Геотермальное отопление дома

Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками

Мы знаем, что геотермия – это тепло Земли, а понятие «геотермальный» зачастую ассоциируется у нас с вулканами и гейзерами. В России геотермальная энергетика используется преимущественно в промышленных масштабах, например, существуют дальневосточные электростанции, работающие на основе тепла нашей планеты.

Многие уверены, что сделать геотермальное отопление дома своими руками – это что-то из области фантастики. Не так ли? Но это совершенно не так! С развитием современных технологий бытовое использование “зеленой энергии” стало вполне реально.

Мы расскажем о принципах работы альтернативного отопления, его преимуществах и недостатках, сравним с традиционными системами обогрева. Также вы узнаете о способах расположения теплообменника и о том, как смонтировать геотермальное отопление своими руками.

Несколько исторических фактов

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в альтернативных источниках энергии. Именно в тут пору и стали создаваться первые геотермальные отопительные системы.

Сегодня они получили широкое распространение в Соединенных Штатах, в Канаде и в западноевропейских государствах.

Например, в Швеции активно используют воду Балтийского моря, температура которой составляет +4°С. В Германии внедрение геотермальных отопительных систем даже спонсируется на государственном уровне.

В России действуют Паужетская, Верхне-Мутновская, Океанская и другие геотермальные электростанции. Но фактов использования энергии Земли в нашем частном секторе очень мало.

Реальные преимущества и недостатки

Если в России геотермальное отопление частного сектора получило сравнительно малое распространение, значит ли это, что идея не стоит затрат на её воплощение? Может быть, и заниматься этим вопросом не стоит? Оказалось, что это не так.

Использование системы геотермального отопления жилища – решение выгодное. И тому есть несколько причин. В их числе и быстрая установка оборудования, которое способно длительное время работать без каких-либо перебоев.

Если использовать в отопительной системе не воду, а качественный антифриз, она не будет промерзать и её износ будет минимальным.

Перечислим и прочие преимущества этого вида отопления.

  • Исключена процедура сжигания топлива. Мы создаём абсолютно пожаробезопасную систему, которая, в процессе своей эксплуатации, не сможет нанести жилью никакого ущерба. Кроме того, исключается ряд других моментов, связанных с присутствием топлива: теперь не нужно искать место для его хранения, заниматься его заготовкой или доставкой.
  • Существенная экономическая выгода. В процессе эксплуатации системы не потребуется никаких дополнительных вложений. Ежегодный обогрев обеспечивают силы природы, которые мы не покупаем. Конечно, при функционировании теплового насоса затрачивается электрическая энергия, но при этом объём производимой энергии существенно превышает размеры потребления.
  • Экологический фактор. Геотермальное отопление частного загородного дома – это экологически безопасное решение. Отсутствие процесса горения исключает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это осознают многие, и такая система теплоснабжения получит должное повсеместное распространение, негативное влияние людей на природу многократно уменьшится.
  • Компактность системы. Вам не придется организовывать в своём доме обособленное помещение котельной. Всё, что будет необходимо – это тепловой насос, который можно разместить, например, в подвале. Наиболее объёмный контур системы будет располагаться под землей или под водой, на поверхности вашего участка вы его не увидите.
  • Многофункциональность. Система может работать как на отопление в холодное время года, так и на охлаждение в период летней жары. То есть, по сути, она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер.
  • Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.

Выбор геотермальной системы отопления экономически выгоден, несмотря на то, что придется потратиться на покупку и установку оборудования.

Кстати, в качестве недостатка системы упоминают именно затраты, на которые придется пойти, чтобы установить систему и подготовить её к работе. Нужно будет купить сам насос и некоторые материалы, выполнить работы по монтажу наружного коллектора и внутреннего контура.

Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование уложенного в грунт или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить значительные средства.

К тому же, сам процесс монтажа не настолько сложен, чтобы приглашать для его выполнения сторонних специалистов. Если не заниматься бурением, то всё остальное можно сделать самостоятельно.

Минусы 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. 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.

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.

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.

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

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.

Тепловой насос отопит дом. Опыт FORUMHOUSE

В нашем климате отопительный сезон длится больше полугодия, а летом приходится тратиться на системы кондиционирования. Хорошо, если дом находится на «освоенных» территориях, где подведен газ. А как быть, если магистрали нет, и в обозримом будущем не предвидится. В последние годы все большее распространение получают тепловые насосы, как альтернатива классическим видам отопительных приборов. И среди пользователей FORUMHOUSE есть владельцы такого оборудования, готовые поделиться полезным опытом.

  • Принцип работы тепловых насосов
  • Отопительный контур
  • Достоинства и недостатки тепловых насосов
  • Секреты самоделкиных

Как это работает

Основные узлы агрегата: компрессор, теплообменник, циркуляционный насос, автоматика, подающий контур. Насос способен забирать тепло из трех источников.

Судя по веткам обсуждений, востребованы у нас два варианта – вода и грунт. Это обусловлено ограничениями по температуре – источник должен быть плюсовым. Расположение запитывающего контура бывает горизонтальным или вертикальным. В первом случае магистраль укладывают ниже уровня промерзания – от 1,5 метров глубины. Или на дно водоема, там даже по сильным морозам – до + 4⁰С. Длина контура зависит от габаритов отапливаемого помещения и мощности насоса. Во втором бурят скважины под зонды, средняя глубина – 50–70 метров. Пиастров А В, один из форумчан и владелец теплового насоса, так охарактеризовал вертикальную систему.

