Геотермальное отопление загородного дома своими руками

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.

Использование энергии земных недр обладает веским преимуществом: применяемые ресурсы достаются бесплатно и самопроизовольно восстанавливаются

Внутренний блок геотермальной системы занимает немного места, внешне напоминает привычную бытовую технику

Первоначальные вложения в устройство системы, использующей геотермальную энергию, выше, чем установка котла, но минимальные средства на содержание и эксплуатацию оправдывают и быстро окупают проект

Оборудование, перерабатывающее энергию земли в тепло, не выделяет продуктов горения, не сжигает безвозвратно дрова, уголь, торф, газ

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

При упоминании геотермальных источников энергии мы всегда представляем себе долину гейзеров или вулканы, но нужные нам источники гораздо ближе. И они помогут нам согреться зимой и охладиться летом

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.

Не секрет, что ресурсы дорожают год от года, поэтому автономная система отопления, которая способна окупиться в течение нескольких лет, всегда будет экономически выгодна для её владельца

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.

Внутренний блок системы, использующей тепло недр земли, включает непосредственно сам тепловой насос, отдельно установленный или встроенный в насос водонагреватель и буферную емкость

Тепловой энергии горных пород и грунтовой воды вполне достаточно для организации отопления и горячего водоснабжения загородного дома

Несмотря на реальную выгоду эксплуатации тепловых насосов, обогрев дома с применением газового котла пока обходится дешевле, но геотермальную энергию все равно применяют, к примеру, для подогрева воды в бассейне

Однако в негазифицированных районах, местечках, в которые не проведено электричество, тепловой насос с забором энергии грунтов и воды способен стать агрегатом, обеспечивающим системы ГВС и отопления

Бесплатную энергию подземной воды и горных пород разумно использовать в обеспечении теплом бытовых построек, теплиц, спортивных комплексов

Теплонасосы с забором энергии из недр земли могут служить дополнительными источниками энергии, необходимыми на случай перебоев с подачей электроэнергии

В случае перехода дома полностью на геотермальное отопление чаще всего приходится сооружать несколько контуров, для обслуживания определенных колец, например, для радиаторного отопления и теплого пола лучше задействовать два теплонасоса, а для ГВС третий

Геотермальные схемы устройства отопления превосходно сочетаются как с традиционными вариантами, так и с другими видами альтернативных источников: солнечными батареями, ветрогенераторами и прочим

Горизонтальный геотермальный коллектор. Снимаем с грунта бесплатное тепло.

Чем дальше, тем больше домовладельцев отапливают дома тепловыми насосами. Многие из них в качестве низкопотенциального источника тепла выбирают горизонтальные геотермальные коллекторы. Рассказываем, как сделать такой коллектор своими или чужими руками, как «снять» из земных недр побольше тепла и какие новинки появились в этой сфере в последние годы.

1 . Откуда в земле берется тепло для отопления дома?

На глубине до 15 метров грунт нагревается тепловой энергией солнца и дождя, верхние слои почвы ниже промерзания грунта – это, в сущности, аккумуляторы солнечной энергии, в которых круглый год сохраняется плюсовая температура. Дальше, как выяснили ученые, через каждые 100 метров вглубь температура планеты поднимается на 3°С. В отличие от солнечной энергии, или энергии ветра геотермальная энергия не зависит от погоды, от времени года и других факторов, это стабильный и неисчерпаемый вид энергии, поэтому ученые уделяют ему так много внимания.

2 . Сколько тепла можно «снять» с метра коллектора?

Это зависит от многих факторов: типа грунта, его влажности, не затенена ли площадка, на которой расположен теплообменник и пр. При расчетах коллектора специалисты исходят из того, что каждый его метр обеспечивает:

• сухой песчаный или каменистый грунт – 10 Вт;
• сухой глинистый грунт – 20 Вт;
• влажный глинистый грунт – 25 Вт;
• очень влажный глинистый грунт – 35 Вт.

В среднем это значение составляет 20 Вт/м. Наибольшие запасы энергии – в грунтах с близким УГВ.

3 . На каком участке можно установить горизонтальный геотермальный коллектор?

