Как сделать отопление из земли

Как сделать отопление из земли в частном доме

Большинство из нас понимают, что использование в качестве топлива угля, газа и древесины не обходится бесследно для экологии. Однако, внедрение альтернативных источников энергии тормозится их высокой стоимостью и КПД, которые пока уступают традиционным. Но в последнее время производители все чаще и чаще стали обращать внимание на подобные продукты, поэтому надеемся, что в скором времени они будут более просты в установке и не такие дорогие. Сегодня рассмотрим геотермальное отопление, которое можно установить для частного дома своими руками. Вы узнаете о принципе его работы, видах, особенностях и самостоятельном монтаже.

Как происходит отопление теплом земли загородного дома

Стоит сказать, что в европейских странах и США отопление от земли постепенно становится основным источником отопления дома, но у нас пока такие системы выступают лишь альтернативой более традиционным.

Отопление дома теплом земли? Вертикальный грунтовый контур для теплового насоса

Появление и распространение

Энергия земли для отопления стала распространяться в США ближе к концу 80-х годов прошлого века в городах, тяжело переживавших кризис. Системой сразу заинтересовались состоятельные люди, которым она давала возможность экономить на обогреве жилья. Затем она стала дешеветь, и ее стал применять и более бедный класс населения. Спустя некоторое время тепло земли для отопления превратилось в прерогативу большинства владельцев частных домов. В Европе с каждым годом число домохозяйств, использующих отопление дома теплом земли, только увеличивается.

Такая тенденция распространения геотермального обогрева вполне понятна. Использование тепла земли для отопления позволяет существенно экономить семейный бюджет, оно безопасное и экономичное.

Функционирование геотермального обогрева

Его принцип работы можно сравнить с обычным холодильником, только наоборот. Земля удерживает тепло постоянно, поэтому ним можно нагревать объекты, расположенные на ее поверхности. Смысл способа в том, что изнутри планета прогревается горячей магмой, а сверху грунт не дает ей промерзать. Получаемая тепловая энергия используется геотермальной системой обогрева, основанной на специальном тепловом насосе.

Получить отопление от тепла земли можно благодаря тепловому насосу

1. Тепловой насос устанавливают на поверхности.
2. В земле бурится отверстие, в которую опускают теплообменник.
3. Проходящая через насос грунтовая вода нагревается и используется затем в бытовых и промышленных целях.

Тепло из-под земли. Программа «Чудо техники» телеканала НТВ

С помощью теплового насоса удается преобразовать 1 кВт электричества в 4-6 кВт теплоэнергии

Основным преимуществом системы является соотношение электрической энергии и получаемой мощности – 1 к 4-6 кВт. К примеру, при использовании обычного кондиционера выходит 1 к 1. Поэтому установка вполне себя сможет окупить в скором времени.

Особенности

Самостоятельное отопление дома от земли имеет определенные трудности, о которых мы расскажем ниже:

1. Начинаются они с изготовления шахтного ствола.
   Его расчет ведется отдельно для каждого конкретного случая, во внимание принимают:

• климат в данной местности;
• тип грунта;
• характеристику строения земной коры в данном регионе;
• площадь обогрева.

На фото – основу геотермального обогрева дома составляют глубинная скважина и тепловой насос

Обычно глубина варьируется в пределах 25-100 м.

1. На следующем этапе в ствол опускают трубы, которые должны поглощать тепло из недр и подавать его в насос, повышающий температуру теплоносителя в системе отопления.

Совет: работы лучше проводить с помощником, так как трубы часто бывают достаточно большой массы.

Летом отопление энергией земли можно запустить в качестве кондиционера. Для чего активируется обратный механизм. Во время работы теплообменник начнет брать охлаждающую энергию.