Тепло собирают геотермические зонды – закольцованный трубопровод, по которому циркулирует этиленгликоль. Они опускаются в скважины 50–70 метров глубины. Это наружный контур, а количество скважин зависит от мощности теплового насоса. Для домика в 100 метров квадратурой потребуется два зонда – две скважины.

Отопительный контур

Тепловой насос, в отличие от котлов на газу, угле или электричестве, нагревает носитель в среднем до 40⁰C. Это оптимальная температура, при которой и износ оборудования минимальный, и потребление электричества. Для обычных радиаторов таких показателей недостаточно. Поэтому с тепловым насосом обычно используют не трубы и батареи, а теплый пол. Он при таком нагреве теплоносителя эффективнее. Только шаг между трубами должен быть меньше. Стоит учесть, что теплый пол создает ограничения по выбору мебели и сушит воздух. Потребуется дополнительное увлажнение. Летом полы могут работать на охлаждение.

Достоинства и недостатки

Кроме того, нет зависимости от газовщиков и хождений по инстанциям для согласования. Да и требования к котельной не такие строгие. После пуска затраты на эксплуатацию минимальные. Оплачивается только электричество, насос средней мощности потребляет около 4 кВт в час. Современные модели импульсные, работают не беспрерывно, а включаются при необходимости. Это снижает количество рабочих часов в сезон и затраты энергии.

Главный недостаток геотермального отопления – цена вопроса, даже китайский или отечественный агрегат, не говоря о европейских брендах, стоит несколько тысяч евро. Вместе с обустройством внешнего контура и монтажом, удовольствие выльется в сотни тысяч рублей. Согласно расчетам экспертов и владельцев, насос окупается за несколько лет. Работает он на дармовом источнике, по сравнению со стоимостью тонны угля или куба дров, экономия значительная. Но далеко не у каждого есть лишних полмиллиона на оборудование и пусконаладку.

Если недалеко от участка водоем, получается значительно дешевле, отпадают траты на дорогостоящее бурение.

Действующие скважины тоже оптимизируют процесс, становясь источником тепла. Это подтверждает форумчанин дет марос из Усть-Каменогорска. Он работает на предприятии, выпускающем тепловые насосы и оказывающем услуги по их установке. Поэтому досконально разбирается в ситуации и на вопрос участника ветки, нужны ли ему зонды, если на участке есть скважины, ответил исчерпывающе.

Читайте также:  Теплообменник своими руками: классификация, способ изготовления

Зачем вам заморачиваться с зондами, если воды хватает. Будете гонять из одной скважины в другую через ТН. С зондами возимся, когда на участке нет воды или столб маленький, потребности не покрывает. Для насоса мощностью 10 кВт нужен объем в 3 куба.

Секреты самоделкиных

Но самая большая экономия получается, когда тепловой насос собирают своими руками. Ведущий узел – компрессор, берут от мощных кондиционеров и сплит-систем, технические параметры у них сходные. Теплообменники продаются готовые, но некоторые умельцы и их умудряются паять из медных труб. В качестве хладагента – фреон, его тоже продают в баллонах. Контроллеры, реле, стабилизаторы, все элементы по отдельности обойдутся вполовину дешевле, чем в готовом комплекте.

Чаще всего самоделки организуют над прудами или когда уже есть действующая скважина. Из-за того, что львиная доля расходов приходится именно на земляные работы, и экономия максимальная на них же.

Умелец aparat2, из Риги, сам собрал геотермальное отопление и выложил об этом фоторепортаж, с подробным описанием всех операций.

Собрал ТН из двух однофазных компрессоров по 24000 БТУ (7 кв. ч. по холоду). Получился каскад, тепловой мощностью 16-18 киловатт, при расходе электричества около 4,5 кВт в час. Выбрал два компрессора, чтобы были токи меньше, запускать буду не одновременно. А пока обжит только второй этаж и хватит одного компрессора. Да и, поэкспериментировав на одном, потом усовершенствую вторую конструкцию.

Также форумчанин решил не тратиться на готовые теплообменники пластинчатого типа. Они требовательны к водоподготовке, да и стоят весомо. Самодельный обменник он совместил с аккумулятором, чтобы повысить отдачу. Получилась рабочая установка в разы дешевле покупной.

Тем не менее, тепловые насосы– это альтернативный вариант, когда нет газа и большие площади отопления. Даже при самостоятельной сборке системы затраты на комплектующие солидные. Ближе изучить тему можно на ветке по тепловым насосам, там масса полезных советов, форумчане делятся опытом, обсуждают различные модели. Пошаговая инструкция от aparat2 поможет разобраться со сборкой. А варианты отопления большого дома без газа в ролике – наглядный пример. Для владельцев деревянных домов – видео об особенностях прокладки трубопроводов.

