Геотермальное отопление дома. Подземное геотермальное отопление дома Геотермальное отопление своими руками

Геотермальное отопление применяется для отопительной системы.

В качестве основного или дополнительного источника получения тепла служит энергия земли.

Обогрев дома теплом из-под земли: что это такое

На территории России высокотемпературные (термальные) родники располагаются крайне неравномерно, преимущественно вдали от населённых пунктов, что затрудняет их использование для целей отопления.

По мере развития технологий и внедрения новых видов оборудования, для производства тепловой энергии появилась возможность воспользоваться и низкотемпературными источниками.

Кроме прочего, подземные слои, находящиеся на расстоянии 50—100 метров ниже поверхности земли, имеют положительную температуру равную 10—12 °C. Такие значения сохраняются вне зависимости от времени, что даёт возможность пользоваться отоплением на протяжении всего года.

Преимущества системы геотермального отопления:

Экономичность . Источниками являются возобновляемые ресурсы , что позволяет избежать финансовых вложений в покупку топлива, как в случае использования традиционных систем. Не потребуются и дополнительные расходы, связанные с транспортировкой, хранением топлива.
Безопасность . Маловероятно возникновение каких-либо аварийных ситуаций, взрывов и возгораний.
Экологичность . Так как процесс сгорания в геотермальной системе не используется, то и присущие ему выбросы в атмосферу исключены.
Автономность . При наличии автоматического управления, не требует частого вмешательства или постоянного внешнего контроля.

Недостатки :

Немалые первоначальные денежные затраты.
Трудоёмкая установка.
Необходимость источника электрической энергии.

Как действует система геотермального отопления

Тепло для обогрева жилья или подачи горячего водоснабжения получают методом преобразования его из энергии окружающей среды с помощью особого агрегата .

Основным элементом геотермальной установки является тепловой насос , который соединён с внутренним и внешним контуром отопления.

Строение внутреннего контура аналогично традиционному варианту отопления (газ, вода). Это: трубы и радиаторы.

Внешний контур , размер которого намного больше внутреннего, размещаясь под землёй, является невидимым в процессе его эксплуатации. Внутри него циркулирует теплоноситель. Это: или обычная вода , или антифриз , как правило, — на основе этиленгликоля . И, второй вариант гораздо предпочтительнее.

Температура теплоносителя уравнивается с температурой среды, когда он находится во внешнем контуре, а затем он отправляется в тепловой насос. Пройдя через него, подогретые массы направляются по внутреннему контуру.

Наличие теплового насоса и является главным фактором для получения тепловой энергии, которая предназначается для последующего её использования потребителем (обогрев жилья, горячее водоснабжение).

КПД этого устройства некоторых может привести в изумление. Потребляя электрическую энергию в объёме 1 кВт в результате своей работы «выдаёт» несколько больше — 4—5 кВт, что выглядит весьма странным.

Это происходит благодаря как конструктивным особенностям прибора, так и тому, что он, помимо электрической, использует тепловую энергию земли в качестве добавочной (даже при низкой температуре грунта).

Тепловой насос способен работать круглый год и эксплуатироваться на протяжении 15—25 лет.

Примечание! Некоторые специалисты уверяют, что с учётом трения или износа, реальный срок действия системы без остановки для проведения ремонтных работ составляет порядка 10 лет.

Вам также будет интересно:

Установка своими руками

Прежде чем решиться на подобный шаг, нужно сопоставить возможности с объёмом и сложностью всех необходимых работ для установки геотермальной системы.

Расчет стоимости

Расчёт стоимости устройства геотермальной системы вычисляется относительно:

приобретения теплового насоса определённой мощности;
цены всего трубопровода , в соответствии с мощностью насоса;
производства сопутствующих земельных работ (бурение скважин, выкапывание траншей), а также стоимости работ по прокладке сетей;
установки и подключения теплового насоса.

Фото 1. Геотермальный тепловой насос модели Vitocal 300-W Pro с электроприводом для отопления, производитель — «Viessmann».

Расчёт включает и покупку теплового насоса, цена которого различается в зависимости от мощности и производителя.

Модели мощностью в районе 4—5 кВт будут оцениваться в 3—7 тыс. у. е. Прибор мощностью 5—10 кВт стоит 4—8 тыс. у. е. За 10—15 кВт — 5—10 тыс. у. е.

Размещение коллектора

Существует подразделение по способу установки внешнего контура (коллектора ). В грунте он может размещаться вертикально или горизонтально. В грунте водоёма — горизонтально . Для каждого из этих случаев имеются свои преимущества и недостатки.