Виды

Для экологически безвредной и эффективной работы системы есть три основных варианта:

Грунтовые воды	В этом случае применяют для обогрева здания тепловую энергию грунтовых вод, расположенных на большой глубине. У нее достаточно большая температура, поэтому тепловой насос отопления поднимает ее и нагревает. После этого вода через теплообменник отдает основную часть имеющейся энергии.
Антифриз	Метод требует дополнительных расходов. На глубину 75 м и ниже опускается резервуар с антифризом, цена которого довольно высокая. Когда он нагреется, его тепловым насосом поднимают к теплообменнику. После отдачи тепла антифриз поступает снова в емкость.
Водоем	Данный способ не требует оборудования грунтовой шахты. Такое отопление дома от земли подходит в том случае, если есть выход на водоем. От теплообменника по дну водоема ставят горизонтальные зонды, которые помогают преобразовывать тепло воды.

Виды геотермального обогрева

Преимущества геотермального обогрева

Теперь узнаем, какими достоинствами обладают такие системы, и смогут ли они удовлетворить наши запросы:

1. Тепловой энергии выделяется в несколько раз больше, чем расход электроэнергии на работу насоса.
2. Нет вредных выбросов, поэтому отопление загородного дома от земли экологически чистый способ.
3. Для функционирования системы необходимо только электричество. Не требуется использование химических средств и топлива.
4. Во время работы нет опасности взрыва или возгорания.
5. Правильный монтаж отопительной системы гарантирует функционирование без техподдержки примерно 30 лет.

Как самостоятельно воспользоваться теплом земли для обогрева дома

Самостоятельная установка геотермального обогрева

Нужно сказать сразу, что отопление дома энергией земли потребует одномоментного большого вложения средств. Львиная доля из которых пойдет на обустройство шахтного ствола.

Совет: самая дорогая часть в тепловом насосе – компрессор. Если не хотите проблем, не приобретайте его с китайского завода.
Лучше использовать Danfoss или Copeland (желательно не из Китая).

Рекомендуем также использовать вместо радиаторов отопления систему теплый пол. Так можно снизить окупаемость оборудования в разы. Учесть следует и ежегодное повышение тарифов на традиционные энергоносители, в тоже время геотермальная система отопления дома позволит избежать ценовых скачков.

Внутри дома ничего не будет напоминать про то, что вы используете земляное отопление. Основная часть схемы – скважина и теплообменник, будут скрыты под землей. Необходимо только выделить небольшое место для прибора, к примеру, в подвале, генерирующего теплоэнергию.

Конструкция теплового насоса

Устройство позволяет производить регулировку температуры и подачу теплоэнергии. Инструкция по монтажу системы отопления в доме не отличается от традиционного способа, поэтому никаких особенностей в нем нет.

Вывод

Применение тепловых насосов позволяет избавиться от дорожающих каждый год традиционных видов топлива, хотя первоначальные затраты будут довольно большими. Монтаж геотермального отопления вполне можно проводить самостоятельно, только при установке труб в шахтный ствол желательно пригасить помощника.

Окупаемость проекта зависит от утепленности жилья, а также метода обогрева – радиаторный или теплые полы. Видео в статье даст возможность найти дополнительную информацию по вышеуказанной теме.

Источник: gidroguru.com

Как получить тепло из земли в отоплении дома?

Отопление

Тепло — это фактор, необходимый в каждом частном доме в холодное время года. Однако, если вы обладатель большого загородного дома, его отопление выльется вам в такую же большую копеечку. Но не спешите отчаиваться, ведь есть вариант обустройства экономичной системы, которая будет полностью автоматизирована. Мы говорим о том, как получить тепло из земли в преобразовать его в отопление вашего дома.

Тепло повсюду

Тепло можно отыскать повсюду, оно есть практически везде. Окружающая среда, которую люди старательно уничтожают даёт нам множество тепловых источников, одним из которых является земля. Однако, чтобы превратить данный источник в способ геотермального отопления целого дома, необходимо прибегнуть к использованию электричества.

Но с таким подходом процесс отопления будет куда экономичнее, чем простая выработка тепла от котла. Как можно применять тепло земли в отоплении частного дома? Очень просто: для этого вам понадобиться специальный аппарат – тепловой насос.

Тепловые насосы — что это такое?

Специализированное устройство, которое отнимает тепловую энергию 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 геотермальные 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 нашем случае геотермальных). 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.

Как устроена работа насоса отопления?

