Геотермальное отопление загородного дома

Геотермальное отопление загородного дома, как можно понять уже из его названия, представляет собой систему, источником тепловой энергии в которой служит природное земное тепло. В данной статье мы постараемся разобраться, как можно этот источник тепловой энергии использовать для отопления загородного дома и можно ли это сделать своими руками.

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.

История технологии

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.

История технологии

Устройство и принцип работы типичной геотермальной установки для обогрева загородного дома

В данном случае источником энергии, а следовательно и тепла для постройки, может быть скальная порода, грунт, обычное озеро, сточные воды, теплый воздух на выходе из промышленной вентиляции или геотермальный источник. Последний вариант самый эффективный, хотя и встречается редко. Выбирая среду для забора теплоты, руководствуются одним единственным правилом, ее температура не должна ни при каких условиях опускаться ниже -1°C.

Принцип работы системы

Тепловой насос играет большую роль в геотермальной установке.

Условно геотермальную установку можно разделить на три основных части. Первая – самая большая – это контур для сбора энергии из природного источника. Вторая – самая сложная в плане технического исполнения. Сюда относится тепловой насос. Именно в нем происходит процесс преобразования природной энергии в тепловую для обогрева загородного дома. В свою очередь тепловые насосы бывают: воздушные и геотермальные. И третья часть – непосредственно отопление здания.

Работает оборудование следующим образом:

  1. теплоноситель или специальная смесь жидкостей (30% раствор этиленгликоля или спирта) движется по большому контуру, который располагается в природной среде, и набирает температуру окружающей среды. Пройдя всю систему труб, жидкость поступает в тепловой насос;
  2. тепловой насос имеет объем среднестатистической стиральной машины. В нем теплоноситель из первичного контура соприкасается с антифризом (легкокипящей жидкостью). Особенность этого вещества заключается в том, что даже при незначительном повышении температуры оно из жидкого состояния переходит в газообразное. Теплоноситель, отдав свою теплоту антифризу, возвращается обратно во внешний контур установки для забора энергии из окружающей среды, а газообразный антифриз движется дальше по системе;
  3. газообразный антифриз попадает в компрессор, где происходит его сжатие. Результат – сжатый антифриз повышает свою температуру во много раз (иногда до 65°C). Он соприкасается с вторичным контуром, который и является отоплением здания. Отдав всю свою теплоту теплоносителю из разводки труб системы отопления загородного дома, антифриз проходит через сбрасывающий давление клапан и возвращается в резервуар, куда из окружающей среды вернулся подогретый раствор этиленгликоля.

Солнечные батареи один из способов отопления загородного дома.

В результате своей работы геотермальное отопление может обеспечить теплом дом, площадь которого не превышает 150 Когда же обогреть нужно большую площадь, используют дополнительные нагревательные приборы. Но даже в таких случаях геотермальная установка помогает экономить денежные средства и значительно продлевает срок службы основного нагревательного прибора.

Принцип работы и виды геотермального отопления

Геотермальное отопление дома может использовать различные источники тепловой энергии Земли. Это могут быть как высокотемпературные источники, например: термальные воды, так и низкотемпературные: относительно не высокая температура земли, водоёмов или воздуха.

Термальные воды, как источник тепловой энергии для отопления загородного дома могут быть использованы только в непосредственной близости от районов их расположения. Примером использования такого вида энергии может быть Исландия. В России же, как и в других странах СНГ такое отопление пока не очень распространено по разным причинам: отдаленность районов с термальными водами от населённых пунктов, агрессивность вод, отсутствие соответствующего оборудования, технологий и др.

Более перспективным представляется геотермальное отопление загородных домов, использующее в качестве источника энергии относительно невысокую температуру земли, водоёмов или окружающего воздуха. Это, так называемые, тепловые насосы, которые используются для преобразования этой относительно невысокой температуры в тепловую энергию системы отопления или горячего водоснабжения загородного дома.

