Принцип работы геотермальных систем
Принцип действия теплового насоса. Нажмите для увеличения.
Отопление за счет тепла земли — это уже давно не миф, а распространенная практика.
Геотермальные системы отопления могут работать по принципу физической передачи тепловой энергии от окружающей среды к хладагенту.
Подобный процесс наблюдается и в работе обычного холодильника.
Больше чем 75% всего объема тепла, которое может выделяться при работе системы, исполняющей отопление дома теплом земли, являет собой энергия окружающей среды.
В дальнейшем она накапливается, и далее поступает в жилые комнаты и другие помещения коттеджа или загородного дома.
Эксперты обращают внимание на то, что именно такой вид энергии имеет удивительную способность к самовосстановлению, поэтому геотермальная система отопления не наносит абсолютно никакого вреда или ущерба энергетическому или же экологическому балансу окружающей среды и нашей планете
Система отопления имеет одно важное достоинство – она является абсолютно безопасной для использования
Система отопления имеет одно важное достоинство – она является абсолютно безопасной для использования
Оборудование, которое не займет много пространства.
Отопление частного дома теплом земли стало активно внедряться совсем недавно. Основной причиной возникновения таких систем отопления для частных домов специалисты называют энергетические кризисы, которые нередко появлялись в 70-х годах 20-го столетия.
Поначалу отопление энергией земли считалось роскошью, поэтому только самые богатые и элитные семьи могли позволить себе абсолютно инновационную систему отопления дома.
Далее, в связи с активным развитием науки, техники и появлением совершенно новых технологий, геотермальные системы обогрева приобретали все большее распространение, а стоимость их монтажа и обслуживания – снижалась.
Тепловой насос занимает достаточно мало места в Вашем доме. Нажмите для увеличения.
Сегодня небольшая семья даже со средним достатком может позволить себе установить систему для обогрева дома без серьезного нарушения своего семейного бюджета. Современное геотермальное оборудование качественно улучшено и модернизировано.
Усовершенствование систем происходит и по сей день, так как создание новых агрегатов приводит к уменьшению расхода энергии и большей экономии.
На качественно новом уровне осуществляется функционирование подобных отопительных систем, ведь новое и необычное топливо, такое как энергия земли, используется для кондиционирования, и обогрева частного дома.
Ведь именно такая энергия может создавать уютные, комфортабельные и оптимальные условия для жизни каждого человека, не загрязняет окружающую среду вредными и негативными веществами, как это происходит во время сгорания торфа, угля или газа.
Геотермальное отопление может легко работать и обходиться без любых процессов сгорания, поэтому владельцам не стоит беспокоиться о таком вопросе, как возгорание и взрыв системы, она полностью безопасная в эксплуатации.
Своими руками: что и как
Если уж монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой. Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.
Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным твердотопливным котлом. Подключить к нему внутренний контур вашего дома – задача не сложная. Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации отопления с использованием традиционных источников тепла. Главная трудность – устройство внешнего контура.
Такое расположение дома относительно пруда встречается чаще. Главное, чтобы водоём был не дальше, чем в 100 метрах от коттеджа
Лучшим вариантом будет использование водоёма, если такой найдется на расстоянии не более 100 метров. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 квадратных метров, а глубина – 3 метра, составляющие средний параметр промерзания. Если этот водоём вам не принадлежит, то проблемой может стать получение разрешения на его использование.
Если же водоём – это пруд, который находится у вас в собственности, то дело упрощается. Воду из пруда можно временно откачать. Тогда работы на его дне можно будет выполнять легко: нужно будет уложить трубы по спирали, закрепив их в этом положении. Земляные работы понадобятся только для рытья траншеи, которая нужна будет для присоединения внешнего контура к тепловому насосу.
После выполнения всех работ, пруд может быть снова заполнен водой. В ближайшие лет сто внешний теплообменник должен работать исправно и не доставлять хлопот его владельцу.