Первым делом, давайте разберём процесс работы данных устройств на простом примере — холодильнике. Именно он работает практически также, как и тепловой насос. Тепло из морозильной камеры выкачивается и переносится на решётку-радиатор, находящуюся на задней части холодильника. Насосы обладают таким же принципом работы, но вместо того, чтобы забирать тепло у помещения, они берут его из тепловых источников, таких как земля или воздух. После этого тепло обрабатывается и поступает в помещение. Чтобы было проще понять всю систему работы теплового насоса, давайте рассмотрим цепочку, по которой проходит тепло:

Исходное тепло из источника (земля, воздух, вода) >>> Внешний трубопровод (происходит небольшой нагрев) >>> Испаритель (тепло, которое было собрано, перемещается ко внутреннему контуру устройства) >>> Компрессор (тепло проходит процесс сжатия с целью повышения температуры) >>> Конденсатор (горячий газ обменивается с теплоносителем) >>> Приборы отопления.

Это вся цепочка, через которую движется тепло во процессе работы устройства. Она циклична, то есть повторяется. А теперь давайте разберёмся, откуда насос отопления может брать тепло.

Какие источники тепла может использовать насос отопления

В качестве факторов, производящих «тепло из земли» для отопления дома, могут выступать любые объекты, температурой свыше одного градуса (при ниже нуля так же возможно получение тепла). Почва, речные и озёрные воды, морская вода, скважина, стоки систем канализации и прочие. На самом деле, что для нашего градусника минус и отсутствие тепла, то для теплового насоса все совсем иначе. Тепло он получить и при минусовой температуре.

Подобного тепла хватает, чтобы на выходе была температура до 60 градусов. Чтобы усилить данный эффект тепловому насосу требуется правильное обустройство геотермических источников тепла.

Самый частый вариант усиления — использование геотермического зонда. Данное устройство требует бурения отверстия большой глубины — вертикальной скважины. В данное отверстие вставляется зонд со специальной жидкостью, которая необходима для теплообмена. Полученное из земли тепло передаётся насосу. Очень часто вместо вертикального зонда используется наклонный.

Это объясняется рядом причин, таких как невозможность установки вертикального зонда из-за грунта на участке. Не каждый участок позволяет делать глубокие отверстия.

Есть также варианты, которые не требуют бурения скважин, к примеру, горизонтальные грунтовые коллекторы. Они также пользуются теплом земли, но при помощи большого геоколлекторного поля, которое закладывается на глубину незамерзающего грунта.

Чтобы обеспечить насос энергией также применяется воздух с улицы. В процессе такого использования он будет выступать как источник низкого тепла. То тепло, которое будет отбираться у воздуха, поступит в насос, пройдёт через процедуру повышения температуры и попадёт в отопительную систему.

Помимо всего этого, рекомендуем вам обратить внимание на комбинированное оборудование. К такому относится смесь тепловых насосов и солнечных коллекторов. Так, если солнечного света будет хватать на полноценную работу, то коллектор полностью выполнит все необходимые функции отопления

Заключение

Тепло земли в отоплении частного дома — отличный вариант обогрева частных домов крупных размеров. Экономия, долговечность и универсальность — всё это подогревает интерес к тепловым насосам. А возможность обеспечения тепла земли в отоплении своими руками делает их ещё более привлекательными. На сегодняшний день тепловой насос — это отличное решение, которое применяется для отопления частных домов и загородных коттеджей.

Подписывайтесь так же на наш Youtube, группу Вконтакте, Яндекс Дзен. Там много полезного и интересного контента!

Источник: eurosantehnik.ru

Установка геотермального отопления для дома: стоит ли игра свеч?

Геотермальное отопление применяется для отопительной системы.

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

Обогрев дома теплом из-под земли: что это такое

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

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

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

Преимущества системы геотермального отопления:

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

Недостатки:

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

Как действует система геотермального отопления

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник: ogon.guru

Отопление из земли: сложная и простая реализации

Тема этой статьи — использование тепла земли для отопления. Можно ли брать тепловую энергию из недр?

И если да — идет ли речь исключительно о сложных и дорогих высокотехнологичных конструкциях или что-то можно сделать своими руками?

Под тонкой корой ядро планеты продолжает кипеть. Можно ли использовать это тепло на поверхности?

