Геотермальное отопление для теплицы

Геотермальное отопление теплицы своими руками

Оптимальный климат является залогом эффективного функционирования теплицы даже в условиях абсолютной герметизации. Зимний период времени, характеризующийся понижением температур и действием парникового эффекта, обуславливает поиск дополнительных источников тепла, способных обеспечить оптимальный климат в замкнутом пространстве. Век инноваций позволяет отказаться от обустройства традиционной отопительной системы и воспользоваться системой альтернативного энергопотребления, к которой предъявляются повышенные требования. Именно поэтому она должна быть не только высокопроизводительной, но и максимально выгодной с экономической точки зрения. Геотермальное отопление, принцип работы которого основан на функционирующих законах природы и использовании возобновляемых ресурсов, максимально отвечает вышеперечисленным требованиям.

Содержание

Геотермальное отопление теплицы. Принцип работы

Геотермальное отопление теплицы проектируется с учетом того, что температура грунта, залегающего глубоко в недрах земли, в летний период находится в пределах 10-12 градусов, а в зимний — 6-8 градусов.

Она многократно увеличивается под действием парникового эффекта и энергии солнечного излучения, чего вполне достаточно, чтобы обеспечить оптимальные климатические условия в замкнутом тепличном пространстве. Таким образом, принцип работы системы геотермального отопления основан на использовании энергетического потенциала земли и многократном его приумножении с использованием специализированного оборудования.

Энергетический потенциал грунта и подземных вод преобразуется в тепло, впоследствии передаваемое на специализированный тепловой носитель.

Это происходит за счет работы тепловых насосов для геотермального отопления, с функциональной точки зрения, представляющих устройство, предназначенное для переноса и преумножения тепловой энергии, полученной от источника с более низким потенциалом. Современные геотермальные насосы являются высокотехнологичным, экологически чистым оборудованием, не выделяющим в процессе работы вредные вещества, приносящие вред человеческому организму и зачастую разрушающие озоновый слой.

Достоинства геотермальной конвекционной системы

Учитывая то, что к альтернативным методам получения энергии (коим является система геотермального отопления) зачастую относятся довольно скептически, конвекционная система геотермального отопления, очевидно, является приятным исключением. Несмотря на довольно сложный принцип монтажа и высокую стоимость оборудования для геотермального отопления, такие системы обладают огромным количеством весомых преимуществ, без проблем компенсирующих все материальные и трудовые затраты.

Рассмотрим основные из них:

1.Основное достоинство, благодаря которому стоит заняться оборудованием геотермальной отопительной системы – максимальная экологичность и высочайшая производительность при минимальном потреблении энергетических ресурсов;

2.Абсолютная независимость от электроэнергии: тепловые установки подобного профиля могут функционировать за счет потребления энергии воды, грунта или воздуха;

3.Длительный эксплуатационный срок – по мнению специалистов, стандартная геотермальная отопительная система может эффективно функционировать минимум в течение 50 лет;

4.Возможность постоянного поддержания оптимальных микроклиматических условий в теплице за счет регулирования относительной влажности воздуха, что обеспечивает создание мягкого и сбалансированного микроклимата с возможностью постоянного регулирования вентиляции и показателей влажности;

5.Способность беспроблемного обогрева помещения, характеризующегося большой площадью (более 150 кв. м), а также обеспечения его тепловодоснабжения.

Конструктивные особенности геотермальной системы отопления

Как упоминалось выше, сооружение систем геотермальной конвекции ассоциируется с определенными сложностями, основной из которых является размещение основных функциональных элементов системы глубоко под землей.

Сооружение альтернативной системы энергообеспечения связано с монтажом подземных коммуникаций, что обуславливает необходимость масштабной выемки грунта. Но, несмотря на это, сооружение геотермального отопления, стоимость оборудования для которого значительно ниже, относительно затрат, необходимых для организации электрического или газового отопления.

Конструктивные особенности геотермальной системы сложны лишь на первый взгляд, однако, вникнув в ее суть, можно без труда организовать систему альтернативного энергопотребления своими руками. Ее конструкция подразумевает наличие двух контуров, расположенных как в теплице, так и под землей. Первый требуется для отопления самого помещения, а второй необходим для сбора тепла в недрах земли, то есть, по сути, за счет него происходит тепловой обмен.

