Геотермальное отопление за счет тепла земли, принцип работы, оборудование, эффективность

Принцип работы геотермального отопления дома

В сознании человечества всегда имела место мысль, как же можно отопить жилище с помощью натуральных природных ресурсов. Ответ достаточно прост – геотермальное отопление дома. Данный способ отопления сполна может удовлетворить потребность человека в нагревании дома и сохранении уюта, не затрачивая при этом большие деньги на оплату коммунальных услуг. В данной статье мы рассмотрим, насколько эффективно такое отопление, какие виды бывают, и, что самое важное, как установить такую систему отопления самому.

Геотермальное отопление дома

Геотермальное отопление: разбираем принцип работы

Принцип работы такого вида отопления достаточно прост и заключается в свойстве земли не промерзать даже при достаточно низких температурах. Например, при температуре воздуха около минус пятнадцати земля промерзнет всего до пяти-семи градусов. А теперь давайте ответим на вопрос, можно ли вполне успешно вытягивать из этого свойства земли пользу и отапливать дом с помощью такого ресурса? Ответ очевиден: конечно же, да! Так почему бы и не сделать это? Дело в том, что все не так уж и просто. Для того чтобы установить такое отопление, нужно решить связанные с этим небольшие проблемы, которые перечислены ниже.

Геотермальное отопление монтаж

  • Чтобы достать из земли максимум тепла, нужно аккумулировать эту самую энергию тепла и сконцентрировать ее на обогревании дома, а это стоит некоторых усилий.
  • Нужно поддерживать температуру проводника. Нагретый стояк должен проводить тепло в жидкостях, которая будет проходить в центральной системе отопления.
  • Если же этот проводник остыл, его температуру нужно незамедлительно восстановить путем нагрева. Чтобы решить данную неурядицу были изобретены специальные геотермальные тепловые насосы, которые помогают справиться с поставленной задачей. Данное устройство помогает извлечь необходимое для нормального отопления дома количество тепла, которое может быть использовано для самых разных нужд. Кстати, такие насосы способны справляться с достаточно большими объемами работы. Возможности конструкции напрямую зависят от ее расположения в доме.

Если раньше такое явление, как отопление дома с помощь тепловой энергии земли можно было встретить исключительно за пределами нашей страны, то сегодня такие устройства – не чудо и не редкость.

Схема работы тепловых конструкций

При этом обратите внимание, что устанавливаются они не только на территории южных, теплых частей, как вы могли подумать. На территории Северных регионов это даже более частое явление. Давайте разберем более подробно, какая же схема работы у конструкций.
Давным-давно у людей возник вопрос, почему же при испарении с какой-либо поверхности определенных жидкостей, затем поверхность охлаждается, и почему же при этом забирается энергия. Как только ответ на данный вопрос был дан, возникла мысль, почему бы не запустить этот механизм в обратном порядке, то есть почему бы вместо ледяного, не получить теплый воздух. В пример можно привести работу современных систем кондиционирования: многие из них могут не только охлаждать, но и нагревать воздух. Единственным минусом таких устройств является их ограниченность в функционировании при маленьких температурах. В определенной температуре они просто не могут работать. В отличие от них, геотермальное отопление загородного дома полностью лишено такого недостатка, хотя принцип работы у них и у вышеупомянутого устройства примерно одинаковый.

Геотермальное отопление загородного дома

Несколько дополнений о работе

Геотермальное отопление дома требует немалых подготовительных и установочных работ, а также немалых затрат, которые, конечно, со временем в разы окупятся. На начальном этапе работы делается шахта. Ее длина, ширина, высота, а также прочие параметры индивидуальны в зависимости от площади отапливаемой территории и некоторых других факторов, например, на параметры раскопок очень влияет климат местности, в которой вы живете, тип почвы, трудность процесса, а также профессиональные качества бригады, которая будет заниматься установкой.
Второй шаг самый ответственный. В землю надо поместить специализированные трубы, которые и будут аккумулировать тепло земли и направлять ее на отопление вашего дома. Роль труб основная, в них и заключается весь принцип: трубы будут подавать тепло в насос, который обеспечивает отопительную жидкость теплом. Обратите внимание, что если вы решили заняться данным делом самостоятельно, то вам обязательно понадобится помощник, так как конструкции могут иметь очень большую массу – в одиночку вы просто не справитесь.