Вертикальный тип

При построении установки вертикального типа присутствует необходимость бурения скважин глубиной 50—200 метров. То есть — до слоя, имеющего повышенную температуру. Одна из шахт, которую называют дебетовой, служит для забора тепла.

Теплоноситель в ней поднимается, благодаря работе насоса , затем происходит подача в трубы и радиаторы внутреннего контура.

Возвращаясь, после прохождения всего цикла, теплоноситель сбрасывается через другую шахту обратно, к подземным слоям.

Считается, что срок эксплуатации такой установки — около сотни лет.

При устройствеколлектора вертикального типа с двумя шахтами эффективность его применения для обогрева частного дома снижается, так как для обеспечения работы циркулярного насоса потребуется значительное количество электроэнергии. Это является подходящим вариантом для устройства системы «тёплый пол».

При более экономичном кластерном методе, количество скважин увеличивается, но их глубина уменьшается.

Для вертикальной установки существует и вариант, который предусматривает укрепление ёмкости (бака), содержащей антифриз, на глубине 100 м . Непрерывное движение этой жидкости, нагревающейся от грунта, обеспечивает тепловой насос.

Если не рассматривать вариант бурения скважин для вертикальной конструкции, который требует навыков и оборудования, то работы можно провести самостоятельно.

Теплообменник горизонтального расположения

Для устройства теплообменника горизонтального расположения (типа) понадобится немного усилий, но и тепловая отдача в этом случае будет меньше. Потребуется проведение земляных работ, чтобы соорудить котлован ниже отметки промерзания грунта . В выкопанные траншеи укладывается трубопровод внешнего контура, а впоследствии вся конструкция вновь засыпается землёй.

Температура грунтового слоя будет гораздо ниже, а длина больше, чем при использовании теплообменника вертикального типа. Площадь примерно вдвое превышает  помещение, которое предстоит отапливать.

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

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:

Вертикальный со скважинным насосом. Глубина его может достигать 200 м, стоимость велика, но срок службы до 100 лет оправдывает затраты.
Горизонтальный, расположенный под землей ниже отметки промерзания почвы. Недостаток такой конструкции - большая площадь: на дом 200 м2 понадобится 500 м2 теплообменника.
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.

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:

температура теплоносителя в системе зачастую оказывается ниже проектной и приходится подогревать воду дополнительным источником тепла (например, );
высокая стоимость теплового насоса позволит окупить его только через 15-20 лет (затраты на электроэнергию и эксплуатацию при этом не учитывались);
менее затратно строительство одной общей системы отопления на несколько домов.

Выводы

Геотермальное отопление для российского потребителя остается дорогим и массово используется только в развитых странах. При этом технология, лежащая в основе такого отопления, очень перспективна.
Усовершенствование и удешевление технологии получения тепла должно стать главным фактором распространения этого метода отопления в нашей стране.

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.

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в . 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.

Галерея изображений

Об источниках геотермального отопления

Для геотермального отопления можно использовать следующие источники земной тепловой энергии:

высокотемпературные;
низкотемпературные.

К высокотемпературным относятся, например, термальные источники. Использовать-то их можно, но область их применения ограничивается фактическим местом нахождения таких источников.

Если в Исландии этот вид энергии активно применяется, то в России термальные воды находятся далеко от населенных пунктов. Максимально они сконцентрированы на Камчатке, где подземную воду применяют в качестве теплоносителя и поставляют в системы ГВС.

Внешний контур выглядит гораздо масштабнее внутреннего, хотя его размеры можно оценить только в период планировки и монтажа. В процессе эксплуатации он невиден, поскольку находится под землей или под водой. Внутри этого контура циркулирует обычная вода или антифриз на основе этиленгликоля, что гораздо предпочтительнее.

Выводы и полезное видео по теме

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме геотермального отопления частного дома? Можете оставлять комментарии к публикации. Форма для связи находится в нижнем блоке.

Существует много различных вариантов обогрева жилища. Внимание людей закономерно сосредоточено на поисках таких способов, которые потребляют меньше всего энергии. Ожесточенные споры вызывает такой прогрессивный способ получения тепла, как использование подземных источников.

Как устроено?

Принцип работы геотермального отопления подразумевает использование тепловых насосов. Они действуют по классическому циклу Карно, беря глубоко внизу холодный теплоноситель и получая взамен нагретый до 50 градусов поток жидкости внутри отопительной системы. Аппаратура работает с коэффициентом полезного действия от 350 до 450% (это не противоречит фундаментальным физическим законам, почему – будет сказано позже). Стандартный тепловой насос обогревает дом или иное здание за счет тепла земли на протяжении 100 тысяч часов (именно таков средний промежуток между профилактическими капитальными ремонтами).

