Геотермальное отопление дома своими руками: возможно ли это?

Многие собственники коттеджей отказываются от классических способов обогрева, таких как газовое, водное или электрическое, поскольку они требуют больших эксплуатационных расходов. Альтернатива – геотермальное отопление дома. Это инновационная система обогрева, построенная на принципе использования неисчерпаемого природного ресурса — тепла земли.

Несмотря на сложность установки геотермального отопления «земля-воздух», она более чем имеет право на жизнь. Один раз как говорится помучится, зато потом получаем счета за электроэнергию в 3-5 раз ниже, сберегая свои средства, да и что греха таить — нервы, ведь тарифы в нашей стране неуклонно растут.

В сети есть уже много информации в которой люди делятся своими самодельными геотермальными решениями тепловых насосов.  А я вам предлагаю для начала посмотреть это видео ниже, в которой человек, реальный пользователь, делится своим опытом использования теплового насоса «земля-воздух» в своем энергоэффективном доме. Но вообще он еще о многом, полезном, рассказывает.

 Принцип работы геотермальной системы отопления

Сердцем геотермальной системы отопления является тепловой насос. Используя цикл Карно, он превращает низкотемпературный теплоноситель геотермального контура в нагретый до 50°С теплоноситель системы отопления. При этом КПД при такой работе составляет 350-450%. Моторесурс теплового насоса до капитального ремонта составляет 100 тыс. моточасов.

Температура в 50°С является оптимальной для максимального КПД теплового насоса. Поэтому для обогрева дома целесообразно использовать теплый пол или воздушное отопление, поскольку системы радиаторного отопления плохо подходят для эксплуатации в геотермальных системах отопления.

 Принцип работы геотермальной системы отопления

В конечном счете, у нас выходит: на 1 использованный кВт электрической энергии мы получаем около 3,5 кВт тепла, что в связи с удорожанием теплоносителей, является существенным для экономии собственного бюджета.

Система геотермального отопления дома

Работа системы основана на принципе теплового насоса. Энергия берется из окружающей среды, для чего используется разница температур на разных уровнях почвы, воды или воздуха. Тепло в радиаторы доставляет жидкий теплоноситель, циркулирующего между точками с разной температурой. Аналог — система охлаждения бытового холодильника.

Тепловой насос дает до 5 кВт тепловой энергии, расходуя только 1 кВт электроэнергии. Теплообменник может располагаться вертикально или горизонтально. При вертикальном положении тепловых труб бурятся скважины глубиной до нескольких сотен метров. Более точная глубина определяется геологическими особенностями в каждом месте бурения. При горизонтальном размещении тепловых труб для коттеджа площадью 200 м² понадобится занять участок земли площадью около 600 м², то есть 6 соток.

Заказать услугу «Отопление» на сайте
Ваше имя *:
Ваш e-mail *:
Ваш телефон*:
* — поля обязательны к заполнению

Преимущества геотермальной системы отопления частного дома:

  • высокая экономичность: 1 кВт электроэнергии дает 3-5 кВт теплоэнергии;
  • безопасность: для обогрева не используется пожаро- или взрывоопасное топливо;
  • экологичность: утечка газа исключена, выбросы в атмосферу вредных веществ исключены;
  • комфорт: простое обслуживание, высокая автоматизация;
  • автономность: автоматические системы управляют датчиками, регулируют температурный режим без вмешательства владельца;
  • долгий срок службы: тепловой насос работает порядка 30 лет.

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Геотермальное отопление работает как холодильник, только для нагрева. На поверхности земли устанавливается тепловой насос, из которого опускают теплообменник в шахту.

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Через устройство наверх поступает грунтовая вода, по пути нагреваясь. Прогретая жидкость используется для обогрева помещений.

Читайте также:  Как выбрать и установить терморегуляторы на батареи отопления

Расход энергии на нагрев воды меньше, чем получаемая теплоотдача.

