Монтаж системы
Геотермальное отопление загородного дома на этапе обустройства требует солидных денежных вложений. Высокая итоговая стоимость системы во многом обусловлена большим объемом земельных работ, связанных с монтажом контура нагревания.
С течением времени финансовые затраты окупаются, поскольку используемая в отопительный сезон тепловая энергия извлекается из земных глубин с минимальными затратами электроэнергии.
Монтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления
Для обеспечения отопления дома теплом земли необходим монтаж системы
- основная часть должна располагаться под землей или на дне водоема;
- в самом доме устанавливается только достаточно компактное оборудование и прокладывается контур радиаторного или напольного отопления. Оборудование, расположенное внутри дома, позволяет регулировать уровень нагрева теплоносителя.
Как выглядит геотермальное оборудование в доме При проектировании отопления за счет тепла земли, необходимо определиться с вариантом монтажа рабочего контура и типом коллектора.
Различают два типа коллекторов
- Вертикальный — погружается в грунт на несколько десятков метров. Для этого на небольшом расстоянии от дома требуется пробурить некоторое количество скважин. В скважины погружается контур (самый надежный вариант — трубы из сшитого полиэтилена).
- Недостатки: Большие финансовые затраты на бурение в грунте нескольких скважин глубиной от 50 метров.
Преимущества: Подземное расположение труб на глубине, где температура грунта отличается стабильностью, обеспечивает высокую эффективность работы системы. Кроме того, вертикальный коллектор занимает небольшую площадь земельного участка.
- Горизонтальный. Использование такого коллектора допускается в регионах с теплым и умеренным климатом, так как глубина промерзания грунта не должна превышать 1,5 метров.
- Недостатки: Необходимость использования большой площади участка (основной недостаток). Этот участок земли после укладки контура невозможно использовать под сад или огород, так как система работает с выделением холода при транспортировке хладагента, из-за чего корни растений будут перемерзать.
Преимущества: Более дешевые земельные работы, которые можно даже выполнить своими силами.
Горизонтальный и вертикальный тип коллектора Геотермальную энергию можно добывать, если уложить на дне непромерзающего водоема горизонтальный геотермический контур. Однако, это сложно осуществить на практике: водоем может быть расположен за пределами частной территории и тогда установку теплообменника нужно будет согласовывать. Расстояние от отапливаемого объекта до водоема должно составлять не более 100 метров.
Расчеты
Основными параметрами, которые учитываются при любых расчетах, являются:
- температура (глубина от 15-20 м и больше прогревается от 8 до 100 градусов в зависимости от создающихся условий);
- значение извлекаемой мощности (средний показатель – 0,05 кВт на 1 м);
- влияние климата, влажности и контакта с грунтовыми водами на теплоотдачу.
Что весьма интересно, полностью сухие породы отдают не более 25 Вт с 1 м, а если есть грунтовые воды, этот показатель вырастает до 100-110 Вт. Нельзя забывать, что стандартным временем работы теплового насоса является 1800 часов за год. Если превысить этот показатель, система не станет более эффективной, зато износ ее стремительно вырастет. Что гораздо хуже, чрезмерная эксплуатация теплового ресурса недр приводит к их остыванию и даже к промерзанию пород на рабочей глубине. Вслед за этим может проседать грунт, иногда повреждаются рабочие трубы и надземные сооружения.
Вертикальные коллекторы для отопления дома от земли
Чаще всего используются именно такие коллекторы – их погружают в землю на глубину в несколько десятков метров. Для этого на незначительном расстоянии от дома бурят нужное количество скважин, в них затем помещают трубы (обычно из сшитого полиэтилена). На такой глубине температура грунта остается высокой и стабильной, соответственно, отопление частного дома теплом земли получается высокоэффективным. При таком варианте для коллекторов не требуется большая площадь.
Однако следует учитывать существенный недостаток данной схемы: отопление из недр земли обходится дорого. Разумеется, первоначальные затраты впоследствии окупятся, но все же далеко не каждая семья может позволить себе такие расходы. Цена бурения высока, и на то, чтобы сделать несколько скважин глубиной в 50 метров, денег потребуется немало.
Виды геотермального теплоснабжения дома
Схема геотермального отопления
Перед тем как делать геотермальное отопление загородного дома своими руками следует провести ряд предварительных мероприятий. Прежде всего — найти оптимальный способ расположения труб первичного контура.