Горизонтальным коллекторам нужны большие площади, это их главный недостаток. Для дома площадью до 100 кв. м. придется котлован или сеть траншей площадью в 2-3 сотки. Площадь над коллектором нельзя застраивать и высаживать на ней деревья и кустарники с глубокой корневой системой, но можно «травку и цветочки». Имеет значение и уже имеющиеся растительность и постройки на участке. От площадки, где будет коллектор, должна быть минимум двухметровая дистанция до теневой зоны от деревьев и построек. Также рекомендуются выдерживать расстояния:

• 1,5 м от электросетей и газопровода;
• 2 м от водопровода и канализации;
• 3 м от фундаментов, колодцев, септиков и пр.

4 . Требуется ли разрешение на устройство коллектора неглубокой закладки?

Горизонтальные коллекторы укладывают в грунт на глубину от 0,8 до 4 метров, это зависит от глубины промерзания грунта в регионе, но обычно это – 1,2 метра. Главное, чтобы устройство находилось ниже уровня промерзания грунта, там, где температура относительно стабильна круглый год. Это не больше, чем глубина подвалов и погребов, поэтому разрешения на такие устройства брать не требуется.

5 . Как рассчитывается длина коллектора?

Длина коллектора (L) рассчитывается по формуле L = Q / p, где Q требуемая тепловая мощность, а p – теплотворная способность грунта. Но эта формула корректна, только если расстояние между витками спирали (или фрагментами змейки) коллектора не менее 70 см. И если соблюдаются условия, о которых рассказано выше: площадка над коллектором не затенена, свободна от построек и на ней не растут растения с глубокой корневой системой. При расчете коллектора следует учитывать, что температура грунта после первого года эксплуатации понижается на несколько градусов.
При этом из-за большого гидравлического сопротивления не рекомендуется, чтобы общая длина контура была больше 150 метров. Если контуров будет несколько, они должны быть одинаковой длины.

6 . Какие трубы используют для горизонтальных коллекторов?

Трубы должны быть долговечными, без соединений в земле, которые могут дать течь (а если какие-то соединения есть, к ним нужно предусмотреть доступ). Для устройства горизонтального коллектора идеально подходят трубы из прочного сырья и с минимальной стенкой: ПНД 40×2 .4, ПЭ100 SDR17. В «горизонтальнике» в качестве теплоносителя применяют незамерзающую жидкость, антифриз (обычно на основе этиленгликоля). Чаще его называют рассолом.

7 . Как лучше укладывать трубы?

По геометрической конфигурации горизонтальные коллекторы разделяют на
кольцевые, спиральные, змеевиковые и улиточные. В малоэтажном домостроении трубы чаще всего укладывают «змейкой», это самый простой способ. Змейки и улитки коллекторов укладывают с шагом не менее 40 см, иначе возможно переохлаждение грунта. Длинна одной петли не должна превышать 400м, лучше разбить конструкцию на части соединять их параллельно. Если петель несколько, их соединяют или внутри здания, или с возможностью доступа за его пределами. Петли должны лежать свободно, если делаются траншеи, то их стандартная канавы 600-900 мм. Можно сделать траншеи шириной 1200 мм и укладывать в них по две трубы на расстоянии 1м друг от друга; но следующую траншею придется рыть уже через два метра. Трубы укладывают на песчаную подложку толщиной 100 мм. Загибая петли коллекторов, нужно следить, чтобы следить, чтобы трубы не ломались и не завязывались в узел. За метр до входа в здание трубы теплоизолируются. Закапывать коллектор можно только после опрессовки.

8 . Как сократить затраты на теплосборный коллектор?

Тепловой насос считается дорогим, хоть и комфортным, и современным видом отопления, а самая затратная статья в его конструкции – как раз теплосборный коллектор. Однако, если площадь участка позволяет, а водоема, в который можно опустить трубы, рядом нет, лучше выбрать именно этот вариант, как наиболее бюджетным. Участники FORUMHOUSE считают самым оптимальным вариантом геоколлектора «многоэтажник» – устройство, в котором трубы коллекторов уложены друг над другом в траншее в несколько ярусов. Этот способ позволяет снизить затраты на контур без потери надежности и эффективности.

Как сделать геотермальное отопление дома своими руками

Геотермальное отопление, как альтернатива традиционным способам обогрева жилья, появилось не так давно. В России метод распространяется очень медленно, а в США и ряде европейских стран геотермальное отопление становится основным способом получения тепла для обогрева дома. В Швеции и Швейцарии до 75% домовладение отапливаются такими системами. Судя по отзывам первопроходцев, у геотермального отопления неплохие перспективы: способ экологически абсолютно чист, а источники тепла неисчерпаемы. Сделать геотермальное отопление дома своими руками не так сложно: многие владельцы домов для отопления пользуются установками, которые построили сами. Рассмотрим подробнее, как построить установку геотермального отопления самостоятельно и приведем отзывы потребителей о работе таких систем.

