Геотермальная система обогрева: что это и как работает

Чтобы смонтировать для частного коттеджа геотермальную систему отопления, необходимо правильно провести расчеты и придерживаться технологии. Коэффициент полезного действия зависит от грамотного учета условий и площади жилья.

Что такое геотермальное отопление

Разновидность отопления, называемая геотермальной, представляет собой систему, использующую тепло недр. История ее внедрения в практику началась в первой половине XX века. В этот период была острая необходимость в альтернативных источниках тепла. В настоящее время геотермальное отопление не является редкостью в США, Канаде, европейских странах.

Устройство и виды расположения системы

Конструкция геотермальной системы отопления включает насос и два контура: внешний и внутренний. Отдача тепла может происходить через радиаторы или смонтированный теплый пол, который является частью внутреннего контура. Внешняя часть геотермальной системы отопления расположена в земле или в воде. Ее масштабы более значительны по сравнению с внутренним трубопроводом. Но этот факт имеет значение лишь во время монтажа. При эксплуатации внешний контур скрыт от глаз.

Внутри труб циркулирует теплоноситель, роль которого выполняет обычная вода или антифриз. Специалисты рекомендуют использовать этиленгликолевый антифриз. «Сердцем» геотермального отопления является тепловой насос. Он работает от электричества, но его потребности невелики. При затратах в 1 кВт насос выдает 4-5 кВт тепловой энергии. Это тепло идет на обогрев дома.

Теплообменник геотермальной системы отопления, работающий от низкотемпературного источника, может иметь разное расположение. Два компонента (насос и внутренний контур) остаются без изменения в любом случае. Отличия заключаются в локализации внешнего трубопровода. Она может быть:

При вертикальном расположении теплообменник находится в вытянутой сверху вниз шахте, пересекающей или не пересекающей водоносный горизонт. Для сохранения ландшафтных условий в районе бурения из одного места делают несколько скважин, идущих под наклоном. В них монтируют внешний контур. Точная глубина скважин зависит от геологических условий, но в среднем составляет 50-100 метров. Вертикальное расположение считается более эффективным по сравнению с горизонтальным.

Горизонтальное расположение предполагает наличие змеевика трубопровода в котловане или открытом водоеме. Чтобы смонтировать такую систему, требуется знать глубину промерзания грунта в регионе. Котлован расположен ниже этой отметки. Его размеры должны позволять уложить трубы значительной длины.

Закладкой горизонтального теплообменника целесообразно заниматься в том случае, если участок под дом только разрабатывается, и место позволяет вести масштабные земляные работы.

Внешний контур при горизонтальном геотермальном отоплении частного дома площадью 250 кв. метров занимает шесть соток

Какие источники используются

Для геотермального отопления используют высокотемпературные и низкотемпературные источники энергии земли. К первой разновидности относятся, например, гейзеры. Эффективность в этом случае высокая, но применение ограничено географическим расположением геотермических источников.

Низкотемпературные источники имеют более широкое применение, особенно в тех регионах, где отсутствуют горячие подземные воды. Температура внутренних слоев грунта на глубине 50-100 метров составляет от +10 до +15 градусов в зависимости от климата. Этот уровень стабилен вне зависимости от времени года. Именно поэтому земля может быть источником тепла. Водный ресурс востребован в районах, расположенных у моря. Так, в Швеции в отоплении многих частных домов используют воды Балтийского моря, температура в котором поддерживается на уровне +4 градуса.

Принцип работы геотермального обогрева

В основу геотермальной системы заложен принцип преобразования тепла в холод или, наоборот, холода в тепловую энергию. Именно так работает кондиционер или холодильная установка. Теплоноситель, находящийся во внешних трубах системы, приобретает температуру окружающей среды. В таком слегка «подогретом» состоянии он достигает насоса, в котором происходит окончательный разогрев или охлаждение.

Снижение давления в дросселе вызывает соответствующее понижение температуры воды или антифриза. Повышение давления в компрессоре влечет за собой сжатие теплоносителя и увеличение его температуры. Таким образом, тепло земли через трубы отопления поступает в дом.

Плюсы и минусы отопительной системы

Отопление дома посредством тепла, сконцентрированного глубоко в грунте земли, считается эффективным, малозатратным, безопасным. Если детально разложить все плюсы, то получится весомый список:

Простая установка оборудования. Доступный монтаж подкрепляется длительным сроком эксплуатации.

Абсолютная пожаробезопасность. При работе оборудования исключено сжигание топлива, поэтому нет причин для пожара.

Бюджетность после запуска. Финансовые расходы при длительной эксплуатации теплового насоса минимальны.

Экологичность. Система не выделяет токсичных веществ, поэтому нагрузка на природу исключена.

Функциональность. Геотермальное отопление способно не только продуцировать тепло, но и создавать эффект охлаждения в жару.

