Геотермальное отопление загородного дома своими руками

Вертикальный теплообменник в геотермальном отоплении

   Такие геотермальные системы отопления достаточно сложно создать своими руками из-за необходимости расположить контур на значительной глубине. Некоторые источники называют минимальным заглубление на 30 метров, однако, чаще всего для эффективной работы требуется глубина геотермальной шахты 100 и более метров.

   Такая система действительно будет долговечной, однако, для этого потребуется высокое качество бурения и укрепления скважины, что связано со значительными расходами и обязательным привлечением наемных рабочих (лучше всего – фирму с соответствующей специализацией, имеющую необходимые разрешительные документы) и спецтехники.

Перспективы и возможности геотермального отопления

   Несложно догадаться, что геотермальное отопление дома – это способ обогреть жилье при помощи температуры земли. Даже в самые сильные морозы на определенной глубине почва не промерзшая, а, следовательно, температура на этом уровне явно выше нуля. Вопрос в том, как передать тепло из недр в дом? Кроме того, тепловую энергию необходимо как-то «сконцентрировать», ведь при температуре +6 и даже +8°C обычная теплопередача не даст ощутимого эффекта.

   Геотермальное отопление было темой для исследований и инженерных разработок на протяжении многих лет. Доказательством того, что ученые добились успеха, может считаться тот факт, что именно подобные системы позволили стабилизировать экономическую и социальную обстановку в США во время нефтяного кризиса 70-х годов XX века. Сегодня в этой стране установка подобных систем финансово поддерживается на государственном уровне.

   В России оборудование подобного рода не слишком популярно из-за достаточно высокой стоимости, хотя на Дальнем Востоке технологии используются даже на геотермальных электростанциях (Паужетская, Океанская, Верхне-Мутновская и др.). Тем не менее, все чаще владельцы коттеджей и частных домов интересуются, насколько реально построить схему, использующую тепло земли для отопления дома, своими руками, тем самым, сократив расходы. Для ответа на тот вопрос необходимо познакомиться с различными типами систем и их устройством.

https://youtube.com/watch?v=DkutBXNfoC8

Горизонтальный теплообменник в геотермальном отоплении

   Место расположения горизонтального теплообменника – ниже уровня промерзания почвы, такая глубина зависит от климатического пояса. Температура грунта зимой на этом уровне ниже, чем на глубине, поэтому для набора тепла фреону необходимо достаточно долго перемещаться в слое земли. Соответственно, и площадь теплообменника будет достаточно большой. Ориентировочно для обогрева дома на 200 кв. м потребуется участок для теплообменника около 500 кв. м.

   Есть и еще один нюанс – систему не рекомендуют располагать под деревьями – в радиусе примерно 1,5 метров от кроны. Такое отопление теплом земли своими руками тоже выполнить довольно сложно.

Применяем тепло земли для отапливания дома

Энергия земли для отапливания дома сейчас применяется нечасто – очень многие люди предпочитает использовать классические источники энергии. Но расценки на горючее регулярно становятся больше, а залежи газа, угля и нефти когда-то, пускай даже спустя много лет, но завершатся. Из-за этой причины появляется необходимость искать альтернативные тепловые источники, в особенности — тепло земли для отапливания дома.

Обогрев дома теплом земли является одним из лучших если сравнивать с солнечной и ветряной энергетикой. В странах Европы прямо сейчас очень популярны гелиосистемы, разрешающие применить лучи солнца для отапливания дома и подогрева воды (прочтите также: «Гелиосистемы для отапливания собственными руками»). Но их использование ограничено – если в государствах с тёплым климатом их хватает для настоящего обогревания жилья, то в регионах с климатом умеренных широт очень много пасмурных дней. Более того, солнечные коллекторы должны содержать приличную площадь и емкий теплоаккумулятор, и в результате создание отопительные системы обходится в немалую сумму (прочтите: «Солнечный обогревательный прибор собственными руками»).