Главным условием при этом является температура среды, где будут расположены магистрали. Она не должна быть ниже +7°С. На практике для этого выполняют монтаж трубопроводов в грунт. В некоторых случаях в качестве основной среды может выступать водоем или река. Однако отзывы о геотермальном отоплении дома такого типа зачастую говорят о низкой эффективности в зимний период.
Для правильной организации альтернативного теплоснабжения необходимо выполнить следующие действия:
Рассчитать оптимальную мощность. Если геотермальное отопление частного дома будет в качестве основного – его номинальная мощность должна обеспечить нагрев воздуха во всем здании.
Провести анализ состава грунта и глубину его промерзания. От этого зависит выбор схемы расположения труб первичного контура.
Определить месторасположение теплового насоса. Для минимизации тепловых потерь геотермальные системы отопления своими руками обустраиваются в отдельном помещении – подвале или хозяйственной постройке
Важно, чтобы температура в нем была не ниже +14°С.
Несоблюдение этих простых правил может привести к неправильной работе системы
Нередко отзывы владельцев геотермального отопления указывают на важность первичного анализа и подбор правильного оборудования
Для обеспечения бесперебойной работы системы необходима установка автономного источника электропитания – генератора.
С горизонтальным размещением
Наименее трудоемкий способ установки труб первичного контура является горизонтальным. Они располагаются на глубине от 0,5 до 3 м. Для уменьшения площади магистрали располагаются витками. Но при этом расстояние до каждой должно быть не менее 20 см.
До того как сделать геотермальное отопление — проводится первичный анализ состояния грунта. Сначала определяется его теплоотдача. Она может составлять от 20 до Вт/м². Исходя из этого рассчитывается общая протяженность первичного контура.
Кроме этого следует выполнить такие действия:
- Проверка уровня промерзания почвы. Глубина залегания труб должна быть ниже этого показателя;
- Грунтовые воды. Для их естественного удаления в период больших паводков на дно котлована засыпается песчаный слой;
- Выбор материала изготовления трубопроводов. Он должен быть достаточного гибок и механически надежен. Для геотермального отопления в Европе чаще всего используют трубы из сшитого полиэтилена.
Если важным является вопрос, сколько стоит геотермальная система отопления – то горизонтальное расположение поможет существенно снизить текущие затраты на монтаж системы. При установке нескольких первичных контуров необходим монтаж входного и выходного коллекторов.
С вертикальными трубопроводами
Вертикальная схема работы
Учитывая основные принципы работы геотермального отопления дома во время проектирования необходимо добиться максимального нагрева теплоносителя от земли. Это можно сделать только при установке вертикальных магистралей.
Для организации геотермального отопления загородного дома своими руками вертикального типа необходимо сделать скважины, глубиной от 30 до 100 м. В них помещаются трубопроводы первичного контура.
Такая схема более трудоемка, чем вертикальная, но имеет ряд преимуществ:
- Большая глубина залегания магистралей. В этом случае теплоотдача окружающей среды повышается на 25-30% — до 70 Вт/м²;
- Небольшая площадь для монтажа;
- Практически отсутствует зависимость от промерзания грунта.
Кроме этого способа нередко применяют основные принципы работы геотермального отопления для горячего водоснабжения в летний период. Для этого первичный контур помещают в воду — озеро или реку.
Перед бурением скважин необходимо сделать анализ почвы и определить оптимальную глубину. Состав почвы напрямую скажется на трудоемкости процесса.
Порядок сборки и установки оборудования
Для работы оборудования вам понадобятся насосы. Принцип действия насосов следующий: он монтируется своими руками на поверхности, а в заранее подготовленную шахту опускаются теплообменники.
Через насос постоянно проходит грунтовая вода, она нагревается, а тепло, которая она дает, затем можно использовать для любых своих нужд.
На видео ниже представлен материал о принципе работы геотермальных насосов.
Видео:
Ввиду его экономичности, это оборудование идеально подходит для частного дома: оно дает тепло на 4-6 киловатт, в то время как насос на свою на работу расходует всего один.
Следовательно, использование этой системы не просто возвращает затраченную на работу насосов энергию, но и со временем полностью окупает себя.
