Геотермальне опалення

В останні десятиліття активна життєдіяльність людей, які задовольняють свої потреби, почала негативно впливати на природу, навколишнє середовище. І теплоелектростанції відіграли не останню роль у цьому процесі. У той же час суспільство стало розуміти, що ресурси природи є небезмежними, саме тому в останні роки почали впроваджувати аналоги джерел теплопостачання. Одним із таких альтернативних способів опалення будинку є геотермальне опалення. Система – проста та ефективна, а зробити її можна власноруч.

Зауважимо, що геотермальне опалення в США та європейських країнах стало основним джерелом тепла, проте в Росії на сьогоднішній день воно розглядається лише як альтернатива газовому, електричному, твердопаливному та іншим видам опалення. Незабаром геотермальне опалення стане основним, адже відгуки говорять про те, що це рентабельний спосіб опалити свій будинок без шкоди для екології та з вигодою для себе.

Принцип функціонування

Таке явище, як геотермальне опалення, принцип роботи якого нагадує звичайний холодильник, тільки навпаки, стає дедалі популярнішим. Земля зберігає тепло постійно, можна нагрівати об'єкти на її поверхні. Суть у тому, що зсередини землю нагріває гаряча магма, а зверху завдяки ґрунту вона не промерзає.

Теплову енергію, що утворюється в процесі опалення, використовує геотермальна система, заснована на спеціальному тепловому насосі.

І принцип функціонування тут наступний: зверху ставиться тепловий насос, спеціальну земляну шахту опускається теплообмінник. Ґрунтова вода йде через насос та нагрівається.Таким чином, тепло, яке виходить при цьому, використовується для промислових чи побутових цілей. Так і працює опалення підземним теплом.

Зауважимо, що головною перевагою такої системи є те, що за витрат електроенергії в 1 кВт отримуємо корисну теплову енергію в діапазоні від 4 до 6 кВт. Для порівняння, звичайний кондиціонер не здатний перетворити 1 кВт електроенергії в 1 кВт теплової енергії (закон збереження енергії, тому що втрати при перетворенні одного виду енергії в іншу, на жаль, поки ніхто не скасовував). Опалення за рахунок тепла землі окупиться досить швидко за умови правильного підходу до реалізації геотермального опалення.

Особливості системи

Звичайно, не так просто зробити геотермальне опалення своїми руками, проте це цілком можливо. І спочатку робиться шахта. Параметри шахти розраховуються для кожного випадку окремо. Її габарити залежатимуть від клімату у вашій місцевості, типу ґрунту, особливостей будови кори землі регіону, домашньої площі, де буде ставитись така система. Як правило, глибина шахти становить від 25 до 100 м-коду.

Далі монтаж геотермального опалення має на увазі такий крок, як опускання в земну шахту труб, що поглинають тепло. Функції цих труб полягають у наступному: вони будуть подавати тепло в насос, який підвищуватиме температуру рідини та виводитиме її в опалення. Зауважимо, що якщо ви вирішили зробити геотермальні системи опалення своїми руками, то вам знадобиться помічник, адже труби бувають дуже важкими.

Зауважимо, що в літній період опалення від землі працює як кондиціонер. Для цього необхідно активувати зворотний механізм. У процесі роботи теплообмінник братиме охолоджувальну енергію.

Способи роботи системи

Це ефективна та екологічна система – термальне опалення, принцип роботи її може протікати у трьох основних способах:

1. Використовується теплова енергія глибоких ґрунтових вод. Така вода – високої температури, тепловий насос її піднімає та нагріває. Далі вода йде через теплообмінник, віддаючи основну частину власної енергії.
2. Цей спосіб вимагає від власників додаткових витрат. У глибину ґрунту від 75 м і нижче спускають резервуар, де знаходиться антифриз. Він нагрівається та за допомогою теплового насоса піднімається до теплообмінника. Після того, як тепло віддається теплообміннику, антифриз іде назад у резервуар.
3. А для третього способу роботи системи взагалі не потрібно обладнати ґрунтову шахту. Таке опалення із землі підійде для обігріву будівель, що мають вихід на водойму. Так, дном водоймища від теплообмінника ставляться зонди горизонтального типу і перетворюють тепло води на дні.