Тоже не помешает иметь добавочный тепловой источник на случай затянувшейся непогоды. Энергия ветра тоже считается не очень хорошим вариантом: его сила меняется, а складочки ландшафта помогают появлению мест с неизменным штилем. Если применять тепло земли для отапливания дома, то добавочный энергетический источник не понадобится – в любой день почва на глубине от нескольких метров хранит стабильную температуру. Чем больше глубина погружения геотермального насоса, тем выше температура грунта, а исходя из этого, и результативность теплоснабжения (подробнее: «Геотермальное теплоснабжение: рабочий принцип на примерах»). Но не забывайте о глубине обмерзания – в самых разнообразных регионах она выделяется.

Варианты монтажа геотермальной системы отопления

Теплообменник можно установить тремя способами. Его положение возможно:

• вертикальное;
• горизонтальное;
• водоразмещенное.

Самый компактный, но с самой дорогой установкой является подогреватель вертикальный (рис 2). Прибору отопления не нужна большая площадь, но необходима специальная бурильная техника. Такое оборудование способно создать скважину в 200м, а минимальный уровень в 50. Установка такого теплообменника для геотермального отопления частного дома идеальный вариант для уже обустроенной территории. Весь ландшафт, после монтажа, останется в прежнем виде.

Использование горизонтального теплообменника (рис 3) – частое явление. Такая геотермальная система отопление подразумевает укладку труб на непромерзающую глубину в грунт. Препятствием для установки такой системы отопления может стать выделение немалой площади под коллектор. Так же ее использование рационально, если участок возле дома не обустроен, иначе испорченный ландшафт огорчит владельца.

Рис. 3 Горизонтальный теплообменник

Теплообменник, который именуют водоразмещенным (рис 4), экономный вариант для создания геотермального отопления загородного дома. Ближайший водоем в городе не найдешь, а вот вблизи загородного дома, коттеджа вполне возможна реализация системы отопления с водоразмещенным подогревателем. Принцип работы геотермального отопления с использования энергии воды является самым дешевым и экономичным вариантом. Чей дом находится вблизи озера, тому несказанно повезло. Ведь использования водных ресурсов целесообразно, эффективно и выгодно.

Рис. 4 Водоразмещенный теплообменник

При монтаже геотермальной системы, в доме будет располагаться обыденные элементы для отопления водой. Все комнаты отапливаются при помощи установленных батарей, радиаторов с подключенным к ним трубами. По этим трубам движется тепло. Так же в доме будет находиться прибор теплогенерации. С его помощью можно проводить регулировку температурных показателей, регулируя тепловую подачу.

Если частный сектор имеет небольшие размеры, тогда теплогенератор рационально установить в подвальном помещении или отдельной пристройке (при наличии). Что касается самой основной части всей конструкции, то ее место под недрами земли в случае вертикального или горизонтального использования теплообменника.

Рис. 5 Перспективная альтернативная энергия

Обогрев дома при помощи геотермальных ресурсов создается и собственными руками. Но нужно учитывать, что вся работа может затянуться на несколько месяцев или лет, понадобиться рыть скважину, нанимая специальную бормашину. В современном мире есть ряд университетов, которые помогают и учат проводить правильные расчеты для создания альтернативного обогрева.

Система обогрева нуждается в тщательных подсчетах, чтобы ее использование было максимально рационально, эффективно и финансово выгодно. Ошибки в проекте могут привести к неоправданным затратам. Правильно используя ресурс, система обогрева с помощью георесурсов не навредит ни подземным водам, ни строению грунтовых слоев

Важно, что система не наносит вред природе, не портит воздух, не имеет негативного влияния на здоровье человека

Принцип получения геотермальной энергии

   Работу геотермальных отопительных станций часто сравнивают с принципом действия систем кондиционирования или обычного холодильника. Любая из схем состоит из двух контуров теплообмена. Принято считать, что в расположенном в грунте контуре происходит нагрев носителя (чаще всего в этой роли выступает незамерзающий фреон), которое впоследствии в испарителе теплообменника передается в «домашний контур».

   Остывшая после циркуляции по дому жидкость для повтора цикла должна вновь нагреться примерно до +7°C. В то же время, летом система действует по обратному принципу, охлаждая воздух в доме, поэтому правильнее было бы называть ее не отопительной, а кондиционирующей.