2.5-3! Сейчас даже появились более дорогие сплит-системы на R32 с СОР более 6 (!), паспортно (!) работающие на обогрев до -30С! Но пока речь про R410.. А Пиковые морозы ниже -15С можно закрыть резервными источниками – ТТ или эл.котёл! Морозных дней ниже -15С даже у меня в Сибири по факту замеров последние 3 года – не более 1,5мес, при общей продолжительности отопит.сезона до 7мес, плюс изредка бывают достаточно холодные летние периоды! Главное брать сплит-системы от качественных производителей, с гарантией не менее 3лет! О выборе моделей тоже много сказано в ветках! Но пойдём дальше!:) ведь тема про грунтовые ТН! Так вот, если наружный блок инверторного кондиционера поставить в подвал/подпол (!), то он будет всю зиму питаться теплом грунтового контура экранированного пятном застройки дома, заодно частично полезно утилизируются (регенирируются) теплопотери надподвального перекрытия, которые обычно просто рассеиваются! В этом случае они не теряются а возвращаются в дом! Наряду с несколькими пользователями проведшими такой эксперимент (или подобный – есть чел подающий на наружник воздух через воздуховоды зарытые в грунт возле дома!) убедился в высокой эффективности метода: всю прошлую зиму я лично отапливал в Сибири свой дом 130м2 2эт бюджетным (из сетей) инверторным сплитом 18бту с наружником в подвале! Минимальная t грунта была в январе-феврале 2016 – до минус 14С! Ниже физически не могла опуститься! С потеплением на улице грунт в подвале с лагом в 1-3 суток также повышается по t , т.е.никакой обычно приписываемой страхами вечной мерзлоты нет! К концу марта в подвале как и среднесуточно на улице – минус 5С! Никаких рисков для фундамента нет, потому что сплит имеет вполне скромную мощность и очень плавно и равномерно (обдув) охлаждает подвал! В моём случае площадь подвального грунта около 50м2! Затраты эл-ва за сезон 6мес

5000Квтч! Потратил за зиму всего

12т.р. Но оговорюсь – держал в доме минимум – 16С, т.к. ремонт больше не нужно и мощность сплита для дома 130м2 слегка маловата, 24бту хватило бы! Ещё моменты: надо утеплить цоколь, и для большей эффективности и отмостку! Мой эксперимент был только при утеплении цоколя! Заглубление грунта в подполье у меня

0,8-1,0м, фундамент ленточный армированный на песч.подушке глубиной

1,0-1,1м! Мой дом очень хорошо утеплён: в стенах 200мм эппс, кровля – 200мм – кам.вата, надподвальное перекрытие – 150мм эппс, перекрытия – брус-сосна (для такого решения лучше брать лиственницу или делать бетон, иначе при оттайке грунта весной будет конденсат, либо принудительно продувать подвал мощным вентилятором), 20м2 – остекления 3стекла, наружка 6мм, плюс i-стекло. Обращаю внимание: хорошое утепление дома – это вопрос #1! затем уже игры с ТН любого вида, иначе не натопишься!

Принцип работы геотермального отопления дома с тепловым насосом

Способы получения тепла из альтернативных источников приобретают большую популярность у владельцев домов, вынесенных за пределы города. В условиях невозможности подключения к центральным магистралям, частых перебоев подачи электричества геотермальное отопление дома может стать хорошим выходом и получить тепло для прогрева дома любой площади. Рассмотрим особенности и возможности применения оборудования.

Что такое геотермальное отопление?

Геотермальным отоплением называется система добычи тепла из постоянных источников – земли, воды. На определенных глубинах грунт и вода не промерзают, сохраняя плюсовые температуры, задача насосов взять тепловую энергию и направить ее на отопление дома.

Оборудование представляет собой кондиционер, но с обратной функцией, направленной не на выработку холода, а тепла. Алгоритм теплового насоса выстроен на передаче энергии от источника с низким потенциалом к теплоносителю. Источники низко потенциальной тепловой энергии – это как раз земля или вода.

Преимущества и недостатки системы

К плюсам относят:

  1. Постоянство обеспечения и экономичность. Вода и земля не промерзают ниже определенных точек, поэтому отопление тепловым насосом будет осуществляться в постоянном режиме, плюс выделение тепла превышает затраты на электричество, необходимое для работы насоса.
  2. Чистота. Во время работы оборудование не образует вредных газов, шлаков. Не придется чистить горелки и топку – вся схема выстроена на отсутствии любых отходов сгорания, что объясняет экологическую чистоту.
  3. Снижение расходов. Кроме экономии электричества, хозяин не тратит деньги на закупку топлива, химических веществ и жидкостей.
  4. Безопасность. Схема выстроена таким образом, что она не вызывает возгорания, не выделяет опасных газов.
  5. Длительность эксплуатации. Обустраивая отопление за счет тепла земли или воды, владелец получает схему, которая будет работать от 100 лет. Замены потребуют некоторые конструкционные узлы со сроком износа 30-50 лет.
  6. Отсутствие шумовых эффектов. В продаже есть оборудование с шумом в 40 дБ (это тише, чем тиканье часов), такие насосы можно ставить в доме рядом с жилыми комнатами.

На заметку! Чтобы добиться максимальной экономической выгоды, владельцу придется основательно вложиться в оборудование, настройку и запуск схемы в работу. Но затраты будут однократными.

К дополнительным плюсам относят расположение всех основных узлов системы за пределами строения. Благодаря такому устройству системы подходят для применения в домах небольшой площади. Также к преимуществам относят возможность применения установки не только для прогрева, но и охлаждения помещений – тепловые насосы геотермального типа работают вне зависимости от погоды на улице, зимой они прогревают теплоноситель, а летом – охлаждают, а значит, можно сэкономить на покупке кондиционера.

