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:

Эффективно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли: анализ и советы по обустройству

Геотермальное отопление является одним из самых перспективных из всего числа альтернативных источников получения энергии. В отличие от гелиосистем оно практически не зависит от времени года. Но выгодно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли?

Геотермальное отопление дома

Сначала необходимо разобраться с принципами получения тепловой энергии. Они основаны на повышении температуры при заглублении вглубь земли. На первый взгляд повышение степени нагрева незначительно. Но благодаря появлению новых технологий, отопление дома за счет тепла земли стало реальностью.

Главным условием для организации геотермального отопления является температура не ниже 6°С. Это характерно для средних и глубоких слоев грунта и водоемов. Последние имеют большую зависимость от показателя внешней температуры, поэтому крайне редко используются. Как практически можно организовать отопление дома энергией земли?

Для этого необходимо сделать 3 контура, заполненных жидкостями с различными техническими характеристиками:

• Наружный. Чаще в нем циркулирует антифриз. Его нагрев до температуры не ниже 6°С происходит за счет энергии земли;
• Тепловой насос. Без него отопление за счет энергии земли невозможно. Теплоноситель из наружного контура с помощью теплообменника передает свою энергию хладагенту. Температура его испарения менее 6°С. После этого он поступает в компрессор, где после сжатия происходит повышение температуры до 70°С;
• Внутренний контур. По аналогичной схеме выполняется передача тепла от сжатого хладагента воде в системе одоления. Таким образом происходит отопление из недр земли с минимальными затратами.

Несмотря на явные преимущества, встретить подобные системы можно редко. Это связано с большими затратами на приобретение оборудования и организации наружного контура забора тепла.

Лучше всего доверить расчет отопления от тепла земли профессионалам. От правильности вычислений будет зависеть эффективность работы всей системы.

Принцип работы теплового насоса

«Сердцем» геотермального отопления является тепловой насос. Он состоит из нескольких компонентов, работа которых напрямую влияет на показатель КПД всей системы. Поэтому прежде чем планировать отопление частного дома от земли – нужно выяснить основные характеристики этого узла.

Так как это устройство относится к разряду сложного оборудования – рекомендуется приобретать только заводские модели. Конструкция теплового насоса включает в себя следующие компоненты:

• Испаритель. В этом блоке происходит передача энергии от внешнего контура;
• Компрессор. Необходим для создания высокого давления в среде хладагента;
• Капилляр. Он служит для уменьшения внутреннего давления в контуре хладагента;
• Система управления. С ее помощью регулируется отопление частного дома от земли – температурный режим работы, скорость прохождения теплоносителей и т.д.

Основной проблемой при самостоятельном изготовлении теплового насоса является уменьшение тепловых потерь и нормализация работы внутреннего контура с хладагентом. Настройка заводских моделей происходит еще на стадии изготовления, а в конструкции предусмотрены возможности регулировки ее параметров.

Как правильно рассчитать параметры насоса, чтобы тепло земли для отопления дома обеспечило нормальную температуру? Для этого нужно узнать тепловую мощность насоса. Для приблизительного вычисления можно воспользоваться следующей формулой:

Q=(t1-t2)*V

Где t1-t2 – разница температуры на входной и обратной трубе, °С, V – расчетный объем расхода теплоносителя, м³/ч, Q – номинальная мощность теплового насоса, Вт.

Эта методика неприменима для сложных систем, так как в них присутствует множество дополнительных факторов. В частности – тепловые потери на магистрали. В особенности это касается тех зон, где она выходит максимально близко к поверхности грунта. Для минимизации тепловых потерь следует выполнить утепление труб отопления в земле.

Так как работа теплового насоса зависит от электроэнергии – рекомендуется установить блок аварийного питания.

Варианты обустройства геотермального отопления

Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная. Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше.

В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.

Кроме него учитываются такие факторы:

• Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
• Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
• Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.

Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.

Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.

Горизонтальная схема геотермального отопления

Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.

Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

• Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
• Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
• При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.

Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.

Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности — тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.

Вертикальная схема геотермального отопления

Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах. Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная.

Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.

С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?

• Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м., что является трудоемкой работой;
• Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
• При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.

Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.

Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.

Организация геотермального отопления

У потребителей до сих пор остается главный вопрос – можно ли использовать отопление загородного дома энергией земли в качестве основного? Это возможно, но только при профессиональном подходе на всех этапах — начиная от расчета и заканчивая монтажом и проверкой системы.

Прежде всего необходимо правильно подобрать тепловой насос. Учитывая их высокую стоимость – следует сначала выполнить все предварительные расчеты его характеристик. Только в этом случае отопление за счет тепловой энергии земли будет иметь максимальный показатель КПД. Среди надежных производителей можно выделить компании Buderus, Vaillant и Veissman. Средняя стоимость теплового насоса для отопления из земляных недр составляет около 360 тыс. рублей при номинальной мощности 6 кВт. Более продуктивные модели могут обойтись свыше 1 млн. рублей.

Помимо стоимости нужно обратить внимание на материал изготовления труб. Для минимизации тепловых потерь в отоплении от тепловой энергии земли рекомендовано использовать следующие:

• Сшитый полиэтилен. Отличается невысокой стоимостью – оптимален для горизонтальных схем;
• Стальная нержавеющая труба. Используется в отоплении с помощью тепловой энергии земли с вертикальным расположением наружного контура. Выгодно отличается от сшитого полиэтилена высоким показателем теплопроводности и механической прочностью. Недостаток – большая стоимость.

Для оптимизации рекомендуется установка наружных и внутренних температурных датчиков, а также теплового аккумулятора. Это позволит минимизировать расходы для отопления частного дома энергии земли.

Учитывая все эти факторы пока в большинстве случаев устанавливают геотермальное отопление от энергии земли в качестве дополнительного. Со временем стоимость комплектующих и эффективность тепловых насосов повысится — и только тогда можно будет рассматривать подобные системы в качестве основных.

С примером установки геотермального отопления в частном доме можно ознакомиться, посмотрев видеоматериал: