Отопление дома за счет тепла и энергии земли

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.

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

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.

Разновидности альтернативного обогрева жилья

Первым делом необходимо четко очертить круг источников тепловой энергии, подпадающих под понятие «альтернативные». Информация по этому поводу на просторах интернета весьма противоречивая. Одни ресурсы причисляют к альтернативному отоплению инфракрасный обогрев и прочие электронагреватели, другие прибавляют туда теплые полы и так далее.

Определить альтернативные источники отопления достаточно просто. Если говорить понятным языком, то их главный признак – неисчерпаемость (иначе – возобновляемость). То есть, пополняются они самостоятельно вследствие различных природных процессов. Значит, к таковым вовсе не относится электроэнергия и горючие ископаемые углеводороды. Возобновляемую энергию можно получать от:

всех видов биомассы, произрастающих на планете;
движения воздуха (ветра);
течения воды;
излучения Солнца;
извлекать из земли, воды и воздуха в виде теплоты.

Перечисленные источники могут поставлять нам тепло разными путями. Биомассу для этого надо сжечь или переработать в биогаз, а движение воды и ветра поможет сгенерировать электроэнергию, которую нагреватели преобразуют в тепло. Из солнечного излучения можно получить как электричество, так и тепло. Кроме того, окружающая среда сама по себе содержит тепло, его нужно лишь уметь извлекать. Теперь рассмотрим все альтернативные виды отопления подробнее.

Принцип геотермального отопления

Геотермальная установка работает в автономном режиме, четко регулируя при этом необходимую в помещении температуру. Принцип, заложенный в основу ее работы, одинаков для всех установок, поэтому он независим от различных производителей комплектующих элементов. Основная работа возлагается на специальные насосы, которые могут иметь некоторые отличия между собой по дизайнерскому решению, разновидностям, но при этом коэффициентные данные по производительности тепла у всех них аналогичны. Что касается используемой энергии, то геотермальная система успешно работает с различными видами энергии земли.

Состоит система из двух контуров, а именно:

Первый из упомянутых представлен привычной для многих отопительной установкой из соединения труб и радиаторных элементов. Внешний контур — это габаритный теплообменник, который монтируется под толщей земли или же в водном массиве. Внутри по нему циркулирует особая жидкость с добавлением антифриза, иногда еще его заполняют обычной водой. Теплоноситель набирает температуру окружающей среды, и уже прогретый поступает далее в геотермальный насос. Накопленное таким образом тепло передается далее внутреннему контуру. Это позволяет прогревать воду в радиаторных элементах и трубах по дому.

Тепловые насосы грунт-вода

Данные устройства являются самыми универсальными альтернативными источниками отопления загородного домовладения в плане зависимости от климатической зоны.

Принцип их функционирования основан на том, что даже на глубине нескольких десятков метров в районах вечной мерзлоты, температура грунта превышает ноль градусов.

Теплообменники, предназначенные для отбора тепла у грунта, представляют собой зонды, которые погружают в специальные скважины. Требуется прокладка магистралей, длина которых превышает не один десяток метров, а помимо высокой цены насоса и сама стоимость его монтажа немаленькая. Так бурение одной скважины обходится примерно в несколько тысяч рублей на один погонный метр, а ведь она нужна не одна. Кроме этого, еще требуется установить насос и погрузить в скважину зонды.

Немного дешевле будет стоить монтаж насоса грунт-вода, имеющего горизонтально расположенный коллектор. Теплообменники погружают в траншеи ниже, чем находится уровень промерзания. Недостаток такого отопления заключается в большой площади, необходимой для установки теплового насоса. Полученное тепло расходуется на подогрев воды для бытовых нужд и передачи тепловой энергии отопительным приборам.

Получение тепла от земли

Отопление из земли – это одно из новейших решений по использованию энергии природы. Перспективы развития очевидны, так как это недорогой и стабильный источник энергии.

Даже в самые суровые морозные дни грунт не промерзает полностью, для каждого района этот показатель имеет разное значение. Даже при выполнении строительных работ по монтажу фундаментных блоков отмечается, что тепло из земли находится в это время на уровне 5–7 градусов. Возникает вопрос: а можно ли получить отопление от земли?

Теоретически можно, но для этого нужно установить специальное оборудование и решить некоторые задачи:

тепловую энергию необходимо аккумулировать для определенной емкости;
используемый теплоноситель – антифриз – необходим для передачи тепла по всему помещению;
при остывании антифриза необходимо его нагреть вновь.

Геоотопление можно получить с использованием насоса, позволяющего извлечь достаточное количество энергии, для того чтобы осуществить обогрев дома.

Варианты обустройства геотермального отопления

Способы обустройства внешнего контура

Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная

Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше

В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.

Кроме него учитываются такие факторы:

Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.

Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.

Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.

Горизонтальная схема геотермального отопления

Горизонтальное расположение наружных труб

Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.

Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.

Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.

Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности — тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.

Вертикальная схема геотермального отопления

Вертикальная геотермальная система

Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах

Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная

Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.

С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?

Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м. что является трудоемкой работой;
Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.

Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.

Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.

