Тепловая энергия из земли. Геотермальное отопление дома своими руками. Об источниках геотермального отопления

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:

1. Холодильник способен отобрать тепло у холодного объекта и отдать его теплому. В данном случае тепло переносится от морозилки с ее -18С к воздуху комнаты.
2. 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 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.

Помимо стоимости нужно обратить внимание на материал изготовления труб. Для минимизации тепловых потерь в отоплении от тепловой энергии земли рекомендовано использовать следующие.

По последним статистическим исследованиям, именно из-за активной жизнедеятельности тех, кто стремится удовлетворить исключительно свои потребности, существенно повысилось негативное воздействие на природу и окружающую среду. Теплоэлектростанция является далеко не самой последней в этом списке в процессе загрязнения. К счастью, общество стало прислушиваться к тому, что природный ресурс не безграничный, и невозможно будет бесконечно использовать сырье, подаваемое планетой земля. Именно потому многие стали искать альтернативные и более безвредные источники для отопления частных домов. Одно из наиболее востребованных – это геотермальное отопление дома, установить которое можно своими руками. Устройство простое, эффективное и не потребует слишком много вложений для обслуживания.

Сделать обогрев дома таким образом своими руками вполне возможно, но для начала должна быть подготовлена шахта, параметры которой должны рассчитываться индивидуально. Габариты зависят исключительно от климатических условий региона, в котором устанавливается оборудование, а также грунта, от того, какой особенностью обладает кора земли.

Глубина шахт может составлять в среднем 25-100 м.

Установка системы начинается с того, что в пространство шахты опускаются трубы, за счет которых происходит снабжение дома теплом. Их функция состоит в подаче тепла из земли в насос. Стоит заметить, что при решении проложить именно такую систему отопления, потребуется заручиться помощью еще как минимум одного человека, так как масса труб далеко не маленькая.

Термальное отопление для частного дома – это способ обустроить теплом с такими особенностями, как:

• Доступность;
• Легкость монтажа;
• Практичность;
• Длительный срок эксплуатации.

Прокладывание такой установки обеспечивает дом теплом в зиму и холодом летом. Однако, чтобы поступал прохладный воздух, потребуется провести активирование обратного механизма, а сам процесс работы будет заключаться в подаче охлаждающей энергии.

Требования к геотермальному отоплению дома своими руками

На первый взгляд, может показаться то, что затраты на обустройство слишком большие, однако, пользуясь установкой на протяжении длительного времени, каждый сможет убедиться в том, что окупается данное отопление быстро и не требует никаких вложений.

Геоотопление потребует:

• Единовременного вложения большого количества средств;
• Немалых сил на обустройство;
• Правильной и грамотной подготовки.

Помимо этого, можно отметить регулярное повышение цен на такие ресурсы, как газ и электричество, что происходит практически каждый месяц, а вот геотермальная система не зависит от данных расценок.

Чтобы использовать земляное отопление, не нужно устанавливать сверх современные трубы или батареи, и достаточно самых обычных радиаторов, как для подачи воды.

Часть системы имеет подземное расположение, за счет чего землю и используют, как источник тепла. Для отопления такого вида потребуется скважина, зонд и теплообменник. На территории дома устанавливается только прибор, за счет которого происходит генерирование тепла и, как правило, он не требует слишком много места. За счет этого устройства происходит регулирование температуры и подача тепла. При монтаже системы, требуется небольшое разветвление труб и радиатор, а если здание имеет небольшие размеры, то генератор устанавливается в подвальном помещении.

Тонкости работы геотермального насоса

Геотермическое отопление загородного дома работает при условии правильной сборки системы и, если правильно установлен специальный тепловой насос. Далеко не каждый дом подходит для установки такого вида отопления.

Нюансы:

• Могут быть ограничения по рельефу;
• Все зависит от глубины пролегающих вод;
• Есть зависимость от площади участка около дома;
• Рядом должен быть источник в виде водоема или скважины.

Альтернативное гео отопление (не путать с гелевое) может быть только при наличии насоса, а чтобы провести такую систему, потребуется сделать грамотное проектирование, это следует доверить исключительно специалисту. Чтобы сделать выбор самого оптимального варианта насоса, потребуется обратить внимание на ряд особенностей.

