Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

Содержание
  1. Принцип действия, монтаж, плюсы и минусы геотермального отопления для дома
  2. Принцип работы геотермального отопления дома
  3. Способы реализации геотермального отопления
  4. Вертикальный теплообменник
  5. Горизонтальный теплообменник
  6. Горизонтальный теплообменник в близлежащем водоёме
  7. Особенности
  8. Преимущества и недостатки
  9. Расходы
  10. Геотермальное отопление дома своими руками
  11. Как работает геотермальное отопление в частном доме?
  12. История технологии
  13. По какому принципу работает система?
  14. Преимущества и недостатки системы
  15. Положительные моменты
  16. Критика геотермальной системы
  17. Окончательное решение
  18. Виды геотермальных систем и принцип их работы
  19. Достоинства и недостатки геотермального отопления
  20. Принцип работы
  21. Характерные особенности
  22. Варианты геотермальных систем
  23. Вертикальный теплообменник с насосом для скважины
  24. Горизонтальный теплообменник
  25. Теплообменник в воде
  26. Что такое геотермальное отопление дома, плюсы и минусы такой системы
  27. Принцип действия системы
  28. Горизонтальный теплообменник
  29. Вертикальный теплообменник
  30. Теплообменник, размещенный в воде
  31. Преимущества и недостатки геотермальных систем отопления
  32. Использование бивалентной схемы отопления
  33. Геотермальное отопление дома — принцип работы, особенности, достоинства и недостатки
  34.  Принцип работы геотермальной системы отопления
  35.  Функциональные особенности системы
  36. Конструкции геотермальных систем отопления
  37.  Преимущества геотермальной системы отопления
  38.  Перспективы развития геотермальных систем
  39. Геотермальное отопление, принцип работы, монтаж своими руками
  40. Особенности системы
  41. Способы работы системы
  42. Преимущества геотермальной системы отопления
  43. Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно
  44. Распространение геотермальной системы отопления

Принцип действия, монтаж, плюсы и минусы геотермального отопления для дома

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

Перед любым владельцем частного дома всегда встаёт проблема обеспечения дома теплом. На сегодняшний день есть много различных вариантов обеспечения отопления в частном доме. Один из способов ─ это геотермальное отопление.

Многие люди, когда слышат это название, думают, что такие системы строят только в местах горячих водных источников и гейзеров. Но это далеко не так. Современные геотермальные тепловые установки успешно работают даже в средней полосе России, где невысокая среднегодовая температура.

В этой статье мы поговорим о принципе работы геотермальных установок для отопления дома, их преимуществах и недостатках, а также особенностях использования.

 

Принцип работы геотермального отопления дома

Принцип работы установки геотермального отопления похож на холодильную установку или систему кондиционирования. В таких установках тепловая энергия отбирается из грунта посредством специального теплового насоса.  Принцип работы заключается в следующем.

В доме или подсобном помещении устанавливается сам тепловой насос, а в землю опускается теплообменник, через который циркулирует теплоноситель.

Подобные системы геотермального отопления могут использоваться не только в частном доме, но и в производственных помещениях.

Стоит отметить, что в такой геотермальной системе отопления на 1 кВт затраченной электроэнергии получается 4─6 кВт тепловой энергии. Если сравнивать с системами кондиционирования, то в них преобразование происходит примерно один к одному. Если система геотермального отопления реализована по всем правилам, то она окупится довольно быстро.

Температура грунта, где находится теплообменник, обычно составляет 5─7 градусов. Благодаря свойству газов изменять свою температуру при сжатии и расширении такая низкая температура грунта превращается в нагретый теплоноситель, которого вполне хватает для отопления дома.

После отдачи тепла в системе отопления, теплоноситель возвращается к первоначальному давлению и остывает ниже температуры грунта. Затем он снова отправляется в теплообменник, где нагревается от грунта. Вышеописанный процесс называют циклом Карно.

На этом явлении и основан принцип работы геотермального отопления дома.

Вернуться
 

Способы реализации геотермального отопления

Существует несколько вариантов реализации геотермального отопления дома. Основные отличия этих вариантов заключаются в расположении внешнего теплообменного контура. При этом внутренний контур во всех случаях используется одинаковый. Два основных способа реализации:

  • С вертикальным теплообменником;
  • С горизонтальным теплообменником.

