Геотермальне опалення будинку: принцип роботи, теплові насоси, переваги, фото і відео


Сьогодні фахівці різних галузей знань працюють над використанням альтернативних джерел тепла, адже природні ресурси дорожчають з кожним днем і, взагалі, не нескінченні. Геотермальне опалення будинку – це один з варіантів використання такого джерела.

Використання внутрішньої енергії

Геотермальне опалення приватного будинку — зовсім не означає використання вулканічного тепла. Просто на глибині більше двадцяти метрів (звичайно, в залежності від району) температура землі постійна незалежно від сезону і не опускається нижче десяти градусів тепла. Мало того, чим більше глибина, тим вище температура ґрунту, хоча і на невеликій глибині з невисокою температурою тепловий насос генерує цілком прийнятне тепло. Тому геотермальне опалення для будинку ефективно навіть у помірному кліматі.

Використання сонячної енергії обмежена для середньої смуги великою кількістю похмурих днів саме в той період, коли потрібно обігрів приміщень. Вітрогенератори зручні тільки в степових районах, де немає складного рельєфу і безвітряних зон, хоча і в степу сила і напрямок вітру можуть часто змінюватися. Тому геотермальне опалення будинку є більш стабільним у використанні обігріву невеликих житлових будівель.

Обладнання для геотермального опалення

Система геотермального опалення складається з двох контурів. Внутрішній контур – це звичайне водяне опалення з трубами, опалювальними радіаторами та іншими його елементами. Зовнішній контур являє собою теплообмінник, в якому циркулює вода або антифриз в якості теплоносія опалення.

 Обладнання для геотермального опалення

Тепловий насос в будинку

Він знаходиться під землею або у водоймі, тому теплоносій набуває температуру зовнішнього середовища і поступає в геотермальний тепловий насос, на якому замикаються обидва контури, і тепло передається для обігріву будинку. Тепловий насос перекачує підігрітий теплоносій із зовнішнього контуру у внутрішній, і, незважаючи на те, що є головною складовою системи опалення від сонця, розміри його не більше пральної машини.

Рушійною енергією для нього зазвичай служить електроенергія, рідше використовується природний газ. Ефективність теплового насоса (основний показник, який розраховується для визначення моделі і потужності агрегату) залежить від співвідношення температури грунту і комфортної температури у внутрішньому контурі системи.

Теплообмінник залежно від конструкції може складатися з кілометрів зшитих поліетиленових труб і до них запірної арматури. Але, оскільки він ховається під землею, то обладнання для геотермального опалення займає в будинку рівно стільки ж місця і має такий же вигляд, як і класичне водяне. Щодо зарубіжного досвіду, витрати на опалення можна зменшити вдвічі, якщо замінити газову систему опалення на геотермальну.

Принцип роботи

Найбільш поширені компресійні теплові насоси. В них в якості привода використовується компресор, як у холодильнику. Принцип роботи геотермального теплового насоса полягає в тому, що тепло з землі нагріває холодоагент, він переходить в газоподібний стан, сильно нагрівається при стисканні в компресорі, віддає теплову енергію, охолоджується до кімнатної температури і переходить в рідкий стан. І так по замкнутому циклу.

Принцип роботи

Фото схеми роботи теплового насоса

Ефективність теплових насосів дуже висока. Ці агрегати єдині у своєму роді, генеруючі у п'ять разів більше енергії, ніж споживана ними для безперебійної роботи електроенергія.

Види теплообмінників

По конструкції геотермальні теплообмінники можуть бути вертикальні і горизонтальні. Окремий вид горизонтальних теплообмінників – це водоразмещенные.

Вертикальні теплові насоси для дому більш ефективні, так як опускаються на велику глибину, де температура грунту вище. Зазвичай бурять дві або три свердловини глибиною до ста п'ятдесяти метрів. Якщо на такій глибині пролягають термальні ґрунтові води, то потужність колектора опалення зростає.

Види теплообмінників

Установка вертикального теплообмінника

Вони займають малу площу, так як діаметр свердловин невеликий і не обмежують ландшафтних рішень. Але їх істотним мінусом є необхідність використовувати складну техніку при бурінні свердловин глибиною більше п'ятдесяти метрів (у багатьох випадках і до двохсот метрів), тобто вартість таких робіт дуже висока. Втіхою може бути те, що система може працювати до ста років, і нащадки, хто знає, чи будуть вдячні за створення такої дешевого в експлуатації способу опалення.

Горизонтальні теплообмінники або колектори для опалення використовуються у регіонах, де взимку промерзає грунт не більше ніж на метр-півтора. Горизонтальна укладка труб значно дешевше, можна не використовувати техніку взагалі, а копати траншеї вручну на глибину не більше трьох метрів.

Види теплообмінників

Горизонтальний теплообмінник

Правда, при цьому траншеї займають велику площу ( для звичайного приватного будинку – приблизно двісті п'ятдесят квадратних метрів ), яку можна використовувати під клумбу, ні під посадку дерев. Щоб не перемерзали коріння рослин, їх потрібно садити на відстані не менше півтора метрів від кордону траншеї з трубами. Для такого виду теплообмінника дуже важливим показником є вологість ґрунту – чим вона вище, тим ефективніше геотермальна система.

Якщо недалеко, не далі ста метрів від будинку, де ставиться завдання виконати опалення за рахунок альтернативних джерел, труби теплообмінника можна розташовувати спіраллю прямо на дні. В такому випадку не потрібні трудомісткі роботи по риттю траншей, але необхідна дозвільна документація на прокладання труб у водоймі.

Переваги застосування

Незважаючи на те, що вартість його велика, процес виконання трудомісткий і недостатньо вивчений, геотермальне опалення для будинків поступово набуває поширення через явних переваг у застосуванні:

  • небувала ефективність, коефіцієнт корисної дії системи становить чотириста – п'ятсот відсотків;
  • стабільні характеристики, які не залежать від температури навколишнього середовища у будь-який час року;
  • абсолютна пожежобезпечність;
  • не потрібно місце для зберігання палива;
  • можливість не тільки опалення, а й кондиціонування влітку;
  • екологічна безпека, так як їх робота не пов'язана з виділенням шкідливих продуктів горіння;
  • автономне опалення, необхідно тільки електрику для роботи теплового насоса;
  • немає фінансових витрат на паливо та обслуговування.

Основна перевага геотермального опалення є невичерпні запаси теплової енергії земних надр, використання яких не впливає на світовий природний баланс.

Досвід використання геотермальних систем опалення в різних поєднаннях показав, що найбільш вдалий варіант (опалення повинно бути низькотемпературним) — з системами «тепла підлога», або фанкойл-чиллер, у яких максимальна температура подачі теплоносія не більше сорока п'яти градусів, для найбільш комфортного температурного режиму в приміщеннях.

Поширеність геотермальних систем

Геотермальні системи опалення отримують все більше поширення, адже земні надра – безмежний і безплатний джерело теплової енергії. Створені цілі наукові установи, які займаються ними. Фахівці, які займаються монтажем, вносять свої удосконалення в процес встановлення та розрахунку їх параметрів.

І, може бути, скоро будуть якимось чином компенсовані недоліки і слабкі сторони інноваційного способу обігріти свій будинок. Вже зараз, якщо грамотно розрахувати всі параметри геотермальної системи і правильно її змонтувати, то вона окупиться приблизно за п'ять років, а служити при цьому може двадцять разів довше.

У США і деяких країнах Європи і Прибалтики, на урядовому рівні вирішуються проблеми переходу на не залежне від умов ринку, екологічно безпечне, не витрачає цінних ресурсів і практично невичерпне тепло земних надр.