- Отопление дома теплом земли, тепловая энергия земли
- Способы получения природной тепловой энергии
- Принципы функционирования геотермального отопления
- Устройство геотермальной отопительной системы
- Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли
- Горизонтальные коллекторы для обогрева дома теплом земли
- Применяемое оборудование
- Монтажные работы
- Расчеты
- Расчет тепловой мощности
- Типовые сметы для домов площадью 200 м2
- Рекомендации по эксплуатации
- Погружение горизонтального теплообменника в водоём
- Вертикальное размещение в грунте
- Своими руками: что и как
- Основные схемы развязки
- Бурение скважин
- Затраты и перспективы окупаемости
- Распространение геотермальной системы отопления
- Секреты самоделкиных
- Где работают такие системы
- В заключение
Отопление дома теплом земли, тепловая энергия земли
Дата публикации: 26 июня 2020
Способы получения природной тепловой энергии
Геотермальные тепловые насосы различаются по способу извлечения тепла:
- Установки, использующие тепло грунтовых вод глубокого залегания, горячих гейзеров и т.д.
- Системы, в состав которых входит резервуар с антифризом, устанавливаемый в грунте на глубине от 75 метров. Отопление из недр земли обеспечивается за счет естественного нагрева емкости с антифризом; в результате хладагент, проходя через теплообменник, отдает полученное тепло и возвращается в емкость.
- Геотермальный контур укладывается по дну водоема, который является естественным аккумулятором тепла. В данном случае нужно учесть, что водоем может полностью промерзнуть в зимнее время.
Виды геотермальных тепловых насосов
Отопление дома энергией земли требует масштабных работ по монтажу системы, но зато это экологичный способ получить практически бесплатную тепловую энергию. Чтобы отопить дом, потребуются незначительные расходы на электроэнергию, необходимую для функционирования системы.
Принципы функционирования геотермального отопления
Отопление за счет энергии земли успешно применяется в различных климатических зонах: системы способны работать и в южных, и в северных регионах.
Геотермальная установка в процессе своего функционирования использует такое физическое свойство некоторых жидкостей, как способность испаряться, что приводит к охлаждению поверхности. Именно это явление лежит в основе работы холодильного оборудования.
Принцип работы геотермального отопления представляет собой запущенный в обратную сторону процесс охлаждения. Именно так работают кондиционеры, способные не только охлаждать, но и подогревать воздух в помещении.
Принцип работы теплового насоса
Однако, установки для кондиционирования воздуха имеют ограниченную работоспособность — они не могут функционировать при температуре ниже -5°C. А геотермальная система способна обеспечить обогрев дома независимо от температуры воздуха на поверхности. Это связано с тем, что в той среде, откуда она забирает тепловую энергию, естественным образом поддерживаются стабильные температурные условия.
Устройство геотермальной отопительной системы
Геотермия (наука о тепловом состоянии Земли) сделала возможным практическое применение тепловой энергии, которую земная кора получает от раскаленной магмы в центре планеты.
Специально разработанный тепловой насос для отопления дома устанавливается на поверхности, а в грунте или на дне водоема монтируется теплообменник. Тепловая энергия «выкачивается» на поверхность и позволяет нагреть теплоноситель в контуре отопления дома или объекта нежилого назначения.
Как происходит процесс обогрева
Геотермальное отопление частного дома — экономически эффективный вариант. Если использовать энергию земли для отопления дома, то на каждый киловатт электроэнергии, необходимой для работы оборудования, приходится от 4 до 6 кВт полезной тепловой энергии, полученной из недр планеты.
В сравнении с функционированием кондиционера увидим, что при его эксплуатации на получение 1 кВт тепловой энергии требуется затратить более 1кВт электроэнергии. Это связано с неизбежными потерями на преобразование одной энергии в другую и т.д.
Отапливать жилой дом за счёт тепловой энергии земных недр очень выгодно, но период окупаемости оборудования и затрат на монтаж займет определенное время.
Использование тепла земли для отопления дома не требует установки традиционного котла для нагрева теплоносителя.
В данном случае система состоит из трех составляющих:
- контур нагревания — геотермальный источник тепловой энергии;
- отопительный контур внутри дома — низкотемпературный радиаторный либо напольный;
- насосная станция — тепловой насос для перекачивания в отопительный контур тепловой энергии из контура нагревания в толще грунта или под водой.
Геотермальная система отопления может применяться также для обогрева теплиц, вспомогательных построек, воды в бассейне, садовых дорожек и т.д.
Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли
Чаще всего используются именно такие коллекторы – их погружают в землю на глубину в несколько десятков метров. Для этого на незначительном расстоянии от дома бурят нужное количество скважин, в них затем помещают трубы (обычно из сшитого полиэтилена). На такой глубине температура грунта остается высокой и стабильной, соответственно, отопление частного дома теплом земли получается высокоэффективным. При таком варианте для коллекторов не требуется большая площадь.
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.