Если в вашем распоряжении оказался земельный участок, на котором вам только предстоит возводить жильё и растить сад, имеет смысл распланировать горизонтальный теплообменник грунтового типа. Для этого следует сделать предварительный расчет площади будущего коллектора, исходя из параметров, которые уже указаны выше: 250-300 квадратных метров коллектора на 100 кв. метров отапливаемой площади дома.
Если вам достался участок без строений и растительности, которую бы хотелось сохранить, грунт при сооружении внешнего горизонтального почвенного контура можно просто снять: это легче, чем выкапывать траншеи
Траншеи, в которые предстоит укладывать трубы контура, нужно выкапывать ниже уровня промерзания почвы. А ещё лучше – просто снять грунт на глубину его промерзания, уложить трубы, а после вернуть грунт на место. Работа трудоёмкая, сложная, но, имея большое желание и целеустремленность, вы сможете её выполнить.
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.
Самостоятельная организация геотермального отопления
Как уже упоминалось ранее, подобная система является наиболее доступной, а значит, каждый владелец дома может воспользоваться энергоресурсами земли. При этом организация геотермального отопления не потребует значительных вложений или человеческих ресурсов. Монтаж системы своими руками довольно прост. В данном случае главное – выполнить правильные расчеты.
Естественно, установка оборудования и самих тепловых насосов зависит от выбранного типа теплообменника.
- Проще всего выполнить монтаж при условии. что дом расположен возле водоема. В таком случае достаточно нанять нескольких помощников и спецтехнику, чтобы проложить трубу на дне. После этого останется лишь подключить тепловой насос, после чего в доме станет тепло.
- Если вы отдали предпочтение горизонтальному теплообменнику. то придется перекопать участок. Впоследствии здесь не удастся организовать сад или огород.
- Наиболее сложной считается установка вертикального теплообменника. Выполнение такой работы стоит доверить специалистам, имеющим соответствующий опыт и профессиональное бурильное оборудование.
Помимо укладки труб, необходимо обратить внимание на монтаж самого теплового насоса. Подобный прибор должен быть правильно установлен, иначе система окажется неэффективной
Геотермальное отопление стало использоваться совсем недавно. Благодаря ему удается получить дешевую энергию с минимумом расходов. Чтобы такой альтернативный вариант оказался эффективным, необходимо учесть все требования, а также правильно установить тепловой насос.
Виды геотермального теплоснабжения дома
Схема геотермального отопления
Перед тем как делать геотермальное отопление загородного дома своими руками следует провести ряд предварительных мероприятий. Прежде всего — найти оптимальный способ расположения труб первичного контура.
Главным условием при этом является температура среды, где будут расположены магистрали. Она не должна быть ниже +7°С. На практике для этого выполняют монтаж трубопроводов в грунт. В некоторых случаях в качестве основной среды может выступать водоем или река. Однако отзывы о геотермальном отоплении дома такого типа зачастую говорят о низкой эффективности в зимний период.
Для правильной организации альтернативного теплоснабжения необходимо выполнить следующие действия:
Рассчитать оптимальную мощность. Если геотермальное отопление частного дома будет в качестве основного – его номинальная мощность должна обеспечить нагрев воздуха во всем здании.
Провести анализ состава грунта и глубину его промерзания. От этого зависит выбор схемы расположения труб первичного контура.
Определить месторасположение теплового насоса. Для минимизации тепловых потерь геотермальные системы отопления своими руками обустраиваются в отдельном помещении – подвале или хозяйственной постройке
Важно, чтобы температура в нем была не ниже +14°С. Несоблюдение этих простых правил может привести к неправильной работе системы. Несоблюдение этих простых правил может привести к неправильной работе системы
Несоблюдение этих простых правил может привести к неправильной работе системы
Нередко отзывы владельцев геотермального отопления указывают на важность первичного анализа и подбор правильного оборудования
Для обеспечения бесперебойной работы системы необходима установка автономного источника электропитания – генератора.
С горизонтальным размещением
Наименее трудоемкий способ установки труб первичного контура является горизонтальным. Они располагаются на глубине от 0,5 до 3 м. Для уменьшения площади магистрали располагаются витками. Но при этом расстояние до каждой должно быть не менее 20 см.