Переваги геотермальної системи опалення

Геотермальні системи опалення мають кілька переваг:

• Виділення теплової енергії в кілька разів більше, ніж витрата на електрику, яка потребує насоса.
• Екологічна безпека більша, ніж у інших опалювальних систем, оскільки геотермальні опалювальні системи не виробляють жодних шкідливих викидів.
• Для того, щоб геотермальна система функціонувала, не потрібне паливо або додаткові хімічні засоби. Тому вона безпечна для власників та оточення.
• У функціонуванні такого опалення немає ризику вибуху чи займання.
• За умови правильного монтажу системи опалення вона прослужить без техпідтримки як мінімум – 30 років.

Встановлюємо геотермальне опалення самостійно

Відразу відзначимо таку особливість: тим, хто зважиться обладнати опалення теплом землі, доведеться одного разу вкласти в це величезну суму. Звісно, ​​згодом ця вартість окупиться, оскільки житло ми будуємо собі не рік чи два. Крім того, щороку ціна на газ та електроенергію підвищується, а з геотермальною системою ви не дізнаєтесь, що таке ці цінові стрибки.

Зауважимо, що всередині приміщення, яке ви хочете опалити, ставляться опалювальні елементи, що нічим не відрізняються від водяного опалення. Ваше житло обігріватимуть радіатори, а тепло в них йтиме трубами.

Однак у цій системі основна її частина буде прихована під землею. Опалення енергією землі – це наявність свердловини та теплообмінника. У житлі потрібно тільки поставити прилад, який генеруватиме тепло - зазвичай він не займає багато місця.

На такому пристрої користувач зможе проводити регулювання температури та подачу теплової енергії. Встановлення самої системи опалення в житло проводиться, як завжди, - з розгалуженням трубопроводу та радіаторів. Якщо у вас приватний будинок, або сама будівля невелика, то в такому випадку генератор системи виводиться в окреме приміщення або в підвал.

Розповсюдження геотермальної системи опалення

Опалення за допомогою тепла землі почало поширюватися ще наприкінці 80-х років у містах США, які особливо тяжко переживали кризу. Спочатку таку систему застосовували заможні люди, які таким чином економили на опаленні будинку, проте незабаром система стала дешевшати, і бідніші американці зацікавилися нею. І незабаром використання тепла землі для опалення стало прерогативою більшості американців, які мали приватні будинки.У європейських країнах 20 років тому статистичні дані зазначали, що геотермальні системи опалення використовували приблизно 12 мільйонів громадян. І протягом усього цього часу ця цифра лише зросла.

Тенденції поширення геотермального опалення є зрозумілими, адже опалення за рахунок енергії землі – це зручно, економічно та безпечно.

Газова система опалення хоч і є найпопулярнішою, але з цієї ж причини щороку запаси природного газу зменшуються, вартість на нього зростає та зростає. А застосування для обігріву будинку твердого палива – це трудомістке. газ, утворюється сажа і смоли. Тому геотермальне опалення стає все більш поширеним і в Росії.

Принцип роботи геотермального опалення будинку з тепловим насосом

Способи отримання тепла з альтернативних джерел набувають великої популярності у власників будинків, винесених за межі міста. застосування обладнання.

Що таке геотермальне опалення?

Геотермальним опаленням називається система видобутку тепла з постійних джерел – землі, води.

Обладнання є кондиціонером, але зі зворотною функцією, спрямованою не на вироблення холоду, а тепла.Алгоритм теплового насоса побудований на передачі енергії від джерела з низьким потенціалом до теплоносія. Джерела низько потенційної теплової енергії – це земля або вода.

