Геотермальное отопление: что это такое и главные особенности его построения

Каждый хозяин ищет экономичные способы обогреть собственное жилище, поэтому если вы один из таких, то вам будет полезно узнать, что такое геотермальное отопление. Кроме того, в рамках этой статьи мы рассмотрим не только его особенности, а также плюсы и минусы и детали касательно собственноручного монтажа. Поэтому настоятельно рекомендуем дочитать эту публикацию до конца, чтобы не упустить важные моменты.

Геотермальное отопление: что это и его принцип работы

Принцип работы геотермального отопления заключается в наличии в устройстве специальной системы, которая помогает черпать тепловую энергию из недр земли. Состоит конструкция из внутренней и внешней части системы отопления. Получается, что она включает насос, а также два контура.

Теплоноситель, который проходит по трубкам и радиаторам отдает тепло внутренней части помещения. Также возможно подключение к этой системе и теплого пола, при условии, что он является составляющей внутреннего контура.

Внешняя часть системы находится глубоко в грунте или в воде, имеет достаточно большие габариты. В качестве теплоносителя часто выступает антифриз (используется и обычная вода). Основным элементом во всей этой конструкции является тепловой насос. Во время своей работы он затрачивает до 1 кВт мощности, при которых способен выдавать энергию в количестве 4-5 кВт.

Все тепло, которое вырабатывается наносом отдается дому через батареи, радиаторы, теплые полы, на этом и выстраивается принцип работы экономного геотермального отопления.

Что происходит в рабочем состоянии

На данном этапе рассмотрим, как работает геотермальное отопление дома. Для этого распишем все в виде пошаговых пунктов:

• Теплоноситель во внешнем контуре приобретает температуру окружающей среды.
• В таком состоянии он поднимается к насосу, где разогревается окончательно.
• Давление в дросселе повышается, вследствие чего теплоноситель сужается.
• Далее энергия земли в разогретом состоянии поступает по трубам в дом.

На заметку! При правильной реализации монтажа системы геотермального отопления удастся окупить разработанную конструкцию за короткий промежуток времени.

Виды разработанной системы

Теплообменник, который используется в системе и функционирует от источника с низким показателем температуры может устраиваться по-разному. Обычно для этой цели применяется вертикальной или горизонтальное размещение внешнего контура. Насос и внутренний контур остаются в стандартном положении без изменений.

Вертикальный способ размещения предполагает использование специальной вытянутой шахты, которая может пересекать или не пересекать водный горизонт в глубине грунта. При выборе такого типа отопления происходит бурение сразу нескольких скважин в предполагаемом месте. Они имеют наклонное положение. Внутри них монтируется внешний контур. Такой прием используется с целью сохранить ландшафтный дизайн на придомовом участке. Глубина скважины в вертикальном расположении составляет 50-100 метров. Все зависит от геологических условий на выбранной местности. Специалисты считают, что данный способ будет эффективным в ходе эксплуатации.

Горизонтальный вариант расположения требует обязательного устройства трубопровода-змеевика в глубине грунта. Для организации такой разновидности отопления подготавливают специальный котлован или контур размещается в водоеме. Закладка горизонтального контура оправдана только в случае, когда имеется свободное месторасположение или же дом только начинает возводиться с нуля.

Важно! При закладке контура горизонтальным путем, рекомендуется узнать точную глубину промерзания грунта, так как конструкцию необходимо устанавливать ниже этой отметки.

Источники энергии, которые могут использоваться для отопления

Геотермальное тепло может приходить в дом от двух типов источников земляной энергии. Их делят на:

• высокотемпературные. К таким относят именно гейзеры. Они помогают эффективно отапливать жилище, но не всегда находятся рядом, поэтому зачастую приходится отдавать предпочтение следующему виду;
• низкотемпературные. Температура внутренних слоев грунта обычно достигает 10-15 градусов (в зависимости от региона и климата в нем). При этом уровень температуры остается стабильным даже при смене времен года. В качестве низкотемпературного источника энергии может выступать и вода из крупных водоемов.

Таким образом, удается преобразовать энергию из недр земли: из теплой в холодную, а из холодной в теплую. Этот процесс происходит с помощью специально предусмотренного насоса.