Кроме того, существует вариант, когда теплообменник помещается в близлежащий водоём. Рассмотрим эти способы подробнее.

Вертикальный теплообменник

На глубине примерно 100 метров от поверхности Земли грунт имеет температуру около 10 градусов круглый год. Для использования этой тепловой энергии, проводится бурение скважин. Чтобы меньше навредить окружающему ландшафту, специалисты часто бурят скважины под разными углами из одной точки.

В этих скважинах монтируется внешний контур геотермальной системы. Так обеспечивается эффективный отбор тепла из грунта. Этот способ довольно аккуратный и не сильно портит территорию рядом с домом.

Но без специального оборудования его выполнить не получится, поскольку требуется бурение глубоких вертикальных скважин.

Система геотермального отопления с вертикальным теплообменником

Такой способ реализации геотермального отопления будет востребован, когда дом построен, и территория вокруг него обустроена. Глубина скважин в разных случаях может быть от 70 до 200 метров.

Конечная глубина зависит от параметров геотермальной установки и геологической ситуации в конкретном регионе.

Специалисты называют срок эксплуатации таких установок в районе 100 лет, но в реальности замена отдельных узлов потребуется через 20─30 лет.

Если создаётся вертикальный теплообменник, который будет извлекать тепловую энергию в подземных вод, то делается две скважины. Первая скважина называется дебетовой. В ней с помощью насоса осуществляется забор воды.

Это вода отдаёт тепло во внутреннем контуре, а затем сливается во вторую скважину, которая называется приёмной. Среди недостатков подобных систем с двумя скважинами стоит назвать недостаточную эффективность. Здесь большое количество электроэнергии уходит на обеспечение работы циркуляционного насоса.

Однако такие геотермальные системы вполне подходят для работы тёплых полов в доме.

Вернуться
 

Горизонтальный теплообменник

Как можно понять из названия, теплообменник в таких геотермальных установках для отопления дома укладывается горизонтально. Перед тем как это делать, нужно точно знать глубину промерзания земли в вашем регионе. Трубки теплообменника укладываются в траншеи, которые находятся ниже уровня промерзания земли. В этом случае требуется большое пространство для укладки теплообменника.

Так, для отопления дома площадью 250 квадратных метров потребуется уложить теплообменник на площади 600 «квадратов». А это целый дачный участок площадью 6 соток.

Занимаемая площадь является главным минусом этого варианта. Если перед домом у вас довольно много места в виде лужайки с травой, то такой вариант подойдёт.

А если там растут деревья, стоят теплицы и тому подобное, то этот вариант геотермального отопления для вас не подходит.

Система геотермального отопления с горизонтальным теплообменником

В случае установки геотермального отопления с горизонтальным теплообменником проводится большой объем земляных работ. Запомните, что трубки теплообменника не должны располагаться к деревьям ближе, чем на полтора метра. Обычно этот вариант геотермальной установки используется в момент строительства. То есть, пока идёт строительство дома и на участке ещё ничего не благоустроено. Лучше всего, если расчёты по строительству дома, организации отопления и благоустройству участка будут проводиться одновременно.
Вернуться
 

Горизонтальный теплообменник в близлежащем водоёме

Это довольно редкий случай. Требуется, чтобы дом находился не более чем в 100 метрах от водоёма. Это может быть естественный или искусственный водоём, но он не должен промерзать до дна в зимнее время. Именно на дне будет уложен горизонтальный контур теплообменника.

Площадь водоёма должна быть как минимум 200 «квадратов». Считается, что этот способ организации внешнего теплообменника наименее затратный. Но такое расположение домов встречается нечасто.

А если ли это водоём общественный, то укладка в него теплообменника может обернуться проблемами с законом.

Система геотермального отопления с горизонтальным теплообменником в водоёме

Явным плюсом такого варианта геотермального отопления является отсутствие земляных работ. Но не стоит думать, что подводное расположение теплообменника организовать очень просто. Вполне возможно, что потребуется разрешение контролирующих органов на проведение подобных работ. Однако этот вариант всё равно остаётся самым экономным из вышеперечисленных.

Вернуться
 

Особенности

Стоит сказать о нескольких особенностях геотермальных систем отопления дома.