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Принцип работы

Коллектор поставляет теплую воду в испаритель. Хладагент, нагреваясь, испаряется. Пар прогревается компрессором за счет электричества. Конденсатор охлаждает пар, вызывая выброс теплой энергии и возвращение хладагента в начальное жидкое состояние.

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Для прогрева воды требуется электроэнергия. Каждый затраченный кВт приносит, в среднем, 5 полезных кВт энергии.

Список оборудования

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Для создания геотермальной установки требуются 4 устройства:

  • коллектор;
  • испаритель с хладагентом;
  • компрессор;
  • конденсатор.
Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Среди перечисленных компонентов два требуют подключения электричества: компрессор и конденсатор.

Достоинства

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Геотермальное отопление имеет преимущества над прочими типами обогрева:

  • Полученная энергия применяется для любых целей.
  • Длительность подачи топлива к конкретному участку не ограничена.
  • Его использование экологически безопасно.
  • Установка не требует частого обслуживания.
  • Система окупается с течением времени.
  • Геотермальная установка занимает немного места: не больше, чем холодильник.
  • При необходимости система легко перенастраивается.
  • Совместимо с другими типами отопления.
Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Недостатки

Хотя геотермальное отопление имеет много преимуществ, у него есть и недостатки:

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы
  • Дорогостоящая система и монтаж.
  • Окупается примерно через 10 лет.
  • Систему нельзя использовать в районах с температурой, опускающейся ниже 20 градусов.
  • Вне зависимости от типа установки, требуются масштабные земельные работы с использованием арендованных устройств.

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.

Тепло из земли

Большинство систем геотермального отопления получает тепло из земли, накопленное там за период тёплого времени. Для этого трубы, в которых циркулирует низкокипящий теплоноситель, заглубляют в грунт.

При наличии свободной площади на участке применяется горизонтальная укладка, в противном случае внешний контур погружается в вертикально пробуренные скважины.

Горизонтальная укладка

При устройстве горизонтального контура, необходимо учесть глубину промерзания почвы. Для большей части европейской России, Южного и Среднего Урала, части юга Сибири, а также Приморского края эти показатели не превышают 2–2,5 метров. Как правило – эта глубина составляет 0,6–1 метр.

Тепло из земли

Труба под внешний теплоноситель укладывается в предварительно прорытые траншеи, глубиной 1,5–2,0 метра. К концу холодного сезона температура там не опускается ниже +1– -1°C, что вполне достаточно для образования перепада в 4–5°C.

Это позволяет поддерживать комфортный климат в помещении со значениями 20–25°C. Средняя длина труб составляет около 500 метров и её длины хватает для отопления дома площадью 250–350м².

Расчёт необходимых потребностей в размерах коллектора осуществляется из соотношения 20–25Вт с одного метра трубы. Зная полезную тепловую мощность можно определить длину заглубленного контура. Для вышеприведённого примера, с учётом коэффициентов теплопередачи, размеры трубы составят не менее 300–350 метров.

Объём земляных работ значителен, поэтому целесообразно воспользоваться услугами стороннего траншеекопателя. В случае перекрещивания коллектора со сточной системой, последнюю можно углубить на 30–50 см ниже, нежели основная траншея.

С целью повышения эффективности системы отопления и нехваткой свободной площади устраиваются многоуровневые контуры. То есть применяются несколько рядов, расположенных по высоте на 70–100см друг от друга.

Вертикальная укладка

Такая система используется при ограниченных свободных площадях, но она более эффективна, нежели горизонтальная система. Впрочем, все полезные результаты могут быть сведены на нет более дорогим монтажом. Система может использовать погружные зонды или водозаборные скважины.

Тепло из земли

Зонды

Читайте также:  Газовые котлы отопления — виды и особенности, рекомендации выбирающим

В грунте выполняются две или более вертикальные скважины, в которые опускаются внешние контуры, — по одной трубе течёт отработанный теплоноситель, по другой, — подогретый теплом земли. Глубина скважин может достигать 40–70 метров.

Эффективный отбор тепла достигает в среднем около 50–55Вт, что почти в 2 раза больше по сравнению с горизонтальным контуром. Но конструкция коллекторов более сложна, например, применяется коаксиальная труба, — это одно изделие меньшего диаметра находится внутри другого.

