Термальное отопление дома. Как использовать бесплатное тепло земли и воды? Геотермальное отопление дома: принцип работы Отопление частного дома из недр земли

Прогрессивный способ геотермального отопления дома использует принцип работы, заключающийся в применении тепла земли для обогрева помещения. Так как традиционное топливо относится к исчерпаемым природным ресурсам, то стоит побеспокоиться заранее о переходе на новейшие неисчерпаемые источники энергии.

Лидерами в производстве и эксплуатации систем геотермального обогрева домов являются страны Скандинавии. Они популяризируют это вариант установок и предлагают его в регионы, имеющие широкий потенциал его использования.

Применение оборудования

Неверно считать, что отопление от земли можно использовать только там, где присутствуют горячие водные источники, есть теплые гейзеры и прочие природные подземные отопительные источники. Новейшие технологии позволяют успешно эксплуатировать геотермальное отопление дома и в умеренных широтах.

На сегодня в нашей стране этот вид обогрева пока еще относится к альтернативным способам получения тепла. Однако, в большинстве случаев он является практически идеальным для дачных или загородных домов. Установленное геотермальное отопление дома своими руками способно работать в двух режимах:

• обогрев в зимнее время;
• охлаждение во время жарко погоды.

Таким образом формируется наиболее благоприятная атмосфера в помещении.

ВИДЕО: Как работает геотермальное отопление

Эксплуатация системы

В доме необходимо установит тепловой насос. Он будет отбирать энергию от грунта или грунтовых вод, отдавая ее циркулирующему в доме по трубам теплоносителю. Этот принцип работы был выявлен еще в 19 веке французским физиком Сади Карно.

Составными элементами базового узла являются:

• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• дроссельный клапан.

Компрессор занимается «сжатием» тепла и перемещением его к потребителям. Сам прибор нуждается во внешнем источнике электропитания.

Работа теплового насоса проводится по следующему алгоритму:

1. Коллектор-теплозаборник должен содержать внутри жидкость, имеющую низкую температуру замерзания. Часто при изготовлении геотермального отопления своими руками внутрь заливают воду с повышенным содержанием солей, разбавленный водой спирт, гликолевые смеси.
2. В модуле испарителя тепло отдается хладагенту, имеющему невысокую температуру кипения, в это время он закипает и переходит в парообразное состояние.
3. Установленный в цепи компрессор способствует повышению давления пара, из этого следует повышение температуры вещества до 78-80 0 С.
4. Попадая в конденсатор вещество-хладагент переходит в жидкую фазу, одновременно с этим выделяется энергия для контура отопления.
5. Возврат образовавшейся жидкости в компрессор осуществляется сквозь дроссельный клапан.

Так как тепловой насос для отопления дома работает по принципу рефрижератора, то его часто называют «холодильником наоборот». Во многих случаях энергия из земли применяется для монтажа теплых полов.

Правильно проведенные расчеты и грамотно выполненный монтаж теплообменника способны обеспечить отдачу от одного потребленного насосом киловатта пятикратное увеличение мощности на выходе.

ВИДЕО: Как работает геотермальный тепловой насос

Монтаж теплообменника

Актуальными типами установки являются такие варианты:

• вертикальный, когда нужно бурить несколько скважин;
• горизонтальный, где выкапывают траншеи ниже глубины промерзания;
• подводный, когда укладка проводится по дну ближайшего водоема.

Бурение скважин

Для эффективного использования тепловой энергии земли, если участок возле строения небольшой, необходимо бурить глубинные скважины. В глубине земли на нескольких метрах сохраняется стабильная положительная температура. Применение таких геотермальных скважин обеспечивает теплом контур теплообменника. Далее это тепло передается второму внутреннему контуру, расположенному в помещении.

Часто бурение нескольких скважин обходится даже ниже, чем проведение укладки по дну водоема. Благодаря этому процесс становится доступным для большего количества желающих.

Процесс проводится малогабаритной буровой установкой и небольшим количеством вспомогательной техники. Это практически не затрагивает окружающую территорию. Обустройство скважины допускается даже в воде, но она не должна быть ближе, чем на 2-3 м от жилого строения.