Отличие, например, от газового или электрического котла заключается в том, что здесь не требуется нагрев теплоносителя до высоких температур. Работа в низкотемпературном режиме обеспечивает меньшие энергетические затраты.

Как известно, в системе отопления для компенсации низкой температуры теплоносителя используется увеличение поверхности радиатора. Чтобы этого не делать, рекомендуется использовать тёплые полы.

Подобный вид отопления дома будет в этом случае более рациональным, поскольку тепло будет поступать сразу в зону обитания, а не в пространство под потолок помещения.

Кроме того, в актив тёплых полов стоит записать минимум потерь тепла. Величина тепловых потерь в основном зависит от дельты температур. В случае с низким температурным режимом геотермального отопления эти потери минимальны.

Вторым существенным преимуществом тёплого пола является то, что происходит непосредственный нагрев самих конструкций дома (в этом случае пола).

В случае с радиаторами нагретый воздух лишь немного охватывает остекление окон и часть близлежащей стены.

Вернуться
 

Преимущества и недостатки

Плюсы

  • Практически неисчерпаемый и стабильный источник энергии;
  • Производители подобных систем называют такое отопление бесплатным для владельца. Но это не так, поскольку нельзя забывать о затратах на электричество. Тем не менее, это обходится дешевле традиционных систем отопления;
  • Геотермальное отопление можно использовать практически в любом регионе, за исключением северных;
  • Геотермальные отопительные установки не имеют вредных выбросов;
  • Занимают немного места в доме (размером примерно с холодильник);
  • Возможна настройка работы установок как на нагрев, так и на охлаждение;
  • Если есть необходимость, то геотермальную установку можно интегрировать в систему отопления дома с газовым или электрическим котлом.

Минусы

  • Длительный срок окупаемости;
  • Большая сумма первоначальных вложений при покупке и монтаже системы геотермального отопления.

Расходы

Расходы на приобретение оборудования и его установку зависят в основном от мощности и фирмы-производителя.

Что касается компании-производителя, то многие здесь руководствуются своими соображениями, а также рекомендациями знакомых. А вот мощность геотермальных установок выбирается в зависимости от площади отапливаемого помещения.

В зависимости от мощности геотермальных установок для отопления дома можно обозначить следующий интервал цен:

  • 4─5 кВт – от 3 до 7 тысяч $;
  • 5─10 кВт – от 4 до 8 $;
  • 10─15 кВт – от 5 до 10 $.

К указанным суммам следует добавить затраты на монтаж оборудования, которые составляют примерно 30 процентов от стоимости самой геотермальной установки.

В результате получится совершенно неподъемная сумма для большинства населения в нашей стране. К тому же, срок окупаемости будет довольно большой.

Утешаться придётся лишь тем, что теперь в расходах на отопление у вас небольшая сумма за электричество.

Для повышения эффективности геотермальных систем отопления их часто используют в качестве вспомогательных вместе с газовыми и электрическими котлами.

А также существуют варианты, когда их строят в комплексе с несколькими теплообменниками. Специалисты говорят, что геотермальное отопление дома выгодно тогда, когда площадь отапливаемого помещения начинается от 150 квадратных метров.

Тогда все затраты на покупку и монтаж оборудования окупятся через 8─10 лет.

Вернуться

 

Геотермальное отопление дома своими руками

Если вы собираетесь осуществить монтаж геотермального отопления дома своими руками, то лучше приобрести все узлы установки в готовом виде. В том числе, и внешний теплообменный контур.

В случае монтажа геотермального отопления дома своими руками следует рассматривать исключительно вариант с горизонтальным теплообменником. Его можно укладывать как в грунт, так и в воду.

А вот вариант с вертикальным теплообменником самостоятельно сделать вряд ли получится. Ведь в этом случае потребуется буровое оборудование и необходимые навыки в этом направлении.

https://www.youtube.com/watch?v=ieA2yL7H0c0

Сам тепловой насос является довольно компактным оборудованием и не займёт много места в доме. По размерам он практически соответствует традиционным твердотопливным котлам.

Самостоятельно можно без проблем подключить внутренний контур к выводам теплового насоса. В принципе, вся система организуется по дому так же, как и в случае с использованием традиционных источников энергии.

