что такое геотермальное отопление загородного дома

Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

В это же время, грунт и вода укрытые снегом, сохраняют большое количество теплоты. Температура земли ниже точки промерзания всегда сохраняет положительные значения +8 +12. Логично в этой ситуации отказаться от легкодоступного низкопотенциального источника воздуха в пользу более стабильной и теплоёмкой земли и воды.

Так же следует заметить, что КПД теплового насоса, а точнее его COP на прямую зависит от температуры источника. Чем теплее, тем эффективней процесс преобразования энергии.

Актуальность геотермального отопления

Традиционные виды топлива дорожают каждый год, при использовании углеводородов в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Все это объясняет привлекательность альтернативных источников энергии. Например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева. При этом вопреки бытующему мнению, для эффективного функционирования системы не нужны близко расположенные гейзеры или вулканы: на равнине отопление работает ничуть не хуже. Геотермальное отопление дома подразумевает использование тепла от почвы, грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт/ч энергии, тепловому насосу хватит 1 киловатт-часа. Особенности системы:

Принцип действия

Впервые был опубликован еще в 1824 г. во Франции ученым Сади Карно. Действие геотермального отопления можно сравнить со старым типом холодильника. В нем тепло отводится посредством обменника за пределы холодильной камеры: в итоге содержимое бытового прибора остывает. Геотермальный способ наоборот, вытесняется холод в грунт, а тепло накапливается в помещении.

Согласно закону термодинамики, теплота от нагретого тела стремится перейти к холодному и перейти в состояние равновесия. Благодаря расширению-испарению хладагента его объём увеличивается, а температура снижается, тепловая энергия земли старается уравновесить эти процессы. Контактируя с грунтом, через промежуточный теплоноситель, фреон поглощает его тепло. Однако этого мало, чтобы обогреть здание.

В системе – три главных составляющих:

Как работает тепловой насос

Внешне он напоминает небольшой холодильник, среди основных элементов которого стоит выделить:

Уникальность теплового насоса (ТН) в том, что он в жаркое время года может работать, как система охлаждения. Наиболее эффективно использовать это устройство с низкотемпературной системой отопления, теплыми полами либо фанкойлами. При выборе насоса стоит учитывать нижеследующие параметры:

Способы размещения труб (коллектора)

Общие отрицательные стороны геотермальных установок

Наиболее серьезная проблема – высокая стоимость подключения к низкопотенциальному источнику. Для отопления здания площадью в 300 кв. м инсталляция под ключ обойдется примерно в миллион рублей. При этом половина средств пойдет на покупку теплового насоса. Срок окупаемости самой эффективной системы, в сравнении с отоплением электричеством – от пяти лет. Еще один минус – сложность самостоятельного обустройства, о чем речь пойдет ниже.

Можно ли оборудовать геотермальную установку своими руками

Установить контуры самостоятельно очень сложно: нужны максимально точные расчеты, выполнить которые могут только специалисты. Малейшие ошибки в проектировании могут привести к низкой эффективности оборудования, и, как следствие, ее доработке, что повлечет к лишним расходам. Параметры, учитываемы при расчете геотермальной системы:

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли. В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления. Но лучший вариант – государственная или хотя бы региональная поддержка. Особенно, если учитывать экологическую значимость подобного способа обогрева жилищ.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться.
Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.

То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

Остались вопросы

Спасибо за обращение, мы обязательно перезвоним.

Источник

Геотермальное отопление: что это такое и главные особенности его построения

Отправим материал на почту

Каждый хозяин ищет экономичные способы обогреть собственное жилище, поэтому если вы один из таких, то вам будет полезно узнать, что такое геотермальное отопление. Кроме того, в рамках этой статьи мы рассмотрим не только его особенности, а также плюсы и минусы и детали касательно собственноручного монтажа. Поэтому настоятельно рекомендуем дочитать эту публикацию до конца, чтобы не упустить важные моменты.

Геотермальное отопление: что это и его принцип работы

Принцип работы геотермального отопления заключается в наличии в устройстве специальной системы, которая помогает черпать тепловую энергию из недр земли. Состоит конструкция из внутренней и внешней части системы отопления. Получается, что она включает насос, а также два контура.

Теплоноситель, который проходит по трубкам и радиаторам отдает тепло внутренней части помещения. Также возможно подключение к этой системе и теплого пола, при условии, что он является составляющей внутреннего контура.

