Геотермальная электростанция для частного дома

Геотермальная электростанция: принцип работы, преимущества и недостатки

В условиях глобального потепления во многих странах мира резко активизировалась «добыча» возобновляемой альтернативной энергии в основном за счет все новых ветровых и солнечных электростанций. Однако, как оказалось, их возможности серьезно ограничены климатическим фактором. При этом у нас буквально «под ногами» находятся поистине безграничные запасы тепловой энергии Земли, крохотную частичку которой нам поставляют геотермальные электростанции.

Потенциал геотермальной энергии превышает аналогичный показатель ископаемого топлива в 10000 раз. Через поверхность нашей планеты проходит поток тепла, эквивалентный сжиганию 46 млрд. тонн угля. Если в ближайшее время «приватизировать» хотя бы 1 % этой энергии, то отпадет необходимость в строительстве сотен обычных мощных электростанций.

Немного истории

Идею использовать собранный пар геотермальных источников впервые высказал в начале XIX века французский инженер и предприниматель Франсуа де Лардерель.

Первая в мире ГеоЭС в Лардерелло

Спустя почти 100 лет, в 1904 году итальянский бизнесмен Пьеро Конти впервые в городке Лардерелло испытал геотермальный генератор. Там же через семь лет была запущена первая в мире геотермальная электростанция (ГеоЭС), работающая, кстати, по сегодняшний день.

Пьеро Конти и его геотермальный генератор

Как работает геотермальная электростанция

Энергию в виде пара или горячей воды геотермальная электростанция получает от тепла Земли по специально пробуренным скважинам. Температура внутри их возрастает на градус по мере погружения вглубь через каждые 36 метров.

Получить энергию на ГеоЭС можно несколькими способами:

• Прямая схема представляет собой подачу пара по специальным трубам на турбину, соединенную с генератором;

Преимущества и недостатки

Преимущества геотермальной энергии уникальны своей неиссякаемостью и абсолютной независимостью от любых внешних факторов. Ни один источник альтернативной энергии не в состоянии достичь показателя коэффициента использования установленной энергии ГеоЭС – 80 %.

К недостаткам следует отнести дороговизну скважин. Чтобы добраться до «нужной» температуры приходится бурить на большую глубину. Так для горячего водоснабжения необходимо углубиться более чем на километр, а для электрогенерации – до нескольких километров.

Еще одна серьезная проблема – закачка отработанной воды в подземный водоносный горизонт, что также требует дополнительной энергии и финансовых затрат. Сброс их в природные водоемы чрезвычайно опасен, поскольку может привести к тяжелым последствиям для окружающей среды, из-за большого содержания в них токсичных металлов – свинца, кадмия, цинка и других.

Также при бурении скважин приходится учитывать сейсмическую активность района, где находятся практически все ГеоЭС. В противном случае, непродуманное бурение скважин может спровоцировать землетрясение.

Мировая геотермальная электроэнергетика

По состоянию на 2020 год все ГеоЭС в мире выработали почти 95100 ГВт⋅ч при установленной мощности около 15951 МВт. Данные показатели значительно уступают большинству электростанций на других возобновляемых источниках энергии.

Безусловный лидер в области геотермальной энергетики – США , на территории которых расположена крупнейшая в мире группа ГеоЭС – «Geysers» в 116 км севернее Сан-Франциско на границе округов Сонома и Лейк. На ее долю приходится четверть всей альтернативной энергии, произведенной в Калифорнии . Помимо США геотермальными электростанциями располагают около 25 государств, включая Россию .

Геотермальные электростанции России

Геотермальная энергетика в России – сравнительно молодое направление. Первая Паужетская ГеоЭС была введена в эксплуатацию на Камчатке в августе 1966 года. На сегодняшний день Россия располагает четырьмя ГеоЭС – тремя на Камчатке и одной на Курильских островах. Это Мутновская, Верхне-Мутновская, Паужетская и Менделеевская ГеоЭС.

В прошлом году суммарная мощность выработанной ими энергии составила 74 МВт. Помимо этого, геотермальная энергия широко используется для отопления жилых домов и горячего водоснабжения.

Помимо Дальневосточного региона геотермальные ресурсы сосредоточены на Северном Кавказе, Ставрополье и Кубани. Они также обнаружены в Калининградской области и Западной Сибири.

Мутновская ГеоЭС

Крупнейшим производителем электроэнергии среди российских геотермальных электростанций является Мутновская ГеоЭС мощностью 50 МВт, введенная в эксплуатацию почти 20 лет назад в 2002 году. Она находится в Елизовском районе Камчатского края на 800-метровой высоте.

