К категории современных альтернативных отопительных систем относится геотермальное отопление, которое сравнительно недавно появилось на белорусском рынке. Из-за планов правительства привести к 100% уровень оплаты населением затрат газ и электроэнергию, системы отопления на основе теплового насоса становятся весьма привлекательным альтернативным вариантом в сравнении с морально устаревшими классическими решениями. И хоть сегодня на геотермальное отопление цена значительно упала, основным фактором, сдерживающим рост популярности подобных систем, все еще является их высокая стоимость. За последние 2-3 года, мы констатировали снижение стоимости установки теплового насоса на 30-40%. Основными драйверами снижения стоимости в последнее время выступили буровые работы – в связи с общим кризисом в строительной отрасли стоимость бурения снизилась в 2-2,5 раза. Также нам удалось снизить уровень изначальных капиталовложений для наших клиентов за счет заключение долгосрочных договоров с поставщиками на оборудование и материалы по более приемлемым ценам, без потери их качества. Проблема стоимости постепенно решается с выходом на рынок тепловых насосов российского и китайского производства, несравнимых, конечно, по качеству с европейскими производителями, но гораздо ниже их по цене. Также многих отпугивает сложность проектирования и установки теплового насоса, особенно для решившихся на монтаж геотермальной системы самостоятельно.
Плюсы и минусы отопления тепловым насосом
Новые технологические разработки позволили эффективно эксплуатировать энергопотенциал земли даже частным домовладениям. Сегодня каждый хозяин частного дома способен отказаться от системы отопления, функционирующей за счет сжигания топлива, в пользу более экологичных и экономичных технических решений. В настоящее время геотермальное отопление может быть оборудовано практически для любого загородного дома. Объем аккумулируемой грунтом энергии Солнца составляет почти 98%. По этой причине даже зимой в глубинах недр сохраняются большие объемы тепла, которое может быть направлено на обогрев здания. Необходимо лишь располагать специальной техникой, чтобы «доставить» тепло в нужное место.
Главными элементами системы являются теплонасос и наружный коллектор. Стоит данное оборудование недешево. Решившись монтировать дома такую систему, следует быть готовым к тому, что окупится она после 4-5 лет эксплуатации. Данное обстоятельство является основным сдерживающим фактором для многих домовладельцев.
Не смотря на то что дом строиться с перспективой минимум на 20-30 лет проживания, далеко не все готовы к серьезным капитальным тратам.
Хотя с точки зрения экономики нужно понимать, что по прошествии 4-5 лет тепловой насос (имеющий срок эксплуатации 15 лет) по сути “отбивает” свою стоимость три раза, и это при сегодняшних, крайне низких ценах на природный газ.
Средняя стоимость оборудования варьируется, безусловно, от площади обогреваемых строений, их утепления, географического расположения, вида коллектора и прочих факторов. Особенно важная составляющая, которую стоит отметить отдельно, это наличие, тип и качество теплоизоляционных материалов.
Например, утепление 40 см кирпичной стены 100 мм каменной ваты способно уменьшить теплопотери через ограждающую конструкцию в 3 раза! Это позволить значительно снизить требуемую мощность системы геотермального отопления, и как следствие сократить первоначальные вливания.
Для своих заказчиков, мы всегда стараемся найти «некий экономический баланс» между масштабом утепления дома и мощностью тепловой машины.
Преимущества геотермального отопления дома:
- Отсутствие необходимости согласований, наличия специального помещения топочной;
- Полная пожаро- и врывобезопасность;
- Полностью автоматическая работы, не требующая вмешательства человека;
- Возможность удаленного (со смартфона или компьютера) управления системой;
- Низкий уровень эксплуатационных расходов.
Энергия, полученная из недр земли, является совершенно бесплатной и не облагается никакими налогами и пошлинами. Право на ее использование закреплено в Земельном кодексе РБ. Однако деньги приходится тратить на электричество, которое необходимо для работы компрессора теплонасоса. Соотношение затраченной электрической и полученной тепловой энергии составляет примерно 1 к 5, то есть Вы заплатите за 1 кВт, а остальные 4 кВт получите бонусом. Как бы не повышались тарифы на энергоносители в будущем, все равно 80% энергии будет оставаться бесплатной.
ООО “Нова Грос” – Официальный дистрибьютор тепловых насосов Stiebel Eltron
Описание и механизм работы
Температура антифриза, находящегося внутри внешнего контура, достигает уровня температуры среды, после чего он подается в тепловой насос. Там происходит его охлаждение до отрицательных температур, а высвободившееся тепло передается внутреннему контуру. Далее антифриз попадает снова во внешний контур, и цикл повторяется. Перенос и трансформирование низкопотенциального тепла осуществляется согласно цикла Карно (использование двух теплообменников, компрессора, фреонового контура), который можно встретить практически во всех холодильниках, кондиционерах и др. Фактически тепловой насос тратит энергию не на выработку тепла, а на его ассимиляцию, перенос и трансформацию в дом из окружающей среды.