Необходимо соблюдать герметичность. Все трубы требуется теплоизолировать, система обрастает различной арматурой.

Скважины

В этом случае используется забор тепла от подземных вод, что значительно повышает тепловую эффективность системы отопления. Это происходит благодаря более высокой температуре влаги и значительному коэффициенту теплообмена.

При такой системе геотермального отопления необходимы минимум две скважины, — одна – заборная, другая – сбросовая. Понадобятся скважинные насосы, и, соответственно, дополнительная энергия для их питания. Кроме этого, с целью предотвращения замораживания воды, целесообразно использовать предохранительный теплообменник.

Тепло из земли

При выборе этого способа понадобится периодически, — один раз по истечении сезона менять рабочие скважины местами. Для этих целей необходимо запастись ещё одним скважинным here

Большой плюс этой системы – минимальное количество земляных работ и большая теплоотдача.

Повысить эффективную отдачу тепла можно применив солнечные коллекторы, которые нагреваясь в солнечную погоду, могут передавать дополнительное тепловую энергию для нагрева грунта.

Заключение

В каком бы труднодоступном месте дом ни стоял, водозаборная скважина ему всё равно нужна — в неё устанавливают геотермальный насос, и вопрос с отоплением дома решён. Если здание стоит на берегу пруда или озера, ещё проще — скважина и не потребуется. Коллектор, контур которого должен иметь длину не менее 300м, устанавливают в водоём, на глубину 2 метра, закрепив с помощью пригруза так, чтобы он не всплывал. Сам насос находится в доме – он достаточно компактен, по размеру напоминает небольшой холодильник, и работает так же бесшумно.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.

Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.

Читайте также:  Виды схем отопления двухэтажного дома с принудительной циркуляцией

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Применение оборудования

Неверно считать, что отопление от земли можно использовать только там, где присутствуют горячие водные источники, есть теплые гейзеры и прочие природные подземные отопительные источники. Новейшие технологии позволяют успешно эксплуатировать геотермальное отопление дома и в умеренных широтах.

На сегодня в нашей стране этот вид обогрева пока еще относится к альтернативным способам получения тепла. Однако, в большинстве случаев он является практически идеальным для дачных или загородных домов. Установленное геотермальное отопление дома своими руками способно работать в двух режимах:

  • обогрев в зимнее время;
  • охлаждение во время жарко погоды.

Таким образом формируется наиболее благоприятная атмосфера в помещении.

ВИДЕО: Как работает геотермальное отопление

Монтаж теплообменника

Актуальными типами установки являются такие варианты:

  • вертикальный, когда нужно бурить несколько скважин;
  • горизонтальный, где выкапывают траншеи ниже глубины промерзания;
  • подводный, когда укладка проводится по дну ближайшего водоема.

Распространенность геотермальных систем

Геотермальные системы отопления получают все большее распространение, ведь земные недра – бесконечный и бесплатный источник тепловой энергии. Созданы целые научные учреждения, которые занимаются ими. Специалисты, которые занимаются их монтажом, вносят свои усовершенствования в процесс установки и расчета их параметров.

И, может быть, скоро будут каким-то образом компенсированы недостатки и слабые стороны инновационного способа обогреть свой дом. Уже сейчас, если грамотно рассчитать все параметры геотермальной системы и правильно ее смонтировать, то она окупится примерно за пять лет, а служить при этом может в двадцать раз дольше.

В США и некоторых странах Европы и Прибалтики, на правительственном уровне решаются проблемы перехода на не зависящее от условий рынка, экологически безопасное, не расходующее ценных ресурсов и практически неисчерпаемое тепло земных недр.

Поделитесь статьей в социальных сетях Ваши контакты в этой статье от 500 рублей в месяц. Возможны другие взаимовыгодные варианты сотрудничества. Напишите нам на [email protected] Не получили ответ на свой вопрос? Спросите нашего эксперта: Спросить