Геотермальное отопление дома тепловым насосом и принцип работы из земли

Актуальность геотермального отопления

Традиционные виды топлива дорожают каждый год, при использовании углеводородов в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Все это объясняет привлекательность альтернативных источников энергии. Например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева. При этом вопреки бытующему мнению, для эффективного функционирования системы не нужны близко расположенные гейзеры или вулканы: на равнине отопление работает ничуть не хуже. Геотермальное отопление дома подразумевает использование тепла от почвы, грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт/ч энергии, тепловому насосу хватит 1 киловатт-часа. Особенности системы:

  • экологическая и пожарная безопасность;
  • отсутствие шума при работе;
  • небольшие габариты системы;
  • автономный режим;
  • под оборудование, размещаемое в доме, требуется место, сопоставимое с габаритами обычной стиральной машины;
  • при правильном монтаже и настройке вмешательство человека не требуется;
  • длительный эксплуатационный ресурс: тепловые насосы служат от 20 до 30 лет;
  • высокая стабильность системы, работающей при любых погодных условиях;
  • большой промежуток между профилактическими ремонтами насоса (до 100 тыс. ч).

Видео

Основные узлы системы геотермального отопления

Жидкостно-воздушный тепловой насос

Жидкостно-воздушный тепловой насос

Тепловой насос является центральным блоком системы геотермального охлаждения или отопления. Внешне и функционально он напоминает холодильник.

Некоторые модели таких тепловых насосов могут не только отапливать помещения, но и охлаждать их, подогревать воду, обеспечивая потребность в горячем водоснабжении.

Нагретый или охлажденный воздух может быть доведен до конечного прибора системы отопления или кондиционирования за счет циркуляции воды или принудительной подачей воздух. Почти все виды тепловых насосов изготавливаются как для коммерческого, так и для бытового назначения.

Жидкостно-воздушные тепловые насосы (также называемые «вода-воздух») часто используются для замены устаревших центральных систем кондиционирования.

Жидкостно-водяной тепловой насос

Жидкостно-водяные тепловые насосы (также называемые «вода-вода») являются гидравлическими системами, которые используют два контура, заполненных жидкостью для теплообмена между ними. Такие системы обычно питают теплоносителем такое оборудование, как полы с водяным подогревом, отопительные радиаторы с жидким теплоносителем. Такие устройства могут нагревать воду до температуры примерно в 50° C, в то время как температура теплоносителя на выходе из обычного отопительного котла достигает 65-95° C. Таким образом, в системах с геотермальными насосами невозможно использовать радиаторы, предназначенные для более высоких температур.

Геотермальные тепловые насосы особенно хорошо подходят для напольного отопления, которое требует сравнительно низких температур до 40° C. Использование больших поверхностей, таких как полы, в отличие от радиаторов, распределяет тепло более равномерно и позволяет эффективно использовать более низкую температуру воды. Напольное покрытие из древесины или ковровые напольные покрытия ослабляют этот эффект, потому что термический КПД передачи этих материалов ниже, чем у каменных полов (плитка, бетон).

Также существуют комбинированные тепловые насосы, которые могут производить одновременную принудительную циркуляцию воздуха и воды. Эти системы в основном используются для домов, имеющих сочетание потребностей воздушного кондиционирования и жидкостного отопления.

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.

 основная часть должна располагаться под землей илМонтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления

  • 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.

При проектировании отопления за счет тепла земли, 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).
  2. 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.

  3. Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
  4. 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.

Геотермальную энергию можно добывать, если уложитьГоризонтальный 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.

Внутренний и внешний виды земляных контуров

Основа системы — тепловой насос, подключенный к двум контурам: внешнему и внутреннему.

Внутренний контур состоит из труб и радиаторов, передающих энергию нагретой воды в помещение. Их может дополнять подогрев полов.

Внешний контур — система, занимающаяся подачей тепла к внутреннему. По контуру циркулирует вода, дополненная незамерзающим компонентом. В геотермальном отоплении жидкость называется теплоносителем. Так теплоноситель поступает в тепловой насос, нагреваясь за счет повышения давления. Прогретая жидкость поступает во внутренний контур, передавая тепло в помещение. Затем остывшая вода уходит на глубину, где прогревается. Таким образом, цикл повторяется.

К содержанию ↑

Преимущества геотермальной системы отопления

Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:

  • Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
  • Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
  • Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
  • В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
  • При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.

Как это работает

Вся конструкция состоит из 3 контуров, которые завязаны на так называемый тепловой насос — сердце системы. Тепловым насосом называют агрегат обеспечивающий теплообмен между контурами и циркуляцию теплоносителей внутри контуров.

Схема теплонасоса в разрезе.

Схема теплонасоса в разрезе.