Как работает геотермальное отопление загородного дома

Геотермальное отопление основано на обогреве объектов подземным теплом от магмы земли. Верхние плотные слои грунта удерживают подземное тепло, достичь которого с поверхности можно устройством глубоких скважин.

Главным агрегатом системы геотермального отопления является тепловой насос работающий в два контура. Внутренний контур — система отопления дома, включающая радиаторы и трубы, внешний — теплообменник, находящийся в шахте под землей или под водой. В теплообменнике внешнего контура циркулирует теплоноситель (антифриз), принимающий на себя температуру среды, в которой находится теплообменник. Подогретый теплоноситель тепловым насосом передается фреону теплового насоса. При сжатии фреона компрессором его температура поднимается до 100 градусов и часть своего тепла передается внутренней системе отопления дома.

Таким образом, геотермальный тепловой насос играет роль ключевого элемента системы. Ошибочным является мнение, что геотермальное отопление основано на использования тепла подземных горячих источников. Грунт ниже глубины промерзания температурой от 5-7 градусов является источником тепла для этого вида отопления.

Плюсы и минусы геотермального отопления

• КПД этого метода 300 — 500%;
• доступность и неограниченный объем этого вида энергии;
• экологическая безопасность;
• нет опасности возгорания;
• автономный режим работы;
• низкие затраты на эксплуатацию.

Из недостатков отметим высокую стоимость (только тепловой насос стоит 3 — 10 тыс. евро).

Геотермальное отопление очень экономично: на 1 кВт затраченной электроэнергии из-под земли получают тепловую энергию 4-6 кВт, поэтому, несмотря на немалые затраты, устройство геотермального отопления окупается за 5 — 8 лет.

Как своими руками сделать геотермальное отопление

Сложности с устройством геотермального отопления своими руками начинаются с шахты, размеры и глубина которой зависят от множества факторов: географии региона, особенности грунтов, климата, площади отопления и т.д. Глубина шахты может быть от нескольких десятков до сотен метров.

Существует три вида теплообменников для устройства геотермального отопления:

1. Вертикальный со скважинным насосом. Глубина его может достигать 200 м, стоимость велика, но срок службы до 100 лет оправдывает затраты.
2. Горизонтальный, расположенный под землей ниже отметки промерзания почвы. Недостаток такой конструкции — большая площадь: на дом 200 м2 понадобится 500 м2 теплообменника.
3. Подводный, расположенный ниже глубины замерзания воды зимой. Для частного дома часто наиболее подходящий вариант, позволяющий обойтись без объемных и дорогостоящих земляных работ. Единственное условие — наличие водоема на расстоянии не более 100 м от дома.

На фото горизонтальный теплообменник для геотермального отопления

Внешний контур делается из полиэтиленовых труб из расчета 40-50 Вт тепла на 1 м длины коллектора. Если производительность насоса 10 кВт, то глубина скважины должна быть 160-200 м. Иногда вместо одной скважины делают несколько нужной суммарной длины. Применяется также кластерная технология бурения из одной точки в разных направлениях — это позволяет сохранить придомовой участок.

Схема устройства геотермального отопления

Подробнее о том, как сделать геотермальное отопление загородного дома, смотрите на видео ниже.

Какие отзывы о геотермальном отоплении

В интернете немало отзывов о работе систем геотермального отопления. Наряду с успешной его работой, владельцы домов отмечают:

Геотермальное отопление: принцип работы, возможности и эффективность

Словосочетание «геотермальная энергетика» у большинства людей вызывает ассоциации с Исландией, гейзерами и вулканами, кто-то вспомнит о промышленно осваиваемых месторождениях термальных вод на Камчатке, в Дагестане, в Ставропольском крае. Однако, геотермальная энергетика – это не только промышленные масштабы, но и геотермальное отопление частного сектора. Например, в странах Скандинавии с помощью тепловых насосов отапливается порядка 1,5 миллиона домов, подобные проекты реализуются и в России. Разбираемся, как работает технология отопления подземным теплом, в каких формах она реализуется, и насколько эффективна.