Основной трудностью при создании геотермального отопления своими руками будет монтаж внешнего контура теплообменника.

Если у Вас рядом с домом есть водоём (в радиусе 100 метров), то задача по монтажу внешнего контура своими руками значительно облегчается. Глубина такого водоема должна быть не менее 3 метров, площадь более 200 квадратов.

Здесь основной проблемой станет не монтаж, а получение разрешения на использование общественного водоёма. Если же он находится в вашей собственности, то работы будет провести значительно проще.

Вы даже сможете временно выкачать воду из водоёма для облегчения монтажных работ.

Трубы теплообменника укладывается по спирали, и закрепляются в таком положении. От водоёма потребуется прорыть траншею, которая будет использоваться для соединения теплового насоса в доме и внешнего контура. После того как все земляные работы будут закончены, водоём заполняется водой, а контур ─ антифризом.

Источник: http://akbinfo.ru/alternativa/geotermalnoe-otoplenie.html

Как работает геотермальное отопление в частном доме?

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

Земля поглощает около половины суммарной энергии, получаемой от Солнца, в результате в ее недрах, чуть ниже поверхности, сохраняется постоянная температура круглый год. Однако над поверхностью Земли температура воздуха сильно меняется со сменой сезонов от лета к зиме, и люди вынуждены искать источники обогрева и охлаждения для того, чтобы сделать свою жизнь более комфортной.

Ученые предложили использовать для этого силы природы, позволяющие добиваться впечатляющих результатов при минимальной затрате энергоресурсов. Среди инновационных технологий, вызвавших ажиотаж на рынке отопительных приборов, стоит отметить отопление геотермальное, принцип работы которого опирается на использование энергии Земли для обогрева домов с помощью высокотехнологичных насосов.

История технологии

На самом деле, система отопления геотермальная цена которой зависит от вида используемого оборудования и сложности геодезических работ – это не новое изобретение.

Сам термин «геотермальная» был известен еще древним грекам, которые использовали «тепло земли» для различных целей.

В древние времена людям не было доступно высокотехнологичное оборудование, такое как геотермальный насос для отопления дома, поэтому они использовали горячую воду гейзеров, теплую поверхность вулканов и прочие источники возобновляемой энергии в бытовых целях.

Со временем жители планеты стали активно добывать уголь и нефть, используемые для обогрева домов на протяжении нескольких веков кряду, и про технологию использования тепла из недр земли забыли.

Лишь столкнувшись с угрозой полного истощения ресурсов земли, люди задумались о перспективе разработки альтернативных источников обогрева.

Так, в последние десятилетия ученые начали активно работать над созданием устройств, способных использовать полностью возобновляемое тепло земли для отопления дома или квартиры.

По какому принципу работает система?

Основной принцип, по которому работает система отопления геотермальная, состоит в том, что в недра земли укладывают систему теплообменников. Они сохраняют и передают тепло земли воде, циркулирующей по контуру.

Главным элементом системы является геотермальный насос для отопления дома отзывы о котором позволяют судить про эффективность устройства.

Этот прибор обладает впечатляющими показателями работы и в зависимости от мощности и внешних условий способен генерировать КПД от 400 до 600%.

Используя отопление дома геотермальное, собственник сможет сократить до 80% расходов, ранее предназначавшихся для оплаты содержания традиционной системы отопления.

В процессе работы оборудования, тепло из земли для отопления дома не вырабатывается, как в случае сжигания нефти или газа, а лишь переносится из недр земли вовнутрь здания. Такая система является стабильной в работе, независимой от наличия других ресурсов и может обеспечить потребности дома в отоплении и горячем водоснабжении. О других альтернативных способах отопления можно почитать здесь.

Преимущества и недостатки системы

Прежде чем собственник решит инвестировать средства в геотермальное отопление дома под ключ цена которого зависит от многих критериев, он должен знать все плюсы и минусы. Они довольно обширны и не ограничиваются лишь большими первоначальными вложениями и отличной отдачей в работе оборудования в перспективе.

Положительные моменты

Если не брать в расчет огромные финансовые затраты, необходимые для проведения земляных работ и покупки насоса, то геотермальная энергия может дать отличные дивиденды.

По сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, геотермальная энергия имеет весомые преимущества – она использует относительно постоянный источник энергии.