Минус один – большие разовые затраты. Расходы связаны с покупкой станции, заказом услуг мастеров для формирования системы – своими руками тут не обойтись. Также придется составлять проект, покупать насос, материалы для первичного контура и создания тепловой магистрали в доме.

Источники и принцип работы термального отопления

Чтобы получить отопление из земли, используется высоко- и низкотемпературный источник. Это может быть термальный источник с горячей водой, что встречается нечасто, или любая другая энергия, добываемая из земли, воды, воздуха. Добывается тепловая энергия насосом, который монтируется на поверхности, а теплообменник системы погружается в шахту.

Рассматривая термальное отопление, принцип работы которого основан на передаче тепловой энергии из земли, можно отметить, что постоянство прогрева достигается стабильностью плюсовых температур в толще грунта. Теплоноситель внешнего контура прогревается только до показателей внешней среды грунта, затем энергия передается в тепловой насос, где аккумулируется и направляется для обогрева дома.

На заметку! Размеры теплового насоса не превышают размеров стиральной машины. Для питания требуется электроэнергия. На 1 кВт электрической энергии насос вырабатывает до 5 кВт тепловой энергии, а электрокотел всего 0,09-0,99 кВт тепловой энергии на 1 кВт электричества.

Виды геотермальных установок

Различается всего три типа установок:

  • Земля-вода. Тепловая энергия забирается из грунта с помощью зондов, накапливается в коллекторе и передается в систему отопления с жидким теплоносителем. Такая схема считается оптимальной для применения в жилых домах.
  • Вода-вода. Здесь энергия тепла добывается из воды, для чего требуется источник в виде пруда, реки, озера. Профессионалы считают, что такое геотермальное отопление дома по принципу работы считается самым стабильным по показателям температуры.
  • Воздух-воздух. Это системы, напоминающие кондиционер и использующие в качестве источника бесплатный и доступный ресурс – воздух. Для работы схемы нужны вентиляторы, испарители, соединенные в одну схему.

На заметку! Системы воздух-воздух показывают высокую эффективность до -15 С окружающей среды, с понижением температуры КПД оборудования также снижается.

Варианты расположения теплообменников

Теплообменник можно выкладывать горизонтально или вертикально. В первом случае укладка петель производится на дно водоема, в котлован, монтаж контура выглядит как змеевик. При вертикальном обустройстве теплообменник погружается в шахты или скважины.

Рассмотрим оба варианта подробнее:

  1. Вертикальное обустройство требует бурения скважин на глубину до 200 м и более. На таких уровнях грунт поддерживает температуру от +10 С в круглогодичном режиме. Если обустраивается система вода-вода, то пробуриваются две артезианских скважины, из которых одна применяется для отбора тепла, а вторая – для сброса воды.
  2. Горизонтальное размещение контура не требует применения специальной техники для бурения, но нужна большая площадь выкладки петель. Укладывается трубопровод ниже точки промерзания грунта, для чего копаются траншеи. Для того чтобы определить площадь земли для выкладки контура, нужно площадь дома, которую следует отапливать, умножить на 3. Получается, что для дома в 80 м2 контур выкладывается на участке размером в 240 м2. Поэтому для горизонтальной выкладки проще всего использовать водоемы, в противном случае будет занят весь земельный придомовой участок.

Важно! Горизонтальна укладка контура чаще всего выполняется на этапе возведения дома, при работах по очистке придомового участка. Вертикальный монтаж не требует много места, но придется бурить скважины.

Как сделать геотермальный агрегат своими руками?

Разобравшись, что такое отопление от земли, как работает насос, стоит продумать варианты изготовления оборудования своими руками.

Читайте также:  Монтаж канализации загородного дома: требования и правила, виды систем канализации

Простых способов два:

  • Из холодильника. Мастеру потребуется снять змеевик, расположенный на задней стенке агрегата. Чтобы сделать из змеевика конденсатор, деталь устанавливается в прочную тару из усиленного пластика или металла – главное, чтобы материал переносил пониженные и повышенные температуры. Теперь на всю конструкцию закрепляется компрессор, а в качестве испарителя используется пластиковая бочка. Систему соединить, оснастить схему полипропиленовыми трубами, которые присоединены к отопительной магистрали дома, можно запускать схему в работу.
  • Из кондиционера. Тут меняются местами блоки наружный и внутренний. Испаритель не потребуется, он уже встроен во внутренний модуль, а конденсатор для передачи тепловой энергии стоит в наружном модуле. В систему нужно поставить четырехходовой клапан, а для источника тепла используется вода, воздух.

На заметку! Если делать геотермальное отопление дома своими руками с помощью кондиционера, мастеру может потребоваться помощь специалиста – установка четырехходового клапана требует опыта.

Тепловые насосы продаются в магазине, причем фабричные изделия могут оснащаться дополнительными функциями. Стоят насосы дорого, а учитывая затраты на все элементы контура, следует попытаться сделать насос из холодильника или кондиционера. Иногда мастера разбирают старые кондиционеры, затем из деталей комплектуют стандартные системы с испарителем, компрессором и конденсатором – схема простая, особого опыта не требует и обходится намного дешевле покупного насоса.

