Как сделать геотермальное отопление дома – принцип работы, варианты устройства своими руками

При возведении частного загородного дома его хозяину нужно будет решать вопрос с отоплением жилья. На сегодня существует немало вариантов обустройства автономного теплоснабжения в отдельном домовладении, расположенном за пределами городской черты. Одним из новейших способов решения проблемы специалисты называют геотермальное отопление дома.

Немало владельцев загородной недвижимости считают, что такую систему подачи тепловой энергии можно реализовать исключительно в той местности, где имеются гейзеры, горячие подземные водные объекты и т.д. В действительности термальное отопление дома будет успешно функционировать и в других регионах, с теплыми водоемами, имеющими невысокую температуру.

Особенности геотермальной отопительной системы

Геотермальное отопление загородного дома относится к альтернативному, практически идеальному способу подачи тепла в жилое здание. Для функционирования системы задействуют геотермальную энергию, которую можно добывать из различных природных источников.

Принцип работы геотермального отопления имеет немало общего с эксплуатацией холодильных систем. При этом основное отличие заключается в том, что в холодильнике рефрижератор продуцирует охлажденный воздух, а геотермальные установки вырабатывают тепловую энергию.

При термальном отоплении воздух в летнюю жару охлаждается, а морозной зимой – греется. При этом финансовые расходы на обустройство такого варианта теплоснабжения гораздо ниже, если сравнивать с затратами на иные тепловые системы. Геотермальное отопление дома способствует созданию в нем комфортных условий для проживания.

Принцип работы геотермального отопления дома

Работает термальное оборудование в автономном режиме, контролируя температуру в помещениях. Принцип функционирования аналогичен для всех установок вне зависимости от компании-изготовителя комплектующих изделий.

Основная рабочая нагрузка оказывается на специальное насосное оборудование, которое может отличаться своим внешним видом, но производительность тепла у разных моделей имеет стандартные значения.

Геотермальная система отопления успешно работает с разными видами земной энергии, она состоит из двух контуров:

Первый из них представляет собой отопительную конструкцию, состоящую из трубопроводов и радиаторов. Что касается внешнего контура, то это теплообменник, устанавливаемый в водном массиве или под толщей почвы. Внутри него циркулирует специальная жидкость, в которую добавлен антифриз, в некоторых случаях его наполняют только водой.

Теплоноситель нагревается до температуры окружающей среды, после чего в горячем состоянии подается в насос. Накопленное таким образом геотермальное тепло далее поступает на внутренний контур, прогревая теплоноситель в трубах и радиаторах, смонтированных по всему дому.

Способы монтажа термальной системы отопления своими руками

Когда обустраивают термальное отопление, используют разные типы теплообменников:

1. Вертикальная установка. Она отличается компактностью и более высокой ценой монтажа по сравнению с иными вариантами. Чтобы обустроить отопление из скважины не потребуется большая площадь, но придется использовать особые бурильные установки. В зависимости от применяемой технологии глубина скважины может достигать отметки в 200 метров при минимальном показателе, равном 50 метрам. Срок эксплуатации такого отопления дома от скважины достигает 100 лет. Этот вид геотермального теплоснабжения выгодно монтировать на ранее обустроенном участке, поскольку ландшафт окружающего пространства не будет нарушен.
2. Горизонтальное устройство – его используют часто. Когда устанавливают такой теплообменник, трубы нужно укладывать на значительную глубину, которая должна превышать отметку промерзания почвы. Основной недостаток применения подобной разводки состоит в том, что для монтажа коллектора необходима большая площадь. На ранее благоустроенном участке подобную систему проложить непросто.
3. Водоразмещенная установка – такой тип теплообменника среди способов геотермального отопления является самым экономным относительно затрат, поскольку функционирует за счет энергии водных ресурсов. Данная система актуальна для владельцев недвижимости, у которых в сотне метров от участка имеется природный водоем.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Данный вид отопления приобрел актуальность в Америке в 80-е годы, когда в стране разразился экономический кризис. Сначала монтаж подобных установок стоил огромных денег и его могли оплатить только состоятельные владельцы недвижимости, но позже геотермальное отопление своими руками стало доступно для многих слоев населения.

