Тепло земли на службе человека или что такое геотермальное отопление

Уютное и комфортное жилище, в котором прохладно летом и тепло зимой, — это, без преувеличений, мечта любого человека. Существует множество видов отопления домов – дрова, торф, электроэнергия, уголь, газ, геотермальное отопление. Но оборудование, которое работает на угле, газе, торфе и тому подобном, никак нельзя отнести к категории экологически чистых и безопасных. А стоимость такого топлива колеблется очень сильно.

Многие считают, что газовое отопления частного дома – это оптимальный вариант. Однако здесь также есть некоторые весьма существенные отрицательные моменты. В некоторых случаях установить подобное отопление невозможно, если к вашему коттеджу не подведена газовая магистраль. Монтаж газовой установки требует постоянного обслуживания, строгого соблюдения всех норм безопасности, а также специальных разрешений.

Однако есть один достаточно хороший вариант отопления без газа – это геотермальное отопление дома. Число пользователей подобных систем увеличивается ежедневно, поскольку такое отопление может похвастаться множеством положительных качеств. К числу наиболее важных стоит отнести то, что подобная отопительная система является наиболее экономичной, а также экологически чистой и безопасной.

Принцип работы

Система отопления от тепла земли состоит из 3-х основных составляющих:

• Внутренний контур;
• Внешний контур;
• Тепловой насос.

Многих интересует вопрос: что представляет собой отопление энергией земли? Конструкция такой системы достаточно сложна для понимания, поэтому для разъяснений приведем небольшой пример.

Можно сказать, что геотермальная система в некотором роде представляет собой холодильник, только «наоборот».

Испаритель, который здесь играет роль морозильника, находится в глубине недр земли. Конденсатор, который выполнен в виде медного змеевика, используется для доведения воздуха или воды до необходимой температуры. Температура испарителя, находящегося под землей, при этом существенно ниже, чем над поверхностью.

По заявлениям производителей подобных систем отопления, температура находится в диапазоне от 5 до 8 градусов Цельсия.

Использование прочных и надежных компрессоров, а также инновационные технологии рефрижераторных систем дают возможность создавать уникальные и необычные способы «некачественного» тепла, которое находится над землей, в «качественное» тепло, которое в дальнейшем применяется в геотермальном отоплении частного дома.

Как результат, это позволяет начать промышленное производство основного элемента при таком способе обогревания помещения – тепловых насосов.

Геотермальные системы отопления работают на принципе физической передачи тепла хладагенту за счет энергии земли. Приблизительно такой же принцип работы реализуется в обычном холодильнике. Более 75% всего объема тепла, которое выделяется при функционировании системы обогрева дома, представляет собой энергия окружающей среды, которая в дальнейшем накапливается и поступает в жилые комнаты и прочие помещения коттеджа.

По этой причине данная энергия обладает замечательной способностью к самовосстановлению, в результате чего геотермальной системой отопления не наносится никакого ущерба экологическому и энергетическому балансу нашей планеты.

История появления

Основная причина появления подобных систем отопления коттеджей – это энергетические кризисы, имевшие место быть в 70-х годах прошлого века. Изначально, лишь самые элитные и богатые семьи позволяли себе установить инновационную систему отопления из земли.

В дальнейшем благодаря постепенному развитию науки и техники, а также появлению новых технологий, такие системы получили более широкое распространение, ведь их стоимость приобретения постоянно уменьшалась.

Теперь для семьи со средним доходом геотермальная система отопления доступна без серьезного ущерба по бюджету. Усовершенствование и модернизация геотермального оборудования осуществляется до сих пор, поскольку установка новых агрегатов ведет к уменьшению потребления энергии и большой экономии.

Плюсы

Функционирование подобных отопительных систем осуществляется на качественно новом и необычном топливе – энергия недр земли используется для кондиционирования, а также обогрева частного дома. Эта энергия создает оптимальные и уютные условия для жизни, а также не загрязняет окружающую среду вредными веществами и отходами. Отопление дома осуществляется с помощью бесплатной энергии, на 1 кВт электроэнергии система возвращает 4-5 кВт тепла

Геотермальное отопление загородного дома эффективно и безопасно работает без каких-либо процессов сгорания, поэтому нет предпосылок к тому, что система может загореться или взорваться.

Не менее важное достоинство – нет необходимости в приобретении дополнительных вытяжек и дымоходов, которые могут потребоваться для обеспечения бесперебойного функционирования прочих видов отопительных систем. Во время работы отопления от земли не выделяются вредные испарения и запахи, такая система не издает лишнего шума, к тому же не занимает много места.

