные инвестиции, окупающиеся через 5-10 лет. В нашей стране не так много желающих заплатить за обустройство такой системы около 20 000 $. Однако альтернативное геотермальное отопление частного дома становится все более популярным.

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры , которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации .
Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера. С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе . Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания .

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода .

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится . Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет . Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Содержание

Для обеспечения частного дома теплом традиционно используются агрегаты, работающие на электричестве, твердом, газовом или жидком топливе. В последние десятилетия в качестве альтернативного источника тепловой энергии используют солнечные коллекторы и тепло земных недр. Обогрев дома с помощью тепла земли называется геотермальным отоплением дома.

Геотермальное отопление дома за счет энергии земли

Отопление от земли пользуется растущим спросом, поскольку стоимость привычных энергоносителей неуклонно повышается, а запасы ископаемого топлива при этом сокращаются. Вложение денег в земляное отопление загородного коттеджа достаточно выгодно с учетом экономических перспектив и существенной экономии средств на автономное теплоснабжение в отопительный период.

Способы получения природной тепловой энергии

Геотермальные тепловые насосы различаются по способу извлечения тепла:

1. Установки, использующие тепло грунтовых вод глубокого залегания, горячих гейзеров и т.д.
2. Системы, в состав которых входит резервуар с антифризом, устанавливаемый в грунте на глубине от 75 метров. Отопление из недр земли обеспечивается за счет естественного нагрева емкости с антифризом; в результате хладагент, проходя через теплообменник, отдает полученное тепло и возвращается в емкость.
3. Геотермальный контур укладывается по дну водоема, который является естественным аккумулятором тепла. В данном случае нужно учесть, что водоем может полностью промерзнуть в зимнее время.

Виды геотермальных тепловых насосов

Отопление дома энергией земли требует масштабных работ по монтажу системы, но зато это экологичный способ получить практически бесплатную тепловую энергию. Чтобы отопить дом, потребуются незначительные расходы на электроэнергию, необходимую для функционирования системы.

Принципы функционирования геотермального отопления

Отопление за счет энергии земли успешно применяется в различных климатических зонах: системы способны работать и в южных, и в северных регионах.

Геотермальная установка в процессе своего функционирования использует такое физическое свойство некоторых жидкостей, как способность испаряться, что приводит к охлаждению поверхности. Именно это явление лежит в основе работы холодильного оборудования.

Принцип работы геотермального отопления представляет собой запущенный в обратную сторону процесс охлаждения. Именно так работают кондиционеры, способные не только охлаждать, но и подогревать воздух в помещении.

Принцип работы теплового насоса

Однако, установки для кондиционирования воздуха имеют ограниченную работоспособность - они не могут функционировать при температуре ниже -5°C. А геотермальная система способна обеспечить обогрев дома независимо от температуры воздуха на поверхности. Это связано с тем, что в той среде, откуда она забирает тепловую энергию, естественным образом поддерживаются стабильные температурные условия.

Устройство геотермальной отопительной системы

Геотермия (наука о тепловом состоянии Земли) сделала возможным практическое применение тепловой энергии, которую земная кора получает от раскаленной магмы в центре планеты.

Специально разработанный тепловой насос для отопления дома устанавливается на поверхности, а в грунте или на дне водоема монтируется теплообменник. Тепловая энергия «выкачивается» на поверхность и позволяет нагреть теплоноситель в контуре отопления дома или объекта нежилого назначения.

Как происходит процесс обогрева

Геотермальное отопление частного дома - экономически эффективный вариант. Если использовать энергию земли для отопления дома, то на каждый киловатт электроэнергии, необходимой для работы оборудования, приходится от 4 до 6 кВт полезной тепловой энергии, полученной из недр планеты.

В сравнении с функционированием кондиционера увидим, что при его эксплуатации на получение 1 кВт тепловой энергии требуется затратить более 1кВт электроэнергии. Это связано с неизбежными потерями на преобразование одной энергии в другую и т.д.

Отапливать жилой дом за счёт тепловой энергии земных недр очень выгодно, но период окупаемости оборудования и затрат на монтаж займет определенное время.

Использование тепла земли для отопления дома не требует установки традиционного котла для нагрева теплоносителя.

В данном случае система состоит из трех составляющих :

• контур нагревания - геотермальный источник тепловой энергии;
• отопительный контур внутри дома - низкотемпературный радиаторный либо напольный;
• насосная станция - тепловой насос для перекачивания в отопительный контур тепловой энергии из контура нагревания в толще грунта или под водой.

Геотермальная система отопления может применяться также для обогрева теплиц, вспомогательных построек, воды в бассейне, садовых дорожек и т.д.

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

Монтаж системы

Геотермальное отопление загородного дома на этапе обустройства требует солидных денежных вложений. Высокая итоговая стоимость системы во многом обусловлена большим объемом земельных работ, связанных с монтажом контура нагревания.

С течением времени финансовые затраты окупаются, поскольку используемая в отопительный сезон тепловая энергия извлекается из земных глубин с минимальными затратами электроэнергии.

Монтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления

Для обеспечения отопления дома теплом земли необходим монтаж системы :

• основная часть должна располагаться под землей или на дне водоема;
• в самом доме устанавливается только достаточно компактное оборудование и прокладывается контур радиаторного или напольного отопления. Оборудование, расположенное внутри дома, позволяет регулировать уровень нагрева теплоносителя.

Как выглядит геотермальное оборудование в доме

При проектировании отопления за счет тепла земли, необходимо определиться с вариантом монтажа рабочего контура и типом коллектора.

Различают два типа коллекторов :

1. Вертикальный - погружается в грунт на несколько десятков метров. Для этого на небольшом расстоянии от дома требуется пробурить некоторое количество скважин. В скважины погружается контур (самый надежный вариант - трубы из сшитого полиэтилена).

Недостатки : Большие финансовые затраты на бурение в грунте нескольких скважин глубиной от 50 метров.

Преимущества : Подземное расположение труб на глубине, где температура грунта отличается стабильностью, обеспечивает высокую эффективность работы системы. Кроме того, вертикальный коллектор занимает небольшую площадь земельного участка.

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

Недостатки : Необходимость использования большой площади участка (основной недостаток). Этот участок земли после укладки контура невозможно использовать под сад или огород, так как система работает с выделением холода при транспортировке хладагента, из-за чего корни растений будут перемерзать.

Преимущества : Более дешевые земельные работы, которые можно даже выполнить своими силами.

Горизонтальный и вертикальный тип коллектора

Геотермальную энергию можно добывать, если уложить на дне непромерзающего водоема горизонтальный геотермический контур. Однако, это сложно осуществить на практике: водоем может быть расположен за пределами частной территории и тогда установку теплообменника нужно будет согласовывать. Расстояние от отапливаемого объекта до водоема должно составлять не более 100 метров.

Важно! Температура окружающей коллектор среды не должна опускаться ниже +5°C. Контактирующую с промерзающим грунтом верхнюю часть коллектора нужно защитить термоизоляцией для избежания потерь тепловой энергии.

Преимущества и недостатки

Отопление энергией земли имеет целый ряд преимуществ:

• Эффективность. По сравнению с расходами на электричество для работы теплового насоса система позволяет получить в несколько раз больше тепловой энергии.
• Экологичность. Данный вид отопления экологически полностью безвреден, отсутствуют выбросы в атмосферу.
• Безопасность. Нет необходимости использовать какое-либо топливо, химические средства и т.д., нет угрозы взрыва или возгорания оборудования.
• Минимальная потребность в техподдержке. Правильно смонтированная система способна проработать без какого-либо вмешательства не менее 30 лет.
• Экономичность. В ходе эксплуатации отсутствуют затраты на ремонт, что позволяет окупить монтаж отопления в течение 5-8 лет.
• Отсутствие необходимости контролировать работу системы.
• Низкий уровень шума при работе оборудования.
• Неисчерпаемость источника тепловой энергии, не требуется закупать и хранить энергоноситель.

Экологичность использования тепловой энергии недр

К недостаткам можно отнести:

• изначально высокие расходы на оборудование;
• необходимость вести сложные буровые работы на участке для монтажа вертикального контура или портить ландшафт подготовкой траншей для горизонтального теплообменника.

В умеренном климате геотермальные установки доказали свою эффективность. В северных же регионах данный вид отопления подходит для домов небольшой площади (до 200 м 2).

Разобравшись, как работает система и из каких частей стоит, можно определить возможность ее монтажа на собственном участке. Преимущественно отопление из земли обустраивают на этапе строительства дома - в этом случае проще вести земляные работы, так как планировка участка и создание ландшафтного дизайна еще впереди.

Общеизвестен факт, что обогрев частного дома с помощью теплового насоса – самый эффективный способ из всех ныне существующих. Тема интересует многих домовладельцев в силу постоянного удорожания энергоносителей либо их отсутствия в той или иной местности. Рассмотрим подробнее, что собой представляет геотермальное отопление частного дома, как оно функционирует и что нужно для его монтажа.

Принцип действия геотермальных систем

Если вы никогда не прикасались к задней части своего домашнего холодильника, где расположена решетка теплообменника, то попробуйте это сделать. Вы обнаружите, что решетка горячая. Она нагревается оттого что передает наружу тепло из внутреннего пространства, где хранятся продукты. В результате температура внутри снижается, а снаружи тепло рассеивается в помещении кухни. То есть, холодильная машина переносит тепловую энергию из одного места в другое.

Тепловой насос – это та же холодильная машина, только действует наоборот. В том и состоит принцип работы геотермального отопления, чтобы тепло, имеющееся снаружи дома, перенести внутрь для его обогрева. Теоретически любое вещество или тело, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 ºС), содержит тепло в виде энергии движения молекул. Что уж говорить о температуре грунта ниже глубины промерзания, которая всегда постоянна и держится в пределах плюс 5-7 ºС.