//

Принцип работы

Принцип работы такого геотермального отопления дома, основан на том же принципе, что и работа холодильника или кондиционера. Только холодильник забирает тепло из своей внутренней части, кондиционер (в режиме охлаждения) — из помещения, а тепловой насос- из окружающей среды.  Основным элементом такой системы является установленный в доме агрегат, подключенный к внутреннему и внешнему контуру.

Читайте также:  Котельная в частном доме – требования, нормы, Снип

Внутренний контур такого отопления загородного дома может представлять обычную систему, состоящую из труб и радиаторов или теплые полы.

Внешний контур это теплообменник, который находится в толще земли или в водоеме, забирает их тепло и передает её к тепловому насосу в доме. По внешнему контуру постоянно циркулирует теплоноситель (фреон или др.), который тепловую энергию среды в тепловом насосе передает теплоносителю, находящемуся во внутреннем контуре. Таким образом, происходит нагрев воды в системе отопления дома.

Существуют основные три вида геотермального отопления загородного дома на базе теплового насоса, которые отличаются только внешним контуром. Но каждый из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Такое отопление может быть:

  • с вертикальным почвенным коллектором (теплообменником);
  • с горизонтальным почвенным теплообменником;
  • с теплообменником в водоёме.

Вертикальный грунтовый коллектор

При этом виде геотермального отопления вертикальный или скважинный  коллектор (теплообменник) размещается в, пробуренных на глубину 50-100 м и более, скважинах и использует энергию земли. На такой глубине земля имеет постоянную температуру 10-12о С круглый год.  Это наиболее эффективный вид отбора тепла земли, но требует бурения скважин и монтажа в них коллектора, что увеличивает стоимость монтажа такого вида.

Горизонтальный грунтовый коллектор

Трубы такого внешнего контура (коллектора, теплообменника) укладываются на относительно большой площади, ниже глубины промерзания почвы. Для этого вида отопления дома нет необходимости бурить скважины , но требуется относительно большая площадь горизонтального коллектора: для отопления дома 200 м2 требуется около 500 м2 теплообменника. Это требует большого объема земляных работ. К тому же, трубы коллектора нельзя укладывать ближе, чем 1,5 м. от деревьев.

Теплообменник, размещенный в водоёме

Наружный контур (теплообменник) размещенный в водоёме  имеет то преимущество, что не требует выполнения земляных работ. Но этот вариант можно реализовать только в том случае, если рядом с домом, на расстоянии не более 100 м есть водоем достаточной глубины. Такой водоём не должен промерзать до уровня расположения труб теплообменника.

Преимущества и недостатки

Преимущества геотермального отопления загородного дома:

  • — оно использует дармовую тепловую энергию земли, экологически безопасное, не загрязняет окружающую среду;
  • — при его использовании отсутствует риск возгорания, так как нет необходимости сжигать какое-либо топливо;
  • — не занимает много места, не портит внешний вид дома и целостность ландшафта участка;
  • — тепловой насос работает тихо, без шума;
  • — установка не выделяет никаких вредных веществ или запахов;
  • — не требует доставки и хранения топлива;
  • — может работать в автономном режиме;
  • -экономность при эксплуатации: при потреблении 1 кВт электроэнергии выделяет до 2,5-3 кВт тепловой энергии;
  • -можно использовать как для отопления (зимой), так и, при необходимости, для охлаждения помещений дома(в теплое время года).

Его недостатки:

Главным и очень существенным недостатком геотермального отопления загородного дома можно считать необходимость достаточно больших капитальных вложений на этапе его установки: закупка оборудования и материалов, работы по монтажу внутреннего и наружного контура.

Геотермальное отопление дома: принцип работы

Система геотермального отопления дома имеет три замкнутых контура. По трубам внешнего контура, находящимся в грунте или воде, циркулирует солевой раствор или антифриз, осуществляющий теплосъем. Проходя через теплообменник (испаритель) в теплонасосной установке, он отдает тепло хладагенту внутреннего контура. Нагретый хладагент нагнетается компрессором, вследствие чего повышается температура хладагента. Через другое теплобменное устройство (конденсатор) хладагент передает свою энергию в отопительный контур дома.