Электростанция работает по прямой схеме – пароводяная смесь подается по трубам из 12 скважин. Далее на сепараторах происходит ее разделение на пар и воду, после чего пар поступает на турбины, а горячая вода – закачивается обратно в горные пласты. На Мутновской ГеоЭС установлены две турбины по 25 МВт каждая. Полученная энергия поступает в единую энергосистему.

Геотермальная электростанция для частного дома

Идея использовать тепло земных недр для отопления частного дома – уже давно не фантастика. Геотермальные отопительные системы прекрасно зарекомендовали себя, как в северных, так и в южных широтах. Правда, для этого потребуется специальное оборудование, способное аккумулировать природное тепло и передавать его на теплоноситель системы отопления.

Геотермальное оборудование частного дома включает: находящийся глубоко под землей испаритель, необходимый для поглощения тепловой энергии из грунта; конденсатор, который доводит антифриз до нужной температуры и тепловой насос, обеспечивающий циркуляцию антифриза в системе и контролирующий работу всей установки.

Далее нагретый антифриз поступает в буферный бак, где осуществляется передача энергии теплоносителю. Внутри буферного бака находится внутренний бак с водой из системы отопления и змеевик, по которому движется разогретый антифриз.

Стоимость геотермального отопления дома под ключ

Геотермальный тепловой насос — наиболее экономичная система отопления и охлаждения загородного дома. Насос использует бесплатную возобновляемую солнечную энергию, накопленную недрами Земли. При затрате 1 КВт энергии он вырабатывает до 5 КВт.

Геотермальное отопление использует природное тепло Земли. Его извлекают при помощи специального оборудования. Эффективнее всего такие установки функционируют в районах, где присутствуют горячие источники, вулканические образования или гейзеры. Но довольно успешно они действуют и в умеренных широтах с невысокими средними температурами.

Геотермальный контур отопления по принципу действия приближен к работе холодильника. Только рефрижератор генерирует охлажденный воздух, а в системах отопления вырабатывается тепловая энергия. Идеально такой способ сочетается с системой «Теплый пол». Эта комбинация обеспечивает равномерное распределение тепла, что помогает избежать появления зон перегрева в помещении.

Особенно актуальным такой способ обогрева жилищ стал в Америке в период кризиса 80-х годов. Сейчас он приобрел большое количество сторонников и на постсоветском пространстве.

Преимущества

Первоначальная цена работы по установке геотермального отопления в частном доме была очень высокой. Но люди быстро оценили короткий срок окупаемости этих затрат и большое количество достоинств системы. К основным преимуществам такого отопления относятся:

• возможность получения геотермальной энергии в любом месте;
• ее неисчерпаемость;
• неограниченность подачи такого вида тепла;
• высокая экологичность данного способа отопления;
• компактность отопительной системы в сравнении с традиционными установками;
• возможность их сочетания с другими способами обогрева жилья.

Геотермальная система, будучи один раз установлена, способна прослужить до 100 лет. Наиболее оправдано их применение для помещений с площадью 150-200 кв.м. Значительный эффект можно получить от них в современных условиях, когда привычные теплоносители постоянно дорожают, а традиционные системы отопления быстро выходят из строя.

Типовые сметы для домов площадью 200 м 2

Оборудование и работы по монтажу достаточно дорогостоящи. Стоимость геотермального отопления под ключ в Московской области составляет от 550 000 до 700 000 руб. Один из вариантов является котельная на основе теплового насоса с горизонтальным коллектором. Он обеспечивает горячее водоснабжение дома и 1 контур отопления. Такая система включает:

Котельная на основе теплового насоса с горизонтальным коллектором. Отопление и горячее водоснабжение

Цена: 550 000 руб.

Котельная на основе теплового насоса с вертикальными зондами. Отопление и горячее водоснабжение.

Цена: 650 000 руб.

При этом геотермальные скважины размещаются не дальше 8 м от входа в котельную. В эту сумму не включены.

• стоимость силового кабеля и его прокладка.
• транспортные расходы.
• сверление отверстий в фундаменте для подводки зондов в дом.

Что такое горизонтальный коллектор

В геотермальную систему могут входить теплообменники разных видов — горизонтального, вертикального, водоразмещенного. Рассмотрим первый вариант.

В этом случае монтаж коллектора осуществляется на глубину, лишь немного превышающую уровень промерзания почвы. Трубы с теплоносителем укладывают ниже 2,5 м в специальные траншеи. В этом случае требуется наличие свободного участка, равного площади здания. Контур и дом должны находится вблизи друг от друга. Именно потребность в довольно значительной площади и является основным недостатком этого способа. Не каждый домовладелец обладает большой свободной территорией. Еще одна проблема связана с наличием деревьев на этом участке. Оборудование должно отстоять от них не менее, чем на полутора метрах.