Применяемое оборудование
Энергия земли для отопления дома получается на основании использования специального оборудования, функции которого основаны на следущем:
- под слоями земной поверхности находится испаритель, работа которого основана на поглощении энергии тепла от грунта;
- конденсатор доводит антифриз до рабочих показателей температуры;
- специальный нанос необходим для циркуляции рабочего тепла в системе;
- в буферный бак производится сбор нагретого антифриза, чтобы передать полученную энергию.
Буферный бак – это емкость с размещенным в нем змеевиком, который, в свою очередь, обеспечивает внутреннее движение антифриза.
Несмотря то, что тепловая энергия земли вырабатывается в достаточном количестве, специалистами рекомендовано все же подключаться к системе «теплый пол».
Монтажные работы
Отопление дома от земли многим кажется простым делом, которое легко обеспечить самостоятельно. Однако часто при проведении работ по монтажу контура теплообменника возникают трудности. Несмотря на большое количество видеороликов в интернете, многие затрудняются ответить на вопрос, как выполнить отопление энергией земли. Лучше все-таки обратиться в специализированную организацию: только опытные работники все сумеют выполнить по правилам.
Чтобы смонтировать земляное отопление, необходимо выполнить следующие действия:
- Оформить вызов специалиста на дом. Для начала следует произвести исследование грунта, определить, в какое место наиболее приемлемо произвести монтаж контура.
- Заключение договорных обязательств на отопление теплом земли дома. Стоимость может быть различной: все зависит от сложности планируемых работ.
- Тепло земли для отопления дома обеспечивается оборудованием, которое монтируется специальной организацией. Эффективность использования оборудования зависит именно от проведения предварительных работ.
- Проведение пробных или пусконаладочных работ.
Отопить жилое помещение сегодня возможно, но затраты могут быть немалыми, хотя они быстро окупаются.
Отопление от тепла земли актуально на Западе. Денежные средства вкладываются на долгосрочной перспективе и быстро оправдываются, количество людей, желающих отапливать дома земной энергией, увеличивается. Тепло земли особенно эффективно использовать для отопления помещений в северных регионах.
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.
Расчет тепловой мощности
Сколько тепловой энергии может потребоваться для отопления пресловутого дома с площадью в 200 квадратных метров? Понятно, основательно утепленного: раз уж мы условились, что затраты не лимитированы, будет логичным уменьшить потребность в тепле.
Практика показывает, что затраты на обогрев очень хорошо утепленного дома в умеренной климатической зоне можно уменьшить примерно до 40 ватт на м2 при стандартной высоте потолков.
- Материал стен — сип-панели толщиной от 15 см, обеспечивающие почти идеальную теплоизоляцию. Они используются и в качестве напольного настила, и в качестве перекрытия над головой.
- Окна — тройные стеклопакеты с энергосберегающими стеклами.
- Вентиляция оборудуется системой пассивной рекуперации тепла, отбирающей не менее половины тепловой энергии у покидающего помещение воздуха.
Итого — для отопления дома нам потребуется 200х40=8000 ватт, или 8 киловатт тепловой мощности.
Пассивный дом – это, прежде всего, хорошая теплоизоляция стен и окна умеренной площади.
Типовые сметы для домов площадью 200 м2
Оборудование и работы по монтажу достаточно дорогостоящи. Стоимость геотермального отопления под ключ в Московской области составляет от 550 000 до 700 000 руб. Один из вариантов является котельная на основе теплового насоса с горизонтальным коллектором. Он обеспечивает горячее водоснабжение дома и 1 контур отопления. Такая система включает:
Котельная на основе теплового насоса с горизонтальным коллектором. Отопление и горячее водоснабжение
Состав оборудования и работ: | |||||||||||||||||||
Геотермальный тепловой насос GHP-10 Compact | 1 шт. | ||||||||||||||||||
Бойлер с увеличенным теплообменником 300 литров и ТЭНом | 1 шт. | ||||||||||||||||||
Трехходовой вентиль с приводом | 1 шт. | ||||||||||||||||||
Комплект труб, кранов, фитингов, мембранных баков, групп безопасности и т.д. | 1 компл. | ||||||||||||||||||
Электротехнические материалы | 1 компл. | ||||||||||||||||||
Пропиленгликоль 25% | 450 кг. | ||||||||||||||||||
ПНД труба для геотермального коллектора | 450 м.п. | ||||||||||||||||||
Земляные работы | есть | ||||||||||||||||||
Монтажные, электротехнические и пусконаладочные работы | есть | ||||||||||||||||||
Состав оборудования и работ: | |
Геотермальный тепловой насос GHP-10 Compact | 1 шт. |
Бойлер с увеличенным теплообменником 300 литров и ТЭНом | 1 шт. |
Трехходовой вентиль с приводом | 1 шт. |
Комплект труб, кранов, фитингов, мембранных баков, групп безопасности и т.д. | 1 компл. |
Электротехнические материалы | 1 компл. |
Пропиленгликоль 25% | 440 кг. |
Геотермальный зонд 100 метров | 2 шт. |
Буровые работы | 2 скважины |
Монтажные, электротехнические и пусконаладочные работы | есть |