С чего начать установку оборудования для геотермального отопления

На выполнение работ потребуется от 2-х до 4-х недель. Самым трудоемким этапом будет выемка грунта, оптимальный вариант — нанять специальную технику, а именно — экскаватор. Монтаж коммуникаций особой сложности не представляет, с ним можно справиться собственными силами.

В зависимости от климата и глубины промерзания почвы рассчитывают глубину котлована, для областей средней полосы достаточной будет глубина в 3 — 3,5 м. Если климат более теплый, то котлован можно делать помельче. Верхний плодородный слой земли аккуратно снимают и сохраняют, глинистые слои вывозят. Форма котлована может быть прямоугольной или трапециевидной, стенки его крепить не требуется.

На глубине большей 0,7 м откосы котлована следует изолировать пенополистирольными плитами. Дно котлована засыпают щебнем (15 см), далее — слой песка, толщиной около 30 см, утрамбовывают. Далее шнуром отбивают внутренний контур каждой из стен будущего сооружения и определяют его продольную ось.

Для прокладки воздуховодов используют пвх сантехнические трубы диаметром 110 мм. Прокладку труб производят в соответствии с размеченным контуром пролегания. Рекомендуется укладывать трубы «змейкой», при таком варианте трубопровод делят на участки шириной 1,5 — 2 м. Расстояние трубопровода от стен котлована должно составлять от 0,3 до 0,5 м. Каждый из воздуховодов должен иметь в центре тройниковое соединение с тремя раструбами. На следующем этапе производят вывод центрального ответвления от этого соединения наверх, ориентируясь на продольную ось теплицы.

После сооружения теплицы наращивают центральное ответвление воздуховода, при этом концы труб должны быть ниже уровня крыши на 30-35 см. Наверх выводят и боковые отводы сегментов, расстояние между ними и стенами теплицы должно составлять не менее 0,2 м. Центральные и боковые отводы глушат при помощи пластиковых заглушек или мембран из полиэтилена. Вертикальные участки системы фиксируются путем засыпки их основания. Ответвления, выходящие на поверхность должны быть строго вертикальными.

Закончив монтаж системы, котлован засыпают до уровня, на котором находится верхняя граница теплоизолирующих плит — 70 см от уровня грунта. Площадь котлована, которая окажется за пределами внутренней части теплицы укрывают слоем пенопласта и засыпают слоем грунта, пока она не поднимется до уровня почвы.

Стенки образовавшегося приямка крепятся при помощи щитовой опалубки, затем изолируются пенополистирольными плитами. Углубление, образовавшееся внутри теплицы, засыпают черноземом, не доходя до уровня грунта примерно на 35-40 см.

принцип организации процесса воздухообмена

Нормально функционирование системы в принципе не требует организации принудительного воздухообмена. Для избежания резких перепадов температур и улучшения рабочих параметров возможна установка самодельного вытяжного вентилятора и фильтрующего устройства. Если устанавливается система принудительного воздухообмена, то она также будет осуществлять фильтрацию воздуха. Изготовить систему можно своими руками воспользовавшись достаточно простой схемой.

установка антимоскитной сетки

Чтобы защитить систему от попадания в нее различных насекомых устанавливают москитную сетку, размер ячеек может быть от 02 до 0,4 мм, сетку натягивают на пяльцы и вклеивают в футляр, в котором размещен вентилятор.

как бороться с конденсатом

Поскольку температурные показатели почвы и воздуха могут существенно отличаться, то можно предположить, что в трубопроводе будет образовываться конденсат. Для предотвращения этого явления в трубах сверлят отверстия диаметром 5 мм, до 15 шт на погонный метр. При закладке трубы следует располагать отверстиями вниз. Для регулировки влажности воздуха в сегменты может подливаться вода в количестве 3-5 литров.

Если обогрев осуществляется по принципу воздушной конвекции то уход за ней будет заключаться только в очистке антимоскитных сеток. Отапливаемые таким образом теплицы — это выгодный вариант получения оптимальных температурных показателей путем использования автономного климатооборудования.

