Геотермальное отопление и принцип работы геотермального насоса

Проблема устройства эффективной системы отопления загородного дома все чаще требует нестандартного подхода. Привычные источники обогрева, которые выделяют тепло при горении, давно признаются экономически невыгодными. К «новинкам», активно прокладывающим себе дорогу на рынке, относят геотермальное отопление дома. Учитывая постоянный рост цен на газ и электричество, оно становится заманчивой альтернативой традиционным вариантам, хотя и является более сложным в проектировании и установке.

Принцип работы системы

Принцип работы геотермального отопления заключается в использовании тепловой энергии природных ресурсов: грунт, вода, воздух. Система работает полностью автоматически, не требует вмешательства и контроля со стороны человека. Поэтому, человеческий фактор отсутствует, увеличив безопасность использования геотермального отопления в разы.

Принцип работы заключается в работе насоса (рис 1). Этот прибор может иметь отличия в дизайне, но комплектующие и производительность тепла одинаковая. Схема геотермальной системы отопления двухконтурная. Она состоит из внешнего и внутреннего контура. Внутренний контур состоит из соединенных между собой труб и радиаторов. Внешний контур является большим экономайзером (теплообменником, подогревателем).

Он устанавливается в непосредственный источник энергии. Это может быть вода или земля. Специальная жидкость с антифризом передвигается внутри теплообменника, этот прибор наполняется окружающей его энергией, которая нагревается и поступает к геотермальному насосу. От насоса тепло попадает во внутренний контур, а далее к радиаторам и трубам по всему дому.

Рис. 2 Вертикальный теплообменник

Геотермальные насосы

Геотермальные насосы используются уже больше 30 лет. В Швеции около 70% тепловой энергии синтезируется именно такими насосами, а в Стокгольме для организации отопления квартир используют тепло Балтийского моря. В Германии и Англии установка жителями геотермальных систем отопления дотируется государством. В США законом провозглашено обязательное использование таких насосов в тех зданиях, содержание которых осуществляется из бюджета государства.

Появление нового оборудования позволяет открыть доступ к применению энергетического потенциала земли. Для обеспечения автономного энергообеспечения все чаще применяют не только геотермальные насосы, но и ветряные генераторы, солнечные батареи.

Следующим немаловажным аспектом, говорящим в пользу геотермального отопления, является экологическая чистота используемой энергии. Добываемая из тепла земли энергия не загрязняет атмосферу, не содержит углекислого газа. Такая энергия может добываться в любом необходимом количестве. Помимо этого, для добычи не нужен резервуар. Удобно и то, что установка, предназначенная для добычи этой энергии, не нуждается в постоянном сервисе и отличается довольно низкими эксплуатационными расходами.

Грунтом аккумулируется около 98% всей излучаемой солнечной энергии. В связи с этим даже в зимний период в земле есть достаточно тепло, которое способно обогреть здания. Из окружающей среды получается 80% требуемой для подогрева воды и обогрева дома энергии. Геотермальная энергия есть повсеместно и в неограниченном количестве. Эта энергия бесплатна. Затраты на отопление присутствуют лишь потому, что необходимо оплачивать электроэнергию, за счет которой работает тепловой насос. Геотермальная энергия может использоваться и для отопления помещений, и для их кондиционирования, и для подогрева воды.

При геотермальном отоплении из одного киловатта электроэнергии получают от трех до пяти киловатт тепла. Чтобы обеспечить частный дом тепловой энергией требуется тепловой насос и скважина.

Преимущества и недостатки

Геотермальное отопление чаще используется в промышленных масштабах. Так, на Дальнем Востоке функционируют электростанции, что работают от тепла недр Земли.

Читайте также:  Дизельная печка для отопления. Печь на солярке

Геоотопление отлично подойдёт для загородного или частного дома. Это хорошая альтернатива традиционным методам обогрева. К числу преимуществ такой системы можно отнести следующие нюансы:

  • неисчерпаемость энергии;
  • пожаробезопасность;
  • отсутствие топлива как такового — нет надобности доставлять и хранить его;
  • экологическая безопасность.
Преимущества и недостатки

Для отопления дома средних размеров потребуется 300−400 Вт электроэнергии. Что касается цены, то это работа одной лампочки на 300 Вт, но при этом обогревается весь дом и присутствует горячая вода.

Главный минус такого отопления — высокая цена обустройство системы. В среднем потребуется около 10 тыс. евро. Половина этой стоимости — цена оборудования, а вторая — плата за монтаж. Но если знать, как работает отопление от земли, можно самостоятельно установить систему обогрева. Это довольно трудоёмкий процесс, поэтому мало кто решается делать геотермальное отопление дома своими руками.

Схематично геотермальное устройство состоит из трех контуров:

  1. Принимающий низкопотенциальное тепло от источника.
  2. Для циркуляции фреона, меняющего агрегатное состояние.
  3. Водяной, передающий тепло от установки к радиаторам.