Соорудить отопительное оборудование своими руками для своего частного дома вряд ли возможно, но это не повод отказываться от установки столь выгодной системы.
Чтобы поставить оборудование, нужно пробурить шахту. Размер ее зависит от площади вашего участка, земной коры в месте, где вы проживаете, климата и типа грунта.
Глубина шахты обычно не превышает 100 метров, но должна быть как минимум 25.
После того, как шахта готова, вниз опускаются специальные теплопоглощающие трубки.
Их смысл – поставлять жидкость непосредственно в сам насос. Этот насос ее сжимает, нагревает и отправляет дальше – в вашу отопительную систему.
Как видите, это вполне простой и понятный принцип работы.
При горизонтальном контуре трубы укладываются ниже уровня промерзания почвы, что гарантирует подачу тепла даже в очень холодный период года.
Но чтобы установить подобное оборудование, ваша территория должна быть внушительной. Для сравнения: чтобы отопить здание в 250 м2, понадобится около 600 м2 площади для труб.
Вертикальный теплообменник удобнее, но стоит дороже, т.к. для его установки требуется профессиональное бурильное оборудование.
Видео:
К тому же, он будет и более долговечным – срок эксплуатации может доходить до 100 лет. Установка вертикального теплообменника, в отличие от горизонтального, не требует никаких изменений ландшафта.
Следует помнить, что хотя установка любого геотермального отопительного оборудования недешева и практически невозможна своими руками, она гарантированно окупится уже через пару лет.
Принцип работы геотермального отопления дома
Работает термальное оборудование в автономном режиме, контролируя температуру в помещениях. Принцип функционирования аналогичен для всех установок вне зависимости от компании-изготовителя комплектующих изделий.
Основная рабочая нагрузка оказывается на специальное насосное оборудование, которое может отличаться своим внешним видом, но производительность тепла у разных моделей имеет стандартные значения.
Геотермальная система отопления успешно работает с разными видами земной энергии, она состоит из двух контуров:
- внутреннего;
- внешнего.
Первый из них представляет собой отопительную конструкцию, состоящую из трубопроводов и радиаторов. Что касается внешнего контура, то это теплообменник, устанавливаемый в водном массиве или под толщей почвы. Внутри него циркулирует специальная жидкость, в которую добавлен антифриз, в некоторых случаях его наполняют только водой.
Теплоноситель нагревается до температуры окружающей среды, после чего в горячем состоянии подается в насос. Накопленное таким образом геотермальное тепло далее поступает на внутренний контур, прогревая теплоноситель в трубах и радиаторах, смонтированных по всему дому.
Виды геотермальных систем
По сути, системы могут отличаться только строением наружного контура, в остальном оборудование используется одинаковое. На данный момент существует 3 вида внешних контуров:
- прокладываемый в земле горизонтально;
- вертикальные геотермальные зонды;
- погружаемый на дно ближайшего водоема.
В первом случае множество труб прокладывается по дну горизонтального котлована расчетной площади. Минус этого способа в том, что монтаж геотермального отопления потребует много места на земельном участке и рекомендован к применению на этапе строительства дома, когда вырыть котлован и закопать трубы можно прямо под будущим домом.
Вертикальные зонды в виде пучков труб с теплоносителем опускаются внутрь глубоких скважин. Данный метод – наиболее распространен, поскольку доступен на небольших участках, уже застроенных хозяином. Погружение контура на дно водоема используется по мере возможности, то есть, при наличии такого водоема. По эффективности работы системы эти 3 способа практически не отличаются, есть разница только в стоимости строительства.
Разновидности конструкций внешнего контура
Расположить трубы наружного контура можно горизонтально и вертикально.
Горизонтальный способ
Такой контур называется коллектором. При всей своей трудоемкости горизонтальный способ размещения труб является самым простым, а потому он может быть осуществлен самим домовладельцем без привлечения высококвалифицированных специалистов и специальной техники. В среднем с одного метра горизонтального коллектора удается снять 20 Вт тепловой энергии. Устройство контура можно произвести по одному из двух вариантов:
Размещение в грунте
Трубы контура, имеющего вид змеевика, укладывают в траншеи ниже глубины промерзания.
Расстояние между соседними участками должно составлять не менее 0,7 м. Максимальная длина контура ограничивается значением в 150 м.