Рабочий принцип

Тепловая энергия забирается у земли специализированными тепловыми насосами. В землю опущены трубы, по которой двигается жидкость, которая нагревается и доставляет тепло в дом. При сжатии и расширении температура газа меняется, такой температуры хватает для отапливания дома.

Справка! Процесс называют циклом Карно. Открытие случилось в первой половине 20-ых годов XIX века французским учёным-физиком Сади Карно. По той же схеме работают холодильники, а еще тепловая машина, изобретённая самим Карно.

Аппарат состоит из трёх контуров и насоса, поддерживающего обмен между процессами в середине системы, численность каких равно трём.

Внутренний контур

Этот контур заполнен водой или специальной жидкостью, названной тепловым носителем. Состоит из труб и отопительного прибора.

Назначение внутреннего контура — нагрев носителя тепла, который двигается по системе и нагревает весь дом. Небходимо отметить, что внутренний контур не даёт промёрзнуть земля вокруг агрегата.

В середине контура находится незамерзающая жидкость, сам контур находится глубоко под землёй, ниже глубины обмерзания. Предназначается для забора энергии тепла у земли. Потом тепловая энергия передаётся контуру фреона.

Контур фреона

Ключевой контур в середине которого происходит кипение фреона. Поэтому, выделяется значительное количество газа, на котором построен рабочий принцип системы.

Главное! Температура кипения фреона очень низка.

Геотермальные насосы, использующие тепло земли для отапливания дома

Теплоснабжение за счёт энергии земли происходит за счет специализированному устройству – геотермальному насосу.

Смысл его работы подобен холодильнику:

• газообразный хладагент сжимается компрессором, и при этом очень разогревается;
• хладагент идет через теплообменный аппарат, отдавая излишек тепла и остывая до домашней температуры;
• после охлаждения это вещество поступает в охлаждающий контур морозилки, где оно потом становится шире. В результате изменения агрегатного состояния с жидкого до газообразного, хладагент резко стынет и охлаждает все вокруг себя;
• потом он вновь поступает к компрессору, и цикл повторяется опять.

Подобно происходит и домашнее отопление энергетикой земли. К примеру, холодильник забирает тепло у холодного объекта и передает его тёплому предмету, аналогичным образом, тепло переносится от морозильные камеры с минусовой температурой в пространство помещения. Кол-во перекачиваемой энергии больше во много раз потребляемого компрессором электричества.

Теплоснабжение от тепла земли выделяется большей эффективностью – теплопроизводительность втрое превосходит кол-во потребляемого электричества. Если сопоставлять тепловой насос с холодильником, то в таком случае грунт, имеющий стабильную температуру, заменяет морозилку. При разработке отопительные системы необходимо установить не только отопительные приборы для теплоотдачи, но и теплообменный аппарат на обратной стороне контура, который станет забирать у грунта тепло.

Коллекторы бывают двух вариантов:

• вертикальные;
• горизонтальные.

Перед тем как начать применить тепло из земли для отапливания дома, необходимо определиться с видом коллектора. Как они смотрятся, можно взглянуть на фото.

Преимущества и минусы

Если в России геотермальное отопление частного дома получило небольшое распространение, значит, эта идея не стоит затрат на реализацию? Применение системы геотермального отопления дома является выгодным решением. И на это есть множество причин:

• моментальный монтаж оборудования, которое может долгое время функционировать без сбоев. Если применять в отопительной системе антифриз высокого качества, то вода не будет замерзать, а износ будет минимальным;
• исключается процесс сжигания топлива. Получается полностью пожаробезопасная система, которая на момент использования не наносит вреда жилью;
• исключаются другие моменты, связанные с наличием топлива: не нужно искать место для его хранения, заготавливать и осуществлять доставку;
• акустический комфорт. Тепловой насос функционирует без звуков;
• экономическая выгода. На момент использования системы не нужны дополнительные вложения. Ежегодный обогрев осуществляют природные силы, за которые люди не платят деньги;
• экологическая составляющая. Геотермальное отопление частного дома является экологически безопасным решением. Отсутствие процесса горения предотвращает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это поймут многие и такая система получит общее распространение, отрицательное воздействие людей на природу намного снизится;
• компактность установки. Вам не придется искать в своем доме специальное место для установки или организовывать котельную. Все, что требуется – это тепловой насос, который можно разместить в подвале. Объемный контур устройства будет находиться под землей или водой, на поверхности участка его не будет видно;
• многофункциональность. Система может функционировать в качестве отопления в холодное время года, так и в качестве охлаждения летом. Она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер. Покупка геотермальной отопительной системы экономически выгодна, несмотря на то, что придется выложить кругленькую сумму за покупку и установку систему.

