Как использовать тепло земли для отопления дома

Надо признать, что среднестатистический обыватель мало задумывался об истощении земных недр, загрязнении атмосферы и окружающей среды в целом от сжигания углеводородов. И только сейчас люди всерьез стали обращать внимание на экологически чистые и возобновляемые источники энергии, поскольку стоимость углеводородного топлива стала неуклонно расти. Один из способов использования таких неиссякаемых источников — отопление дома теплом земли. Информацию о том, как оно действует и каким образом претворяется в жизнь, вы найдете в этой статье.

Как это работает?

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5—7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Больше всего человека привлекает тот факт, что тепловая энергия грунта – бесплатная. Но вот извлечь ее и направить в дом обойдется в кругленькую сумму, о чем мы поговорим далее.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2—3 °С, а вот дом прогревается на 20—40 °С. Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики. В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7.

Установка, обеспечивающая использование энергии земли для отопления, имеет свое название – геотермальный тепловой насос.

Виды установок для отбора тепла земли

Внутреннее устройство теплового насоса, кратко описанное выше, остается неизменным в любом случае. А вот конструкция наружного контура, что извлекает энергию из грунта, бывает 2 типов:

• горизонтальный: в котлован расчетного размера и глубиной 1.5—2 м укладывается полимерная труба с определенным шагом;
• вертикальный: трубы контура опускаются в глубокие скважины. Их количество также определяется расчетом.

Рыть котлован удобно на этапе строительства частного дома, это делается как раз в том месте, где планируется возводить здание. Также горизонтальный контур можно устроить в том случае, если имеется достаточно большой участок земли у дома. Когда такого участка нет и места совсем мало, энергия земли отбирается геотермальными зондами из глубоких скважин. Их придется сделать несколько в разных местах.

Концы труб от одного или нескольких наружных контуров прокладываются к дому под землей и входят в подвальную часть здания, где и присоединяются собственно к тепловому насосу. Теплоносителем, протекающим в подземных змеевиках, обычно служит вода либо незамерзающая жидкость, в зависимости от региона строительства.

По эффективности получения энергии земли вертикальные контуры превосходят горизонтальные, так как часто проходят сквозь водоносные горизонты, а это улучшает отбор теплоты. Держат они первенство и по стоимости монтажа, особенно если бурение скважин происходит в затрудненных условиях.

Плюсы и минусы

Добытая из грунта тепловая энергия, как мы уже выяснили, практически ничего не стоит и это главный плюс. Но есть и другие:

• источник тепла – возобновляемый, проще говоря – неиссякаемый;
• экологичность и безопасность тепловой установки не имеют себе равных;
• хороший выход энергии при малых затратах;
• не требуется никаких разрешений на монтаж или подключение;
• высокая степень автоматизации, а значит, и комфорта;
• нечастое обслуживание;
• низкая степень пожарной опасности.

Есть еще одно важное достоинство геотермальной системы. Поскольку температура грунта на глубине остается неизменной круглогодично, то летом насос перестает быть тепловым, а становится охлаждающим. Установка переключается в летний режим, хладагент движется в другую сторону, а теплообменники функционально меняются местами. Если частный дом оборудован агрегатами воздушного отопления – фанкойлами, то система подает к ним холодную воду, от которой охлаждается воздух в помещениях.

Недостаток у гелиосистем только один, но настолько существенный, что зачастую перечеркивает все достоинства. Как нетрудно догадаться, это стоимость оборудования и монтажных работ. Всякий поймет, что рытье котлованов и бурение скважин влетит в копеечку, такую работу своими руками не сделаешь. Трубы длиной около километра, сама установка, автоматика, — все это обойдется в кругленькую сумму. Вот почему использование тепла земли до сих пор доступно очень немногим людям.

Заключение

Совершенно ясно, что применение тепловой энергии грунта для обогрева дома имеет долгосрочные перспективы. Это в Европе подобные системы стали обыденностью, у наших граждан доходы пока что не достигли необходимого уровня. Но за тепловыми насосами – будущее, это тоже не вызывает сомнений.

Как сделать геотермальное отопление дома своими руками

Как работает геотермальное отопление загородного дома

Геотермальное отопление основано на обогреве объектов подземным теплом от магмы земли. Верхние плотные слои грунта удерживают подземное тепло, достичь которого с поверхности можно устройством глубоких скважин.

Главным агрегатом системы геотермального отопления является тепловой насос работающий в два контура. Внутренний контур — система отопления дома, включающая радиаторы и трубы, внешний — теплообменник, находящийся в шахте под землей или под водой. В теплообменнике внешнего контура циркулирует теплоноситель (антифриз), принимающий на себя температуру среды, в которой находится теплообменник. Подогретый теплоноситель тепловым насосом передается фреону теплового насоса. При сжатии фреона компрессором его температура поднимается до 100 градусов и часть своего тепла передается внутренней системе отопления дома.

