С ростом цен на энергоносители затраты на отопление частного дома с каждым годом выглядят все более пугающими.
А ведь матушка-природа может обогреть наши жилища практически бесплатно. Все что для этого понадобится – установить в коттедже геотермальное отопление своими руками.
Не беспокойтесь, наличие огнедышащего вулкана или фонтанирующего гейзера в непосредственной близости от дома не является обязательным. В качестве источника тепла, как мы увидим далее, сгодится и покрытый толстым слоем льда пруд.
Принцип работы геотермального отопления дома
Термин «тепло Земли» у большинства обывателей стойко ассоциируется со всякого рода горячими источниками. Но ведь и слой грунта, имеющий скромную температуру в 7 – 10 градусов, также содержит немалое количество тепловой энергии. Надо только ее как-то оттуда выкачать.
Схема работы геотермального отопления
Именно выкачкой тепла и занимается специальное устройство, которое так и называется – тепловой насос. В системе геотермального отопления ему отводится главенствующая роль. Следует отметить, что геотермальный тепловой насос – далеко не новое изобретение. Его собратья, имеющие аналогичное устройство, давно уже трудятся в наших холодильниках и кондиционерах.
Как это работает?
Монтаж системы геотермального отопления начинают с устройства наружного контура – длинного трубопровода, погруженного в грунт или водоем вне пределов дома. Этот контур заполняется рабочей жидкостью – водой или антифризом, которая за счет постоянной циркуляции осуществляет сбор имеющегося в окружающей среде тепла и доставку его к тепловому насосу.
В тепловом насосе также циркулирует рабочее вещество, называемое хладагентом, только здесь оно пребывает то в жидком, то в газообразном состоянии. Чаще всего применяется фреон, но может использоваться и другой газ.
Замкнутый маршрут, по которому движется хладагент, состоит из трех элементов:
- камера испарителя,
- компрессор,
- камера высокого давления.
Как известно, температура любого газа увеличивается по мере его сжимания и падает при расширении.
Именно на этом физическом законе основана работа теплового насоса. Испаритель и камера высокого давления включены в состав теплообменников: первый омывается жидкостью, циркулирующей в наружном контуре, вторая – водой из системы отопления или ГВС.
Вот что происходит в ходе работы теплового насоса:
- Поступающий в испаритель хладагент, увеличиваясь в объеме, остывает, вследствие чего происходит теплообмен между ним и более теплой жидкостью из наружного контура.
- Слегка подогретый газ (с температурой в пределах 10 градусов) нагнетается компрессором в камеру высокого давления.
- Температура сжатого фреона, пребывающего в камере высокого давления, значительно увеличивается (по заявкам производителей – до 70 градусов), что обуславливает теплообмен между ним и водой, циркулирующей в системе отопления или ГВС. Последняя доставляет полученное тепло к радиаторам или водоразборным кранам.
- Через специальный клапан хладагент из камеры высокого давления поступает в испаритель, где снова расширяется и остывает. Весь процесс повторяется по новой.
Вопрос исследования новых способов получения энергии волнует весь мир на протяжении долгих лет. Альтернативная энергия своими руками доступна уже сейчас. Ветрогенератор, биогаз, самодельная гидроэлектростанция рассмотрим каждый из этих источников подробнее.
О том, как правильно рассчитать количество секций для радиаторов отопления, читайте тут.
А здесь https://4air.ru/sistemy-otopleniya/montazh-sistem-otopleniya/vodyanoe-v-chastnom-dome.html вы найдете схему монтажа отопления частного дома своими руками по шагам, а также узнаете об альтернативных способах водяного отопления.
Достоинства и недостатки технологии
Устройство геотермального отопления сулит немало выгод. Вот в чем выигрывает владелец такой системы:
- Дармовое тепло: тепловая энергия, питающая геотермальную отопительную систему, абсолютно бесплатно предоставляется раскаленным ядром планеты. Для извлечения этого тепла в количестве 3 – 5 кВт приходится затрачивать всего 1 кВт электроэнергии.
- Пожарная безопасность: поскольку в отопительном агрегате данной системы не происходит сгорания какого-либо топлива, возможность случайного возгорания полностью исключается.
- Экологичность: геотермальная энергия считается возобновляемой и ее применение способствует сохранению энергетических природных ресурсов, которые таковыми не являются. Кроме того, рассматриваемый вид отопления не приводит к образованию вредных для природы выбросов.
- Простота эксплуатации и ухода: весь процесс управления системой геотермального отопления сводится к настройке требуемой температуры. В уборке копоти и золы нет необходимости по причине отсутствия таковых. Также отпадает необходимость хранить большие запасы дров или угля, как в случае с твердотопливным котлом.
- Возможность применения теплового насоса для кондиционирования в летний период: практически во всех современных тепловых насосах можно осуществить реверсивное подключение контуров, при котором тепло «потечет» в обратном направлении – изнутри наружу.
Признать геотермальную систему отопления идеальным вариантом мешают лишь два недостатка:
- Высокая стоимость оборудования и монтажных работ для геотермального отопления дома: в среднем стоимость импортного теплового насоса с теплотворной мощностью на уровне 11 кВт составляет 300 тыс. руб. С увеличением мощности до 17 кВт цена подскакивает уже до 350 тыс. руб. Но это только часть затрат. Немало средств придется потратить на сооружение наружного контура, который имеет весьма внушительные размеры.