До того как сделать геотермальное отопление — проводится первичный анализ состояния грунта. Сначала определяется его теплоотдача. Она может составлять от 20 до Вт/м². Исходя из этого рассчитывается общая протяженность первичного контура.
Кроме этого следует выполнить такие действия:
- Проверка уровня промерзания почвы. Глубина залегания труб должна быть ниже этого показателя;
- Грунтовые воды. Для их естественного удаления в период больших паводков на дно котлована засыпается песчаный слой;
- Выбор материала изготовления трубопроводов. Он должен быть достаточного гибок и механически надежен. Для геотермального отопления в Европе чаще всего используют трубы из сшитого полиэтилена.
Если важным является вопрос, сколько стоит геотермальная система отопления – то горизонтальное расположение поможет существенно снизить текущие затраты на монтаж системы. При установке нескольких первичных контуров необходим монтаж входного и выходного коллекторов.
С вертикальными трубопроводами
Вертикальная схема работы
Учитывая основные принципы работы геотермального отопления дома во время проектирования необходимо добиться максимального нагрева теплоносителя от земли. Это можно сделать только при установке вертикальных магистралей.
Для организации геотермального отопления загородного дома своими руками вертикального типа необходимо сделать скважины, глубиной от 30 до 100 м. В них помещаются трубопроводы первичного контура.
Такая схема более трудоемка, чем вертикальная, но имеет ряд преимуществ:
- Большая глубина залегания магистралей. В этом случае теплоотдача окружающей среды повышается на 25-30% — до 70 Вт/м²;
- Небольшая площадь для монтажа;
- Практически отсутствует зависимость от промерзания грунта.
Кроме этого способа нередко применяют основные принципы работы геотермального отопления для горячего водоснабжения в летний период. Для этого первичный контур помещают в воду — озеро или реку.
Перед бурением скважин необходимо сделать анализ почвы и определить оптимальную глубину. Состав почвы напрямую скажется на трудоемкости процесса.
Классификация в зависимости от типа конструкции
Горизонтальный теплообменник
Данная разновидность обустройства отопления в доме считается одной из самых дорогих и связано это с ценой оборудования и земельных работ. В такие моменты многие потребители задумываются, на чем же им сэкономить и единственное, что приходит в голову – монтаж. Однако, чтобы понять так ли это, стоит оценить особенности устройства и возможные варианты конструкции.
- Горизонтальный теплообменник. При выборе данной конструкции трубы укладываются под землей, при этом глубина должна быть больше уровня промерзания почвы. Однако, такой вариант требует выделения территории под контур. Представьте только, если необходимо обогреть дом площадью 250 м2, то потребуется 600 м2 на обустройство контура. Кроме того необходимо учитывать некоторые технические моменты. Например, все элементы должна располагаться на минимальном расстоянии от дерева – 1,5 метра. Если участок облагорожен, то это уже создает определённые неудобства.
- Вертикальный вариант не требует выделения большой площади, однако значительные расходы потянет применение бурильного оборудования. Создание скважины – трудоёмкий процесс, однако, данная конструкция простоит не меньше ста лет. Такой вариант подходит для территорий, которые уже обустроены.
- Водоразмещённый вариант задействует энергию воды и позволяет значительно сэкономить на обустройстве. Единственное требование наличие водоема в пределах 100 метров, его площадь должна быть не меньше 200 м2, а располагаться конструкция должна не глубже, чем три метра.
Как показывает практика осуществить монтаж своими руками сложно. С учетом того, что будет много средств вложено в оборудование, не стоит экономить на процессе установки, и следует обратиться к профессионалам.
Преимущества и недостатки геотермальных отопительных насосов
Следует начать с отрицательных сторон:
- Высокие требования к нормативным параметрам прилегающих территорий. Станцию нельзя установить в любой точке, сначала требуется проведение геологической разведки, определение целесообразности использования оборудования.
- Высокая цена. Разовые вложения превышают возможности многих хозяев. Есть вариант воспользоваться государственной помощью, но она выдается только определенной группе льготников.