Геотермальные агрегаты, в отличие от твердотопливных и жидкотопливных систем, практически не заметны для людей, они не разрушают целостность фасада и интерьера дома. Не потребуется тратить время на обдумывание таких вопросов, как хранение, доставка и приобретение топлива, поскольку энергия планеты неисчерпаема.

Еще один весьма примечательный факт – с помощью геотермальных насосов можно отапливать помещения зимой или охлаждать коттедж во время жары.

Если вам требуется отопление дома теплом земли, то также стоит учесть его финансовую сторону. Сразу же отметим, что процесс монтажа подобной системы потребует больших затрат по сравнению с дизельным и газовым оборудованием.

В противовес этому можно отметить, что уровень потребления электроэнергии значительно меньше, так что в долгосрочной перспективе экономическая целесообразность приобретения именно геотермального оборудования видна невооруженным глазом. По словам разработчиков, с каждого потраченного киловатта электрической энергии будет возвращено до пяти киловатт тепловой энергии.

Монтаж

Существует несколько способов, позволяющих затратить минимум пространства для монтажа тепловых насосов:

1. эксплуатация подземных зондов. Для этого потребуется запустить в глубокую скважину специальный контур, который наполнен антифризом;
2. эксплуатация теплых грунтовых вод. Для этого потребуется пробурить достаточно глубокую скважину. Грунтовые воды прогоняются через теплообменник, предварительно выкачиваясь насосом;
3. прокладка специальных зонтов в горизонтальном положении ниже уровня зимнего оледенения на дне водоема.

Заключение

Напоследок отметим, что геотермальное экологически чистое отопление для обогрева загородного дома эффективнее всего проявило себя при совместном режиме работы с «теплыми полами». Это дает возможность владельцу дома насладиться уникальным уютом и комфортом, а также сэкономить неплохую сумму денег.

Главное достоинство такого необычного сочетания заключается в том, что обеспечивается принцип равномерного нагрева всего помещения, препятствуя созданию зон перегрева. За год работы экономия от использования подобной системы теплых полов и геотермального отопления достигает порядка 20% по сравнению с традиционными радиаторными батареями.

Геотермальное отопление своими руками — вполне реальный проект, который сулит немало выгод владельцам частных домов. Конечно, часть оборудования придется купить в готовом виде, поскольку его изготовление в домашних условиях просто невозможно. Но довольно большой объем работ можно сделать и самостоятельно, не привлекая специалистов.

Существенная экономия средств — только одно из преимуществ такого решения. Еще один «плюс» — уверенность в качестве материалов и выполненных работ.

Альтернативные источники отопления загородного дома: обзор эко систем

Экологичная усадьба: Для хозяина загородного коттеджа или усадьбы вопрос экономии заключается в поиске наиболее дешевых источников для получения тепла. Многие рачительные хозяева предпочитают перейти на альтернативное отопление частного дома, чтобы стать полностью энергонезависимыми.

Владельцы квартир, пользуясь централизованным отоплением, задумываются о том, как установить тепловые счетчики, чтобы экономить в холода. Для хозяина загородного коттеджа или усадьбы вопрос экономии заключается в поиске наиболее дешевых источников для получения тепла. Многие рачительные хозяева предпочитают перейти на альтернативное отопление частного дома, чтобы стать полностью энергонезависимыми.

Отказ от газа, дров и угля

От традиционных источников тепла, многие годы используемых для отопления, можно отказаться. Как это ни удивительно, но вполне реально. Многие ярые противники утверждают о невозможности заменить природные ресурсы экологически чистыми аналогами. Альтернативой становится энергия солнца, сила ветра, тепло, скрытое в недрах земли, отходы производства и жизнедеятельности человека. Такие варианты актуальны в современном мире, учитывая общую загрязненность окружающей среды.

Еще одно существенное преимущество – ощутимая экономия при использовании экологических источников самопроизвольно возобновляемой энергии. На первый взгляд кажется, что это неоправданно дорого и вряд ли окупится. Детальнее разобравшись с особенностями каждого способа, можно увидеть, что эко проект окупается через 4-7 лет, а далее остаются лишь текущие расходы на поддержание используемых механизмов в рабочем состоянии.

Возможность полноценной замены привычного топлива альтернативным доказана не одним реальным примером. Домовладельцы в разных странах мира прибегают к экологическим вариантам отопления. У нас – лишь единицы решаются кардинально сменить привычное топливо, дорожающее с каждым годом.