Установка описываемого теплообменника может осуществляться либо ниже точки промерзания грунтового слоя, либо в водоемах, для которых промерзание не свойственно. В трубу контура, расположенного под землей, заливают тепловой носитель, роль которого выполняет очищенная вода, либо вода, разбавленная антифризом в определенных пропорциях. Теплоноситель предназначен для сбора тепловой энергии глубоко в недрах земли, которая впоследствии передается тепловому насосу, снабженному двумя теплообменниками.

Последовательность действий при монтаже геотермальной системы

1.Перед тем, как заняться установкой геотермального отопления, необходимо создать его проект, который разрабатывается задолго до постройки теплицы. Однако важно помнить, что расчет плотности воздуховодов, которая должна быть не менее 2,7 м на квадратный метр отапливаемого помещения, также должен проводиться на этапе проектирования;

2.Далее на участке земли, выбранном под постройку теплицы, организовывают котлован, глубина которого соответствует уровню зимнего промерзания почвы (для средней полосы приблизительно 3 м). С данной задачей можно справиться как вручную, так и воспользоваться тяжелой строительной техникой;

3.Нельзя забывать про необходимость изоляции откосов котлована, которая производится с помощью пенополистирольных плит на глубине, равной 0,7 м. Впоследствии дно котлована последовательно засыпается мелким щебнем, 30-сантиметровым слоем песка и тщательно утрамбовывается;

4.В последующем особенности проекта предусматривают укладку воздуховодов, которая производится в соответствии с заранее подготовленными контурами. В роли воздуховодов выступают ПВХ трубы, диаметр которых составляет 110 мм, фиксируемые с помощью проволоки. Важно соблюдать расстояние от стен свежевырытого котлована, которое не должно быть меньше 30 см. Далее трубопровод мысленно разделяют на отдельные участки, равные 2 м, соединяющиеся в центре тройниками. Центральное ответвление по продольной оси выводится на поверхность;

5.Боковые отводы каждого из участков аналогично выводятся на поверхность и, также как и центральные, защищаются полиэтиленовыми мембранами. По окончании монтажа системы, ее необходимо присыпать землей до верхней теплоизоляционной границы;

6.Участок, площадь которого заведомо незначительно превышает площадь теплицы, по периметру покрывают пенополистиролом и засыпают грунтом;

7.Далее, собственно, необходимо заняться постройкой самой теплицы, и лишь потом нарастить центральные ответвления воздуховода таким образом, чтобы концевые участке труб располагались на расстоянии 30 см от крыши теплицы. Боковые ответвления при этом в наращивании не нуждаются;

8.На завершающем этапе монтажа на концевых отделах воздуховода производится установка вытяжного вентиляционного оборудования или фильтрующей установки.

Геотермальное отопление теплицы. Делаем своими руками

В этой статье мы расскажем, пожалуй, о самом оптимальном способе обогрева теплиц и оранжерей — геотермальной системе отопления. Вы узнаете о принципах ее работы, преимуществах, а также получите подробную инструкцию по самостоятельному устройству этой системы у себя на участке.

Устройство теплиц и оранжерей включает в себя множество нюансов, не уступающих друг другу по важности. Продуктивная работа системы отопления для теплицы важна гораздо больше, нежели освещение или проветривание. Современные достижения в отрасли инженерных коммуникаций дают оригинальное решение для реализации тепличного отопления, основанного на законах природы и энергоресурсах из возобновляемых источников.

Геотермальный обогрев — очевидный выбор рационального хозяина

Главной задачей отопительной системы является поддержание необходимого уровня температуры в зоне выращивания и созревания хозяйственных культур. В зимнее время года, когда температура на улице ниже допустимой, действия парникового эффекта недостаточно, а потому должен использоваться дополнительный источник тепла для обеспечения благоприятного климата. Естественно, что система отопления должна быть не только высокопроизводительной, но и максимально экономичной.