Геотермальное отопление: как оно работает

Первые дома, обогреваемые теплом Земли, стали появляться 50 лет назад; сегодня их можно встретить по всему миру, от Канады до Новой Зеландии.

Работа устройства, использующего тепловую энергию недр, основана на применении обратного цикла Карно, описывающего круговые процессы обмена теплом. Такая термодинамическая система функционирует благодаря разнице температур составных частей; принцип давно и успешно реализован в холодильниках и кондиционерах.

Чтобы запустить геотермальное отопление дома, нужно организовать систему, которая будет собирать тепло из почвы (или воды) и передавать его в контур отопления дома. Подземное тепло генерируется в любой точке земного шара, и геотермальное отопление успешно реализуется в России, например, в Московской области. Интересно, что схема функционирует таким образом, что летом она работает как кондиционер, а зимой – как источник отопления.

На глубине шести метров начинается зона, где температура остается стабильной круглый год. Она сохраняется на уровне средней годовой температуры атмосферы в данной местности; в областях с умеренным климатом это +15°C, ниже она растет. Для сбора подземной тепловой энергии применяется контур (теплообменник). Это трубопровод, который монтируют под землей или под водой. Для организации отопления из земли используют следующие методы:

• В вертикальную скважину. Вариант, подходящий для небольших участков. Рядом с домом пробивают две геотермальные скважины по 80-90 м, в каждую помещают геотермальный зонд. Тепловой насос поднимает нагретую воду, она проходит через теплообменник и отдает тепло во внутренний контур дома. Вертикальный контур отличается наибольшей энергетической эффективностью и сроком эксплуатации.
• С устройством горизонтального коллектора. Метод подходит для участков большой площади. Чтобы получить исправно работающий коллектор, с помощью экскаватора подготавливают траншеи глубиной 2-2,5 м, куда укладывают ПНД (полиэтиленовые) трубы. Площадь участка, с которого будет собираться тепло, соизмерима с площадью жилья.

• На дне водоема. Горизонтальный коллектор (зонды горизонтального типа) устанавливают на дне, если водоем обладает достаточными габаритами (площадью и глубиной), и находится недалеко от дома. Способ также демонстрирует хорошую энергоэффективность.
• С использованием антифриза. На достаточную (75 м и более) глубину погружают емкость, заполненную антифризом. Нагретая жидкость поднимается тепловым насосом и отдает энергию теплообменнику, а затем возвращается под землю для следующего цикла.

Плюсы и минусы технологии

Геотермальное отопление дома, принцип работы которого не включает сжигание топлива, идеально с точки зрения современных представлений об экологической безопасности. Геотермальная отопительная система предоставляет своим владельцам следующие преимущества:

• Безопасность во всех сферах: отсутствие вредных выбросов, что важно для здоровья хозяев, их домашних животных, для окружающей среды, а также пожаробезопасность.
• С отсутствием топлива пропадает необходимость в его закупке (заготовке), доставке и хранении.

• Экономическая выгода. Силы природы работают бесплатно. Вы тратитесь только на приобретение и монтаж системы, а во время эксплуатации – на электроэнергию для теплового насоса. При этом в отрегулированной системе на каждые 1 кВт, затраченных на работу насоса, приходится около 3,5-4 кВт, добытых из-под земли.
• Компактные размеры. Основной по размеру контур прячется под землю (воду), в доме нужно будет установить только насос, и отдельная котельная для этого не нужна.
• Доступность. Оборудование можно установить где угодно. Единственное условие для начала работы – наличие электричества в доме.
• Многофункциональность. Когда холодно, система работает на обогрев, когда жарко – на охлаждение.
• Долгий срок эксплуатации. Технологически правильный монтаж станет гарантией длительного функционирования. Геотермальный контур надежно защищен толщей земли, а срок службы тепловых насосов составляет 25-30 лет.