Основная проблема экотоплива – значительные капиталовложения на начальном этапе. Ведь сначала нужно детально просчитать количество необходимой энергии для определенного дома или коттеджа. Затем выяснить, какой тип эко ресурсов наиболее выгодный в конкретной местности. Далее, предстоит составить план расположения оборудования, генерирующего энергию, купить все необходимое и установить.

Если всеми этими вопросами будут заниматься соответствующие специалисты, то конечная стоимость эко отопления будет очень высокой. Чтобы сэкономить, можно попытаться обойтись своими силами. Для этого предстоит с головой погрузиться в тему альтернативных источников энергии, чтобы отказаться от привлечения посторонней помощи. В этом случае стоимость проекта окажется в разы дешевле.

Именно второй вариант выбирают многие хозяева частных домов. Их практика доказывает, что стать энергонезависимыми вполне реально. Можно полностью или частично заменить традиционное топливо – все зависит от размеров домовладения, финансовых возможностей на начальном этапе, выбранного варианта отопления.

Сильный ветер согреет дом

Весьма успешно в качестве альтернативного источника для отопления загородного дома можно использовать энергию ветра. Этот ресурс невозможно исчерпать. Он имеет свойство возобновляться. Чтобы использовать силу ветра, потребуется специальное приспособление, называемое ветряк.

Принцип использования энергии ветра

Для преобразования силы ветра в альтернативный источник отопления потребуется ветрогенератор. Они бывают вертикальными и горизонтальными в зависимости от оси вращения. Существует много производителей, предлагающих свои модели клиентам.

Стоимость зависит от материала, размера самой установки и мощности. Также, можно соорудить ветряной генератор своими силами, используя подручные материалы.

Любой ветряк состоит из таких составляющих:

• лопастей;
• мачты;
• флюгера, чтобы улавливать направление ветра;
• генератора;
• контроллера;
• аккумуляторных батарей;
• инвертора.

Принцип работы ветроэнергетической установки основан на силе ветра, вращающего лопасти ветряка. Лопасти, закрепленные на мачте, находятся высоко над землей. Чем выше, тем выше производительность. Так, для снабжения одного дома достаточно высоты 25 м.

Вращающиеся лопасти приводят в движение ротор генератора. Он начинает вырабатывать трехфазный переменный ток, требующий дальнейшего изменения. Этот ток поступает к контроллеру, где преобразуется в постоянный. Он используется для зарядки аккумуляторных батарей.

Пройдя через батареи, ток выравнивается и поступает на инвертор, где происходит его преобразование в однофазный переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 Вольт. Теперь его можно использовать для бытовых нужд, в системе электрического отопления.

Особенности расположения ветряков

Ветряные установки способны работать при определенных условиях. Во-первых, ветрогенератор — довольно объемное сооружение, требующее внушительной площади для устройства. Маленький прибор не способен удовлетворить потребности в энергии. Его высота должна превышать минимум на 10 м окружающие дома, деревья и прочие строения, а линии электропередач и прочие объекты должны находится в 100 м от ветряка. Это требование не всегда выполнимо – не все владельцы частных домов имеют приусадебные участки достаточной площади.

Во-вторых, хорошо, когда рассматриваемая местность обладает хорошим ветропотенциалом – возвышенность или степная зона. Для запуска генератора потребуется скорость ветра от 2 м/с. Многие модели ветряных систем, предназначенные для использования частными домохозяйствами, способны полностью покрыть потребности в электроэнергии.

Так, ветряк мощностью 1,5 кВт может в месяц генерировать, в зависимости от времени года, 100-200 кВт час. Если высоту мачты увеличить, то производительность станет больше в 2 раза. Но это потребует дополнительных затрат на монтаж и расходные материалы. Срок службы ветряных электростанций составляет в среднем 20 лет.

Энергия Земли способна бесплатно обогревать дом

Одной из альтернативных систем отопления является геотермальная. В ее основе лежит использование энергии Земли. Это тепло земли, подземных вод, окружающего воздуха, преобразуемое тепловыми насосами (ТН). Важно, чтобы температура среды, используемая установкой, была выше нуля.

Устройство и принцип работы теплового насоса

Для работы геотермальной системы нужна электроэнергия, используемая на перенос полученного тепла. Тепловой насос, употребляя 1 кВт, выдает от 2-х до 6-ти кВт тепла.

Основной принцип работы ТН состоит в сборе тепла, преобразовании его и дальнейшей передаче в отопительный контур. Это реализуется благодаря устройству самого прибора.

ТН состоит из 3-х замкнутых контуров, задействованных в процессе получения тепла для отопления частного дома:

• внешнего – предназначенного для забора тепла у источников. По контуру циркулирует антифриз или соляной раствор;
• внутреннего – заполненного хладагентом, чаще фреоном;
• отопительного контура, заполненного теплоносителем.