Пути функционирования системы

Чтобы сконцентрировать тепло земли и направить его в нужное русло, применяют несколько установок, которые помогут в этом насосу. Чтобы привести в работу эту, на первый взгляд, непростую систему, нужны следующие элементы:

  • тепловой насос. Обеспечивает нормальное функционирование антифриза. По сути, вся работа установки зависит именно от этого элемента;
  • испаритель – основная цель нахождения этого устройства под землей заключается в аккумуляции паров тепла, которые выходят из поверхности земли;
  • конденсатор. Контролирует работу антифриза и помогает поддержать его постоянную температуру;
  • бак. Собирает нагретую воду в одном месте для ее дальнейшего распределения.

Преимущества

Геотермальное отопление имеет ряд преимуществ, которые однозначно склонят вас к решению установки такой системы. Среди плюсов такие свойства, как:

  • безопасность для окружающей среды, а также для вашего здоровья и ваших близких. Такие системы не производят никаких вредных отбросов, в отличие от других систем подачи отопления;
  • насос требует небольшое количество электричества, но этот расход в несколько раз покрывается объемом обрабатываемой воды и тепла, которое образуется при работе системы;
  • функционирование системы не требует поддержания каким-либо посторонним сырьем или химическими средствами;

Функционирование системы геотермального отопления загородного дома

Установка оборудования

Вся сложность в установке оборудования состоит в монтаже обменника тепла в земле. Разумеется, установка геотермальных систем отопления сложна, но возможна, и во Всемирной паутине есть множество советов, как же это сделать, но мы все же не рекомендуем. Как показывает практика, самодеятельность не всегда увенчивается успехом. Если вы хотите получить гарантию нормального функционирования оборудования, а также долгий срок службы, то лучше воспользоваться услугами квалифицированных специалистов. Хотя, конечно, если вы уверены в своих силах, попробовать можно. Мастера проводят процедуру установки в несколько простых шагов:

    выезд проектировщика на место монтажа. В первую очередь берутся пробы грунта, принимается решение о том, где же лучше всего провести установку. Некоторые специалисты считают наиболее эффективным установить оборудование на дне водных ресурсов, или термальных источников;

Отопительное оборудование на дне водных ресурсов

Проводятся также некоторые профилактические проверки при участии хозяина дома, затем подписывается договор о сдаче работы.

Геотермальное отопление самостоятельно: возможно ли это?

Многие задаются вопросом, можно ли сделать геотермальный тепловой насос своими руками. Ответ весьма неоднозначен, это зависит от ваших навыков и знаний, но стоит сразу отметить, что единожды затратив средства на такое чудо инженерной мысли, вы навсегда забудете о скачках цен на газ и прочее сырье.

Установка отопительных труб в земле

Обратите внимание, что изнутри помещение обогревается такими же батареями, а вот тепло в них подается из труб.
Вам потребуется провести много работ по установке труб в земле, и учтите, что в одиночку вы не справитесь.
На тепловом котле, который будет располагаться непосредственно в доме, вы сможете без особого труда регулировать объем нужного тепла, который необходим для поддержания нормальной температуры. Если вы желаете уберечь от регулятора детей, то можно установить котел в отдельном помещении или комнате.

Геотермальный насос установка

Итак, делаем вывод, что термин «самостоятельно» не сполна характеризует установку оборудования своими руками. Самому можно выполнить лишь часть работ: установку геотермального насоса и установку системы отопления уже непосредственно внутри дома, хотя, если углубиться в тему, некоторые виды геотермального отопления можно провести и самому полностью.
Чтобы обобщить и уяснить ситуацию, усвоим, что принцип работы таких видов насосов основывается на законах физики, которые заключаются в том, что насос забирает тепловую энергию из земли, а также паров, которые она выделяет. Пары нагревают воду, затем она подается по основной системе. Что касается внутреннего обустройства системы при установке геотермального насоса, то оно остается таким же, как при любом другом устройстве и состоит из радиатора и блока отопления, который мы привыкли видеть в каждом дома.
В среднем, один киловатт электроэнергии приходится на пять киловатт нагретой воды.

Геотермальное отопление: реальные факты

о чем не скажет менеджер?