Назначение контуров

  1. Наружный контур — этот контур расположен непосредственно в земле ниже уровня промерзания или воде. Заполняется этот контур какой-нибудь незамерзающей жидкостью, в самом простом варианте рассолом. Жидкость, нагреваясь под землей, поднимается в теплонасос и отдает тепло второму контуру;

Наружный контур имеет достаточно большую длину.

Наружный контур имеет достаточно большую длину.

  1. Второй контур заполнен фреоном и полностью спрятан внутри теплонасоса. Температура кипения у фреона достаточно низкая, нагреваясь от первого контура, он превращается в пар и разогревает внутренний, третий контур. Именно поэтому такую систему называют холодильником наоборот;
  2. В качестве внутреннего контура выступает отопительная система дома. Название условное, так как этих контуров может быть несколько — отопление радиаторов, теплого пола, обогрев теплицы, нагрев воды для бытового пользования и прочее.

Аппаратура для геотермального отопления не требует

Аппаратура для геотермального отопления не требует отдельного помещения.

Принцип действия

  1. Незамерзающая жидкость нагревается на глубине, под землей до температуры, к примеру, 5–7ºС и поступает в тело теплового насоса;
  2. Внутри агрегата стоит теплообменник и нагретая жидкость, проходя через него, отдает тепло второму контуру, после чего уходит под землю за новой «порцией тепла»;
  3. Фреон, который испаряется во втором конуре попадает в компрессор и при сжатии его температура доходит до 100ºС, чего вполне хватает чтобы разогреть жидкость в третьем контуре, кстати, для этих целей тоже есть теплообменник;
  4. С третьим контуром более-менее ясно, он обогревает дом, а вот разогретый фреон поступает в расширительный экран, где давление и температура нормализуются и все начинается снова.

Принцип работы теплонасоса.

Принцип работы теплонасоса.

Достоинства и недостатки системы

Достоинств у геотермальной системы масса:

  • Энергия земли неисчерпаема, это не заправочная станция и тепло там не кончается;
  • Система полностью безопасна в пожарном отношении;
  • Раз топлива как такового нет, значит доставлять и складировать его не нужно;
  • Система экологически безопасная и полностью безотходная;
  • Пока в вашем доме есть электроэнергия, тепловой насос работает в автономном режиме. Кстати инструкция по настойке там элементарно простая;
  • Для загородного дома средних размеров расчет потребления электроэнергии составляет порядка 300–400 Вт. Образно говоря, вы, оплачиваете работу лампочки в 300 Вт и при этом обогреваете весь дом, плюс получаете горячую воду.

Характеристики одной из моделей теплонасоса.

Минусы у геотермальной системы также есть и самым главным считается высокая цена. В среднем обустройство подобного отопления для загородного дома обойдется порядка 10 тысяч евро, прием стоимость оборудования в этой сумме занимает примерно половину, остальное возьмут за монтаж.

В сети много говорится о том, что геотермальную систему своими руками сделать реально. В действительности я не видел ни одного человека, которому бы это удалось, слишком уж трудоемкий монтаж.

Монтаж и установка

Установку подобной системы отопления лучше производить не самостоятельно, а привлекая специалистов хотя бы на отдельные виды работ при уверенности в собственных силах.

Основные этапы следующие:

  1. Расчёт внутреннего контура отопительной системы. Сюда подробно входит общая длина трубопровода, количество радиаторов, создание подогреваемых полов, использование тепла для получения горячей воды в доме.
  2. Расчёт глубины закладки труб внешнего контура по выбранному типу теплообменника. Нужно учесть геодезические данные местности.
  3. Бурение необходимой шахты и установка труб. В случае отсутствия централизованной подачи воды в это же время проще всего решить вопрос о создании других скважин для воды. Технология их создания отличается и требует специальных знаний.
  4. Выбор и установка необходимой модели теплового насоса.
  5. Монтаж автоматических устройств, следящих за работой всей системы и регулирующих микроклимат в любой зоне помещения.

Самостоятельная организация геотермального отопления

Естественно, установка оборудования и самих тепловКак уже упоминалось ранее, подобная система является наиболее доступной, а значит, каждый владелец дома может воспользоваться энергоресурсами земли. При этом организация геотермального отопления не потребует значительных вложений или человеческих ресурсов. Монтаж системы своими руками довольно прост. В данном случае главное – выполнить правильные расчеты.

Естественно, установка оборудования и самих тепловых насосов зависит от выбранного типа теплообменника.