Внешняя часть системы находится глубоко в грунте или в воде, имеет достаточно большие габариты. В качестве теплоносителя часто выступает антифриз (используется и обычная вода). Основным элементом во всей этой конструкции является тепловой насос. Во время своей работы он затрачивает до 1 кВт мощности, при которых способен выдавать энергию в количестве 4-5 кВт.

Все тепло, которое вырабатывается наносом отдается дому через батареи, радиаторы, теплые полы, на этом и выстраивается принцип работы экономного геотермального отопления.

Что происходит в рабочем состоянии

На данном этапе рассмотрим, как работает геотермальное отопление дома. Для этого распишем все в виде пошаговых пунктов:

На заметку! При правильной реализации монтажа системы геотермального отопления удастся окупить разработанную конструкцию за короткий промежуток времени.

Виды разработанной системы

Теплообменник, который используется в системе и функционирует от источника с низким показателем температуры может устраиваться по-разному. Обычно для этой цели применяется вертикальной или горизонтальное размещение внешнего контура. Насос и внутренний контур остаются в стандартном положении без изменений.

Вертикальный способ размещения предполагает использование специальной вытянутой шахты, которая может пересекать или не пересекать водный горизонт в глубине грунта. При выборе такого типа отопления происходит бурение сразу нескольких скважин в предполагаемом месте. Они имеют наклонное положение. Внутри них монтируется внешний контур. Такой прием используется с целью сохранить ландшафтный дизайн на придомовом участке. Глубина скважины в вертикальном расположении составляет 50-100 метров. Все зависит от геологических условий на выбранной местности. Специалисты считают, что данный способ будет эффективным в ходе эксплуатации.

Горизонтальный вариант расположения требует обязательного устройства трубопровода-змеевика в глубине грунта. Для организации такой разновидности отопления подготавливают специальный котлован или контур размещается в водоеме. Закладка горизонтального контура оправдана только в случае, когда имеется свободное месторасположение или же дом только начинает возводиться с нуля.

Видео описание

Геотермальное отопление дома: плюсы и минусы.

Важно! При закладке контура горизонтальным путем, рекомендуется узнать точную глубину промерзания грунта, так как конструкцию необходимо устанавливать ниже этой отметки.

Источники энергии, которые могут использоваться для отопления

Геотермальное тепло может приходить в дом от двух типов источников земляной энергии. Их делят на:

Таким образом, удается преобразовать энергию из недр земли: из теплой в холодную, а из холодной в теплую. Этот процесс происходит с помощью специально предусмотренного насоса.

Виды геотермальных установок

Разобравшись с геотермальным отоплением и что это такое, целесообразно изучить возможные его варианты. К ним относится:

Преимущества и недостатки

Работа конструкции геотермального отопления, как и все остальные системы имеют свои положительные и отрицательные качества. Начнем с преимуществ:

В вопросе организации данного типа оборудования необходимо выделить один условный минус — крупные первичные затраты, которые понадобятся на обустройство.

Важно! Также в качестве недостатка может выступать и ограниченность использования данного способа отопления. Например, в районах с крупной застройкой, трудно получить разрешение на проведение соответствующих видов земляных работ.

Принципы обустройства

Отопление за счет тепла земли выполняется в несколько этапов. Для их реализации не обязательно привлекать специалистов, единственное, что может потребоваться — профессиональная бурильная установка, и то, в крайних случаях.

Первый этап: выполнение предварительных расчетов

Расчеты производятся для того, чтобы конструкция стала работать эффективно в период отопительного сезона. Здесь могут быть отличия в цифрах в случае разного уровня теплоизоляции постройки. Чтобы обогреть площадь в виде 1 квадратного метра, понадобятся насосные установки следующей мощности:

Кроме этих значений рекомендуется учесть еще и возможные потери тепла непосредственно в домашних условиях. Например, для более крупных домов этот показатель может достигать 9 кВт. В таком случае насосная установка должна обеспечивать показатель мощностью 216 кВт/ч. Но, лучше, если к этому показателю прибавить еще 10-15%. В соответствии с этими значениями, оптимальная мощность насосной установки для геотермального отопления дома — это 10,8 кВт.

Сюда же следует отнести и температуру грунта на уровне, где находится скважина. К сожалению, многие игнорируют этот фактор, вследствие чего происходит нарушение работоспособности системы отопления. Температура внутренних слоев почвы может варьироваться в зависимости от уровня присутствующей влажности в них. Параметры в зависимости от этого могут быть следующими:

После проведения расчетов и выбора в соответствии с ними оборудования, можно приступать к монтажу.

