Тенденции распространения системы
Широкое использование геотермального оборудования началось в конце восьмидесятых в американских городах, которых особо подверглись кризису.
Поначалу её использовали состоятельные граждане, которые пытались таким образом сэкономить на теплообеспечении дома, но в скором времени установка стала значительно дешевле и ее стоимость смогли позволить американцы беднее.
Через некоторое время на эту систему обогрева перешло преимущественное количество американцев, которые проживают в частных домах.
Эти тенденции вполне понятны, ведь геотермальные установки гораздо безопасней, удобней и экономичней, что явно видно спустя некоторое время.
Геотермальное отопление набирает пользуется спросом у населенияТенденция использования геотермального отопления приобретает массовый характер. Нажмите для увеличения.
Самая распространённая система обогрева – газовая – с каждым годом всё дорожает, ведь запасы топлива уменьшаются и уменьшаются.
Использование торфа, угля или дров приносит слишком много мороки.
Хранение и использование таких аналогов – дело весьма затратное.
К тому же сжигание дров или углей приводит к выделению вредного углекислого газа, и образованию смол и сажи.
Именно поэтому геотермальное отопление дома, установить которое своими руками сможет каждый хозяин, набирает популярность на рынке, развивается.
Создаются университеты, направление которых в том, чтобы улучшить эту систему, разработать наиболее простую и функциональную геотермальную установку, рассчитать, где и на каких глубинах лучше бурить скважину.
Принцип действия и составные элементы
Геотермальная система отопления – это сложный инженерный комплекс сооружений, который требует больших материальных и временных затрат, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что будучи один раз установленной, такая схема обогрева полностью способна перекрыть потребность дома площадью до 150 квадратных метров в тепле и горячем водоснабжении. Широкое распространение получают данные системы в западной Европе, где на первом месте стоит забота об экологической чистоте и экономической выгоде.
Рассмотрим принцип работы геотермального отопления и основные его составляющие, для того, чтобы прийти к пониманию – насколько такие системы оправданы в повседневной жизни.
Тепловой насос
Сердце системы. Геотермальное отопление дома своими руками выполнить, возможно, но этот элемент лучше всего приобрести отдельно. Стоит заметить, что прежде чем приступать к закупкам оборудования и материалов необходимо провести тщательный расчёт суммарной ёмкости системы, е отдачи и соотношения этого показателя с тепловым потреблением строения.
Если этого не сделать вовремя – вся дальнейшая работа может пойти прахом. Самые узловые моменты всего комплекса мероприятий – это правильный расчёт ёмкости контуров и закупка соответствующего оборудования.
Тепловой насос состоит из компрессора и редукционного клапана, которые обеспечивают разность потенциалов на отдельных участках контура теплового насоса. Внутри труб находится фреон, который благодаря работе компрессора, получает ускорение, и проходя через клапан ускоряет своё движения. Это приводит к существенному подъёму температуры на участке перед компрессором, именно из этого участка, с помощью теплового обмена, и берётся основное тепло для обогрева помещений и горячего водоснабжения.
Контур является замкнутым и вся его задача состоит в том, чтобы увеличивать естественную температуру теплоносителя поступающего из внешнего контура с семи до пятидесяти пяти градусов по Цельсию. Происходит это, за счёт описанного выше процесса разгона фреона под давление в закрытом контуре с прохождением его через клапан.
Тепловой узел располагают обычно в подвале или цокольном этаже, с температурой внешней среды в пределах пятнадцати градусов выше нуля, это поддерживает его стабильную работу.
Самый важны процесс перед установкой теплового насоса — это проведение всех расчетов правильно, в случае ошибки вся работа может пойти прахом.
Внешний контур
Представляет собой ещё один замкнутый контур, в котором по трубам движется антифриз, перемещаемый с помощью циркуляционного насоса. Основная часть контура находится на глубине до 3 метров под землёй, если речь идёт о горизонтальном исполнении системы, при котором трубы внешнего контура располагают горизонтально на большой плоскости.
Может располагаться также на дне водоёма, но только в регионах, где зимняя температура не опускается ниже нуля.
Описанная выше система требует монтажа на этапе заливки фундамента, что не всегда возможно сделать. В случае, когда необходимо смонтировать геотермальное отопление загородного дома на уже застроенном участке – бурят скважины глубиной от тридцати до ста метров, к слову, отдача тепловой энергии у вертикальных систем существенно выше, но стоимость их на порядок дороже, за счёт привлечения техники для бурения скважин.