Это означает, что она не зависит от ветра, солнца, температуры за окном и может работать в режиме 365/24/7 независимо от времени года и прочих внешних условий.

Для геотермальной системы характерен простой и понятный принцип работы. Геотермальное отопление дома при этом является выбором людей, проявляющих заботу об экологии, ведь в процессе эксплуатации побочные выбросы минимальны, а тепло вырабатывается из возобновляемых источников энергии.

Высокая эффективность в сочетании с низкими эксплуатационными расходами позволяет геотермальной системе занять лидирующие позиции в рейтинге альтернативных источников энергии.

При этом оборудование, необходимое для функционирования системы имеет малые габариты и отнимает незначительное количество полезного пространства.

Так, насос на отопление занимает столько же места, сколько и традиционный газовый котел.

Кроме того, срок службы геотермального теплового насоса достаточно велик – он составляет минимум два десятка лет, при этом трубы, используемые для оборудования теплообменника под землей, имеют еще более солидную гарантию.

Производители обещают, что они надежно прослужат в системе отопления до пятидесяти лет. Также стоит добавить, что делая своими руками геотермальное отопление собственник может рассчитывать на бесшумную работу всех компонентов системы, их долговечность и функциональность.

Если в доме нет газа, то наша статья «Как организовать отопление загородного дома без газа?» будет полезной.

Критика геотермальной системы

Среди характеристик геотермальных систем встречаются и негативные моменты. Специалисты отмечают, что монтаж геотермальных систем отопления подходит далеко не для всех домов.

В частности, дома, расположенные на скалистых участках не могут быть оборудованы геотермальными энергоблоками.

Еще одним минусом является то, что насос для отопления в частном доме купить могут далеко не все, ведь прибор отличается от аналогов очень высоким ценником.

Реалии таковы, что на сегодняшний день позволить себе использование экологичного геотермального отопления могут лишь состоятельные люди, бюджет которых рассчитан на огромные капиталовложения в обустройство дома.

Подбор насоса для системы отопления должен проводить грамотный специалист после проведения ряда тепловых, гидравлических и геодезических расчетов.

Установка системы сопровождается масштабными и дорогостоящими работами, поэтому собственнику в процессе монтажа трубопроводов придется постоянно увеличивать статьи затрат и быть готовым к непредвиденным расходам. Непосредственная установка оборудования предполагает работу целой команды профессионалов, имеющих достаточный уровень квалификации для реализации столь сложного и ответственного проекта.

Окончательное решение

При принятии окончательного решения стоит учитывать, что геотермальная система отопления своими руками имеет огромный потенциал, и в перспективе может стать одной из самых востребованных и рациональных систем обогрева домов.

Термальные и грунтовые тепловые насосы являются отличной альтернативой другим источникам энергии.

Несмотря на то, что монтаж системы изначально обойдется дороже, значительные первоначальные затраты окупятся с течением времени и позволят на протяжении долгих лет пользоваться недорогим и эффективным отоплением, которое дает энергия земли для отопления дома или квартиры.

Источник: http://SpetsOtoplenie.ru/sistemy-otopleniya/varianty-ustrojstva-sistem-otopleniya/kak-rabotaet-geotermalnoe-otoplenie-v-chastnom-dome.html

Виды геотермальных систем и принцип их работы

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

В условиях постоянно растущих цен на газ и электроэнергию, геотермальное отопление дома может стать интересной альтернативой. И хотя на данный момент такой способ создания — скорее экзотика, у геотермальной энергетики есть определенные перспективы.

Достоинства и недостатки геотермального отопления

Отопление из геотермальных источников имеет как плюсы, так и минусы.

Достоинства:

  • высокий КПД;
  • круглогодичная возможность получения энергии, так как грунт собирает и хранит большую часть солнечного тепла;
  • низкая стоимость энергии, если не считать стоимость оборудования, которое окупается за 3-8 лет (тепловой насос на каждый потребленный киловатт выдает 3-5 киловатт тепловой энергии);
  • безграничные запасы энергии;
  • нет необходимости в хранении топлива;
  • систему можно использовать как для обогрева в зимнее время, так и для охлаждения в летнее (кондиционер);
  • не нужны разрешения на подключение к всевозможным коммуникациям;
  • низкий уровень шумов;
  • пожаробезопасность;
  • экологичность, так как какие-либо выбросы отсутствуют;
  • незначительные затраты на эксплуатацию оборудования;
  • система функционирует в автономном режиме, ее не нужно постоянно контролировать.