При неправильном монтаже горизонтальный коллектор может вырабатывать недостаточное количество тепла для отопления дома в наших широтах. Поэтому в Московской области предпочтительнее бурить геотермальные скважины для вертикальных зондов.

Что такое вертикальный зонд

При вертикальном расположении коллектора трубы с теплоносителем опускают в скважины глубиной 50-300 м. Бурение геотермальных скважин осуществляется по контуру здания. Этот вариант поможет сэкономить площадь. Он обладает более высокой долговечностью и большей эффективностью. Удобен такой вариант также, когда приходится оборудовать частный дом, находящийся на уже обустроенной территории.

Хорошо сочетаются вертикальные зонды с тепловыми насосами модели ТМЕ GNP-10. Внутрь них встроены высококачественные циркуляционные насосы. Размеры такого насоса не превышают по величине стиральную машину. Это позволяет рационально использовать помещение котельной. При таком сочетании полностью удается решить задачи отопления и горячего водоснабжения загородного здания площадью до 200 кв.м.

Принцип работы

При извлечении низкопотенциального тепла Земли используют тепловой насос для геотермального отопления. В качестве источника выступает грунт. Тепло с него забирают при помощи специальных зондов, помещенных в скважины.

Принцип действия таких систем обогрева основан на том, что ниже уровня промерзания грунта (2,5-3 м) температура Земли всегда положительна и пребывает на уровне 1-10 градусов. В такую среду помещают теплоноситель, например, пропиленгликоль. Затем обеспечивают его контакт с газом, обладающим низкой температурой кипения. После этого на выходе получают нагретый пар, который поступает на действующий компрессор. Под действием аппарата вещество сжимается, а его температура достигает 80 градусов. Она передается на внутренний контур и отдает тепло домашней системе обогрева. После этого оборот теплоносителя повторяется.

Структура

В каждую систему отопления обязательно входит тепловой насос. В упрощенном виде она представляет собой три независимых контура, содержащих циркулирующий теплоноситель. Внешний контур вынесен за пределы здания. Он забирает тепловую энергию из окружающей среды и переносит ее в тепловой насос. Средний контур расположен в корпусе теплонасоса. Он предназначен для передачи тепловой энергии извне во внутреннюю обогревательную систему. Внутренним контуром является отопительная система дома, которая получает энергию от разогретого теплоносителя и обогревает здание.

Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

Суть геотермальной энергии заключается в использовании естественного тепла земли на глубине 1,5 м. Этот один из альтернативных способов обогрева активно используется на промышленных предприятиях, сельских фермах, в жилых домах. Наибольший эффект достигается в регионах, где температура опускается ниже -20 градусов.

Большая часть нашей страны, за Уралом в Сибири на Дальнем востоке, не может похвастаться умеренно холодными зимами как в европейской части России. За частую столбик термометра опускается ниже отметки -40 -45 градусов. Широко известные и доступные воздушные тепловые насосы в этих условиях теряют свою актуальность, так как самые продвинутые модели способны эффективно работать с низкопотенциальным источником тепла температурой до -20.

В это же время, грунт и вода укрытые снегом, сохраняют большое количество теплоты. Температура земли ниже точки промерзания всегда сохраняет положительные значения +8 +12. Логично в этой ситуации отказаться от легкодоступного низкопотенциального источника воздуха в пользу более стабильной и теплоёмкой земли и воды.

Так же следует заметить, что КПД теплового насоса, а точнее его COP на прямую зависит от температуры источника. Чем теплее, тем эффективней процесс преобразования энергии.

Актуальность геотермального отопления

Традиционные виды топлива дорожают каждый год, при использовании углеводородов в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Все это объясняет привлекательность альтернативных источников энергии. Например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева. При этом вопреки бытующему мнению, для эффективного функционирования системы не нужны близко расположенные гейзеры или вулканы: на равнине отопление работает ничуть не хуже. Геотермальное отопление дома подразумевает использование тепла от почвы, грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт/ч энергии, тепловому насосу хватит 1 киловатт-часа. Особенности системы:

• экологическая и пожарная безопасность;
• отсутствие шума при работе;
• небольшие габариты системы;
• автономный режим;
• под оборудование, размещаемое в доме, требуется место, сопоставимое с габаритами обычной стиральной машины;
• при правильном монтаже и настройке вмешательство человека не требуется;
• длительный эксплуатационный ресурс: тепловые насосы служат от 20 до 30 лет;
• высокая стабильность системы, работающей при любых погодных условиях;
• большой промежуток между профилактическими ремонтами насоса (до 100 тыс. ч).