Принцип действия тепловых насосов

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том, что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
Охлажденный агент поступает в компрессор, который в результате работы сжимает и нагревает его.
Уже горячий газ попадает в отсек для теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
Сконденсированный хладагент возвращается к старту цикла.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких основных контурных элементов:

контур с теплоносителем, который перемещает энергию от теплоисточника;
контур с фреоном, который периодически испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает конденсатом, передавая тепло третьему;
контур, где циркулирует жидкость, являющаяся переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным плюсам теплового насоса относится:

небольшой расход электричества на отопление дома;
отсутствие необходимости регулярного осмотра и технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса для отопления минимальными;
допускается монтаж в любой местности. Насос может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода. Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали, устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода на основе бензина или дизеля;
отопление дома осуществляется в автоматическом режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как, например, в случае с котельным оборудованием;
отсутствие загрязнения окружающей среды вредными газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и экологически пригодны;
пожаробезопасность. Жителям дома никогда не будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
возможность эксплуатации даже при условиях холодной зимы (до -15 градусов);
качественный тепловой насос для отопления дома может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.

Тепловой Насос ВЫГОДЕН или НЕТ?.. Кому не Стоит Покупать Тепловой Насос? (РАЗБОР)

Watch this video on YouTube

Плюсы и минусы

Как и любое устройство, тепловые насосы имеют определенные недостатки:

Если температура окружающей среды опускается ниже 15 градусов, то насос работать не сможет. В таком случае потребуется монтаж второго теплоисточника. При очень низких температурных значениях включается котел, генератор или электрический обогреватель;
Высокая стоимость оборудования. Оно будет стоить примерно 350 000-700 000 рублей, еще такую же сумму придется потратить на создание геотермальной станции и установку устройства. Дополнительные монтажные работы не требуются только для теплового насоса, использующего воздух в качестве теплового источника;
Лучше всего устанавливать тепловой насос в сочетании с теплым полом или вентиляторными конвекторами, однако в старых зданиях потребуется перепланировка и возможно даже капитальный ремонт, что повлечет дополнительные затраты времени и средств. Если частный дом строится с нуля, такая проблема отсутствует;
При работе теплового насоса температура грунта, расположенного вокруг трубопровода с теплоносителем, снижается. Это становится причиной гибели некоторых микроорганизмов, участвующих в функционировании окружающей среды. Таким образом, некоторый ущерб экологии все же наносится, однако он существенно меньше урона от газо- или нефтедобычи.

Виды по типу конструкции

Геотермальное отопление в коттедже работает по принципу, немного схожему с холодильником. Основным элементом здесь выступает тепловой насос, который включается в два контура одновременно. Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из трубопровода и радиаторов. А внешний – представляет собой большой теплообменник, который размещают или под толщей воды, или под землей.

Обычно внутри теплообменника циркулирует жидкость, в составе которой есть антифриз. Такого рода теплоноситель принимает на себя температурный режим среды, который впоследствии, уже подогретый, идет в тепловой насос. Аккумулированное ранее тепло идет во внутренний контур, после чего и нагревается вода в трубах и радиаторах.

Составные части системы геотермального отопления

Таким образом, геотермальное отопление дома под ключ включает в системе один важнейший элемент – тепловой насос. Это компактное устройство, которое занимает немного места.

Что и говорить, а монтаж такой системы будет также стоить дорого. Поэтому многие владельцы частных и загородных домов решают сделать отопление частного дома теплом земли самостоятельно.

Прежде всего, необходимо учитывать, что теплообменники бывают трех типов – горизонтальные, вертикальные и водоразмещенные.

Горизонтальный теплообменник. Такой вид достаточно часто используется. При его применении трубы кладутся в специально сделанные траншеи на такую глубину, которая немного превышает уровень промерзания почвенного покрова в местности. Однако данная система имеет один недостаток – это то, что нужна большая площадь для того чтобы расположить коллектор, а не каждый может позволить себе такую конструкцию. А если на вашей территории произрастают деревья, то оборудование нужно ставить от них примерно на расстоянии 1,5 метра.

Геотермальная система отопления с горизонтальным теплообменником

Вертикальный теплообменник. Такое устройство является более компактным, но при этом – и более дорогим. Для того чтобы оборудовать геотермальное отопление дома своими руками с таким устройством, не потребуется большая площадь, однако вам понадобится бурильная аппаратура. Ведь в данном случае глубина скважины обязательно должна быть от 50 до 200 метров. Заметим, что это самый дорогой способ, но прослужить он может целых 100 лет! Если вы хотите сделать гео отопление дома, который размещен за городом, то система подойдет. И ландшафт при этом остается в нетронутом состоянии.

Геотермальная система отопления с вертикальным теплообменником

Водоразмещенный теплообменник. Такой вид является самым экономичным, так как здесь применяется тепло воды. Рекомендуют устанавливать систему на расстоянии до водоема не более чем 100 метров. Контур трубопровода кладется на дно в виде спирали, а глубина залегания должна быть не более 3 метров. Что касается водоема, то рекомендуется, чтобы его площадь была не меньше 200 квадратных метров. При такой системе не требуется трудоемких работ и разрешения.