При большей длине гидравлическое сопротивление трубопровода достигнет значительных величин, что потребует применения более мощного насоса. Рентабельность системы при этом ощутимо сократится.
Если необходимо использовать несколько контуров, их длина должна быть одинаковой.
Площадка, отводимая под грунтовый коллектор, обычно имеет весьма значительные размеры. В среднем на каждый 100 кв. м отапливаемой площади приходится задействовать 240 кв. м угодий, на которых не допускается высадка деревьев и размещение построек (вся территория должна быть хорошо освещена солнцем).
С размещением в водоеме
Если не далее, чем в 100 м от дома имеется водоем, задача по устройству наружного контура существенно упрощается. Трубы можно расположить прямо на дне, не прибегая в этом случае к трудоемким и дорогостоящим земляным работам. Контур имеет вид спирали, что способствует снижению его гидравлического сопротивления. Благодаря высокой теплопроводности воды, а также ее перемешиванию в результате конвекции процесс теплообмена происходит интенсивнее.
Подходящим является любой водоем с достаточной площадью, который даже в самые суровые зимы не промерзает на всю глубину.
При сильных морозах глубина промерзания грунта или поверхностных вод может превышать среднее значение. Поэтому при определении глубины заложения коллектора на этот счет следует предусматривать запас в 20%.
Вертикальный
В этом варианте трубы внешнего контура помещают в скважины. Такую конструкцию называют зондом.
Вертикальный способ применяют при отсутствии достаточно обширной территории, необходимой для расположения горизонтального коллектора, а также в том случае, если на участке уже имеются элементы благоустройства, которые не хотелось бы разрушать.
Недостаток данной технологии состоит в отсутствии возможности самостоятельной реализации: придется потратиться на найм бригады бурильщиков, имеющих специальные механизмы.
Скважины имеют диаметр от 120 до 200 мм, а их глубина варьируется в пределах от 20 до 300 м. Сам контур чаще всего выполняют из полимерных труб диаметром не менее 32 мм. После погружения зонда скважину заполняют составом, имеющим высокую теплопроводность, например, бентонитом. Срок службы выполненной по всем правилам скважины достигает 100 лет.
Важное преимущество вертикальной конструкции наружного контура состоит в более высокой теплоотдаче. Здесь она в среднем составляет уже 50 Вт/м
Разумеется, так бывает не всегда. Конкретное значение зависит от типа грунта, его влажности и объема грунтовых вод.
Сама по себе геотермальная энергия относится к возобновляемым видам, тем не менее, объем ее потребления не является бесконечным. Геотермальные тепловые насосы для отопления рекомендуется эксплуатировать не более 1800 часов в год. В противном случае скорость отвода тепла настолько превысит скорость тепловой регенерации грунта, что некоторые его участки вокруг скважины могут даже промерзать. Данное явление может сопровождаться проседанием отдельных слоев, разрушением наружного контура и целым рядом других нежелательных последствий.
Во избежание переохлаждения грунта его рекомендуют с приходом лета насыщать теплом путем переключения теплового насоса в реверсный режим (кондиционирование) либо с применением солнечных коллекторов.
В этом случае трубопровод имеет вид цилиндрической пружины. Он занимает меньше места, чем горизонтальный, но также может быть изготовлен собственными силами.
Способы реализации геотермальной установки
Такое отопление отличается между собой по способам установки теплообменника. На сегодня используются три разновидности:
- Вертикальный теплообменник: отличается компактностью и более высокой себестоимостью установки в сравнении с другими видами. Для установки вертикального теплообменника не нужно использовать большую площадь, но понадобится использование специализированных бурильных установок. В зависимости от выбранной технологии глубина готовой скважины может достигать показателя до 200 метров, минимальный показатель — 50 метров. Срок службы системы составляет до одной сотни лет. Выгодно устанавливать такой вид геотермального отопления в случае монтажа на уже обустроенном участке. Ландшафт местности останется практически не тронутым.
- Горизонтальный теплообменник: такой тип используется довольно часто. При монтаже горизонтального теплообменника трубы укладываются на большую достаточно глубину, которая обязательно превышает уровень промерзания грунта. Основной минус использования именно такой разводки заключается в том, что под монтаж коллектора необходимо использовать большую площадь. Трудно проложить такую систему на уже обустроенном участке.