Виды геотермальных установок

Разобравшись с геотермальным отоплением и что это такое, целесообразно изучить возможные его варианты. К ним относится:

• Земля-вода. При данном способе происходит забор тепловой энергии из грунта с помощью обустроенных зондов. Она далее накапливается в коллекторе, а следом передается в отопительную систему в виде жидкого теплоносителя.
• Вода-вода. Тепловая энергия добывается из естественного водоема (река, пруд, озеро). Искусственные полностью исключаются. Такой способ взятия тепловой энергии считается одним из самых стабильных по показателям температуры.
• Воздух-воздух. Это отопление работает по несколько иному принципу. Для его реализации понадобятся вентиляторы и испарители, которые соединяются в единую систему. В качестве ресурса выступает воздух.

Что касается последнего типа отопления — воздух-воздух, то он отличается своей эффективностью только до тех пор, пока температура воздуха не снизится до показателя -15 градусов. При похолодании КПД (коэффициент полезного действия) тоже снижается.

Преимущества и недостатки

Работа конструкции геотермального отопления, как и все остальные системы имеют свои положительные и отрицательные качества. Начнем с преимуществ:

• отопление является не только высокоэффективным, но еще и малозатратным;
• монтаж легко осуществляется своими руками;
• отмечается пожаробезопасность, так как сжигание топлива не происходит;
• длительный срок службы оборудования (в первую очередь, насоса);
• экологически чистый способ отопления без выделения токсинов и запаха;
• является многофункциональным, так как может давать охлаждающий эффект.

В вопросе организации данного типа оборудования необходимо выделить один условный минус — крупные первичные затраты, которые понадобятся на обустройство.

Важно! Также в качестве недостатка может выступать и ограниченность использования данного способа отопления. Например, в районах с крупной застройкой, трудно получить разрешение на проведение соответствующих видов земляных работ. 

Принципы обустройства

Отопление за счет тепла земли выполняется в несколько этапов. Для их реализации не обязательно привлекать специалистов, единственное, что может потребоваться — профессиональная бурильная установка, и то, в крайних случаях.

Первый этап: выполнение предварительных расчетов

Расчеты производятся для того, чтобы конструкция стала работать эффективно в период отопительного сезона. Здесь могут быть отличия в цифрах в случае разного уровня теплоизоляции постройки. Чтобы обогреть площадь в виде 1 квадратного метра, понадобятся насосные установки следующей мощности:

• с отсутствующей теплоизоляцией — 120 Вт;
• с обычной — 80 Вт;
• с энергосберегающей — 40 Вт.

Кроме этих значений рекомендуется учесть еще и возможные потери тепла непосредственно в домашних условиях. Например, для более крупных домов этот показатель может достигать 9 кВт. В таком случае насосная установка должна обеспечивать показатель мощностью 216 кВт/ч. Но, лучше, если к этому показателю прибавить еще 10-15%. В соответствии с этими значениями, оптимальная мощность насосной установки для геотермального отопления дома — это 10,8 кВт.

Сюда же следует отнести и температуру грунта на уровне, где находится скважина. К сожалению, многие игнорируют этот фактор, вследствие чего происходит нарушение работоспособности системы отопления. Температура внутренних слоев почвы может варьироваться в зависимости от уровня присутствующей влажности в них. Параметры в зависимости от этого могут быть следующими:

• сухой — 25 Вт/м;
• влажный субстрат —45-55 Вт/м;
• твердый грунт — 85 Вт/м;
• с наличием грунтовых вод — 110 Вт/м.

После проведения расчетов и выбора в соответствии с ними оборудования, можно приступать к монтажу.

Второй этап: монтаж и подходящее оборудование

Для устройства геотермального отопления можно использовать уже готовые приспособления. В качестве них подойдет задний змеевик от холодильника, а также кондиционер с измененным внешним и внутренним контуром. Определившись со средством, играющим роль контура, можно приступать к бурению скважины.

Ее глубина должна быть не менее 20-100 метров. Для этой цели пригодится профессиональный бур (это единственная манипуляция, которая может потребовать соответствующей специализации при монтаже).

Также в качестве места, куда будет заложен внешний контур, может быть подготовлен котлован (но, только при условии, если для этого имеется достаточно свободной площади). На его дно насыпают песок. Достаточно присыпать, чтобы полностью перекрыть видимость грунта.