- Перемены положения контура в первый год использования. Трубы проседают, снижается скорость циркуляции пропиленгликоля, что приводит к уменьшению показателей теплоотдачи, СОР.
Достоинства оборудования:
- Экономичность. Не требуется запасаться твердым топливом, подводить газовую магистраль. Потребление электроэнергии минимальное. Затраты могут окупиться уже через 5 лет.
- Функциональность. Вся система работает на обогрев зимой и кондиционирование летом. Это удобно и не придется обустраивать еще одну систему.
- Длительный срок службы. Сам насос работает 100 лет, но некоторые узловые детали меняются раз в 30-50 лет, что намного реже, чем любое другое оборудование.
Следует знать, что в европейских странах геотермальные насосы применяются для получения тепла не только для жилых домов, но и производственных, промышленных предприятий. Экономическая выгода становится более явной, если учесть длительность срока службы, а также минимальные расходы на обслуживание и ремонт системы – последнее практически исключено, так как все узлы надежно заглублены в грунт или воду и не подвергаются механическим воздействиям.
Геотермальное отопление дома своими руками
Если вы собираетесь осуществить монтаж геотермального отопления дома своими руками, то лучше приобрести все узлы установки в готовом виде. В том числе, и внешний теплообменный контур. В случае монтажа геотермального отопления дома своими руками следует рассматривать исключительно вариант с горизонтальным теплообменником. Его можно укладывать как в грунт, так и в воду. А вот вариант с вертикальным теплообменником самостоятельно сделать вряд ли получится. Ведь в этом случае потребуется буровое оборудование и необходимые навыки в этом направлении.
Сам тепловой насос является довольно компактным оборудованием и не займёт много места в доме. По размерам он практически соответствует традиционным твердотопливным котлам. Самостоятельно можно без проблем подключить внутренний контур к выводам теплового насоса. В принципе, вся система организуется по дому так же, как и в случае с использованием традиционных источников энергии. Основной трудностью при создании геотермального отопления своими руками будет монтаж внешнего контура теплообменника.
Если вы устраиваете систему геотермального отопления дома на участке, где нет жилья и сада, то делайте горизонтальный теплообменник, установленный в грунт. На средний дом площадью 100 квадратных метров потребуется 250─300 «квадратов» под теплообменник. Если же у вас участок с домом и садом, то монтаж внешнего теплообменника становится довольно проблематичным. В этом случае можно рыть траншеи, не задевая деревья, и укладывать в них внешний контур. После окончания работ можно будет вернуть грунт на место. Как вы понимаете, этот процесс очень трудоёмкий и займёт много времени.
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.
Через устройство наверх поступает грунтовая вода, по пути нагреваясь. Прогретая жидкость используется для обогрева помещений.
Расход энергии на нагрев воды меньше, чем получаемая теплоотдача.
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.
Для прогрева воды требуется электроэнергия. Каждый затраченный кВт приносит, в среднем, 5 полезных кВт энергии.
Список оборудования
Для создания геотермальной установки требуются 4 устройства:
- коллектор;
- испаритель с хладагентом;
- компрессор;
- конденсатор.
Среди перечисленных компонентов два требуют подключения электричества: компрессор и конденсатор.
Достоинства
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.
Недостатки
Хотя геотермальное отопление имеет много преимуществ, у него есть и недостатки:
- 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.
Способы залегания внешнего контура
Насколько правильно и качественно размещен под землей теплообменник, настолько эффективно он будет работать. Трубы внешнего контура могут располагаться несколькими способами:
- горизонтально под землей;
- вертикально под землей;
- под водой.
Горизонтальный тип предполагает размещение труб на небольшой равномерной глубине
Важно, чтобы она была больше, чем глубина промерзания грунта в конкретной местности
Для монтажа это самый простой способ, однако в таком случае придётся задействовать обширную территорию – больше, чем отапливаемая площадь. Для дома около 200 кв. м нужен теплообменник порядка 500 кв. м. Хозяйственные и другие постройки, а также растительность на участке создают дополнительные трудности. Например, трубы не должны располагаться к деревьям ближе, чем на 1,5 м.
