Термальное отопление дома

В моду входят альтернативные способы обогрева жилья. Для таких систем нет необходимости в близком расположении дома от газовых магистралей. При этом в конструкциях не предусмотрено никакого сжигания топлива. Одним из эффективных вариантов является термальное отопление дома. Развивающиеся технологии способствуют тому, что на отечественном рынке появляются разнообразные модели этого вида обогрева помещений.

Применение энергии земли

Необходимо учитывать, что грунт даже при сильном морозе не промерзает слишком глубоко в большинстве регионов страны. Данной свойство эксплуатируется даже строителями, которые занимаются прокладкой трубопроводов ниже среднего уровня промерзания почвы. Термальное значение имеет показатель на уровне +5-+7 0 С. Это позволяет использовать энергию земли для отопления дома.

Полученное тепло благодаря современной установке удается аккумулировать. Принцип работы геотермального отопления дома, по отзывам владельцев, схож с принципом работы холодильника. Алгоритм рабочего цикла заключается в следующем:

• нужно получить тепло, чтобы сохранить его и перенаправить в энергетический аккумулятор;
• осуществляется нагрев антифриза в одном из контуров системы, а он передает энергию воде, циркулирующей во втором контуре отопления и ГВС;
• охлажденный антифриз перенаправляется в район теплообменника, чтобы снова набраться теплом.

Такой подход позволяет воспользоваться для отопления дома теплом земли. В работе систем используются геотермальные насосы. Извлеченного тепла может хватить как для работы установки в виде основного источника тепла в помещении, так и для эксплуатации ее в качестве дублирующей или вспомогательной схемы.

ВИДЕО: Чудо техники — тепло из-под земли

Принцип работы

Отопление из земли уже давно не является фантастической или единичной разработкой. Во многих европейских странах это направление относится к приоритетным. В нашей стране оно также завоевывает своих поклонников.

Давно было замечено, что во время испарения некоторые вещества охлаждают покидаемую поверхность. Данное свойство впервые стало применяться в бытовых и промышленных рефрижераторах для охлаждения. Позже возникла идея использовать обратный эффект этого явления, получая теплый воздух. Ее внедрили в кондиционеры, работающие на обогрев. Однако, они не способны функционировать при температуре ниже -50С. Геотермальные аппараты лишены такого недостатка.

Схема работы оборудования

Базовым звеном в системе является тепловой насос, используемый в двух контурах:

• первый контур – классическая система отопления с водяным теплоносителем, состоящая из магистральных труб, радиаторов и запорной арматуры;
• второй контур – крупный по габаритам теплообменник, расположенный в толще грунта либо под крупным открытым водоемом.

Внутри второго контура применяют как специальный антифриз, так и подготовленную воду. Он обогревается за счет энергии внутреннего тепла земли и переходит в тепловой насос. От него тепло передается во внутренний контур и поступает в радиаторы.

Важной деталью является тепловой насос. Его габариты не превышают размер стиральной машинки. Потребляя 1 кВт, аппарат выдает 4-5 кВт мощности на обогрев. Для сравнения кондиционеры работают примерно в режиме потребления/отдачи 1 к 1.

Как работает тепловой насос

На сегодня цена тепла земли для отопления дома остается еще пока высокой, но происходит постоянное ее снижение.

Основные затраты в процессе монтажа уходят на дорогостоящее иностранное оборудование и проведение работ с грунтом. Существуют также разработки для того, чтобы самостоятельно сконструировать геотермальные насосы, создающие тепло в доме.

Преимущества системы

Геотермальное отопление обладает массой позитивных качеств, которые выгодно выделяют его среди других систем, например, газовых или электрических. К преимуществами относятся:

• установка абсолютно безопасно в плане возгорания, так как в ней отсутствует пламя;
• для монтажа не нужно пробивать дымоходы;
• отсутствуют вредные выбросы, шумы или неприятные запахи;
• компактное оборудование не занимает много места;
• к нему не нужно доставлять и хранить никакого топлива;
• используется неисчерпаемая энергия земли;
• аппаратура может работать зимой на нагрев, а летом на охлаждение;
• высокая производительность при автономной работе;
• хотя монтажные затраты дорогие, но эксплуатационные расходы в разы меньше, чем у традиционных источников обогрева.

Сравнительная таблица разных систем отопления

Разновидности компоновки

Существует несколько вариантов монтажа геотермальных систем. Они являются близкими по эффективности и применяются в зависимости от возможностей близлежащего ландшафта и температурных условий региона.

Вертикальные установки

Основное отличие заключается в монтаже теплообменника. Наиболее компактным является вертикальное его расположение. Данный вариант не требует значительных земельных площадей. Однако, необходимо использовать буровую установку, так как понадобятся глубинные скважины.

Примерная глубина скважин для геотермальных систем составляет 50-200 м для эффективного функционирования.

Этот вид является наиболее дорогостоящим в монтаже, но его предполагаемый период эксплуатации составляет по заверениям производителей до 100 лет, что пока является наибольшим сроком среди подобных систем. Главным преимуществом вертикального монтажа является максимальная сохранность прилегающего ландшафта.

Горизонтальный монтаж

Для регионов, у которых уровень промерзания грунта относительно неглубокий, выгодно располагать теплообменник в горизонтальной плоскости. Трубы в такой ситуации располагаются в вырытой траншее. Она занимает достаточно большую площадь, что часто преподносится в качестве недостатка этой компоновки. Однако, в этой ситуации не требуется проводить дорогостоящее бурение.

Коллектор в виде трубок распределяется петлями по выделенной территории. Необходимо отстраняться на 1,5-2 м от корней деревьев, чтобы они не повредили конструкцию. Примерная площадь для отопления дома в 250 м2 составит около 600 м2. Не все располагают такими ресурсами для размещения геотермального коллектора.

Подводное размещение

Монтаж коллектора под толщей воды является одним из наиболее эффективных способов обогрева жилья. Желательно, чтобы водоем располагался не дальше 100 м от домостроения. Спирали коллектора монтируются под глубину не менее 2,5-3 м, что позволит находиться им ниже точки промерзания. Зеркало водоема должно быть не менее 200 м 2 по площади.

При водяном размещении коллектора существенно снижается необходимость в водяных работах, при этом нет потерь в эффективности установки.

Внутри дома такое отопление будет напоминать классическую водяную систему с радиаторами. Однако, подогрев теплоносителя будет осуществляться без применения топлива.

Конечно, такая система пока еще очень дорогая – в 2-3 раза дороже газового отопления. Но если просчитать экономию на топливе, безотказность и безопасность оборудования, длительность эксплуатации – обычно дома строят не на 10 и даже не на 20 лет, а на гораздо больший срок, становится понятно, что за такими система будущее. Можно попробовать прямо сейчас заняться установкой, а можно подождать еще несколько лет, когда на рынке появятся отечественные разработки.

ВИДЕО: Экономичное отопление дома, виды тепловых насосов, схема подключения

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.