Геотермальная система покажет самый оптимальный результат, если она работает вкупе с «теплыми полами». В этом случае достигается равномерное распределение тепла, и отсутствуют районы с излишним нагреванием.

Обратите внимание! Особенно экономичен такой способ отопления для небольших зданий (до 150 квадратных метров).

Не лишен геотермальный способ обогрева и недостатков:

  • высокая стоимость оборудования;
  • большие стартовые расходы на установку, достигающие порой сотен тысяч рублей;
  • установка системы сложна, требует специализированного бурового оборудования, бурения глубоких скважин;
  • необходимость испортить имеющийся ландшафт для проведения буровых работ.

Принцип работы

Механизм, на основе которого действует геотермальное отопление, похож на принцип функционирования кондиционера. деталь оборудования — тепловой насос большого размера. Насос входит в два контура. Внутренний контур — это отопительная система, включающая батареи и трубы. Внешний контур — подземный или подводный теплообменник.

Схема работы теплового насоса

В контурах может находиться обычная вода или жидкость с добавлением антифриза. Во втором (внешнем) контуре тепловой носитель берет температуру окружающей среды и поступает в теплонасос. Насос может работать как на обогрев, так и на охлаждение. Если тепловая энергия нужна для охлаждения — она направляется во внешний контур, а если для отопительных целей — к внутреннему.

Характерные особенности

Расчет характеристик шахты зависит от нескольких параметров:

  • площади здания;
  • разновидности грунта;
  • характеристик земной коры;
  • климатических особенностей.

В каждом случае расчеты очень индивидуальны ввиду разности вышеуказанных параметров. Обычная глубина шахты — от 20 до 120 метров.

После бурения шахты в нее опускаются поглощающие тепло трубы. По трубопроводу, находящемуся в грунте или воде пускается незамерзающая жидкость. После попадания жидкости в тепловой насос, часть тепла забирается, а жидкость теряет примерно 5 градусов. Полученная тепловая энергия передается в здание, а жидкость продолжает циркуляцию.

В трубопровод запускается незамерзающая жидкость

Варианты геотермальных систем

Известны три вида геотермального отопления:

Вертикальный теплообменник с насосом для скважины

Создание такого контура очень затратное из-за необходимости в дорогом оборудовании и потребности в глубоких (до 200 метров) скважинах. Однако, несмотря на высокие расходы, вертикальные теплообменники являются самым эффективным способом получения тепловой энергии. Продолжительность работы такой скважины может составлять до сотни лет.

Горизонтальный теплообменник

В данном случае трубы находятся под уровнем промерзания грунта.

Основной недостаток такого типа геотермальной системы — необходимость значительных площадей (для размещения коллектора) даже для небольшого по размеру здания.

К примеру, для дома площадью 100 квадратных метров понадобится 250 квадратных метров под технические нужды. Также в этом случае нужно устанавливать трубы на некоторой дистанции от деревьев (1,5-2 метра).

Методы установки теплообменников

Теплообменник в воде

Это самый экономичный с точки зрения капиталовложений теплообменник. Для его размещения нет нужды в высокобюджетных земляных работах. Он должен располагаться в воде на глубине недоступной для промерзания. Теплообменник должен находиться не дальше, чем на стометровом расстоянии от отапливаемого здания.

Для создания внешнего контура используются полиэтиленовые трубы. При вычислениях на каждый метр коллектора берется 40-50 ватт тепловой энергии. Исходя из этого, для 5-киловаттного насоса понадобится скважина глубиной 80-100 метров. Причем в некоторых случаях правильнее создать не одну, а несколько менее глубоких скважин, но такой же общей глубины.

Для обеспечения сохранности ландшафта иногда используется технология кластеров, когда буровые работы проводятся из одного места, но по различным направлениям.

Таким образом, создание геотермального отопления процесс дорогостоящий, а главное трудоемкий. Доверять создание такой системы нужно только опытным специалистам.