Принцип действия

Впервые был опубликован еще в 1824 г. во Франции ученым Сади Карно. Действие геотермального отопления можно сравнить со старым типом холодильника. В нем тепло отводится посредством обменника за пределы холодильной камеры: в итоге содержимое бытового прибора остывает. Геотермальный способ наоборот, вытесняется холод в грунт, а тепло накапливается в помещении.

Согласно закону термодинамики, теплота от нагретого тела стремится перейти к холодному и перейти в состояние равновесия. Благодаря расширению-испарению хладагента его объём увеличивается, а температура снижается, тепловая энергия земли старается уравновесить эти процессы. Контактируя с грунтом, через промежуточный теплоноситель, фреон поглощает его тепло. Однако этого мало, чтобы обогреть здание.

В системе – три главных составляющих:

;
• коллектор, размещенный под землей;
• система отопления дома.

Как работает тепловой насос

Внешне он напоминает небольшой холодильник, среди основных элементов которого стоит выделить:

• ЭРВ: устройство дросселирующее фреон. Жидкий охлажденный хладагент под высоким давлением впрыскивается в испаритель с низким давлением.
• Испаритель. Здесь хладагент испаряется и холодный газ поглощает окружающее тепло.
• Компрессор, в котором нагнетается давление, благодаря чему газ разогревается до +70 градусов.
• Конденсатор: сюда подается горячий газообразный фреон из компрессора, чтобы, конденсируясь и отдавая тепло снова, превратиться в жидкость. Через стенки конденсатора осуществляется теплообмен фреона и теплоносителя, циркулирующего в системе отопления здания.

Уникальность теплового насоса (ТН) в том, что он в жаркое время года может работать, как система охлаждения. Наиболее эффективно использовать это устройство с низкотемпературной системой отопления, теплыми полами либо фанкойлами. При выборе насоса стоит учитывать нижеследующие параметры:

• СОР. Аббревиатура принята во многих странах мира и указывает на рентабельность ТН. Например, СОР 4 означает, что на 1 кВт потребляемого электричества вырабатывается 4 кВт тепловой энергии. Следует заметить, что СОР теплового насоса будет максимальным в случае, когда разница между низкопотенциальным источником и теплоносителем в системе отопления не будет превышать 40 градусов.
• Контроллер. Наличие в составе ТН встроенного контроллера и автоматики управления устройством, говорит о том, что все собрано и протестировано на заводе изготовителе.
• Компрессор. Современные холодильные системы все больше переходят на инверторные модели с частотным регулированием мощности.
• Русификация. На первом этапе пользовательского освоения ТН, меню на русском языке сильно облегчает задачи по управлению и программированию устройства.

Способы размещения труб (коллектора)

1. Первый из них, горизонтальный, подразумевает размещение коллектора под точкой промерзания грунта. В зависимости от региона глубина расположения коллектора может составлять от полутора метров. Длинна подземного трубопровода не может быть короче труб теплого пола, уложенных в доме, так же она зависит от обводненности грунта, чем влажнее земля, тем выше теплоотдача.Не допускается строительство над контуром сооружений с заглубленным фундаментом, а после завершения монтажа потребуется благоустройство участка.
2. Второй способ расположения коллектора – вертикальный. Придется бурить в грунте несколько скважин на расстоянии не ближе 2-3 м от дома, каждая из которых входит в почву под своим углом и направлены они в разные стороны. Внутри земляных отверстий глубиной до 50 м размещают геотермальные зонды. По конструкции это одна или пара U-образных труб, выполненных из пластика марки ПНД. Одна скважина (1 погонный метр) способна отдать до 50 Вт. Т. е., чтобы получить те же 7-9 кВт, нужно от 150 до 200 м геотермальных зондов. Это актуально, если участок небольшой, места мало. Данный способ в разы дороже горизонтального, но его плюс, не нарушается ландшафт участка. Единственное дополнительное условие – подготовка небольшого места под кессонный колодец, объединяющей трубы коллектора.
3. Третий способ требует наличия рядом с домом водоема, который не промерзает зимой до дна (глубина должна быть от 2 м),там где будет располагаться затопленный геотермальный контур. Преимущества метода заключается в отсутствии необходимости проведения трудоемких земляных работ (исключая рытье транше до дома). Но есть и минусы – потребуется специальное разрешение, особенно, если водоем общественный. К тому же далеко не у каждого загородного дома рядом имеется озеро или пруд, река. И все же этот способ считается наиболее экономичным. Для отопления 100 кв. м площади понадобится от 250 до 300 погонных метров коллектора.
4. И последний способ обустройства геотермальной установки – переливной. Когда вода отбирается из пробуренной водоносной скважины охлаждается в ТН на 4-5 градусов и снова сбрасывается, либо в приемную скважину, находящуюся на удалении 20 метров, либо в ближайший водоём. Недостатки данного способа заключаются в невозможности контроля уровня водоносного горизонта и необходимости дооборудования ТН фильтрами и промежуточными теплообменниками.

