Геотермальное отопление: что это такое, принцип работы системы и варианты для частного дома за счет тепла земли, отзывы владельцев

Классификация по конструкционному типу

По виду:

однотрубная. Такая система отопления подойдет для загородного дома площадью до 100 м 2. Труба укладывается по периметру помещения, а от нее ответвляется необходимое количество радиаторов;

двухтрубная. Такая система отопления подойдет для загородных домов площадью свыше 100 м 2. К радиатору подводятся две трубы – одна служит для приведения, а вторая – для отведения теплоносителя.

По способу подачи воды:

естественная. Теплоноситель движется по трубам за счет увеличения или уменьшения плотности в зависимости от температуры;

принудительная. Нагретый до необходимой температуры теплоноситель направляется к радиаторам, где отдает свою энергию, охлаждается и вновь поступает в котел для нагревания.

По способу прокладки труб:

открытый. Производится в загородных домах с деревянными перекрытиями при помощи специальных крепежных клипс;

скрытый. Производится внутри стен дома либо в стяжке пола.

По способу подводки труб:

плинтусный. Трубы устанавливаются внизу вдоль стен в пластиковом коробе;

коллекторный. Трубы от котла прокладываются к радиаторам под полом. Для работы данной системы отопления необходимо установить .

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Тепловые насосы — что это такое?

Специализированное устройство, которое отнимает тепло у земли или других природных источников, усиливает и переносит в дом, называется тепловым насосом. Сегодня такой вид отопления получил широкое распространения среди загородных коттеджей или больших частных домов в черте города. Почему именно тепловые насосы? Есть ряд преимуществ, которые подталкивает обывателей к использованию данного аппарата. Давайте их разберём:

Экономичность — насос не требует большого количества электричества, что делает его работу достаточно экономичной. Это отличный вариант сэкономит средства при отоплении крупных объектов. Кроме того, само устройство не является капризным, поэтому не будет требовать от вас дополнительных вложений, что даёт ещё один плюс к экономичности; Лёгкость монтажа. Устройство можно установить на любой местности, и с самой установкой сложностей быть не должно. В качестве источника тепла можно выбрать грунт, воду или даже воздух. Подробнее об этом мы поговорим ниже; Универсальность — большинство моделей тепловых насосов способны не только обогревать помещение в холодное зимнее время года, но и охлаждать жарким летом. Это большой плюс, так как вы можете сэкономить на установке кондиционера и решить сразу две проблемы с помощью покупки одного устройства
Но обратите внимание, что не все модели обладают подобной функцией, поэтому стоит внимательно изучать характеристики аппарата перед покупкой; Долговечность — устройство, которое было правильно установлено и получает должный уход, способно обеспечить 20 — 30 лет успешной работоспособности. Согласитесь, это довольно много
Не каждая система отопления сможет проработать такое большое количество времени без замены каких-либо материалов; Экологичность — устройство полностью безопасно для окружающей вас среди

Это очень важно для тех, кто хочет обеспечить свой загородный участок плодотворной почвой и засадить растительность; Возможность использования аппарата даже в местах, где нет электричества. Для этого можно установить бензиновый генератор; Бесплатный источник тепла

Как мы уже сказали, источником могут выступить земля, вода или воздух; Автоматический процесс работы. Насос будет самостоятельно обогревать или охлаждать помещений, от вас никаких действий не требуется.

Список преимуществ устройства довольно большой, что уже говорит о целесообразности его приобретения. Но если вы всё же сомневаетесь, стоит ли выбирать именно вариант получения тепла из земли в отоплении частного дома, можете ознакомиться с отзывами о тепловых насосах. В теории вы можете сделать все своими руками, но лучше все же довериться специалистам. А теперь давайте поговорим об устройстве и принципе работы теплового насоса.

Внутренний и внешний виды земляных контуров

Основа системы — тепловой насос, подключенный к двум контурам: внешнему и внутреннему.

Внутренний контур состоит из труб и радиаторов, передающих энергию нагретой воды в помещение. Их может дополнять подогрев полов.

Внешний контур — система, занимающаяся подачей тепла к внутреннему. По контуру циркулирует вода, дополненная незамерзающим компонентом. В геотермальном отоплении жидкость называется теплоносителем. Так теплоноситель поступает в тепловой насос, нагреваясь за счет повышения давления. Прогретая жидкость поступает во внутренний контур, передавая тепло в помещение. Затем остывшая вода уходит на глубину, где прогревается. Таким образом, цикл повторяется.