Фреон, заполняющий внутренний контур, нагревается от тепла, пришедшего из внешнего контура. Имея низкую температуру кипения, он превращается в газ в первом теплообменнике – испарителе. Затем поступает в компрессор, где сжимается, в результате чего выделяется много тепла, а температура самого газа многократно повышается – вплоть до 65 градусов.

Далее, газообразный фреон попадает в следующий теплообменник, именуемый конденсатором, где оставляет свое тепло. Фреон, расставшись с большей частью тепла, попадает под давлением на сбросный клапан. Здесь резко падает давление, хладагент охлаждается и, приняв жидкое состояние, снова поступает в испаритель.

Тепло, оставленное фреоном в конденсаторе, нагревает жидкость, циркулирующую в системе отопления домовладения. Если в этой системе предусмотрено устройство теплых полов, то возможно достичь наиболее эффективного обогрева при минимальных затратах.

Целесообразность использования ТН

Тепловые насосы – ТН, забирающие тепло из окружающей среды, бывают разные. Все зависит от типа окружающей среды, используемой в качестве источника забора тепла и типа используемого теплоносителя. Соответственно, выделяют такие виды ТН:

Первые два вида насосов применяют в системах воздушного отопления, а вторые два вида – в системах с жидким теплоносителем.

Самым выгодным с экономической точки зрения будет использование ТН типа «вода-вода». Этот вариант целесообразно использовать, если рядом с домом располагается незамерзающий водоем, в который укладываются трубы для забора тепла. Тепловой насос позволяет получать 30 Вт тепла с 1 м трубопровода. В зависимости от площади частного домовладения и потребностях в энергии потребуется уложить соответствующее количество труб.

Насосы, использующие воздух, не заменят традиционное отопление в регионах с суровым климатом. Что касается тепла, черпаемого из грунта, то это весьма дорогостоящий проект. Используют горизонтальное устройство геотермального поля, вертикальное и кластерное бурение. При горизонтальном варианте предстоит соорудить геотермальное поле на глубину, большую уровня промерзания. Это около 1,5-2 м. Площадь такого поля получается внушительной – от 200 м2.

Для реализации вертикального и кластерного проекта потребуется бурение на значительную глубину с применением бурильных установок. Это весьма дорогостоящая услуга. Оборудование такого вида тепловых насосов целесообразно для владельцев коттеджей, не задумывающихся о стоимости работ. Отопление, использующее тепло из недр земли, способно полностью заменить твердотопливное или газовое.

Геотермальное отопление выгоднее всего использовать в тандеме с устройством водяной «теплый пол». Оно позволяет получить самый оптимальный результат. Из существенных недостатков – большая протяженность трубопровода для сбора тепла, дорогостоящие земляные работы по установке системы, потребность в большой площади для обустройства геотермального поля.

Загородный дом: отопление солнцем

Солнечная энергия, излучаемая светилом круглый год, способна даже в лютые морозы стать альтернативным видом для отопления загородного жилища. Важно научиться правильно ее собирать и использовать в отопительной системе.

Для сбора и преобразования энергии солнца используются солнечные батареи на фотоэлектрических преобразователях и коллекторы, представляющие собой систему трубок, наполненных теплоносителем.

Принципиальное отличие этих преобразователей заключается в том, что батареи вырабатывают ток, который можно использовать при электрическом отоплении загородного дома. Коллекторы же используются в системе водяного и воздушного отопления. Самый эффективный вариант – оборудование в помещениях системы теплых полов.

Мнение о том, что солнце не способно справиться с обогревом дома, справедливо лишь в случае неправильной установки и ошибочных расчетов количества необходимой энергии и тепла. Оптимально подобранная гелиоустановка вполне способна обеспечить автономное отопление. Другой вопрос, что для этого потребуется вложить деньги в покупку оборудования, его монтаж и интегрирование в существующую отопительную систему.

Как устроена и работает гелиосистема

Гелиосистема на фотоэлектрических преобразователях поглощает солнечную энергию, а кремниевые фотоэлементы сразу же превращают ее в постоянный электрический ток. 1 м2установки способен вырабатывать 120 Вт. Помимо панелей, улавливающих солнечное излучение и преобразующих его, для солнечной системы отопления предстоит установить контроллер заряда, преобразователь постоянного тока в переменный и позаботиться о безопасности – поставить предохранители.