Общие отрицательные стороны геотермальных установок

Наиболее серьезная проблема – высокая стоимость подключения к низкопотенциальному источнику. Для отопления здания площадью в 300 кв. м инсталляция под ключ обойдется примерно в миллион рублей. При этом половина средств пойдет на покупку теплового насоса. Срок окупаемости самой эффективной системы, в сравнении с отоплением электричеством – от пяти лет. Еще один минус – сложность самостоятельного обустройства, о чем речь пойдет ниже.

Можно ли оборудовать геотермальную установку своими руками

Установить контуры самостоятельно очень сложно: нужны максимально точные расчеты, выполнить которые могут только специалисты. Малейшие ошибки в проектировании могут привести к низкой эффективности оборудования, и, как следствие, ее доработке, что повлечет к лишним расходам. Параметры, учитываемы при расчете геотермальной системы:

• климат региона (среднегодовая температура, влажность);
• извлекаемая тепловая мощность;
• система отопления дома должна быть низкотемпературной.
• суммарные теплопотери ограждающих конструкций дома, не должны превышать 70 Вт на 1 квадратный метр площади дома.

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли. В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления. Но лучший вариант – государственная или хотя бы региональная поддержка. Особенно, если учитывать экологическую значимость подобного способа обогрева жилищ.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться.
Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.

То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

Системы геотермального отопления загородного дома: особенности обустройства своими руками

Мы знаем, что геотермия – это тепло Земли, а понятие «геотермальный» зачастую ассоциируется у нас с вулканами и гейзерами. В России геотермальная энергетика используется преимущественно в промышленных масштабах, например, существуют дальневосточные электростанции, работающие на основе тепла нашей планеты.

Многие уверены, что сделать геотермальное отопление дома своими руками – это что-то из области фантастики. Не так ли? Но это совершенно не так! С развитием современных технологий бытовое использование “зеленой энергии” стало вполне реально.

Мы расскажем о принципах работы альтернативного отопления, его преимуществах и недостатках, сравним с традиционными системами обогрева. Также вы узнаете о способах расположения теплообменника и о том, как смонтировать геотермальное отопление своими руками.

Несколько исторических фактов

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в альтернативных источниках энергии. Именно в тут пору и стали создаваться первые геотермальные отопительные системы.

Сегодня они получили широкое распространение в Соединенных Штатах, в Канаде и в западноевропейских государствах.

Например, в Швеции активно используют воду Балтийского моря, температура которой составляет +4°С. В Германии внедрение геотермальных отопительных систем даже спонсируется на государственном уровне.

В России действуют Паужетская, Верхне-Мутновская, Океанская и другие геотермальные электростанции. Но фактов использования энергии Земли в нашем частном секторе очень мало.

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.

Тепловой насос отопит дом. Опыт FORUMHOUSE

В нашем климате отопительный сезон длится больше полугодия, а летом приходится тратиться на системы кондиционирования. Хорошо, если дом находится на «освоенных» территориях, где подведен газ. А как быть, если магистрали нет, и в обозримом будущем не предвидится. В последние годы все большее распространение получают тепловые насосы, как альтернатива классическим видам отопительных приборов. И среди пользователей FORUMHOUSE есть владельцы такого оборудования, готовые поделиться полезным опытом.

• Принцип работы тепловых насосов
• Отопительный контур
• Достоинства и недостатки тепловых насосов
• Секреты самоделкиных

Как это работает

Основные узлы агрегата: компрессор, теплообменник, циркуляционный насос, автоматика, подающий контур. Насос способен забирать тепло из трех источников.

• Воздух.
• Вода.
• Грунт.