Устройство геотермальной отопительной системы

Геотермия (наука о тепловом состоянии Земли) сделала возможным практическое применение тепловой энергии, которую земная кора получает от раскаленной магмы в центре планеты.

Специально разработанный тепловой насос для отопления дома устанавливается на поверхности, а в грунте или на дне водоема монтируется теплообменник. Тепловая энергия «выкачивается» на поверхность и позволяет нагреть теплоноситель в контуре отопления дома или объекта нежилого назначения.

Как происходит процесс обогрева

Геотермальное отопление частного дома — экономически эффективный вариант. Если использовать энергию земли для отопления дома, то на каждый киловатт электроэнергии, необходимой для работы оборудования, приходится от 4 до 6 кВт полезной тепловой энергии, полученной из недр планеты.

В сравнении с функционированием кондиционера увидим, что при его эксплуатации на получение 1 кВт тепловой энергии требуется затратить более 1кВт электроэнергии. Это связано с неизбежными потерями на преобразование одной энергии в другую и т.д.

Отапливать жилой дом за счёт тепловой энергии земных недр очень выгодно, но период окупаемости оборудования и затрат на монтаж займет определенное время.

Использование тепла земли для отопления дома не требует установки традиционного котла для нагрева теплоносителя.

В данном случае система состоит из трех составляющих:

• контур нагревания — геотермальный источник тепловой энергии;
• отопительный контур внутри дома — низкотемпературный радиаторный либо напольный;
• насосная станция — тепловой насос для перекачивания в отопительный контур тепловой энергии из контура нагревания в толще грунта или под водой.

Геотермальная система отопления может применяться также для обогрева теплиц, вспомогательных построек, воды в бассейне, садовых дорожек и т.д.

Варианты обустройства геотермального отопления

Способы обустройства внешнего контура

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

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

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

Кроме него учитываются такие факторы:

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

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

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

Горизонтальная схема геотермального отопления

Горизонтальное расположение наружных труб

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

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

Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:

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

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

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

Вертикальная схема геотермального отопления

Вертикальная геотермальная система

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

Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная

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

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

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

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

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

Преимущества и минусы

Если в России геотермальное отопление частного дома получило небольшое распространение, значит, эта идея не стоит затрат на реализацию? Применение системы геотермального отопления дома является выгодным решением. И на это есть множество причин:

• моментальный монтаж оборудования, которое может долгое время функционировать без сбоев. Если применять в отопительной системе антифриз высокого качества, то вода не будет замерзать, а износ будет минимальным;
• исключается процесс сжигания топлива. Получается полностью пожаробезопасная система, которая на момент использования не наносит вреда жилью;
• исключаются другие моменты, связанные с наличием топлива: не нужно искать место для его хранения, заготавливать и осуществлять доставку;
• акустический комфорт. Тепловой насос функционирует без звуков;
• экономическая выгода. На момент использования системы не нужны дополнительные вложения. Ежегодный обогрев осуществляют природные силы, за которые люди не платят деньги;
• экологическая составляющая. Геотермальное отопление частного дома является экологически безопасным решением. Отсутствие процесса горения предотвращает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это поймут многие и такая система получит общее распространение, отрицательное воздействие людей на природу намного снизится;
• компактность установки. Вам не придется искать в своем доме специальное место для установки или организовывать котельную. Все, что требуется – это тепловой насос, который можно разместить в подвале. Объемный контур устройства будет находиться под землей или водой, на поверхности участка его не будет видно;
• многофункциональность. Система может функционировать в качестве отопления в холодное время года, так и в качестве охлаждения летом. Она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер. Покупка геотермальной отопительной системы экономически выгодна, несмотря на то, что придется выложить кругленькую сумму за покупку и установку систему.

Единственным минусом считается наличие расходов, с которыми придется столкнуться при установке системы и подготовки ее к работе. Необходимо будет приобрести насос и некоторые материалы, сделать монтаж внешнего коллектора и внутреннего контура.

Но все эти затраты окупаются в течение нескольких лет. Последующее применение уложенного в землю или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить намного больше средств. Сам процесс установки не настолько сложен, чтобы обращаться за помощью к сторонним специалистам. Если не делать бурение, то все остальное можно сделать своими руками.

Монтаж системы

Геотермальное отопление загородного дома на этапе обустройства требует солидных денежных вложений. Высокая итоговая стоимость системы во многом обусловлена большим объемом земельных работ, связанных с монтажом контура нагревания.