Именно фреон в процессе работы принимает тепловую энергию от источника, когда испаряется. И наоборот он отдает ее при конденсации. Если рассматривать работу теплонасоса по циклам, суть принципа действия заключается в следующем:

  1. Хладогент, находящийся в системе в виде жидкости, в испарителе испаряется. Тепло от источника поглощается в результате этого процесса.
  2. Компрессор нагнетает фреон, который сжимаясь, снова переходит в жидкое состояние. При этом накопленная энергия передается теплообменнику.
  3. Вода в отопительном контуре, проходя через теплообменник, нагревается и циркулирует по системе. Доходя до батарей, она отдает тепло в комнату.

При этом достигается большой перепад температуры. Такая схема теплового насоса предполагает, что хладогент охлаждается до 6-10 градусов Цельсия, а к теплообменнику подается уже при +60. Но это находясь под давлением. После отдачи тепла оно сбрасывается (стабилизируется) при помощи дроссельного клапана, и циклы повторяются. Кто знаком с работой холодильной установки заметил, что принцип передачи энергии в данном случае идентичен, хотя цели абсолютно противоположные.

Если в холодильнике решается задача понижения температуры в камерах, где хранятся продукты, то отопление тепловым насосом – это возможность поднять температуру в помещении без сжигания электричества или твердых энергоносителей, газа и т.д.

Расчет стоимости отопления Стоимость ремонта систем отопления Стоимость монтажа водоснабженияПредыдущая запись Главные недостатки геотермального отопленияСледующая запись Разновидности тепловых насосов и систем

Принцип геотермального отопления

Геотермальная установка работает в автономном режиме, четко регулируя при этом необходимую в помещении температуру. Принцип, заложенный в основу ее работы, одинаков для всех установок, поэтому он независим от различных производителей комплектующих элементов. Основная работа возлагается на специальные насосы, которые могут иметь некоторые отличия между собой по дизайнерскому решению, разновидностям, но при этом коэффициентные данные по производительности тепла у всех них аналогичны. Что касается используемой энергии, то геотермальная система успешно работает с различными видами энергии земли.

Состоит система из двух контуров, а именно:

  • внутреннего;
  • внешнего.

Первый из упомянутых представлен привычной для многих отопительной установкой из соединения труб и радиаторных элементов. Внешний контур — это габаритный теплообменник, который монтируется под толщей земли или же в водном массиве. Внутри по нему циркулирует особая жидкость с добавлением антифриза, иногда еще его заполняют обычной водой. Теплоноситель набирает температуру окружающей среды, и уже прогретый поступает далее в геотермальный насос. Накопленное таким образом тепло передается далее внутреннему контуру. Это позволяет прогревать воду в радиаторных элементах и трубах по дому.

Читайте также:  Как и чем лучше утеплить трубы отопления на улице своими руками

Плюсы и минусы геотермального отопления

Пожалуй, геотермальное отопление — это самый чистый вид отопления на сегодняшний день. И если отопление дома ветрогенераторами и солнечными панелями не всегда эффективно в разные периоды года, то с геотермальным отоплением, в данном случае, дела обстоят намного лучше.

Однако самым большим преимуществом геотермального отопления, является дармовая энергия, которая абсолютно бесплатно. Правда, чтобы получить эту самую дармовую энергию, придется изрядно раскошелиться. В целом, стоимость монтажа системы геотермального отопления обойдётся порядка полмиллиона рублей. Однако многие специалисты твердят, что окупаемость геотермальной установки, произойдёт уже за каких-то 5-10 лет после монтажа.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Сегодня, когда плата за централизованное отопление постоянно растет, а в мире назревает следующий по счету нефтяной кризис, геотермальное отопление станет настоящим выходом из него для многих стран. И, пожалуй, лишь единственным здесь недостатком геотермальной системы отопления, является потребление электроэнергии тепловым насосом.

К примеру, чтобы обогреть дом геотермальным отоплением, площадью в 100 м², понадобится около 2 кВт электроэнергии в час. Именно столько будет потреблять тепловой насос, выдавая за 1 кВт электроэнергии — 5 кВт тепла. При этом расчеты на обогрев дома усреднены. Для того чтобы отопить 10 кв., метров жилой площади, нужно приблизительно 1 кВт тепловой энергии.

Вот и получается, что на отопление дома геотермальным отоплением придется платить в месяц свыше 3000 рублей за электроэнергию, что весьма немало. Как вариант, это установка теплового насоса только на теплые полы и другие, низкотемпературные приборы отопления в доме.

Плюсы и минусы геотермального отопления

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Виды геотермальных систем

Применение геотермальных отопительных систем широко распространено как для теплоснабжения частного жилья, так и для теплоснабжения административных, промышленных, торговых и прочих объектов недвижимости.

Выбор той или иной разновидности системы зависит от существующих природных условий, а также требований и предпочтений со стороны владельца.