В подготовленной траншее выкладывают трубы внешнего контура, образуя спираль или змейку. Для этой цели подходят и пластиковые трубы, главное, чтобы они выдерживали давление до 6 бар. Получается, что эти каналы должны будут выполнять роль зондов. Обвязку составляют из трех-четырех линий, причем крайние участки формируют в загибы U-образной формы.

Третий этап: подключение теплового насоса к отоплению

Подключение теплонасоса для отопления дома теплом земли осуществляется по стандартной схеме, как и по отношению к другим видам отопительных систем. Для этой цели используется следующий принцип:

• Контуры грунтового коллектора подводятся к дому (в то помещение, где запланирован монтаж насоса).
• Далее к насосу, в соответствии с инструкцией, которая имеется в комплекте, подключается буферный бак, от него холодный контур выводится для организации теплого пола и через стояки подключается к радиаторам отопления.
• От теплового насоса, в свою очередь, выводится еще два контура: холодный и теплый. Они оба подключаются к бойлеру или газовой колонке.

Подобным образом, организованная система отопления работает намного эффективнее не только в плане теплоотдачи, но и затрат на коммунальные платежи.

Особенности эксплуатации и содержания оборудования

Смонтировать отопление теплом земли и наслаждаться им еще недостаточно. Важно знать некоторые принципы его эксплуатации и обслуживания. Об этом рассказываем в данном разделе:

• в качестве единичного способа отопления, геотермальное и его принципы работы, используют только, если в период отопительного сезона на улице температура не падает до заморозков. С другой стороны, оно подходит для промышленных помещений (гаражей, погребов, подвалов), где достаточно придерживать уровень температуры в 15 градусов. В противном случае для большого жилого дома лучше если земельный способ отопления будет второстепенным;
• насосная установка тоже не нуждается в ежесуточном контроле. Чтобы она проработала достаточно длительный период времени, необходимо провести качественный монтаж и предоставить ей нормальные эксплуатационные условия (о них можно узнать в инструкции, которая предоставляется на упаковке;
• систему, которая передает энергию от земли к отопительному оборудованию (насос, буферный бак) рекомендуется проверять дважды в год на предмет повреждений, появления ржавчины, коррозии, окислений. Это проводится перед началом отопительного сезона и на этапе его завершения;
• имеется необходимость один раз в полгода проверять химический состав теплоносителя и его кислотность. Это необходимо для того, чтобы ресурс правильно выполнял свою функцию;
• досмотр водяных фильтров и теплообменников аналогично рекомендуют проводить раз в шесть месяцев. Желательно перед и после отопительного сезона. Чтобы и далее сохранить отопление энергией земли в рабочем состоянии, при обнаружении закупорок и налета, обязательно проводят прочистку.

При регулярном соблюдении таких манипуляций, отопление проработает отведённый ему срок без нареканий.

Варианты лучших геотермальных насосов

Выбор типа насосного оборудования — не последняя необходимость, о которой нужно знать при попытке организовать отопление дома теплом земли. В этом разделе рекомендуем изучить наиболее распространённые и высокоэффективные агрегаты от именитых брендов. Обратить внимание следует на производителей:

• Viessmann. Насосы этого бренда отличаются высокой производительностью — примерно до 290 кВт, а также способны нагревать теплоноситель до 60 градусов. Традиционно в ней имеется встроенная накопительная емкость. Среди продуктов выделяют модель Vitocal 300-G/W Pro. Именно она адаптирована под суровый зимний климат.
• Vaillant. Устройства этого производителя отличаются средней производительностью, достигающей 46 кВт. Кроме того, они довольно неплохо прогревают теплоноситель — до 60 градусов.
• Stebel Eltron. Оборудование этой компании можно адаптировать для установки в вентиляционные системы во время летнего сезона. Максимальная производительность установок достигает 98 кВт. Слишком большой ассортимент агрегатов, поэтому если отдали предпочтение этому производителю, тогда обратитесь к специалисту для подбора оптимального агрегата.

Можно сделать вывод, что обойтись можно и лишь геотермальным отоплением при условии правильно выбранной насосной станции.

Заключение

Геотермальное отопление — это удачный альтернативный вариант другим системам. Для его организации нужно только соответствующее разрешение и правильная планировка составляющих. Взамен укомплектованное отопление порадует теплом, а возможно и приятной прохладой в летний период.