Максимальная используемая глубина составляет до 200 м, но часто эффективность появляется с уровня в 50 м. На следующем этапе выполняется обустройство скважины. Внутрь полости ставится трубка из пластика, диаметром от 40 мм. В нее пропускают от одной до четырех петель коллектора.

Полость между грунтом и наружной стенкой трубки необходимо заполнить теплопроводным материалом. Выполняется проводка теплотрассы с подключением к тепловому насосу.

Этот вариант по стоимости - самый рациональный, поскольку не требует подготовки траншей, котлована и прочих земельных работ. Но такой способен доступен далеко не для каждого - минимальный объем водоема, достаточный для отопление дома 100 кв.м. должен быть не менее 200 куб.м и располагаться не далее, чем 100 метров от домостроения.

В водоемы трубы прокладываются по дну, чтобы не допустить их промерзания в пик морозов.

Проведение расчетов

Чтобы выполнить расчет системы, необходимо учитывать базовые параметры:

• на глубине, превышающей в средней полосе России 15-20 м, температура выдерживается на уровне +8-+10 0 С;
• для вертикальных конструкций принято брать в расчетах получаемое значение мощности в 50 Вт на 1 м высоты, а более точные значения зависят от степени влажности породы, присутствия грунтовых вод и пр.;
• сухая порода дает 20-25 Вт/м;
• увлажненная глина либо песчаник 45-55 Вт/м;
• твердые гранитные породы обеспечат до 85 Вт/м;
• наличие грунтовой воды дает до 110 Вт/м.

Использование теплового насоса

Долговечность системы зависит от характеристик и условий, в которых работает тепловой насос. В геотермальных установках он способен работать примерно 1800 часов в год. Это является средним значением для широт без термальных подземных источников.

Принцип работы системы термального отопления идентичен и никак не связан со страной производителя или брендом. Геотермальные насосы могут различаться по дизайну исполнения, размеру, внешнему виду, но коэффициент производства тепла всегда будет одинаков у насосов разных фирм и разных стран. Связано это именно с особенностью переработки природной энергии в тепловую.

Нельзя допускать слишком большую выработку насоса, так как этот процесс способен привести к значительному понижению температуры грунта вокруг скважины, а иногда доходит до ее промерзания.

Последствия таких просчетов в итоге приводят к пагубным последствиям - грунт проседает неравномерно, в каких-то местах уходит очень глубоко, в результате чего повреждаются защитные пластиковые трубы. Если дом располагается рядом, то может произойти деформация фундамента или стен за счет геологических изменений.

Периодически необходимо принимать меры по «регенерации» грунта, для чего в теплообменник поставляют дополнительную тепловую энергию. Это может быть энергия солнечного коллектора либо подогрев зонда, когда используется тепловой насос в режиме охлаждения помещений.

В заключение необходимо отметить, что геотермальная установка пока доступна не всем. В некоторых случаях срок окупаемости может продлиться более 10 лет, но в конечно итоге именно такие способы обогрева дома в скором будущем станут не просто альтернативными, но единственно возможными.

ВИДЕО: Геотермальные тепловые насосы

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!

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Плюсы и минусы системы

Вот основные достоинства такого способа отопления:

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

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

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

Одним из важнейших элементов является тепловой контур. При вертикальном расположении он может залегать на глубине от 20 м до 150 м, в зависимости от геологической циркуляции тепла. Горизонтальные контуры устанавливаются на глубине до 2,5 м и нагреваются за счет температурного колебания при солнечном нагреве или теплопотере.

Тепловые устройства с прямым теплообменом непосредственно контактируют с почвой. Теплоноситель покидает корпус устройства, перемещается по подземной медной магистрали, обмениваясь тепловой энергией, и возвращается обратно.

Прямым такой теплообмен называется оттого, что жидкость контактирует с землей без каких-либо «посредников». Конечно, она не взаимодействует с почвой напрямую, а лишь обменивается с ней теплом через стенки труб. Сегодня такие насосы используются редко, не нужно их путать с устройствами, в которых имеет место теплообмен посредством промежуточных контуров.

Как бы то ни было, эффективность прямого теплообмена достаточно высокая, а финансовые затраты на монтаж ниже, чем в большинстве закрытых систем. Не последнюю роль в этом играет и теплопроводность меди, а также отсутствие водяного электронасоса и обменника между теплоносителем и водой, который, как известно, является основным источником теплопотерь.

Также стоит отметить, что медный трубопровод стоит дорого, да и самого теплоносителя требуется больше, чем для систем другого типа.

2. Закрытые системы

Большая часть таких систем состоит из первичного контура, наполненного хладагентом, и вторичного, который заполняется водой и устанавливается под землей. Для изготовления вторичного контура используются в основном полипропиленовые трубы, а заполняют его водой с небольшим количеством антифриза.

Вода выходит из теплообменника, перемещается по наружному контуру, обмениваясь тепловой энергией с почвой, и возвращается. Характерно, что наружный контур находится ниже уровня промерзания грунта, где температура отличается стабильностью; еще его погружают в ближайший водоем.

Обратите внимание! Системы, погруженные в воду или расположенные во влажной почве, намного продуктивнее сухих контуров. Поэтому в сухой земле рядом с контуром желательно установить дренажный шланг, который бы увлажнял ее.

Закрытые системы менее эффективны, чем предыдущий вариант, поскольку нуждаются в трудоемких буровых работах и длинной системе труб. Также отметим, что закрытые контуры устанавливаются двумя способами – вертикально и горизонтально.

Вертикальный контур – это две трубы, уходящие под землю под прямым углом на глубину 20-120 м. Нижние их части соединяются между собой U-образным разъемом. Вырытые для труб шахты обычно заполняют специальным раствором, улучшающим теплообмен и защищающим подземные водоносные слои от загрязнения.

В случае горизонтального размещения системы трубы закапывают ниже уровня промерзания грунта. Естественно, они проходят горизонтально. Ввиду очевидных причин этот способ обходится дешевле вертикального размещения (читай: бурения), поэтому его используют везде, где есть достаточно места на участке.

Альтернативой двум предыдущим вариантам может являться прокладка контура посредством горизонтального бурения. Это дает возможность устанавливать трубы под садом, двором, дорогой и прочими объектами без разрушения последних.

В плане стоимости такая система находится где-то между горизонтальной и вертикальной установкой. Ее отличительной чертой является то, что петли можно соединять лишь с одной камерой, а это сокращает необходимую для монтажа площадь.

Обратите внимание! Контуры с использованием горизонтального бурения устанавливают уже после постройки здания.

Замкнутые контуры, которые погружаются в водоемы, представляют собой трубопровод, уложенный петлями. Их можно помещать в любое озеро или пруд, которые расположены в непосредственной близости от дома.

5. Открытые системы

В таких системах внешний контур заполняется природной водой. Затем она перемещается в теплообменник, расположенный в корпусе устройства, где тепло извлекается и передается в первичный контур. После этого вода возвращается обратно. Подачу и «обратку» нужно размещать вдалеке друг от друга для эффективной подпитки источника тепла.

Обратите внимание! Все элементы системы должны быть хорошо защищены от коррозии, т. к. химический состав циркулирующей воды контролировать невозможно. Именно поэтому желательно использовать закрытые контуры, если уровень содержания минералов и солей в воде повышен.

Несмотря на то, что эффективность открытых систем на порядок выше, чем закрытых, при установке могут возникнуть проблемы, преимущественно юридического характера. Может потребоваться разрешение на монтаж, т. к. эти системы загрязняют скважины и истощают водоносные слои.

6. Столбы жидкости

Контуры со столбами жидкости являются одной из разновидностей систем замкнутого типа. В данном случае вода поступает со дна глубокой скважины, проходит через насос и опускается обратно, производя теплообмен с окружающей почвой.

Зачастую столбы жидкости используют там, где свободная площадь ограничена. Нежелательно использовать эту систему на глинистом или песчаном грунте.

Также отметим, что конструкция может состоять сразу из нескольких столбов и используется преимущественно в небольших зданиях.