Источник: http://klivent.biz/otopleniye/geotermalnoe-otoplenie-doma.html

Что такое геотермальное отопление дома, плюсы и минусы такой системы

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

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!

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

https://www.youtube.com/watch?v=E2zNgxoB15c

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.

Источник: http://PlusTeplo.ru/otoplenie/otoplenie-doma/chto-takoe-geotermalnoe-otoplenie-doma-plyusy-minusy-takoj-sistemy.html

Геотермальное отопление дома — принцип работы, особенности, достоинства и недостатки

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

Развитие технологий позволяет использовать самовосстанавливающиеся источники энергии – ветра, воды земли. За последнее десятилетие производство установок, которые используют геотермальную энергию, возросло в несколько раз.

Например, в Швеции более 70% новостроек применяют систему отопления, которая использует энергию земли. Еще одним плюсом такой системы является то, что в летний период года она выполняет функцию пассивного кондиционера.

 Принцип работы геотермальной системы отопления

Сердцем геотермальной системы отопления является тепловой насос. Используя цикл Карно, он превращает низкотемпературный теплоноситель геотермального контура в нагретый до 50°С теплоноситель системы отопления. При этом КПД при такой работе составляет 350-450%. Моторесурс теплового насоса до капитального ремонта составляет 100 тыс. моточасов.

Температура в 50°С является оптимальной для максимального КПД теплового насоса. Поэтому для обогрева дома целесообразно использовать теплый пол или воздушное отопление, поскольку системы радиаторного отопления плохо подходят для эксплуатации в геотермальных системах отопления.

В конечном счете, у нас выходит: на 1 использованный кВт электрической энергии мы получаем около 3,5 кВт тепла, что в связи с удорожанием теплоносителей, является существенным для экономии собственного бюджета.

 Функциональные особенности системы

Геотермальная система частного дома состоит из трех контуров:

  • Грунтовой коллектор – система специальных труб, с установленным рецеркуляционным насосом. Температура теплоносителя внешнего контура колеблется в пределах 3-7°С. Дельты в 4°С достаточно для системы отопления. Теплоносителем, в основном, выступает этиленгликоль или смесь этиленгликоля и воды.
  • Контур теплового насоса «забирает» тепло от грунтового коллектора и передает системе отопления дома. В зависимости от площади дома и нужной тепловой мощности, он может вырабатывать до 3500 кВт тепла. Теплоносителем для насосов разных производителей служат: Thermia и Mammoth – этилен- или пропиленгликоль, для Heliotherm – газ Пурона,.
  • Контур системы отопления, в котором нагретый до 45-50°С теплоноситель поступает в систему отопления.

Конструкции геотермальных систем отопления

При монтаже геотермальной системы, различия в основном касаются только внешнего грунтового коллектора. Существует четыре основные схемы размещения контура:

  • Горизонтальная – грунтовой коллектор размещают ниже глубины промерзания грунта (от одного до полутора метров – для разных регионов страны). В качестве труб внешнего коллектора используется: металлопластик, медь в оболочке ПВХ. Теплоотдача земли составляет 10-25 Вт/м2 и до 50 Вт/м2 , для почвы с высоким уровнем грунтовых вод. Для получения 7-9 кВт тепловой энергии, площадь коллектора будет составлять 300-500 м2 , в зависимости от условий монтажа. При подобной укладке коллектора не допускается рытье траншей возле деревьев ближе, чем на 1,5 м. Осуществлять благоустройство территории и ландшафтные работы необходимо по завершению монтажа системы.
  • Вертикальное размещение – для монтажа бурят несколько скважин, в разные стороны и под разными углами. В скважины закладывают геотермальные зонды. В этом случае теплоотдача составляет около 50 Вт/мп. Таким образом, для получения тех же 7-9 кВт тепловой энергии, необходимо 150-200 метров скважин. При этом ландшафтный дизайн участка не пострадает, нужно совсем немного места для установки кессона и размещения в нем сборного коллектора.
  • Водоразмещенный контур – внешний теплообменник монтируют в близлежащем водоеме на глубине 2-3 метра. Одним из основных требований к такому расположению теплообменника является близость дома к водоему до 100 м, а площадь поверхности водоема должна составлять не менее 200 м2.
  • Воздушный теплообменник – внешний контур берет тепло из воздуха. Их эффективно устанавливать в южных регионах страны. Главным преимуществом такой схемы является отсутствие каких либо земляных работ, а недостатком такого размещения оборудования – падение КПД установки до 100% при температуре воздуха -15°С. И полностью не возможности работать при температуре -20°С.

 Преимущества геотермальной системы отопления

Давайте рассмотрим главные преимущества такой системы отопления:

  • высокий КПД – 350-400%;
  • стабильные тепловые характеристики теплового насоса;
  • небольшой объем установки;
  • строк службы геозондов составляет до 100 лет, теплового насоса – до 30 лет;
  • возможность обеспечить кондиционирование;
  • независимость от энергоносителей;
  • максимальная автономность.

 Перспективы развития геотермальных систем

Отопительные системы геотермального типа имеют низкую популярность через свою стоимость. Так, для дома, примерно в 200 м2, геотермальная система отопления «под ключ» стоит около одного миллиона рублей, львиную долю – 30%,  тепловой насос.

В странах Балтии и западной Европы, когда владелец дома устанавливает систему на самовосстанавливающихся источниках тепла, в таком случае государство компенсирует часть расходов по установке этой системы.

В тоже время окупаемость геотермальной системы отопления – до 5 лет. Поскольку система полностью автоматизированная и не требует вмешательства человека, уровень комфорта гораздо выше, чем при отоплении другими видами топлива.

Выбор за вами.

Геотермальное отопление дома — принцип работы, особенности, достоинства и недостатки

  • 5.00 / 5 5
  • 1 / 5
  • 2 / 5
  • 3 / 5
  • 4 / 5
  • 5 / 5

Источник: http://recn.ru/geotermalnoe-otoplenie-doma-princip-raboty-osobennosti-dostoinstva-i-nedostatki

Геотермальное отопление, принцип работы, монтаж своими руками

Геотермальное отопление: принцип работы, плюсы и минусы, тонкости построения

В последние десятилетия активная жизнедеятельность людей, удовлетворяющих свои потребности, начала очень негативно воздействовать на природу, окружающую среду. И теплоэлектростанции сыграли не последнюю роль в этом процессе.

В то же время, общество стало понимать, что ресурсы природы являются небезграничными, именно поэтому в последние годы начали внедрять аналоги источников теплоснабжения. Одним из таких альтернативных способов отопить дом является геотермальное отопление.

Система – проста и эффективна, а сделать ее можно собственноручно.

Геотермальное отопление

Заметим, что геотермальное отопление в США и европейских странах стало основным источником тепла, однако в России на сегодняшний день оно рассматривается только в качестве альтернативы газовому, электрическому, твердотопливному и другим видам отопления. Очень скоро геотермальное отопление станет основным, ведь отзывы говорят о том, что это рентабельный способ отопить свой дом без вреда для экологии и с выгодой для себя.

Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, — становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.

Тепловую энергию, которая получается в процессе отопления, использует геотермальная система, основанная на специальном тепловом насосе.

И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.

Принципиальная схема работы теплового насоса

Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт.

Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял).

Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.

Особенности системы

Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно.

Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система.

Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.

Бурение скважин под тепловой насос

Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло.

Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление.

Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.

Заметим, что в летний период отопление от земли,  работает в качестве кондиционера. Для этого нужно активировать обратный механизм. В процессе работы теплообменник будет брать охлаждающую энергию.

Способы работы системы

Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:

  1. Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.
  2. Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар.
  3. А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.

Виды тепловых насосов

Преимущества геотермальной системы отопления

Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:

  • Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
  • Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
  • Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
  • В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
  • При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.

Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно

Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.

Заметим, что внутри помещения, которое вы хотите отопить, ставятся отопительные элементы, ничем не отличающиеся от водяного отопления. Ваше жилье будут обогревать радиаторы, а тепло в них будет идти по трубам.

Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.

Принцип работы теплового насоса

На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, — с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею.

И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан.

И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

Тенденции распространения геотермального отопления являются понятными. Ведь отопление за счет энергии земли – это удобно, экономично и безопасно.

Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет.

А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы.

Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.

Оцените публикацию: (2 4,50 из 5)
Загрузка…

Источник: http://otoplenie-doma.org/geotermalnoe-otoplenie.html

Домашние работы
Добавить комментарий