Примерные затраты и окупаемость системы

Чтобы добыть тепло из земли, потребуются разовые значительные расходы. Перед тем как покупать оборудование, следует обратиться к проектировщикам за составлением схемы отопления, затем будут проводиться геологические промеры на местности, это нужно для выявления особенностей грунта и подбора оптимального типа оборудования. Только после предварительных этапов осуществляется покупка прибора, который также выбирается по мощности, функциональным возможностям.

Оборудование в 4-5 кВт мощности оценивается от 3000-7000$ (от 200000 рублей), агрегаты на 5-10 кВт стоят 4000-8000$ (от 260 тысяч рублей), если нужен насос с мощностью в 10-15 кВт для отопления больших площадей, то придется выложить 5000-10000$ (от 325000 рублей).

Плюс 50% от суммы потратится на работы по монтажу, запуск системы. Смета на работы получается весьма значительной, однако при постоянной эксплуатации схемы зимой на отопление, а летом на охлаждение, расходы окупаются за 5-7 лет. А работает вся система не менее 100 лет – это выгодное вложение капиталов.

На заметку! Если установить солнечные батареи, накопительные коллекторы, то можно получить автономную схему обеспечения без нужды в подаче электрического тока. Такая система будет экономить очень немалые средства и проработает без техобслуживания минимум 30 лет.

Геотермальное отопление частного дома своими руками: принцип работы, насосы, отзывы

Содержимое: Устройство и принцип работы грунтового теплонасоса Расчет и выбор теплового насоса земля-вода новы монтажа теплонасоса земля-водаВ так называемую «зеленую линию» отопительного оборудования входят станции, работающие на альтернативных видах топлива и использующие возобновляемые источники энергии. Производители выпускают солнечные коллекторы, различные виды теплонасосов. Источниками энергии для последних, становятся воздух, земля, водоемы и артезианские скважины.Тепловой насос грунт-вода, является одним из самых востребованных видов оборудования, предназначенного для отопления частных и промышленных объектов.

Устройство и принцип работы грунтового теплового насоса

Грунтовые тепловые насосы используют низко потенциальную тепловую энергию земли, для получения тепла, достаточного для отопления дома. Принцип работы заключается в совместном применении первичного и вторичного контура.Благодаря слаженной работе всей установки, грунтовые тепловые насосы для отопления дома, выполняют функции обогрева, охлаждения и обеспечения потребности в ГВС.Первичный контур работает следующим образом:После того как тепловая энергия поступила на приемник насоса, функции первичного контура заканчиваются и в работу вступает теплообменник станции. Выполняется преобразование тепловой энергии из грунтового контура.Дальнейший принцип работы напоминает тот, что используют холодильники или кондиционеры, только вместо охлаждения, устройство работает на нагрев:Грунтовые тепловые насосы для отопления дома предназначены для использования в низкотемпературных системах отопления. Рекомендуется их подключение к теплым полам.

Расчет и выбор теплового насоса земля-вода

Чтобы применение тепловых насосов с использованием теплоты грунта было эффективным, необходимо произвести грамотные расчеты и подобрать оборудование, максимально подходящее в каждом отдельном случае.Перед принятием решения потребуется определить следующее:Производительность станции напрямую влияет на оптимальную длину трубы земляного контура.При предварительных расчетах, протяженность трубы и необходимые размеры участка, достаточного для размещения коллектора, высчитывают, просто умножая отапливаемую площадь дома на 2. Следовательно, чтобы уложить горизонтальный контур для здания на 200 м², потребуется придомовая территория, равная 400 м² (существуют варианты вертикального и наклонного расположения, позволяющие расположить коллектор на меньшей площади).Если размеры и другие параметры участка позволяют уложить контур отбора тепла от грунта, переходят к выбору отопительной станции:Главным недостатком отопления насосом земля-вода является необходимость в проведении глобальных земельных работ по укладке водяного коллектора.

Основы монтажа теплонасоса земля-вода

Альтернативное отопление загородного дома на основе грунтового теплонасоса требует грамотного планирования, изготовления проектной документации, получения необходимых разрешений и проведения геодезических изысканий на участке. Только при выполнении всех этих требований, добиваются максимальной теплоотдачи системы.Монтажные работы и установку теплового насоса типа грунт – вода, осуществляют в следующем порядке:Монтаж теплового насоса является сложным технологическим процессом, практически не осуществимым своими руками. Поэтому, многие компании предлагают купить станцию «под ключ». В услугу включается полная установка, подключение и проверка работоспособности системы.

Требования к помещению под теплонасос

Насосы, берущие тепло из слоев грунта, абсолютно безопасны. Каких-либо специфических требований, относительно помещений, используемых под котельную, не существует. Практика показала, что целесообразней устанавливать станции в котельных, соответствующих следующим требованиям:

  • Площадь – помимо самого насоса, в помещении монтируют накопительную емкость. Размеры котельной должны позволить разместить все оборудования и обеспечить беспрепятственный доступ для обслуживания.
  • Электрика – теплообмен между грунтом и грунтовым теплообменником происходит за счет работы энергозависимого оборудования. Подключение выполняется в согласии с действующими правилами. Автоматы устанавливают снаружи помещения. Обязательно подключение УЗО и заземления.
  • Освещение – рекомендуется, чтобы в помещении было естественное и принудительное освещение.
  • Звукоизоляция – большинство теплонасосов, во время работы издает шум около 40 дБ. Подобная интенсивность шумовых помех возникает при работе холодильника, кондиционера или принудительной вентиляции. По этой причине, дополнительная шумоизоляция не требуется, но комната под котельную должна закрываться дверью.

