Ситуація з ресурсами на планеті, рівень забруднення довкілля, зростання вартості енергоносіїв та безліч інших чинників сприяють тому, що дедалі більше людей замислюється про пошук альтернативних рішень для обігріву приміщень. Тим більше, що зараз можна купити все для системи опалення, яка працюватиме від електрики, газу, на твердому паливі, сонячних та інших генераторах енергії. Якщо 20-50 років тому відновлювану (зелену) енергію використовували здебільшого лише на промислових та комерційних об'єктах, то в наші дні дедалі частіше використовують геотермальну енергію для дому, котеджів, таунхаусів та інших житлових (приватних) приміщень. Ті, хто раніше не цікавився цією темою – все ще сумніваються в доцільності та ефективності земляного опалення. Тому ми підготували цей матеріал, в якому розповімо про те, як можна організувати опалення будинку геотермальною енергією, в чому переваги та особливості такого методу.
Системи геотермального опалення заміського будинку — особливості організації
Якщо ви думаєте, що ідея використовувати теплову енергію землі для обігріву приміщень, гарячого водопостачання та отримання електроенергії нова, то ви помиляєтеся. У 1904 році італієць П'єро Джінорі Конті успішно провів випробування генератора електроенергії, який працював завдяки геотермальній енергії землі. Це стало першим кроком на шляху до безлічі інших досліджень, появи нових установок. У 20-х роках минулого століття в тестовому режимі було запущено генератори на території США та Японії. Основним місцем для проведення випробувань обирали зони, в яких були присутні вулкани, гейзери та інші природні об'єкти з підвищеною температурою. Однак у промислових масштабах енергією Землі стали користуватися тільки після 1970 р. Наразі ГЕО ТЕЦ є у Франції, Німеччині, Канаді, США, Японії, Австралії, Німеччині, Ісландії, Індонезії, Італії, Чилі, Сальвадорі, Кенії, Мексиці, Новій Зеландії та інших державах. Як бачите, багато країн активно розвивають системи з використанням теплової енергії землі, щоб опалювати приміщення, отримувати електроенергію, забезпечувати об'єкти гарячою водою. У деяких державах навіть передбачено програми заохочення для власників приватних об'єктів, які організовують на своїй території міні ТЕЦ та інтегруються в загальну мережу населеного пункту, віддаючи надлишок ресурсу.
Опалення теплом землі — переваги цього методу
Дедалі частіше не лише для промислових та комерційних об'єктів, а й для приватних будинків власники помешкань обирають як ресурс тепло із землі. Наш власний досвід, а також дослідження колег показали, що земляне опалення має наступні переваги:
- Екологічність — під час роботи геотермальних приладів опалення немає продуктів горіння, як, наприклад, під час роботи твердопаливних та газових котлів опалення.
- Нескінченність ресурсу — якщо електроенергія, тверде паливо, газ виробляють (видобувають) люди, то теплову енергію в надрах Землі планета генерує та накопичує її безперервно.
- Економічна вигода — на відміну від інших систем обігріву, опалення приватного будинку теплом землі вимагає значних вкладень лише на етапі проєктування та монтажу системи. В інший час експлуатаційні витрати нижчі, порівняно з тими, які необхідні для функціонування інших систем (закупівлі торфу, пелет, дров, газу).
- Геотермальну енергію землі можна використовувати не тільки для обігріву приміщень, а й для отримання гарячої води, та також для охолодження повітря в приміщенні (служити альтернативою системам з кондиціонерами).
- Організувати опалення будинку підземним теплом можна практично в будь-якому місці. Нема потреби проводити газопровід, прокладати інші складні інженерні комунікації. За певного бажання, експерти можуть облаштувати повністю незалежну від зовнішніх факторів систему, комбінуючи обладнання (теплові насоси, вітрогенератори, геліосистеми, сонячні батареї та інше).
- З кожним днем на ринку з'являється все більше нових, енергоефективних компактних пристроїв, для створення комфорту з мінімальними витратами. Низка теплових насосів може також виробляти енергію, яку можна використовувати на різні потреби домоволодіння, при цьому за розмірами їх можна порівняти з пральною машиною та холодильником.
Всупереч тому, що ми вважаємо опалення від землі одним із найпрогресивніших та сучасних рішень, все ж таки хочемо зазначити, що для купівлі обладнання, проєктування та монтажу системи опалення з використанням геотермальної енергії необхідні значні інвестиції.
Геотермальне опалення будинку — види систем
Природне опалення будинку можна організувати використовуючи:
- низькотемпературні ресурси — безпосередньо ґрунт, ґрунтові води, озера та річки, море. Варіант доступний до реалізації в будь-якому куточку нашої країни;
- високотемпературні ресурси, такі як термальна вода. В Україні вона є в Херсонській області та на Закарпатті.
Принцип роботи геотермальних систем опалення
Принцип, який використовується, щоб організувати опалення будинку від тепла землі, схожий на той, що реалізовано в холодильному обладнанні та кондиціонерах. Хоча всі системи різні, основні етапи функціонування – загальні:
- Зовнішній контур акумулює низькопотенційну теплову енергію, раніше зосереджену в ґрунті та воді.