С течением времени финансовые затраты окупаются, поскольку используемая в отопительный сезон тепловая энергия извлекается из земных глубин с минимальными затратами электроэнергии.

Монтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления

Для обеспечения отопления дома теплом земли необходим монтаж системы

• основная часть должна располагаться под землей или на дне водоема;
• в самом доме устанавливается только достаточно компактное оборудование и прокладывается контур радиаторного или напольного отопления. Оборудование, расположенное внутри дома, позволяет регулировать уровень нагрева теплоносителя.

Как выглядит геотермальное оборудование в доме При проектировании отопления за счет тепла земли, необходимо определиться с вариантом монтажа рабочего контура и типом коллектора.

Различают два типа коллекторов

1. Вертикальный — погружается в грунт на несколько десятков метров. Для этого на небольшом расстоянии от дома требуется пробурить некоторое количество скважин. В скважины погружается контур (самый надежный вариант — трубы из сшитого полиэтилена).
2. Недостатки: Большие финансовые затраты на бурение в грунте нескольких скважин глубиной от 50 метров.

   Преимущества: Подземное расположение труб на глубине, где температура грунта отличается стабильностью, обеспечивает высокую эффективность работы системы. Кроме того, вертикальный коллектор занимает небольшую площадь земельного участка.

3. Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
4. Недостатки: Необходимость использования большой площади участка (основной недостаток). Этот участок земли после укладки контура невозможно использовать под сад или огород, так как система работает с выделением холода при транспортировке хладагента, из-за чего корни растений будут перемерзать.

   Преимущества: Более дешевые земельные работы, которые можно даже выполнить своими силами.

Горизонтальный и вертикальный тип коллектора Геотермальную энергию можно добывать, если уложить на дне непромерзающего водоема горизонтальный геотермический контур. Однако, это сложно осуществить на практике: водоем может быть расположен за пределами частной территории и тогда установку теплообменника нужно будет согласовывать. Расстояние от отапливаемого объекта до водоема должно составлять не более 100 метров.

Варианты лучших геотермальных насосов

Выбор типа насосного оборудования — не последняя необходимость, о которой нужно знать при попытке организовать отопление дома теплом земли. В этом разделе рекомендуем изучить наиболее распространённые и высокоэффективные агрегаты от именитых брендов

Обратить внимание следует на производителей:

• Viessmann. Насосы этого бренда отличаются высокой производительностью — примерно до 290 кВт, а также способны нагревать теплоноситель до 60 градусов. Традиционно в ней имеется встроенная накопительная емкость. Среди продуктов выделяют модель Vitocal 300-G/W Pro. Именно она адаптирована под суровый зимний климат.
• Vaillant. Устройства этого производителя отличаются средней производительностью, достигающей 46 кВт. Кроме того, они довольно неплохо прогревают теплоноситель — до 60 градусов.
• Stebel Eltron. Оборудование этой компании можно адаптировать для установки в вентиляционные системы во время летнего сезона. Максимальная производительность установок достигает 98 кВт. Слишком большой ассортимент агрегатов, поэтому если отдали предпочтение этому производителю, тогда обратитесь к специалисту для подбора оптимального агрегата.

Оборудование для геотермального отопленияИсточник resant.ru

Можно сделать вывод, что обойтись можно и лишь геотермальным отоплением при условии правильно выбранной насосной станции.

Геотермальное отопление большой мощности для промышленных помещенийИсточник resant.ru

Отзыв об отоплении дома теплом земли.

Заключение

Геотермальное отопление — это удачный альтернативный вариант другим системам. Для его организации нужно только соответствующее разрешение и правильная планировка составляющих. Взамен укомплектованное отопление порадует теплом, а возможно и приятной прохладой в летний период.

Принцип работы геотермальных систем

Принцип действия теплового насоса. Нажмите для увеличения.

Отопление за счет тепла земли — это уже давно не миф, а распространенная практика.

Геотермальные системы отопления могут работать по принципу физической передачи тепловой энергии от окружающей среды к хладагенту.

Подобный процесс наблюдается и в работе обычного холодильника.

Больше чем 75% всего объема тепла, которое может выделяться при работе системы, исполняющей отопление дома теплом земли, являет собой энергия окружающей среды.

