Геотермальное отопление дома: принцип работы и типы конструкций

Геотермальное отопление дома за счет энергии земли

Подробный обзор

Перспективы геотермального тепла

Новые источники энергии как геотермальное тепло играют существенную роль в продвижении чистой более устойчивой энергетической системы. Это одна из немногих технологий использования возобновляемых источников энергии, которые могут поставлять тепло непрерывно. Кроме того, в отличие от угольных и атомных электростанций, бинарные установки могут использовать гибкий источник для баланса переменной поставки возобновляемых ресурсов, таких как ветер и солнечная энергия с различными видами солнечных батарей. Затраты на новые источники энергии в виде геотермального тепла становятся все более конкурентоспособными.

По прогнозам энергетической информации стоимость энергии для новых установок будет менее 1 рубля за киловатт-час (кВт/ч). К примеру, более чем 2 рубля стоит электроэнергия на природном газе и более чем 2,5 рубля на обычных угольных электростанциях.

Существует также перспективы непосредственного использования этого типа ресурсов в качестве источника отопления домов и предприятий в любом месте.

Расширение геотермальных тепловых систем

Отопление за счет тепла земли  как новый источник энергии возможно везде под поверхностью земли, но условия, которые могут реализовать циркуляцию воды на поверхность имеет не вся поверхность земной суши. Подход использования тепла в засушливых районах известен как усовершенствованные системы или «сухая нагретая порода».

Перспективы геотермального тепла

Горячие водоемы, обычно находятся на больших глубинах ниже поверхности, чем обычные устройства. Вода сначала откачиваются под высоким давлением на поверхность для выработки электроэнергии. Затем вода возвращается через нагнетательные скважины для завершения цикла циркуляции. Некоторые электростанции могут использовать закрытый бинарный цикл и не выпускать жидкости или выбросы удерживающие тепло за исключением водяного пара.

Совместное производство геотермального тепла совместно с нефтяными и газовыми скважинами

Во многих существующих нефтяных и газовых резервуарах имеется значительное количество высокотемпературной воды под высоким давлением. Эта высокотемпературная жидкость может совместно использоваться для получения геотермального тепла наряду с добычей ресурсов нефти и газа. В некоторых случаях совместная эксплуатация этих ресурсов может даже повысить добычу нефти и газа. Однако, для того, чтобы задействовать весь потенциал необходимо укрепление технологических систем и совместное производство геотермальной электроэнергии для нефтяных и газовых скважин.

Эти новые источники энергии е за счет тепла земли  должны поддерживаться беспрецедентным уровнем федерального финансирования. Возможные инвестиции в новые источники энергии начнут производить значительные чистые выгоды в будущем.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.
Особенности и принцип работы ТН

В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

Особенности и принцип работы ТН
  1. Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
  2. Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
  3. Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
  4. На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.

Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

Особенности и принцип работы ТН

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

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.

Читайте также:  Датчик тяги газового котла: принцип работы, проверка работоспособности

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.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.

Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Простая теплица с подогревом земли своими руками

Грядки с водяным подогревом также имеют ряд преимуществ. Во-первых, конденсат, образующийся на трубах, дополнительно увлажняет почву. Такая конструкция оказывает равномерный прогрев воздуха в помещении. Чтобы обогреть теплицу, необходим будет газовый или электрический котел, также можно использовать небольшую печку из кирпича или металла на дровах.

К ней нужно приобрести трубу для выхода дыма. Выбор производят в соответствии с конфигурацией обогревателя.

Для установки печи или котла, необходимо подготовить фундамент, для кирпичной конструкции – бетонный. Металлический котел можно поставить на лист из смеси асбеста с цементом. Далее конструкции обеспечивают устойчивость и присоединяют дымоход, герметично заделывая места присоединения.

Простая теплица с подогревом земли своими руками

Утепление грядок трубами, необходимые работы:

  • Снимают грунт толщиной 35-40 мм;
  • На дно полученной траншеи выкладывают материал для тепловой изоляции, обычно используют пенопласт;
  • Сверху помещают трубы для воды и подключают к отопительной системе;
  • Поверх труб укладывают плодородную почву.

Данный способ обогрева считается оптимальным, однако необходимо следить, чтобы температура воды в трубах не превышала 45 оС, в противном случае можно обжечь корни растений.

Читайте также:  Варианты газового отопления в деревянном доме

Оборудование для обустройства геотермального отопления

Геотермальное оборудование для глубинной отопительной системы позволяет аккумулировать извлеченную из окружающей среды тепловую энергию и передавать ее теплоносителю в отопительном контуре.

