Геотермальное отопление дома и её принцип работы

Геотермальное отопление домаРазвитие любой цивилизации связано с удовлетворением требований, предъявляемых к своему жилищу. Где бы ни жил человек в пещере или современном небоскрёбе, забота о тепле, уюте была такой же важной, как и добыча пищи. Согреваясь маленьким костром, печкой или современной системой отопления он вынужден был использовать дрова, уголь, торф, солярку, сжигая бесценные дары природы.

Техническое развитие позволило построить мощные гидроэлектростанции, научиться использовать энергию ветра, а постигнув тайны внутренних слоёв земли, задуматься над созданием альтернативного метода использования накопленного тепла в виде геотермальных энергетических систем.

В основе решения принципиального действия геотермальной системы отопления лежат законы физики открытые учеными. Поиск материалов, способных изменять свои свойства, выделяя при этом определённое количество тепла, дал возможность создать не только обычные холодильные установки, кондиционеры, но и мощные тепловые насосы.

Именно с их помощью можно передать тепло, всегда существующее в недрах земли, в наш дом, осуществляя координированное управление трёх специальных контуров, составляющих систему отопления. Назначением внешнего контура служит забор тепловой энергии из грунта или воды. Теплоносителем в нём является незамерзающая жидкость.

Это тепло через теплообменник передаётся фреону, которым заполнен второй контур системы. Его физические свойства, заключающиеся в низком значении температуры кипения позволяют получить энергию во время перехода в газообразное состояние. Причём для этого вполне достаточно температуры, поступающей из внешнего контура. Третий внутренний контур системы отопления представляет собой необходимое количество радиаторов, труб, используемых в доме. Он может быть раздельным или общим с контуром горячего водоснабжения, заложенным в проекте.

Принцип работы геотермального насоса

Принцип работы геотермального насоса

Функциональные особенности системы

Принцип действия и функциональные особенности системы геотермального отопления дома заключаются в выполнении следующих этапов:

  1. Раствор, находящийся во внешнем контуре, приобретает дополнительный нагрев в земле примерно на 5 градусов. Его окончательная температура может находиться в районе 3.
  2. Поступив в теплообменник насоса, раствор передаёт свою даже небольшую энергию фреону, которому её вполне достаточно для испарения. Перейдя в газообразное состояние, фреон поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Термодинамические процессы, происходящие при этом, приводят к подъёму температуры до 100. И уже горячий газ подается в теплообменник, где передает энергию теплоносителю внутреннего контура, чаще всего воде. Благодаря научным работам физиков и инженеров, этот процесс детально изучен и заложен в принципиальных основах работы различного типа современного оборудования.
  3. Теплоноситель внутреннего контура достигает температуры 50-70 и поступает в радиаторы, трубы. Охлаждённый фреон, поступает в расширительный экран, его температура и давление падают до первоначальных значений и весь цикл можно повторить заново. Раствор внешнего контура таким же образом передвигается в глубину земли за новой порцией энергии.

Конструкции и виды геотермальных систем отопления

Виды тепловых насосов

Виды тепловых насосов

Первым вопросом, который приходится решать в процессе создания высокоэкономичной системы геотермального отопления является выбор типа внешнего контура, представляющего собой теплообменник, находящийся под землёй или в воде. При этом необходимо учитывать не только свои желания архитектурных фантазий нового дома, но и подробные геодезические исследования местности, в которой этот дом будет стоять или уже возведен.

Далеко не везде есть горячие источники, гейзеры, вулканы, но возможность использовать тепло матушки земли нам дана почти в любом месте планеты. Главное, иметь чёткое представление о технической стороне дела и о величине необходимых финансовых вложений в любой проект по созданию геотермальной системы отопления.

Наибольшее распространение получили следующие варианты теплообменников:

  1. Горизонтальный теплообменник. Этот вариант можно рассматривать в качестве эффективного предложения, только при наличии большой свободной территории рядом с домом. Использовать её можно только в виде простой зелёной лужайки. Причём при площади дома, например, 220 кв. м. теплообменник будет располагаться на площади 600 кв.м. Трубы укладываются в специальные траншеи, глубина которых должна быть ниже уровня промерзания грунта в этой местности.
  2. Вертикальный теплообменник. С точки зрения экономии места этот вариант, конечно, имеет определённые преимущества. Проблемой может стать создание специальных скважин, глубина, которых, достигает 200 м, при диаметре около 150 мм. Земляные работы с буровыми установками не являются дешёвыми в любом регионе. Но грунт на такой глубине всегда имеет температуру около 15, что обеспечивает надежную работу системы с вертикальным теплообменником.
  3. Теплообменник на дне водоёма. Самый экономичный и простой метод создания внешнего контура системы геотермального отопления. Особенно если есть свой надежный пруд или разрешение для использования общественного водоема. Расстояние до водоема от дома не должно превышать 100 м, а его глубина составляет 3 м.
  4. Существует вариант открытой системы отопления, основанной на использовании воды, идущей из артезианской скважины. Её в качестве теплоносителя прогоняют через тепловой насос. Для обратного сброса воды необходимо строительство второй артезианской скважины. Но подобная система возможна не в любом месте. При этом очень важным фактором является возврат воды в прежнем количестве в глубокие слои грунта для поддержания давления в пластах.
Интересно, что первые попытки бурения скважин с целью использования тепла были предприняты в середине XVIII века, но только в 1907 году исландский фермер смог направить горячий пар от источника, расположенного рядом, по цементной трубе в свой дом. 

Следующий шаг был сделан также в Исландии и только в 1903 году появился первый трубопровод длиной в 3 км в Рейкьявике. В настоящее время геотермальная система отопления очень популярна во многих странах Европы, США, Мексика, Япония, Новая Зеландия.

Преимущества и недостатки

Укладка труб для геотермального отопления домаГеотермальная энергия, запасы которой настолько велики, что лишь 1%, скрытый в земной коре общей глубиной в10 км может обеспечить объём в 500 раз, превышающий все мировые запасы нефти и газа.

Выделяют четыре основных типа геотермальной энергии:

  1. Это тепло земли из небольших глубин, используемое тепловыми насосами.
  2. Энергия горячего пара, воды в земной коре, используемая в настоящее время для производства электроэнергии.
  3. Тепло, идущее с глубоких слоев без наличия воды и энергия магмы, накапливаемая в вулканических зонах.
  4. Использование этого удивительного дара природы определяется только существующим уровнем техники, возможностями технологии и экономическим расчётом.

Современные конструкции геотермальных отопительных систем имеют как положительные, так и отрицательные моменты.

Основным отрицательным моментом является стоимость. Но это только кажется в начальный момент. Все затраты окупаются по различным данным за 4, 5 лет. Это связано с тем фактом, что современные модели тепловых насосов используют для своей работы гораздо меньше энергии, чем любые другие системы отопления. При потреблении 1 кВт электроэнергии их отдача составляет 5 кВт.

Положительные моменты:

  1. Они не сжигают топливо и не производят вредные выбросы различных соединений в окружающую среду.
  2. Минимальные затраты на обслуживание с высоким значением КПД.
  3. Экологическая безопасность.
  4. Надёжные свойства пожарной безопасности системы.

Эффективность и окупаемость

Нельзя называть геотермальную энергию бесплатным подарком природы. Создание систем отопления на её основе может составить свыше миллиона рублей без учёта стоимости теплового насоса. Всё зависит от требуемых объёмов отопления, его функционального назначения и типа. Обычно экономическая целесообразность геотермальных систем отопления рассчитывается по сравнению затрат на её содержание.

Стоимость любого вида используемой энергии не является величиной постоянной и никогда не станет уменьшаться. В этом плане альтернативная замена их на использование тепла внутренних слоёв, конечно, экономически выгодна и целесообразна, так как тепловые насосы не потребляют много энергии, а для извлечения и переработки тепловых запасов не надо строить дорогих заводов, электростанций.

Тем более что каждое поколение ученых находит новые решения для создания оборудования и технологий в этом направлении. Кроме этого, правильнее производить оценку стоимости отопительных систем одинаково для всех видов топлива с нулевой отметки без применения существующих централизованных систем подачи, например, газа. И тогда окупаемость системы за 5 лет станет реальной величиной.

Использование геотермальных систем отопления напоминает вопрос, а почему не ездить на автомобиле «Запорожец» в настоящее время. Конечно, можно, особенно по бездорожью и в лес за грибами. Но ведь хочется быстрее и комфортней. Так и в этом случае. Одна мысль о том, что собственная система отопления не нарушает экологию, не мешает жить даже самым маленьким и неизвестным существам в природе подтвердит правильность выбора именно геотермальной системы.