Основные требования к помещениям связаны с безопасным использованием электричества и созданием необходимых условий для простого обслуживания станции.

Какую трубу использовать для теплового насоса в землю

КПД теплонасосов с контуром в земле, во многом зависит от правильного выбора трубы для водяного контура. Коллектор, уложенный в землю, должен обеспечивать беспрепятственный теплообмен. Не лишним будет обратить внимание на стоимость трубы, так как при монтаже потребуется уложить большое количество материала.Чаще всего для изготовления земляного коллектора используют виды труб, из следующих материалов:

  • Медь – медный земляной контур отличается высокой теплопроводимостью, что обеспечивает максимальный КПД насоса. Срок службы трубы не менее 100 лет. Материал устойчив к коррозии и воздействию рассола для грунтового контура.Широкого распространения медные системы не получили по причине высокой стоимости. Так, для отопления дома в дома в 200 м², для грунтового коллектора потребуется уложить около 400 погонных метров медной трубы. Приемлемый вариант для небольших станций.Проведение монтажа выполняется методом пайки. В качестве альтернативы можно использовать стальные трубы.
  • Полиэтиленовые трубы – имеют меньшую теплоотдачу, но стоят дешевле, отличаются прочностью и надежностью. Популярность труб из сшитого полиэтилена обеспечивает срок эксплуатации, достигающий 50 лет, а также простота укладки и проведения монтажных работ.

При выборе материала, рекомендуется прислушиваться к мнению проектно-монтажной организации, выполняющей установку и расчет земляного коллектора.

Организация укладки контура в грунт

Все монтажные работы по укладке коллектора в грунт выполняются исключительно после проведения предварительных расчетов и изготовления проекта. При этом учитываются следующие параметры:

  • Глубина укладки – промерзание грунта при использовании теплонасоса несколько снижается, но все же присутствует. Минимальное расстояние контура от поверхности составляет 1,5-2 м.
  • Шаг между трубами – минимальное расстояние между проложенными трубами 1 м. Допускается сокращение шага до 0,7 м при высокой теплоотдаче грунта (известняк и гранит). Расстояние между траншеями при укладке горизонтальных зондов нельзя сокращать по причине снижения показателей теплоотдачи.
  • Способы укладки земляного коллектора – на выбор влияют общая площадь участка, близкое расположение термальных источников, производительность системы.
  • Тип почвы – наибольшая тепловая емкость у каменистого грунта, песка, в районе пролегания поверхностных грунтовых вод. Наименьшие параметры у песчаной почвы, расположенной вдалеке от водоемов.

Глубина укладки земляного горизонтального контура зависит от выбранного способа прокладки труб. Тип разводки контура влияет на эффективность системы отопления. Существует три основных типа укладки:

  • Горизонтальный – трубопровода размещают близко к поверхности земли. Такое решение имеет относительно небольшие параметры производительности, находящиеся в пределах 30-40 Вт на каждый погонный метр контура.Глубина прокладки труб внешнего горизонтального коллектора зависит от средней точки промерзания грунта в регионе. Трубопровод углубляют ниже на 0,3-0,5 м, в результате точка залегания труб 1,3-2 м.Недостатком данного решения является то, что для использования низкопотенциальной тепловой энергии земли потребуется сделать коллектор, занимающий огромную площадь, что не всегда возможно. Требуются глобальные земляные работы по устройству наружного зонда. Сажать деревья по всей площади укладки коллектора запрещается.
  • Вертикальный – принцип работы теплонасоса грунт-вода оптимально соответствует теплоотдаче, получаемой от вертикальных скважин. После достижения глубины свыше 30 м, земля нагревается и стабильно поддерживает температуру +18°С. Трубы коллектора располагают вертикально. Максимальная глубина скважины 150 м.Грунтовый насос работает как кондиционер, только при условии обращения процесса охлаждения в обратную сторону. Соответственно, чем больше тепловой энергии, полученной из грунта будет поглощено, тем эффективней работает станция. Вертикальное расположение скважин обеспечивает нужным теплом и сокращает (по сравнению с горизонтальной установкой) необходимую площадь.Минусом решения является необходимость в использовании специального бурового оборудования и установок. При расчетах учитывают, что в глубоких скважинах (более 30 м) происходит ежегодное изменение температуры грунта при использовании теплового насоса грунт-вода. Со временем теплоотдача стабилизируется.
  • Наклонный – даже простой расчёт геоконтура теплового насоса покажет, что данное решения является наиболее правильным. Занимаемая под установку площадь участка не более 4 м², допускается бурение даже в подвале своего дома.Для начала изготавливается шахта, которую опускают на глубину 4 м. Дальше, в разные стороны бурят скважины, расположенные под углом. В подземных коллекторах закладывают трубы, соединенные с теплоприемником в доме.Чтобы избежать промерзания грунта от контура, пустоты между трубами и землей заполняют специальным строительным раствором с хорошей теплопроводностью.
Читайте также:  Теплоносители для системы отопления: функции, критерии выбора, виды

После монтажа, первичный водяной контур заполняют незамерзающей жидкостью для коллектора – рассолом. Состав должен иметь следующие характеристики:В качестве рассола обычно используется пропиленгликоль. Продукт, имеющий оптимальные показатели вязкости и рабочие показатели, позволяющие сохранять параметры при температуре от +12 до -50°С. Рассольно-водяной тепловой насос может работать и на других типах жидкости. Тип рассола указан в технической документации к теплонасосу.После заполнения, проверяется наличие повреждений земляного контура. Если присутствует течь, участок заменяется, дефекты устраняются.