- Энергозависимость: сеть электроснабжения в загородной инфраструктуре – самое слабое место. Сбои и аварии происходят довольно часто, особенно в ветреную погоду. Если газовый или твердотопливный котлы в случае отключения света будут и дальше бодро чадить, то тепловой насос работать в таких условиях не сможет, при этом его владельцы останутся наедине с лютым морозом.
Схема геотермальной системы отопления
Последний из перечисленных недостатков можно компенсировать путем дополнительной установки маломощного комбинированного котла, способного работать на электричестве и дизельном топливе.
Разновидности конструкций внешнего контура
Расположить трубы наружного контура можно горизонтально и вертикально.
Горизонтальный способ
Такой контур называется коллектором. При всей своей трудоемкости горизонтальный способ размещения труб является самым простым, а потому он может быть осуществлен самим домовладельцем без привлечения высококвалифицированных специалистов и специальной техники. В среднем с одного метра горизонтального коллектора удается снять 20 Вт тепловой энергии. Устройство контура можно произвести по одному из двух вариантов:
Размещение в грунте
Трубы контура, имеющего вид змеевика, укладывают в траншеи ниже глубины промерзания.
Расстояние между соседними участками должно составлять не менее 0,7 м. Максимальная длина контура ограничивается значением в 150 м.
При большей длине гидравлическое сопротивление трубопровода достигнет значительных величин, что потребует применения более мощного насоса. Рентабельность системы при этом ощутимо сократится.
Если необходимо использовать несколько контуров, их длина должна быть одинаковой.
Площадка, отводимая под грунтовый коллектор, обычно имеет весьма значительные размеры. В среднем на каждый 100 кв. м отапливаемой площади приходится задействовать 240 кв. м угодий, на которых не допускается высадка деревьев и размещение построек (вся территория должна быть хорошо освещена солнцем).
С размещением в водоеме
Если не далее, чем в 100 м от дома имеется водоем, задача по устройству наружного контура существенно упрощается. Трубы можно расположить прямо на дне, не прибегая в этом случае к трудоемким и дорогостоящим земляным работам. Контур имеет вид спирали, что способствует снижению его гидравлического сопротивления. Благодаря высокой теплопроводности воды, а также ее перемешиванию в результате конвекции процесс теплообмена происходит интенсивнее.
Подходящим является любой водоем с достаточной площадью, который даже в самые суровые зимы не промерзает на всю глубину.
При сильных морозах глубина промерзания грунта или поверхностных вод может превышать среднее значение. Поэтому при определении глубины заложения коллектора на этот счет следует предусматривать запас в 20%.
Вертикальный
В этом варианте трубы внешнего контура помещают в скважины. Такую конструкцию называют зондом.
Вертикальный способ применяют при отсутствии достаточно обширной территории, необходимой для расположения горизонтального коллектора, а также в том случае, если на участке уже имеются элементы благоустройства, которые не хотелось бы разрушать.
Недостаток данной технологии состоит в отсутствии возможности самостоятельной реализации: придется потратиться на найм бригады бурильщиков, имеющих специальные механизмы.
Скважины имеют диаметр от 120 до 200 мм, а их глубина варьируется в пределах от 20 до 300 м. Сам контур чаще всего выполняют из полимерных труб диаметром не менее 32 мм. После погружения зонда скважину заполняют составом, имеющим высокую теплопроводность, например, бентонитом. Срок службы выполненной по всем правилам скважины достигает 100 лет.
Важное преимущество вертикальной конструкции наружного контура состоит в более высокой теплоотдаче. Здесь она в среднем составляет уже 50 Вт/м. Разумеется, так бывает не всегда. Конкретное значение зависит от типа грунта, его влажности и объема грунтовых вод.
Сама по себе геотермальная энергия относится к возобновляемым видам, тем не менее, объем ее потребления не является бесконечным. Геотермальные тепловые насосы для отопления рекомендуется эксплуатировать не более 1800 часов в год. В противном случае скорость отвода тепла настолько превысит скорость тепловой регенерации грунта, что некоторые его участки вокруг скважины могут даже промерзать. Данное явление может сопровождаться проседанием отдельных слоев, разрушением наружного контура и целым рядом других нежелательных последствий.
Во избежание переохлаждения грунта его рекомендуют с приходом лета насыщать теплом путем переключения теплового насоса в реверсный режим (кондиционирование) либо с применением солнечных коллекторов.
Комбинированный
Данный метод можно считать разновидностью горизонтального, но с уклоном в «вертикальную» сторону.
В грунте делается выемка глубиной до 5 м, в которую укладывают несколько витков контура с подсыпкой земли между ними.
В этом случае трубопровод имеет вид цилиндрической пружины. Он занимает меньше места, чем горизонтальный, но также может быть изготовлен собственными силами.
Отзывы владельцев
Отзывы о геотермальном отоплении дома пока немногочисленны. В целом надежность оборудования нареканий не вызывает, жалобы на его качество не встречаются. Однако большинство жителей регионов с холодным климатом отмечают несоответствие реальной производительности системы и проектной, определяемой производителем или дилером путем расчета.
На бумаге все выглядит красиво и убедительно, но на деле теплоноситель приходится догревать дополнительными источниками. Срок окупаемости при этом даже по самым оптимистическим расчетам может увеличиваться до 15 лет.
Отопление ИК лучами становится все популярнее и популярнее. Инфракрасная лампа для обогрева помещения отличается от обогревателя меньшей мощностью, но тем не менее для использования в хозяйственных нуждах она бывает незаменима.
Классификацию счетчиков отопления для квартиры вы найдете в этой статье.