Получение тепла по средством использования геотермальных источников известно довольно давно. Принцип действия геотермального отопления несложен и, на первый взгляд, впечатляет своей эффективностью: тепло заимствуется у земли либо грунтовых вод на небольшой глубине.

Принцип работы геотермального отопления дома

Тому как работает геотермальное отопление посвящены сотни сайтов в сети, поэтому поясню в двух словах.

Принцип действия теплового насоса практически идентичен работе домашнего холодильника. Многие утверждают, что тепловой насос действует с точностью «до наоборот», но при ближайшем рассмотрении выясняется, что и геотермальное отопление и холодильник на кухне выполняют одинаковую функцию: перенос тепла внутрь жилого помещения. Только холодильник сбрасывает тепло за пределы своего корпуса, выводя его изнутри наружу, а геотермальный насос извлекает тепло из грунта или воды, транспортирует внутрь помещения и сбрасывает его там. То есть, отличия минимальны.

Схема геотермального отопления

1 – контур циркуляции низкопотенциального источника тепла (земля или вода)

2 – теплообменник, иначе называемый испарителем, в котором происходит отбор тепла от геотермального источника и передача во внутренний контур

5 – контур высокотемпературного тепла

6 – дроссельный клапан

Внутренний контур заполняется специальным хладагентом, который закипает даже при отрицательной температуре. Соответственно, хладагент во внутреннем контуре испаряется и, проходя через компрессор, сжимается. В результате этого процесса градус хладагента возрастает до 90-100°С. Горячий пар подается в теплообменник (4), где он отдает тепловую энергию окружающей среде, снова превращаясь в жидкость. Далее, хладагент проходит через дросселирующий клапан (6) и попадает в испаритель. Цикл завершается и начинается новый. Это будет продолжаться пока до тех пор, пока работает компрессор.

Реальный расчет эффективности тепловых насосов

Итак, производителями и распространителями геотермального отопления под ключ утверждается, что КПД таких установок в диапазоне 300-500%.

Другим аргументом продажников геотермальных теплогенераторов служит утверждение о том, что в такой холодной стране как Финляндия ежегодно продаются десятки тысяч таких установок.

Как ситуация обстоит на самом деле. Начну с последнего аргумента, поскольку ответом на первое утверждение фактически будет остальная часть статьи.

В той же Финляндии стоимость 1кВт/час равна около 32 евроцентов. В нашей стране стоимость киловатт-часа различна, но в среднем около 7 евроцентов в эквиваленте. Другими словами, на фоне весьма дорогостоящей электроэнергии рядовому финну использовать геотермальный тепловой насос в разы выгоднее, чем среднему россиянину.

Но есть и другой рычаг, тоже финансовый, но еще более ощутимый: гражданин Финляндии получает от своего правительство материальную компенсацию в размере 3000 евро при покупке и монтаже геотермального отопления.

Внутри ТЭН. Вам не сказали?

В отношении установок типа «воздух-вода» производителями часто заявляется возможность работы оборудования при температуре наружного воздуха -15°С, -20°С и даже -30°С. У человека, который еще помнит курс школьной физики может возникнуть вопрос: как это возможно, ведь разница температур для хладагента становится в этом случае очень небольшой и, соответственно, его эффективность должна значительно снизиться? Разгадка этого парадокса проста: внутри блока располагается ТЭНовый нагреватель, который нагревает теплоноситель в контуре. Действительно, в этой ситуации сам геотермальный тепловой насос работает на 10-20% своей мощности, большую часть мощности оттягивает на себя ТЭНовый нагреватель.

То есть, ваше высокоэффективное инновационное энергосберегающее оборудование превращается по большей части в обычный электрический котел…

Приведенные ниже графики включены во внутренний отчет компании DANFOSS, который называется “Графическая характеристика работы тепловых насосов типа DHP-AQ при различных температурах наружного воздуха”. Эти сведения являются официальным документом DANFOSS – крупнейшего производителя технологического оборудования, в том числе геотермального отопления. Эти данные не являются секретом, но и не афишируются. Вероятно поэтому, найти их в сети очень непросто и я приношу свои извинения за качество картинки.

Все используемые здесь графики составлены для геотермального оборудования мощностью 11 кВт, которое примерно соответствует дому с жилой площадью 100 квадратных метров.