Таким образом, геотермальный тепловой насос играет роль ключевого элемента системы. Ошибочным является мнение, что геотермальное отопление основано на использования тепла подземных горячих источников. Грунт ниже глубины промерзания температурой от 5-7 градусов является источником тепла для этого вида отопления.

Плюсы и минусы геотермального отопления

• КПД этого метода 300 — 500%;
• доступность и неограниченный объем этого вида энергии;
• экологическая безопасность;
• нет опасности возгорания;
• автономный режим работы;
• низкие затраты на эксплуатацию.

Из недостатков отметим высокую стоимость (только тепловой насос стоит 3 — 10 тыс. евро).

Геотермальное отопление очень экономично: на 1 кВт затраченной электроэнергии из-под земли получают тепловую энергию 4-6 кВт, поэтому, несмотря на немалые затраты, устройство геотермального отопления окупается за 5 — 8 лет.

Как своими руками сделать геотермальное отопление

Сложности с устройством геотермального отопления своими руками начинаются с шахты, размеры и глубина которой зависят от множества факторов: географии региона, особенности грунтов, климата, площади отопления и т.д. Глубина шахты может быть от нескольких десятков до сотен метров.

Существует три вида теплообменников для устройства геотермального отопления:

1. Вертикальный со скважинным насосом. Глубина его может достигать 200 м, стоимость велика, но срок службы до 100 лет оправдывает затраты.
2. Горизонтальный, расположенный под землей ниже отметки промерзания почвы. Недостаток такой конструкции — большая площадь: на дом 200 м2 понадобится 500 м2 теплообменника.
3. Подводный, расположенный ниже глубины замерзания воды зимой. Для частного дома часто наиболее подходящий вариант, позволяющий обойтись без объемных и дорогостоящих земляных работ. Единственное условие — наличие водоема на расстоянии не более 100 м от дома.

На фото горизонтальный теплообменник для геотермального отопления

Внешний контур делается из полиэтиленовых труб из расчета 40-50 Вт тепла на 1 м длины коллектора. Если производительность насоса 10 кВт, то глубина скважины должна быть 160-200 м. Иногда вместо одной скважины делают несколько нужной суммарной длины. Применяется также кластерная технология бурения из одной точки в разных направлениях — это позволяет сохранить придомовой участок.

Схема устройства геотермального отопления

Подробнее о том, как сделать геотермальное отопление загородного дома, смотрите на видео ниже.

Какие отзывы о геотермальном отоплении

В интернете немало отзывов о работе систем геотермального отопления. Наряду с успешной его работой, владельцы домов отмечают:

• температура теплоносителя в системе зачастую оказывается ниже проектной и приходится подогревать воду дополнительным источником тепла (например, электрокотлом);
• высокая стоимость теплового насоса позволит окупить его только через 15-20 лет (затраты на электроэнергию и эксплуатацию при этом не учитывались);
• менее затратно строительство одной общей системы отопления на несколько домов.

Как сделать отопление из земли в частном доме

Большинство из нас понимают, что использование в качестве топлива угля, газа и древесины не обходится бесследно для экологии. Однако, внедрение альтернативных источников энергии тормозится их высокой стоимостью и КПД, которые пока уступают традиционным. Но в последнее время производители все чаще и чаще стали обращать внимание на подобные продукты, поэтому надеемся, что в скором времени они будут более просты в установке и не такие дорогие.

Сегодня рассмотрим геотермальное отопление, которое можно установить для частного дома своими руками. Вы узнаете о принципе его работы, видах, особенностях и самостоятельном монтаже.

Как происходит отопление теплом земли загородного дома

Стоит сказать, что в европейских странах и США отопление от земли постепенно становится основным источником отопления дома, но у нас пока такие системы выступают лишь альтернативой более традиционным.

Появление и распространение

Энергия земли для отопления стала распространяться в США ближе к концу 80-х годов прошлого века в городах, тяжело переживавших кризис. Системой сразу заинтересовались состоятельные люди, которым она давала возможность экономить на обогреве жилья. Затем она стала дешеветь, и ее стал применять и более бедный класс населения.

Спустя некоторое время тепло земли для отопления превратилось в прерогативу большинства владельцев частных домов. В Европе с каждым годом число домохозяйств, использующих отопление дома теплом земли, только увеличивается.

Такая тенденция распространения геотермального обогрева вполне понятна. Использование тепла земли для отопления позволяет существенно экономить семейный бюджет, оно безопасное и экономичное.

Функционирование геотермального обогрева

Его принцип работы можно сравнить с обычным холодильником, только наоборот. Земля удерживает тепло постоянно, поэтому ним можно нагревать объекты, расположенные на ее поверхности.

Смысл способа в том, что изнутри планета прогревается горячей магмой, а сверху грунт не дает ей промерзать. Получаемая тепловая энергия используется геотермальной системой обогрева, основанной на специальном тепловом насосе.