Монтаж внешнего контура желательно производить на этапе заливки фундамента, в другом случае это будет более трудоемкий и дорогостоящий процесс.
Внешний контур
Служит уже непосредственно для обогрева внутреннего пространства дома и обеспечения горячего водоснабжения.
Тепло, собранное из грунта, переданное на тепловой насос, разогнанное и увеличенное в его закрытом контуре, передаётся через теплообменник во внутреннюю сеть дома, которая может состоять из тёплых полов, плинтусного отопления, воздушного отопление на водяных коллекторах и других элементах системы.
Выбирать, каким именно образом осуществить геотермальное отопление своими руками стоит, только тщательно изучив местность и условия, в которых предстоит работать данной схеме отопления. Для этого необходимо произвести замеры температуры почвы на участке под дом, в разные периоды в течение зимы, на разных глубинах.
Как сделать агрегат своими руками?
Независимо от того, какой вариант ресурса (земля, вода или воздух) выбран для отопления, для корректного функционирования системы понадобится насос.
Это устройство состоит из таких элементов, как:
- компрессорный узел (промежуточный элемент комплекса);
- испаритель, передающий низкопотенциальную энергию теплоносителю;
- дроссельный клапан, через который хладагент находит обратную дорогу в испаритель;
- конденсатор, где фреон отдает тепловую энергию и охлаждается до изначальной температуры.
Можно приобрести целостную систему у производителя, но это обойдется в приличную сумму. Когда свободных денег под рукой нет, стоит сделать теплонасос своими руками из имеющихся в распоряжении деталей и в случае надобности докупить недостающие запчасти.
Планируя установку в частном доме геотермальной отопительной системы, в первую очередь нужно позаботиться о снижении уровня теплопотери. Для этого стены необходимо утеплить специальным материалом, двери и оконные рамы снабдить поролоновыми прокладками, а пол и потолок защитить пенопластовыми панелями. Тогда выделенное насосом тепло в максимально объеме останется внутри помещения
Когда решение о собственноручном изготовлении теплового насоса принято, нужно обязательно проверить состояние имеющихся в доме электрической проводки и электросчетчика.
Если эти элементы изношенные и старые, необходимо просмотреть все участки, обнаружить возможные неисправности и устранить их еще до начала работ. Тогда система сразу после запуска будет безупречно работать и не побеспокоит хозяев короткими замыканиями, возгоранием проводки и выбиванием пробок.
Способ #1. Сборка из холодильника
Для сборки теплонасоса своими руками со старого холодильника снимают размещенный сзади змеевик. Эту деталь используют как конденсатор и помещают в высокопрочную емкость, устойчивую к агрессивным температурам. На нее крепят исправно работающий компрессор, а в качестве испарителя используют простую пластиковую бочку.
Если для создания насоса используется очень старый холодильник, лучше заменить в нем фреон на новый. Самостоятельно это сделать не получится, поэтому придется пригласить мастера со специальным оборудованием. Он быстро заменит рабочую жидкость, и система заработает в нужном режиме
Подготовленные элементы соединяют между собой, а потом созданный агрегат посредством полимерных труб подключают к отопительной системе и приступают к эксплуатации оборудования.
Способ #2. Теплонасос из кондиционера
Для того чтобы сделать теплонасос, кондиционер модифицируют и проводят перепланировку некоторых основных узлов. Сначала наружный и внутренний блоки меняют местами.
Испаритель, отвечающий за передачу низкопотенциального тепла, дополнительно не ставят, так как он имеется во внутреннем блоке агрегата, а передающий тепловую энергию конденсатор стоит во внешнем блоке. В качестве теплоносителя подходят как воздух, так и вода.
Если этот вариант монтажа не удобен, конденсатор устанавливают в отдельный резервуар, предназначенный для корректного теплообмена между греющим ресурсом и теплоносителем.
Саму систему снабжают четырехходовым клапаном. Для этой работы обычно приглашают специалиста, имеющего профессиональные навыки и опыт проведения мероприятий такого рода.