Верхний график – это зависимость коэффициента преобразования COF (Coefficient of performance), иначе называемый КПД.

Нижний график рисунка отражает зависимость мощности геотермального насоса от наружной температуры. Верхняя кривая графика (синяя) относится к теплоносителю с +35°С, то есть температуре радиаторов внутри помещения примерно равного температуре тела. Нижняя кривая (коричневая) на рисунке демонстрирует изменения мощности при температуре теплоносителя +55°С.

Теплоноситель с показателем +35°С для наших широт практически неактуален: вряд ли вы сможете протопить свой дом такой нагрузкой, для наших зим в радиаторах желательно иметь хотя бы 60°С-70°С. Поэтому берем для анализа график с температурой теплоносителя +55°С. Из рисунка мы видим, что при температуре забортного воздуха -20°С насос способен работать с мощностью всего лишь 3.4 кВт. Оставшиеся 7.6 кВт вы будете вынуждены расходовать на работу ТЭНового нагревателя – ведь как-то надо отапливать дом. То есть, в таком температурном режиме более 70% своей мощности теплонасос расходует на электрический обогрев. Но нужен ли вам за такие деньги электрокотел?

Лишь при +7°С за бортом насос работает с мощностью, приближенной к номиналу – 9.5 кВт. Но мы гораздо больше нуждаемся в тепле зимой в мороз, а не когда приближается лето. Из технических данных самого производителя следует, что геотермальный тепловой насос не в силах согреть ваше жилище или общественное здание. Эта неспособность компенсируется банально просто – вам придется включить ТЭН со всеми вытекающими финансовыми затратами. Об этом менеджеры компаний стараются не распространяться…

О КПД геотермальных установок

Следующий график связывает электрическую потребляемую мощность с температурой на улице. Из него очевидно, что при температуре наружного воздуха -20°С девайс располагает мощностью около 2 кВт. Напомню, из предыдущего графика следует, что выходная тепловая мощность в этих условиях составляет 3.4 кВт. То есть, COP или КПД теплового насоса равна 3.4кВт/2кВт = 1.7 . Довольно далеко до 3, 4 или 5 единиц эффективности, которые декларируются продавцами.

В итоге получается грустная история: во время лютых зимних морозов мощности геотермальных тепловых насосов просто не хватит, чтобы отопить дом. А при температурах выше нуля они выдают избыточную тепловую мощность, потребляя при этом электроэнергии на работу компрессора от 2.25 кВт до 3.6 кВт – даже больше чем средний электрокотел. Таким образом, применение геотермального отопления неэффективно как во время сильных морозов, так и градусах выше нуля.

Оттайка внешнего блока

Наружная часть геотермальной установки нуждается в периодической оттайке для восстановления своих функциональных свойств. Для этого используется либо ТЭН, либо тепло, которое насос генерирует сам. Обогрев внешнего блока ТЭНом затратен, как и работа любого ТЭНового котла, а возврат собственного тепла для оттайки заглубленного контура еще больше снижает продуктивность всей системы.

По свидетельству самих иностранных производителей этих установок, из-за обмерзания наружного контура эффективность геотермального отопления дома в штатном режиме не превышает коэффициента 2.5. Лишь в первое время после монтажа прибор может демонстрировать максимальную эффективность с КПД порядка 5. После чего эффективность его работы снижается в разы.

Таким образом, на сегодняшний день эффективность оборудования для геотермального отопления помещений оставляет желать лучшего. А в сравнении с иными способами обогрева, очевидно, проигрывает, демонстрируя свою низкую конкурентность и высокие затраты. Во всяком случае, при нынешней стоимости 1 кВт/час в России есть более результативные и экономичные способы отопить здание.

Геотермальное отопление — 2 расхожих мифа, принцип работы и виды систем

Два мифа о геотермальном отоплении

Безусловно, таких мифов существует намного больше, но я взял только те, которые не выходят за рамки здравого смысла.

Миф №1: гейзеры

Действительно, когда люди слышат об использовании тепловой энергии земли, их воображение сразу рисует картинки с гейзерами, вулканами и кипящими озерами. Естественно человек считает, что раз рядом никаких вулканов нет, то и задумываться о геотермальном отоплении не стоит.

Не стану вас обманывать, для отопления дома гейзеры и прочие подобные вещи использовать можно. Проблема лишь в том, что таких мест в нашей стране немного.