Владельцы, не доверяющие геотермальному отоплению частного дома, выдвигают следующие аргументы:

• Приходится идти на значительные затраты, чтобы подготовить систему к работе: приобрести насос, дополнительные материалы, выполнить монтаж внешнего и внутреннего контура. Оборудование обойдется в 8-10 раз дороже, чем аналогичная газовая техника.
• Геотермальная система не является автономной. Чтобы она функционировала, на каждые 4 кВт тепловой энергии придется тратить 1 кВт электричества.
• Уровень теплоотдачи иже, чем у традиционных технологий. Например, контур, уходящий вглубь на 20-30 м, отдает только 40 Вт тепла с одного погонного метра.
• Длительный период окупаемости. В среднем он превышает 10-15 лет, тогда как среднему по мощности газовому котлу (до 12 кВт) понадобится примерно 5 лет, чтобы окупиться.

Как монтируют геотермальное отопление

Работы по установке геотермальной системы отопления включают три этапа:

• На площадке проводятся буровые и монтажные работы.
• Приобретается и доставляется оборудование и тепловой насос.

• Монтируется внешний и внутренний контуры. Они соединяются через тепловой насос, затем проводятся пуско-наладочные работы.

Горизонтальный, вертикальный и подводный контуры имеют свои особенности монтажа: Горизонтальный трубчатый теплообменник укладывают ниже глубины промерзания. Если грунтовые воды пролегают высоко, организуется песчаная подушка, предпринимаются меры, нивелирующие пучение, деформацию и выдавливание контура.

Длину горизонтального теплообменника определяют расчетом: 40 м труб на 1 кВт тепловой энергии. Для подобной системы может потребоваться солидный участок (до 2,5 соток), и вам придется придумать, как его потом использовать, так как над теплообменником нельзя возводить строения с подземным фундаментом или высаживать деревья.

Вертикальный подземный контур почти на треть эффективнее горизонтального аналога. Глубину скважины рассчитывают из соотношения 10-30 м труб на 1 кВт (зависит от свойств пород). Если глубина получается слишком большой и экономически нецелесообразной, можно сделать несколько мелких скважин, дающих в сумме нужную мощность.

Организовать подводный контур можно при условии, если водоем находится максимум в ста метрах от дома, и он не промерзает зимой. Чтобы получить 1 кВт тепловой энергии, понадобится уложить 35 м труб. Несмотря на то, что надо будет позаботиться о якорном балласте, препятствующем всплыванию, и защите на кромке ледообразования, подводный контур будет самым дешевым по затратам.

Действующие системы организованы так, чтобы обеспечивать нагрев в 50°C, поскольку специальные расчеты показали наибольшую эффективность данного варианта. Следствием ограничения является использование в домах с отоплением от земли преимущественно не привычных радиаторов, а теплых полов или воздушного (парового) отопления.

Видео описание

Об окупаемости теплового насоса в следующем видео:

Коротко о главном

Геотермальное отопление является перспективной, но недооцененной системой для частных домов. Его можно организовать тремя способами: в вертикальной скважине, в виде горизонтального подземного коллектора или под водой.

Обогрев подземным теплом экономически выгоден; максимального эффекта от установки можно добиться при использовании теплых полов. Система работает круглогодично: зимой нагревает помещения, а летом снижает температуру воздуха, из-за чего отпадает надобность в кондиционере. Многие владельцы загородных домов не спешат выбирать экологичную технологию по причине высоких трат на покупку и монтаж оборудования.

Геотермальное отопление своими руками — рекомендации по выбору типа наружного контура и инструкция по изготовлению

Значительные первоначальные затраты пока не дают геотермальному отоплению превратиться у нас в «товар широкого потребления».

Но идея получать тепло бесплатно оказалась настолько заманчивой, что многие наши соотечественники стараются осваивать ее всеми силами, минимизируя расходы где только возможно.

Наиболее эффективный способ снизить стоимость системы – изготовить все ее компоненты самостоятельно.

Далее мы посмотрим, как можно организовать геотермальное отопление своими руками, и с какой суммой придется при этом расстаться.

Как работает геотермальное отопление?

Это просто новый способ применения старого доброго теплового насоса, который имеется в каждом холодильнике.

Родным братом системы геотермального отопления можно считать кондиционер, работающий в режиме «зима». Ведь это устройство греет воздух вовсе не с помощью ТЭНов, как думают некоторые.

Кондиционер, так сказать, перекачивает тепло, добываемое им из промозглого осеннего воздуха снаружи помещения. Ту же задачу выполняет тепловой насос в геотермальной установке, только в качестве источника тепла используется грунт или вода с температурой +5 — +7 градусов.

Как же получается, что ледяная на ощупь среда выступает в роли источника тепла? Это становится возможным благодаря замечательной способности газов нагреваться при сжатии и остывать при расширении.