- Компресор, який об'єднує обидва контури, перетворює низькопотенційну енергію на високопотенційну.
- Внутрішній контур живить теплом точки системи опалення та бойлери опосередкованого нагріву.
Як бачите, основним елементом, який виконує роль «серця» є тепловий насос. Залежно від регіону (характеристик ґрунту), можливостей домовласників (фінансування) та інших факторів можна реалізувати різні схеми організації обігріву. Як і раніше, ми рекомендуємо для кожного об'єкта використовувати індивідуальний підхід при виборі схеми опалення, обладнання, проєктуванні та монтажі систем. Щоб вам було простіше орієнтуватися в розмаїтті варіантів, розгляньмо основні схеми, комбінуючи які можна створити найефективніший варіант.
Геотермальне опалення — схема з горизонтальним та вертикальним зовнішнім контуром
Перш ніж вирішувати які альтернативні види енергії підійдуть для вашого будинку, ми рекомендуємо провести аудит навколишнього простору. Залежно від того, скільки вільного місця ви маєте на ділянці, яка щільність ґрунту, глибина залягання підземних вод та різних шарів породи, варто обирати схему для організації зовнішнього контуру. Як теплоносій у зовнішніх комунікаціях рекомендується використовувати антифриз та суміші на його основі, які не схильні до замерзання, ефективно поглинають/віддають тепло та холод.
Опалення зі свердловини — вертикальна схема
Один з найбільш компактних варіантів організації зовнішнього контуру для геотермального опалення — облаштування вертикальних свердловин. Можливо, на уроках у школі ви чули, що взимку в періоди сильних заморозків (за мінусової температури), ґрунт промерзає не більше ніж на 2 метри навіть у північних областях нашої країни. А на глибині 80-100 метрів протягом року температура ґрунту практично не коливається (у різних регіонах орієнтовно вона становить +10 °C ... +14 °C). Для укладання петлі зовнішнього контуру необхідно просвердлити 1 або декілька свердловин. Зробити це можна як на етапі будівництва об'єкта (безпосередньо під будівлею), так і біля будинку, коли будинок уже готовий та використовується для проживання.
Принцип буріння свердловин такий самий, як під час видобутку води, але щоб заощаджувати місце, можна з одного колодязя пробити декілька стовбурів із різним кутом нахилу щодо центральної шахти. Потім промені зійдуться до одного загального колектора (теплового насоса).
Переваги вертикальної схеми зовнішнього контуру геотермального опалення наступні:
- не потребує виведення значно більшої площі ділянки їх обігу;
- термін служби системи при грамотному обладнанні до 100 років;
- трудомісткість відносно нижча, оскільки потрібно пробурити шахти, а не знімати значний шар ґрунту.
До недоліків вертикальної розводки ми б віднесли дорожнечу (необхідні інвестиції на етапі облаштування). Вам доведеться витратитися на буріння свердловин та укладання комунікацій, а також можливо знадобиться потужний циркуляційний насос для підвищення ефективності руху теплоносія.
Горизонтальна схема геотермального опалення
За горизонтальної схеми укладання, труби зовнішнього контуру розміщуються на глибині нижче рівня промерзання, паралельно з поверхнею землі. Таке рішення актуальне для об'єктів, де є значна ділянка території, яка не засаджена деревами та іншими рослинами. Для монтажу труб, що утворюють зовнішній контур системи, необхідно буде виконати значний обсяг робіт по зняттю ґрунту, укладанню траси та поверненню ґрунту назад. З переваг горизонтального методу хочемо відзначити:
- При укладанні комунікацій на глибині 3-5 метрів, можна організувати геотермальне опалення будинку своїми руками.
- Можливість застосування на об'єктах, де відзначено близьке залягання твердих порід, а також там, де буріння свердловин не рекомендовано.
- Площа отримання енергії при горизонтальному укладанні контуру більша, що часто позитивно впливає на кількість одержуваного тепла за умови грамотного проєктування та монтажу системи.
Якщо ви власник невеликої ділянки з великим будинком, тоді варто добре обміркувати, який вид палива для обігріву приміщення обрати як основний, а що можна використати як допоміжний метод підтримання бажаного мікроклімату. Адже горизонтальна схема має низку недоліків:
- обмеження на використання території — там, де прокладено зовнішній контур, не рекомендується садити дерева та кущі, коріння яких можуть пошкодити комунікації;
- важливо ретельно прорахувати схему укладання труб, кількість колекторів та сполучних вузлів для найбільш ефективної акумуляції теплової енергії;
- температура ґрунту на глибині 3-5 м менш стабільна, ніж на глибині 50 та більше метрів (взимку вона нижча, влітку вища).
Комбінована схема для зовнішнього контуру геотермальної системи опалення
Якщо є така можливість, ми рекомендуємо своїм клієнтам вибрати комбіновану схему укладання комунікацій, щоб організувати ефективне опалення будинку. З надр землі, за грамотного поєднання горизонтальних та вертикальних комунікацій, ви зможете отримати більше теплової енергії, з меншими енерговитратами, ніж якщо використовувати лише 1 з варіантів. Комбінована схема поєднує в собі недоліки та переваги обох варіантів.