Преимущество панелей – возможность подключать аккумуляторные батареи, накапливающие излишки энергии, которую можно использовать в ночное время. Существенный недостаток при использовании гелио батарей – наибольшая их эффективность в южных регионах. В суровом климате экономически нецелесообразно их устанавливать для использования в качестве основного вида отопления.

Солнечные установки, оснащенные системой трубок, больше подходят для регионов с холодными зимами и отрицательной температурой. В зависимости от строения панели и материалов, различают вакуумные коллекторы, плоские и концентраторы. Наиболее дорогостоящие среди них – с вакуумными трубками. Но они самые эффективные в любое время года и любую погоду, ведь умеют поглощать широкий спектр солнечного излучения. Еще одно их преимущество – вакуумные панели успешно функционируют при отрицательной температуре до -35°C.

Принцип работы коллектора заключается в том, что он улавливает солнечное излучение, которое в вакуумных трубках преобразуется в тепло. Далее оно передается теплоносителю, который доставляет его в теплообменный бак. Затем теплоноситель поступает в отопительную систему.

Биотопливо как альтернатива традиционному отоплению

Одним из эффективных и доступных способов обогреть загородный дом служит котел, работающий на биологически чистом топливе. Этот вид альтернативного отопления использует для своей работы отходы производства – шелуха сельскохозяйственных культур, щепа, опилки и другие побочные продукты деревообрабатывающей промышленности.

Из различных отходов делают плотные спрессованные гранулы небольшого размера – пеллеты, которые сжигаются в котлах. По сравнению с обычными дровами такое топливо горит дольше и позволяет получить больше тепла. Также, делают крупные плотные брикеты из различного рода отходов растительного происхождения. Такое спрессованное топливо позволяет получить в 2-4 раза больше тепловой энергии. Его теплотворная способность составляет до 5,0 кВт×ч/кг.

Для газового котла можно использовать биогаз. Его несложно получить в процессе гниения органических отходов. Для этого потребуется соорудить достаточно объемный резервуар, поместить в него отходы, предусмотреть установку для их перемешивания. Под воздействием воздуха и бактерий будет происходить процесс гниения и выделение газа. Предстоит установить трубопровод для сброса отработанного материала. Также, для сбора газа в специальные резервуары, его очистки и перемещения в систему отопления, нужно использовать соответствующие приспособления.

Экологически чистый способ отопления, использующий альтернативный источник получения тепла – водородный котел. В основе его работы лежит реакция взаимодействия молекул водорода с кислородом, в процессе которой выделяется огромное количество тепла. Этот вид отопления требует соблюдения правил эксплуатации и техники безопасности.

Основной недостаток – высокая стоимость фабричного оборудования. Выходом из сложившейся ситуации является оборудование водородной системы отопления своими силами. Для ее работы потребуется постоянное подключение к источникам электроэнергии и воды, водородная горелка, водородный генератор, катализаторы и сам котел. Тепло, полученное в результате химической реакции, поступает в теплообменник, а в качестве отходов – простая вода.

Экономное альтернативное отопление

Проанализировав финансовую составляющую альтернативных видов отопления, можно прийти к неутешительному выводу – потребуются значительные средства на первоначальном этапе. Вот спустя 3-7 лет, в зависимости от выбранного способа отопления, станет заметна существенная экономия благодаря энергонезависимой системе.

Сэкономить на использовании и установке альтернативных установок для выработки тепла можно. Многие домашние мастера с большим энтузиазмом подходят к созданию своими руками аналогов фабричным приборам преобразования альтернативной энергии. Так, достаточно просто и недорого можно собрать гелиоустановку из шланга, которая послужит дополнительным источником нагрева воды.

Успешно собираются в домашних условиях небольшие ветряки из подручных средств. Также, начитанные фермеры, проживающие в сельской местности, сооружают установки по преобразованию биологических отходов растительного и животного происхождения в биогаз.

В дальнейшем он используется для потребностей хозяйства. В зависимости от размера резервуара для сбраживания отходов и площади частного дома, возможно полностью обеспечить хозяйство биогазом для удовлетворения всех нужд.

Видео об альтернативных источниках отопления

Ролик об изготовлении ветрогенератора своими руками:

Видео о комбинировании альтернативных источников для получения электричества в небольшом загородном доме:

Небольшое видео об использовании теплового насоса:

Отказаться от традиционных источников отопления вполне реально. Для этого нужно внимательно подобрать альтернативу или скомбинировать несколько, исходя из особенностей местности, площади своего загородного дома и придомовой территории. Энергия солнца, земли, сила ветра, утилизация бытовых отходов растительного и животного происхождения вполне способны стать достойной заменой газу, углю, дровам и платному электричеству. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ: