Используем тепло земли для отопления дома

Энергия земли для отопления дома в настоящее время используется редко – большинство людей предпочитает задействовать традиционные источники энергии. Но цены на топливо постоянно растут, а запасы газа, угля и нефти когда-то, пусть даже через много лет, но завершатся. По этой причине возникает необходимость искать альтернативные источники тепла, в частности — тепло земли для отопления дома.

Обогрев дома теплом земли является более предпочтительным в сравнении с солнечной и ветряной энергией. В Европе уже сейчас широко распространены гелиосистемы, позволяющие использовать солнечные лучи для отопления дома и подогрева воды (прочитайте также: «Гелиосистемы для отопления своими руками»). Однако их применение ограничено – если в странах с теплым климатом их хватает для полноценного обогрева жилья, то в регионах с умеренным климатом слишком много пасмурных дней. Кроме того, солнечные коллекторы должны иметь большую площадь и емкий теплоаккумулятор, и в результате создание системы отопления обходится в большую сумму (прочитайте: «Солнечный обогреватель своими руками»).

Также не помешает иметь дополнительный источник тепла на случай затянувшейся непогоды. Энергия ветра тоже является не самым лучшим вариантом: его сила меняется, а складки рельефа способствуют образованию мест с постоянным штилем.

Если использовать тепло земли для отопления дома, то дополнительный источник энергии не потребуется – в любой день почва на глубине от нескольких метров сохраняет постоянную температуру. Чем больше глубина погружения геотермального насоса, тем выше температура грунта, а соответственно, и эффективность отопления (детальнее: «Геотермальное отопление: принцип работы на примерах»). Однако нужно помнить о глубине промерзания – в разных регионах она отличается.

Геотермальные насосы, использующие тепло земли для отопления дома

Отопление за счет энергии земли происходит благодаря специальному устройству – геотермальному насосу.

Принцип его работы аналогичен холодильнику:

• газообразный хладагент сжимается компрессором, и при этом сильно нагревается;
• хладагент проходит через теплообменник, отдавая избыток тепла и остывая до комнатной температуры;
• после охлаждения это вещество поступает в охлаждающий контур морозильной камеры, где оно потом расширяется. В результате изменения агрегатного состояния с жидкого до газообразного, хладагент резко остывает и охлаждает все вокруг себя;
• затем он вновь поступает к компрессору, и цикл повторяется снова.

Аналогично происходит и отопление дома энергией земли. Например, холодильник отбирает тепло у холодного объекта и передает его теплому предмету, таким образом, тепло переносится от морозилки с минусовой температурой в помещение. Количество перекачиваемой энергии в несколько раз больше потребляемого компрессором электричества.

Отопление от тепла земли отличается высокой эффективностью – тепловая мощность в три раза превышает количество потребляемого электричества. Если сравнивать тепловой насос с холодильником, то в данном случае грунт, имеющий постоянную температуру, заменяет морозильную камеру.

При создании системы отопления нужно установить не только радиаторы для отдачи тепла, но и теплообменник на второй стороне контура, который станет забирать у грунта тепло.

Коллекторы бывают двух видов:

• вертикальные;
• горизонтальные.

Прежде чем начать использовать тепло из земли для отопления дома, нужно определиться с видом коллектора. Как они выглядят, можно посмотреть на фото.

Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли

Однако следует учитывать существенный недостаток данной схемы: отопление из недр земли обходится дорого. Разумеется, первоначальные затраты впоследствии окупятся, но все же далеко не каждая семья может позволить себе такие расходы. Цена бурения высока, и на то, чтобы сделать несколько скважин глубиной в 50 метров, денег потребуется немало.

Горизонтальные коллекторы для обогрева дома теплом земли

Их используют в регионах с относительно теплым климатом, где глубина промерзания почвы не превышает 1-1,5 метров. Организовать отопление дома от земли в данном случае гораздо проще, ведь траншеи можно выкопать и самостоятельно, и стоимость работ значительно уменьшится.

Но и у такой схемы есть недостатки. Прежде всего, выполнить отопление из земли своими руками не так-то просто: например, для дома площадью 275 «квадратов» потребуется уложить в траншеи 1200 метров труб. Помимо того, что придется потратить много времени на копание траншей, трубы еще и займут большую площадь. Использовать этот участок, например, для сада или огорода, нельзя: корни растений будут перемерзать из-за особенностей работы коллектора.

Таким образом, отопление энергией земли является хорошей идеей, но весьма сложной в реализации. Аналогично обстоят дела и с солнечным обогревом. Именно по этой причине альтернативные источники энергии на сегодняшний день мало распространены.

Воздушные коллекторы

Подземное отопление частного дома можно реализовать и с помощью воздушных коллекторов. Это более простой способ воздушного отопления в частном доме по сравнению с двумя предыдущими.

Чтобы нагреть воздух в помещении до комфортной температуры, требуется определенное количество тепла. Чем ниже первоначальная температура, тем выше затраты. С помощью вентиляционной системы и тепла, полученного из грунта, можно бесплатно повысить температуру воздуха в доме. Обогрев теплом земли в данном случае происходит весьма просто.