Оборудование можно смонтировать таким образом, что оно будет функционировать в отопительный период в режиме обогрева помещений, а в летний – в режиме кондиционирования. Тепло, которое аккумулирует насос в режиме охлаждения, передается на внешний контур. Если же оборудование функционирует в режиме обогрева, тепло уходит на внутренний контур.
Способы устройства контуров
В настоящий момент альтернативное отопление с помощью теплового насоса может быть реализовано по одной из трех схем. Выбор схемы влияет на то, каким образом будет устроен наружный контур, собирающий тепловую энергию, а так же на стоимость геотермальной системы отопления.
Наибольшую эффективность показывают вертикальные теплообменники. Их монтаж возможен только с использованием спецтехники. Устройство системы сопряжено с серьезными тратами на бурение скважин, глубина которых может достигать 150 метров. Однако конечный результат в итоге позволит оправдать затраты, т.к. скважина может прослужить 100 лет. Для определения примерной глубины и количества скважин, проводят предварительный расчет, ориентируясь на соотношение 40-50 Вт тепловой энергии на один метр коллектора. Исходя из этого, если мощность теплонасоса составляет 10 кВт, то для него должна быть пробурена скважина, имеющая протяженность 160-200 метров. В некоторых случаях рациональнее сделать несколько скважин с меньшей глубиной, в сумме дающих нужный результат. Такое решение позволит сэкономить деньги.
Более простым и экономичным вариантом является размещение теплообменника на дне озера или реке, где вода не будет промерзать в зимний период. Обустроить такую конструкцию сравнительно просто. Не нужно проводить дорогостоящие земляные работы. Если необходимо наладить геотермальное отопление дома под ключ, то именно такой проект реализовать проще всего. Однако здесь есть определенные условия. Водоем должен располагаться минимум в 100 метрах от строения, существует риск повреждения теплообменника третьими лицами, требуется согласование государственных контролирующих органов. 
Конструкция с горизонтальным теплообменником также является сравнительно простой. В этом случае трубы ведутся под землей. При этом глубина должна быть такой, чтобы почва не промерзала. Основной недостаток этого варианта состоит в необходимости обустройства довольно большой территории под коллектор. К примеру, для дома площадью 200 кв.м. необходимо организовать коллектор на 500 кв.м. Помимо этого, трубы должны находится в некотором удалении от крон деревьев (не менее 1,5 м), а это часто создает дополнительные трудности. На территории, где располагается коллектор данного типа, нельзя сооружать другие строения, асфальтировать, либо укладывать плитку, сажать крупномерные деревья.
Каждый из приведенных видов контуров имеет свои достоинства и недостатки. Но как показывает статистика нашей организации примерно 90% заказчиков, несмотря на более высокую стоимость, выбирают именно вертикальный теплообменник. Он позволяет сэкономить пространство, обеспечить стабильную работу на протяжении всего года, сохраняет существующее благоустройство, не ограничивает в использовании землю, отведенную под горизонтальный коллектор. Если вас заинтересовала эта статья, вы хотите получить больше информации – связывайтесь с нашими специалистами (044) 765 29 58, либо приходите в наш офис в Минске. Возможна организация посещения действующих объектов!
Технология отопления дома от земли: принцип работы системы, как сделать своими руками
Геотермальный насос довольно успешно вырабатывает тепло даже при невысоких температурных показателях, что позволит действенно использовать метод в регионах с умеренным климатом. Чтобы знать, как установить геотермальное отопление, необходимо ознакомиться с рекомендациями.
Что это такое
Вследствие непрерывного роста цен на носители энергии проблема с отоплением является крайне актуальной. Зачастую делается акцент на альтернативные отопительные системы, к примеру, на геотермальном отоплении в частном доме.
Отопление из земли с помощью применения термального насоса используется в различных климатических зонах. Оно довольно действенно генерирует тепло земли либо воды даже в регионах с низкими температурными показателями и сезонностью.
Процесс монтажа — достаточно трудоемкий и затратный, потому владельцы собственных домов часто принимают решение о самостоятельном проведении работ.
Описание технологии и механизм работы
Технология геотермального отопления, принцип функционирования которого обратен работе обыкновенного холодильника, становится крайне распространенной. Земля будет сохранять тепло постоянно, есть возможность нагрева объектов, которые находятся на поверхности. Смысл в том, что внутри земля нагревается горячей магмой, а сверху ввиду грунта она не замерзает.