Обустройство геотермального теплоснабжения в частном домовладении имеет ряд преимуществ:

1. Тепловую энергию для дальнейшего использования можно получать почти в любом месте, ее подача ничем не ограничивается и является наиболее устойчивой.
2. Выработка геотермального тепла не приводит к образованию различных вредных выбросов после сгорания углекислого газа.
3. Отопление на основе работы подобной установки не нуждается в постоянном обслуживании.
4. Для владельца загородной недвижимости такое теплоснабжение помещений считается бесплатным.
5. Насосное оборудование занимает гораздо меньше места для установки, чем при обустройстве других отопительных систем.
6. При помощи геотермальной энергии можно не только нагревать помещение, но и в случае необходимости охлаждать его, поскольку принцип работы установки имеет много общего с функционированием кондиционеров.
7. Допускается обустройство такого отопления одновременно с другими системами выработки тепла, например, с дизельной, газовой или функционирующей за счет солнечной энергии.

Несмотря на значительные преимущества использования геотермального варианта теплоснабжения, эти установки имеют и отрицательные моменты, среди которых: длительный период окупаемости и высокая стоимость монтажа отопительной системы.

Но перечисленные недостатки нивелируются нынешними тенденциями поднятия цен на многие виды топлива. Безусловно, срок окупаемости получается длительным, но 100 лет эксплуатации геотермального котла доказывает экономичность такого решения.

Система отопления: что это такое?

Основными среди теплозатрат на коммунально-бытовые нужды в зданиях являются затраты на отопление. Это объясняется условиями эксплуатации зданий в холодный период времени, когда теплопотери через ограждающие конструкции зданий значительно превышают внутренние тепловыделения.

Отопление — искусственное обогревание помещений здания с возмещением теплопотерь и поддержания в них заданного температурного режима.

Система отопления (далее СО) – это совокупность конструктивных элементов, предназначенных для получения, переноса и передачи необходимого количества тепла в помещения, с целью поддержания в них заданного значения температуры внутреннего воздуха.

Основными элементами системы отопления являются:

1. источник тепла (котел или тепловая станция);

В зависимости от взаимного расположения источника и потребителя тепла СО подразделяются на:

• местные (источник тепла располагается непосредственно в отапливаемом помещении, либо в непосредственной близости от него; расстояние от источника тепла до дальнего отопительного прибора составляет не более нескольких десятков метров);
• центральные (источник тепла находится за пределами отапливаемых помещений, а передача тепла от источника к потребителю происходит при помощи теплопроводов тепловых сетей).

В зависимости от вида теплоносителя различают следующие типы системы отопления:

Недостатки систем газового отопления:

Использование в качестве теплоносителя высокотемпературных продуктов сгорания топлива ограничено отопительными печами, газовыми калориферами и другими местными отопительными установками, что обусловлено ухудшением состояния воздушной среды при непосредственном попадании газов в помещение. Удаление продуктов сгорания наружу по каналам усложняет систему и понижает ее КПД.

При использовании в качестве теплоносителя пара появляется возможность быстрого нагревания помещений, т.к. пар является легкоподвижной средой со сравнительно малой плотностью.

Недостатки систем парового отопления:

• пар как теплоноситель не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям (при постоянно высокой температуре — 100 о С и более — на поверхности теплопроводов и отопительных приборов происходит разложение оседающей органической пыли;
• невозможно качественное регулирование температуры пара;
• обладает повышенным уровнем шума (особенно при возобновлении работы после перерывов).

Вследствие этих недостатков, система парового отопления не допускается к применению в жилых, общественных и административно-бытовых зданиях, а также в производственных помещениях с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Паровое отопление допускается применять только при соответствующем технико-экономическом обосновании (например, при избытке пара, используемого в технологическом процессе производства).