Построити экологический дом можно своими руками. Главное, правильно сделать расчет. Наши советы помогут вам:

СОР – это немаловажный критерий, который свидетельствует о производительности изделия. К примеру, СОР 3 производит по 3 кВт энергии тепла на каждый 1 кВт потребляемого электричества.

То, как будет укладываться геотермальный контур, напрямую влияет на производительность, и зависит от площади грунта, в который будет прокладываться трубопровод. Чтобы провести предварительные расчеты, достаточно сделать умножение отапливаемой площади на 3. Результат будет указывать на то, какое количество площади на участке нужно будет занять. Не менее важны функциональные возможности, так как дома, оборудованные такой системой отопления, должны отапливаться в зиму и охлаждаться в лето. Если после монтажа установки не происходит достижения желаемого результата, то требуется проверить сам дом на наличие сквозняков и отверстий (вентиляция). КПД у геотермальных насосов гораздо выше, чем у других приборов отопления. Среди современных моделей, достаточно часто можно встретить те, у которых СОР равен 5.

Как осуществить отопление из земли

Отапливая дом грунтовыми водами, стоит обратить внимание на то, что система обладает такими важными достоинствами, как эффективность и экологичность, а принцип действия гидротермальное оборудование может иметь 3 вида.

1 вид:

• Для поступления тепла в дом, могут использоваться глубокие грунтовые воды;
• Вода имеет высокую температуру;
• За счет насоса происходит ее поднятие и нагрев;
• Далее она отправляется через полость теплообменника, отапливая дом.

Второй способ потребует погружения на глубину в 75 м специального резервуара, в котором расположен антифриз. При его нагревании, посредством теплового насоса проводится подъем жидкости к теплообменнику, а как только тепло будет отдано, жидкость возвращается в резервуар.

О принципе работы солнечный батарей расскажет наш следующий материал:

Третий способ установки геотермального отопления заключается в том, что работает аппарат без грунтовой шахты.

Тепло подается за счет водоема, если рядом имеется такой объект. Если быть точнее, то на дно водоема устанавливается зонд горизонтального вида, за счет которого вода поступает в насос для нагрева и отправления по теплообменнику.

Принцип работы геотермального отопления частного дома

Для прокладывания геотермального отопления, потребуется наличия таких составляющих, как контур, водоемы, оборудование в виде насоса, теплообменник. Стоит заметить, что электростанция в данном случае не нужна. Обогрев за счет недр земли может по принципу действия напомнить работу самого обычного холодильника, а сама система продолжает набирать популярность с каждым днем.

Каждый человек знает о том, что земля постоянно сохраняет тепло, а потому можно обогревать с ее помощью элементы, расположенные на поверхности земли.

Земля нагревается за счет магмы, за счет чего она не промерзает снаружи. Тепловая энергия, получаемая при работе отопительной системы, используется для геотермального отопления, для чего и устанавливается специальный тепловой насос.

Принцип действия здесь особенный, так как:

• Ставится насос;
• Внутри земляной шахты прокладываются теплообменники;
• Проводится подключение грунтовых вод к насосу за счет водозаборника;
• Вода нагревается;
• Отправляется по пространству теплообменника.

Эта система отопления обладает важным преимуществом и заключается в том, что по электроэнергии нужны затраты только 1 кВт, а получить взамен можно энергии в пределах 4-6 кВт. К примеру, обычные кондиционеры не способны на преобразование даже 1 кВт электричества в 1 кВт холода. Устанавливая отопление за счет земли, можно окупить вложенные средства буквально за пару лет, однако, при условии грамотного подхода к монтажу и выбору оборудования.

Достоинства обогрева дома теплом из земли

Тепловая энергия, получаемая за счет земли – это альтернативная система отопления, в которой установлен котел, однако она обладает массой преимуществ относительно других систем. Есть возможность получить намного больше тепла, и снизить расходы электричества, которых обычные котлы требуют очень много. Система совершенно безопасная, как с экологической точки зрения, так и со стороны эксплуатации. Категорически исключены вредные выбросы или также моменты, как возгорание и тому подобные.

Для функционирования системы не потребуется использование топлива или химических средств, так как работает геотермальное отопление только на природном ресурсе. Категорически исключены взрывы или возгорания. Если провести правильный монтаж системы, то она прослужит на протяжении 30 лет и при этом не потребуется дополнительное обслуживание.