Для организации системы отопления нужно:

• вывести воздухозабор вентиляции ниже уровня промерзания грунта;
• проложить изогнутый, прямой или многотрубный коллектор с помощью обычных канализационных труб (форма выбирается в зависимости от участка, на каждый квадратный метр площади дома должно приходиться 1,5 метра коллектора);
• сделать воздухоотвод на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту минимум 1,5 метров от земли и оборудовав ее зонтом-дефлектором (разумеется, приток воздуха в дом будет принудительным.

В этом случае земляное отопление не сможет полностью обеспечить дом теплом.

Тем не менее, оно дает возможность реализовать две идеи:

1. Поступающий через вентиляцию воздух можно подогревать любым обогревателем (газовым теплогенератором, соляровым, электрическим и пр.) и затем разводить по комнатам с помощью вентиляционных каналов. Полностью бесплатным такое отопление от земли не будет, но все же затраты уменьшатся: нагреваться станет не холодный уличный воздух, а тот, который уже прогрет примерно до +10 градусов. Особенно хорошо можно сэкономить, если зимы в регионе холодные.
2. Нагретый с помощью тепла земли воздух можно использовать для обдува внешнего блока обычного кондиционера или теплового насоса типа «воздух-воздух». Любое устройство данного класса сможет эффективно работать при температуре около +10 градусов. Сложность реализации заключается лишь в обеспечении нужного воздушного потока. В результате воздух прогревается теплом грунта, поступает к тепловому насосу и отводится за пределы дома.

Отопление теплом земли – хорошая альтернатива традиционным способам обогрева, но в настоящее время оно не является широко распространенным (прочитайте также: «Альтернативное отопление частного дома — выбор достаточно большой»). Это связано, в основном, со сложностью монтажа и большими первоначальными расходами. Лучшим вариантом является бурение скважин и размещение в них труб, но обходится такая система отопления слишком дорого. С другой стороны, это позволяет обогревать дом, пользуясь бесплатным источником тепла.

Также нельзя забывать о том, что такой вариант отопления является экологически чистым и высокоэффективным, поскольку температура почвы на глубине нескольких десятков метров остается постоянной.

Видео о том, как использовать тепло земли для отопления дома:

Гравийный и трубный грунтовый коллектор — используем тепло земли

Каждый владелец загородного дома стремится и мечтает максимально улучшить свои жилищные условия проживания, создавая удобства и комфорт.

При этом всем хочется, чтобы удобство и комфорт стоили как можно дешевле, а эксплуатация дома была бы простой. Одним из таких устройств, является грунтовый коллектор, который использует тепло земли, фото 1.

Фото 1. Грунтовый коллектор

Собираем тепло земли с помощью воздушного теплообменника (грунтового коллектора)

Как известно, температура земли на уровне 1,4…1,6 м от поверхности круглогодично является стабильной, без существенных изменений и примерно составляет 7…12°С. Стабильную температуру можно использовать для создания комфортных условий проживания, в частности для использования геотепла в системе вентиляции здания. Для этого обустраивают грунтовый воздушный теплообменник (ГВТ), который еще называют грунтовым коллектором или геотермальной вентиляцией.

ГВТ позволяет изменять температуру наружного воздуха, проходящего по каналам и поступающего в систему приточной вентиляции и кондиционирования дома, что обеспечивает холодным воздухом летом и теплым – зимой.

Использование ГВТ снижает расход энергии на подогрев (или охлаждение) приточного воздуха примерно на 50%, а совместная работа с рекуператором позволяет снизить энергорасходы на 70…80%. Разница температур на входе и выходе может достигать:

Максимальный и очень ощутимый эффект работы ГВТ приходится при очень высоких (32°С и более) или очень низких (-20°С и ниже) температурах.

Грунтовый коллектор или геотермальную вентиляцию можно использовать не только в загородных домах, но и производственных и общественных помещениях.

В зависимости от конструкции ГВТ (коллектор или теплообменник) может быть:

Гравийный грунтовый коллектор

Грунтовым коллектором или теплообменником в такой вентиляционной системе служит гравий, который помещается в котлован длиной 3…4 м и глубиной 0,8…1,0 м (некоторые принимают глубину котлована 2,5…3 м). Сверху для теплоизоляции гравия укладывают плиты из экструдированного пенополистирола.

На фото 2, представлена схема грунтового гравийного коллектора, у которого расположена с одного конца приточная труба, а с другого – всасывающая труба, которая проложена к дому и по ней проходит охлажденный (или нагретый) воздух.

Фото 2. Гравийный грунтовый коллектор

Слой гравия имеет такую же температуру, как и земля, и холодный воздух, проходя через слой гравия, нагревается и подается в дом. Особенностью гравийного грунтового коллектора является то, что воздух, проходя через гравий, приобретает оптимальную влажность и создает хороший микроклимат в помещении.