Переваги та недоліки системи

1. Постійність забезпечення та економічність. Вода і земля не промерзають нижче за певні точки, тому опалення тепловим насосом буде здійснюватися в постійному режимі, плюс виділення тепла перевищує витрати на електрику, необхідну для роботи насоса.
2. Чистота. Під час роботи обладнання не утворює шкідливих газів, шлаків. Не доведеться чистити пальники та топку – вся схема побудована на відсутності будь-яких відходів згоряння, що пояснює екологічну чистоту.
3. Зниження видатків. Окрім економії електрики, господар не витрачає гроші на закупівлю палива, хімічних речовин та рідин.
4. Безпека. Схема побудована таким чином, що вона не викликає загоряння, не виділяє небезпечних газів.
5. Тривалість експлуатації. Облаштовуючи опалення за рахунок тепла землі чи води, власник отримує схему, яка працюватиме від 100 років. Заміни вимагатимуть деякі конструкційні вузли з терміном зношування 30-50 років.
6. Відсутність шумових ефектів. У продажу є обладнання з шумом в 40 дБ (це тихіше, ніж цокання годинника), такі насоси можна ставити в будинку поруч із житловими кімнатами.

На замітку! Щоб досягти максимальної економічної вигоди, власникові доведеться ґрунтовно вкластися в обладнання, налаштування та запуск схеми в роботу. Але витрати будуть одноразовими.

До додаткових плюсів відносять розташування всіх основних вузлів системи поза будовою. Завдяки такому пристрої системи підходять для застосування в будинках невеликої площі.Також до переваг відносять можливість застосування установки не тільки для прогріву, а й охолодження приміщень – теплові насоси геотермального типу працюють незалежно від погоди на вулиці, взимку вони прогрівають теплоносій, а влітку – охолоджують, а отже можна заощадити на покупці кондиціонера.

Мінус один – великі разові витрати. Витрати пов'язані з купівлею станції, замовленням послуг майстрів на формування системи – своїми руками тут не обійтися. Також доведеться складати проект, купувати насос, матеріали для первинного контуру та створення теплової магістралі у будинку.

Джерела та принцип роботи термального опалення

Щоб отримати опалення із землі, використовується високо- та низькотемпературне джерело. Це може бути термальне джерело з гарячою водою, що трапляється нечасто, або будь-яка інша енергія, що видобувається із землі, води, повітря. Видобувається теплова енергія насосом, який монтується на поверхні, а теплообмінник системи занурюється в шахту.

Розглядаючи термальне опалення, принцип роботи якого заснований на передачі теплової енергії із землі, можна відзначити, що сталість прогріву досягається стабільністю плюсових температур у товщі ґрунту. Теплоносій зовнішнього контуру прогрівається тільки до показників довкілля грунту, потім енергія передається в тепловий насос, де акумулюється і прямує для обігріву будинку.

На замітку! Розміри теплового насоса не перевищують розмірів пральної машини. Для живлення потрібна електроенергія. На 1 кВт електричної енергії насос виробляє до 5 кВт теплової енергії, а електрокотел лише 0,09-0,99 кВт теплової енергії на 1 кВт електрики.

Види геотермальних установок

Розрізняється лише три типи установок:

• Земля-вода. Теплова енергія забирається з ґрунту за допомогою зондів, накопичується в колекторі та передається в систему опалення з рідким теплоносієм. Така схема вважається оптимальною для застосування у житлових будинках.
• Вода-вода. Тут енергія тепла видобувається з води, для чого потрібне джерело у вигляді ставка, річки, озера. Фахівці вважають, що таке геотермальне опалення будинку за принципом роботи вважається найстабільнішим за показниками температури.
• Повітря-повітря. Це системи, що нагадують кондиціонер і використовують як джерело безкоштовний і доступний ресурс – повітря. Для роботи схеми необхідні вентилятори, випарники, з'єднані в одну схему.

На замітку! Системи повітря-повітря показують високу ефективність до -15 ° С навколишнього середовища, зі зниженням температури ККД обладнання також знижується.

Варіанти розташування теплообмінників

Теплообмінник можна викладати горизонтально чи вертикально. У першому випадку укладання петель проводиться на дно водойми, в котлован, монтаж контуру виглядає як змійовик. При вертикальному облаштуванні теплообмінник занурюється у шахти чи свердловини.