Если порции газа дать нагреться от одной среды, а затем перенести в другую и там сжать, он станет еще более горячим и будет отдавать тепловую энергию этой второй среде, даже если она имеет более высокую температуру, чем первая. Теперь снова вернем газ к первоначальному давлению, одновременно перенеся его в первую среду.

Геотермальное отопления — принцип работы

Его температура упадет ниже первоначальной, ведь часть внутренней энергии была отдана в виде тепла на этапе сжатия. Следовательно, газ снова начнет нагреваться от первой среды.

Повторяя операцию снова и снова, мы будем «перекачивать» тепло из одной среды в другую в противоположном естественному теплообмену направлении. Этот процесс называется «циклом Карно» и именно на нем основан принцип работы теплового насоса в системе геотермального отопления.

Классификация по конструкционному типу

Если в случае с кондиционером газ-хладагент сам проходит через среду-источник, то в системе геотермального отопления он получает тепло от посредника – воды или антифриза.

Последний циркулирует по так называемому наружному контуру, представляющему собой длинную трубу.

Именно эта труба и помещается в среду источник.

По виду наружного контура различают три исполнения систем геотермального отопления:

1. С горизонтальным контуром: труба укладывается «змейкой» (в грунте) или в виде спирали (на дне водоема) ниже глубины промерзания, то есть примерно в паре метров от поверхности земли. Такой контур занимает большую площадь, но зато его может соорудить сам владелец.
2. С вертикальным контуром: трубы опускаются в глубокие скважины. Более удобный вариант, так как не требует значительного пространства, но для строительства скважины придется нанимать специалистов с особым оборудованием.
3. Комбинированный вариант: еще один тип контура, который можно построить самостоятельно, при этом он занимает меньше места, чем горизонтальный. Используется полимерная труба, которая укладывается в грунт в виде цилиндрической пружины. Получается нечто среднее между вертикальным и горизонтальным контурами с уклоном в сторону последнего.

Не всегда есть возможность проложить трубы ниже глубины промерзания почвы. Утеплитель для труб в земле поможет защитить отопительную систему от мороза.

Об альтернативных источниках энергии расскажем в этой теме. Энергия ветра и солнца, а также тепло земли в качестве источников тепла.

Что такое биогаз и как получить такое альтернативное топливо своими руками, читайте здесь: https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/alternativnoe-otoplenie/biogaz-svoimi-rukami.html. Виды сырья, конструкция биогазовой установки и много другой полезной информации, читайте внимательно.

Особенности отопительной системы

В отличие от газового котла, тепловому насосу не требуется нагревать теплоноситель системы отопления до высокой температуры, так как образование конденсата при холодной «обратке» ему не грозит. К тому же работа в низкотемпературном режиме потребует меньших энергозатрат.

Чтобы компенсировать низкую температуру теплоносителя, поверхность радиаторов пришлось бы сильно увеличивать, поэтому вместо них лучше использовать систему «теплый пол». Этот вид отопления является и наиболее рациональным, так как нагреваемый воздух в первую очередь поступает, так сказать, в зону обитания, а не под потолок.

Еще один аргумент в пользу «теплого пола» — минимальные теплопотери. Ведь их величина зависит, в первую очередь, от перепада температур, а он при низкотемпературном режиме является наименьшим. Второй фактор – площадь контакта нагретого воздуха с наружными стенами. Поднимающийся от «теплого пола» воздух наружных стен не касается (при использовании обычных радиаторов он буквально омывает остекление окна и прилегающие участки наружной стены).

Основной недостаток «теплого пола» — энергозависимость – в данном случае неактуален, так как тепловой насос тоже не сможет работать без электричества.

Опасность скрытой протечки также можно не принимать во внимание, если контур делать цельным из гибких полимерных труб.

Достоинства и недостатки системы

Внедряя геотермальное отопление, мы выигрываем в следующем:

1. Получаем дармовое тепло: 1 кВт затраченной электроэнергии приносит в среднем 3, а иногда и 5 кВт тепла.
2. Обходимся без строительства дымохода и утомительных работ по его обслуживанию.
3. Не загрязняем атмосферу и экономим невозобновляемые ресурсы.

Теперь о недостатках:

1. Система без электропитания неработоспособна.
2. Наружный контур имеет очень большие размеры.