Важно! Энергию тепла, получаемую в период отопления от земли, применяет геотермальная система, которая основана на тепловом спецнасосе.
Принцип работы тут такой: поверх устанавливают теплонасос, в земляную спецшахту опускают теплообменник. Грунтовые воды идут через помпу и происходит нагрев. Тепло, получаемое в это время, применяется в промышленности либо в быту.
Плюсы и минусы отопления тепловым насосом
Термальное отопление дома имеет такие преимущества:
- Отсутствует процесс сжигания топлива. Такую систему отличает абсолютная пожаростойкость, в виду чего жилище защищается от появления пожара. Нет надобности искать место хранения топлива, его заготовки или доставки.
- Бесшумное функционирование. Теплонасос работает фактически без шума.
- Экономичность. При использовании системы отсутствует надобность в финансовых допдотациях. Ежегодный обогрев возможен в виду природных процессов. Для функционирования теплонасоса понадобится электричество, однако в тот же момент количество производимой электроэнергии намного выше, чем траты на потребление.
- Экологичность. Геотермальное отопление загородного частного дома считается наиболее безопасным решением. Благодаря тому, что исключается горение, исключается выброс в окружающую среду различных продуктов горения.
- Компактные размеры. Отсутствует надобность в сооружении либо отведении под котельную отдельного помещения. Все что нужно — теплонасос, устанавливаемый, например, в гараже. Наибольший по габаритам контур находится под водой либо землей, потому не возникает надобности в его маскировке.
- Большой функционал. Такой обогрев возможно применять для отопления и охлаждения. Выполняет роль обогревателя и кондиционера.
- Доступность. Такой ресурс доступен фактически в каждой стране.
Минусы геотермальной системы отопления:
- Существенные начальные финансовые траты.
- Трудоемкость процесса монтажа.
- Необходимость в источнике электроэнергии.
Геотермальная энергия практически бесплатна, главные траты идут на оплату электроэнергии, необходимой для функционирования теплонасоса. При тратах 1кВт электроэнергии возможно получать 4 кВт тепла.
Важно! Следует заметить, что стоимость геотермального отопления дома довольно высока. Такая техника окупится приблизительно по прошествии 6-7 лет. Тех, кто планирует монтировать недорогое, однако довольно действенное оборудование для обогрева дома от земли, это отпугивает.
Способы устройства контуров
Системы отопления отличаются лишь конструкцией внешнего контура, в остальном оборудование используют аналогичное. На сегодня известно 3 разновидности наружных контуров:
- устанавливаемый в земле по горизонтали;
- вертикальные термальные зонды;
- опускаемый на дно реки или озера.
Вертикальные теплообменники
Такой вариант отопления теплом земли основан на явлении природы: на глубине 60-100 м от поверхности земля на протяжении года имеет одинаковую и постоянную температуру 10 градусов. Для использования такой энергии земли требуется бурить вертикальные скважины.
Чтобы максимально сохранить ландшафт, возможно пробурить несколько труб с одной начальной точки, однако под разным углом. Наружный контур приспособления устанавливается в таких скважинах. Подобное даст возможность эффективно взять тепло земли. Этот вариант трудно назвать простым и экономичным. Оптимально применять его в том случае, если примыкающая к жилищу местность обустроена.
Глубина бурения составляет 50-200 м. Окончательные размеры скважины будут зависеть от геообстановки в регионе и от характеристик будущего строения. Эксплуатационные сроки подобной системы составят 100 лет.
Важно! В целях монтажа вертикального типа отопительной системы с носителем тепла, берущего энергию подземных вод, требуется пробурить 2 водоносные скважины.
Горизонтальные теплообменники
Для укладки наружного контура при горизонтальном типе отопления, требуется учесть, на какой глубине происходит промерзание земли в регионе.
Трубы укладываются ниже уровня промерзания в предварительно приготовленные траншеи, захватив достаточно много места: для отопления дома, площадь которого равна 200 кв. м понадобится около 600 кв. м обменника.
При этих условиях, количество земляных работ значительное. Помимо этого, требуется учитывать положение деревьев и других кустарников на участке. К примеру, не следует ставить трубы коллектора ближе, чем в 1,5 м от насаждений.
Такой метод укладки используется, обычно, в тех ситуациях, когда участок лишь осваивается под строительные работы. Расчеты и планы по возведению дома, монтажу обогрева и планировке земельного участка оптимально проводить одновременно.
Теплообменник на дне озера или реки
Такая конструкция считается самой экономичной, она применяет энергию тепла воды. Гидроотопление в частном доме рекомендовано устанавливать на дистанции до реки, которая расположена вблизи не более 100 м.
Контур из труб укладывают на дно в качестве спирали, степень залегания не превышает 3 м, площадь водоема составляет по меньшей мере 200 кв. м.