- Водоразмещенный теплообменник: такая установка является наиболее экономной по затратам среди всего разнообразия геотермального отопления, так как работает за счет энергии водных массивов. Такая система актуальна для тех домовладельцев, у которых на расстоянии сотни метров есть какой-либо водоем. Такой теплообменник наиболее выгодный, что делает его монтаж наиболее целесообразным среди всех разновидностей подобного отопления.
Принцип действия и составные элементы
Геотермальная система отопления – это сложный инженерный комплекс сооружений, который требует больших материальных и временных затрат, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что будучи один раз установленной, такая схема обогрева полностью способна перекрыть потребность дома площадью до 150 квадратных метров в тепле и горячем водоснабжении. Широкое распространение получают данные системы в западной Европе, где на первом месте стоит забота об экологической чистоте и экономической выгоде.
Рассмотрим принцип работы геотермального отопления и основные его составляющие, для того, чтобы прийти к пониманию – насколько такие системы оправданы в повседневной жизни.
Тепловой насос
Сердце системы. Геотермальное отопление дома своими руками выполнить, возможно, но этот элемент лучше всего приобрести отдельно. Стоит заметить, что прежде чем приступать к закупкам оборудования и материалов необходимо провести тщательный расчёт суммарной ёмкости системы, е отдачи и соотношения этого показателя с тепловым потреблением строения.
Если этого не сделать вовремя – вся дальнейшая работа может пойти прахом. Самые узловые моменты всего комплекса мероприятий – это правильный расчёт ёмкости контуров и закупка соответствующего оборудования.
Тепловой насос состоит из компрессора и редукционного клапана, которые обеспечивают разность потенциалов на отдельных участках контура теплового насоса. Внутри труб находится фреон, который благодаря работе компрессора, получает ускорение, и проходя через клапан ускоряет своё движения. Это приводит к существенному подъёму температуры на участке перед компрессором, именно из этого участка, с помощью теплового обмена, и берётся основное тепло для обогрева помещений и горячего водоснабжения.
Контур является замкнутым и вся его задача состоит в том, чтобы увеличивать естественную температуру теплоносителя поступающего из внешнего контура с семи до пятидесяти пяти градусов по Цельсию. Происходит это, за счёт описанного выше процесса разгона фреона под давление в закрытом контуре с прохождением его через клапан.
Тепловой узел располагают обычно в подвале или цокольном этаже, с температурой внешней среды в пределах пятнадцати градусов выше нуля, это поддерживает его стабильную работу.
Самый важны процесс перед установкой теплового насоса — это проведение всех расчетов правильно, в случае ошибки вся работа может пойти прахом.
Внешний контур
Представляет собой ещё один замкнутый контур, в котором по трубам движется антифриз, перемещаемый с помощью циркуляционного насоса. Основная часть контура находится на глубине до 3 метров под землёй, если речь идёт о горизонтальном исполнении системы, при котором трубы внешнего контура располагают горизонтально на большой плоскости.
Может располагаться также на дне водоёма, но только в регионах, где зимняя температура не опускается ниже нуля.
Описанная выше система требует монтажа на этапе заливки фундамента, что не всегда возможно сделать. В случае, когда необходимо смонтировать геотермальное отопление загородного дома на уже застроенном участке – бурят скважины глубиной от тридцати до ста метров, к слову, отдача тепловой энергии у вертикальных систем существенно выше, но стоимость их на порядок дороже, за счёт привлечения техники для бурения скважин.
Монтаж внешнего контура желательно производить на этапе заливки фундамента, в другом случае это будет более трудоемкий и дорогостоящий процесс.
Внешний контур
Служит уже непосредственно для обогрева внутреннего пространства дома и обеспечения горячего водоснабжения.
Тепло, собранное из грунта, переданное на тепловой насос, разогнанное и увеличенное в его закрытом контуре, передаётся через теплообменник во внутреннюю сеть дома, которая может состоять из тёплых полов, плинтусного отопления, воздушного отопление на водяных коллекторах и других элементах системы.
Выбирать, каким именно образом осуществить геотермальное отопление своими руками стоит, только тщательно изучив местность и условия, в которых предстоит работать данной схеме отопления. Для этого необходимо произвести замеры температуры почвы на участке под дом, в разные периоды в течение зимы, на разных глубинах.