Вертикальное размещение труб
Для вертикального теплообменника требуется бурильная установка: трубу нужно разместить вертикально под землей. Это удорожает монтаж, поскольку необходимо делать шахту глубиной от 50 до 200 м и дополнительно ставить скважинный насос. Зато ландшафт придомового участка остаётся нетронутым, и система более долговечна. Внешний контур такой системы, как правило, монтируется из полиэтиленовых труб. 1 метр способен выработать 40-50 Вт. Если мощность теплового насоса 10 кВт, то глубина скважины должна составить 160-200 м.
Отопление с водоразмещенным теплообменником – наиболее экономичное в процессе монтажа. Актуально, если расстояние от дома до водоёма не более 100 м, а сам пруд достаточно велик (не меньше 200 кв. м). Контур следует уложить спиралью на дно (не глубже 3 м). Преимущество этой системы – не нужно бурить и копать, недостаток – не у каждого есть собственный водоём, а для использования вод общественного назначения нужно брать специальное разрешение.
1 Какие особенности у геотермального насоса?
Тепловой насос представлен в виде современного альтернативного источника энергии, собрать его своими руками вполне возможно. Этот агрегат, собранный своими руками, может снабжать тепловой энергией такие системы как:
- Система кондиционирования;
- Система отопления;
- Система нагрева воды.
Принцип работы геотермального насоса, собранного своими руками, несколько отличен от газовых, дизельных и электрических генераторов тепла. Геотермальный насос, который был собран своими руками, имеет свой особый принцип работы, потому его расчет производится на основании специальной формулы.
Агрегат, находясь в рабочем режиме, функционирует по принципу выкачивания энергии из накопивших ее объектов окружающей среду. В летнее время года такое устройство, сделанное своими руками, с опорой на свой принцип работы, пользуется энергией, которая аккумулирована в пластах грунта, в скальных породах и водоемах.
Расчет контура мощности и прочих характеристик устройства, сделанного своими руками, производится с ориентировкой на особенности источников энергии.
Представленный агрегат, собранный своими руками, имеет такой принцип работы, который не позволяет ему применять во время работы жидкое топливо.
Геотермальный тепловой насос Интерклимат
Такой принцип работы подразумевает отсутствие традиционной дымовой трубы. Особый принцип работы теплового насоса позволяет произвести точный расчет, и обеспечить собственное жилище надежным источником тепла.
Произведя расчет системы отопления, которая работает с применением геотермального насоса, можно убедиться в том, что представленная система поможет значительно сэкономить энергию и деньги.
Сегодня, в большинстве стран СНГ, цена производства тепловой энергии напрямую зависит от цены используемого топлива. Дороже всего пользователям обходится электроэнергия, дизельные виды топлива и газ.
Расчет показывает, что при учете такой тенденции, разница при установке теплового насоса, оснащенного грунтовым теплообменником, и котельной использующей дизельное топливо, окупится уже в течение трех ближайших лет.
Практически все без исключения современные модели тепловых насосов оборудованы встроенными электронагревателями. Это связанно с тем, что расчет показателей номинальной мощности, во время выбора типа отопительного оборудования, ведется с ориентировкой на покрытие тепловой нагрузки в самые холодные периоды.
Имеется в виду, что такая минимальная температура может продержаться всего несколько дней. Именно в этот период агрегат будет работать на полную мощность.
Для того, что произвести и рассчитать достоверное соотношение мощностей представленного теплового агрегата и электронагревателя применяется специальный график интегрального типа.
Заключение
Перед домовладельцем, который оценивает возможности обустройства разных систем отопления, стоит непростая задача расчета мощностей и технических ресурсов, которые потребуются в процессе эксплуатации. Сам принцип геотермального отопления ставит целью минимизацию расходов на содержание и обслуживание инфраструктуры при поддержке высоких параметров теплоснабжения. Но на практике добиться значительных результатов непросто. Для этого нужен продуманный и качественно составленный проект с детальными расчетами, но самое главное – это базовое наличие оптимальных по характеристикам условий эксплуатации геотермального оборудования.