Другим достоинством подобной конструкции станет отсутствие надобности проводить трудные работы, на которые обязательно требуется соответствующее разрешение.
Исходя из вышеуказанного, сделать геотермальное отопление самому непросто. Наиболее оптимальным решением станет последний вариант, однако тут существуют определенные особенности, без которых монтаж невозможен.
Как установить геотермальное отопление самостоятельно
Самому делать термальное отопление достаточно сложно, однако вполне допустимо. Рядом с постройкой требуется создать конструкцию из обвязки труб и заглубить ее.
Габариты коллектора и устройство змеевика будут зависеть от уровня теплопроводимости и степени залегания почвы. Когда проводить за установку термального отопления жилища самостоятельно, то наружный контур оптимальной купить готовый.
Чтобы создать минимальные условия работы термальной системы, требуется соблюсти такие условия:
- Температурные показатели слоя грунта, где находится контур, не должны быть меньше +5 градусов.
- На всей обвязке с антифризом делается изоляция, защищающая контур от замерзания.
- Термальное отопление здания выполняют после точных расчетов и создания чертежей.
Учитывая указанные требования, станет ясно, что термальный обогрев способен быть эффективным. Но для северного региона использование такой установки целесообразно для отопления построек небольшого периметра — до 200 кв. м.
Оптимально монтировать коллектор внутри водоема на дистанции не более 100 м. Требуется, чтобы площадь водоема была более 200 кв. м., а глубина — по меньшей мере 3 м. Когда отсутствуют права на пользование этим водоемом, понадобится изначально иметь разрешение на монтаж требуемой техники.
Особенности расчета
Для выполнения расчетов системы, требуется учесть основные показатели:
- на глубине, которая превышает 20 м, температурные показатели должны быть выдержаны в диапазоне +8+100 градусов;
- для устройств вертикального типа берутся в расчетах показатель мощности в 50 Вт на 1 м высоты (принимаются в расчет влажность породы, наличие подземных вод и др.);
- сухая порода даст 25Вт на м;
- глина или песчаник 50Вт на м;
- твердые породы из гранита обеспечивают до 85 Вт на м;
- присутствие подземных вод даст 110 Вт нам.
Советы и рекомендации
Работы, которые связаны с расчетом протяженности контуров и производительности теплообменника, разработкой проекта выполнит лишь эксперт в данной сфере, обладающий инженерным опытом. Относительно внедрения проекта, то тут понадобится землеройная либо бурильная техника. При установке трубопровода, прокладке в жилище и монтажа также потребуется спецоборудование.
Для сбора домашней отопительной системы нужно соблюсти следующие рекомендации:
- С подрядчиком заключается договор, в нем оговариваются ключевые аспекты.
- Из-за нюансов функционирования гелиосистем для отопления частного жилища оптимально подходит схема с низким температурным режимом. К таким относят теплые напольные покрытия и водяные конвекторы. Возможно установить обычные батареи, однако об этом следует заранее уведомить специалистов, которые осуществляют расчеты теплонасоса.
- В целях подстраховки понадобится иметь в жилище дополнительный обогреватель, который работает на дровах либо дизтопливе. Подобное даст возможность исключить аварийные ситуации, когда произойдет отключение обогрева в зимний период.
- В тех же целях приобретается генератор на дизеле либо бензине. Обыкновенные бесперебойники не подходят, им недостаточно производительности либо заряда.
- Оптимально, когда теплообменник термального отопления расположен в подвале либо нижних этажах постройки, наряду с остальным теплооборудованием.
Геотермальное отопление в целях обогрева частного жилища действеннее проявило себя при комплексном функционировании с «теплым полом». Подобное позволит домовладельцу создать уникальный уют, сэкономить финансовые средства. Термальный обогрев частных домов возможно монтировать собственноручно, предварительно проконсультировавшись со специалистами.
Что такое геотермальное отопление дома, плюсы и минусы такой системы
Ограниченность запасов природных энергетических ресурсов заставляет человечество заниматься поиском альтернативных источников энергии.
Геотермальное отопление дома — отличная альтернатива традиционным способам отопления.
В подтверждение этого можно привести фактические данные про широкое использование геотермальных систем отопления в Европе и Америке в качестве основных источников тепла.
Немного истории! Геотермальные системы отопления значительно «расширились» в конце восьмидесятых годов прошлого столетия преимущественно на территории Америки.
В начале солидные инвестиции в монтаж такой установки позволяли ее использовать только состоятельным людям, а через несколько лет эта система сала доступной для американцев менее состоятельных, подняв значимость геотермальных систем отопления на рынке отопительной техники.
В странах Европы еще два десятка лет назад количество геотермальных установок превышало 12 млн., а сегодня о величине «заселения» геотермальных установок в частных домах можно только догадываться.