Мутновская ГеоЭС в долине гейзеров на Камчатке.

Наверняка многие слышали о термине — точка промерзания грунта. Для тех, кто не в курсе поясню, точкой промерзания называют уровень, до которого земля промерзает зимой. Ниже этой точки температура всегда плюсовая, в зависимости от глубины 3–15ºС. Так вот, этого достаточно, чтобы при помощи специальной аппаратуры обустроить отопление.

Миф №2: геотермальный обогрев — это вечный двигатель

Из школьного курса физики нам известно, что вечного двигателя в принципе не существует, по крайне мере на данный момент. Отсюда относительно просвещенная часть населения делает вывод, что геотермального отопления быть не может и людей просто кто-то пытается в очередной раз обмануть.

Корни этого заблуждения кроются в очень высокой эффективности геотермальной системы. Ведь здесь на 1 кВт затраченной электроэнергии вы получаете порядка 3–5 кВт тепловой энергии для отопления дома. Такая эффективность достигается за счет использования теплового насоса, о котором я расскажу чуть позже.

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.

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.

  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 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.

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.

Схемы геотермальных систем отопления

Существует 3 схемы обустройства геотермального отопления, но все эти варианты требуют, чтобы площадь внешнего контура была минимум в 2,5 раза больше отапливаемой площади дома.

ИллюстрацииРекомендации
Горизонтальная закладка.

По этой схеме рядом с домом выкапывается котлован глубиной ниже точки промерзания хотя бы на 1,5–2 м, а площадь котлована должна в 2,5 раза превышать площадь дома.

Вот и представьте, для большей части России под дом в 100 м² нужно копать котлован площадью в 250 м² и глубиной от 3 м.

Подводный вариант.

В теории этот вариант намного легче. Смысл в том, что на дно водоема укладывается внешний контур и нагревается от воды.

  • Но водоем нужен глубокий от 4 м, чтобы в самые лютые морозы контур был под водой, а не во льду;
  • Дом должен стоять не далее 100 м от водоема, плюс от воды и до дома контур нужно утеплять;
  • Нет гарантии, что какой-нибудь рыбак не порвет вашу систему.
Скважины.

На мой взгляд, скважинный вариант самый лучший. Вы один раз нанимаете бригаду бурильщиков, и они обустраивают нужное количество скважин, причем довольно быстро и рядом с домом.

Существенным плюсом здесь выступает еще и то, что на больших глубинах температура земли выше, а значит, система будет намного эффективней.

Вывод

Однозначно сказать какая из вышеописанных схем самая лучшая нельзя, здесь все зависит от конкретных условий, в которых будет монтироваться оборудование. На фото и видео в этой статье работа системы показана наглядно. Если остались вопросы, пишите в комментарии, постараюсь помочь.

Обустроить скважинную систему можно за несколько дней.

добрый день интересует геотермальное отопление для дома 250 кв.м с поддержанием температуры в доме 24 градуса. Дом стоит на скале

Александр,Если вы знакомы с тем, как работает кондиционер или холодильник, то схожесть этих процессов с принципом функционирования геотермального отопления очевидна. Основу системы составляет тепловой насос, который включается в два контура – внешний и внутренний. Чтобы организовать традиционную систему отопления в любом доме, необходимо смонтировать в нем трубы для транспортировки теплоносителя, и радиаторы, при нагревании которых тепло будет поступать в помещения. В нашем случае трубы и радиаторы тоже нужны. Они и образуют внутренний контур системы. В схему могут быть добавлены теплые полы. Внешний контур выглядит гораздо масштабнее внутреннего, хотя его размеры можно оценить только в период планировки и монтажа. В процессе эксплуатации он невиден, поскольку находится под землей или под водой. Внутри этого контура циркулирует обычная вода или антифриз на основе этиленгликоля, что гораздо предпочтительнее.

Теплоноситель во внешнем контуре прогревается до состояния среды, в которую он погружен, и отправляется в «подогретом» виде в тепловой насос. Через него сконцентрированное тепло сообщается внутреннему контуру, в результате чего вода в трубах, радиаторах и теплых полах нагревается. Таким образом, ключевым элементом, оживляющим всю систему, является тепловой насос. Если в вашем доме есть обыкновенная стиральная машинка, то знайте: этот насос займет приблизительно аналогичную площадь. Для работы ему нужна электроэнергия, но, потребляя всего 1 кВт, он обеспечивает выработку 4-5 кВт тепла. И это не чудо, поскольку источник «добавочной» энергии известен – это окружающая среда.