Отопление из земли своими руками (видео)

Такие схемы отопления уже достаточно давно используются на территории США и Швеции, а также пользуются спросом и занимают лидирующие позиции среди систем, способных обогреть дома с минимальными затратами. Осуществить монтаж такого вида отопления вполне возможно своими руками, но при условии дополнительной физической помощи.

Тепло земли мы чувствуем ногами…

…Хотя, по правде, надо — головой. Прямо-таки, стихами вышло. Но как же иначе, если человечество выгребает последние закрома природы, вяло думая о последствиях. Тут не только стихами заговоришь! Зациклились на газе, угле, нефти, когда речь идёт об источниках энергии. Пора кардинально менять мышление, хотя бы на бытовом уровне и внимательно посмотреть, что же у нас под ногами и можно ли это использовать с чувством рачительного хозяина.

Взять, к примеру, отопление дома теплом земли, а не традиционными вышеперечисленными продуктами. Оказывается, не только можно, но и нужно.

Обогревать дома теплом земли – не сказка, вполне выполнимая давняя мечта человечества. Довольно мощная защита от варварского разграбления природных ресурсов, полноценная альтернатива традиционным системам обогрева.

Западные страны, бедные полезными ископаемыми, вынуждены были раньше нас подумать об альтернативных источниках тепла не только для своего дома, но промышленных зданий. Вам нужны примеры использования тепла земли? – «Их у меня есть для вас», — как говорят одесситы.

• США каждый год серийно выпускают более миллиона тепловых насосов (ТН);
• Япония ежегодно производит их до 3 млн;
• Швеция добрую половину отопления обеспечивает тепловыми насосами. Источником тепла служит Балтийское море, среднегодовая температура которого плюс восемь;
• В Швейцарии такая обстановка: на каждые два квадратных километра приходится один теплонасос (ТН);
• По расчётам учёных к 2020 году мировая доля ТН составит 75%.

Против фактов, как говорится, не попрёшь. Фактом является, что Россия очень несмело берётся за внедрение геотермального отопления, незначительно используя тепло земли для обогрева своих домов. Нефти много? Газу полным полно? Уголька ещё на сотни лет хватит? А что потом, когда все природные ресурсы кончатся?

Одни вопросы без ответов. Но есть решение – надо использовать альтернативные источники отопления хотя бы на бытовом уровне – обогрев собственного дома. Тепло земли у нас под ногами, а чувствовать его неплохо бы ещё и головой.

Разговор у парадного подъезда

Случайно услышанный разговор теплотехника с некомпетентным заказчиком.

— «Заказал тепловой насос для дома, но толком не знаю, что за зверь такой?»

— «Обычный кондиционер, или холодильник с реверсивными возможностями: отапливает помещение зимой, охлаждает летом.»

— «Интересно, как такое происходит?»

— «Тепловой насос переносит тепло из почвы, водоёма или из наружного воздуха, отдаёт в систему отопления здания.»

— «Но почва на глубине 2-3 метров нагревается не выше 7 градусов. Разве можно обеспечить обогрев радиаторов такой температурой?»

— «Можно. Вспомните работу холодильника: в камере мороз, а на задней стенке агрегата решётка горячая. Тепловой насос – тот же холодильник, только «решётка» помещена внутри дома (отопительные радиаторы), остальная часть опущена в почву или на дно водоёма. Как бы, холодильник «наизнанку».»

— «А откуда тепло-то берётся?»

— «Расскажу по порядку (см. рисунок). Начну с устройства всей системы. Сюда входят:

• теплообменник (передаёт тепло почвы во внутренний контур);
• прибор для сжатия газа;
• теплообменник (передаёт тепло системе отопления);
• дроссель, который понижает давление;
• трубопровод, ведущий рабочую жидкость в почву и обратно.

Применяется полиэтиленовая труба небольшого диаметра U-образной формы, которая опускается в скважину на глубину 60-100 метров. Труба заполняется незамерзающей жидкостью, которая возвращается с температурой 7 градусов (тепло земли).

Жидкость передаёт это тепло другому контуру трубы, в которой практикуется использование жидкого фреона. При температуре 3 градуса способен закипать и превращаться в газ, что он и делает при передаче ему тепла земли.

Затем газ идёт на компрессор, сжимается, за счёт чего резко нагревается до 75 градусов и температура подаётся в третий контур – отопительный. Так радиаторы нагреваются почти до 60 градусов, возле которых не замёрзнешь.»

