Геотермальное отопление частного дома

Цена: 1 170 000 р.

Цена: 1 280 000 р.

Геотермальное отопление

Проектирование максимально эффективной отопительной системы загородного дома требуется производить так, чтобы система была экономически выгодной пользователю, технологически современной и простой в исполнении. Организация отопления с использованием классических вариантов, работающих на газу, электричестве и другом энерготопливе, является дорогостоящей, причиной чему стал ежемесячный рост цен на газ и электричество. Поэтому многие владельцы загородной жилплощади, устанавливают в своих домах актуальную сегодня и современную геотермальную отопительную систему.

Нет ничего удивительного в том, что на территории нашей страны геотермальные отопительные системы, явление достаточно новое. На своем первоначальном этапе, этот способ отопления применялся только в США в обогреве дорогостоящего элитного жилья. Показав на практике свою долговечность и рентабельность, геотермальные системы отопления помещений начали широко использоваться в обычных домах.

Стремительное развитие современных технологических процессов в сфере энергоотопления, сделали этот вид обогрева дома доступным для широких масс и популярным во всех странах мира, где необходимо заботиться о тепле своего жилья в холодное время года.

Геотермальные системы отопления

Множество разговоров о геотермальных тепловых насосных системах вокруг, возможно вдохновят Вас на то, чтобы сделать собственную, современную систему отопления в своем доме или коммерческом объекте. Но Вы не знаете, какая система должна быть установлена. Имейте в виду, что существуют различные типы геотермальных систем. Геотермальные системы эффективны благодаря их безграничному энергоснабжению и минимальным затратам. Сейчас они применяются и доступны как на бытовом, так и на промышленном уровне.

Существует основных четыре типа геотермальных систем, с вертикальным теплообменником — это скважина, горизонтальным теплообменником с различными способами укладки, водяной и воздушный теплообменник. Их выбор зависит от имеющихся условий на данном объекте.

1. Вертикальная закрытая система: как следует из названия, эта система занимает немного места и представляет собой скважины, пробуренные глубоко в земле. Она используется для многоэтажных жилых комплексов, частных больших домов и для крупных коммерческих зданий.

2. Горизонтальная закрытая система: она занимает больше места по ширине и длине, чем вертикальные системы, и имеет много схем укладки. Следует убедиться, что для их установки имеется достаточно места. В пригородной установке они являются наиболее жизнеспособными системами.
Система пруда или озера: эта система должна иметь источник воды около своего участка. Подземные трубы проходят от здания к водоему. Трубы выполнены в виде концентрических витков, и установлены на такую глубину, чтобы вода не замерзала.

3. Система незамкнутого витка: этой системе нужна непрерывная поставка чистой воды, которую можно использовать для поглощения жары от воды под землей. Поэтому водные геотермальные объекты используются для теплообмена между жидкостями.

4. Воздушный теплообменник: Система воздух-воздух, это тепловой насос с воздушным источником может обеспечить эффективное отопление и охлаждение для Вашего дома. При правильной установке, тепловой насос с воздушным источником может доставить в дом в три раза больше тепловой энергии, чем потребляемая им электрическая энергия.

Как видите, выбор геотермальной системы отопления всегда сложный вопрос и есть много важных факторов, влияющих на все типы систем. Каким экологическим способом и откуда брать тепловую энергию — из земли, воды или воздуха, разобраться во всех этих вопросах, Вам помогут наши специалисты.

Преимущества геотермального отопления частного дома

По сути, геотермальные отопительные системы обогреваю помещение теплом земли, которое преобразуется и подается в помещение с помощью специальных тепловых насосов. К преимуществам таких отопительных систем грамотные специалисты относят:

• забор энергии у природы (нет необходимости использовать газ и электричество);
• рабочую долговечность (система может прекрасно функционировать более 30 лет);
• экологическая чистота (нет вредных выбросов в атмосферу);
• высокий уровень производительности и безопасность;
• полная автоматизация системы, гарантирующая простоту обслуживания;
• экономичность (нет необходимости тратить деньги на обслуживание и ремонт системы);
• надежность и эксплуатационная эффективность.

Конечно, в монтаж геотермальной системы отопления потребуется вложить немалое количество средств, так как необходима закупка специального оборудования и выполнение ряда земляных работ, без которых установка системы просто невозможна. При этом возврат затрат будет возможен через несколько месяцев эффективного использования геотермального отопления при обогреве загородного дома.