Судя по веткам обсуждений, востребованы у нас два варианта – вода и грунт. Это обусловлено ограничениями по температуре – источник должен быть плюсовым. Расположение запитывающего контура бывает горизонтальным или вертикальным. В первом случае магистраль укладывают ниже уровня промерзания – от 1,5 метров глубины. Или на дно водоема, там даже по сильным морозам – до + 4⁰С. Длина контура зависит от габаритов отапливаемого помещения и мощности насоса. Во втором бурят скважины под зонды, средняя глубина – 50–70 метров. Пиастров А В, один из форумчан и владелец теплового насоса, так охарактеризовал вертикальную систему.

Тепло собирают геотермические зонды – закольцованный трубопровод, по которому циркулирует этиленгликоль. Они опускаются в скважины 50–70 метров глубины. Это наружный контур, а количество скважин зависит от мощности теплового насоса. Для домика в 100 метров квадратурой потребуется два зонда – две скважины.

Отопительный контур

Тепловой насос, в отличие от котлов на газу, угле или электричестве, нагревает носитель в среднем до 40⁰C. Это оптимальная температура, при которой и износ оборудования минимальный, и потребление электричества. Для обычных радиаторов таких показателей недостаточно. Поэтому с тепловым насосом обычно используют не трубы и батареи, а теплый пол. Он при таком нагреве теплоносителя эффективнее. Только шаг между трубами должен быть меньше. Стоит учесть, что теплый пол создает ограничения по выбору мебели и сушит воздух. Потребуется дополнительное увлажнение. Летом полы могут работать на охлаждение.

Достоинства и недостатки

Кроме того, нет зависимости от газовщиков и хождений по инстанциям для согласования. Да и требования к котельной не такие строгие. После пуска затраты на эксплуатацию минимальные. Оплачивается только электричество, насос средней мощности потребляет около 4 кВт в час. Современные модели импульсные, работают не беспрерывно, а включаются при необходимости. Это снижает количество рабочих часов в сезон и затраты энергии.

Главный недостаток геотермального отопления – цена вопроса, даже китайский или отечественный агрегат, не говоря о европейских брендах, стоит несколько тысяч евро. Вместе с обустройством внешнего контура и монтажом, удовольствие выльется в сотни тысяч рублей. Согласно расчетам экспертов и владельцев, насос окупается за несколько лет. Работает он на дармовом источнике, по сравнению со стоимостью тонны угля или куба дров, экономия значительная. Но далеко не у каждого есть лишних полмиллиона на оборудование и пусконаладку.

Если недалеко от участка водоем, получается значительно дешевле, отпадают траты на дорогостоящее бурение.

Действующие скважины тоже оптимизируют процесс, становясь источником тепла. Это подтверждает форумчанин дет марос из Усть-Каменогорска. Он работает на предприятии, выпускающем тепловые насосы и оказывающем услуги по их установке. Поэтому досконально разбирается в ситуации и на вопрос участника ветки, нужны ли ему зонды, если на участке есть скважины, ответил исчерпывающе.

Зачем вам заморачиваться с зондами, если воды хватает. Будете гонять из одной скважины в другую через ТН. С зондами возимся, когда на участке нет воды или столб маленький, потребности не покрывает. Для насоса мощностью 10 кВт нужен объем в 3 куба.

Секреты самоделкиных

Но самая большая экономия получается, когда тепловой насос собирают своими руками. Ведущий узел – компрессор, берут от мощных кондиционеров и сплит-систем, технические параметры у них сходные. Теплообменники продаются готовые, но некоторые умельцы и их умудряются паять из медных труб. В качестве хладагента – фреон, его тоже продают в баллонах. Контроллеры, реле, стабилизаторы, все элементы по отдельности обойдутся вполовину дешевле, чем в готовом комплекте.

Чаще всего самоделки организуют над прудами или когда уже есть действующая скважина. Из-за того, что львиная доля расходов приходится именно на земляные работы, и экономия максимальная на них же.

Умелец aparat2, из Риги, сам собрал геотермальное отопление и выложил об этом фоторепортаж, с подробным описанием всех операций.

Собрал ТН из двух однофазных компрессоров по 24000 БТУ (7 кв. ч. по холоду). Получился каскад, тепловой мощностью 16-18 киловатт, при расходе электричества около 4,5 кВт в час. Выбрал два компрессора, чтобы были токи меньше, запускать буду не одновременно. А пока обжит только второй этаж и хватит одного компрессора. Да и, поэкспериментировав на одном, потом усовершенствую вторую конструкцию.

Также форумчанин решил не тратиться на готовые теплообменники пластинчатого типа. Они требовательны к водоподготовке, да и стоят весомо. Самодельный обменник он совместил с аккумулятором, чтобы повысить отдачу. Получилась рабочая установка в разы дешевле покупной.