Внешний контур может представлять собой горизонтальный коллектор или вертикальный зонд.

Горизонтальный коллектор

1. Трубы коллектора укладываются на горизонтальной поверхности дна траншеи, вырытой на глубину 1,5 метра — ниже уровня промерзания грунта. Под укладку труб требуется свободный участок большой площади, в среднем – около 500 квадратных метров.

2. Коллектор укладывается на дне водоема.

Вертикальный зонд

Если поблизости нет реки, пруда, озера, а площадь участка такова, что нет возможности смонтировать горизонтальный теплосборник, можно пробурить артезианскую скважину и опустить в неё вертикальный зонд – пару u-образных ПНД труб, по которым будет течь рассол и собирать тепло грунта. Количество и глубину скважин рассчитывают в зависимости от отапливаемой площади дома и гидрогеологических условий участка.

Виды насосов

С течением времени выгодность геотермального теплового насоса для отопления дома, несмотря на высокие цены , становится все более очевидной из-за постоянного роста стоимости топлива. Правильно подобранный и качественно смонтированный ГТН обеспечивает теплом вне зависимости от времени года и рыночных колебаний стоимости энергоносителей.

Существует несколько вариантов монтажа внешнего коллектора, что позволяет адаптировать тепловой насос к конкретным условиям прилегающего к дому земельного участка:

  1. Трубы укладываются в траншеи на глубину ниже уровня промерзания почвы. На юге России земля замерзает максимум на 0,5 м, поэтому проще снять грейдером полностью слой земли на монтажном участке, уложить коллектор, а затем засыпать экскаватором котлован.
  2. Если вблизи дома есть водоем на расстоянии не более 100 м, то применяют самый экономичный и эффективный вариант — трубы укладывают под воду на глубину от 3 метров и более.
  3. Сухие песчаные грунты не дадут достаточного теплового потока, поэтому применяют бурение скважин глубиной до 50 метров, чтобы достичь водоносного слоя. В скважины опускают трубы.
  4. Если вода из скважины хорошего качества, то достаточно пробурить только две: одна — для забора грунтовых вод, а вторая — для слива обратно в водоносный слой.
Виды насосов

Сливную скважину пробурите на расстоянии 20 метров от заборной и ниже по течению водоносного слоя.

Тип вода-вода

Относительно недорогую разновидность ГТН типа вода-вода рекомендуется использовать, когда рядом находится озеро, пруд, река или море. Эффективность такой системы достигается за счет максимальной величины конвективного теплообмена между внешней средой и теплоносителем, который циркулирует в трубах коллектора. Экономия получается за счет простоты монтажа. Бухты расстилают на поверхности воды, затем к трубам крепят грузы и затапливают систему на глубину 3 метра и более.

Виды насосов

Если поблизости нет водоема, то можно применить вариант с разомкнутым коллектором. В этом случае используется энергетический потенциал грунтовых вод хорошего качества. Тогда системе и насосу не угрожает заиливание, отложение солей жесткости, ускоренная коррозия. Из одной скважины берут воду, прокачивают через теплообменник ГТН, а затем сливают в другую, которая должна располагаться на расстоянии 15—20 метров.

Читайте также:  Как правильно сделать отопление в частном доме: 14 советов новичку

Если пробуренная скважина быстро заиливается или вода содержит много солей жесткости, тогда стабильную работу ГТН обеспечивается бурением большего количества скважин. В них опускают петли герметичного внешнего контура. Затем в скважины заливают тампонаж из глинисто-песчаной смеси.

Тип грунт-вода

Виды насосов

Когда рядом с домом нет водоема и нет возможности пробурить скважины, тогда трубы укладывают горизонтально ниже глубины промерзания грунта. Если подпочвенные воды залегают близко к поверхности, то эффективность системы грунт-вода практически такая же, как у ГТН типа вода-вода, так как принцип работы тот же. На юге России величина промерзания грунта менее 0,75 м, поэтому роют котлован глубиной 1 метр, раскладывают трубы внешнего контура, а затем засыпают. В северных регионах почва замерзает глубже, поэтому экономичнее рыть параллельные траншеи.