Принцип работы современных геотермальных отопительных систем

Как было отмечено выше, геотермальное отопление работает на природной энергии, которую черпает из земли и воды и преобразует в тепло, распределяемое по помещениям жилого дома. Этот вид энергии просто неисчерпаем, так как в зимнее время грунт не промерзает свыше 1,5 метров и на такой глубине земля всегда сохраняет плюсовую температуру. Если глубину траншеи, в которую укладывается теплообменник, увеличить еще на пять метров, тогда бесплатная тепловая энергия возрастет в несколько раз, сделав процесс обогрева максимально эффективным.

То есть, тепловые насосы, являющиеся основой геотермальных систем отопления, поглощают выделяемое землей тепло и приумножают его. Для более эффективного поддержания этого технологического процесса, монтажниками бурятся глубокие шахты-скважины, в которые опускается специальное оборудование. Нужная глубина шахты определяется опытными специалистами, которые обязаны учитывать не только климатические условия местности, но и площадь обогреваемого помещения. После незначительной доводки оборудования, геотермальное отопление частного дома готово к работе.

Воздушный или геотермальный тепловой насос

При строительстве или модернизации дома все сталкиваются с очень важным вопросом, касающимся выбора способа обогрева здания. Тепловые насосы становятся все более популярными. Их преимущество перед традиционными методами отопления заключается в том, что они практически не требуют обслуживания, экологичны и чрезвычайно экономичны в эксплуатации.

Тепловой насос позволяет обогревать дом и получать горячую воду наиболее экологичным способом, поскольку он использует энергию из возобновляемых источников. Разнообразие доступных технологий иногда затрудняет выбор наиболее подходящей системы.

Воздушные тепловые насосы

Как следует из названия, аккумулятор в воздушных тепловых насосах — это окружающий воздух для отопления или питьевой воды. Устройства этого типа устраиваются в виде компактных блоков, устанавливаемых внутри или снаружи здания. Установка такого насоса проста и занимает максимум 2 дня. Воздушные тепловые насосы бывают двух типов: моноблочные или сплит (внутренний и наружный блоки). Значительное снижение температуры воздуха, то есть более низкая температура источника в зимний сезон, приводит к значительному снижению эффективности воздушных насосов в течение этого периода. Именно по этой причине воздушные устройства должны поддерживаться дополнительной системой отопления.

Геотермальные тепловые насосы

В геотермальных системах аккумулятор энергии заземлен. Для сбора тепла, накопленного в земле, установлены горизонтальные или вертикальные датчики, заполненные раствором гликоля (хладагента). Установка наземной насосной системы является более сложной, трудоемкой и требует наличия соответствующей площади участка для размещения коллекторов. Несмотря на эти трудности, такой насос все чаще выбирают в качестве метода отопления частных домов.

Геотермальные тепловые насосы в настоящее время являются наиболее экономичным и экологичным решением среди доступных систем отопления. Хотя первоначальные инвестиционные затраты кажутся неоправданно высокими, они окупаются в течение нескольких лет использования. Здание, отапливаемое этим типом устройства, не требует какой-либо другой системы отопления. Кроме того, установка этой системы увеличивает стоимость всего дома

Рекомендации по выбору насоса

Выбор подходящего теплового насоса зависит от многих факторов. Если в здании уже есть система отопления, а инвестиции в насос должны стать способом снижения затрат на отопление здания или нагрев воды, хорошим выбором будет компактный воздушный насос. Если же насос будет единственным способом обогрева, остающимся неизменно надежным независимо от внешних условий, и у вас есть участок для установки батарей в землю — наиболее удовлетворительным решением будет геотермальный насос.

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

Существует много различных вариантов обогрева жилища. Внимание людей закономерно сосредоточено на поисках таких способов, которые потребляют меньше всего энергии. Ожесточенные споры вызывает такой прогрессивный способ получения тепла, как использование подземных источников.

Как устроено?

Принцип работы геотермального отопления подразумевает использование тепловых насосов. Они действуют по классическому циклу Карно, беря глубоко внизу холодный теплоноситель и получая взамен нагретый до 50 градусов поток жидкости внутри отопительной системы. Аппаратура работает с коэффициентом полезного действия от 350 до 450% (это не противоречит фундаментальным физическим законам, почему – будет сказано позже). Стандартный тепловой насос обогревает дом или иное здание за счет тепла земли на протяжении 100 тысяч часов (именно таков средний промежуток между профилактическими капитальными ремонтами).