К преимуществам гравийного грунтового коллектора можно отнести невысокую стоимость оборудования и устройства, а также низкий расход электроэнергии (затраты электроэнергии для работы маломощного вентилятора).

Недостатком гравийного грунтового коллектора является:

• малоэффективная работа по охлаждению воздуха летом;
• не рассчитан на постоянную беспрерывную работу: следует давать перерыв длительностью в несколько часов для охлаждения или нагревания самого гравия от грунта, так как при постоянной работе через длительное время система будет иметь такую же температуру, как и окружающая среда.

Грунтовый трубный коллектор

Общий принцип работы грунтового трубного коллектора (ГТК) почти такой же, как и в обычной приточно-вытяжной вентиляции, за исключением того, что вентиляционные трубы проходят под землей на глубине ниже уровня промерзания грунта (1,5…1,6 м, но в некоторых случаях может достигать и до 3 м).

Таким образом, система вентиляции с помощью приточного канала и вентилятора втягивает наружный воздух и проходя через трубы под землей воздух нагревается или охлаждается. Таким образом, на входе в дом мы получаем желаемый эффект от грунтовой вентиляции. Принцип работы и схема устройства грунтового трубного коллектора показан на фото 3.

Фото 3. Принцип работы и схема устройства грунтового трубного коллектора

В грунтовой системе вентиляции вытяжка может работать по двум схемам:

• первая схема – по вытяжному каналу удаляется переработанный воздух с помещения прямо наружу;
• вторая схема – переработанный воздух из помещения проходит через вытяжные каналы, расположенные внутри приточного канала и тем самым дополнительно нагревая приточный воздух. Такая система имеет двухконтурный теплообменник, который выполняет функцию рекуператора: по внешнему каналу поступает воздух в помещение, а по внутреннему — выходит наружу.

Чтобы обеспечить максимальную эффективность системы вентиляции приточный воздух подогревают до нужной температуры с помощью электрическими калориферами. Подогрев воздуха приточной вентиляции позволяет снизить расход энергозатрат системы отопления на 20…25%. Экономия от подогрева является существенной, так как теплопотери здания в качестве поступление в дом холодного воздуха могут достигать 35…50%. Длину теплообменника или коллектора выбирают с расчета 1 м.п. трубы обеспечивает 5 м 3 /ч приточного воздуха.

Срок окупаемости грунтового трубного коллектора составляет 12…15 лет.

Энергосберегающая грунтовая система вентиляции «труба в трубе» с рекуператором

Разновидностью трубного грунтового коллектора является грунтовая система вентиляции «труба в трубе» с рекуператором.

Принцип работы системы заключается в том, что загрязненный воздух с помещения выходит по внутренней трубе, а приточный воздух поступает по внешней трубе в здание и предварительно обогревается внутренней трубой. Приточно-вытяжные системы «труба в трубе», например фирмы Vents, могут оборудоваться рекуператором, что позволяет дополнительно собирать теплоту из внутренней трубы с нагретым загрязненным воздухом и передавать это тепло приточному воздуху.

На фото 4 приведены разные варианты установки энергосберегающей грунтовой системы вентиляции «труба в трубе». В доме с подвалом основные узлы и элементы системы располагаются в подвальном помещении, а именно приточно-вытяжная система, устройство сбора конденсата, обводной клапан и др. А в доме без подвального помещения устройство сбора конденсата должно располагаться в колодце, устроенном на участке возле дома, а основные устройства – внутри дома.

Фото 4. Энергосберегающая грунтовая система вентиляции «труба в трубе» (ГЕО ВЕНТ ДУО): а) в доме с подвалом; б) в доме без подвала.

Как устроить трубный коллектор?

Существуют следующие способы устройства трубного коллектора:

1. Прокладка трубы ГВТ по прямой линии. Длина труб должна быть не менее 40…60 м, глубина залегания – не менее 1,4…1,5 м. Забор воздуха следует располагать на высоте 2 м от поверхности земли, чтобы максимально уменьшить количество попадающей в систему вентиляции пыли и грязи. На трубе воздухозабора следует обязательно устанавливать защитный козырек, фото 5.

Фото 5. Прокладка трубы ГВТ по прямой линии

1. Прокладка трубы ГВТ по изогнутой линиив форме буквы «U» или «S», фото 6. Изгибы должны быть под углом 33…45°, что позволит максимально снизить потери энергии на преодоления воздухом изогнутой системы вентиляции, связанное с силами трения о боковые поверхности и изгибы труб. Такая система вентиляции с изогнутой прокладкой труб является менее эффективной, и применяется только в случаях ограниченной возможности прямой прокладки труб.

Фото 6. Прокладка трубы ГВТ по изогнутой линии

1. Прокладка труб ГВТ по многоканальной системе. Самая эффективная система, с минимальной расходом энергии, вследствие мало сопротивления воздуха в трубах каналов. Минимальное расстояние между каналами системы должно быть не менее 0,8 м, что позволит равномерно производить обмен теплом межу каналами, рис 7.

Фото 7. Прокладка труб ГВТ по многоканальной системе