Ситуация с ресурсами на планете, уровень загрязнения окружающей среды, рост стоимости энергоносителей и множество других факторов способствуют тому, что все больше людей задумывается о поиске альтернативных решений для обогрева помещений. Тем более, что сейчас можно купить все для системы отопления, которая будет работать от электричества, газа, на твердом топливе, солнечных и прочих генераторах энергии. Если 20-50 лет назад возобновляемая (зеленая) энергия использовалась в основном только на промышленных и коммерческих объектах, то в наши дни все чаще используется геотермальная энергия для дома, коттеджей, таунхаусов и прочих жилых (частных) помещений. Те, кто ранее не интересовался этой темой – все еще сомневаются в целесообразности и эффективности земляного отопления. Поэтому мы подготовили этот материал, в котором расскажем про то, как можно организовать отопление дома геотермальной энергией, в чем преимущества и особенности такого метода.
Системы геотермального отопления загородного дома — особенности организации
Если вы думаете, что идея использовать тепловую энергию земли для обогрева помещений, горячего водоснабжения и получения электроэнергии новая, то вы ошибаетесь. В 1904 году итальянец Пьеро Джинори Конти успешно провел испытания генератора электроэнергии, который работал за счет геотермальной энергии земли. Это стало первым шагом на пути к множеству прочих исследований, появлению новых установок. В 20х годах прошлого века в тестовом режиме были запущены генераторы на территории США и Японии. Основным местом для проведения испытаний выбирали зоны, в которых присутствовали вулканы, гейзеры и прочие природные объекты с повышенной температурой. Однако в промышленных масштабах энергией Земли стали пользоваться только после 1970 г. На данный момент ГЕО ТЕЦ есть во Франции, Германии, Канаде, США, Японии, Австралии, Германии, Исландии, Индонезии, Италии, Чили, Сальвадоре, Кении, Мексике, Новой Зеландии и прочих государствах. Как видите многие страны активно развивают системы с использованием тепловой энергии земли, чтобы отапливать помещение, получать электроэнергию, обеспечивать объекты горячей водой. В некоторых государствах даже предусмотрены программы поощрения для владельцев частных объектов, которые организовывают на своей территории мини ТЕЦ и интегрируются в общую сеть населенного пункта, отдавая излишек ресурса.
Отопление теплом земли — преимущества данного метода
Все чаще не только для промышленных и коммерческих объектов, но и для частных домов владельцы помещений выбирают в качестве ресурса тепло из земли. Наш собственный опыт, а также исследования коллег показали, что земляное отопление имеет следующие преимущества:
- Экологичность — при работе геотермальных приборов отопления нет продуктов горения, как например, при работе твердотопливных и газовых котлов отопления.
- Бесконечность ресурса — если электроэнергия, твердое топливо, газ производятся (добываются) людьми, то тепловая энергия в недрах Земли генерируется и накапливается планетой непрерывно.
- Экономическая выгода — в отличие от прочих систем обогрева, отопление частного дома теплом земли требует значительных вложений только на этапе проектирования и монтажа системы. В остальное время эксплуатационные расходы ниже, в сравнении с теми, которые необходимы для функционирования прочих систем (закупки торфа, пеллет, дров, газа).
- Геотермальная энергия земли может быть использована не только для обогрева помещений, но и для получения горячей воды, а также охлаждения воздуха в помещении (служить альтернативой системам с кондиционерами).
- Организовать отопление дома подземным теплом можно практически в любом месте. Нет необходимости проводить газопровод, прокладывать прочие сложные инженерные коммуникации. При определенном желании, эксперты могут обустроить полностью независимую от внешних факторов систему, комбинируя оборудование (тепловые насосы, ветрогенераторы, гелиосистемы, солнечные батареи и прочее).
- С каждым днем на рынке появляется все больше новых, энергоэффективных компактных устройств, для создания комфорта с минимальными затратами. Ряд тепловых насосов могут также вырабатывать энергию, которую можно использовать на различные нужды домовладения, при этом по размерам они сопоставимы со стиральной машиной и холодильником.
Несмотря на то, что мы считаем отопление от земли одним из наиболее прогрессивных и современных решений, все же хотим отметить, что для покупки оборудования, проектирования и монтажа системы отопления с использованием геотермальной энергии необходимы значительные инвестиции.
Геотермальное отопление дома — виды систем
Природное отопление дома можно организовать используя:
- низкотемпературные ресурсы — непосредственно грунт, грунтовые воды, озера и реки, море. Вариант доступен к реализации в любом уголке нашей страны;
- высокотемпературные ресурсы, такие как термальная вода. В Украине она имеется в Херсонской области и в Закарпатье.
Принцип работы геотермальных систем отопления
Принцип, который используется, чтобы организовать отопление дома от тепла земли, схожий с реализованным в холодильном оборудовании и кондиционерах. Хотя все системы разные, основные этапы функционирования – общие:
- Внешний контур аккумулирует низкопотенциальную тепловою энергию, ранее сосредоточенную в грунте и воде.