Нагрев до 50 градусов выбран неслучайно. Именно такой показатель по результатам специальных расчетов и при изучении практически реализованных систем был признан наиболее эффективным. Поэтому земляное отопление, использующее поток энергии из недр, в основном дополняется не радиаторами, а теплым полом или воздушным контуром. В среднем, на 1000 Вт энергии, приводящей в работу насос, удается поднять наверх примерно 3500 Вт тепловой энергии. На фоне безудержного роста стоимости теплоносителя в магистральной сети и иных способов отопления это очень приятный показатель.

Геотермическое отопление образовано тремя контурами:

• грунтовым коллектором;
• тепловым насосом;
• собственно, греющим комплексом дома.

Коллектором называется подборка труб, которые дополнили насосом для рециркуляции. Теплоноситель во внешнем контуре имеет температуру от 3 до 7 градусов. И даже такой незначительный внешне разброс позволяет системе эффективно решать поставленные задачи. Для передачи тепла используют либо этиленгликоль в чистом виде, либо его смесь с водой. Полностью водные контуры подземного обогрева встречаются редко.

Причина проста – та вода, которая встречается в достаточно разогретом слое почвы, быстро разъедает оборудование. И даже такую жидкость можно найти далеко не в любом произвольно взятом месте. Выбор конкретного теплоносителя определяется конструктивными решениями инженеров. Насос подбирается в зависимости от устройства остальных частей системы. Поскольку глубина скважины (уровень заложения оборудования) определяется природными условиями, решающие отличия между типами геотермальных систем связаны с устройством коллектора в грунте.

Горизонтальная структура подразумевает расположение коллектора под линией промерзания почвы. В зависимости от конкретной местности это означает углубление на 150-200 см. Такие коллекторы могут оснащаться различными трубами, как медными (с внешним слоем из ПВХ), так и сделанными из металлопластика. Чтобы получить от 7 до 9 кВт тепла, придется уложить не менее 300 кв. м коллектора. Такая методика не позволяет приближаться к деревьям более чем на 150 см, а по окончании монтажа придется благоустраивать территорию.

Вертикально выставленный коллектор подразумевает бурение нескольких скважин, причем обязательно устремленных в разные стороны, и каждую ведут под своим углом. Внутри скважин располагаются геотермальные зонды, тепловая отдача от 1 пог. м достигает примерно 50 Вт. Нетрудно подсчитать, что для идентичного количества тепла (7-9 кВт) придется поставить 150-200 м скважин. Преимущество в этом случае не только в экономии, но и в том, что ландшафтная структура территории не изменяется. Надо будет только выделить небольшой участок для монтажа кессонного блока и для выставления концентрирующего коллектора.

Нагреваемый от воды контур практичен, если можно вывести наружный узел обмена теплом в озеро или пруд на глубину от 200 до 300 см. Но обязательным условием будет расположение водоема в радиусе 0,1 км от отапливаемого строения и площадь водного зеркала минимум 200 кв. м. Существуют также воздушные теплообменники, когда получение тепла внешним контуром происходит из атмосферы. Подобное решение отлично проявляет себя в южных областях страны и не требует никаких земляных работ. Слабости системы – низкий КПД при морозе в 15 градусов и полная остановка, если температура понизится до 20 градусов.

Особенности

Геотермальное отопление дома, загородного в первую очередь, не расходует дорогостоящее и загрязняющее воздух минеральное топливо. Вот уже 7 из 10 новых домов, возводимых в Швеции, отапливаются именно таким образом. В жаркие дни геотермальное оборудование из нагревателя становится средством пассивного кондиционирования. Вопреки распространенному мнению, для работы такой отопительной системы не нужны ни вулканы, ни гейзеры. В самой обычной равнинной местности она действует ничуть не хуже.

Единственным условием оказывается достижение тепловым контуром точки ниже линии промерзания, где температура почвы всегда составляет от 3 до 15 градусов. Сверхвысокий КПД только кажется противоречащим законам природы; тепловой насос насыщен фреоном, который испаряется под действием даже кажущейся людям «ледяной» воды. Пар согревает третий контур. Такая схема представляет собой вывернутый наизнанку холодильник. Потому эффективность насоса относится только к количественному соотношению электрической энергии и тепловых ресурсов. Сама по себе работа привода производится «как полагается», с неотвратимыми потерями энергии.