Предпосылки

Зачем, собственно, нужно отопление от земли? Ведь современный рынок предлагает очень много готовых решений на электричестве, газе, соляре и твердом топливе…

Все просто. Цены на энергоносители растут, значительно опережая рост доходов россиян. При этом несложно предсказать дальнейший рост по экспоненте: поскольку запасы газа и нефти подойдут к концу уже при жизни нашего поколения, их остатки будут продаваться втридорога.

Логично перейти на восполнимые источники тепловой энергии. Но какие?

Давайте оценим возможности.

• Солнце — прекрасный источник тепла. Но слишком уж непостоянный: несколько недель ясной погоды могут смениться снегом и серой пеленой над головой.
  Кроме того, ночь заставит либо аккумулировать тепло, либо использовать солнечные коллекторы отопления дома лишь как вспомогательный источник энергии.

Полезно: в теплом солнечном климате отопление на солнечных коллекторах в принципе работоспособно, но при огромной их площади и при наличии емкого теплоаккумулятора.
Впрочем, резервный источник тепла на случай длительной непогоды все равно нужен.

• Ветер тоже слишком непостоянен. Кроме того, не везде его можно использовать: долины и складки рельефа создают много областей с постоянным штилем.

А вот отопление дома теплом земли, с помощью геотермальной энергии такой проблемы не имеет. На глубине от метра до пяти-шести грунт везде и всегда имеет постоянную температуру, которая растет с увеличением глубины.

Глубина промерзания, однако, сильно различается в зависимости от региона.

Геотермальный насос

Каким же образом можно использовать тепло земли для отопления?

Готовые решения существуют уже пару десятилетий. Это геотермальные тепловые насосы для отопления дома. Как они устроены?

Представьте себе, как работает холодильник.

• Газообразный хладагент сжимается компрессором, сильно нагреваясь при этом.
• Затем он прогоняется через теплообменник, рассеивая избыточное тепло и охлаждаясь до комнатной температуры.
• Остывший хладагент поступает в контур охлаждения морозильной камеры, где расширяется и, как любое вещество при изменении агрегатного состояния с жидкого на газообразное, резко остывает при этом и… остужает пространство вокруг себя.
• Затем хладагент снова поступает к компрессору для сжатия — и далее по кругу.

Нам любопытны два факта:

1. Холодильник способен отобрать тепло у холодного объекта и отдать его теплому. В данном случае тепло переносится от морозилки с ее -18С к воздуху комнаты.
2. Количество перекачиваемой тепловой энергии в несколько раз больше энергозатрат на работу компрессора.

А теперь подставьте на место морозилки грунт на небольшой глубине с его постоянной температурой — и вы получите рабочую модель геотермального теплового насоса. Заметьте — большей частью им используется именно энергия земли для отопления вашего дома. Затраты на электричество покрывают не больше 30 процентов его тепловой мощности.

Отопление дома от земли ассоциируется, прежде всего, с геотермальными насосами.

Понятно, что земляное отопление нуждается не только в радиаторе для отдачи тепла, но и в теплообменнике на второй стороне контура, который будет отбирать тепло у грунта. Каким он может быть?

Вертикальный коллектор

Чаще всего переносом тепла занимаются погруженные на глубину нескольких десятков метров вертикальные зонды. На небольшом расстоянии от дома бурится несколько скважин, в которые погружаются трубы (как правило, из сшитого полиэтилена). Большая глубина означает абсолютно стабильную и высокую температуру; кроме того, при этом теплообменники не требуют для размещения большой площади.

Существенный недостаток, который имеет отопление дома энергией земли в такой реализации — высокая стоимость работ по монтажу. Точнее, цена бурения: она начинается от 2000 рублей за погонный метр скважины. Суммарную стоимость 2-4 скважин глубиной 50-60 метров посчитать несложно.

Горизонтальный коллектор

Однако в тех регионах страны, зима в которых не слишком сурова, а глубина промерзания грунта не превышает метра — полутора, часто применяются горизонтальные коллекторы. Те же трубы-теплообменники укладываются в траншею, которую несложно выкопать самому. Понятно, что стоимость монтажа при этом многократно снизиться.