Нагрев до 50 градусов выбран неслучайно. Именно такой показатель по результатам специальных расчетов и при изучении практически реализованных систем был признан наиболее эффективным. Поэтому земляное отопление, использующее поток энергии из недр, в основном дополняется не радиаторами, а теплым полом или воздушным контуром. В среднем, на 1000 Вт энергии, приводящей в работу насос, удается поднять наверх примерно 3500 Вт тепловой энергии. На фоне безудержного роста стоимости теплоносителя в магистральной сети и иных способов отопления это очень приятный показатель.

Геотермическое отопление образовано тремя контурами:

грунтовым коллектором;
тепловым насосом;
собственно, греющим комплексом дома.

Коллектором называется подборка труб, которые дополнили насосом для рециркуляции. Теплоноситель во внешнем контуре имеет температуру от 3 до 7 градусов. И даже такой незначительный внешне разброс позволяет системе эффективно решать поставленные задачи. Для передачи тепла используют либо этиленгликоль в чистом виде, либо его смесь с водой. Полностью водные контуры подземного обогрева встречаются редко.

Причина проста – та вода, которая встречается в достаточно разогретом слое почвы, быстро разъедает оборудование. И даже такую жидкость можно найти далеко не в любом произвольно взятом месте. Выбор конкретного теплоносителя определяется конструктивными решениями инженеров. Насос подбирается в зависимости от устройства остальных частей системы. Поскольку глубина скважины (уровень заложения оборудования) определяется природными условиями, решающие отличия между типами геотермальных систем связаны с устройством коллектора в грунте.

Горизонтальная структура подразумевает расположение коллектора под линией промерзания почвы. В зависимости от конкретной местности это означает углубление на 150-200 см. Такие коллекторы могут оснащаться различными трубами, как медными (с внешним слоем из ПВХ), так и сделанными из металлопластика. Чтобы получить от 7 до 9 кВт тепла, придется уложить не менее 300 кв. м коллектора. Такая методика не позволяет приближаться к деревьям более чем на 150 см, а по окончании монтажа придется благоустраивать территорию.

Вертикально выставленный коллектор подразумевает бурение нескольких скважин, причем обязательно устремленных в разные стороны, и каждую ведут под своим углом. Внутри скважин располагаются геотермальные зонды, тепловая отдача от 1 пог. м достигает примерно 50 Вт. Нетрудно подсчитать, что для идентичного количества тепла (7-9 кВт) придется поставить 150-200 м скважин. Преимущество в этом случае не только в экономии, но и в том, что ландшафтная структура территории не изменяется. Надо будет только выделить небольшой участок для монтажа кессонного блока и для выставления концентрирующего коллектора.

Нагреваемый от воды контур практичен, если можно вывести наружный узел обмена теплом в озеро или пруд на глубину от 200 до 300 см. Но обязательным условием будет расположение водоема в радиусе 0,1 км от отапливаемого строения и площадь водного зеркала минимум 200 кв. м. Существуют также воздушные теплообменники, когда получение тепла внешним контуром происходит из атмосферы. Подобное решение отлично проявляет себя в южных областях страны и не требует никаких земляных работ. Слабости системы – низкий КПД при морозе в 15 градусов и полная остановка, если температура понизится до 20 градусов.

Особенности

Геотермальное отопление дома, загородного в первую очередь, не расходует дорогостоящее и загрязняющее воздух минеральное топливо. Вот уже 7 из 10 новых домов, возводимых в Швеции, отапливаются именно таким образом. В жаркие дни геотермальное оборудование из нагревателя становится средством пассивного кондиционирования. Вопреки распространенному мнению, для работы такой отопительной системы не нужны ни вулканы, ни гейзеры. В самой обычной равнинной местности она действует ничуть не хуже.

Единственным условием оказывается достижение тепловым контуром точки ниже линии промерзания , где температура почвы всегда составляет от 3 до 15 градусов. Сверхвысокий КПД только кажется противоречащим законам природы; тепловой насос насыщен фреоном, который испаряется под действием даже кажущейся людям «ледяной» воды. Пар согревает третий контур. Такая схема представляет собой вывернутый наизнанку холодильник. Потому эффективность насоса относится только к количественному соотношению электрической энергии и тепловых ресурсов. Сама по себе работа привода производится «как полагается», с неотвратимыми потерями энергии.

Достоинства и недостатки

Объективными плюсами геотермального обогрева можно считать:

превосходный КПД;
солидный период службы (тепловой насос работает 2-3 десятилетия, а геологические зонды и вовсе до 100 лет);
стабильность работы практически при любых условиях;
отсутствие привязки к энергоносителям;
полная автономность.