К недостаткам отопительной системы относят высокие первоначальные затраты на установку оборудования и его запуск в работу. Этот минус можно было бы отнести к условным, так как в будущем вложения окупаются экономией текущих расходов. Но этот период составляет в среднем 5-15 лет.

Выбирая геотермальное отопление, следует также учитывать его зависимость от электропитания. В случае проблем с электричеством, насос прекращает выполнять свои функции.

К отрицательным моментам относят также ограниченность применения геотермального отопления. В районах плотной застройки получить разрешение на необходимые земляные работы проблематично. Кроме того, из-за низкого уровня теплоотдачи для создания тепла в большом домовладении потребуется значительное количество подземного трубопровода.

Геотермальное отопление дома своими руками

Смонтировать и запустить в эксплуатацию геотермальное отопление вполне реально самостоятельно. Однако в процессе работы могут возникать сложности. В первую очередь это касается установки внешнего контура в земле. Поэтому при отсутствии необходимых навыков наладку системы рекомендуется доверить профессионалам, которые сделают грамотный расчет и смонтируют всю геотермальную систему отопления.

Предварительные расчёты

Чтобы геотермальное отопление приносило запланированный эффект, необходимо произвести расчеты. Они помогут выбрать мощность насосного оборудования. Примерные цифры для построек с разным уровнем теплоизоляции отличаются. Так, для обогрева одного квадратного метра понадобится:

без теплоизоляции – 120 Вт;

с обычной теплоизоляцией – 80 Вт;

с энергосберегающим утеплителем – 40 Вт.

Для расчетов понадобятся также цифры, определяющие потери тепла в доме. Например, если для жилого здания площадью 180 кв. метров с качественной теплоизоляцией теплопотери составляют 9 кВт/сутки, то оборудование должно обеспечивать мощность 216 кВт-ч (9 кВт х 24 часа). С учетом того, что потери тепла могут в разное время отличаться, делают надбавку в 10-20%. Таким образом, окончательная мощность насоса геотермальной отопительной системы должна быть 10,8 кВт.

При расчетах важно учитывать некоторые моменты. К ним относится температура грунта на уровне скважины. В средней полосе России она держится в пределах +8…+10 градусов (на глубине 15-20 метров). При горизонтальном расположении внешнего контура системы отопления берут в расчет мощность 50 кВт на метр. Точные цифры зависят от геологических условий (влажности, присутствия подземных вод). Разные грунты дают разные показатели:

Сухой грунт – 25 Вт/м;

Влажный субстрат – 45-55 Вт/м;

Твердые породы – 85 Вт/м;

Присутствие грунтовых вод – 110 Вт/м.

Как происходит монтаж системы отопления

Водяные системы являются редкостью, больше всего востребовано геотермальное отопление посредством грунта. Поэтому первый этап работ связан с бурением скважин или рытьем котлована. Углубления делают на глубину от 20 до 100 метров, применяя специальную технику. Дно котлована засыпают песком. Далее в готовые углубления или траншеи закладывают пластиковые трубы, которые способны выдерживать давление около 6 бар. Эти трубы будут выполнять роль зондов.

При монтаже используют обвязки труб из трех или четырех линий, при этом краевые участки связывают в виде буквы «U». Внешний контур можно приобрести уж в готовом виде или собрать самостоятельно.

При монтаже внешнего контура необходимо принимать во внимание, что скважина не должна располагаться ближе 2-3 метров к дому.

Когда самая сложная часть работы по устройству геотермальной системы отопления закончена, приступают к подключению насоса. Разводка при таком способе аналогична разводке традиционной отопительной системы.

Окупаемость геотермального отопления дома

Все финансовые траты при монтаже оборудования и всей геотермальной системы отопления зависят от типа используемого хладагента, уровня КПД, мощности агрегата и его производителя. Выбор бренда – это индивидуальное решение владельца жилья. Мощность теплонасоса в свою очередь определяется не желанием, а общей квадратурой помещений. От этого зависит цена устанавливаемого оборудования. В среднем она на несколько порядков выше, чем у отопительных котлов. К этой сумме прибавляют расходы на сам монтаж.

В результате получается достаточно высокая цифра, которая многих пользователей пугает. Однако она окупается минимум через 5-7 лет и максимум через 15. Практика применения геотермального отопления показывает, что такой способ обогрева имеет смысл для коттеджей площадью около 150 кв. метров. Они получают достаточно тепла и окупаются гораздо раньше.

Эффективность и экономическая рентабельность геотермической конструкции значительно выше, если внешний контур проходит не через сухой грунт, а через термальный источник. Но в этом случае необходимо разделение отопительного контура и водоснабжения, если для него также используется горячая вода источника.