Обратите внимание: не стоит недооценивать масштаб работ. К примеру, общая длина труб коллектора для дома площадью 275 м2 составит примерно 1200 метров.

Помимо мозолей от лопаты, отопление теплом земли в такой реализации сулит вам еще одну проблему. Под коллектор будет занята большая площадь, многократно превышающая суммарную площадь дома. Причем использовать ее под огород или сад вы не сможете: корни растений будут заморожены коллектором.

На фото — укладка горизонтального теплообменника.

Воздушный коллектор

К счастью, помимо геотермального теплового насоса отопления дома стоимостью в десятки тысяч вечнозеленых единиц можно найти и другие способы реализовать отопление загородного дома от земли. Один из простейших — воздушный земляной коллектор.

Вспомните: чтобы нагреть воздух до приемлемого в жилом помещении, нужно определенное количество тепловой энергии. Причем, чем ниже начальная температура воздуха — тем больше затраты.

А ведь повысить температуру воздуха на входе вентиляционной системы можно абсолютно бесплатно. Постоянная температура грунта, помните?

Инструкция, позволяющая использовать отопление энергией земли, предельно проста:

• Выводим воздухозабор вентиляции в грунт ниже точки промерзания.
• Прокладываем обычными канализационными трубами прямой, изогнутый или многотрубный коллектор. Форма определяется вашим приусадебным участком. Ориентировочная суммарная длина коллектора — 1,5 метра на квадратный метр площади дома.
• Воздухозабор делаем на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту не меньше полутора метров от земли и снабдив ее зонтом-дефлектором. Понятное дело, нагнетать воздух в дом придется принудительно.

Не обольщайтесь: описанное отопление от тепла земли не решит ваши проблемы с тепловой энергией полностью и бесплатно.

Но оно позволит вам реализовать одну из простых и недорогих схем:

• Поступающий воздух с температурой около 10С может подогреваться любым калорифером (электрическим, газовым, соляровым и т.д.) и разводиться по комнатам вентканалами. Затраты по сравнению с необходимостью нагревать холодный уличный воздух снизятся многократно.
• Альтернативное решение — использовать нагнетаемый из-под земли воздух для обдува внешнего блока теплового насоса «воздух-водух» или обычного кондиционера. При +10С сможет эффективно работать ЛЮБОЙ внешний блок любого устройства этого класса. Основная техническая проблема — обеспечить требуемый воздушный поток.

Именно такую схему мы здесь и видим. Воздух отбирает тепло у грунта и поступает к тепловому насосу, а затем отводится за пределы дома.

Заключение

И напоследок — немного личного опыта. Автор статьи живет в частном доме, в регионе с довольно теплым климатом. Под домом — подвал с бетонированным полом площадью 75 м2, имеющим круглый год температуру в те самые 10-12 градусов. Понятно, что при такой площади теплообменника и температура воздуха в подвале довольно стабильна.

Один из отопительных приборов в доме — обычный бытовой кондиционер с внешним блоком в подвале и внутренним на первом этаже. В результате такого расположения даже при температуре на улице заметно ниже нуля кондиционер работает с максимальной эффективностью, отбирая тепло у воздуха в подвале и далее — у грунта.

Внешний блок сплит-системы традиционно расположен на улице. Однако если в вашем подвале стабильная температура — почему не перенести его туда?

Как обычно, некоторое количество дополнительной информации вы сможете найти в прикрепленном к статье видео. Теплых зим!

Советуем прочитать

Типы
источника нагрева

Типы теплоносителя

Циркуляция

Разводка

Верхняя
• НижняяКомбинированнаяГоризонтальнаяВертикальная

Где

Операции

Элементы

Котлы

Источник: otoplenie-gid.ru

Геотермальное отопление дома. Как правильно выбрать и расчет стоимости под ключ

Ускорившееся строительство собственных домов в стране, постоянное изменение цен на основные энергоносители вызвали появление альтернативных источников энергии, в том числе, на возобновляемой основе. Один из видов – это применение методов геотермальной энергетики.