Вопросы и ответы о теплонасосах земля-вода

В странах ЕС, системы получили широкое распространение и эксплуатируются уже более 30 лет. Для отечественного потребителя, использование теплоты грунта в качестве низкопотенциального источника энергии для теплового насоса, является относительно новым методом отопления. Не удивительно, что, судя по отзывам консультантов компаний, продающих станции, покупатели все снова и снова задают одни и те же вопросы. В частности, следующие:Чтобы сократить время, необходимое на расспросы, ниже приводятся подробные ответы на эти и другие волнующие потребителей вопросы.

Можно ли отопить дом грунтовым насосом зимой?

Оптимальная температура грунта, достаточная для беспрерывной работы насоса 6-8°С. Таким параметрам соответствует нагрев земли, в 1,5-2 м от поверхности. Если правильно расположить контур, с соблюдением минимального шага, выхолаживание грунта не происходит. Устройство земляного коллектора позволит отапливать помещение круглый год в умеренных широтах и даже на Севере.Грунтовые тепловые насосы с закрытым циклом, преобразовывают низко потенциальную тепловую энергию, нагревая с ее помощью теплоноситель и воду для ГВС до температуры 60-65°С. Отапливать помещение лучше посредством теплых полов. В остальном, производительности насоса будет достаточно для обогрева.

Чем эффективнее обогревать дом – газом или грунтовым насосом?

Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии земли неуклонно растет. Некоторые страны ЕС почти полностью отказались от использования газа, в пользу альтернативных видов энергии. В Германии, широко используются электростанции, работающие на тепле, получаемом от гниения отходов (используется такой же принцип работы, как и в насосах, земля – вода).Газовое оборудование имеет определенные преимущества:

  • Стабильная производительность – существует влияние температуры грунта на мощность теплового насоса. Котел, работающий на газе, выдает указанную тепловую энергию, независимо от времени года.
  • Стоимость подключения – оформление документов на газовый котел и подключение, в среднем обойдется в 1.5-2 тыс. $. Установка аналогичного теплового насоса стоит приблизительно 6000$.

На этом преимущества газового оборудования заканчиваются. Стоит отметить, что тепловой насос, даже по сравнению с экономичным котлом на газе, требует меньше расходов на энергоносители. Полная окупаемость затрат достигается уже спустя 6-8 лет, после этого станция начинает работать в плюс.Современные тепловые насосы имеют коэффициент СОР, равный 5, что соответствует выработке 5 кВт тепла на каждый киловатт потраченной электроэнергии. Опыт эксплуатации теплонасоса земля-вода доказывает, что им можно с успехом заменить традиционные газовые котлы.

Сколько стоит оборудование с установкой под ключ?

Полностью подсчитать затраты, необходимые на приобретение и установку теплового насоса, можно только после проведения осмотра участка и получения представителями компании общего представления о технических характеристиках участка и дома. На сайте расположен калькулятор, позволяющий сделать предварительные подсчеты. На стоимость установки влияет:

  • Себестоимость теплонасоса – станции, в зависимости от модели, производителя и мощности, в среднем обойдутся от 200 до 1200 тыс. руб. и выше.
  • Длина контура – приблизительный расчет длины горизонтального грунтового теплообменника можно выполнить, умножив площадь отапливаемых помещений на 2. На стоимость работ влияет тип и материал коллектора.

Несмотря на необходимость в первоначальных затратах, использование тепловой энергии грунта с помощью геозондов, полностью экономически оправдано. Вложения окупаются за счет экономичности системы и долгому сроку эксплуатации, составляющему 50-70 лет.

Как сделать геотермальное отопление дома своими руками

Прогрессивный способ геотермального отопления дома использует принцип работы, заключающийся в применении тепла земли для обогрева помещения. Так как традиционное топливо относится к исчерпаемым природным ресурсам, то стоит побеспокоиться заранее о переходе на новейшие неисчерпаемые источники энергии.

Лидерами в производстве и эксплуатации систем геотермального обогрева домов являются страны Скандинавии. Они популяризируют это вариант установок и предлагают его в регионы, имеющие широкий потенциал его использования.

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

Эксплуатация системы

В доме необходимо установит тепловой насос. Он будет отбирать энергию от грунта или грунтовых вод, отдавая ее циркулирующему в доме по трубам теплоносителю. Этот принцип работы был выявлен еще в 19 веке французским физиком Сади Карно.

Составными элементами базового узла являются:

  • компрессор;
  • испаритель;
  • конденсатор;
  • дроссельный клапан.