Эксперты обращают внимание на то, что именно такой вид энергии имеет удивительную способность к самовосстановлению, поэтому геотермальная система отопления не наносит абсолютно никакого вреда или ущерба энергетическому или же экологическому балансу окружающей среды и нашей планете

Система отопления имеет одно важное достоинство — она является абсолютно безопасной для использования

Система отопления имеет одно важное достоинство — она является абсолютно безопасной для использования

Оборудование, которое не займет много пространства.

Отопление частного дома теплом земли стало активно внедряться совсем недавно. Основной причиной возникновения таких систем отопления для частных домов специалисты называют энергетические кризисы, которые нередко появлялись в 70-х годах 20-го столетия.

Поначалу отопление энергией земли считалось роскошью, поэтому только самые богатые и элитные семьи могли позволить себе абсолютно инновационную систему отопления дома.

Далее, в связи с активным развитием науки, техники и появлением совершенно новых технологий, геотермальные системы обогрева приобретали все большее распространение, а стоимость их монтажа и обслуживания — снижалась.

Тепловой насос занимает достаточно мало места в Вашем доме. Нажмите для увеличения.

Сегодня небольшая семья даже со средним достатком может позволить себе установить систему для обогрева дома без серьезного нарушения своего семейного бюджета. Современное геотермальное оборудование качественно улучшено и модернизировано.

Усовершенствование систем происходит и по сей день, так как создание новых агрегатов приводит к уменьшению расхода энергии и большей экономии.

На качественно новом уровне осуществляется функционирование подобных отопительных систем, ведь новое и необычное топливо, такое как энергия земли, используется для кондиционирования, и обогрева частного дома.

Ведь именно такая энергия может создавать уютные, комфортабельные и оптимальные условия для жизни каждого человека, не загрязняет окружающую среду вредными и негативными веществами, как это происходит во время сгорания торфа, угля или газа.

Геотермальное отопление может легко работать и обходиться без любых процессов сгорания, поэтому владельцам не стоит беспокоиться о таком вопросе, как возгорание и взрыв системы, она полностью безопасная в эксплуатации.

Как это работает?

Монтаж системы геотермального отопления начинают с устройства наружного контура – длинного трубопровода, погруженного в грунт или водоем вне пределов дома. Этот контур заполняется рабочей жидкостью – водой или антифризом, которая за счет постоянной циркуляции осуществляет сбор имеющегося в окружающей среде тепла и доставку его к тепловому насосу.

В тепловом насосе также циркулирует рабочее вещество, называемое хладагентом, только здесь оно пребывает то в жидком, то в газообразном состоянии. Чаще всего применяется фреон, но может использоваться и другой газ.

Замкнутый маршрут, по которому движется хладагент, состоит из трех элементов:

• камера испарителя;
• компрессор;
• камера высокого давления.

Как известно, температура любого газа увеличивается по мере его сжимания и падает при расширении.

Именно на этом физическом законе основана работа теплового насоса. Испаритель и камера высокого давления включены в состав теплообменников: первый омывается жидкостью, циркулирующей в наружном контуре; вторая – водой из системы отопления или ГВС.

Вот что происходит в ходе работы теплового насоса:

1. Поступающий в испаритель хладагент, увеличиваясь в объеме, остывает, вследствие чего происходит теплообмен между ним и более теплой жидкостью из наружного контура.
2. Слегка подогретый газ (с температурой в пределах 10 градусов) нагнетается компрессором в камеру высокого давления.
3. Температура сжатого фреона, пребывающего в камере высокого давления, значительно увеличивается (по заявкам производителей – до 70 градусов), что обуславливает теплообмен между ним и водой, циркулирующей в системе отопления или ГВС. Последняя доставляет полученное тепло к радиаторам или водоразборным кранам.
4. Через специальный клапан хладагент из камеры высокого давления поступает в испаритель, где снова расширяется и остывает. Весь процесс повторяется по новой.

Особенности геотермального отопления дома

Геотермальное отопление — вид отопительной системы, в которой энергия берётся из земли.

Такую систему можно соорудить собственноручно, по этой причине они популярны в Европе, а также средней полосе России. Но некоторые считают, что это мода, которая в скором времени пройдёт.

Такой аппаратурой трудно нагреть большие помещения, потому что температура почвы в местах, где расположены теплообменники, как правило, составляет 6—8 °C.

Но, особо дорогая аппаратура, предназначенная для производственных масштабов, способна вырабатывать большое количество энергии. Только приборы такого типа имеют огромную стоимость.