Есть одна серьезная проблема, мешающая сделать геотермальное отопление действительно распространенным решением. Это, как показывают отзывы владельцев, высокая цена создаваемой конструкции. Чтобы обогреть обычный дом площадью 200 кв. м (не так уж и редко встречающийся), надо будет строить систему под ключ за 1 млн рублей, до 1/3 этой суммы стоит тепловой насос. Автоматизированные установки очень комфортны, и если все настроено правильно, могут работать годами без вмешательства людей. Все упирается только в наличие свободных средств. Еще одним минусом является зависимость от электропитания насосного узла.

Риск воспламенения геотермальной отопительной системы нулевой. Опасаться занятия ею излишнего места не стоит, в самом доме необходимые части потребуют примерно той же площади, что и рядовая стиральная машина. Более того, высвобождается пространство, которое обычно приходится отводить под запасы топлива. Собственноручно построить необходимые контуры вряд ли получится. Проектирование тоже лучше поручить профессионалам, поскольку малейшая ошибка может привести к неприятным последствиям.

Обустройство

Геотермальный обогрев своими руками пытаются создать достаточно многие люди. Но чтобы такая система работала, должны быть произведены тщательные расчеты, требуется также составление схемы разводки труб. Нельзя приближать скважину к дому больше чем на 2-3 м. Наибольшая допустимая глубина бурения достигает 200 м, однако неплохую эффективность демонстрируют скважины, достигающие и 50 м.

Расчеты

Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:

температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.

Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м , а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год. Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине. Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.

Нужно внимательно рассчитывать действия по регенерации свойств грунта. Только подавая периодически в скважину тепло вместо извлечения его наружу, можно гарантировать стабильную работу системы на многие годы вперед. Как часто это делать и что еще предпринять – подскажут как раз расчеты, производимые опытными проектировщиками. Время окупаемости геотермального обогрева даже при высочайшей эффективности составляет не меньше 10 лет. Так что кроме инженерных моментов, следует внимательно просчитывать и экономику проекта.

Последовательность работ

Теплоснабжение за счет подземных источников должно создаваться по строго проработанному алгоритму. Поскольку водяные и воздушные системы применяются ограниченно, большинство практически используемых вариантов подразумевает бурение скважин. И это еще одна причина, по которой не получится все сделать своими руками. Только специальная техника позволяет проникнуть на глубину 20-100 м, где и создаются необходимые условия для отопления. В качестве зондов допускается применение пластмассовых труб, рассчитанных на давление около 6 бар.

Чтобы повысить результативность системы, используют обвязки из 3 или 4 линий , конечные участки которых связываются в виде буквы U. Подогрев по контуру очень важен, благодаря ему исключается растрескивание труб при суровом морозе. Этот подогрев производится через протянутый в центр канала провод, по которому подается ток. Если не удается применить энергетические сваи, приходится использовать горизонтальные приемники. Для них готовится площадка с габаритами от 15х15 м, с нее убирают почву на глубину до 0,5 м.

Вся эта площадь нужна для укладки подобия зондов. Используют часто электротехнические маты либо трубы, обменивающие тепло. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, применяют раскладку труб по спирали либо в виде «змейки». Нельзя точно сказать, что лучше – готовые комплексы, выпущенные серийно, либо самостоятельная сборка. В первом случае автоматически решается проблема совместимости, зато во втором возрастает гибкость, повышается потенциал модернизации (правда, внимания проектированию надо уделить больше).

Самодеятельные строители могут уйти от типового аккумулятора тепла с заменой его на стяжку из бетона. Геотермальный обогрев в подобной системе позволяет обойтись без значительных рывков температуры. Можно проводить эксперименты с различными теплоносителями, а также монтировать компрессоры с меняющейся производительностью. Рассчитав нагрузки как следует и правильно распределив тепло по потребляющим контурам, можно сделать систему эффективнее на 15-20%. Параллельно расходы на электропитание заметно сокращаются.

Горизонтально размещенные трубы закладываются на глубину 50-300 см. Чтобы площадь магистралей была наименьшей, их делают в виде витков. Но между отдельными двумя магистралями должно быть минимум 200 мм. Любым строительным работам должно предшествовать определение тепловой отдачи грунта. Если она менее 20 Вт на 1 кв. м, никакого смысла в геотермальном контуре нет. Чтобы обеспечить отвод грунтовых вод, дно котлованов покрывают слоем песка. Отлично проявляют себя трубы на основе сшитого полиэтилена.