Почему так происходит?
Все очень просто! Наиболее доступная и удобная система газового отопления уменьшает запасы природного топлива за деньги из Вашего кармана. А сжигание твердого топлива (дров, угля, торфа) не только неудобно, но и сопровождается выделением вредного углекислого газа, выпадению сажи и смол. А еще необходимо дополнительное помещение для хранения топлива.
Геотермальное отопление загородного дома.Схема
Принцип действия системы
Геотермальные системы отопления имеют сходный с холодильником (кондиционером) принцип действия. Просто рефрижератор холодильника охлаждает воздух, а геотермальный тепловой насос нагревает теплоноситель отопительной системы.
Для обогрева помещения используется тепло (энергия) Земли. Тепловой насос, расположенный в доме, забирает энергию у грунтовых вод или самого грунта, преобразовывая ее в тепло. Затем это «тепло» используется для нагревания теплоносителя самой системы отопления дома.
В основе принципа действия теплового насоса лежит обратный цикл Карно, разработанный еще в ХIХ веке.
«Сердцем» такой системы является компрессор, который «сжимает» и «переносит» тепло. Для этого ему необходим внешний источник энергии – электрическая сеть.
В компании с компрессоров во внутреннем контуре теплового насоса работают: конденсатор, испаритель и дроссельный клапан.
Тепловой насос работает так:
- Теплозаборный коллектор заполняется незамерзающей жидкостью (гликолевая смесь, смесь воды и спирта или соленая вода), которая будет транспортировать «подземное» или «подводное» тепло к насосу.
- Эта тепловая энергия в испарителе передается хладагенту с очень низкой температурой кипения, что приводит к его резкому закипанию и испарению (превращению в пар).
- Работающий компрессор повышает давление этого пара, что соответственно приводит к повышению его температуры.
- В конденсаторе хладагент охлаждается, передавая тепло контуру отопления дома, и конденсируется.
- Через дроссельный клапан хладагент попадает обратно в компрессор, и цикл повторяется вновь…
Тепловой насос еще можно назвать иными словами « вывернутый наизнанку « холодильник. Ведь в холодильнике хладагент нагревается за счет тепла, помещенных в него (холодильник) продуктов, и через систему трубок выводится на заднюю стенку , нагревая воздух вне холодильника.
А в случае теплового насоса это выделяемое тепло нагревает теплоноситель в системе отопления самого дома. В качестве отопительных приборов в таких системах отопления чаще всего и эффективней используются «теплые полы».
Заметьте! При наличии качественного и правильно рассчитанного «теплозаборного» контура при потреблении 1 кВт электроэнергии тепловой насос способен отдать в систему до 5 кВт тепловой энергии!
Виды теплообменников геотермальных систем отопления
Горизонтальный теплообменник
Горизонтальный теплообменник геотермальной системы отопления
Трубы горизонтального контура укладывают на глубину превышающую толщину слоя промерзания почвы.
Укладка горизонтального теплообменника
Укладка горизонтального теплообменника в траншеи
Такой вариант теплового контура оптимален, когда есть большая площадь приусадебного участка без садовых насаждений (деревьев). Прокладка трубы контура не допускается на расстоянии менее 1,5 м от кроны дерева.
При отоплении дома в 250 м2 понадобится площадь в 600 м2 для размещения теплообменного контура. А такая площадь не всегда доступна. Особенно в густонаселенных коттеджных городках.
Этот фактор можно назвать недостатком такого типа теплообменника .
Вертикальный теплообменник
Вертикальный теплообменник геотермальной системы отопления
Вертикальный теплообменник — роскошь, которую, возможно, сможет позволить себе не каждый застройщик. Для «обустройства» такого теплообменника понадобится специальное бурильное оборудование.
Геотермальные зонды
Контур теплообменника опускается в скважину глубиной 50-200 м. Для увеличения тепловой мощности используют несколько таких скважин, трубопроводы которых соединены через специальные коллекторные узлы.
Преимуществом организации такой системы контура теплообменника можно назвать возможность работ на обустроенной территории — такой способ не повредит существующий ландшафт.
Теплообменник, размещенный в воде
Этот вариант наиболее экономичен в монтаже – нет необходимости выполнять землекопные работы, но требует наличия водоема площадью не менее 200 м2 на расстоянии не более 100 м от дома. Трубы контура укладывают на глубину, большую глубины промерзания (не менее 2-3 м) на дно.
Элемент конструкции горизонтального теплового насоса
Преимущества и недостатки геотермальных систем отопления
Одним из самых весомых преимуществ геотермальных систем отопления хотим выделить его экологическую безопасность для Вашего жилища. Ведь процесс нормальной работы теплового насоса не сопровождается какими-либо вредными выбросами в атмосферу. А отсутствие горючих веществ в топливном насосе при наличии исправной электропроводки фактически сводит на нет угрозу возгорания.