— «Теперь понятно откуда тепло. И последний вопрос: какую выгоду буду иметь, установив систему в загородном доме?»

— «Хороший вопрос, ожидаемый. Вы забудете о проблеме тепла зимой, о прохладе дома летом, как минимум, на 50 лет. При своевременном сервисном обслуживании – на все 70. Тепло и прохладу будете получать почти бесплатно.»

— «Что значит – «почти»?»

— «Оплачивать надо лишь незначительную сумму только за электроэнергию, с помощью которой приводится в работу сам насос. За счёт этого получается ежемесячная экономия в десятикратном размере. Максимум через 7 лет все затраты, понесённые при установке, компенсируются, тепло становится дармовым.»

— «Замечательно. Я согласен заключить договор на установку геотермального насоса. Теперь знаю, что обогрев дома в надёжных руках. Спасибо!»

Тепловой насос — отзыв владельца:

Проектирование продуктивной системы отопления в загородном доме необходимо осуществлять таким образом, чтобы она была экономически выгодной, но в то же время простой в исполнении и технологически современной. Стандартные решения, при которых тепло образуется вследствие сгорания топлива, являются дорогостоящими для владельца дома, причиной этому служит постоянное увеличение стоимости электричества и газа. Кроме того, традиционные способы отопления помещения негативно сказываются на состоянии окружающей среды, для примера, порядка 40% выброса углекислого газа в атмосферу образуется вследствие получения тепла, такой уровень негативного воздействия на окружающую среду в цифровом показателе соотносим с негативным воздействием, наносимым выхлопами транспортных средств. В рамках этого вопроса актуальным является новая система геотермального отопления помещения.

Поиски нестандартных решений в области отопления помещений началось ещё в 70-х гг. прошлого века, во время энергетических кризисов. Изначально такая технология была апробирована в США, в большей части в элитных помещениях. Но благодаря развитию технологий, стоимость производства постепенно снижалась, поэтому такой вид обогрева жилых помещений в настоящее время стал доступен для массового потребителя. Кроме того, как показывает многолетний опыт использования систем геотермального отопления — такая конструкция отличается долговечностью и рентабельностью, поэтому спрос потребителя на установку такого типа систем неуклонно растёт.

Положительные и отрицательные моменты установки системы геотермального отопления в загородном доме

Разработка новых технологий способствовала тому, что практически каждый владелец дома теперь располагает возможностью аккумулировать энергию земли, устанавливая геотермальную отопительную систему в частном секторе. В грунте накапливается до 98% солнечной энергии, которая попадает на его поверхность, благодаря чему даже в зимний период в земляном пласте сохраняется достаточное количество тепла для обогрева жилого здания, требуется только установка специального оборудования для того чтобы воспользоваться накопленной солнечной энергией. После установки системы геотермального отопления, затраченные на установку средства, окупятся в среднем через 5-8 лет — это является отрицательной стороной данной технологии. Стоимость реализации проекта, возможно, вызовет сомнения у тех, кто планировал установку недорогой системы, но к в планы владельца загородного дома капитальные затраты не входили.

Положительной стороной системы является её доступность, так как существует повсеместная возможность использования энергии такого типа, а также её абсолютная экологичность и безвредность для человека. Количество энергии неограниченно, а расходы на эксплуатацию и обслуживание системы очень низкие. Геотермальная энергия не стоит затраты денежных средств, однако финансовых вложений требует та энергия, которая задействована для функционирования теплового насоса. Для получения от трёх до пяти киловатт тепла нужно затратить один киловатт этой энергии. Учитывая, что во время работы насоса не происходит процесса сгорания, то система абсолютно безопасно, риск возгорания или взрыва, как в случае с газовыми системами отопления отсутствуют. Оборудование жилого помещения различными вытяжными системами и дымоходами, система занимает очень мало места в помещении. Кроме того, не нужно специального помещения или дополнительного места для хранения топлива. А благодаря универсальности системы можно не только отапливать жилое помещение зимой, но и охлаждать его в летние месяцы. При условии правильного монтажа системы, она может работать около 30-ти лет без необходимости технического обслуживания, в то время как другие системы нуждаются в сервисном внимании существенно чаще.

Особенности работы системы геотермального отопления

Принцип работы геотермального оборудования можно сравнивать либо с работой кондиционера, либо морозильной камеры, но «наоборот». В основе конструкции находится тепловой насос, размер которого примерно равен габаритам стиральной машинки, насос включен в 2 контура.