Преимущества геотермальной конвекции

К инновационным методам альтернативного энергообеспечения зачастую относятся весьма скептически, полагая, что бесплатных методов получения энергии не может существовать. Конвекционные системы геотермального отопления можно смело внести в ряд исключений из этого правила. Несмотря на ощутимую сложность в исполнении, о которой речь пойдет ниже, такие системы обладают массой преимуществ, с лихвой компенсирующих все недостатки:

1. Полная автономность. Система не зависит от поставки энергоносителя.
2. Конвекционные отопительные системы не несут никаких затрат в процессе эксплуатации
3. Нет необходимости в обслуживании, согласовании, периодическом ремонте.
4. Срок службы — от 50 лет при правильном обустройстве.
5. Поддержание необходимого климата в течение всего года.
6. Создание мягкого и сбалансированного микроклимата с автоматической регулировкой влажности и равномерной вентиляцией.
7. Система является дополнительным источником углекислого газа.

Принцип действия

Чтобы в дальнейшем осуществить технически грамотный монтаж с минимальными затратами времени, следует знать основные принципы, по которым система геотермальной конвекции работает. Суть в том, что глубоко залегающие слои грунта имеют постоянную температуру в 5–7 градусов Цельсия в зимний период и 10–12 градусов в летний. Этого вполне достаточно для обеспечения базовой температуры, которая может быть многократно повышена за счет солнечного излучения при действии парникового эффекта в зимний период.

Летом система оберегает растения от повышенных температур за счет стабилизации внутреннего климата охлажденным воздухом. Таким образом, на протяжении всего года поддерживается температура в диапазоне 23–27 градусов, чего вполне достаточно для выращивания овощных культур, распространенных в средних широтах. Важно заметить, что за счет воздухообмена почва исполняет роль теплового накопителя: нагревается днем и равномерно отдает тепло в ночное время.

Известно, что с помощью таких теплиц, прекрасно функционирующих в условиях вечных ледников, Гренландия полностью обеспечивает свое население экзотическими фруктами. Понятно, что в условиях такого сурового климата требуется дополнительный подогрев, но затраты на его обеспечение ничтожны.

Затраты при монтаже

Как уже говорилось, процесс сооружения систем геотермальной конвекции связан с определенными сложностями. В первую очередь — с размещением основных функциональных элементов глубоко под землей. Сооружение конструкций такого рода связано с масштабной выемкой грунта и устройством подземных коммуникаций, что требует определенных затрат времени, сил и средств. Но эффективность и экономичность такого метода отопления для теплиц неоценимы, а потому они стоят всех затраченных усилий. К тому же, стоимость строительных материалов будет невысокой относительно средств, вкладываемых в организацию газового или электрического отопления.

Подготовка к сооружению

Оборудовать уже построенную теплицу геотермальным отоплением не представляется возможным. В любом случае эффективность такого усовершенствования будет гораздо ниже, чем если бы сооружение такой системы подразумевалось еще на стадии проектирования.

Определяем подходящий участок

Как правило, ГТК-системы применяют в довольно крупных теплицах и оранжереях, ориентированных на круглогодичное выращивание овощных культур или цветов. Их применение целесообразно при площади теплицы от 50 кв. м, а с увеличением полезного пространства эти системы работают еще эффективнее. Поэтому стоит изначально определиться с размерами проектируемого строения.

Для сооружения отопительной системы потребуется участок, с размерами несколько больше габаритов предполагаемого строения, на котором нет деревьев и построек: в процессе сооружения этот участок превратится в глубокий котлован. Площадь этого плана должна быть, как минимум, на треть больше планируемой площади теплицы с соблюдением этой зависимости в линейных размерах. То есть, если запроектирована теплица шириной в 6 м и длиной в 12 м, размеры участка должны составить 8х16 метров. При габаритных размерах свыше 14 метров, увеличивать площадь котлована следует не более чем на 3,5 метра: при ширине и длине теплицы 16х20 метров, соответственно, котлован должен иметь размер 19,5х23,5 метра.

