Геотермальное отопление дома. Как правильно выбрать и расчет стоимости под ключ

Ускорившееся строительство собственных домов в стране, постоянное изменение цен на основные энергоносители вызвали появление альтернативных источников энергии, в том числе, на возобновляемой основе. Один из видов – это применение методов геотермальной энергетики.

Основные составляющие систем геотермального отопления

Принцип извлечения тепла, использующегося для обогрева здания, основан на отборе геотермальной энергии из земли, воды или окружающего воздуха. Тепло там накапливается в тёплый период года и отдаётся в холодное. Процесс обмена энергиями осуществляется посредством теплового насоса.

Способ нагрева

Работу теплового насоса и всей системы обогрева можно рассмотреть на принципе функционирования холодильной установки – так, рука, поднесённая к задней стенке холодильника на несколько секунд, ощущает тепловые потоки, исходящие от змеевика.

Цепочка обмена энергией выглядит:

• продукты с положительной температурой, размещенные внутри холодильного агрегата, охлаждаются, отдавая своё накопленное тепло внутрь полости морозильной камеры;
• нагретый воздух, в свою очередь, производит теплообмен со стенками холодильной камеры;
• энергоноситель, в данном случае, фреон, циркулирующий по трубкам, вмонтированным в корпус, полученное тепло переносит на внешний змеевик;
• система рассеивает избыток тепла в окружающее пространство, а охлаждённый фреон проходит до компрессора, где расширяется и снижает свою температуру до определённых отрицательных значений и цикл повторяется снова.

Если заменить «продукты» на «землю», то получается система обогрева дома, но в значительно увеличенных размерах. При этом можно заметить, что единственный, внешне подведённый источник дополнительной энергии, — это электричество, необходимое для работы компрессора.

Источником тепла, получаемого от солнца, выступают земля, вода из водоёма или окружающий воздух. В последнем случае, термальное устройство целесообразно устраивать в районах с положительными круглогодичными температурами.

Энергоэффективность геотермальных тепловых насосов

В упрощённом виде система геотермального отопления здания представляет собой три независимых контура, по которым циркулирует теплоноситель:

1. Внешний контур, вынесенный за пределы здания, переносит тепловую энергию, взятую от окружающей среды.
2. Средний – расположен в корпусе насоса и служит для передачи внешней энергии на внутреннюю обогревательную систему. Носитель, проходя испаритель, передаёт 4–8°C тепла низкокипящему хладагенту, отчего последний вскипает, переходя в газообразное состояние. При сжимании в компрессоре, газ переходит в жидкость, при этом выделяется теплота, разогревающая фреон до температуры 70–100°C.
3. Внутренний контур – это собственно отопительная система здания, получающая тепло от разогретого фреона.

Примерную тепловую мощность насоса можно рассчитать по формуле:

где J, — удельная теплоёмкость воздуха в Дж/м³К (при 22°C равна 1205);

t — время нагрева за один час, равное 3600;

T1-T2, — разность температур теплоносителей в градусах Цельсия;

L, — объём обогреваемого помещения в м³.

С подставленными известными коэффициентами формула примет вид:

Пример:

1. Здание с помещениями из жилых комнат 12м², 15м² и 20м², кухни-столовой 16м², коридора и сантехнических помещений общей площадью 30м² со средней высотой потолка 2,8м имеет внутренний объём 260м³. Тогда для нагрева в течение часа до температуры 25°C, с входящими значениями теплоносителя, равными 5°C, понадобится:

2. Примерное соотношение затраченной электроэнергии на работу теплового насоса и полученной тепловой энергии составляет 1 к 5.

То есть за один час работы компрессора будет расходоваться:

3. За один месяц в 30 дней затраты электроэнергии составят:

4. Стоимость:

• 250,85кВт*2,50руб/кВт* = 627 рублей/ месяц.

Полученные данные – это чисто теоретические значения, не учитывающие ряд факторов:

• здание должно быть хорошо утеплено;
• существуют потери через стены, потолок, двери, окна, вентиляцию;
• в конструкции теплообменников необходимо применять материалы с высоким коэффициентом теплопередачи;
• не учтена сезонность;
• имеется ли возможность дополнительного расхода горячей воды для бытовых нужд;
• в работу подземных контуров могут быть оказаны влияния со стороны подземных вод и другие явления.

Как выбрать геотермальной тепловой насос?

Кроме текущих расходов, перед организацией такого вида отопления, целесообразно рассчитать необходимую мощность оборудования, — это понадобится для выбора насоса и комплектующих.

Как видно из вышеприведённых расчётов, определяющий фактор – это внутренний объём обогреваемого здания, а, точнее, объём необходимых для обогрева помещений. Для поддержания небольшой положительной температуры (5–10°C) в зимнее время во вспомогательных помещениях, мощность оборудования можно увеличить на 10–15%.

После анализа всех возможных затрат тепловой энергии внутри дома, рассчитывается минимальная требуемая мощность оборудования. Целесообразно заложить добавочный коэффициент прочности в диапазоне 1,2–1,25.