Основные составляющие систем геотермального отопления

Принцип извлечения тепла, использующегося для обогрева здания, основан на отборе геотермальной энергии из земли, воды или окружающего воздуха. Тепло там накапливается в тёплый период года и отдаётся в холодное. Процесс обмена энергиями осуществляется посредством теплового насоса.

Способ нагрева

Работу теплового насоса и всей системы обогрева можно рассмотреть на принципе функционирования холодильной установки – так, рука, поднесённая к задней стенке холодильника на несколько секунд, ощущает тепловые потоки, исходящие от змеевика.

Цепочка обмена энергией выглядит:

• продукты с положительной температурой, размещенные внутри холодильного агрегата, охлаждаются, отдавая своё накопленное тепло внутрь полости морозильной камеры;
• нагретый воздух, в свою очередь, производит теплообмен со стенками холодильной камеры;
• энергоноситель, в данном случае, фреон, циркулирующий по трубкам, вмонтированным в корпус, полученное тепло переносит на внешний змеевик;
• система рассеивает избыток тепла в окружающее пространство, а охлаждённый фреон проходит до компрессора, где расширяется и снижает свою температуру до определённых отрицательных значений и цикл повторяется снова.

Если заменить «продукты» на «землю», то получается система обогрева дома, но в значительно увеличенных размерах. При этом можно заметить, что единственный, внешне подведённый источник дополнительной энергии, — это электричество, необходимое для работы компрессора.

Отсюда следует вывод, что энергоэффективность всей тепловой системы определяется количеством затрат на не восполняемую часть энергии, в случае с тепловым насосом, — это электричество, необходимое для его функционирования.

Источником тепла, получаемого от солнца, выступают земля, вода из водоёма или окружающий воздух. В последнем случае, термальное устройство целесообразно устраивать в районах с положительными круглогодичными температурами.

Энергоэффективность геотермальных тепловых насосов

В упрощённом виде система геотермального отопления здания представляет собой три независимых контура, по которым циркулирует теплоноситель:

1. Внешний контур, вынесенный за пределы здания, переносит тепловую энергию, взятую от окружающей среды.
2. Средний – расположен в корпусе насоса и служит для передачи внешней энергии на внутреннюю обогревательную систему. Носитель, проходя испаритель, передаёт 4–8°C тепла низкокипящему хладагенту, отчего последний вскипает, переходя в газообразное состояние. При сжимании в компрессоре, газ переходит в жидкость, при этом выделяется теплота, разогревающая фреон до температуры 70–100°C.
3. Внутренний контур – это собственно отопительная система здания, получающая тепло от разогретого фреона.

Примерную тепловую мощность насоса можно рассчитать по формуле:

• Q = J/t*(T1-T2)*L, в Vt,

где J, — удельная теплоёмкость воздуха в Дж/м³К (при 22°C равна 1205);

t — время нагрева за один час, равное 3600;

T1-T2, — разность температур теплоносителей в градусах Цельсия;

L, — объём обогреваемого помещения в м³.

С подставленными известными коэффициентами формула примет вид:

Пример:

1. Здание с помещениями из жилых комнат 12м², 15м² и 20м², кухни-столовой 16м², коридора и сантехнических помещений общей площадью 30м² со средней высотой потолка 2,8м имеет внутренний объём 260м³. Тогда для нагрева в течение часа до температуры 25°C, с входящими значениями теплоносителя, равными 5°C, понадобится:

• Q = 0,335*(25 — 5)*260 = 1742Вт.

2. Примерное соотношение затраченной электроэнергии на работу теплового насоса и полученной тепловой энергии составляет 1 к 5.

То есть за один час работы компрессора будет расходоваться:

• 1742Вт/5 = 348,4Вт.

3. За один месяц в 30 дней затраты электроэнергии составят:

• 348,4Вт*24час*30дней/1000 = 250,85кВт

4. Стоимость:

• 250,85кВт*2,50руб/кВт* = 627 рублей/ месяц.

Полученные данные – это чисто теоретические значения, не учитывающие ряд факторов:

• здание должно быть хорошо утеплено;
• существуют потери через стены, потолок, двери, окна, вентиляцию;
• в конструкции теплообменников необходимо применять материалы с высоким коэффициентом теплопередачи;
• не учтена сезонность;
• имеется ли возможность дополнительного расхода горячей воды для бытовых нужд;
• в работу подземных контуров могут быть оказаны влияния со стороны подземных вод и другие явления.