отопление

Нагрев помещения осуществляется за счет прогрева воздуха газовым оборудованием, водяным теплообменником, электронагревателем, вентилятором и другими устройствами через воздуховоды. Воздушная система отопления в частном доме считается затратной и неэкономной. Во-первых, расход электроэнергии экономный не в каждом типе оборудования, во-вторых, степень нагрева и постоянство температурного режима нельзя сравнить с другими типами обогрева помещения.

Варианты системы воздушного отопления для частного дома

Прямоточная система воздушного отопления

Весь воздух в прямоточной системе забирается с улицы, перегревается до +35-40град. и подается по распределяющим воздуховодам в помещения.

Система воздушного отопления с частичной рециркуляцией

В такой системе часть воздуха забирается с улицы и смешивается с воздухом внутри помещения. Затем, нагретый и перегретый воздух подается к воздуховодам.

Система воздушного отопления с полной рециркуляцией

Воздух в данной системе гоняется внутри помещения без подмеса с улицы. Такая система не безопасна для здоровья, так как воздух будет переполнен бактериями. Но, возможно избавится от этого недостатка включив в систему дорогостоящее оборудование для очистки воздуха.

Геотермальное отопление дома своими руками

Многие люди считают, что самостоятельно сделать геотермальное отопление дома можно только в тех местах, где есть высокая вулканическая активность или термальные источники, поэтому не видят перспектив использования такого вида отопления.

Схема геотермального отопления.

Принцип, по которому работает геотермальное отопление

Геотермальный насос работает по тому же принципу, что и холодильник или кондиционер. Такое отопление имеет один основной элемент — тепловой насос, который включен в два контура.

Внутри указанного контура может находиться вода или антифриз, они принимают температуру среды и уже подогретыми поступают в тепловой насос.

Обратите внимание

Тепло, которое аккумулировалось, передается внутреннему контуру и от него нагреваются все помещения дома.

Главным элементом геотермального отопления является тепловой насос. Это небольшой агрегат, по размерам не больше стиральной машинки. Он имеет высокую производительность: затрачивая 1 кВт электроэнергии, он способен выдавать до 5 кВт тепла. Если сравнить такой насос с кондиционером, то последний на 1 кВт затраченной электроэнергии выдает всего 1 кВт тепловой энергии.

Как сделать геотермальное отопление своими руками у себя дома

Схема установки геотермического насоса.

Это один из самых дорогих и трудоемких видов отопления. Вам предстоит провести масштабные земляные работы, затраты на оборудование составят основную часть расходов. Перед тем, как приступить к созданию такого отопления своими руками, необходимо разобраться, какие системы применяются и в чем особенности их устройства.

Материалы, необходимые для установки геотермального отопления:

  • полиэтиленовые трубы;
  • тепловой насос;
  • радиаторы отопления.
Геотермальное отопление дома своими руками

Классификация по типу:

  • горизонтальный теплообменник используется наиболее часто, при этом трубы укладывают в землю на глубину, превышающую уровень промерзания почвы в вашей местности. Такой тип отопления имеет существенный недостаток — контур занимает большую площадь. Если площадь вашего дома 250 м², то для его обогрева придется уложить трубы на площади около 600 м², а это можно реализовать далеко не на каждом участке. Особенно неудобно делать такое отопление дома в том случае, когда территория уже облагорожена, например, от дерева коллектор должен находиться не ближе, чем на 1,5 м;
  • вертикальный теплообменник имеет намного меньшие размеры, но стоимость его больше. Чтобы его установить, надо немного места, но придется использовать бурильное оборудование.

Скважина может быть от 50 до 200 м, но служить она будет до 100 лет. Такой способ удобен, когда территория загородного дома уже обустроена, не будет необходимости изменять существующий ландшафт.