Современные сплит системы малоэффективны при низких температурах, поэтому профессионалы не рекомендуют использовать их для самостоятельного изготовления теплонасосов
В третьем варианте кондиционер полностью разбирают на составные детали, а потом из них комплектуют насос по традиционной общепринятой схеме: испаритель, компрессор, конденсатор. Готовый прибор присоединяют к обогревающему дом оборудованию и приступают к использованию.
На сайте есть серия статей по изготовлению тепловых насосов своими руками, советуем ознакомиться:
- Как сделать тепловой насос для отопления дома своими руками: принцип работы и схемы сборки
- Как сделать тепловой насос воздух-вода: схемы устройства и самостоятельная сборка
Принцип и суть работы
Схема разводки в загородном доме
По своей сути, работа геотермальной установки во многом напоминает принцип действия кондиционера.
Основным рабочим элементом геотермального отопления является насос, по своим габаритам напоминающий стиральную машину.
Данный насос подключен к двум контурам, один из которых – внутренний, и представляет собой стандартную отопительную систему любого дома. Это система труб и радиаторов, которые используются для стандартной или автономной отопительной системы.
Второй контур представляет собой систему теплообмена, которая расположена на определенной глубине под домом. Внутри него циркулирует вода, которая является основным проводником тепла.
Из него, вода, которая выполняет функцию теплоносителя, принимает температуру из солнечного тепла, которое содержит грунтовый слой. Далее, с помощью насоса это вода поступает во внутренний контур, в результате чего происходит обогрев.
Нужно отметить, что насос данной отопительной системы может выполнять и обратную функцию, благодаря которой будет происходить кондиционирование помещения.
Устройство контуров и другие технические моменты
Вертикальный и горизонтальный теплообменники
Существует немало людей, которые всерьез задумываются о том, чтобы оборудовать такой вид отопления собственноручно.
Необходимо отметить, что воплотить такую идею в жизнь практически невозможно.
Грамотно проектировать план геотермальной конструкции может только специалист, тем более что для установки понадобится использовать различное оборудование, которое не доступно широкому кругу потребителей.
Оборудование такой конструкции может находиться на значительной глубине, которая может превышать несколько сотен метров. К тому же, только специалист способен грамотно выбирать тип необходимой конструкции, что будет зависеть от различных параметров вашего дома.
К ним можно отнести еще и такие факторы как теплопроводность грунта, а также глубина, где залегает оптимальный для создания геотермической установки грунт.
Посмотрите наглядный принцип работы:
Сегодня, для оборудования геотермальной установки используют одну из трех схем.
- Теплообменник со скважинным насосом – считается наиболее эффективным, однако для того чтобы его оборудовать необходимо специальное оборудование, а также достаточно большое количество расходов для бурения скважин, глубина которых колеблется от 50 до 200 метров. Положительной стороной данной схемы является то, что срок действия такой скважины составляет около ста лет.
- Теплообменник горизонтального типа – теплообменник, при котором трубопровод оборудуется ниже того уровня, который доступен для промерзания. Такая схема позволяет оборудовать геотермическим отоплением только дом с небольшой площадью. При этом площадь коллектора для обогрева будет значительно превышать площадь самого дома. К тому же, следует учитывать то, что трубы в данной схеме нельзя оборудовать вблизи от крупных деревьев, что естественно, далеко не всегда является удобным.
- Если под домом на необходимой глубине расположен водоем, очень удобной является третья схема. Она не связана с крупными денежными затратами а также длительными работами. Однако установка геотермальной отопительной системы возможно только в том случае, если водоем находится в почве недоступной для замерзания в зимнее время года, но не глубже чем 100 метров.
Как правило, второй (внешний) контур представляет собой конструкцию из полиэтиленовых труб. Перед проведением земельных работ производят необходимые расчеты.
Оптимальным показателем является 40-50 Вт энергии на один квадратные метр коллектора. Таким образом, в зависимости от мощности насоса, появиться необходимость в глубокой (до 200 метров) скважине.
Затраты и перспективы окупаемости
Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя.
Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.
В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца (+)
Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:
- на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
- на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
- на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.
Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной.
Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!
Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками
Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.
Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология сооружения солнечного отопления достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.
Дополнительная информация об альтернативных источниках энергии представлена в этой статье.
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
- 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).
- 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.
- Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
- 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.