Розглянемо обидва варіанти докладніше:

1. Вертикальне облаштування потребує буріння свердловин на глибину до 200 м і більше. На таких рівнях ґрунт підтримує температуру від +10 С у цілорічному режимі. Якщо облаштовується система водовода, то пробурюються дві артезіанські свердловини, з яких одна застосовується для відбору тепла, а друга – для скидання води.
2. Горизонтальне розміщення контуру не вимагає застосування спеціальної техніки для буріння, але потрібна велика площа викладення петель. Укладається трубопровід нижче точки промерзання ґрунту, для чого копаються траншеї.Для того щоб визначити площу землі для викладання контуру, потрібно площу будинку, яку слід опалювати, помножити на 3. Виходить, що для будинку в 80 м2 контур викладається на ділянці розміром 240 м2. Тому для горизонтальної викладки найпростіше використовувати водоймища, інакше буде зайнята вся земельна прибудинкова ділянка.

Важливо! Горизонтальне укладання контуру найчастіше виконується на етапі зведення будинку, при роботах з очищення прибудинкової ділянки. Вертикальний монтаж не вимагає багато місця, але доведеться бурити свердловини.

Як зробити геотермальний агрегат своїми руками?

Розібравшись, що таке опалення від ґрунту, як працює насос, варто продумати варіанти виготовлення обладнання своїми руками.

Простих способів два:

• З холодильника. Майстеру потрібно буде зняти змійовик, розташований на задній стінці агрегату. Щоб зробити із змійовика конденсатор, деталь встановлюється в міцну тару з посиленого пластику чи металу – головне, щоб матеріал переносив знижені та підвищені температури. Тепер на всю конструкцію закріплюється компресор, а як випарник використовується пластикова бочка. Систему з'єднати, оснастити схему поліпропіленовими трубами, приєднаними до опалювальної магістралі будинку, можна запускати схему в роботу.
• З кондиціонера. Тут міняються місцями блоки зовнішній та внутрішній. Випарник не буде потрібний, він вже вбудований у внутрішній модуль, а конденсатор для передачі теплової енергії стоїть у зовнішньому модулі. У систему потрібно поставити чотириходовий клапан, а для джерела тепла використовується вода, повітря.

На замітку! Якщо робити геотермальне опалення будинку своїми руками за допомогою кондиціонера, майстру може знадобитися допомога фахівця – встановлення чотириходового клапана потребує досвіду.

Теплові насоси продаються в магазині, причому фабричні вироби можуть бути оснащені додатковими функціями. Коштують насоси дорого, а враховуючи витрати на всі елементи контуру слід спробувати зробити насос з холодильника або кондиціонера. Іноді майстри розбирають старі кондиціонери, потім з деталей комплектують стандартні системи з випарником, компресором і конденсатором – схема проста, особливого досвіду не вимагає і обходиться набагато дешевше за покупний насос.

Зразкові витрати та окупність системи

Щоб видобути тепло із землі, будуть потрібні разові значні витрати. Перед тим як купувати обладнання, слід звернутися до проектувальників за складанням схеми опалення, потім проводитимуться геологічні проміри на місцевості, це потрібно для виявлення особливостей ґрунту та підбору оптимального типу обладнання. Тільки після попередніх етапів здійснюється придбання приладу, який також вибирається за потужністю, функціональними можливостями.

Устаткування в 4-5 кВт потужності оцінюється від 3000-7000 $ (від 200 000 рублів), агрегати на 5-10 кВт коштують 4000-8000 $ (від 260 тисяч рублів), якщо потрібен насос з потужністю в 10-15 кВт для опалення великих площ, то доведеться викласти 5000-10000 $ (від 325 000 рублів).

Плюс 50% від суми витратиться на роботи з монтажу, запуск системи. Кошторис на роботи виходить досить значним, проте при постійній експлуатації схеми взимку на опалення, а влітку на охолодження витрати окупаються за 5-7 років. А працює вся система щонайменше 100 років – це вигідне вкладення капіталів.

На замітку! Якщо встановити сонячні батареї, накопичувальні колектори, можна отримати автономну схему забезпечення без потреби в подачі електричного струму. Така система заощаджуватиме чималі кошти і пропрацює без техобслуговування щонайменше 30 років.