Геотермальное отопление: принцип работы на примерах

Преимущества и недостатки

Геотермальная энергия, запасы которой настолько велики, что лишь 1%, скрытый в земной коре общей глубиной в10 км может обеспечить объём в 500 раз, превышающий все мировые запасы нефти и газа.

Выделяют четыре основных типа геотермальной энергии:

1. Это тепло земли из небольших глубин, используемое тепловыми насосами.
2. Энергия горячего пара, воды в земной коре, используемая в настоящее время для производства электроэнергии.
3. Тепло, идущее с глубоких слоев без наличия воды и энергия магмы, накапливаемая в вулканических зонах.
4. Использование этого удивительного дара природы определяется только существующим уровнем техники, возможностями технологии и экономическим расчётом.

Современные конструкции геотермальных отопительных систем имеют как положительные, так и отрицательные моменты.

Основным отрицательным моментом является стоимость. Но это только кажется в начальный момент. Все затраты окупаются по различным данным за 4, 5 лет. Это связано с тем фактом, что современные модели тепловых насосов используют для своей работы гораздо меньше энергии, чем любые другие системы отопления. При потреблении 1 кВт электроэнергии их отдача составляет 5 кВт.

1. Они не сжигают топливо и не производят вредные выбросы различных соединений в окружающую среду.
2. Минимальные затраты на обслуживание с высоким значением КПД.
3. Экологическая безопасность.
4. Надёжные свойства пожарной безопасности системы.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Актуальным геотермальное отопление стало в Америке в период кризиса в 80-е годы. Изначально монтаж установок стоил больших денег и такое отопление использовалось исключительно состоятельными людьми, но позже геотермальное отопление стало более доступным для массового использования населением. Преимущества использования геотермального отопления в частном жилище:

• энергию геотермального вида получать и в дальнейшем использовать можно практически в любом месте;
• подача такого вида тепла неограниченна;
• использование такой энергии считается наиболее устойчивым;
• энергия геотермального вида не содержит в себе разного рода вредные выбросы от сгорания углекислого газа;
• отопление на основе геотермальной установки не требует оказывать дому постоянное обслуживание;
• отопление считается бесплатным для владельца дома;
• насосы установки занимают намного меньше места, чем аналогичные тепловые установки, геотермальному насосу под установку нужно места примерно столько же, как и, к примеру, холодильнику;
• геотермальная энергия помогает, как нагревать помещение, так и при необходимости охлаждать его, принцип работы схож с алгоритмом работы кондиционеров;
• при желании можно устанавливать такое отопление совместно с другими системами подачи тепла, например, с газовой системой, дизельной или работающей за счет энергии солнца.

Несмотря на целый ряд позитивных моментов использования такого вида отопления, геотермальные установки имеют и свои недостатки, основные среди которых такие:

• высокие показатели себестоимости для монтажа всей системы;
• долгий срок окупаемости.

Такие недостатки системы отопления меркнут в сравнении с нынешними тенденциями мирового удорожания различных видов топлива. Конечно, срок окупаемости длительный, но за сотню лет геотермальная установка покажет все свои плюсы и докажет свою экономичность на практике. Такой вид отопления уже по достоинству оценили в целом ряде стран Европы и в Америке. К примеру, в Швеции около 70% частных домовладельцев выбрали в качестве отопления именно такую систему.

Плюсы и минусы геотермальной энергии

Популярность геотермальное отопление приобрело в Америке в кризисные 80 года. Такое отопление было доступно только богатым людям, так как монтаж такого отопления стоял не малых денег, но со временем его может себе позволить любая категория населения.

Основные преимущества геотермального отопления в собственном доме такие:

• Эту тепловую энергию можно получать и использовать почти в любом месте;
• Вид такого тепла неограничен и считается самым устойчивым;
• Геотермальная энергия не содержит вредные вещества разного рода при сгорании углекислого газа;
• Установка такой системы не требует регулярного обслуживания;
• Такое отопление бесплатное для хозяина дома;
• Установка насоса занимает меньше места, чем подобные тепловые системы;
• Система такого типа может прогревать и охлаждать помещение и с принципом работы как у кондиционера;
• При необходимости монтаж такой системы может быть выполнен с другой системой отопления, к примеру: газовая, дизельная система.

Даже такое количество положительных сторон геотермальной системы отопления не затмевает и минуса.