- Отсутствие топлива — это и отсутствие расходов на его доставку и хранение.
- Низкое потребление электроэнергии при сравнительно высокой теплоотдаче ( с 1 кВт электроэнергии до 5 кВт тепловой энергии) еще один важный (или самый важный) фактор, определяющий выбор геотермальной системы отопления загородного дома.
- Автономность геотермальной системы отопления освобождает вас от необходимостьи следить за ней и обслуживать.
Важным функциональным преимуществом геотермальной системы отопления является ее способность работать как кондиционер в жаркую погоду. В таком режиме происходит все наоборот: тепло из помещения прогревает хладагент, который передает его внешнему тепловому коллектору.
- Недостатком такой системы является сложность ее монтажа и соответственно высокая стоимость, как монтажных работ, так и самого оборудования.
- Геотермальная система отопления является самой дорогой в монтаже и приобретении оборудования.
- В этом случае можно сэкономить средства на самостоятельной установке этой системы, но необходимо уделить значительное внимание расчетам и консультациям с «профи».
Использование бивалентной схемы отопления
Бивалентная система подразумевает параллельное использование двух источников тепла в пиковые нагрузки (при низких температурах окружающей среды).
В такой системе параллельно к тепловому насосу подключается дополнительный котел, например, электрокотел. Его используют при необходимости использования интенсивного режима отопления при низких температурах окружающей среды.
Если «морозных» дней в году в регионе Вашего проживания небольшое, то наличие такого «помощника» позволяет сэкономить на мощности теплового насоса, что существенно сказывается на его стоимости.
Геотермальная энергия | Плюсы и минусы геотермального отопления дома
Геотермальное отопление использует для обогрева помещений природное тепло земли. Это неограниченный и бесплатный ресурс. Его можно использовать независимо от температуры воздуха, времени года и расположения участка. Сейчас это самая экономичная альтернатива традиционным вариантам отопления.
Принцип действия системы
В основе функционирования геотермальных систем находятся физические процессы передачи тепла из окружающей среды. По принципу действия они аналогичны обычному холодильнику.
На большой глубине земной поверхности температура всегда постоянна и пребывает в пределах +5 – +8 °С. Почти 80% тепловой энергии, создаваемой геотермальной системой, представляет собой энергию окружающей среды. Ее передают и накапливают внутри зданий. Такая добыча не наносит урона экологическому и энергетическому балансу планеты, потому что она обладает способностью самовосстанавливаться.
Виды теплообменников
Горизонтальные теплообменники характеризуются тем, что трубы контура укладывают горизонтально на глубину, превышающую уровень промерзания грунта в данной местности. Их применяют тогда, когда приусадебный участок обладает большой свободной площадью без насаждений.
К примеру, чтобы обогреть частный дом площадью в 250 кв. м потребуется 600 кв. м для размещения теплообменного контура. Такая территория не всегда доступна в густонаселенных коттеджных поселках.
Когда территория участка небольшая, применяют вертикальные теплообменники. Но для их создания потребуется специальное бурильное оборудование. Это вызывает повышенные расходы.
При создании вертикальных теплообменников применяются геотермальные зонды. Их опускают в скважины глубиной до 200 м. Такой способ можно использовать даже на обустроенной территории. При этом существующий ландшафт не повреждается.
Еще одним вариантом является теплообменник, помещенный в воду. Он очень целесообразен при наличии поблизости водоема. При этом трубы контура укладывают на дне на глубину, превышающую уровень промерзания. В этом случае система функционирует за счет энергии водных массивов. Это наиболее экономичный способ обустройства геотермального отопления.
Существуют также воздушные теплообменники. Их контур получает тепло из воздуха. Особенно эффективны они в южных районах. Для их монтажа не требуются земляные работы. Недостатком является полная зависимость от температуры воздуха.
Горизонтальный коллектор
Горизонтальный коллектор – это система труб, уложенных параллельно земле в специальных траншеях. Ширина траншей составляет 50-70 см, глубина 1,5-2 м, дистанция между ними – не менее 1,5 м.
Прокладка труб на расстоянии ближе 1,5 м от деревьев не допускается. Такие нормы необходимо выдерживать для предотвращения переохлаждения грунта.
В противном случае система не получит достаточное количество тепла.
Длина труб и траншей зависит от теплоотдачи грунта и мощности теплового насоса. Чем выше значение последнего показателя, тем крупнее должен быть участок. При таком способе укладки труб значение теплоотдачи обычно составляет 15-35 ВТ/м2.