  • Проще всего выполнить монтаж при условии. что дом расположен возле водоема. В таком случае достаточно нанять нескольких помощников и спецтехнику, чтобы проложить трубу на дне. После этого останется лишь подключить тепловой насос, после чего в доме станет тепло.
  • Если вы отдали предпочтение горизонтальному теплообменнику. то придется перекопать участок. Впоследствии здесь не удастся организовать сад или огород.
  • Наиболее сложной считается установка вертикального теплообменника. Выполнение такой работы стоит доверить специалистам, имеющим соответствующий опыт и профессиональное бурильное оборудование.

Помимо укладки труб, необходимо обратить внимание на монтаж самого теплового насоса. Подобный прибор должен быть правильно установлен, иначе система окажется неэффективной

Геотермальное отопление стало использоваться совсем недавно. Благодаря ему удается получить дешевую энергию с минимумом расходов. Чтобы такой альтернативный вариант оказался эффективным, необходимо учесть все требования, а также правильно установить тепловой насос.

Принцип действия и составные элементы

Геотермальная система отопления – это сложный инженерный комплекс сооружений, который требует больших материальных и временных затрат, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что будучи один раз установленной, такая схема обогрева полностью способна перекрыть потребность дома площадью до 150 квадратных метров в тепле и горячем водоснабжении. Широкое распространение получают данные системы в западной Европе, где на первом месте стоит забота об экологической чистоте и экономической выгоде.

Рассмотрим принцип работы геотермального отопления и основные его составляющие, для того, чтобы прийти к пониманию – насколько такие системы оправданы в повседневной жизни.

Тепловой насос

Сердце системы. Геотермальное отопление дома своими руками выполнить, возможно, но этот элемент лучше всего приобрести отдельно. Стоит заметить, что прежде чем приступать к закупкам оборудования и материалов необходимо провести тщательный расчёт суммарной ёмкости системы, е отдачи и соотношения этого показателя с тепловым потреблением строения.

Если этого не сделать вовремя – вся дальнейшая работа может пойти прахом. Самые узловые моменты всего комплекса мероприятий – это правильный расчёт ёмкости контуров и закупка соответствующего оборудования.

Тепловой насос состоит из компрессора и редукционного клапана, которые обеспечивают разность потенциалов на отдельных участках контура теплового насоса. Внутри труб находится фреон, который благодаря работе компрессора, получает ускорение, и проходя через клапан ускоряет своё движения. Это приводит к существенному подъёму температуры на участке перед компрессором, именно из этого участка, с помощью теплового обмена, и берётся основное тепло для обогрева помещений и горячего водоснабжения.

Контур является замкнутым и вся его задача состоит в том, чтобы увеличивать естественную температуру теплоносителя поступающего из внешнего контура с семи до пятидесяти пяти градусов по Цельсию. Происходит это, за счёт описанного выше процесса разгона фреона под давление в закрытом контуре с прохождением его через клапан.

Тепловой узел располагают обычно в подвале или цокольном этаже, с температурой внешней среды в пределах пятнадцати градусов выше нуля, это поддерживает его стабильную работу.

Внешний контурСамый важны процесс перед установкой теплового насоса — это проведение всех расчетов правильно, в случае ошибки вся работа может пойти прахом.

Внешний контур

Представляет собой ещё один замкнутый контур, в котором по трубам движется антифриз, перемещаемый с помощью циркуляционного насоса. Основная часть контура находится на глубине до 3 метров под землёй, если речь идёт о горизонтальном исполнении системы, при котором трубы внешнего контура располагают горизонтально на большой плоскости.

Может располагаться также на дне водоёма, но только в регионах, где зимняя температура не опускается ниже нуля.

Описанная выше система требует монтажа на этапе заливки фундамента, что не всегда возможно сделать. В случае, когда необходимо смонтировать геотермальное отопление загородного дома на уже застроенном участке – бурят скважины глубиной от тридцати до ста метров, к слову, отдача тепловой энергии у вертикальных систем существенно выше, но стоимость их на порядок дороже, за счёт привлечения техники для бурения скважин.

Внешний контурМонтаж внешнего контура желательно производить на этапе заливки фундамента, в другом случае это будет более трудоемкий и дорогостоящий процесс.

Внешний контур

Служит уже непосредственно для обогрева внутреннего пространства дома и обеспечения горячего водоснабжения.

Тепло, собранное из грунта, переданное на тепловой насос, разогнанное и увеличенное в его закрытом контуре, передаётся через теплообменник во внутреннюю сеть дома, которая может состоять из тёплых полов, плинтусного отопления, воздушного отопление на водяных коллекторах и других элементах системы.

Выбирать, каким именно образом осуществить геотермальное отопление своими руками стоит, только тщательно изучив местность и условия, в которых предстоит работать данной схеме отопления. Для этого необходимо произвести замеры температуры почвы на участке под дом, в разные периоды в течение зимы, на разных глубинах.

Перспективы развития геотермальных конструкций

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

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

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

То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

Теги

Adblock
detector