Тем не менее, тепловые насосы– это альтернативный вариант, когда нет газа и большие площади отопления. Даже при самостоятельной сборке системы затраты на комплектующие солидные. Ближе изучить тему можно на ветке по тепловым насосам, там масса полезных советов, форумчане делятся опытом, обсуждают различные модели. Пошаговая инструкция от aparat2 поможет разобраться со сборкой. А варианты отопления большого дома без газа в ролике – наглядный пример. Для владельцев деревянных домов – видео об особенностях прокладки трубопроводов.

Занимался пару лет этой темой,
У ТН очень узкая сфера использования, большинство плюсов высосано менеджерами из пальцев, У ТН высокая цена и плохой сервис. Если вы не кулибин-сантехник-холодильщик по совместительству, то одно обслуживание вам перекроет всю экономию.

Любая сплит система, работающая на тепло — тот же тепловой насос воздух-воздух. Хорошие сплиты с функцией оттайки исправно греют до -5С.
Если есть деньги, то проще не заморачиваться и поставить газгольдер. Тогда есть шанс, что про сервис системы отопления вы будете вспоминать всего пару-тройку раз в год!

2.5-3! Сейчас даже появились более дорогие сплит-системы на R32 с СОР более 6 (!), паспортно (!) работающие на обогрев до -30С! Но пока речь про R410.. А Пиковые морозы ниже -15С можно закрыть резервными источниками — ТТ или эл.котёл! Морозных дней ниже -15С даже у меня в Сибири по факту замеров последние 3 года — не более 1,5мес, при общей продолжительности отопит.сезона до 7мес, плюс изредка бывают достаточно холодные летние периоды! Главное брать сплит-системы от качественных производителей, с гарантией не менее 3лет! О выборе моделей тоже много сказано в ветках!
Но пойдём дальше!:) ведь тема про грунтовые ТН! Так вот, если наружный блок инверторного кондиционера поставить в подвал/подпол (!), то он будет всю зиму питаться теплом грунтового контура экранированного пятном застройки дома, заодно частично полезно утилизируются (регенирируются) теплопотери надподвального перекрытия, которые обычно просто рассеиваются! В этом случае они не теряются а возвращаются в дом! Наряду с несколькими пользователями проведшими такой эксперимент (или подобный — есть чел подающий на наружник воздух через воздуховоды зарытые в грунт возле дома!) убедился в высокой эффективности метода: всю прошлую зиму я лично отапливал в Сибири свой дом 130м2 2эт бюджетным (из сетей) инверторным сплитом 18бту с наружником в подвале! Минимальная t грунта была в январе-феврале 2016 — до минус 14С! Ниже физически не могла опуститься! С потеплением на улице грунт в подвале с лагом в 1-3 суток также повышается по t , т.е.никакой обычно приписываемой страхами вечной мерзлоты нет! К концу марта в подвале как и среднесуточно на улице — минус 5С! Никаких рисков для фундамента нет, потому что сплит имеет вполне скромную мощность и очень плавно и равномерно (обдув) охлаждает подвал! В моём случае площадь подвального грунта около 50м2! Затраты эл-ва за сезон 6мес

5000Квтч! Потратил за зиму всего

12т.р. Но оговорюсь — держал в доме минимум — 16С, т.к. ремонт больше не нужно и мощность сплита для дома 130м2 слегка маловата, 24бту хватило бы! Ещё моменты: надо утеплить цоколь, и для большей эффективности и отмостку! Мой эксперимент был только при утеплении цоколя! Заглубление грунта в подполье у меня

0,8-1,0м, фундамент ленточный армированный на песч.подушке глубиной

1,0-1,1м! Мой дом очень хорошо утеплён: в стенах 200мм эппс, кровля — 200мм — кам.вата, надподвальное перекрытие — 150мм эппс, перекрытия — брус-сосна (для такого решения лучше брать лиственницу или делать бетон, иначе при оттайке грунта весной будет конденсат, либо принудительно продувать подвал мощным вентилятором), 20м2 — остекления 3стекла, наружка 6мм, плюс i-стекло.
Обращаю внимание: хорошое утепление дома — это вопрос #1! затем уже игры с ТН любого вида, иначе не натопишься!

Геотермальное отопление своими руками — рекомендации по выбору типа наружного контура и инструкция по изготовлению

Значительные первоначальные затраты пока не дают геотермальному отоплению превратиться у нас в «товар широкого потребления».

Но идея получать тепло бесплатно оказалась настолько заманчивой, что многие наши соотечественники стараются осваивать ее всеми силами, минимизируя расходы где только возможно.