Основными минусами такой системы отопления являются:

• Монтаж всей системы имеет очень высокие показатели стоимости;
• Геотермальная система отопления долгое время себя окупает.

Геоотопление имеет и еще минусы, самый главный заключаются не только в том, что все выполняемые действия дорогостоящие, но и, то что, пользуясь грунтовыми водами, вы исчерпываете естественные источники. Но эти недостатки по сравнению с нашими ценами на разные виды топлива не сильно заметны. Окупаемость такой установки идет долгий срок, но через длительное время геотермальная система покажет вам все свои плюсы и докажет свою экономность. Этот вид отопления имеет достойные оценки во многих странах Европы. Например, в Швеции более 70 процентов хозяев собственных домов выбирают именно эту систему отопления.

Принцип действия и составные элементы

Геотермальная система отопления – это сложный инженерный комплекс сооружений, который требует больших материальных и временных затрат, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что будучи один раз установленной, такая схема обогрева полностью способна перекрыть потребность дома площадью до 150 квадратных метров в тепле и горячем водоснабжении. Широкое распространение получают данные системы в западной Европе, где на первом месте стоит забота об экологической чистоте и экономической выгоде.

Рассмотрим принцип работы геотермального отопления и основные его составляющие, для того, чтобы прийти к пониманию – насколько такие системы оправданы в повседневной жизни.

Тепловой насос

Сердце системы. Геотермальное отопление дома своими руками выполнить, возможно, но этот элемент лучше всего приобрести отдельно. Стоит заметить, что прежде чем приступать к закупкам оборудования и материалов необходимо провести тщательный расчёт суммарной ёмкости системы, е отдачи и соотношения этого показателя с тепловым потреблением строения.

Если этого не сделать вовремя – вся дальнейшая работа может пойти прахом. Самые узловые моменты всего комплекса мероприятий – это правильный расчёт ёмкости контуров и закупка соответствующего оборудования.

Тепловой насос состоит из компрессора и редукционного клапана, которые обеспечивают разность потенциалов на отдельных участках контура теплового насоса. Внутри труб находится фреон, который благодаря работе компрессора, получает ускорение, и проходя через клапан ускоряет своё движения. Это приводит к существенному подъёму температуры на участке перед компрессором, именно из этого участка, с помощью теплового обмена, и берётся основное тепло для обогрева помещений и горячего водоснабжения.

Контур является замкнутым и вся его задача состоит в том, чтобы увеличивать естественную температуру теплоносителя поступающего из внешнего контура с семи до пятидесяти пяти градусов по Цельсию. Происходит это, за счёт описанного выше процесса разгона фреона под давление в закрытом контуре с прохождением его через клапан.

Тепловой узел располагают обычно в подвале или цокольном этаже, с температурой внешней среды в пределах пятнадцати градусов выше нуля, это поддерживает его стабильную работу.

Самый важны процесс перед установкой теплового насоса — это проведение всех расчетов правильно, в случае ошибки вся работа может пойти прахом.

Внешний контур

Представляет собой ещё один замкнутый контур, в котором по трубам движется антифриз, перемещаемый с помощью циркуляционного насоса. Основная часть контура находится на глубине до 3 метров под землёй, если речь идёт о горизонтальном исполнении системы, при котором трубы внешнего контура располагают горизонтально на большой плоскости.

Может располагаться также на дне водоёма, но только в регионах, где зимняя температура не опускается ниже нуля.

Описанная выше система требует монтажа на этапе заливки фундамента, что не всегда возможно сделать. В случае, когда необходимо смонтировать геотермальное отопление загородного дома на уже застроенном участке – бурят скважины глубиной от тридцати до ста метров, к слову, отдача тепловой энергии у вертикальных систем существенно выше, но стоимость их на порядок дороже, за счёт привлечения техники для бурения скважин.

Монтаж внешнего контура желательно производить на этапе заливки фундамента, в другом случае это будет более трудоемкий и дорогостоящий процесс.

Внешний контур

Служит уже непосредственно для обогрева внутреннего пространства дома и обеспечения горячего водоснабжения.

Тепло, собранное из грунта, переданное на тепловой насос, разогнанное и увеличенное в его закрытом контуре, передаётся через теплообменник во внутреннюю сеть дома, которая может состоять из тёплых полов, плинтусного отопления, воздушного отопление на водяных коллекторах и других элементах системы.