Эксплуатация и содержание оборудования

Геотермальное отопление, смонтированное своими руками или с помощью специалистов, рекомендуется в качестве вспомогательного к основной системе обогрева. При исключении других источников подогрева воздуха данная установка может не справиться с поставленной задачей, так как не нагревает внутренние трубы до горячего состояния. Монтаж целесообразен, если в помещениях будет поддерживаться температура выше 15 градусов тепла.

Техническое обслуживание оборудования довольно простое и не составляет труда для пользователей. Так как работа теплового насоса автоматизирована, он не нуждается в ежесуточном контроле. Чтобы компрессор проработал установленный по инструкции период, который составляет от 15 до 25 лет, необходима правильная установка и эксплуатация.

Основные правила заключаются в осмотре агрегата перед началом отопительного сезона и после его завершения. Периодически во время эксплуатации насос и кабели проверяют на предмет целостности. Специалисты рекомендуют периодически (один раз в полгода или в квартал) брать пробу теплоносителя на определение кислотности, плотности, химического состава. Раз в полгода досмотру подлежат также водяные фильтры, теплообменники. При необходимости производят их чистку.

Мировой опыт показывает, что использование тепловой энергии, заключенной в недрах земли, для поддержания тепла в доме является перспективным и эффективным способом. Но перед тем как выбрать геотермическую систему, необходимо взвесить все плюсы и минусы, экономическую выгоду и возможности практического применения в конкретных условиях.

Особенности отопительных агрегатов Volcano

Отопительные приборы Volcano, которые разрабатываются опытными специалистами-конструкторами от компании EuroHeat, превосходно проявили себя для обогрева промышленных объектов. Они способны равномерно нагревать воздух при минимальных затратах. Следует также отметить, что при их производстве используются лишь только самые последние разработки технического прогресса, при этом изделия наделены уникальным дизайном.

Область применения

Отопительные агрегаты хорошо проявили себя для обогрева помещений, которые считаются жилыми, а также промышленных объектов, среди которых могут быть цеха, всевозможные склады, магазины, супермаркеты. Многие дачники используют воздушно-отопительный агрегат для обогрева теплиц или ферм с животными и птицей. Хорошо зарекомендовало себя оборудование при использовании в небольших мастерских и в автосервисах.

Технические характеристики

В настоящее время выпущено две модели отопительного оборудования Volcano – VR1 и VR2. Существуют еще модели тепловентиляторов Volcano VR MINI и Volcano VR3, однако они не получили широкого применения.

Модели VR1 и VR2 обладают устойчивым к воздействию температур и коррозийных процессов корпусом, который изготавливается из специального пластика, соответствующего всем нормам контроля при проверке на экологичность. В данных экземплярах используется только надежная автоматика, которая очень проста в управлении.

Нагреватель Volcano VR1 относится к однорядным устройствам и обладает мощностью в 30 кВт при максимальной нагрузке. Вторая модель имеет два ряда, а показатель мощности повышен в 2 раза.

В качестве теплоносителя выступает вода. Максимально возможной температурой нагрева рабочей жидкости для обеих моделей является показание 1300С при дальности струи нагретого воздуха в 25 м. В первой модели, а именно в VR1, используется 1,7 дм3 воды, а во второй – 3,1 дм3.

Максимально допустимым рабочим давлением считается 1,6 МПа.

Нельзя забывать то, что использование в качестве теплоносителя воды, которая находится под давлением, требует дополнительной защиты при возможном росте этого показателя. Но также учитываются условия, что при падении температур до отрицательных значений может произойти разрыв теплообменника при наличии воды в системе.

Устройства обладают системой автоматического управления, которая включает в себе термостат, двухходовой клапан, регулятор частоты вращения вентилятора, а также сервопривод клапана.

Преимущества

Воздушно-отопительные агрегаты Volcano VR1 и Volcano VR2 имеют целый ряд достоинств, если сравнивать их с обычными электрическими конвекторами, основными среди которых можно назвать:

• высокая скорость нагрева;
• тепло распределяется равномерно по всему пространству помещения;
• экономическая выгода от использования;
• легкость и быстрота при проведении монтажных работ оборудования.

Заслонки, через которые происходит выход теплого воздуха, имеют возможность изменения в любом направлении, из-за чего и происходит насыщение пространства теплом. В процессе принудительного обдува, который используется во время работы устройства, происходит принудительный отбор тепла от теплообменника, причем он в разы больше, если сравнивать с конвекционными потоками.

Экономичность при использовании этих устройств достигается благодаря равномерности распределения тепла. К примеру, для обогрева склада, имеющего высоту в 10 метров, показатель температур внизу должен достигать значения в 16-180С, а в это же время под потолком воздух будет прогрет до 300С как минимум. Для того чтобы не потерять через крышу «львиную» долю выделяемого для отопления помещения тепла, необходимо использовать эти агрегаты.