Наиболее эффективный способ снизить стоимость системы – изготовить все ее компоненты самостоятельно.

Далее мы посмотрим, как можно организовать геотермальное отопление своими руками, и с какой суммой придется при этом расстаться.

Как работает геотермальное отопление?

Это просто новый способ применения старого доброго теплового насоса, который имеется в каждом холодильнике.

Родным братом системы геотермального отопления можно считать кондиционер, работающий в режиме «зима». Ведь это устройство греет воздух вовсе не с помощью ТЭНов, как думают некоторые.

Кондиционер, так сказать, перекачивает тепло, добываемое им из промозглого осеннего воздуха снаружи помещения. Ту же задачу выполняет тепловой насос в геотермальной установке, только в качестве источника тепла используется грунт или вода с температурой +5 — +7 градусов.

Как же получается, что ледяная на ощупь среда выступает в роли источника тепла? Это становится возможным благодаря замечательной способности газов нагреваться при сжатии и остывать при расширении.

Если порции газа дать нагреться от одной среды, а затем перенести в другую и там сжать, он станет еще более горячим и будет отдавать тепловую энергию этой второй среде, даже если она имеет более высокую температуру, чем первая. Теперь снова вернем газ к первоначальному давлению, одновременно перенеся его в первую среду.

Геотермальное отопления — принцип работы

Его температура упадет ниже первоначальной, ведь часть внутренней энергии была отдана в виде тепла на этапе сжатия. Следовательно, газ снова начнет нагреваться от первой среды.

Повторяя операцию снова и снова, мы будем «перекачивать» тепло из одной среды в другую в противоположном естественному теплообмену направлении. Этот процесс называется «циклом Карно» и именно на нем основан принцип работы теплового насоса в системе геотермального отопления.

Классификация по конструкционному типу

Если в случае с кондиционером газ-хладагент сам проходит через среду-источник, то в системе геотермального отопления он получает тепло от посредника – воды или антифриза.

Последний циркулирует по так называемому наружному контуру, представляющему собой длинную трубу.

Именно эта труба и помещается в среду источник.

По виду наружного контура различают три исполнения систем геотермального отопления:

1. С горизонтальным контуром: труба укладывается «змейкой» (в грунте) или в виде спирали (на дне водоема) ниже глубины промерзания, то есть примерно в паре метров от поверхности земли. Такой контур занимает большую площадь, но зато его может соорудить сам владелец.
2. С вертикальным контуром: трубы опускаются в глубокие скважины. Более удобный вариант, так как не требует значительного пространства, но для строительства скважины придется нанимать специалистов с особым оборудованием.
3. Комбинированный вариант: еще один тип контура, который можно построить самостоятельно, при этом он занимает меньше места, чем горизонтальный. Используется полимерная труба, которая укладывается в грунт в виде цилиндрической пружины. Получается нечто среднее между вертикальным и горизонтальным контурами с уклоном в сторону последнего.

Не всегда есть возможность проложить трубы ниже глубины промерзания почвы. Утеплитель для труб в земле поможет защитить отопительную систему от мороза.

Об альтернативных источниках энергии расскажем в этой теме. Энергия ветра и солнца, а также тепло земли в качестве источников тепла.

Что такое биогаз и как получить такое альтернативное топливо своими руками, читайте здесь: https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/alternativnoe-otoplenie/biogaz-svoimi-rukami.html. Виды сырья, конструкция биогазовой установки и много другой полезной информации, читайте внимательно.

Особенности отопительной системы

В отличие от газового котла, тепловому насосу не требуется нагревать теплоноситель системы отопления до высокой температуры, так как образование конденсата при холодной «обратке» ему не грозит. К тому же работа в низкотемпературном режиме потребует меньших энергозатрат.

Чтобы компенсировать низкую температуру теплоносителя, поверхность радиаторов пришлось бы сильно увеличивать, поэтому вместо них лучше использовать систему «теплый пол». Этот вид отопления является и наиболее рациональным, так как нагреваемый воздух в первую очередь поступает, так сказать, в зону обитания, а не под потолок.

Еще один аргумент в пользу «теплого пола» — минимальные теплопотери. Ведь их величина зависит, в первую очередь, от перепада температур, а он при низкотемпературном режиме является наименьшим. Второй фактор – площадь контакта нагретого воздуха с наружными стенами. Поднимающийся от «теплого пола» воздух наружных стен не касается (при использовании обычных радиаторов он буквально омывает остекление окна и прилегающие участки наружной стены).

Основной недостаток «теплого пола» — энергозависимость – в данном случае неактуален, так как тепловой насос тоже не сможет работать без электричества.