Для справки. Убедиться в этом можно, опустившись в глубокий подвал. В нем температура воздуха одинакова круглогодично. Благодаря этому в летнюю пору геотермальные системы отопления могут работать наоборот, принося в дом прохладу вместо тепла.

Сама по себе температура +7 ºС для обогрева здания непригодна, это понятно. Задача, которую решает геотермальная система отопления, как раз и заключается в том, чтобы взять часть этого тепла, преобразовать и перенести в дом. С этой целью в земле устраивается теплосъемный контур из множества труб, проложенных ниже глубины промерзания. По контуру постоянно движется незамерзающая жидкость, побуждаемая циркуляционным насосом.

Нагревшись до температуры земли, жидкость попадает в теплообменник – испаритель. Там она обменивается теплом со вторым контуром, где циркулирует хладагент (фреон), находящийся под давлением, создаваемым компрессором. Благодаря этому хладагент испаряется при низкой температуре, отбирая большое количество тепла из первичного контура.

Далее, проходя расширительный клапан, фреон поступает во второй теплообменник – конденсатор. При этом его давление падает и хладагент конденсируется, передавая тепло уже третьему контуру – нашей системе отопления. В этом и заключается принцип геотермального отопления, когда система переносит энергию извне в дом с минимальными затратами. Ведь получается, что для ее работы нужна электроэнергия для вращения роторов двигателей компрессора и насосов. В среднем на обогрев частного дома площадью 300 м2 будет использоваться 3 кВт/ч электричества. Подробнее о принципе работы рассказано на видео:

Виды геотермальных систем

По сути, системы могут отличаться только строением наружного контура, в остальном оборудование используется одинаковое. На данный момент существует 3 вида внешних контуров:

• прокладываемый в земле горизонтально;
• вертикальные геотермальные зонды;
• погружаемый на дно ближайшего водоема.

В первом случае множество труб прокладывается по дну горизонтального котлована расчетной площади. Минус этого способа в том, что монтаж геотермального отопления потребует много места на земельном участке и рекомендован к применению на этапе строительства дома, когда вырыть котлован и закопать трубы можно прямо под будущим домом.

Вертикальные зонды в виде пучков труб с теплоносителем опускаются внутрь глубоких скважин. Данный метод – наиболее распространен, поскольку доступен на небольших участках, уже застроенных хозяином. Погружение контура на дно водоема используется по мере возможности, то есть, при наличии такого водоема. По эффективности работы системы эти 3 способа практически не отличаются, есть разница только в стоимости строительства.

Вывод. Главное достоинство, которым обладают геотермальные тепловые насосы для отопления – чрезвычайно высокая эффективность. Но это преимущество нивелируется таким недостатком, как сложность и слишком высокая стоимость работ и оборудования. Помимо этого система зависит от электричества, так что придется дополнительно потратиться на дизельный генератор, чтобы не замерзнуть в случае отключения.

Сразу оговоримся, что геотермальное отопление, сделанное своими руками – это миф. Работы, связанные с расчетами длины контуров и мощности теплообменной установки, да и разработкой проекта в целом может выполнить только специалист в этой области, имеющий инженерное образование и опыт. Что касается внедрения проекта, то здесь не обойтись без землеройной или бурильной техники, не станете же вы копать котлован вручную. То же касается и монтажа труб, их прокладки в дом и установки оборудования.

Единственное, что вы можете сделать своими руками, - это собрать домашнюю систему отопления. На эту тему можно почерпнуть достаточно информации в других статьях. Мы же дадим несколько общих рекомендаций:

• с компанией – подрядчиком следует заключить официальный договор и оговорить в нем все моменты;
• в силу особенностей работы гелиосистем для обогрева частного дома лучше всего подойдет низкотемпературная схема отопления. К таковым относятся теплые полы и плинтусные водяные конвекторы. Можно поставить и традиционные радиаторы, но об этом намерении надо заблаговременно сообщить специалистам, занимающимся расчетами теплового насоса;
• для подстраховки не помешало бы иметь в доме резервный котел, желательно – энергонезависимый, работающий на дровах или дизельном топливе. Это позволит избежать ситуаций, когда вы можете остаться без отопления посреди зимы в результате какой-либо неисправности системы или аварии;
• с той же целью надо приобрести дизельный или бензиновый генератор электроэнергии. Обычные бесперебойники не подойдут, им не хватит мощности или заряда;

лучше всего, когда теплообменная установка геотермального отопления располагается в подвале или цокольном этаже дома, вместе с другим тепловым оборудованием. Так удобнее и дешевле подводить коммуникации.

Заключение

Тепловой насос, как детище самых передовых технологий, довольно распространен в странах западной Европы. У нас он считается малодоступной роскошью ввиду немалой стоимости. Даже состоятельные граждане не торопятся вкладывать средства в подобное отопление, поскольку владеют коттеджами большой площади, где геотермальный обогрев будет окупаться слишком долго. С этой точки зрения оптимальным вариантом считается дом 150 м2 площади.