Поэтому, при реальных расчётах, требуется закладывать повышающий коэффициент непредвиденных расходов, равный 1,2–1,5. Для приведённого выше примера, реальные затраты на электроэнергию составят 300–375 кВт/мес. (750–937,5 руб/мес.).

Как выбрать геотермальной тепловой насос?

Кроме текущих расходов, перед организацией такого вида отопления, целесообразно рассчитать необходимую мощность оборудования, — это понадобится для выбора насоса и комплектующих.

Как видно из вышеприведённых расчётов, определяющий фактор – это внутренний объём обогреваемого здания, а, точнее, объём необходимых для обогрева помещений. Для поддержания небольшой положительной температуры (5–10°C) в зимнее время во вспомогательных помещениях, мощность оборудования можно увеличить на 10–15%.

Увеличенная мощность теплового насоса, может дать дополнительный источник горячей воды для бытового использования, — на кухне или в ванной комнате.

После анализа всех возможных затрат тепловой энергии внутри дома, рассчитывается минимальная требуемая мощность оборудования. Целесообразно заложить добавочный коэффициент прочности в диапазоне 1,2–1,25.

Большинство производителей производят тепловые насосы с шагом изменения мощности в пределах 10–20%, поэтому особых затруднений выбор оборудования не составит.

Тепло из земли

Большинство систем геотермального отопления получает тепло из земли, накопленное там за период тёплого времени. Для этого трубы, в которых циркулирует низкокипящий теплоноситель, заглубляют в грунт.

При наличии свободной площади на участке применяется горизонтальная укладка, в противном случае внешний контур погружается в вертикально пробуренные скважины.

Горизонтальная укладка

При устройстве горизонтального контура, необходимо учесть глубину промерзания почвы. Для большей части европейской России, Южного и Среднего Урала, части юга Сибири, а также Приморского края эти показатели не превышают 2–2,5 метров. Как правило – эта глубина составляет 0,6–1 метр.

Труба под внешний теплоноситель укладывается в предварительно прорытые траншеи, глубиной 1,5–2,0 метра. К концу холодного сезона температура там не опускается ниже +1– -1°C, что вполне достаточно для образования перепада в 4–5°C.

Это позволяет поддерживать комфортный климат в помещении со значениями 20–25°C. Средняя длина труб составляет около 500 метров и её длины хватает для отопления дома площадью 250–350м².

Расчёт необходимых потребностей в размерах коллектора осуществляется из соотношения 20–25Вт с одного метра трубы. Зная полезную тепловую мощность можно определить длину заглубленного контура. Для вышеприведённого примера, с учётом коэффициентов теплопередачи, размеры трубы составят не менее 300–350 метров.

Объём земляных работ значителен, поэтому целесообразно воспользоваться услугами стороннего траншеекопателя. В случае перекрещивания коллектора со сточной системой, последнюю можно углубить на 30–50 см ниже, нежели основная траншея.

С целью повышения эффективности системы отопления и нехваткой свободной площади устраиваются многоуровневые контуры. То есть применяются несколько рядов, расположенных по высоте на 70–100см друг от друга.

Вертикальная укладка

Такая система используется при ограниченных свободных площадях, но она более эффективна, нежели горизонтальная система. Впрочем, все полезные результаты могут быть сведены на нет более дорогим монтажом. Система может использовать погружные зонды или водозаборные скважины.

Зонды

В грунте выполняются две или более вертикальные скважины, в которые опускаются внешние контуры, — по одной трубе течёт отработанный теплоноситель, по другой, — подогретый теплом земли. Глубина скважин может достигать 40–70 метров.

Эффективный отбор тепла достигает в среднем около 50–55Вт, что почти в 2 раза больше по сравнению с горизонтальным контуром. Но конструкция коллекторов более сложна, например, применяется коаксиальная труба, — это одно изделие меньшего диаметра находится внутри другого.

Необходимо соблюдать герметичность. Все трубы требуется теплоизолировать, система обрастает различной арматурой.