Здравствуйте. Спасибо за статью. Собираюсь строить дом. Площадь под строительство 260 м^2. Можно ли установить внешный контур по домом ? Я живу в Таджикистане, бывшая Ленинабадская, ныне Согдийская область в 30 км от гор, на уровне 1116 метров выше уровня моря. Наверное эта информация не имеет значения, но все же… Спасибо. С уважением

Добрый день, Александр! Хочу проконсультироваться: можно ли в условиях вечной мерзлоты установить геотермальное отопление в частном доме?

Пожалуйста, оставьте комментарий

Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

Минусы геотермального отопления

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 геотермального отопления.
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 систему отопления 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 газовый котел 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.

Используем тепло земли для отопления дома

Энергия земли для отопления дома в настоящее время используется редко – большинство людей предпочитает задействовать традиционные источники энергии. Но цены на топливо постоянно растут, а запасы газа, угля и нефти когда-то, пусть даже через много лет, но завершатся. По этой причине возникает необходимость искать альтернативные источники тепла, в частности – тепло земли для отопления дома.

Обогрев дома теплом земли является более предпочтительным в сравнении с солнечной и ветряной энергией. В Европе уже сейчас широко распространены гелиосистемы, позволяющие использовать солнечные лучи для отопления дома и подогрева воды (прочитайте также: “Гелиосистемы для отопления своими руками”). Однако их применение ограничено – если в странах с теплым климатом их хватает для полноценного обогрева жилья, то в регионах с умеренным климатом слишком много пасмурных дней. Кроме того, солнечные коллекторы должны иметь большую площадь и емкий теплоаккумулятор, и в результате создание системы отопления обходится в большую сумму (прочитайте: “Солнечный обогреватель своими руками”).

Также не помешает иметь дополнительный источник тепла на случай затянувшейся непогоды. Энергия ветра тоже является не самым лучшим вариантом: его сила меняется, а складки рельефа способствуют образованию мест с постоянным штилем.

Если использовать тепло земли для отопления дома, то дополнительный источник энергии не потребуется – в любой день почва на глубине от нескольких метров сохраняет постоянную температуру. Чем больше глубина погружения геотермального насоса, тем выше температура грунта, а соответственно, и эффективность отопления (детальнее: “Геотермальное отопление: принцип работы на примерах”). Однако нужно помнить о глубине промерзания – в разных регионах она отличается.

Геотермальные насосы, использующие тепло земли для отопления дома

Отопление за счет энергии земли происходит благодаря специальному устройству – геотермальному насосу.

Принцип его работы аналогичен холодильнику:

  • газообразный хладагент сжимается компрессором, и при этом сильно нагревается;
  • хладагент проходит через теплообменник, отдавая избыток тепла и остывая до комнатной температуры;
  • после охлаждения это вещество поступает в охлаждающий контур морозильной камеры, где оно потом расширяется. В результате изменения агрегатного состояния с жидкого до газообразного, хладагент резко остывает и охлаждает все вокруг себя;
  • затем он вновь поступает к компрессору, и цикл повторяется снова.

Аналогично происходит и отопление дома энергией земли. Например, холодильник отбирает тепло у холодного объекта и передает его теплому предмету, таким образом, тепло переносится от морозилки с минусовой температурой в помещение. Количество перекачиваемой энергии в несколько раз больше потребляемого компрессором электричества.

Отопление от тепла земли отличается высокой эффективностью – тепловая мощность в три раза превышает количество потребляемого электричества. Если сравнивать тепловой насос с холодильником, то в данном случае грунт, имеющий постоянную температуру, заменяет морозильную камеру.

При создании системы отопления нужно установить не только радиаторы для отдачи тепла, но и теплообменник на второй стороне контура, который станет забирать у грунта тепло.

Коллекторы бывают двух видов:

  • вертикальные;
  • горизонтальные.

Прежде чем начать использовать тепло из земли для отопления дома, нужно определиться с видом коллектора. Как они выглядят, можно посмотреть на фото.

Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли

Однако следует учитывать существенный недостаток данной схемы: отопление из недр земли обходится дорого. Разумеется, первоначальные затраты впоследствии окупятся, но все же далеко не каждая семья может позволить себе такие расходы. Цена бурения высока, и на то, чтобы сделать несколько скважин глубиной в 50 метров, денег потребуется немало.

Горизонтальные коллекторы для обогрева дома теплом земли

Их используют в регионах с относительно теплым климатом, где глубина промерзания почвы не превышает 1-1,5 метров. Организовать отопление дома от земли в данном случае гораздо проще, ведь траншеи можно выкопать и самостоятельно, и стоимость работ значительно уменьшится.

Но и у такой схемы есть недостатки. Прежде всего, выполнить отопление из земли своими руками не так-то просто: например, для дома площадью 275 «квадратов» потребуется уложить в траншеи 1200 метров труб. Помимо того, что придется потратить много времени на копание траншей, трубы еще и займут большую площадь. Использовать этот участок, например, для сада или огорода, нельзя: корни растений будут перемерзать из-за особенностей работы коллектора.

Таким образом, отопление энергией земли является хорошей идеей, но весьма сложной в реализации. Аналогично обстоят дела и с солнечным обогревом. Именно по этой причине альтернативные источники энергии на сегодняшний день мало распространены.

Воздушные коллекторы

Подземное отопление частного дома можно реализовать и с помощью воздушных коллекторов. Это более простой способ воздушного отопления в частном доме по сравнению с двумя предыдущими.

Чтобы нагреть воздух в помещении до комфортной температуры, требуется определенное количество тепла. Чем ниже первоначальная температура, тем выше затраты. С помощью вентиляционной системы и тепла, полученного из грунта, можно бесплатно повысить температуру воздуха в доме. Обогрев теплом земли в данном случае происходит весьма просто.

Для организации системы отопления нужно:

  • вывести воздухозабор вентиляции ниже уровня промерзания грунта;
  • проложить изогнутый, прямой или многотрубный коллектор с помощью обычных канализационных труб (форма выбирается в зависимости от участка, на каждый квадратный метр площади дома должно приходиться 1,5 метра коллектора);
  • сделать воздухоотвод на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту минимум 1,5 метров от земли и оборудовав ее зонтом-дефлектором (разумеется, приток воздуха в дом будет принудительным.

В этом случае земляное отопление не сможет полностью обеспечить дом теплом.

Тем не менее, оно дает возможность реализовать две идеи:

  1. Поступающий через вентиляцию воздух можно подогревать любым обогревателем (газовым теплогенератором, соляровым, электрическим и пр.) и затем разводить по комнатам с помощью вентиляционных каналов. Полностью бесплатным такое отопление от земли не будет, но все же затраты уменьшатся: нагреваться станет не холодный уличный воздух, а тот, который уже прогрет примерно до +10 градусов. Особенно хорошо можно сэкономить, если зимы в регионе холодные.
  2. Нагретый с помощью тепла земли воздух можно использовать для обдува внешнего блока обычного кондиционера или теплового насоса типа «воздух-воздух». Любое устройство данного класса сможет эффективно работать при температуре около +10 градусов. Сложность реализации заключается лишь в обеспечении нужного воздушного потока. В результате воздух прогревается теплом грунта, поступает к тепловому насосу и отводится за пределы дома.

Отопление теплом земли – хорошая альтернатива традиционным способам обогрева, но в настоящее время оно не является широко распространенным (прочитайте также: “Альтернативное отопление частного дома – выбор достаточно большой”). Это связано, в основном, со сложностью монтажа и большими первоначальными расходами. Лучшим вариантом является бурение скважин и размещение в них труб, но обходится такая система отопления слишком дорого. С другой стороны, это позволяет обогревать дом, пользуясь бесплатным источником тепла.

Также нельзя забывать о том, что такой вариант отопления является экологически чистым и высокоэффективным, поскольку температура почвы на глубине нескольких десятков метров остается постоянной.

Видео о том, как использовать тепло земли для отопления дома:


Подземное геотермальное отопление дома

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:

    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.

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.

Читайте также:  Абиссинский колодец: что это такое и как построить его своими руками
Ссылка на основную публикацию