Таким образом, при строительстве загородного дома целесообразно рассматривать водяное или воздушное отопление.

Достоинства водяных систем отопления

Вода представляет собой практически несжимаемую среду со значительной плотностью и теплоемкостью. Использование воды в качестве теплоносителя в системе отопления обеспечивает:

1. равномерную температуру воздуха;
2. возможность качественного регулирования при ограничении температуры поверхности отопительных приборов;
3. значительный срок службы;
4. бесшумность действия;
5. простоту обслуживания и ремонта.

Достоинства воздушных систем отопления

Воздух также является легкоподвижной средой со сравнительно малой теплоемкостью, плотностью и вязкостью. При использовании воздуха можно обеспечить быстрое изменение и равномерность температуры воздуха в помещениях, совмещать отопление с вентиляцией воздуха, а также избежать установки отопительных приборов.

По способу создания циркуляции теплоносителя в водяных и воздушных системах отопления различают системы:

• с естественной циркуляцией (гравитационные);
• с вынужденной циркуляцией (насосные).

Тупиковая система отопления

Наиболее популярные в частном домостроительстве двухтрубные системы бывают нескольких разновидностей. Каждая из них имеет право на существование и применяется сообразно обстоятельствам и сложившимся условиям, но чаще всего встречается тупиковая система отопления частного дома. В данной статье мы рассмотрим, что собой представляет такая схема и попытаемся разобраться, чем она лучше других.

Что такое тупиковая система отопления?

Как вы уже поняли, данная система относится к двухтрубным, поскольку однотрубная схема представляет собой замкнутый контур. Чтобы убедиться в том, что система – тупиковая, достаточно проследить движение теплоносителя до и после радиаторов. В нашем случае нагретая вода сначала движется по подающему трубопроводу в одном направлении, пока не затечет в радиатор. Отдав тепло, она уходит в обратную магистраль и протекает уже в противоположном направлении, навстречу подающему потоку, после чего попадает обратно в котел.

Для справки. Тупиковой может быть и однотрубная система, но это скорее исключение, чем правило. Ниже на рисунке представлена подобная тупиковая система с нижней разводкой и вертикальными стояками с трехходовыми клапанами на подключениях радиаторов. Нетрудно заметить, что она сложна в исполнении и влетит в копеечку тому, кто решится на ее монтаж. Поэтому рассматривать этот вариант мы не станем.

Не стоит думать, что тупиковая схема применима только при наличии принудительного побуждения с помощью циркуляционного насоса. Конечно, чаще всего в частных домах используется именно такой способ перемещения теплоносителя, так как это позволяет подбирать наименьшие диаметры труб. Но в последнее время многие домовладельцы в силу различных обстоятельств стремятся к энергонезависимости, а потому стараются внедрять у себя в жилище схемы тупиковой системы с верхней разводкой и естественным течением воды. Самые распространенные из них показаны на рисунке:

Как видно на рисунке слева, система разделяется на 2 замкнутых ветви с практически одинаковым числом батарей в каждой (5 и 6 шт.). Общее количество приборов – 11, при самотеке их не стоит «вешать» на одну ветку, иначе циркуляция в самых дальних радиаторах будет минимальной, как и прогрев. Кстати сказать, даже при наличии насоса такое разделение – только на пользу, чем меньше батарей нагружает тупиковую ветвь, тем лучше.

Главное преимущество тупиковой системы над остальными двухтрубными схемами – простота в расчете и монтаже, а также самая низкая стоимость проекта в целом.

В качестве примера для сравнения покажем еще 2 вида двухтрубных систем:

• с попутным течением теплоносителя;
• лучевая (коллекторная) схема.

В отношении гидравлики оба этих варианта превосходят тупиковую схему. При попутном движении теплоноситель, выходя из каждой батареи, устремляется по магистрали в том же направлении. Расстояние, преодолеваемое водой в подающем и обратном трубопроводе от каждого радиатора одинаково, отсюда хорошая сбалансированность всей сети. Притом что тупиковая и попутная система отопления подают ко всем приборам теплоноситель с одинаковой температурой, последняя сложнее и обойдется гораздо дороже по материалам.

