Геотермальное отопление дома - принцип работы и особенности

Виды геотермальных систем и принцип их работы

В условиях постоянно растущих цен на газ и электроэнергию, геотермальное отопление дома может стать интересной альтернативой. И хотя на данный момент такой способ создания — скорее экзотика, у геотермальной энергетики есть определенные перспективы.

Геотермальное отопление дома

Достоинства и недостатки геотермального отопления

Отопление из геотермальных источников имеет как плюсы, так и минусы.

Достоинства:

  • высокий КПД;
  • круглогодичная возможность получения энергии, так как грунт собирает и хранит большую часть солнечного тепла;
  • низкая стоимость энергии, если не считать стоимость оборудования, которое окупается за 3-8 лет (тепловой насос на каждый потребленный киловатт выдает 3-5 киловатт тепловой энергии);
  • безграничные запасы энергии;
  • нет необходимости в хранении топлива;
  • систему можно использовать как для обогрева в зимнее время, так и для охлаждения в летнее (кондиционер);
  • не нужны разрешения на подключение к всевозможным коммуникациям;
  • низкий уровень шумов;
  • пожаробезопасность;
  • экологичность, так как какие-либо выбросы отсутствуют;
  • незначительные затраты на эксплуатацию оборудования;
  • система функционирует в автономном режиме, ее не нужно постоянно контролировать.

Геотермальная система покажет самый оптимальный результат, если она работает вкупе с «теплыми полами». В этом случае достигается равномерное распределение тепла, и отсутствуют районы с излишним нагреванием.

Обратите внимание! Особенно экономичен такой способ отопления для небольших зданий (до 150 квадратных метров).

Не лишен геотермальный способ обогрева и недостатков:

  • высокая стоимость оборудования;
  • большие стартовые расходы на установку, достигающие порой сотен тысяч рублей;
  • установка системы сложна, требует специализированного бурового оборудования, бурения глубоких скважин;
  • необходимость испортить имеющийся ландшафт для проведения буровых работ.

Принцип работы

Механизм, на основе которого действует геотермальное отопление, похож на принцип функционирования кондиционера. Главная деталь оборудования — тепловой насос большого размера. Насос входит в два контура. Внутренний контур — это отопительная система, включающая батареи и трубы. Внешний контур — подземный или подводный теплообменник.

Схема работы теплового насоса

Схема работы теплового насоса

В контурах может находиться обычная вода или жидкость с добавлением антифриза. Во втором (внешнем) контуре тепловой носитель берет температуру окружающей среды и поступает в теплонасос. Насос может работать как на обогрев, так и на охлаждение. Если тепловая энергия нужна для охлаждения — она направляется во внешний контур, а если для отопительных целей — к внутреннему.

Характерные особенности

Расчет характеристик шахты зависит от нескольких параметров:

  • площади здания;
  • разновидности грунта;
  • характеристик земной коры;
  • климатических особенностей.

В каждом случае расчеты очень индивидуальны ввиду разности вышеуказанных параметров. Обычная глубина шахты — от 20 до 120 метров.

После бурения шахты в нее опускаются поглощающие тепло трубы. По трубопроводу, находящемуся в грунте или воде пускается незамерзающая жидкость. После попадания жидкости в тепловой насос, часть тепла забирается, а жидкость теряет примерно 5 градусов. Полученная тепловая энергия передается в здание, а жидкость продолжает циркуляцию.

В трубопровод запускается незамерзающая жидкость

В трубопровод запускается незамерзающая жидкость

 

Варианты геотермальных систем

Известны три вида геотермального отопления:

Вертикальный теплообменник с насосом для скважины

Создание такого контура очень затратное из-за необходимости в дорогом оборудовании и потребности в глубоких (до 200 метров) скважинах. Однако, несмотря на высокие расходы, вертикальные теплообменники являются самым эффективным способом получения тепловой энергии. Продолжительность работы такой скважины может составлять до сотни лет.

Горизонтальный теплообменник

В данном случае трубы находятся под уровнем промерзания грунта. Основной недостаток такого типа геотермальной системы — необходимость значительных площадей (для размещения коллектора) даже для небольшого по размеру здания. К примеру, для дома площадью 100 квадратных метров понадобится 250 квадратных метров под технические нужды. Также в этом случае нужно устанавливать трубы на некоторой дистанции от деревьев (1,5-2 метра).

Методы установки теплообменников

Методы установки теплообменников

Теплообменник в воде

Это самый экономичный с точки зрения капиталовложений теплообменник. Для его размещения нет нужды в высокобюджетных земляных работах. Он должен располагаться в воде на глубине недоступной для промерзания. Теплообменник должен находиться не дальше, чем на стометровом расстоянии от отапливаемого здания.

Для создания внешнего контура используются полиэтиленовые трубы. При вычислениях на каждый метр коллектора берется 40-50 ватт тепловой энергии. Исходя из этого, для 5-киловаттного насоса понадобится скважина глубиной 80-100 метров. Причем в некоторых случаях правильнее создать не одну, а несколько менее глубоких скважин, но такой же общей глубины.

Для обеспечения сохранности ландшафта иногда используется технология кластеров, когда буровые работы проводятся из одного места, но по различным направлениям.

Таким образом, создание геотермального отопления процесс дорогостоящий, а главное трудоемкий. Доверять создание такой системы нужно только опытным специалистам.