Вертикальный контур
Для его создания необходимо пробурить скважину глубиной от 10 до 100 м и выше. В нее опускают U-образную трубу. За счет того, что на большой глубине температура всегда выше, чем у поверхности, такой способ укладки обладает повышенной эффективностью. Она в 4-5 раз выше, чем при использовании горизонтального коллектора.
Чтобы увеличить тепловую мощность, одновременно применяют несколько таких скважин. Расстояние между ними не меньше 5-6 м. Их соединение осуществляется с помощью специальных коллекторных узлов. Для получения 7-9 кВт тепловой энергии потребуется 150-200 м скважины. Долговечность системы такого вида составляет около сотни лет.
Теплообменник, размещенный в воде
Водоразмещенный теплообменник считается единственным реальным способом обеспечения геотермального отопления собственными силами. Для его применения необходимо наличие водоема размерами не менее 200 кв. м. Расстояние от него до дома должно не превышать 100 м. Обязательным условием является также то, что глубина водоема обязана превышать 2 м.
Плюсы и минусы геотермального отопления
Большим достоинством геотермальных систем отопления считается неисчерпаемость необходимых для нее ресурсов. Земная поверхность аккумулирует около 90% солнечной энергии. Может закончиться топливо, возможно прекращение подачи газа, но тепло земли бесконечно.
Значительным преимуществом геотермальных систем является также экологичность. Их функционирование не создает вредных отходов. Геотермальная установка является пожаробезопасным решением. При ее работе не используют легковоспламеняющиеся вещества.
Основным недостатком геотермальных систем считается сложность и значительная стоимость работ. Наиболее целесообразно их применение на не газифицированных участках.
Плюсы и минусы геотермального отопления ????
Отопление с помощью геотермальных тепловых насосов – один из популярных вариантов использования альтернативных источников тепла.
Эти устройства могут эффективно заменить привычное газовое оборудование и могут использоваться практически в любых условиях.
При этом, у теплонасосов каждой из систем есть свои преимущества и недостатки, которые нужно учитывать при выборе отопительного оборудования.
Виды установок
Назначение тепловых насосов – преобразовать низкотемпературное тепло источника в высокотемпературную энергию для обогрева внутреннего контура домашнего отопления. Поскольку источников передаваемого тепла и видов принимающего его теплоносителя может быть несколько, все тепловые насосы делят на системы нескольких типов:
- «грунт-вода»;
- «вода-вода»;
- «воздух-вода»;
- «воздух-воздух».
К геотермальным относятся тепловые насосы первых двух систем. У них, как и у любого другого оборудования, есть свои преимущества и недостатки – как характерные для всех, так и «персональные».
Общие преимущества и недостатки
Геотермальные теплонасосы отличаются только источником тепла и, соответственно, внешним теплообменным контуром, у них есть масса общих особенностей.
Общие преимущества теплонасосов
- Экономичность. Для работы тепловых насосов не нужно топливо (газ, дрова, уголь, пеллета или другое). Тепловая энергия передается напрямую от земли или воды. Это обеспечивает существенную экономию.
- Безопасность. Благодаря используемому принципу поглощения и передачи тепла, в теплонасосах нет открытого горения, химических реакций и других потенциально опасных процессов. Ввиду отсутствия выделения газов и вредных веществ, такой вариант отопления абсолютно безопасен.
- Автоматизация. В большинстве моделей геотермальных тепловых насосов предусмотрена современная автоматика. Она контролирует температурные режимы и корректность выполнения всех рабочих циклов. После первичной наладки контролировать теплонасосы, как, например, твердотопливные котлы, не придется.
- Доступность. При установке внешнего контура геотермальной системы на своей территории не нужно получать разрешение, также как и согласование органов на использование такого отопительного оборудования.
- Универсальность. Термодинамический цикл Карно, лежащий в основе работы теплонасосов, позволяет использовать их как для отопления, так и для охлаждения загородного дома летом. Таким образом, с помощью одного оборудования можно:
- отапливать дом;
- готовить воду для системы горячего водоснабжения;
- охлаждать дом.
- Компактность. Установка не занимает много места, поэтому под нее не нужно выделять большую котельную.
Общие недостатки теплонасосов
- Высокая цена оборудования. Геотермальные тепловые насосы на порядок дороже газовых и твердотопливных котлов или электрической системы отопления. Из-за этого увеличивается срок окупаемости оборудования.
- Зависимость от электричества. Для эффективной работы отопления с использованием тепловых насосов нужна непрерывная циркуляция рабочих жидкостей во всех трех контурах:
- теплоноситель во внешнем контуре должен передавать тепло на хладагент второго контура;
- хладагент должен передавать тепло на третий контур;
- теплоноситель третьего контура должен «доставлять тепло» по всему дому.