Получить отопление от тепла земли можно благодаря тепловому насосу

Происходит следующий процесс:

1. Тепловой насос устанавливают на поверхности.
2. В земле бурится отверстие, в которую опускают теплообменник.
3. Проходящая через насос грунтовая вода нагревается и используется затем в бытовых и промышленных целях.

С помощью теплового насоса удается преобразовать 1 кВт электричества в 4-6 кВт теплоэнергии

Основным преимуществом системы является соотношение электрической энергии и получаемой мощности – 1 к 4-6 кВт. К примеру, при использовании обычного кондиционера выходит 1 к 1. Поэтому установка вполне себя сможет окупить в скором времени.

Особенности

Самостоятельное отопление дома от земли имеет определенные трудности, о которых мы расскажем ниже:

1. Начинаются они с изготовления шахтного ствола.
   Его расчет ведется отдельно для каждого конкретного случая, во внимание принимают:

• климат в данной местности;
• тип грунта;
• характеристику строения земной коры в данном регионе;
• площадь обогрева.

На фото – основу геотермального обогрева дома составляют глубинная скважина и тепловой насос

Обычно глубина варьируется в пределах 25-100 м.

1. На следующем этапе в ствол опускают трубы, которые должны поглощать тепло из недр и подавать его в насос, повышающий температуру теплоносителя в системе отопления.

Совет: работы лучше проводить с помощником, так как трубы часто бывают достаточно большой массы.

Летом отопление энергией земли можно запустить в качестве кондиционера. Для чего активируется обратный механизм. Во время работы теплообменник начнет брать охлаждающую энергию.

Для экологически безвредной и эффективной работы системы есть три основных варианта:

Грунтовые воды	В этом случае применяют для обогрева здания тепловую энергию грунтовых вод, расположенных на большой глубине. У нее достаточно большая температура, поэтому тепловой насос отопления поднимает ее и нагревает. После этого вода через теплообменник отдает основную часть имеющейся энергии.
Антифриз	Метод требует дополнительных расходов. На глубину 75 м и ниже опускается резервуар с антифризом, цена которого довольно высокая. Когда он нагреется, его тепловым насосом поднимают к теплообменнику. После отдачи тепла антифриз поступает снова в емкость.
Водоем	Данный способ не требует оборудования грунтовой шахты. Такое отопление дома от земли подходит в том случае, если есть выход на водоем. От теплообменника по дну водоема ставят горизонтальные зонды, которые помогают преобразовывать тепло воды.

Виды геотермального обогрева

Преимущества геотермального обогрева

Теперь узнаем, какими достоинствами обладают такие системы, и смогут ли они удовлетворить наши запросы:

1. Тепловой энергии выделяется в несколько раз больше, чем расход электроэнергии на работу насоса.
2. Нет вредных выбросов, поэтому отопление загородного дома от земли экологически чистый способ.
3. Для функционирования системы необходимо только электричество. Не требуется использование химических средств и топлива.
4. Во время работы нет опасности взрыва или возгорания.
5. Правильный монтаж отопительной системы гарантирует функционирование без техподдержки примерно 30 лет.

Как самостоятельно воспользоваться теплом земли для обогрева дома

Самостоятельная установка геотермального обогрева

Нужно сказать сразу, что отопление дома энергией земли потребует одномоментного большого вложения средств. Львиная доля из которых пойдет на обустройство шахтного ствола.

Совет: самая дорогая часть в тепловом насосе – компрессор. Если не хотите проблем, не приобретайте его с китайского завода.
Лучше использовать Danfoss или Copeland (желательно не из Китая).

Рекомендуем также использовать вместо радиаторов отопления систему теплый пол. Так можно снизить окупаемость оборудования в разы. Учесть следует и ежегодное повышение тарифов на традиционные энергоносители, в тоже время геотермальная система отопления дома позволит избежать ценовых скачков.

Внутри дома ничего не будет напоминать про то, что вы используете земляное отопление. Основная часть схемы – скважина и теплообменник, будут скрыты под землей. Необходимо только выделить небольшое место для прибора, к примеру, в подвале, генерирующего теплоэнергию.

Конструкция теплового насоса

Устройство позволяет производить регулировку температуры и подачу теплоэнергии. Инструкция по монтажу системы отопления в доме не отличается от традиционного способа, поэтому никаких особенностей в нем нет.

Вывод

Применение тепловых насосов позволяет избавиться от дорожающих каждый год традиционных видов топлива, хотя первоначальные затраты будут довольно большими. Монтаж геотермального отопления вполне можно проводить самостоятельно, только при установке труб в шахтный ствол желательно пригасить помощника.

Окупаемость проекта зависит от утепленности жилья, а также метода обогрева – радиаторный или теплые полы. Видео в статье даст возможность найти дополнительную информацию по вышеуказанной теме.