Тепло из земли

Большинство систем геотермального отопления получает тепло из земли, накопленное там за период тёплого времени. Для этого трубы, в которых циркулирует низкокипящий теплоноситель, заглубляют в грунт.

При наличии свободной площади на участке применяется горизонтальная укладка, в противном случае внешний контур погружается в вертикально пробуренные скважины.

Горизонтальная укладка

При устройстве горизонтального контура, необходимо учесть глубину промерзания почвы. Для большей части европейской России, Южного и Среднего Урала, части юга Сибири, а также Приморского края эти показатели не превышают 2–2,5 метров. Как правило – эта глубина составляет 0,6–1 метр.

Труба под внешний теплоноситель укладывается в предварительно прорытые траншеи, глубиной 1,5–2,0 метра. К концу холодного сезона температура там не опускается ниже +1– -1°C, что вполне достаточно для образования перепада в 4–5°C.

Расчёт необходимых потребностей в размерах коллектора осуществляется из соотношения 20–25Вт с одного метра трубы. Зная полезную тепловую мощность можно определить длину заглубленного контура. Для вышеприведённого примера, с учётом коэффициентов теплопередачи, размеры трубы составят не менее 300–350 метров.

Объём земляных работ значителен, поэтому целесообразно воспользоваться услугами стороннего траншеекопателя. В случае перекрещивания коллектора со сточной системой, последнюю можно углубить на 30–50 см ниже, нежели основная траншея.

Вертикальная укладка

Такая система используется при ограниченных свободных площадях, но она более эффективна, нежели горизонтальная система. Впрочем, все полезные результаты могут быть сведены на нет более дорогим монтажом. Система может использовать погружные зонды или водозаборные скважины.

Зонды

В грунте выполняются две или более вертикальные скважины, в которые опускаются внешние контуры, — по одной трубе течёт отработанный теплоноситель, по другой, — подогретый теплом земли. Глубина скважин может достигать 40–70 метров.

Эффективный отбор тепла достигает в среднем около 50–55Вт, что почти в 2 раза больше по сравнению с горизонтальным контуром. Но конструкция коллекторов более сложна, например, применяется коаксиальная труба, — это одно изделие меньшего диаметра находится внутри другого.

Скважины

В этом случае используется забор тепла от подземных вод, что значительно повышает тепловую эффективность системы отопления. Это происходит благодаря более высокой температуре влаги и значительному коэффициенту теплообмена.

При такой системе геотермального отопления необходимы минимум две скважины, — одна – заборная, другая – сбросовая. Понадобятся скважинные насосы, и, соответственно, дополнительная энергия для их питания. Кроме этого, с целью предотвращения замораживания воды, целесообразно использовать предохранительный теплообменник.

Большой плюс этой системы – минимальное количество земляных работ и большая теплоотдача.

Повысить эффективную отдачу тепла можно применив солнечные коллекторы, которые нагреваясь в солнечную погоду, могут передавать дополнительное тепловую энергию для нагрева грунта.

Стоимость геотермального отопления и цена его монтажа

Общие капиталовложения в систему отопления складываются из нескольких частей:

• цена теплового насоса;
• цена комплектующих;
• монтаж и пусконаладочные работы;
• текущие затраты на электроэнергию в течение отопительного сезона.

Цена теплового насоса

На рынке России представлена продукция импортного и отечественного производства:

1. Henk, — отечественный производитель, расположенный в Подмосковье. Представляет линейку тепловых насосов различной мощности и производительности. Число выпускаемых моделей доходит до 82 шт. Цена на продукцию начинается с 243000 рублей.
2. Mammoth, — производитель из США. Поставляет на рынок России около двух десятков насосов. Стоимость от 2800 долларов.
3. NIBE, — шведская компания. Цена на грунтовые модели исходит от 485000 рублей.
4. Waterkotte, — немецкая фирма. Стоимость комплекта из насоса и блока для ГВС начинается от 680000 рублей.

Цена комплектующих

В состав комплектующих геотермальной системы отопления входят (основные элементы):

1. Полипропиленовая труба для внешнего контура Ø32 или 40мм. Средняя цена за метр начинается с 35 рублей.
2. Труба для «тёплого» пола из сшивного полиэтилена диаметром 16мм со стоимостью от 45 руб/м.
3. Антифриз и тосол в качестве теплоносителей. Цена на первый 100–180 руб/литр, на второй 100–200 руб/литр.

Кроме этого, необходимы различные краны, клапаны, теплоизоляторы для труб и другое.

Стоимость монтажных работ

Основные и существенные затраты при укладке внешнего контура – это производство земляных или бурильных работ. Траншею глубиной до 1,5 метров и длиной до 300 метров можно выполнить своими силами с помощью, например, гастарбайтеров или «деревенского» тракториста.

С укладкой труб и засыпкой общая стоимость внешних работ составит 120000–240000 рублей. То же самое, но с бурением, может увеличиться до 250000–600000 рублей.