Тепловой насос типа земля-вода

Таким образом, можно отметить, что сделать геотермальное отопление загородного дома самостоятельно – это довольно сложно. Однако, можно осуществить задуманное, имея хотя бы одного помощника. Оптимальным вариантом является третий способ, однако есть несколько необходимых моментов, без которых он не будет работать, а в частности, – водоем.

Геотермальное отопление тепловым насосом

Температура грунта на глубине всегда выше, чем температура окружающей среды. Геотермальная система использует тепло земли и распространяет его по дому. Устройство системы представляет собой абсорбирующие тепло из почвы водопровод, который передает температуру тепловому насосу, последний передает тепло непосредственно на теплообменник в отопительную систему помещения. Системы, использующие геотермальное отопление, делятся на два типа: использующие горизонтальный коллектор и вертикальный коллектор. Горизонтальный коллектор очень просто монтируется, легок в обслуживании, но обладает рядом серьезных недостатков:

Сильная зависимость от состава почвы.
Система нуждается в немаленькой площади.
Поверхность занятая обогревательным комплексом непригодна для строительства или посадки культурных растений.

Вертикальный коллектор не страдает этим набором недостатков. Преимуществами вертикальной установки являются:

Стабильная температура круглый год.
Небольшая поверхность задействована установкой.
Высокая температура в глубине грунта сравнительно с горизонтальной установкой.
Но за все эти преимущества придется дорого заплатить.

Геотермальное отопление – экологически чистый способ получить бесплатное тепло из почвы. Заплатить придется за установку системы отопления, оборудование и работу насоса. Требуется наличие в почве воды.

Как установить тепловой насос в доме

После приобретения теплонасоса, хозяину жилого здания приходится решать новые проблемы, связанные с размещением и монтажом станции. Рекомендуется, чтобы установку выполняла специализированная бригада, имеющая лицензию, выданную заводом изготовителем оборудования. Но существуют правила, которые необходимо знать каждому хозяину:

Размещать современные теплонасосы в подвалах жилых домов можно. Особенно, это актуально для геотермального оборудования с подключением наклонного кустового контура. В таком случае, колодец под коллектор может находиться непосредственно под домом, в подвальном помещении.

Требования при установке теплового насоса в многоквартирном доме. Обязательно устанавливается резервный источник тепла. В зимнее время года, модуль для разморозки, будет останавливаться на 3-4 секунды. В этот момент потребуется компенсировать недостаток тепла.

Насос устанавливается в любом помещении, достаточно просторном, чтобы вместить накопительную емкость и обеспечить беспрепятственный доступ ко всем узлам системы для обслуживания.

Чтобы начать отапливать дом тепловым насосом, нужны вложения денежных средств. Впоследствии, затраты полностью окупятся. Время, необходимое для выхода в «ноль», 3-8 лет.

Какое отопление лучше для дома – газовое или тепловой насос

Энергосберегающие технологии для дома, медленно, но уверенно вытесняют традиционные виды отопления. Единственное, что удерживает повсеместное внедрение установок, это необходимость в значительном первоначальном вложении денег.{banner_downtext}Большинство производителей уже давно работают над удешевлением технологии, поэтому, перспективы использования тепловых насосов в системах теплоснабжения частных домов достаточно оптимистические. В скором времени можно ожидать увеличения количества продаж на 10-15%.

Теплонасосы не ограничены исключительно бытовым применением. Существует возможность использования теплонасосов в отоплении многоэтажных домов, а также промышленных объектов. Если сравнить между собой эффективность применения газовых котлов и тепловых насосов, можно ясно увидеть, какие перспективы существуют у каждого из видов оборудования.

Недостатки теплонасосов

Главным недостатком, особенно заметным при эксплуатации в многоквартирных домах, является зависимость теплонасосов от колебаний температуры. И если геотермальные модели более-менее устойчивы к изменению погодных условий, то воздушные станции резко снижают производительность, если температура падает до -15°С.

Монтаж теплонасосов с земляным контуром обходится в дополнительные 30-40% от общей стоимости. Работы требуют привлечения специализированной техники и оборудования. Цена, на современные модели, может достигать 1200-1400 тыс. руб.

В сравнении, приобретение и установка газового котла обойдется всего в 200 тыс. руб. Эффективность газового оборудования не зависит от внешних факторов, а монтаж занимает от силы 1-2 дня.

Преимущества теплонасосов

Экономичность является главным достоинством тепловых насосов. Финансовые затраты в период отопительного сезона, по сравнению с природным газом меньше, практически втрое. Для подключения не требуется получения никаких разрешений. Исключение составляет геотермальное оборудование, придется официально оформить право бурить скважины. Работа теплонасосов абсолютно безопасна и экологична.

Основное отопление дома с помощью теплового насоса, имеет весомые преимущества перед эксплуатацией газовых котлов, но по причине высокой стоимости оборудования, использующего низкопотенциальную энергию, они уступают им в популярности.

Эффективно ли отопление дома за счет тепла и энергии земли: анализ и советы по обустройству