Компрессор занимается «сжатием» тепла и перемещением его к потребителям. Сам прибор нуждается во внешнем источнике электропитания.

Работа теплового насоса проводится по следующему алгоритму:

  1. Коллектор-теплозаборник должен содержать внутри жидкость, имеющую низкую температуру замерзания. Часто при изготовлении геотермального отопления своими руками внутрь заливают воду с повышенным содержанием солей, разбавленный водой спирт, гликолевые смеси.
  2. В модуле испарителя тепло отдается хладагенту, имеющему невысокую температуру кипения, в это время он закипает и переходит в парообразное состояние.
  3. Установленный в цепи компрессор способствует повышению давления пара, из этого следует повышение температуры вещества до 78-80 0 С.
  4. Попадая в конденсатор вещество-хладагент переходит в жидкую фазу, одновременно с этим выделяется энергия для контура отопления.
  5. Возврат образовавшейся жидкости в компрессор осуществляется сквозь дроссельный клапан.

Так как тепловой насос для отопления дома работает по принципу рефрижератора, то его часто называют «холодильником наоборот». Во многих случаях энергия из земли применяется для монтажа теплых полов.

Правильно проведенные расчеты и грамотно выполненный монтаж теплообменника способны обеспечить отдачу от одного потребленного насосом киловатта пятикратное увеличение мощности на выходе.

ВИДЕО: Как работает геотермальный тепловой насос

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.

Бурение скважин

Для эффективного использования тепловой энергии земли, если участок возле строения небольшой, необходимо бурить глубинные скважины. В глубине земли на нескольких метрах сохраняется стабильная положительная температура. Применение таких геотермальных скважин обеспечивает теплом контур теплообменника. Далее это тепло передается второму внутреннему контуру, расположенному в помещении.

Часто бурение нескольких скважин обходится даже ниже, чем проведение укладки по дну водоема. Благодаря этому процесс становится доступным для большего количества желающих.

Процесс проводится малогабаритной буровой установкой и небольшим количеством вспомогательной техники. Это практически не затрагивает окружающую территорию. Обустройство скважины допускается даже в воде, но она не должна быть ближе, чем на 2-3 м от жилого строения.

Максимальная используемая глубина составляет до 200 м, но часто эффективность появляется с уровня в 50 м. На следующем этапе выполняется обустройство скважины. Внутрь полости ставится трубка из пластика, диаметром от 40 мм. В нее пропускают от одной до четырех петель коллектора.

Полость между грунтом и наружной стенкой трубки необходимо заполнить теплопроводным материалом. Выполняется проводка теплотрассы с подключением к тепловому насосу.

Энергия воды

Этот вариант по стоимости – самый рациональный, поскольку не требует подготовки траншей, котлована и прочих земельных работ. Но такой способен доступен далеко не для каждого – минимальный объем водоема, достаточный для отопление дома 100 кв.м. должен быть не менее 200 куб.м и располагаться не далее, чем 100 метров от домостроения.

В водоемы трубы прокладываются по дну, чтобы не допустить их промерзания в пик морозов.

Проведение расчетов

Чтобы выполнить расчет системы, необходимо учитывать базовые параметры:

  • на глубине, превышающей в средней полосе России 15-20 м, температура выдерживается на уровне +8-+10 0 С;
  • для вертикальных конструкций принято брать в расчетах получаемое значение мощности в 50 Вт на 1 м высоты, а более точные значения зависят от степени влажности породы, присутствия грунтовых вод и пр.;
  • сухая порода дает 20-25 Вт/м;
  • увлажненная глина либо песчаник 45-55 Вт/м;
  • твердые гранитные породы обеспечат до 85 Вт/м;
  • наличие грунтовой воды дает до 110 Вт/м.

Использование теплового насоса

Долговечность системы зависит от характеристик и условий, в которых работает тепловой насос. В геотермальных установках он способен работать примерно 1800 часов в год. Это является средним значением для широт без термальных подземных источников.

Принцип работы теплового насоса

Принцип работы системы термального отопления идентичен и никак не связан со страной производителя или брендом. Геотермальные насосы могут различаться по дизайну исполнения, размеру, внешнему виду, но коэффициент производства тепла всегда будет одинаков у насосов разных фирм и разных стран. Связано это именно с особенностью переработки природной энергии в тепловую.

Нельзя допускать слишком большую выработку насоса, так как этот процесс способен привести к значительному понижению температуры грунта вокруг скважины, а иногда доходит до ее промерзания.

Последствия таких просчетов в итоге приводят к пагубным последствиям – грунт проседает неравномерно, в каких-то местах уходит очень глубоко, в результате чего повреждаются защитные пластиковые трубы. Если дом располагается рядом, то может произойти деформация фундамента или стен за счет геологических изменений.

Периодически необходимо принимать меры по «регенерации» грунта, для чего в теплообменник поставляют дополнительную тепловую энергию. Это может быть энергия солнечного коллектора либо подогрев зонда, когда используется тепловой насос в режиме охлаждения помещений.

В заключение необходимо отметить, что геотермальная установка пока доступна не всем. В некоторых случаях срок окупаемости может продлиться более 10 лет, но в конечно итоге именно такие способы обогрева дома в скором будущем станут не просто альтернативными, но единственно возможными.

ВИДЕО: Геотермальные тепловые насосы

Ссылка на основную публикацию