Услуги по оборудованию геотермального отопления под ключ

Список некоторых фирм и их услуг:

1. Геометро, — на рынке с2006 года. Стоимость отопления под ключ начинается с 400000 рублей. Работают с американскими тепловыми насосами Mammoth.
2. Теплодаром, — обеспечивает полное комплектование дома отопительной системой. Например, стоимость «под ключ» для дома полезной площадью 120м² составит 550000 рублей.
3. Геотепло, работают с несколькими производителями тепловых насосов. Цена монтажных и пусконаладочных работ начинается с 580000 рублей.

Как не получить иллюзии теплового насос?

Одна из основных причин – это снижение стоимости как оборудования, так и монтажных работ. Если с насосом дела по экономии обстоят сложнее, — единственный путь, занизить мощность, то с работами гораздо проще:

• можно выполнить траншею не той глубины или (и) малой длины;
• пробурить скважину недостаточной глубины;
• использовать некачественные трубы или другого диаметра;
• вмешательство в конструкцию зонда и другие подобные причины.

Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками

Мы знаем, что геотермия – это тепло Земли, а понятие «геотермальный» зачастую ассоциируется у нас с вулканами и гейзерами. В России геотермальная энергетика используется преимущественно в промышленных масштабах, например, существуют дальневосточные электростанции, работающие на основе тепла нашей планеты.

Многие уверены, что сделать геотермальное отопление дома своими руками – это что-то из области фантастики. Не так ли? Но это совершенно не так! С развитием современных технологий бытовое использование “зеленой энергии” стало вполне реально.

Мы расскажем о принципах работы альтернативного отопления, его преимуществах и недостатках, сравним с традиционными системами обогрева. Также вы узнаете о способах расположения теплообменника и о том, как смонтировать геотермальное отопление своими руками.

Несколько исторических фактов

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в альтернативных источниках энергии. Именно в тут пору и стали создаваться первые геотермальные отопительные системы.

Сегодня они получили широкое распространение в Соединенных Штатах, в Канаде и в западноевропейских государствах.

Например, в Швеции активно используют воду Балтийского моря, температура которой составляет +4°С. В Германии внедрение геотермальных отопительных систем даже спонсируется на государственном уровне.

В России действуют Паужетская, Верхне-Мутновская, Океанская и другие геотермальные электростанции. Но фактов использования энергии Земли в нашем частном секторе очень мало.

Реальные преимущества и недостатки

Если в России геотермальное отопление частного сектора получило сравнительно малое распространение, значит ли это, что идея не стоит затрат на её воплощение? Может быть, и заниматься этим вопросом не стоит? Оказалось, что это не так.

Использование системы геотермального отопления жилища – решение выгодное. И тому есть несколько причин. В их числе и быстрая установка оборудования, которое способно длительное время работать без каких-либо перебоев.

Если использовать в отопительной системе не воду, а качественный антифриз, она не будет промерзать и её износ будет минимальным.

Перечислим и прочие преимущества этого вида отопления.

• Исключена процедура сжигания топлива. Мы создаём абсолютно пожаробезопасную систему, которая, в процессе своей эксплуатации, не сможет нанести жилью никакого ущерба. Кроме того, исключается ряд других моментов, связанных с присутствием топлива: теперь не нужно искать место для его хранения, заниматься его заготовкой или доставкой.
• Существенная экономическая выгода. В процессе эксплуатации системы не потребуется никаких дополнительных вложений. Ежегодный обогрев обеспечивают силы природы, которые мы не покупаем. Конечно, при функционировании теплового насоса затрачивается электрическая энергия, но при этом объём производимой энергии существенно превышает размеры потребления.
• Экологический фактор. Геотермальное отопление частного загородного дома – это экологически безопасное решение. Отсутствие процесса горения исключает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это осознают многие, и такая система теплоснабжения получит должное повсеместное распространение, негативное влияние людей на природу многократно уменьшится.
• Компактность системы. Вам не придется организовывать в своём доме обособленное помещение котельной. Всё, что будет необходимо – это тепловой насос, который можно разместить, например, в подвале. Наиболее объёмный контур системы будет располагаться под землей или под водой, на поверхности вашего участка вы его не увидите.
• Многофункциональность. Система может работать как на отопление в холодное время года, так и на охлаждение в период летней жары. То есть, по сути, она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер.
• Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.

Выбор геотермальной системы отопления экономически выгоден, несмотря на то, что придется потратиться на покупку и установку оборудования.

Кстати, в качестве недостатка системы упоминают именно затраты, на которые придется пойти, чтобы установить систему и подготовить её к работе. Нужно будет купить сам насос и некоторые материалы, выполнить работы по монтажу наружного коллектора и внутреннего контура.

Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование уложенного в грунт или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить значительные средства.

К тому же, сам процесс монтажа не настолько сложен, чтобы приглашать для его выполнения сторонних специалистов. Если не заниматься бурением, то всё остальное можно сделать самостоятельно.