Геотермальные отопительные системы различаются в зависимости от способа получения естественного природного тепла:

  • Системы с горизонтальным контуром. Внешний теплообменный контур представляет собой горизонтальный тепловой коллектор, залегающий ниже уровня промерзания грунта. Устройство такой системы не подразумевает бурения глубоких скважин и оптимально подходит для участков большой площади.
  • Системы с вертикальным контуром. Основой внешнего теплообменного контура является гидротермальный или геотермальный (в зависимости от выбранной среды) зонд, устанавливаемый вертикально на большую (до двухсот метров) глубину. Данная схема предпочтительна для небольших участков, однако стоимость оборудования и работ по установке будет значительно дороже по сравнению с системами, использующими горизонтальные контуры.
  • Системы с закрытым контуром в водоеме. Устройство подобных систем аналогично системам с горизонтальным грунтовым контуром, однако в данном случае тепловой коллектор располагается на дне водоема. Необходимыми условиями монтажа являются площадь водоема (не менее 200 м2), его глубина (не менее 3 м) и расстояние от водоема до здания (не более 100 м).

Важно: обустройство закрытого контура в водоеме не требует трудоемких и дорогостоящих земляных работ, однако необходимо получение разрешения соответствующих инстанций.

  • Системы с открытым контуром. В качестве теплоносителя внешнего контура используются горячие грунтовые воды, циркулирующие в контуре по принципу открытого цикла. Применение подобных систем допускается при условии отсутствия запрета на использование грунтовых вод, а также сопутствующих ограничений, действующих на территории региона.
Читайте также:  28.08.2017 | Отопление при демонтаже радиаторов

Основные узлы системы геотермального отопления

Жидкостно-воздушный тепловой насос

Тепловой насос является центральным блоком системы геотермального охлаждения или отопления. Внешне и функционально он напоминает холодильник.

Некоторые модели таких тепловых насосов могут не только отапливать помещения, но и охлаждать их, подогревать воду, обеспечивая потребность в горячем водоснабжении.

Основные узлы системы геотермального отопления

Нагретый или охлажденный воздух может быть доведен до конечного прибора системы отопления или кондиционирования за счет циркуляции воды или принудительной подачей воздух. Почти все виды тепловых насосов изготавливаются как для коммерческого, так и для бытового назначения.

Жидкостно-воздушные тепловые насосы (также называемые «вода-воздух») часто используются для замены устаревших центральных систем кондиционирования.

Жидкостно-водяной тепловой насос

Жидкостно-водяные тепловые насосы (также называемые «вода-вода») являются гидравлическими системами, которые используют два контура, заполненных жидкостью для теплообмена между ними. Такие системы обычно питают теплоносителем такое оборудование, как полы с водяным подогревом, отопительные радиаторы с жидким теплоносителем. Такие устройства могут нагревать воду до температуры примерно в 50° C, в то время как температура теплоносителя на выходе из обычного отопительного котла достигает 65-95° C. Таким образом, в системах с геотермальными насосами невозможно использовать радиаторы, предназначенные для более высоких температур.

Геотермальные тепловые насосы особенно хорошо подходят для напольного отопления, которое требует сравнительно низких температур до 40° C. Использование больших поверхностей, таких как полы, в отличие от радиаторов, распределяет тепло более равномерно и позволяет эффективно использовать более низкую температуру воды. Напольное покрытие из древесины или ковровые напольные покрытия ослабляют этот эффект, потому что термический КПД передачи этих материалов ниже, чем у каменных полов (плитка, бетон).

Основные узлы системы геотермального отопления

Также существуют комбинированные тепловые насосы, которые могут производить одновременную принудительную циркуляцию воздуха и воды. Эти системы в основном используются для домов, имеющих сочетание потребностей воздушного кондиционирования и жидкостного отопления.

Монтаж

Существует несколько способов, позволяющих затратить минимум пространства для монтажа тепловых насосов:

  1. эксплуатация подземных зондов. Для этого потребуется запустить в глубокую скважину специальный контур, который наполнен антифризом;
  2. эксплуатация теплых грунтовых вод. Для этого потребуется пробурить достаточно глубокую скважину. Грунтовые воды прогоняются через теплообменник, предварительно выкачиваясь насосом;
  3. прокладка специальных зонтов в горизонтальном положении ниже уровня зимнего оледенения на дне водоема.

Выводы и полезное видео по теме

В ролике наглядно показано, как в большом доме из газосиликатного блока обустроена отопительная система на основе геотермального теплового оборудования «воздух-вода». Раскрыты некоторые интересные нюансы относительно монтажа оборудования и озвучены реальные цифры коммунальных платежей за месяц.

Как работает оборудование «земля-вода». Подробное описание от специалиста по установке геотермальных тепловых котлов, рекомендации и полезные советы для домашних мастеров от профессионала своего дела.

Своими впечатлениями о тепловом геотермальном насосе делится реальный пользователь оборудования.

Профессиональный слесарь рассказывает, как в домашних условиях изготовить тепловой насос на основе мощного компрессора и трубчатых теплообменных деталей. Подробная инструкция в пошаговом режиме.

Геотермальный насос для отопления частного домовладения – удачный способ создания комфортных жизненных условий даже там, где недоступны централизованные коммуникационные системы и более привычные источники энергетического ресурса.

Выбор системы зависит от территориального расположения недвижимости и финансовых возможностей хозяев.

Имеете опыт изготовления геотермального теплового насоса? Пожалуйста, поделитесь информацией с нашими читателями, предложите свой вариант сборки. Оставлять комментарии и прикреплять фотографии своих самоделок можно в форме, расположенной ниже.