Список оборудования для обогрева с помощью тепла земли включает

Оборудование для обустройства геотермального отопления
  • Испаритель. Устройство располагают на глубине, и оно служит для поглощения находящейся в геотермальных водах или грунте тепловой энергии.
  • Конденсатор. Позволяет довести температуру антифриза до необходимой для функционирования системы величины.
  • Тепловой насос. Обеспечивает циркуляцию антифриза в контуре нагревания, контролирует работу геотермальной установки.
  • Буферный бак — емкость для сбора нагретого антифриза. Позволяет передавать тепловую энергию земных недр теплоносителю. Бак, через который проходит теплоноситель, оборудован теплообменником в виде змеевика. По нему, отдавая тепло, движется нагретый антифриз.

Схема устройства теплового насоса

Какой коллектор лучше для отопления

Для южных регионов с мягкой зимой и большим количеством солнечных дней в году лучший вариант — плоский коллектор. При таком климате он показывает высшую продуктивность.

Для регионов с более суровым климатом подходят трубчатые коллекторы. Причем для суровых зим больше подходят именно системы с Heat-pipe: они греют даже ночью и даже в пасмурную погоду, собирая большую часть спектра солнечного излучения. Они не боятся низких температур, но точный диапазон температур нужно уточнять: он зависит от вещества, находящегося в тепловом канале.

Эти системы при грамотном расчете могут быть основными, но чаще они просто экономят затраты на отопление от другого, платного источника энергии.

Какой коллектор лучше для отопления

Для России больше подходят трубчатые гелиосистемы

Еще одним вспомогательным отоплением может быть воздушный коллектор. Его можно сделать во всю стену, причем он легко реализуется своими руками. Он отлично подойдет для отопления гаража или дачи. Причем проблемы с недостаточным нагревом могут возникнуть не зимой, как вы ожидаете, а осенью. При морозе и снеге энергии солнца в разы больше, чем в пасмурную дождливую погоду.

Плюсы и минусы геотермальной системы

Как и любой другой вид отопления загородного дома, система на энергии Земли имеет свои плюсы и минусы.

Плюсы и минусы геотермальной системы

Среди преимуществ можно выделить:

  1. бесплатный источник энергии – земляные ресурсы;
  2. экологичность – процесс отопления не сопровождается выбросами веществ в атмосферу;
  3. безопасность – топливный насос не содержит горючее, что исключает возгорание;
  4. отсутствие запаха;
  5. бесшумность;
  6. большой гарантийный срок – до 25 лет;
  7. отсутствие топлива и сопровождающих расходов – нет топлива – нет трат на его доставку и хранение;
  8. небольшое потребление электроэнергии, по сравнению с теплоотдачей (1 к 5);
  9. отсутствие обслуживания – геотермальная система автономна и не требует ухода;
  10. возможность пользоваться системой как кондиционером – в этом случае тепло дома греет хладагент, который отдает его во внешний тепловой коллектор.
Плюсы и минусы геотермальной системы

К недостаткам геотермальной системы отопления относят:

  • сложность монтажа;
  • высокая стоимость – оборудование и монтажа такой системы обойдутся в кругленькую сумму.
Плюсы и минусы геотермальной системы

Важно! Можно неплохо сэкономить, установив систему геотермального отопления дома своими руками, однако это потребует точных расчетов и консультаций со специалистом.

Плюсы и минусы геотермальной системы

Полезное видео

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.

Ознакомьтесь с видео, в котором производится обзор установленной системы геотермального отопления.

Видео о принципах и результатах эксплуатации

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений. Задача, которую мы перед собой поставили, заключается не в том, чтобы подтолкнуть вас к готовому выводу, а в том, чтобы поделиться информацией о вариантах решения стоящей перед вами задачи. опубликовано

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Как сделать тепловой насос «грунт-вода» своими руками

Цены на готовое оборудование таковы, что для большинства пользователей приобретение попросту недоступно. Пойти на такие расходы может только очень обеспеченный человек, но решением вопроса вполне может стать самостоятельное изготовление теплонасоса. В этом случае расходы упадут почти до нуля, но придется изрядно повозиться и побегать по инстанциям, чтобы получить разрешение на производство земляных работ. Если все вопросы административного порядка не являются проблемой, можно приступать к работам.

Бурение скважины

Создание коллектора или бурение скважины являются операциями, которые крайне сложно выполнить своими руками. Для этих работ приглашают специалистов с необходимой техникой. Все действия выполняются согласно заранее рассчитанным параметрам, в готовую скважину или коллектор погружается трубопровод, производятся все остальные действия. В результате должны остаться лишь два конца трубы, выходящие из земли или скважины. Впоследствии они будут присоединены к испарителю теплового насоса. После этого приступают к созданию контура с хладагентом.

Читайте также:  Банные печи своими руками – монтаж на примерах

Расчеты и сделать рабочие чертежи

Прежде всего, необходимо произвести расчеты и сделать рабочие чертежи. Предстоит большой объем работ, выполнять их наугад нецелесообразно. Создание проекта поможет тщательно продумать все рабочие моменты, позволит вовремя обнаружить ошибки и просчеты.

Купить оборудование

Вторым шагом станет приобретение всех элементов системы, которые изготовить самостоятельно нельзя. К ним можно отнести компрессор, блоки управления, насосы и прочие узлы системы.

Сборка теплонасоса

После этого приступают к непосредственному созданию теплонасоса. Для изготовления конденсатора потребуется бак из нержавейки объемом около 120 л. Бак разрезается в продольном направлении, впоследствии половинки надо будет сварить между собой, поэтому резать надо максимально аккуратно. Внутрь этого бака надо установить змеевик из медной трубки таким образом, чтобы жидкость, проходящая по ней, не могла смешиваться с содержимым бака.

Для изготовления змеевика трубку наматывают на отрезок трубы или иной предмет круглого сечения с подходящим диаметром. В верхней и нижней частях бака делаются по 2 отверстия для входа и выхода змеевика и теплоносителя из системы отопления дома.

Испаритель делается подобным образом, только объем бака надо брать меньше — около 80 л. Иногда вместо металлического бака используют пластиковые емкости, чтобы снизить образование конденсата на стенках.

Подключение компрессора

Для установки и подключения компрессора рекомендуется обратиться к специалисту по холодильным установкам. При создании фреонового контура надо учитывать разные мелочи и нюансы, которые известны только опытным мастерам. Самостоятельное выполнение пайки контура грозит появлением неточностей и ошибок, которые впоследствии обязательно дадут о себе знать. Кроме того, понадобится закачать в систему фреон, что также следует поручить опытному специалисту.

Система трубопроводов

Собранный контур присоединяется к системе трубопроводов со стороны испарителя и к системе отопления дома со стороны конденсатора. Эти работы довольно просты и доступны для самостоятельного выполнения. Подключается блок управления системой, после чего собранный тепловой насос запускается, проверяется на работоспособность, при необходимости производится исправление ошибок и устранение всех обнаруженных изъянов. Если никаких нареканий не имеется, то эксплуатация оборудования продолжается в рабочем режиме.

Источники

  • -nasosy/
  • -nasosi/zemlya-voda
  • -teplovoi-nasos-otopit-dom-opyt-forumhouse
  • -energy/teplovye-nasosy/

[свернуть]

Опубликовано:

Реальные преимущества и недостатки

Если в России геотермальное отопление частного сектора получило сравнительно малое распространение, значит ли это, что идея не стоит затрат на её воплощение? Может быть, и заниматься этим вопросом не стоит? Оказалось, что это не так.

Использование системы геотермального отопления жилища – решение выгодное. И тому есть несколько причин. В их числе и быстрая установка оборудования, которое способно длительное время работать без каких-либо перебоев.

Если использовать в отопительной системе не воду, а качественный антифриз, она не будет промерзать и её износ будет минимальным.

Перечислим и прочие преимущества этого вида отопления.

  • Исключена процедура сжигания топлива. Мы создаём абсолютно пожаробезопасную систему, которая, в процессе своей эксплуатации, не сможет нанести жилью никакого ущерба. Кроме того, исключается ряд других моментов, связанных с присутствием топлива: теперь не нужно искать место для его хранения, заниматься его заготовкой или доставкой.
  • Существенная экономическая выгода. В процессе эксплуатации системы не потребуется никаких дополнительных вложений. Ежегодный обогрев обеспечивают силы природы, которые мы не покупаем. Конечно, при функционировании теплового насоса затрачивается электрическая энергия, но при этом объём производимой энергии существенно превышает размеры потребления.
  • Экологический фактор. Геотермальное отопление частного загородного дома – это экологически безопасное решение. Отсутствие процесса горения исключает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это осознают многие, и такая система теплоснабжения получит должное повсеместное распространение, негативное влияние людей на природу многократно уменьшится.
  • Компактность системы. Вам не придется организовывать в своём доме обособленное помещение котельной. Всё, что будет необходимо – это тепловой насос, который можно разместить, например, в подвале. Наиболее объёмный контур системы будет располагаться под землей или под водой, на поверхности вашего участка вы его не увидите.
  • Многофункциональность. Система может работать как на отопление в холодное время года, так и на охлаждение в период летней жары. То есть, по сути, она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер.
  • Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.

Выбор геотермальной системы отопления экономически выгоден, несмотря на то, что придется потратиться на покупку и установку оборудования.

Кстати, в качестве недостатка системы упоминают именно затраты, на которые придется пойти, чтобы установить систему и подготовить её к работе. Нужно будет купить сам насос и некоторые материалы, выполнить работы по монтажу наружного коллектора и внутреннего контура.

Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование уложенного в грунт или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить значительные средства.

К тому же, сам процесс монтажа не настолько сложен, чтобы приглашать для его выполнения сторонних специалистов. Если не заниматься бурением, то всё остальное можно сделать самостоятельно.