Видео — Геотермальное отопление

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Видео – Геотермальные насосы

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

Принцип действия геотермальных систем

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

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

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

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

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

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

Виды геотермальных систем

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Заключение

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

Надо признать, что среднестатистический обыватель мало задумывался об истощении земных недр, загрязнении атмосферы и окружающей среды в целом от сжигания углеводородов. И только сейчас люди всерьез стали обращать внимание на экологически чистые и возобновляемые источники энергии, поскольку стоимость углеводородного топлива стала неуклонно расти. Один из способов использования таких неиссякаемых источников - отопление дома теплом земли. Информацию о том, как оно действует и каким образом претворяется в жизнь, вы найдете в этой статье.

Как это работает?

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5-7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Больше всего человека привлекает тот факт, что тепловая энергия грунта – бесплатная. Но вот извлечь ее и направить в дом обойдется в кругленькую сумму, о чем мы поговорим далее.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2-3 °С, а вот дом прогревается на 20-40 °С. Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики. В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1: 5-1: 7.

Установка, обеспечивающая использование энергии земли для отопления, имеет свое название – геотермальный тепловой насос.

Виды установок для отбора тепла земли

Внутреннее устройство теплового насоса, кратко описанное выше, остается неизменным в любом случае. А вот конструкция наружного контура, что извлекает энергию из грунта, бывает 2 типов:

• горизонтальный: в котлован расчетного размера и глубиной 1.5-2 м укладывается полимерная труба с определенным шагом;
• вертикальный: трубы контура опускаются в глубокие скважины. Их количество также определяется расчетом.

Рыть котлован удобно на этапе строительства частного дома, это делается как раз в том месте, где планируется возводить здание. Также горизонтальный контур можно устроить в том случае, если имеется достаточно большой участок земли у дома. Когда такого участка нет и места совсем мало, энергия земли отбирается геотермальными зондами из глубоких скважин. Их придется сделать несколько в разных местах.

Концы труб от одного или нескольких наружных контуров прокладываются к дому под землей и входят в подвальную часть здания, где и присоединяются собственно к тепловому насосу. Теплоносителем, протекающим в подземных змеевиках, обычно служит вода либо незамерзающая жидкость, в зависимости от региона строительства.

По эффективности получения энергии земли вертикальные контуры превосходят горизонтальные, так как часто проходят сквозь водоносные горизонты, а это улучшает отбор теплоты. Держат они первенство и по стоимости монтажа, особенно если бурение скважин происходит в затрудненных условиях.

Плюсы и минусы

Добытая из грунта тепловая энергия, как мы уже выяснили, практически ничего не стоит и это главный плюс. Но есть и другие:

• источник тепла – возобновляемый, проще говоря – неиссякаемый;
• экологичность и безопасность тепловой установки не имеют себе равных;
• хороший выход энергии при малых затратах;
• не требуется никаких разрешений на монтаж или подключение;
• высокая степень автоматизации, а значит, и комфорта;
• нечастое обслуживание;
• низкая степень пожарной опасности.

Есть еще одно важное достоинство геотермальной системы. Поскольку температура грунта на глубине остается неизменной круглогодично, то летом насос перестает быть тепловым, а становится охлаждающим. Установка переключается в летний режим, хладагент движется в другую сторону, а теплообменники функционально меняются местами. Если частный дом оборудован агрегатами воздушного отопления – фанкойлами, то система подает к ним холодную воду, от которой охлаждается воздух в помещениях.

Недостаток у гелиосистем только один, но настолько существенный, что зачастую перечеркивает все достоинства. Как нетрудно догадаться, это стоимость оборудования и монтажных работ. Всякий поймет, что рытье котлованов и бурение скважин влетит в копеечку, такую работу своими руками не сделаешь. Трубы длиной около километра, сама установка, автоматика, - все это обойдется в кругленькую сумму. Вот почему использование тепла земли до сих пор доступно очень немногим людям.

Заключение

Совершенно ясно, что применение тепловой энергии грунта для обогрева дома имеет долгосрочные перспективы. Это в Европе подобные системы стали обыденностью, у наших граждан доходы пока что не достигли необходимого уровня. Но за тепловыми насосами – будущее, это тоже не вызывает сомнений.