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:

Виды тепловых насосов для дома

Любое жилье нуждается в тепле, а постоянное повышение цен на отопление и горячую воду сильно бьет по карману. Эту проблему может решить тепловой насос для отопления дома. Это система, благодаря которой происходит передача энергии от объекта с низкой температурой, преобразуя ее в более высокую, к конечному потребителю.

Данный агрегат служит для того, чтобы обеспечить жилье теплом без существенных ежемесячных затрат. Не очень приятной особенностью данных насосов является дороговизна их установки. Топливный насос — это целая отопительная система, установка которой требует значительных финансовых затрат. Однако потери от установки теплового насоса быстро окупятся, т.к. ежемесячные отчисления на оплату счетов за потребление электричества будут минимальны.

Устройство теплового насоса

Виды тепловых насосов

Мечта любого домовладельца — недорогая и эффективная система отопления, легкая в эксплуатации, безопасная и способная эффективно отапливать жилье любой площади. Исследования в этом направлении ведутся давно. Вокруг нас всегда была вода, воздух и земля. С недавнего времени человек стал активно использовать энергию, которую могут дать в огромном количестве эти стихии, причем совершенно бесплатно. Именно тепловые насосы для отопления дома и предназначены выбирать энергию воды, либо воздуха, либо земли, и преобразовывать ее в тепло.

Именно источник энергии разделяет топливные насосы на типы:

• воздух — воздух;
• вода — вода;
• земля — воздух;
• вода — воздух;
• земля — вода;
• фреон — вода
• фреон — воздух

Выбор того или иного теплового насоса зависит от региона проживания, климата, площади помещения и земельного участка, постоянства электрической энергии.

Топливные насосы типа воздух – воздух

Берут энергию из воздуха и обогревают воздух в помещении. Также этот тип может принимать теплый воздух и подавать в помещение холодный (кондиционер). Однако эти тепловые насосы малоэффективны в регионах с низкими температурами, т.к. они просто не смогут обогреть жилье в полной мере. Кроме того, один тепловой насос обычно может обогреть только то помещение, в котором он установлен, поэтому он не подойдет для крупных объектов.

И главный недостаток — высокое потребление электрической энергии по сравнению с другими насосами. Данное устройство имеет очень важный плюс — для него не нужно прокладывать оборудование под землей или в воде. Это наземный агрегат, который достаточно легко и недорого устанавливается. Причем теплоотдача значительно велика, а шум насос практически не выдает.

Тепловые насосы типа земля – воздух

Для низкотемпературных регионов больше подойдут тепловые насосы типа земля — воздух. Именно такой тип агрегатов, поставляющих тепло, используется в скандинавских странах, самых северных регионах планеты. Причиной их популярности в Швеции, Финляндии и Норвегии является то, что их работа не зависит от перемен температур. Трубопровод с антифризом для оборудования заглубляют ниже уровня промерзания грунта, что позволяет брать энергию земли круглый год.

Тепловой насос типа земля — вода

Тепловой насос типа земля — вода, берет энергию из грунта и обогревает жилье, растекаясь по системе отопления. Агрегат представляет собой закрытую кольцевую водяную систему. Такой тип теплового насоса подходит для крупных зданий, имеющих большие площади (офисные здания, гостиницы, торговые центры). Этот тип агрегатов значительно экономичнее, например, агрегатов типа воздух — воздух. Затраты на электричество минимальны.

Тепловой насос земля — вода

Работа теплового насоса

Внутри, например, подземной системы отопления лежит трубопровод. Внутри трубопровода находится теплоноситель. Когда теплоноситель нагревается и проходит через испаритель, он отдает полученное от земли тепло во внутренний контур теплового насоса, в котором находится хладагент. Хладагент закипает при низкой температуре. Когда он проходит через испаритель, то превращается в газ при низкой температуре и низком давлении. В виде газа хладагент попадает в компрессор, где в результате сжатия поднимается его температура. Затем горячий хладагент в виде газа идет в конденсатор. Здесь газ и второй теплоноситель из обратного трубопровода системы отопления обмениваются теплом. После этого тепло идет в жилье, а хладагент снова превращается в жидкость, и все начинается снова.

Принцип работы теплового насоса

По такому же принципу насос охлаждает воздух в помещении. Разница лишь в том, что теперь тепло отдается земле или воде, смотря как устроена система отопления — кондиционирования.

Плюсы тепловых насосов

• Тепловые насосы очень экономичны. Конечно нужно значительно потратиться на установку такого устройства (установить систему теплового насоса стоит несколько сотен тысяч рублей), но это позволит практически иметь собственную ТЭЦ. Сама установка также потребляет электричество при эксплуатации, но совсем немного. Для поставки 1 кВт тепла устройство затратит только 0.2 — 0.3 кВт электричества. Расходы на обслуживание системы отопления минимальны.
• Управление работой тепловых насосов для отопления дома происходит автоматически. Каждое устройство имеет внутреннюю систему контроля. Датчики определяют температуру «за бортом» и автоматически выключают систему и включают. Также можно управлять степенью нагрева, делать порог температуры в помещении более или менее высоким
• Тепловой насос может не только нагревать, но и охлаждать воздух в помещении. Таким образом с установкой топливного насоса вы получите своеобразный климат — контроль вашего дома.
• Отсутствие вреда для окружающей среды.
• Индивидуальный подход к установке отопительной системы. Есть всевозможные типы тепловых насосов. Каждый собственник жилья может выбрать любой вариант для себя. Можно использовать и приусадебный грунт, и расположенный рядом водоем и просто окружающий воздух. Это позволяет выбирать установку, цена которой будет доступна конкретному заказчику.
• Безопасность. В отличие от газовых насосов, данный вид практически безопасен. Он берет энергию извне. Эта энергия совершенно не несет никакой угрозы ни самой установке, ни жилищу.

Экономичность и безопасность теплового насоса

Недостатки топливных насосов

1. Высокая цена установки теплового насоса.
2. Зависимость от электрической энергии. Поскольку сама установка должна потреблять электричество для того, чтобы поставлять тепло от природных стихий в дом, нужно учитывать постоянство электричества в доме. Если существуют перебои с электричеством, то стоит отказаться от данного типа отопления.
3. Необходимость наличия значительной земельной площади для размещения тепловой установки. Чтобы установить тепловой агрегат, необходима очень трудоемкая работа по размещению оборудования под землей или под водой.