Видео описание

Принцип работы теплового насоса.

Второй этап: монтаж и подходящее оборудование

Для устройства геотермального отопления можно использовать уже готовые приспособления. В качестве них подойдет задний змеевик от холодильника, а также кондиционер с измененным внешним и внутренним контуром. Определившись со средством, играющим роль контура, можно приступать к бурению скважины.

Ее глубина должна быть не менее 20-100 метров. Для этой цели пригодится профессиональный бур (это единственная манипуляция, которая может потребовать соответствующей специализации при монтаже).

Также в качестве места, куда будет заложен внешний контур, может быть подготовлен котлован (но, только при условии, если для этого имеется достаточно свободной площади). На его дно насыпают песок. Достаточно присыпать, чтобы полностью перекрыть видимость грунта.

В подготовленной траншее выкладывают трубы внешнего контура, образуя спираль или змейку. Для этой цели подходят и пластиковые трубы, главное, чтобы они выдерживали давление до 6 бар. Получается, что эти каналы должны будут выполнять роль зондов. Обвязку составляют из трех-четырех линий, причем крайние участки формируют в загибы U-образной формы.

Третий этап: подключение теплового насоса к отоплению

Подключение теплонасоса для отопления дома теплом земли осуществляется по стандартной схеме, как и по отношению к другим видам отопительных систем. Для этой цели используется следующий принцип:

Подобным образом, организованная система отопления работает намного эффективнее не только в плане теплоотдачи, но и затрат на коммунальные платежи.

Особенности эксплуатации и содержания оборудования

Смонтировать отопление теплом земли и наслаждаться им еще недостаточно. Важно знать некоторые принципы его эксплуатации и обслуживания. Об этом рассказываем в данном разделе:

При регулярном соблюдении таких манипуляций, отопление проработает отведённый ему срок без нареканий.

Варианты лучших геотермальных насосов

Выбор типа насосного оборудования — не последняя необходимость, о которой нужно знать при попытке организовать отопление дома теплом земли. В этом разделе рекомендуем изучить наиболее распространённые и высокоэффективные агрегаты от именитых брендов. Обратить внимание следует на производителей:

Можно сделать вывод, что обойтись можно и лишь геотермальным отоплением при условии правильно выбранной насосной станции.

Видео описание

Отзыв об отоплении дома теплом земли.

Заключение

Геотермальное отопление — это удачный альтернативный вариант другим системам. Для его организации нужно только соответствующее разрешение и правильная планировка составляющих. Взамен укомплектованное отопление порадует теплом, а возможно и приятной прохладой в летний период.

Источник

Разбираемся насколько выгодно геотермальное отопление частного дома

Выбирая вариант обогрева индивидуального жилья или производственных построек, обращают внимание в первую очередь на доступность и стоимость топлива в месте строительства. Важно представлять размеры финансовых и трудовых вложений в период монтажа оборудования, эксплуатационные расходы, а также эффективность будущей системы в конкретных условиях эксплуатации.

Геотермальное отопление частного дома преподносится маркетологами в качестве универсального решения для любых случаев, что не совсем верно. В статье собран материал, помогающий понять, что и по какой цене предлагают застройщику, а также сравнить этот вид отопления с другими способами.

Преимущества и недостатки геотермальных тепловых насосов

Опыта массовой и, главное, продолжительной эксплуатации тепловых насосов в России немного. Пользователи разделились на два противоположных лагеря: на тех, кто хвалит систему отопления (сюда же стоит отнести продавцов и монтажников) и противников, столкнувшихся с трудностями эксплуатации или недобросовестными компаниями-установщиками.

На основании отзывов можно сделать выводы о достоинствах и недостатках тепловых насосов.

Достоинства проявляются при качественном проектировании, верном выборе оборудования, соблюдении правил монтажа.

Устройство и принцип работы геотермального отопления

Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.

В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.

Схематический принцип работы теплового насоса.

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.

Альтернативный способ организации посредством перекачки грунтовых вод.

В состав геотермальной системы отопления входят:

В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:

Важно! Точные цифры температуры теплоносителя внешнего контура могут меняться у разного оборудования, но, чтобы тепловой насос выполнял свои функции, теплоноситель должен нагреваться хотя бы на 2-4 градуса. В противном случае экономический эффект отсутствует или даже получается отрицательным.

