Процесс монтажа
Конечно, сделать систему геотермального отопления своими руками возможно, но это будет очень трудоемкий и изнурительный процесс, ведь для начала вы должны прокопать яму. Губину и ширину которой всегда рассчитывают для определенного случая.
Климат местности, строение земной ной коры региона, тип грунта и, конечно же, предполагаемая площадь обогреваемого помещения влияют на габариты ямы. Но в среднем, глубина будет составлять 30-100 м.
После окончания работ с подготовкой земли начинается сам монтаж системы отопления. Для этого в выкопанную яму опускаются трубы, которые будут впоследствии поглощать тепло, подавать это тепло в тепловой насос, который, в свою очередь, подогревает жидкость, подаваемую в систему отопления дома. И да, раз вы решили все же сами устанавливать систему геотермального отопления, то позовите помощника, трубы будут очень тяжелые.
Так как насос — это электродвигатель то, включив на нем реверс, то есть он будет работать в другую сторону, мы добьемся, кондиционирования помещения в жаркий период времени.
Сразу стоит предупредить, если вы решились сделать отопление своего дома от тепла земли, то будьте готовы выложить сразу очень большую сумму. Да, такая стоимость, конечно же, через какое-то время окупиться, ведь мы строим себе жилье не на пару лет. А в связи с нынешней мировой ситуацией ценны на газ, твердое топливо и, конечно же, электроэнергию повышаются, чуть ли не каждый квартал, а с геотермальным отоплением на вас эти ценны практически не будут влиять.
Установка труб с насосом
Кстати, внутри помещения, которое вы планируете отапливать, все будет выглядеть привычно, так как устанавливаются элементы отопления точно такие же, как и при обычном водяном отоплении. То есть в вашем помещении будут установлены батареи отопления, радиаторы тепло к которым будет передаваться трубами. Но основная часть данной системы будет находиться под землей.
Как сделать геотермальный агрегат своими руками?
Разобравшись, что такое отопление от земли, как работает насос, стоит продумать варианты изготовления оборудования своими руками.
Простых способов два:
- Из холодильника. Мастеру потребуется снять змеевик, расположенный на задней стенке агрегата. Чтобы сделать из змеевика конденсатор, деталь устанавливается в прочную тару из усиленного пластика или металла – главное, чтобы материал переносил пониженные и повышенные температуры. Теперь на всю конструкцию закрепляется компрессор, а в качестве испарителя используется пластиковая бочка. Систему соединить, оснастить схему полипропиленовыми трубами, которые присоединены к отопительной магистрали дома, можно запускать схему в работу.
- Из кондиционера. Тут меняются местами блоки наружный и внутренний. Испаритель не потребуется, он уже встроен во внутренний модуль, а конденсатор для передачи тепловой энергии стоит в наружном модуле. В систему нужно поставить четырехходовой клапан, а для источника тепла используется вода, воздух.
Тепловые насосы продаются в магазине, причем фабричные изделия могут оснащаться дополнительными функциями. Стоят насосы дорого, а учитывая затраты на все элементы контура, следует попытаться сделать насос из холодильника или кондиционера. Иногда мастера разбирают старые кондиционеры, затем из деталей комплектуют стандартные системы с испарителем, компрессором и конденсатором – схема простая, особого опыта не требует и обходится намного дешевле покупного насоса.
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.
- Исключается 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.
- Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.
- 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.
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 и внутреннего контуров коллектора.
Не секрет, что ресурсы дорожают год от года, поэтому автономная система отопления, которая способна окупиться в течение нескольких лет, всегда будет экономически выгодна для её владельца
Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование 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.
Немного о теплообменниках
При использовании теплообменников можно выделить два способа их расположения. Но это, в общем-то, не меняет сути геотермального отопления. Внутренний контур останется неизменным.
Внутренний контур одинаковый для всех видов геотермального отопления. Различается лишь внешний контур. Даже не он сам, а его теплообменник, который может быть расположен как в вертикальном (в скважине), так и в горизонтальном положении (выкапывается траншея).
Способ 1.
Первый способ – это вертикальный внешний контур. Температура внутри земли значительно отличается от температуры воздуха. На глубине 100 метров наблюдается стабильная температура, которая постоянно держится в районе 11-15 гр. С. Чтобы добыть это тепло, начинают бурить землю. Для того, чтобы поверхность не сильно искривилась, можно бурить сразу несколько скважин в одном месте, но делать это нужно под разными углами. Одна скважина будет добывать из недр воду, а вторая ее перерабатывать. Именно здесь и будет находиться внешний контур. Правда, данный способ является довольно дорогим из-за сложности инсталляции. Его основное преимущество в экономии места на участке.