- Компрессор, который объединяет оба контура преобразует низкопотенциальную энергию в высокопотенциальную.
- Внутренний контур питает теплом точки системы отопления и бойлеры косвенного нагрева.
Как видите, основной элемент, который выполняет роль “сердца” является тепловой насос. В зависимости от региона (характеристик грунта), возможностей домовладельцев (финансирования) и прочих факторов можно реализовать различные схемы организации отопления. Как и ранее, мы рекомендуем для каждого объекта использовать индивидуальный подход при выборе схемы отопления, оборудования, проектировании и монтаже систем. Чтобы вам было проще ориентироваться в многообразии вариантов, давайте рассмотрим основные схемы, комбинируя которые можно создать наиболее эффективный вариант.
Геотермальное отопление — схема с горизонтальным и вертикальным внешним контуром
Прежде чем решать какие альтернативные виды энергии подойдут для вашего дома, мы рекомендуем провести аудит окружающего пространства. В зависимости от того, сколько свободного места вы имеете на участке, какая плотность грунта, глубина залегания подземных вод и различных слоев породы, стоит выбирать схему для организации внешнего контура. В качестве теплоносителя во внешних коммуникациях рекомендуется использовать антифриз и составы на его основе, которые не подвержены замерзанию, эффективно поглощают/отдают тепло и холод.
Отопление со скважины — вертикальная схема
Один из наиболее компактных вариантов организации внешнего контура для геотермального отопления — обустройство вертикальных скважин. Возможно на уроках в школе вы слышали, что зимой в периоды сильных заморозков (при отрицательной температуре), грунт промерзает не более чем на 2 метра даже в северных областях нашей страны. А на глубине 80-100 метров в течение года температура грунта практически не колеблется (в различных регионах ориентировочно она составляет +10 °C … +14 °C). Для укладки петли внешнего контура необходимо просверлить 1 или несколько скважин. Сделать это можно как на этапе строительства объекта (непосредственно под зданием) или возле дома, когда дом уже готов и используется для проживания.
Принцип бурения скважин такой же, как при добыче воды, но чтобы экономить место, можно из одного колодца пробить несколько стволов с различным углом наклона по отношению к центральной шахте. Затем лучи сойдутся к одному общему коллектору (тепловому насосу).
Преимущества вертикальной схемы внешнего контура геотермального отопления следующие:
- не требует вывода значительно площади участка их обращения;
- срок службы системы при грамотном оборудовании до 100 лет;
- трудоемкость относительно ниже, так как нужно пробурить шахты, а не снимать значительный слой грунта.
К недостаткам вертикальной разводки мы бы отнесли дороговизну (необходимы инвестиции на этапе обустройства). Вам придется потратиться на бурение скважин и укладку коммуникаций, а также возможно понадобится мощный циркуляционный насос для повышения эффективности движения теплоносителя.
Горизонтальная схема геотермального отопления
При горизонтальной схеме укладки, трубы внешнего контура размещаются на глубине ниже уровня промерзания, параллельно с поверхностью земли. Такое решение актуально для объектов, где имеется значительный участок территории, который не засажен деревьями и прочими растениями. Для монтажа труб, образующих внешний контур системы, необходимо будет выполнить значительный объем работ по снятию грунта, укладке трассы и возврату грунта назад. Из преимуществ горизонтального метода хотим отметить:
- При укладке коммуникаций на глубине 3-5 метров, можно организовать геотермальное отопление дома своими руками.
- Возможность применения на объектах, где отмечено близкое залегание твердых пород, а также там, где бурение скважин не рекомендовано.
- Площадь получения энергии при горизонтальной укладке контура больше, что часто положительно влияет на количество получаемого тепла при условии грамотного проектирования и монтажа системы.
Если вы владелец небольшого участка с большим домом, тогда стоит хорошо обдумать какой вид топлива для обогрева помещения выбрать в качестве основного, а что можно использовать как вспомогательный метод поддержания желаемого микроклимата. Ведь горизонтальная схема имеет ряд недостатков:
- ограничение на использование территории — там, где уложен внешний контур не рекомендуется сажать деревья и кустарники, корни которых могут повредить коммуникации;
- важно тщательно просчитать схему укладки труб, количество коллекторов и связующих узлов для наиболее эффективной аккумуляции тепловой энергии;
- температура грунта на глубине 3-5 м менее стабильная, чем на глубине 50 и более метров (зимой она ниже, летом выше).
Комбинированная схема для внешнего контура геотермальной системы отопления
Если есть такая возможность, мы рекомендуем своим клиентам выбрать комбинированную схему укладки коммуникаций, чтобы организовать эффективное отопление дома. Из недр земли, при грамотном сочетании горизонтальных и вертикальных коммуникаций, вы сможете получить больше тепловой энергии, с меньшими энергозатратами, чем если использовать только 1 из вариантов. Комбинированная схема сочетает в себе недостатки и преимущества обоих вариантов.