Поэтому, надо иметь не только мощную электропроводку, способную выдержать одновременное подключение насосов и компрессоров, но и запасной источник электричества – генератор.
Тепловые насосы «грунт-вода»
Источником низкотемпературного тепла для геотермальных тепловых насосов «грунт-вода» выступает земля. Для этого на глубину ниже уровня промерзания помещают внешний теплообменник. Он может быть собран в виде горизонтального коллектора или вертикального зонда.
Преимущества теплонасосов «грунт-вода»
- Высокий КПД (СОР). Эффективность геотермальных тепловых насосов оценивается соотношением потраченной электроэнергии к количеству полученной тепловой энергии – параметром СОР. Для теплонасосов «грунт-вода» СОР находится в пределах 4-5 единиц, то есть они вырабатывают до 5 кВт тепла при расходе 1 кВт электричества. Реальный КПД – до 500%.
- Долговечность. Теплообменный контур тепловых насосов «грунт-вода», находясь под землей, практически не изнашивается. Благодаря этому, срок службы оборудования может достигать 20-30 и даже 50 лет. При этом, используемый принцип работы гарантирует, что производительность системы будет неизменной.
- Независимость от температур. При правильном размещении теплообменного контура, теплонасос сможет эффективно работать даже в сильный мороз. При этом, температурных колебаний в доме не будет – автоматика будет поддерживать установленную пользователем температуру.
Недостатки теплонасосов «грунт-вода»
- Сложность земельных работ. Каждый метр внешнего теплообменного контура может получить 50-70 Вт тепла. То есть для выработки 7 кВт тепла нужен теплообменник длиной 100 метров. Для его размещения в виде горизонтального коллектора понадобится большой участок. Кроме того, теплообменник надо размещать на глубине ниже уровня промерзания, то есть надо будет рыть котлован глубиной 2-3 метра. Для вертикального размещения теплообменника нужны скважины глубиной от 50 до 200 метров, то есть не обойтись без помощи специалистов и специальной техники. Кроме разной глубины скважин, может понадобиться и их разное количество, что тоже удорожает работу.
- Вынужденный «простой» земли. На участке, под которым размещен горизонтальный или вертикальный геотермальный теплообменник нельзя строить капитальные сооружения и сажать растения с крупной корневой системой. Поэтому, земля на этом участке частично ограничена в использовании.
- Сложность обслуживания. Геотермальный теплообменник в виде горизонтального коллектора или вертикального зонда размещается глубоко под землю. Поэтому, контролировать, а также устранять любые проблемы с внешним теплообменным контуром будет сложно. К слову, этот недостаток компенсируется использованием качественных, долговечных труб, а также многоэтапной проверкой системы в момент монтажа.
Теплонасосы «вода-вода»
Источником низкопотенциальной тепловой энергии для водяных теплонасосов является вода открытых водоемов. На их дно помещается теплообменник, теплоноситель которого поглощает тепло и передает его хладагенту второго контура.
Преимущества водяных теплонасосов
- Эффективность. Вода имеет наибольший коэффициент теплопроводности, поэтому СОР водяных теплонасосов может достигать 4-5 единиц (КПД до 500%). Это значит, что расходы на обогрев частного дома будут еще меньше.
- Стабильная производительность. Поскольку температура воды на глубине практически всегда постоянная, производительность водяного теплонасоса будет стабильно высокой, независимо от температуры на улице.
- Надежность. Оборудование водяных систем почти не изнашивается. Благодаря этому, тепловые насосы имеют внушительный срок службы и практически не нуждаются в обслуживании.
- Простота монтажа. Для размещения водяного теплообменника не нужно делать котлован или бурить скважины – достаточно разместить контур на дне водоема и закрепить его. Это не только увеличивает скорость монтажных работ, но и делает их дешевле.
Недостатки водяных теплонасосов
- Требования к водоему. Для эффективной работы водяного теплового насоса нужен водоем, площадь которого не меньше 200 квадратных метров и глубина не меньше 3 метров. Это усредненные значения, которые могут меняться, в зависимости от условий конкретного региона. Но, это значит, что для проверки соответствия водоема надо проводить предварительный расчет. Кроме того важно, чтобы водоем был не дальше, чем 100-150 метров от дома.
- Необходимость согласования. Если водоем находится в частной собственности – проблем с его задействованием для отопления дома не будет. Но, если близлежащее озеро или водохранилище находится в государственной собственности, может потребоваться согласование на использование водных активов. Получить его может быть сложно.
Заключение
Геотермальные системы – один из самых перспективных вариантов отопления дома. Безусловно, у такого альтернативного источника обогрева есть недостатки, но они с лихвой компенсируются множеством бесспорных достоинств, гарантирующих надежность, стабильность и эффективность системы домашнего отопления.
Загрузка...