Нельзя забывать о том, что благодаря использованию в отопительных целях оборудования в помещениях происходит устранение излишков влаги, которые могут привести к появлению коррозии и грибка.

Возможность включения агрегатов в жаркое время позволила повысить его функциональность. В этот период года он служит в качестве обычного вентилятора, который обеспечивает приток свежего воздуха в помещение, тем самым создавая благоприятные условия.

В сравнении со своими предшественниками Volcano VR1 и VR2 имеют возможность подачи теплого воздуха на дальние расстояния, а специальная конструкция используемого теплообменника позволила увеличить отдачу тепла более чем на 20%, нежели ранее используемые модели.

Для придания эстетичного вида разработчики расположили все разъемы подключений на задней панели, тем самым спрятав их от глаз пользователей.

Особенности монтажа и эксплуатации оборудования

Так как эти приборы относятся к воздушно-отопительной группе, то их питание идет от сети 380 В. Для их подсоединения может быть приглашен электрик, который имеет соответствующий допуск для проведения технических работ. Единственным условием перед подключением является правильно рассчитанная потребляемая мощность, которую нужно учитывать для предохранения проводов от нарушения целостности и предотвращения возгорания вследствие короткого замыкания.

Устройства, которые используются в отоплении, подключаются только стальными трубами. Специалисты рекомендуют использовать предварительно оцинкованный тип трубы для увеличения срока эксплуатации, потому что в процессе работы возможно воздействие коррозии на металл, а также появление отложений и последующее «зарастание». Непригодными являются трубы, которые изготовлены из металлопластика и полимеров, потому что в процессе работы будет использоваться нагретая до 1300С вода.

Существует два способа установки:

Используя настенный способ, необходимо учитывать свободное расстояние в 30 см минимум от стены. Его нужно оставлять для обеспечения притока воздуха.

В цехах или на территории складов, в которых производится хранение летучих, взрывоопасных или агрессивных веществ, запрещается использование установок, использующих электрический ток. Следует также уделять особое внимание при применении в цехах с металлообработкой, потому что графит, который может быть использован в качестве смазочного вещества, а также мелкие опилки, выделяющиеся в процессе работы, способны проводить ток.

Специалисты рекомендуют устанавливать воздушные фильтры грубой очистки перед установками тепловентиляторов всех типов. В настоящее время многие агрегаты в своей конструкции имеют собственный фильтр, который задерживает посторонние частицы, способные оказать разрушающее воздействие на вентилятор или даже на сам теплообменник.

Обогревание автомойки или СТО

Для создания благоприятных условий в таких мастерских часто используются воздушно-отопительные устройства. Из-за того, что данные нагреватели имеют отличную компактность, то не нужно задаваться вопросом над его удобным размещением.

Ввиду того что компания-производитель EuroHeat предоставляет пожизненную гарантию на корпуса своих изделий, то можно судить о качестве используемого материала, который не поддается механическим повреждениям и преждевременному износу.

Агрегаты чрезвычайно просты в использовании, а для установки потребуется подключение к системе с горячей водой, которая может подаваться от дополнительного нагревательного котла, использующегося в отоплении помещения. Вентилятор обдувает принудительно теплообменник Volcano, который имеет специальную структуру его контура, напоминающего лабиринт.

Особое внимание уделяют воздуху, который создает тепловой поток. Важным фактором является то, что он берется из того же помещения, где он установлен. Благодаря этому нет необходимости монтировать дополнительные воздухоотводы на улицу. Сам вентилятор имеет отлично продуманную конструкцию лопастей, благодаря чему работает практически бесшумно, тем самым не отвлекая от работы.

Воздушно-отопительный агрегат в зимнее время обеспечивает поддержание оптимальных температурных показателей и участвует в борьбе с излишней влажностью. Но также благодаря его использованию исключается применение дополнительных горелок, электрических радиаторов и так далее. Оборудование от EuroHeat призвано увеличить безопасность рабочего процесса.

В автомастерских следует правильно выбрать место установки прибора, а также необходимо подключить к отопительной системе и устранить возможность нарушения целостности труб, по которым подводится теплоноситель. Важным фактором при выборе места установки считается возможность беспрепятственного прохождения струи нагретого воздуха.

Чаще всего воздушно-отопительные агрегаты используются в паре с основным теплогенератором, которым может выступать газовый, дизельный или один из видов твердотопливных котлов. В качестве теплоносителя известны случаи применения антифриза, который прекрасно зарекомендовал себя при пониженных температурах, однако необходимо проконсультироваться со специалистом перед использованием данного вещества, потому что оно может оказать воздействие на некоторые уплотнения, находящиеся в составе прибора.

Об особенностях отопительных агрегатов Volcano смотрите в следующем видео.