Техническая база, необходимая для реализации проекта. Подготовка к проведению работ

В первую очередь нужно обеспечить возможность размещения выработанного грунта в непосредственной близости к сооружаемой теплице. Кроме того, если нецелесообразно производить выемку грунта вручную, следует организовать возможность подъезда экскаваторной техники. Основными расходными материалами, используемыми при сооружении ГТК-системы отопления, являются речной песок, щебень мелкой фракции, бутовый кирпич, сантехнические трубы диаметром 110 мм и узловые соединения для них, а также плиты из вспененного полистирола. Затраты на материалы могут сильно варьироваться, в зависимости от проектируемой плотности системы, однако стоит отталкиваться от $120–140 на квадратный метр готовой теплицы. Стоит заметить, что чем более теплым является климат в регионе сооружения теплицы, тем меньшая должна быть плотность подземных коммуникаций.

Расчет функциональных показателей

Основным техническим параметром, характеризующим работу отопительной системы, является количество калорий тепловой энергии, отдаваемых в определенный замкнутый объем. Подробные выкладки и расчеты для геотермального отопления теплиц доступны лишь для проектов, основанных на работе тепловых насосов. Ввиду отсутствия нормативных баз для систем геотермальной конвекции остается довольствоваться лишь нормами, предусмотренными СНиП 23–01–99 и СниП 2.04.05–91. В этих документах речь идет о проектировании и реализации климатических систем общего назначения, в нашем же случае, на помощь приходит система основных соотношений, проверенная практическим опытом.

Для обеспечения эффективной работы системы следует руководствоваться следующим правилом: плотность размещения воздуховодов под землей должна составлять не менее 2,7 метра на один квадратный метр полезной площади теплицы. Уменьшение этого показателя сделает работу системы менее эффективной, а более плотное размещение подземных коммуникаций даст преимущество в более стабильном климате с меньшей амплитудой колебания температур.

Практическая реализация. Монтаж

Процесс сооружения такой отопительной системы может занять от двух недель до одного месяца, в зависимости от степени участия и размеров сооружаемого объекта. Если работы по выемке грунта проблематично выполнить только лишь своими силами, то самостоятельное сооружение сети коммуникаций сложностей не вызовет.

Котлован и его подготовка

Котлован должен иметь глубину, пропорциональную уровню промерзания почвы в зимний период. Система гарантированно работает при глубине в 3–3,2 метра, но этот показатель может быть значительно меньше, если речь идет о южных регионах, подверженных влиянию континентальных воздушных течений. Плодородный слой почвы снимается на глубину 25–30 см и сохраняется, в то время как глина и почва с ее вкраплениями могут быть частично вывезены. Котлован должен иметь прямоугольную или трапециевидную форму, стенки крепить нет необходимости. Откосы котлована на глубине более 0,7 метра изолируются при помощи плит из пенополистирола. Дно котлована сначала засыпается слоем щебня мелкой фракции на 10–15 сантиметров, а после — песком до 30 сантиметров и подвергается легкой трамбовке. При помощи натянутых нитей осуществляется разметка внутренних контуров стен будущей теплицы и ее продольной оси.

1 – плодородная почва; 2 – глина; 3 – песок (250-300 мм); 4 – щебень или гравий; 5 – плиты ППС

Укладка воздуховодов и засыпка

На приготовленной постели при помощи холоднокатаной проволоки толщиной 6 мм фиксируются канализационные ПВХ-трубы диаметром 110 мм. Прокладка осуществляется по намеченному заранее контуру пролегания, обеспечивающему необходимую плотность размещения подземного воздуховода. Лучше всего использовать укладку труб «змейкой», разбивая трубопровод на участки шириной до 1,5–2 метров. Трубы следует прокладывать на расстоянии в 30–50 сантиметров от стен котлована. Каждый участок воздуховода должен иметь в центре тройниковое соединение с тремя раструбами, центральное ответвление от которого выводится на поверхность строго по продольной оси планируемого строения с возможным отклонением до 0,5 метра в западную сторону.