Способ 2.
Второй способ – горизонтальный внешний контур. Для его использования нужно заранее узнать, как сильно и как глубоко замерзает земная кора в вашей местности (см. таблицу глубины промерзания ниже).
Таблица глубины промерзания грунтов по России, СНИП
Трубы нужно класть ниже этого предела. Обычно их длина должна в три раза превышать площадь вашего дома. Как правило, их располагают по всему периметру участка. А значит, этот способ установки потребует огромного количества земельных работ. При этом владельцу еще нужно будет учесть расположение всей растительности и деревьев. К примеру, ни в коем случае нельзя располагать трубы ближе, чем 1,5 м до деревьев. Растительность, которая будет находиться над трубами, просто промерзнет. Лучше всего, если вы будете устанавливать геотермальное отопление вместе со строительством дома, чтобы сразу распланировать монтаж труб и озеленение участка оптимальным образом.
В сети можно найти мануалы от наших «кулибиных» которые собирают самодельные системы геотермального отопления, используя например компрессор кондиционера.
Укладка в траншею геотермального контура из ПНД трубы, своими руками
Достоинства и недостатки
Объективными плюсами геотермального обогрева можно считать:
- превосходный КПД;
- солидный период службы (тепловой насос работает 2-3 десятилетия, а геологические зонды и вовсе до 100 лет);
- стабильность работы практически при любых условиях;
- отсутствие привязки к энергоносителям;
- полная автономность.
Есть одна серьезная проблема, мешающая сделать геотермальное отопление действительно распространенным решением. Это, как показывают отзывы владельцев, высокая цена создаваемой конструкции. Чтобы обогреть обычный дом площадью 200 кв. м (не так уж и редко встречающийся), надо будет строить систему под ключ за 1 млн рублей, до 1/3 этой суммы стоит тепловой насос. Автоматизированные установки очень комфортны, и если все настроено правильно, могут работать годами без вмешательства людей. Все упирается только в наличие свободных средств. Еще одним минусом является зависимость от электропитания насосного узла.
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.
Тепло от земли
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.
Затраты и перспективы окупаемости
Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя. Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.
В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца
Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:
- на 4-5 кВт – 3000-7000 условных единиц;
- на 5-10 кВт – 4000-8000 условных единиц;
- на 10-15 кВт – 5000-10000 условных единиц.
Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной. Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!
Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками
Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. метров. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.
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.
Положительные и отрицательные моменты установки системы геотермального отопления в загородном доме
Разработка новых технологий способствовала тому, что практически каждый владелец дома теперь располагает возможностью аккумулировать энергию земли, устанавливая геотермальную отопительную систему в частном секторе. В грунте накапливается до 98% солнечной энергии, которая попадает на его поверхность, благодаря чему даже в зимний период в земляном пласте сохраняется достаточное количество тепла для обогрева жилого здания, требуется только установка специального оборудования для того чтобы воспользоваться накопленной солнечной энергией. После установки системы геотермального отопления, затраченные на установку средства, окупятся в среднем через 5-8 лет – это является отрицательной стороной данной технологии. Стоимость реализации проекта, возможно, вызовет сомнения у тех, кто планировал установку недорогой системы, но к в планы владельца загородного дома капитальные затраты не входили.
Схема геотермального отопления
Положительной стороной системы является её доступность, так как существует повсеместная возможность использования энергии такого типа, а также её абсолютная экологичность и безвредность для человека. Количество энергии неограниченно, а расходы на эксплуатацию и обслуживание системы очень низкие. Геотермальная энергия не стоит затраты денежных средств, однако финансовых вложений требует та энергия, которая задействована для функционирования теплового насоса. Для получения от трёх до пяти киловатт тепла нужно затратить один киловатт этой энергии. Учитывая, что во время работы насоса не происходит процесса сгорания, то система абсолютно безопасно, риск возгорания или взрыва, как в случае с газовыми системами отопления отсутствуют. Оборудование жилого помещения различными вытяжными системами и дымоходами, система занимает очень мало места в помещении. Кроме того, не нужно специального помещения или дополнительного места для хранения топлива. А благодаря универсальности системы можно не только отапливать жилое помещение зимой, но и охлаждать его в летние месяцы. При условии правильного монтажа системы, она может работать около 30-ти лет без необходимости технического обслуживания, в то время как другие системы нуждаются в сервисном внимании существенно чаще.
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
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.