Выбирать, каким именно образом осуществить геотермальное отопление своими руками стоит, только тщательно изучив местность и условия, в которых предстоит работать данной схеме отопления. Для этого необходимо произвести замеры температуры почвы на участке под дом, в разные периоды в течение зимы, на разных глубинах.

Варианты расположения теплообменников

Различается геотермальное отопление за счет тепла земли по расположению оборудования. Теплообменник может устанавливаться вертикально и горизонтально. При горизонтальном монтаже выкладка осуществляется в котлован или на дно водоема, укладка в форме змеевика. Вертикальный монтаж теплообменников – это установка оборудования в шахтах или скважинах.

Рассмотрим подробнее оба варианта:

1. Вертикальное размещение требует заглубления на 50-100 метров, где круглогодичная температура грунта не бывает ниже +10 С. Для установки теплообменника пробуриваются скважины, где формируется внешний контур системы. Глубина шурфа может достигать 200 м, параметры скважины будут зависеть от индивидуальных геологических показателей местности. Срок службы системы от 100 лет. Если вертикальное размещение предполагает отбор тепла у воды, то бурятся 2 водоносные скважины, из дебитовой забирается жидкость, которая после отработки в системе отопления сливается во вторую, приемную скважину.
2. При горизонтальном размещении коллектора будет много земляных работ, причем сначала требуется выяснить точку промерзания грунта. Трубопроводы выкладываются ниже точки промерзания, для чего выкапываются траншеи. Площадь обработки грунта для формирования системы велика, например, для дома в 250 м2 нужно задействовать примерно 600 м2 теплообменника, то есть 6 соток.

Способы реализации геотермальной установки

Такое отопление отличается между собой по способам установки теплообменника. На сегодня используются три разновидности:

1. Вертикальный теплообменник: отличается компактностью и более высокой себестоимостью установки в сравнении с другими видами. Для установки вертикального теплообменника не нужно использовать большую площадь, но понадобится использование специализированных бурильных установок. В зависимости от выбранной технологии глубина готовой скважины может достигать показателя до 200 метров, минимальный показатель — 50 метров. Срок службы системы составляет до одной сотни лет. Выгодно устанавливать такой вид геотермального отопления в случае монтажа на уже обустроенном участке. Ландшафт местности останется практически не тронутым.
2. Горизонтальный теплообменник: такой тип используется довольно часто. При монтаже горизонтального теплообменника трубы укладываются на большую достаточно глубину, которая обязательно превышает уровень промерзания грунта. Основной минус использования именно такой разводки заключается в том, что под монтаж коллектора необходимо использовать большую площадь. Трудно проложить такую систему на уже обустроенном участке.
3. Водоразмещенный теплообменник: такая установка является наиболее экономной по затратам среди всего разнообразия геотермального отопления, так как работает за счет энергии водных массивов. Такая система актуальна для тех домовладельцев, у которых на расстоянии сотни метров есть какой-либо водоем. Такой теплообменник наиболее выгодный, что делает его монтаж наиболее целесообразным среди всех разновидностей подобного отопления.

Монтаж и установка

Установку подобной системы отопления лучше производить не самостоятельно, а привлекая специалистов хотя бы на отдельные виды работ при уверенности в собственных силах.

Основные этапы следующие:

1. Расчёт внутреннего контура отопительной системы. Сюда подробно входит общая длина трубопровода, количество радиаторов, создание подогреваемых полов, использование тепла для получения горячей воды в доме.
2. Расчёт глубины закладки труб внешнего контура по выбранному типу теплообменника. Нужно учесть геодезические данные местности.
3. Бурение необходимой шахты и установка труб. В случае отсутствия централизованной подачи воды в это же время проще всего решить вопрос о создании других скважин для воды. Технология их создания отличается и требует специальных знаний.
4. Выбор и установка необходимой модели теплового насоса.
5. Монтаж автоматических устройств, следящих за работой всей системы и регулирующих микроклимат в любой зоне помещения.

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.

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.

Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца (+)

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

• на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
• на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
• на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.

Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Геотермальное отопление: цена

Ниже мы привели усредненные цены на оборудование и монтажные работы по обустройству такой системы в доме. условия: площадь отапливаемого помещения примерно 200 метров квадратных, тепловая мощность насоса – 15 киловатт. Цены в рублях.

• Тепловой компрессор – около 260000.
• Буфер – 45000.
• Емкость косвенного нагрева – 50000.
• Циркуляционный насос – 10000.
• Трубопровод, фитинги и прочее вспомогательное оборудование – 25000.
• Электропроводка, утеплители – 10000.