Установить такой вид геотермального отопления полностью своими руками не получится, так как потребуется специальное оборудование для бурения скважины — водоразмещенный обменник является самым экономичным способом, он использует тепловую энергию воды. Его использование возможно, если до водоема не более 100 м.

Из труб делается контур в виде спирали и укладывается на глубину, превышающую зону промерзания, площадь водоема должна быть больше 200 м². При реализации такого способа нет необходимости проводить масштабные земляные работы и поэтому все можно сделать своими руками.

Если говорить о сложности реализации данного проекта, то она довольно велика, и, если вы решите делать все своими руками, то наиболее доступным будет третий способ. Если вы приобретете дорогое оборудование, то монтаж надо проводить качественно, иначе система не будет нормально работать.

Преимущества геотермального отопления:

  • для отопления используется энергия земли, а она возобновляется и практически неисчерпаема;
  • безопасность, так как нет риска возгорания;
  • нет необходимости доставлять и хранить топливо;
  • нет вредных выбросов;
  • нет необходимости в контроле системы, так как она работает в автономном режиме;
  • почти нет расходов на обслуживание;
  • очень высокий КПД оборудования.
Читайте также:  Как подключить две батареи отопления последовательно

Наиболее оптимально геотермальное отопление подходит в том случае, когда ваш дом имеет площадь до 150 м², такое отопление окупится уже через 3-4 года.

Если у вас тепловой насос мощностью 10 кВт, надо будет пробурить скважину глубиной около 200 метров.

Важно

Можно сделать несколько скважин, а для того чтобы не портить ландшафт, скважины сверлятся с одной точки, но под разными углами.

Хотя такой вид отопления и требует значительных первоначальных вложений, но он имеет большой срок службы и в скором времени все ваши инвестиции окупятся.

Преимущества системы

Системы геотермального отопления обладают следующими плюсами:

  • Расход электроэнергии в несколько раз меньше чем выделение тепловой энергии при этом.
  • Экологически безопасная система отопления, геотермальная система несоздает загрязнения или вредоносные выбросы.
  • Для работы отопления, геотермальной системе не нужно использование дополнительных химических средств и реактивов,твердого или другого вида топлива, за исключением электроэнергии. Именно по этой причине она не представляет угрозы владельцам дома.
  • При работе такой системы отопления отсутствуют риски возгорания и взрывов, так как самый сложный и опасный элемент — это обычный электрический насос.
  • Система геотермального отопления прикачественном монтаже и качественных материалах может проработать без ремонта или замены деталей 30-40 лет.

Подытожим вышесказанное: вся система отопления энергией земли состоит из скважины, находящимся в ней теплообменнике и возможно резервуар с фреоном. Внешние элементы: радиаторы и трубы, которые есть и в обычных системах отопления и добавится только один прибор, генерирующий тепло. С помощью этого устройства вы сможете регулировать температуру и давление воды в батареях.

Если вы живете в маленьком доме, в котором каждый метр пространства важен, то генератор системы можно установить в подвале или же сделать для него небольшой сарайчик на улице.

Поделитесь статьей в социальных сетях Ваши контакты в этой статье от 500 рублей в месяц. Возможны другие взаимовыгодные варианты сотрудничества. Напишите нам на [email protected] Не получили ответ на свой вопрос? Спросите нашего эксперта: Спросить

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. 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.

Геотермальное отопление дома своими руками

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.

Геотермальное отопление дома своими руками

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.

Геотермальное отопление дома своими руками

Если вы устраиваете систему геотермального отопления дома на участке, где нет жилья и сада, то делайте горизонтальный теплообменник, установленный в грунт. На средний дом площадью 100 квадратных метров потребуется 250─300 «квадратов» под теплообменник. Если же у вас участок с домом и садом, то монтаж внешнего теплообменника становится довольно проблематичным. В этом случае можно рыть траншеи, не задевая деревья, и укладывать в них внешний контур. После окончания работ можно будет вернуть грунт на место. Как вы понимаете, этот процесс очень трудоёмкий и займёт много времени. Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.

Геотермальное отопление дома своими руками

Способы работы системы

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

Способы работы системы
  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.