1 – тройник D 110 мм с тремя раструбами; 2 – двухстороннее колено 90°; 3 – боковое ответвление; 4 – центральное ответвление

Боковые отводы каждого сегмента также выводятся на поверхность, но на расстоянии в 20–25 см от стен будущей теплицы и вместе с центральными ответвлениями плотно глушатся полиэтиленовыми мембранами или пластиковыми заглушками. Вертикальные участки воздуховода лучше фиксировать присыпкой у основания. Когда система воздуховодов полностью смонтирована, производится засыпка котлована до верхней границы теплоизолирующего слоя, то есть до 0,7 метра от поверхности земли. При этом необходимо контролировать строго вертикальное положение ответвлений, выходящих на поверхность.

Заключительный этап работ

После засыпки котлована до необходимого уровня, участок, расположенный за пределами периметра теплицы, укрывается пенополистиролом и засыпается черноземом до уровня земли. Внутри будущей теплицы должен образоваться приямок глубиной в 90 сантиметров, причем следует обеспечить крепление его стен при помощи щитовой опалубки и изолировать с наружной стороны при помощи плит ППС. Углубление под теплицу засыпается необходимым для выращивания растительных культур количеством чернозема с тем расчетом, чтобы поверхность земли была на 35–40 сантиметров ниже плоскости прилегающего земельного участка. После постройки теплицы необходимо центральные ответвления воздуховода нарастить таким образом, чтобы концы труб находились на расстоянии 30–35 сантиметров от уровня крыши. Боковые ответвления остаются на прежнем уровне, или могут быть обрезаны до 10–15 сантиметров от уровня почвы.

Принудительная конвекция

В качестве оконцевания отводов, выходящих на поверхность, можно использовать обычный вентиляционный грибок: система в большинстве случаев хорошо работает без принудительного воздухообмена. При желании увеличить рабочие показатели и избежать сильных перепадов температуры, можно использовать самодельные вытяжные вентиляторы и фильтрующие установки. Устройство для принудительного воздухообмена включает в себя функцию грубой фильтрации воздуха и может быть изготовлено самостоятельно по простой и эффективной схеме.

1 – вентилятор; 2 – сетка; 3 – герметик

В качестве основания такого устройства используется футляр — соединительная или компенсационная муфта для канализационных труб. В середину футляра вставляется электрический вытяжной вентилятор (следует учитывать направление создаваемого потока) и крепится посредством силиконового герметика с тщательной заделкой зазоров. Электрические вентиляторы, применяемые в системах принудительной вентиляции, имеют значительную стоимость, а поэтому вполне подойдут либо устройства, извлеченные из недорогих вентиляционных решеток, либо корпусные кулеры для оргтехники. Последние, стоит заметить, имеют рабочее напряжение питания 12 В, и должны работать в режиме постоянного включения, в то время, как другие вентиляторы могут коммутироваться при помощи суточного или периодического реле времени: достаточно кратковременного включения на 15 минут в течение каждого часа. Готовое устройство устанавливается на боковые ответвления и закрывается сверху вентиляционным грибком.

Фильтрация воздуха и устранение конденсата

Применение фильтров, как таковых, не требуется. Достаточно использовать два слоя москитной сетки с размером ячейки 0,2–0,4 миллиметра, чтобы избежать проникновения в систему насекомых (бабочек, муравьев, пауков). Сетку лучше натянуть на самодельных пяльцах и вклеить в футляр с вентилятором.

Из-за разницы температур воздуха и грунта в трубопроводе может собираться большое количество конденсата. Чтобы этого избежать, можно перед закладкой труб просверлить в них отверстия диаметром 5 мм количеством 10–15 шт на погонный метр трубы. Естественно, при закладке трубу следует ориентировать отверстиями строго вниз. Если такое усовершенствование проведено, вода из состава воздуховода будет уходить в рыхлый слой постели, а влажность воздуха в теплице можно равномерно регулировать, подливая небольшое количество воды (3–5 литров) в каждый сегмент воздуховода.

Система отопления теплиц, основанная на геотермальной воздушной конвекции, является самым экономным средством обеспечения стабильного и теплого климата, благоприятного для выращивания и созревания культурных растений. Она не требует никакого обслуживания, кроме периодической очистки москитных фильтров, и рекомендует себя в качестве полностью автономного климатического оборудования.