Вертикальная, горизонтальная и комбинированная разводка внешнего контура эффективна, когда для обогрева объекта используется теплый пол. Для отопления помещений через радиаторы и конвекторы, мощности компактной геотермальной системы в сильные морозы может быть недостаточно. К тому же для работы теплового насоса необходима электроэнергия. Поэтому мы рекомендуем предусмотреть альтернативные, энергонезависимые варианты отопления.
Канадская скважина для отопления дома — схема с забором воздуха извне
Если вы планируете строить дом в зоне, где часто отключают свет или выбираете альтернативный (дополнительный) способ отопления помещения, тогда прованский (канадский) колодец может стать для вас оптимальным решением. Этот вариант можно отнести к воздушному типу отопления, принцип работы которого заключается в том, что в помещение подается предварительно подготовленный и подогретый воздух. Для обустройства канадской скважины не нужно приобретать дорогостоящие тепловые насосы, достаточно гладких труб и вспомогательных аксессуаров.
Принцип работы прованского колодца заключается в следующем:
- Воздух с улицы поступает в трубу, которая выведена вертикально или под углом на улицу (на высоту 120-160 см от уровня грунта).
- Затем проходя через ту часть воздуховода, которая размещена в земле, на глубине ниже уровня промерзания, воздух нагревается (стенки трубы выполняет роль теплообменника).
- По каналам под землей воздух поступает в помещение, где распределяется в соответствии с проектом.
Такое решение обеспечивает приток в здание свежего воздуха, температура которого стала выше в сравнении с уличной – в зимний период, и ниже – в летний. При монтаже канадского колодца важно не забывать о необходимости организации сифона, в который будет попадать конденсат и технических колодцев для обслуживания системы. Потоки воздуха движутся естественнім методом, за счет перепада давления и температур. Не стоит забывать о необходимости регулярно дезинфицировать (чистить) воздуховоды не только снаружи, но и уложенные в грунт. Это даст возможность минимизировать риск развития патогенной микрофлоры и плесени в теплом влажном пространстве воздуховодов. Для удаления отработанного воздуха можно использовать вытяжные вентиляторы. Повысить эффективность системы обогрева можно, укомплектовав канадский колодец модулями с вентиляторами и нагревателями.
Установка геотермального отопления при наличии водоема
Если возле вашего дома имеется водоем, который не промерзает полностью даже в период максимальных заморозков, вы можете использовать его как пространство для горизонтальной разводки внешнего контура системы отопления. Такое решение привлекает низкими эксплуатационными расходами. Если в водоеме есть течение, то теплые потоки могут повысить скорость теплообмена. Хотя этот вариант позволяет экономить пространство на суше, его основные недостатки заключаются в следующем:
- сложности монтажа и обслуживания системы — самостоятельно проложить трубы под водой, соединить их и проверить герметичность швов, надежность креплений сложно даже хорошим пловцам с оборудованием;
- дороговизна — необходимы значительные инвестиции в оборудование, проектирование и монтаж системы. Элементы должны быть устойчивыми к негативному воздействию внешних факторов (механическим и химическим);
- бюрократическая волокита — если это не частное небольшое озеро или пруд, то на размещение системы труб в водоеме необходимо будет получить разрешение от соответствующих органов (городские и поселковые советы, экологи, прочие инстанции).
Итак, давайте подведем итоги. Чтобы система геотермального отопления загородного дома была эффективной, надежной и экономически обоснованной, необходимо:
- Провести аудит объекта, изучить параметры грунта (его структуру, расстояние до грунтовых вод и прочие характеристики).
- Определиться сколько места и где вы можете выделить под монтаж внешнего контура.
- Грамотно составить проект, чтобы рассчитать КПД каждого модуля, организовать правильную разводку системы отопления внутри помещения (частном доме или многоквартирном здании) и теплогенерирующего контура. Также важно предусмотреть варианты доступа к различным элементам системы для их обслуживания.
- Выбрать оптимальное оборудование, заложив запас мощности.
- Качественно выполнить монтаж системы, провести тестовый запуск для отладки работы, обеспечить ее защиту от негативного внешнего влияния без потери эффективности.
- Своевременно обслуживать оборудование.
Искренне надеемся, что информация, изложенная тут, помогла вам лучше понять, что такое отопление дома из земли, какие есть типы геотермальных систем обогрева и охлаждения, в чем их особенности. Если у вас есть вопросы по оборудованию, вы хотите обсудить с экспертами проект инженерных коммуникаций, заказать монтаж и обслуживание систем на основе различной техники, обращайтесь в офлайн магазины Vencon или свяжитесь с нами по телефону и онлайн (через форму на этом сайте).