Добавьте ко всему этому стоимость установки – минимум 60000. Получается, что все оборудование с земляными работами и монтажом котельной обойдутся в среднем в 480000 рублей.

Насколько перспективен геотермальный обогрев?

Системы отопления данного типа не очень популярны среди населения ввиду высокой себестоимости. Цены, которые мы привели выше – это лишь минимум. В целом же если устанавливать такую систему под ключ, то стоимость ее может резко возрасти до одного миллиона рублей! 1/3 этой суммы, как известно, занимает тепловой компрессор.

И тут хотелось бы в качестве примера привести западноевропейские страны. В них, если кто не знает, если владелец участка оборудовал себе геотермальное отопление дома, то есть, самовосстанавливающееся, то правительство обязано компенсировать ему определенную часть потраченных средств.

Вместе с тем, такая система способна окупиться всего за пять лет. Кроме того, она не требует при работе вмешательства человека, ввиду полной автономности, так что это не только экономно, но еще и предельно удобно, особенно по сравнению с другими способами отопления.

Особенности монтажа таких систем

Вне всяких сомнений, едва ли найдется желающий бурить полуторакилометровую скважину для того, чтобы отопить частный дом. Но если вы проживаете в местности, где горячая вода буквально бурлит из-под земли и это не имеет никакого отношения к коммунальным службам, то можете оборудовать на участке геотермальное отопление без каких-либо особых затрат. То есть, не очень больших.

Этап 1. Для начала необходимо определить, где именно и на какой глубине находятся подземные горячие воды.

Этап 2. Затем необходимо пробурить скважину соответствующей глубины, а лучше сразу двух. Одна из них будет предназначаться для того, чтобы снабжать жилье горячей водой, а вторая – чтобы отводить в почву уже остывшую воду.

Этап 3. Последний этап – монтаж теплового насоса и его дальнейшая настройка. Более того, нужно установить трубопровод в соответствии с приведенными в данной статье схемами.

Отопительное оборудование, которые устанавливаются в сам дом, будет вполне традиционным. Как уже говорилось, это может быть либо теплый пол, либо самые обычные радиаторы.

Обратите внимание! Всем известно, что в геотермальных источниках вода едва ли является чистой и дистиллированной. В ней могут присутствовать соли и прочие механические примеси, из-за чего подавать ее напрямую в отопительные магистрали нельзя

Более того, в некоторых источниках содержится уж слишком горячая вода, способная попросту разрушить трубопроводы. Дабы избежать всех этих неприятностей, геотермальная вода используется для подогрева воды в системе, то есть, вода в данном случае нагревают другую вода, а последняя попадает в отопительные приборы. Это еще называют непрямым способом обогрева. Он хорош тем, что позволяет не только отопить помещение, то и принять горячий душ – в большинстве источников количества воды более чем достаточно для этого.

Эффективность такой системы очень быстро перекроет все расходы на ее установку. А если учесть, что она еще и полностью безопасна в экологическом плане, да и источник тепла все время самовосполняется, то вывод напрашивается один: геотермальное отопления дома рекомендуется всем, у кого на участке есть доступ к горячей воде.

Выводы и полезное видео по теме

В ролике наглядно показано, как в большом доме из газосиликатного блока обустроена отопительная система на основе геотермального теплового оборудования «воздух-вода». Раскрыты некоторые интересные нюансы относительно монтажа оборудования и озвучены реальные цифры коммунальных платежей за месяц.

Как работает оборудование «земля-вода». Подробное описание от специалиста по установке геотермальных тепловых котлов, рекомендации и полезные советы для домашних мастеров от профессионала своего дела.

Своими впечатлениями о тепловом геотермальном насосе делится реальный пользователь оборудования.

Профессиональный слесарь рассказывает, как в домашних условиях изготовить тепловой насос на основе мощного компрессора и трубчатых теплообменных деталей. Подробная инструкция в пошаговом режиме.

Геотермальный насос для отопления частного домовладения – удачный способ создания комфортных жизненных условий даже там, где недоступны централизованные коммуникационные системы и более привычные источники энергетического ресурса.

Выбор системы зависит от территориального расположения недвижимости и финансовых возможностей хозяев.

Имеете опыт изготовления геотермального теплового насоса? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой вариант сборки. Оставлять комментарии и прикреплять фотографии своих самоделок можно в форме, расположенной ниже.