Вертикальна, горизонтальна та комбінована розводка зовнішнього контуру ефективна, коли для обігріву об'єкта використовується тепла підлога. Для опалення приміщень через радіатори та конвектори, потужності компактної геотермальної системи в сильні морози може бути недостатньо. До того ж для роботи теплового насоса необхідна електроенергія. Тому ми рекомендуємо передбачити альтернативні, енергонезалежні варіанти опалення.
Канадська свердловина для опалення будинку — схема із забором повітря ззовні
Якщо ви плануєте будувати будинок у зоні, де часто вимикають світло, або обираєте альтернативний (додатковий) спосіб опалення приміщення, тоді прованський (канадський) колодязь може стати для вас оптимальним рішенням. Цей варіант можна віднести до повітряного типу опалення, принцип роботи якого полягає в тому, що в приміщення подають попередньо підготовлене та підігріте повітря. Для облаштування канадської свердловини не потрібно купувати дорогі теплові насоси, достатньо гладких труб та допоміжних аксесуарів.
Принцип роботи прованського колодязя полягає в такому:
- Повітря з вулиці надходить у трубу, яка виведена вертикально або під кутом на вулицю (на висоту 120-160 см від рівня ґрунту).
- Потім, проходячи через ту частину повітропроводу, яка розміщена в землі, на глибині, нижчій за рівень промерзання, повітря нагрівається (стінки труби виконують роль теплообмінника).
- По каналах під землею повітря надходить у приміщення, де розподіляється відповідно до проєкту.
Таке рішення забезпечує приплив у будівлю свіжого повітря, температура якого стала вищою, як порівняти з вуличною – в зимовий період, та нижчою – в літній. Під час монтажу канадського колодязя важливо не забувати про необхідність організації сифона, в який потраплятиме конденсат, та технічних колодязів для обслуговування системи. Потоки повітря рухаються природним методом, за допомогою перепаду тиску та температур. Не варто забувати про необхідність регулярно дезінфікувати (чистити) повітропроводи не тільки ззовні, а й укладені в ґрунт. Це дасть змогу мінімізувати ризик розвитку патогенної мікрофлори та цвілі в теплому вологому просторі повітропроводів. Для видалення відпрацьованого повітря можна використовувати витяжні вентилятори. Підвищити ефективність системи обігріву можна, якщо укомплектувати канадський колодязь модулями з вентиляторами та нагрівачами.
Встановлення геотермального опалення за наявності водойми
Якщо біля вашого будинку є водойма, яка не промерзає повністю навіть у період максимальних заморозків, ви можете використовувати її як простір для горизонтальної розводки зовнішнього контуру системи опалення. Таке рішення приваблює низькими експлуатаційними витратами. Якщо у водоймі є течія, то теплі потоки можуть підвищити швидкість теплообміну. Хоча цей варіант дає змогу заощаджувати простір на суші, його основні недоліки полягають у такому:
- складності монтажу та обслуговування системи — самостійно прокласти труби під водою, з'єднати їх та перевірити герметичність швів, надійність кріплень складно навіть хорошим плавцям з обладнанням;
- дорожнеча — необхідні значні інвестиції в обладнання, проєктування та монтаж системи. Елементи мають бути стійкими до негативного впливу зовнішніх факторів (механічних та хімічних);
- бюрократична тяганина — якщо це не приватне невелике озеро або ставок, то на розміщення системи труб у водоймі необхідно буде отримати дозвіл від відповідних органів (міські та селищні ради, екологи, інші інстанції).
Отже, підбиваймо підсумки. Щоб система геотермального опалення заміського будинку була ефективною, надійною та економічно обґрунтованою, необхідно:
- Провести аудит об'єкта, вивчити параметри ґрунту (його структуру, відстань до ґрунтових вод та інші характеристики).
- Визначитися скільки місця та де ви можете виділити під монтаж зовнішнього контуру.
- Грамотно скласти проєкт, щоб розрахувати ККД кожного модуля, організувати правильне розведення системи опалення всередині приміщення (у приватному будинку або багатоквартирному будинку) та теплогенеруючого контуру. Також важливо передбачити варіанти доступу до різних елементів системи для їх обслуговування.
- Вибрати оптимальне обладнання, заклавши запас потужності.
- Якісно виконати монтаж системи, провести тестовий запуск для налагодження роботи, забезпечити її захист від негативного зовнішнього впливу без втрати ефективності.
- Своєчасно обслуговувати обладнання.
Щиро сподіваємося, що інформація, викладена тут, допомогла вам краще зрозуміти, що таке опалення будинку із землі, які є типи геотермальних систем обігріву та охолодження, у чому є їх особливості. Якщо у вас є питання з обладнання, ви хочете обговорити з експертами проєкт інженерних комунікацій, замовити монтаж та обслуговування систем на основі різної техніки, звертайтеся в офлайн магазини Vencon або зв'яжіться з нами телефоном та онлайн (через форму на цьому сайті).