Способы организации геотермального отопления

Геотермальные системы отопления классифицируют по нескольким признакам:

Первый параметр указан производителем оборудования. Например, обычная сплит-система будет относиться к классу «воздух-воздух», забирать тепло из воздуха улицы и отдавать в помещения.

Насос «грунт-вода» забирает тепло земли и греет жидкий теплоноситель системы отопления. Параметр «вода-воздух» подразумевает конструкторское решение, при котором внешний контур расположен в воде (внешнем водоёме или в скважине), а тепло по дому распределяется потоками нагретого воздуха.

Выбор того или иного способа зависит от условий эксплуатации.

Обоснование выбора класса оборудования

Один из главных параметров на который обращают внимание при покупке тепловых насосов – это коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Он может быть равен от 1 до 7, иными словами: 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности. Важно понимать, что реальный коэффициент геотермальных тепловых насосов будет меньше заявленного в паспорте, так как для работы потребуются затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя по внешнему контуру, и чем он длиннее, тем больше будут эти затраты.

На практике и по отзывам пользователей следует рассчитывать на СОР равный 2,5-3,2 если вести учёт в течение всего периода эксплуатации – температура грунта и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.

В большей степени выбор среды, откуда будет забираться тепло, зависит от климатических условий региона и геологических особенностей места строительства.

Еще один альтернативный способ организации геотермального отопления с использованием водоема.

Оборудование с внешним контуром, расположенным в воде, выбирают, если:

Если эти условия не соблюдаются, то необходима лицензия на право пользования недрами. Если при проверке контролирующими органами лицензии не окажется, то оборудование придётся остановить и заплатить штраф до нескольких миллионов рублей.

Кроме того, важным является расстояние от водоёма до дома, если оно свыше 25-30 метров, то эффективность резко снижается – потребуется дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и утепление трубопровода.

Размещение внешнего контура в грунте на своём участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб – горизонтальный или вертикальный.

Горизонтальный и вертикальный внешние контуры.

Важно! В течение зимы грунт постепенно вымораживается, становится холоднее и СОР падает к февралю-марту, так как теплоноситель уже меньше нагревается.

По отзывам владельцев участков в месте, где размещён горизонтальный контур теплового насоса через несколько лет эксплуатации меняется структура грунта, хуже растут овощные растения и землю используют только под газон. Не сажают в таких местах и деревья с мощной корневой системой, которая может разрушить трубы.

Оптимальной считают вертикальную систему проколов или скважин, в которых размещают несколько контуров, расходящихся в разные стороны. На большой глубине температура земли стабильнее и мало зависит от климата. Для выводов труб оборудуют колодец, в котором размещают коллекторы. Скважины бурят под углом к горизонту и располагают по окружности – так снижается влияние каждого контура друг на друга.

Можно ли сделать все своими руками

Собрать геотермальную систему отопления своими руками в теории можно, но на практике сделать это трудно, если не невозможно.

Понадобится большой объём земляных работ при горизонтальной укладке контура. Трубы размещают минимум на 0,5 метра ниже уровня промерзания грунта, т.е. всего придётся копать землю на глубину 2-2,5 м. Грунт необходимо где-то складировать и размещать на время прокладки труб.

Бурение скважин общей глубиной до 200 м потребует специального дорогостоящего оборудования, сделать такой объём работы своими руками невозможно. Самостоятельно приступать к укладке контура целесообразно только при наличии в пользовании технических средств: экскаватора, самосвала, бульдозера или буровой установки.

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м 2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м 2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Так выглядит типичная «котельная» с тепловым насосом.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

Таким образом, длина контура составит от 400 до 1 200 м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

Исходя из показателей, общая глубина скважин составит от 200 до 700 м, что в 2 раза меньше, чем при горизонтальном расположении. В грунте с хорошей теплоотдачей для дома 200 м 2 бурят 3 скважины длиной по 75 метров.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м 3 /час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Узнать стоимость оснащения дома тепловым насосом без учёта внутренней разводки можно с помощью калькуляторов, представленных на сайтах производителей оборудования и монтажных организаций. Цены колеблются для разных регионов. Готовые системы под ключ (со стоимостью работ и оборудования) специализированные организации готовы изготовить по цене от 670 тысяч в регионах до 1,5 млн. рублей в Московской области.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м 2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

* — взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.

Источник