Единственным минусом считается наличие расходов, с которыми придется столкнуться при установке системы и подготовки ее к работе. Необходимо будет приобрести насос и некоторые материалы, сделать монтаж внешнего коллектора и внутреннего контура.

Но все эти затраты окупаются в течение нескольких лет. Последующее применение уложенного в землю или погруженного в воду коллектора позволяет сэкономить намного больше средств. Сам процесс установки не настолько сложен, чтобы обращаться за помощью к сторонним специалистам. Если не делать бурение, то все остальное можно сделать своими руками.

Воздушные коллекторы

Подземное теплоснабжение приватного дома можно осуществить и при помощи воздушных коллекторов. Это весьма простой способ отопления воздушного типа в приватном доме в сравнении с 2-мя предыдущими.

Чтобы подогреть воздух в помещении до оптимальной температуры, требуется некоторое количество тепла. Чем ниже первоначальная температура, тем выше расходы. При помощи системы вентиляции и тепла, полученного из грунта, можно бесплатно увеличить температуру воздуха в доме. Обогрев теплом земли в таком случае происходит очень просто.

Для организации отопительные системы необходимо:

• вывести забор воздуха вентиляции пониже уровня грунтового промерзания;
• провести выгнутый, прямой или многотрубный коллектор при помощи обыкновенных труб канализации (форма подбирается в зависимости от участка, на каждый метр квадратный площади дома должно приходиться 1,5 метра коллектора);
• выполнить воздухоотвод на дальнем от дома конце коллектора, выведя трубу на высоту минимум 1,5 метров от земли и оборудовав ее зонтом-дефлектором (конечно, воздушный приток в дом будет принудительным.

В данном случае земляное теплоснабжение не сумеет полностью обеспечить дом теплом.

Все таки, оно позволяет осуществить две идеи:

1. Поступающий через вентиляцию воздух можно нагревать любым обогревательным прибором (газовым, соляровым, электрическим и др.) и потом разводить по комнатам при помощи вентканалов. Полностью бесплатным подобное отопление от земли не будет, но все таки расходы уменьшатся: разогреваться станет не холодный воздух с улицы, а тот, который уже прогрет приблизительно до +10 градусов. Достаточно хорошо можно сэкономить, если зимы в регионе холодные.
2. Нагретый при помощи тепла земли воздух можно применять для обдува внешнего блока привычного кондиционера или теплового насоса типа «воздух-воздух». Любое устройство данного класса сумеет хорошо работать при температуре примерно +10 градусов. Сложность реализации заключается лишь в обеспечении необходимого потока воздуха. В результате воздух нагревается теплом грунта, поступает к тепловому насосу и отводится за пределы дома.

Теплоснабжение теплом земли – хорошая замена обычным способам обогревания, но сейчас оно не считается широко популярным (прочтите также: «Альтернативное теплоснабжение приватного дома — выбор очень большой»). Связано это, как правило, со сложностью процесса установки и большими первыми затратами. Прекрасным вариантом считается бурение колодцев и расположение в них труб, но обходится система такого типа отопления очень дорого. С другой стороны, это дает возможность обогревать дом, пользуясь бесплатным тепловым источником.

Также нужно всегда помнить про то, что подобный вариант теплоснабжения является чистым в экологическом плане и очень эффективным, потому как температура почвы на глубине более десяти метров остается постоянной. Видео про то, как применить тепло земли для отапливания дома:

(голосов пока нет)

Загрузка...