Безопасная геотермальная система

Производительность системы по теплу ограничена. Во-первых, наружный контур не может иметь сколь угодно большую длину, так как с увеличением продолжительности значительно возрастает его гидравлическое сопротивление. Во-вторых, при интенсивной выкачке тепла грунт будет перемерзать, что при вертикальном расположении наружного контура (в скважинах) может привести к негативным последствиям для местной экологии.

Геотермальная система отопления своими руками — пошаговая инструкция

Рассмотрим сооружение геотермального отопления дома своими руками с горизонтальным наружным контуром (укладка в грунте). Работы разобьем на два этапа.

Изготовление теплового насоса

На стене следует закрепить компрессор от кондиционера или холодильника.

При наличии слабой проводки используйте два компрессора с меньшей мощностью – это позволит уменьшить пусковой ток (компрессоры будут включаться последовательно).

Конденсатор, в котором будет сжиматься хладагент, изготавливаем из сантехнической медной трубы наружным диаметром около 12 мм и толщиной стенки 1 – 1,2 мм. Она наматывается на цилиндрическую болванку, так чтобы получился змеевик.

Испаритель делается из того же материала.

Самодельный тепловой насос

В качестве теплообменников следует использовать две емкости: для системы отопления – нержавеющую (здесь устанавливается конденсатор), для наружного контура – пластиковую (в ней установим испаритель).

Конденсатор устанавливаем так, чтобы фреон в нем двигался сверху вниз. Благодаря этому при его конденсации не будут образовываться пузырьки. В испарителе газ должен двигаться в противоположном направлении.

Один конец конденсатора присоединяется к выходу компрессора, на другом – устанавливается редукционный клапан. К выходному отверстию этого клапана присоединяется испаритель, второй конец которого следует подключить ко входу компрессора.

Каждую емкость при помощи штуцеров следует врезать в соответствующий контур.

Строительство наружного контура

Контур представляет собой пластиковую трубу, уложенную в траншею ниже глубины промерзания грунта в виде «змейки». Расстояние между соседними участками должно составлять около 70 см.

Длина контура будет зависеть от влажности грунта. При сухом грунте с каждого метра трубы удается снять 10 Вт тепла, во влажных глинистых почвах этот показатель возрастает до 35 Вт. Таким образом, на каждый кВт тепловой мощности понадобится контур площадью от 25 до 50 кв. м.

Затраты

• на изделия и материалы для конденсатора: 163 доллара;
• для испарителя: 206 долларов;
• на б/у компрессор и фреон: около 50 долларов.

При наличии автоматики общая стоимость самодельного теплового насоса составит примерно 500 долларов.

Полипропиленовая труба марки PN10 диаметром 50 мм для наружного контура будет стоить по 193 руб. за погонный метр.

Знаете ли вы, что отопить дом совершенно бесплатно можно, используя тепло земли? Геотермальное отопление: принцип работы, достоинства и недостатки технологии.

Принцип действия теплового насоса для отопления дома разберем в этой статье.

Видео на тему

Как сделать геотермальное отопление дома – принцип работы, варианты устройства своими руками

При возведении частного загородного дома его хозяину нужно будет решать вопрос с отоплением жилья. На сегодня существует немало вариантов обустройства автономного теплоснабжения в отдельном домовладении, расположенном за пределами городской черты. Одним из новейших способов решения проблемы специалисты называют геотермальное отопление дома.

Немало владельцев загородной недвижимости считают, что такую систему подачи тепловой энергии можно реализовать исключительно в той местности, где имеются гейзеры, горячие подземные водные объекты и т.д. В действительности термальное отопление дома будет успешно функционировать и в других регионах, с теплыми водоемами, имеющими невысокую температуру.

Особенности геотермальной отопительной системы

Геотермальное отопление загородного дома относится к альтернативному, практически идеальному способу подачи тепла в жилое здание. Для функционирования системы задействуют геотермальную энергию, которую можно добывать из различных природных источников.

Принцип работы геотермального отопления имеет немало общего с эксплуатацией холодильных систем. При этом основное отличие заключается в том, что в холодильнике рефрижератор продуцирует охлажденный воздух, а геотермальные установки вырабатывают тепловую энергию.