Достоинства и недостатки

Объективными плюсами геотермального обогрева можно считать:

• превосходный КПД;
• солидный период службы (тепловой насос работает 2-3 десятилетия, а геологические зонды и вовсе до 100 лет);
• стабильность работы практически при любых условиях;
• отсутствие привязки к энергоносителям;
• полная автономность.

Есть одна серьезная проблема, мешающая сделать геотермальное отопление действительно распространенным решением. Это, как показывают отзывы владельцев, высокая цена создаваемой конструкции. Чтобы обогреть обычный дом площадью 200 кв. м (не так уж и редко встречающийся), надо будет строить систему под ключ за 1 млн рублей, до 1/3 этой суммы стоит тепловой насос. Автоматизированные установки очень комфортны, и если все настроено правильно, могут работать годами без вмешательства людей. Все упирается только в наличие свободных средств. Еще одним минусом является зависимость от электропитания насосного узла.

Риск воспламенения геотермальной отопительной системы нулевой. Опасаться занятия ею излишнего места не стоит, в самом доме необходимые части потребуют примерно той же площади, что и рядовая стиральная машина. Более того, высвобождается пространство, которое обычно приходится отводить под запасы топлива. Собственноручно построить необходимые контуры вряд ли получится. Проектирование тоже лучше поручить профессионалам, поскольку малейшая ошибка может привести к неприятным последствиям.

Обустройство

Геотермальный обогрев своими руками пытаются создать достаточно многие люди. Но чтобы такая система работала, должны быть произведены тщательные расчеты, требуется также составление схемы разводки труб. Нельзя приближать скважину к дому больше чем на 2-3 м. Наибольшая допустимая глубина бурения достигает 200 м, однако неплохую эффективность демонстрируют скважины, достигающие и 50 м.

Расчеты

Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:

• температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
• значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
• влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.

Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м, а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год. Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине. Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.

Нужно внимательно рассчитывать действия по регенерации свойств грунта. Только подавая периодически в скважину тепло вместо извлечения его наружу, можно гарантировать стабильную работу системы на многие годы вперед. Как часто это делать и что еще предпринять – подскажут как раз расчеты, производимые опытными проектировщиками. Время окупаемости геотермального обогрева даже при высочайшей эффективности составляет не меньше 10 лет. Так что кроме инженерных моментов, следует внимательно просчитывать и экономику проекта.

Последовательность работ

Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин. И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления. В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.

Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий, конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе. Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники. Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.

Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки». Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка. В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).

Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры. Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%. Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.

Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм. Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта. Если она менее 20 Вт на 1 кв. м, никакого смысла в геотермальном контуре нет. Чтобы обеспечить отвод грунтовых вод, дно котлованов покрывают слоем песка. Отлично проявляют себя трубы на основе сшитого полиэтилена.

Рекомендации по эксплуатации

Наиболее эффективная работа теплового насоса обеспечивается в помещениях, где температура воздуха составляет от 14 градусов тепла. При любой возможности стоит предпочитать вертикальное расположение контуров горизонтальному, потому что оно самое эффективное из всех. Судя по отзывам, в чистом виде геотермальный обогрев нерационален, он прогревает воду слишком долго, потому во многих случаях такая система выполняет сугубо вспомогательную роль. Чтобы добиться высочайшей результативности, следует ориентироваться на максимально допустимую интенсивность вовлечения теплового ресурса и расчетных дебитов скважины.

Если внизу расположены не сухие породы, а горячая вода, это практически оптимальная ситуация. Тогда появляется возможность сэкономить и получить максимальную выгоду. Но надо помнить, что если планируется попутно использовать горячие подземные источники для водоснабжения, вода в них должна соответствовать типовым санитарным требованиям. Когда химический анализ показывает присутствие агрессивных компонентов, целесообразно организовать два автономных контура, жидкость в которых не перемешивается, а происходит только обмен теплом. На стенах закрепляют компрессоры либо от холодильников, либо от кондиционеров.

Если проводка в доме довольно слабая, стоит применить пару компрессоров, чтобы сократить пусковой ток благодаря последовательному включению. При монтаже конденсаторов следует заботиться о движении в них фреона от верхней точки к нижней, а не наоборот. Чтобы коллектор стабильно работал и обогревал помещение, его площадь (для частного дома величиной 100 кв. м) должна составлять 200-250 м2. Горизонтальную схему отопления не стоит использовать, если планируется впоследствии разбить сад или огород. Для комплектования системы можно использовать даже обычный скважинный насос.

О том, что такое геотермальное отопление и как его установить, смотрите в следующем видео.