Скважины

В этом случае используется забор тепла от подземных вод, что значительно повышает тепловую эффективность системы отопления. Это происходит благодаря более высокой температуре влаги и значительному коэффициенту теплообмена.

При такой системе геотермального отопления необходимы минимум две скважины, — одна – заборная, другая – сбросовая. Понадобятся скважинные насосы, и, соответственно, дополнительная энергия для их питания. Кроме этого, с целью предотвращения замораживания воды, целесообразно использовать предохранительный теплообменник.

При выборе этого способа понадобится периодически, — один раз по истечении сезона менять рабочие скважины местами. Для этих целей необходимо запастись ещё одним скважинным насосом.oes here

Большой плюс этой системы – минимальное количество земляных работ и большая теплоотдача.

Повысить эффективную отдачу тепла можно применив солнечные коллекторы, которые нагреваясь в солнечную погоду, могут передавать дополнительное тепловую энергию для нагрева грунта.

Стоимость геотермального отопления и цена его монтажа

Общие капиталовложения в систему отопления складываются из нескольких частей:

• цена теплового насоса;
• цена комплектующих;
• монтаж и пусконаладочные работы;
• текущие затраты на электроэнергию в течение отопительного сезона.

Цена теплового насоса

На рынке России представлена продукция импортного и отечественного производства:

1. Henk, — отечественный производитель, расположенный в Подмосковье. Представляет линейку тепловых насосов различной мощности и производительности. Число выпускаемых моделей доходит до 82 шт. Цена на продукцию начинается с 243000 рублей.
2. Mammoth, — производитель из США. Поставляет на рынок России около двух десятков насосов. Стоимость от 2800 долларов.
3. NIBE, — шведская компания. Цена на грунтовые модели исходит от 485000 рублей.
4. Waterkotte, — немецкая фирма. Стоимость комплекта из насоса и блока для ГВС начинается от 680000 рублей.

Цена комплектующих

В состав комплектующих геотермальной системы отопления входят (основные элементы):

1. Полипропиленовая труба для внешнего контура Ø32 или 40мм. Средняя цена за метр начинается с 35 рублей.
2. Труба для «тёплого» пола из сшивного полиэтилена диаметром 16мм со стоимостью от 45 руб/м.
3. Антифриз и тосол в качестве теплоносителей. Цена на первый 100–180 руб/литр, на второй 100–200 руб/литр.

Кроме этого, необходимы различные краны, клапаны, теплоизоляторы для труб и другое.

Стоимость монтажных работ

Основные и существенные затраты при укладке внешнего контура – это производство земляных или бурильных работ. Траншею глубиной до 1,5 метров и длиной до 300 метров можно выполнить своими силами с помощью, например, гастарбайтеров или «деревенского» тракториста.

С укладкой труб и засыпкой общая стоимость внешних работ составит 120000–240000 рублей. То же самое, но с бурением, может увеличиться до 250000–600000 рублей.

Услуги по оборудованию геотермального отопления под ключ

Список некоторых фирм и их услуг:

1. Геометро, — на рынке с2006 года. Стоимость отопления под ключ начинается с 400000 рублей. Работают с американскими тепловыми насосами Mammoth.
2. Теплодаром, — обеспечивает полное комплектование дома отопительной системой. Например, стоимость «под ключ» для дома полезной площадью 120м² составит 550000 рублей.
3. Геотепло, работают с несколькими производителями тепловых насосов. Цена монтажных и пусконаладочных работ начинается с 580000 рублей.

Как не получить иллюзии теплового насос?

Одна из основных причин – это снижение стоимости как оборудования, так и монтажных работ. Если с насосом дела по экономии обстоят сложнее, — единственный путь, занизить мощность, то с работами гораздо проще:

• можно выполнить траншею не той глубины или (и) малой длины;
• пробурить скважину недостаточной глубины;
• использовать некачественные трубы или другого диаметра;
• вмешательство в конструкцию зонда и другие подобные причины.

Применение геотермального отопления сулит существенные выгоды в процессе эксплуатации, — экономия на внешних источниках энергоносителей и почти полная независимость от электроэнергии, но требует значительных начальных инвестиций.

Источник: ekopower.ru