Монтаж и установка

Установку подобной системы отопления лучше производить не самостоятельно, а привлекая специалистов хотя бы на отдельные виды работ при уверенности в собственных силах.

Основные этапы следующие:

  1. Расчёт внутреннего контура отопительной системы. Сюда подробно входит общая длина трубопровода, количество радиаторов, создание подогреваемых полов, использование тепла для получения горячей воды в доме.
  2. Расчёт глубины закладки труб внешнего контура по выбранному типу теплообменника. Нужно учесть геодезические данные местности.
  3. Бурение необходимой шахты и установка труб. В случае отсутствия централизованной подачи воды в это же время проще всего решить вопрос о создании других скважин для воды. Технология их создания отличается и требует специальных знаний.
  4. Выбор и установка необходимой модели теплового насоса.
  5. Монтаж автоматических устройств, следящих за работой всей системы и регулирующих микроклимат в любой зоне помещения.

Обзор насосов: производители и модели

Устройство теплового насоса

Устройство теплового насоса

Эффективное функционирование всей системы определяется правильным выбором теплового насоса. По принципам действия насосы относятся к современному экологически чистому типу оборудования. В процессе их работы не происходит выделения вредных веществ в окружающую среду.

Они подразделяются на:

  • компрессионные;
  • абсорбционные тепловые насосы;

Первые приводятся в действие за счет питания электричеством, вторые могут использовать энергию других видов топлива.

В настоящее время на рынке такого типа оборудования существует довольно большое количество фирм. Это позволяет приобрести тепловой насос для любой мощности за счет комбинации различных моделей, что удобно для создания геотермальных систем отопления в промышленных масштабах.

Классическим вариантом считается применение тепловых насосов фирмы Waterkotte Германия. Это оборудование с постоянным значением КПД до 500%, не зависящим от внешних факторов. Начав выпуск тепловых насосов с 1970 года, компания постоянно обновляет большой ряд современных моделей, не теряя при этом высокого качества.

Новая серия насосов EcoTouch, завоевавшая многочисленные премии, подтверждает этот факт. В нее входят модели типа DC 5027 с выходной мощностью от 6 до 26 кВт и удобным сенсорным интуитивным управлением. В число лучших современных насосов входят модель Nibe F1245 (Швеция), «Корса», Россия. В таблице приведена ориентировочная стоимость отдельных моделей насосов.

Стоимость теплонасоса

Название Отопительная мощность, максимальное значение, кВт Отапливаемая площадь, м2 Цена, рубли
EcoTouch Ai 1 Geo от 7,8 до 13,8 200-400 538 800 — 590 700
EcoTouch DS 5027 Ai от 5,9 до 7,3 100-200 337 800 — 379 000
F1126 от 5,56 100-200 от 240 000
F1145 PC 3,85 до 100 316 300 — 397 200
HOTJET Н- 16w от 5,53 200-400 291 560

Обзор цен на геотермальное отопление дома

Полный расчёт создания геотермальной системы отопления можно провести только по конкретной заявке с учётом всех требований. Правильным является выбрать ближайшую компанию, работающую в этом направлении, и все мелочи проработать под руководством специалистов. В качестве примера можно привести стоимость спектра услуг российской компании «Геотерм-Комфорт».

Стоимость затрат на устройство геотермального отопления:

Отапли­ваемая площадь дома (кв. м) Мощность теплового насоса (кВт) Цена теплового насоса (руб.) Сумма всех затрат на устройство земляного контура включая бурение скважин и подключение насоса (руб.) Итого:
90-110 10,5 250 000 324 000 574 000
140-150 14 260 000 427 000 687 000
170-190 17,5 280 000 476 000 756 000
200-230 21 315 000 529 000 844 000
330-370 35 470 000 850 000 1 320 000

Перспективы развития

Современные технологии в промышленности, применяемые для создания нового оборудования, позволяют воспользоваться теплом глубинных слоёв земли почти каждому владельцу собственного дома. Значение возможности снижения энергетических затрат на содержание жилища со временем будет только возрастать. Поэтому процесс развития и внедрения геотермальных отопительных систем не остановить даже дорогостоящими проектами. Ибо, в конечном счёте, это несомненный выигрыш и ещё забота об экологическом наследии последующим поколениям нашей планеты.

Оставить комментарий

очиститьОтправить