Коллекторный способ доставки тепла еще более прогрессивен, это самая удобная в плане регулировки и надежная система. Но она же и самая дорогая, хотя в коттеджах большой площади и с высокими требованиями к интерьеру помещений альтернативы лучевой схеме может и не найтись.

Виды тупиковых систем

Разновидностей подобных систем существует две:

Классическая горизонтальная схема с нижней разводкой была представлена выше на первом рисунке. В том случае, когда дом – двухэтажный, а число отопительных приборов невелико, то конфигурация системы принимает следующий вид:

От котельной установки сразу же идет разделение на 2 ветви: одна проходит через первый этаж и питает расположенные на нем батареи, а вторая переходит в вертикальный стояк и таким же образом доставляет тепло к радиаторам второго этажа. Схема будет работать надежно и устойчиво, если количество нагревателей, нагружающих каждую ветвь, будет в пределах 10 шт. Когда правильно подобраны диаметры трубопроводов, то балансировка не доставит множества хлопот, особенно если задействовать на каждом ответвлении балансировочные вентили с автоматическими регуляторами перепада давления.

Таким же методом можно сделать разводку и в трехэтажном доме, тогда ветвей станет 3: одна горизонтальная и две на стояке. Но когда количество радиаторов большое или же в доме сложная планировка, не позволяющая класть трубы по помещениям, то есть другое решение — вертикальная тупиковая система отопления двухэтажного дома, что представлена ниже:

К двум горизонтальным магистралям в удобных местах присоединяются вертикальные стояки, проходящие по всем этажам. Желательно, чтобы отопительные приборы на разных этажах стояли один над другим или с небольшим смещением, иначе придется дополнительно тянуть трубы по комнатам. К одному стояку с каждой стороны рекомендуется присоединять не более 2 батарей. Но когда по разным причинам надо подключить больше, то это усложнит настройку системы, придется балансировать каждое горизонтальное ответвление.

Примечание. Показанные в данном разделе схемы рассчитаны только на работу в сети с циркуляционным насосом, самотеком вертикальная схема функционировать не будет.

Рекомендации по монтажу

Мы не будем здесь перечислять общеизвестные правила ведения работ, к тому же они могут отличаться в зависимости от материала труб. Но некоторые моменты напомнить не помешает, это убережет вас от ошибок, переделок и связанных с ними лишних затрат:

• помните, что схема тупиковой системы отопления, как и любой другой, рассчитывается на внутренние диаметры труб. Когда на чертеже стоит обозначение ДУ15 или DN15, оно указывает на внутренний размер трубы, а Ø26х3 означает наружный диаметр и толщину стенки. Не ошибитесь при закупке материалов;
• при наличии нескольких тупиковых ветвей на каждой ставится запорно-регулировочная арматура. Современные краны часто оснащают штуцером для слива воды, такие и надо подбирать, это поможет опорожнять систему частично;
• как в гравитационной, так и насосной системе важно соблюдать уклоны магистралей. В первом случае это 5 мм на 1м, во втором – 2—3 мм на 1 м;
• радиаторные термостаты для естественного и принудительного движения теплоносителя – разные. Изделия, приспособленные под самотек, имеют большую пропускную способность. Если перепутаете, то природной циркуляции не будет;
• от предпоследнего нагревателя к тупиковому прокладывают самые меньшие по диаметру трубы, такие как на подводках.

Заключение

Из вышесказанного можно сделать вывод, что схема двухтрубной тупиковой системы отопления наиболее распространена в силу своей простоты и доступности. Собрать ее в небольшом доме не составит большой сложности даже малосведущему в теплотехнике человеку. Что касается коттеджей в 2—3 этажа, то тут не обойтись без предварительных расчетов гидравлики, особенно когда ветви имеют значительную протяженность.