При термальном отоплении воздух в летнюю жару охлаждается, а морозной зимой – греется. При этом финансовые расходы на обустройство такого варианта теплоснабжения гораздо ниже, если сравнивать с затратами на иные тепловые системы. Геотермальное отопление дома способствует созданию в нем комфортных условий для проживания.

Принцип работы геотермального отопления дома

Работает термальное оборудование в автономном режиме, контролируя температуру в помещениях. Принцип функционирования аналогичен для всех установок вне зависимости от компании-изготовителя комплектующих изделий.

Основная рабочая нагрузка оказывается на специальное насосное оборудование, которое может отличаться своим внешним видом, но производительность тепла у разных моделей имеет стандартные значения.

Геотермальная система отопления успешно работает с разными видами земной энергии, она состоит из двух контуров:

• внутреннего;
• внешнего.

Первый из них представляет собой отопительную конструкцию, состоящую из трубопроводов и радиаторов. Что касается внешнего контура, то это теплообменник, устанавливаемый в водном массиве или под толщей почвы. Внутри него циркулирует специальная жидкость, в которую добавлен антифриз, в некоторых случаях его наполняют только водой.

Теплоноситель нагревается до температуры окружающей среды, после чего в горячем состоянии подается в насос. Накопленное таким образом геотермальное тепло далее поступает на внутренний контур, прогревая теплоноситель в трубах и радиаторах, смонтированных по всему дому.

Способы монтажа термальной системы отопления своими руками

Когда обустраивают термальное отопление, используют разные типы теплообменников:

1. Вертикальная установка. Она отличается компактностью и более высокой ценой монтажа по сравнению с иными вариантами. Чтобы обустроить отопление из скважины не потребуется большая площадь, но придется использовать особые бурильные установки. В зависимости от применяемой технологии глубина скважины может достигать отметки в 200 метров при минимальном показателе, равном 50 метрам. Срок эксплуатации такого отопления дома от скважины достигает 100 лет. Этот вид геотермального теплоснабжения выгодно монтировать на ранее обустроенном участке, поскольку ландшафт окружающего пространства не будет нарушен.
2. Горизонтальное устройство – его используют часто. Когда устанавливают такой теплообменник, трубы нужно укладывать на значительную глубину, которая должна превышать отметку промерзания почвы. Основной недостаток применения подобной разводки состоит в том, что для монтажа коллектора необходима большая площадь. На ранее благоустроенном участке подобную систему проложить непросто.
3. Водоразмещенная установка – такой тип теплообменника среди способов геотермального отопления является самым экономным относительно затрат, поскольку функционирует за счет энергии водных ресурсов. Данная система актуальна для владельцев недвижимости, у которых в сотне метров от участка имеется природный водоем.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Данный вид отопления приобрел актуальность в Америке в 80-е годы, когда в стране разразился экономический кризис. Сначала монтаж подобных установок стоил огромных денег и его могли оплатить только состоятельные владельцы недвижимости, но позже геотермальное отопление своими руками стало доступно для многих слоев населения.

Обустройство геотермального теплоснабжения в частном домовладении имеет ряд преимуществ:

1. Тепловую энергию для дальнейшего использования можно получать почти в любом месте, ее подача ничем не ограничивается и является наиболее устойчивой.
2. Выработка геотермального тепла не приводит к образованию различных вредных выбросов после сгорания углекислого газа.
3. Отопление на основе работы подобной установки не нуждается в постоянном обслуживании.
4. Для владельца загородной недвижимости такое теплоснабжение помещений считается бесплатным.
5. Насосное оборудование занимает гораздо меньше места для установки, чем при обустройстве других отопительных систем.
6. При помощи геотермальной энергии можно не только нагревать помещение, но и в случае необходимости охлаждать его, поскольку принцип работы установки имеет много общего с функционированием кондиционеров.
7. Допускается обустройство такого отопления одновременно с другими системами выработки тепла, например, с дизельной, газовой или функционирующей за счет солнечной энергии.

Несмотря на значительные преимущества использования геотермального варианта теплоснабжения, эти установки имеют и отрицательные моменты, среди которых: длительный период окупаемости и высокая стоимость монтажа отопительной системы.

Но перечисленные недостатки нивелируются нынешними тенденциями поднятия цен на многие виды топлива. Безусловно, срок окупаемости получается длительным, но 100 лет эксплуатации геотермального котла доказывает экономичность такого решения.

Как сделать геотермальное отопление дома – принцип работы, варианты устройства своими руками