Способы залегания внешнего контура
Насколько правильно и качественно размещен под землей теплообменник, настолько эффективно он будет работать. Трубы внешнего контура могут располагаться несколькими способами:
- горизонтально под землей;
- вертикально под землей;
- под водой.
Горизонтальный тип предполагает размещение труб на небольшой равномерной глубине
Важно, чтобы она была больше, чем глубина промерзания грунта в конкретной местности
Для монтажа это самый простой способ, однако в таком случае придётся задействовать обширную территорию – больше, чем отапливаемая площадь. Для дома около 200 кв. м нужен теплообменник порядка 500 кв. м. Хозяйственные и другие постройки, а также растительность на участке создают дополнительные трудности. Например, трубы не должны располагаться к деревьям ближе, чем на 1,5 м.
Вертикальное размещение труб
Для вертикального теплообменника требуется бурильная установка: трубу нужно разместить вертикально под землей. Это удорожает монтаж, поскольку необходимо делать шахту глубиной от 50 до 200 м и дополнительно ставить скважинный насос. Зато ландшафт придомового участка остаётся нетронутым, и система более долговечна. Внешний контур такой системы, как правило, монтируется из полиэтиленовых труб. 1 метр способен выработать 40-50 Вт. Если мощность теплового насоса 10 кВт, то глубина скважины должна составить 160-200 м.
Отопление с водоразмещенным теплообменником – наиболее экономичное в процессе монтажа. Актуально, если расстояние от дома до водоёма не более 100 м, а сам пруд достаточно велик (не меньше 200 кв. м). Контур следует уложить спиралью на дно (не глубже 3 м). Преимущество этой системы – не нужно бурить и копать, недостаток – не у каждого есть собственный водоём, а для использования вод общественного назначения нужно брать специальное разрешение.
Своими руками: что и как
Если уж монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой. Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.
Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным твердотопливным котлом. Подключить к нему внутренний контур вашего дома – задача не сложная. Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации отопления с использованием традиционных источников тепла. Главная трудность – устройство внешнего контура.
Такое расположение дома относительно пруда встречается чаще. Главное, чтобы водоём был не дальше, чем в 100 метрах от коттеджа
Лучшим вариантом будет использование водоёма, если такой найдется на расстоянии не более 100 метров. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 квадратных метров, а глубина – 3 метра, составляющие средний параметр промерзания. Если этот водоём вам не принадлежит, то проблемой может стать получение разрешения на его использование.
Если же водоём – это пруд, который находится у вас в собственности, то дело упрощается. Воду из пруда можно временно откачать. Тогда работы на его дне можно будет выполнять легко: нужно будет уложить трубы по спирали, закрепив их в этом положении. Земляные работы понадобятся только для рытья траншеи, которая нужна будет для присоединения внешнего контура к тепловому насосу.
После выполнения всех работ, пруд может быть снова заполнен водой. В ближайшие лет сто внешний теплообменник должен работать исправно и не доставлять хлопот его владельцу.
Если в вашем распоряжении оказался земельный участок, на котором вам только предстоит возводить жильё и растить сад, имеет смысл распланировать горизонтальный теплообменник грунтового типа. Для этого следует сделать предварительный расчет площади будущего коллектора, исходя из параметров, которые уже указаны выше: 250-300 квадратных метров коллектора на 100 кв. метров отапливаемой площади дома.
Если вам достался участок без строений и растительности, которую бы хотелось сохранить, грунт при сооружении внешнего горизонтального почвенного контура можно просто снять: это легче, чем выкапывать траншеи
Траншеи, в которые предстоит укладывать трубы контура, нужно выкапывать ниже уровня промерзания почвы. А ещё лучше – просто снять грунт на глубину его промерзания, уложить трубы, а после вернуть грунт на место. Работа трудоёмкая, сложная, но, имея большое желание и целеустремленность, вы сможете её выполнить.
Заключение
Несмотря на то, что строительство геотермального отопления действительно отличается сложностью, выгодность такого решения при правильном выполнении всех работ очевидна. Поэтому, если вы предпочли этот вариант искусственному источнику, отнеситесь внимательно к проектированию разводки системы и соединению всех ее элементов. Чтобы исключить проявление неточностей или различных дефектов уже в процессе эксплуатации, заручитесь поддержкой профессионалов при создании схемы. В этом случае полученный результат вас непременно порадует высоким качеством функциональности и производительности.