Первым контуром является видимая система из радиаторов и труб, второй контур составляет теплообменник, который помещается под землю или в воду. Циркулировать внутри контура может либо специальная жидкость, либо простая вода. Во втором контуре жидкость приобретает температуру окружающего пространства, после чего теплоноситель попадает в тепловой насос, который можно настроить и на охлаждение помещения, и на его обогрев. Тепло, выработанное насосом, при обогреве поступает в первый контур, при охлаждении во второй.

На примере работы холодильника «наоборот» можно провести аналогию, сравнив вкопанный в землю испаритель с морозилкой, а змеевик холодильника — это конденсатор, который используется для нагревания воздуха или воды. Температура конструкции ниже окружающей среды, по причине того, что под землёй стабильно низкая температура.

Производство тепловых насосов (главных элементов геотермальных систем) в промышленных масштабах стало возможным благодаря развитию технологий рефрижераторных установок, которые позволили разработать уникальную методику по преобразованию энергии земли в тепло для отопления помещений.

Принципы устройства контуров

Выполнить установку системы силами только владельца участка сложно, так как вблизи здания нужно спроектировать конструкцию, состоящую из замкнутой системы труб, которая помещается на значительную глубину под землю, которая иногда достигает больше, чем несколько сотен метров. Тип конструкции теплообменника, а также габариты коллектора зависят от ряда параметров, среди которых основные тепловодность грунта и глубина залегания.

Выделяют три схемы оборудования системы геотермального отопления, то есть устройства наружного контура для аккумулирования энергии.

1. Наиболее оптимальным является устройство вертикального теплообменника с насосом. Для реализации такой схемы необходимо специальное оборудование и существенные финансовые вложения для бурения скважины, располагающейся под землёй на глубине от 50 до 200 метров. В этом случае используется тепло глубоко залегающих грунтовых вод, обладающих высокой температурой. Вода проходит по тепловому насосу через теплообменник, где отдаёт своё тепло, после чего сбрасывается обратно в грунтовые воды ниже по течению. Расходы в этом способе установки оправдываются результатом, так как срок эксплуатации скважины достигает 100 лет.
2. Похожей на предыдущую и довольно дорогостоящей является схема обустройства в шахте глубиной 75-100 м. специального резервуара с антифризом, который греется от температуры грунта, после чего тепловой насос гоняет антифриз по кругу. После отдачи тепла антифриз сбрасывается в резервуар под землёй.
3. Более простая в проектировании схема горизонтального теплообменника, при которой под землёй располагаются трубы таким образом. Чтобы они были ниже уровня промерзания почвы зимой. Отрицательной стороной этой схемы является необходимость задействования под коллектор значительной площади. Для примера под небольшой дом площадью в 200 кв.м. нужно занять площадь равную 500 кв.м. Расположение труб нужно сделать таким образом, чтобы до ближайшего дерева было не менее 1,5 метров.
4. Следующая схема применима в том случае, если загородный дом размещается не далее чем в 100 метрах от водоёма. Она достаточно дешёвая, для осуществления проекта не требуется проведения земляных работ, размещение теплообменника должно быть осуществлено таким образом, чтобы глубина была достаточной для не промерзания, подо льдом зимой должно оставаться не менее, чем 1-1,5 метра воды до верхней точки зонда. Предпочтительнее, чтобы течения в водоёме не было, по его дну прокладывают горизонтальные зонды, которые поглощают тепло. Такую схему может осуществить владелец загородного дома самостоятельно.

Сборка внешнего контура происходит из полиэтиленовых труб, согласно предварительным расчётам соотношение 40-50 Вт тепловой энергии должно приходиться на 1 метр коллектора. Соответственно, если производительность насоса равна 10 кВт, то скважина должна быть протяжённостью около 160-200 метров. В некоторых случаях выгоднее пробурить несколько неглубоких скважин вместо одной большой, для того чтобы в итоге получилась нужная расчётная глубина. Для того чтобы сохранить ландшафт участка проектировщики пользуются кластерной технологией, при которой осуществляется бурение скважин в разных направлениях из одной точки.

В заключение статьи прилагается видео с конкретным примером.

Видео — геотермальные насосы

Целью данной статьи было рассмотрение положительных и отрицательных моментов системы геотермального отопления, которое является успешной альтернативой для уже традиционных способов обогрева загородного дома.