Обогрев частного дома геотермальным отоплением

Способы устройства контуров

Системы отопления отличаются лишь конструкцией внешнего контура, в остальном оборудование используют аналогичное. На сегодня известно 3 разновидности наружных контуров:

• устанавливаемый в земле по горизонтали;
• вертикальные термальные зонды;
• опускаемый на дно реки или озера.

Вертикальные теплообменники

Такой вариант отопления теплом земли основан на явлении природы: на глубине 60-100 м от поверхности земля на протяжении года имеет одинаковую и постоянную температуру 10 градусов. Для использования такой энергии земли требуется бурить вертикальные скважины.

Чтобы максимально сохранить ландшафт, возможно пробурить несколько труб с одной начальной точки, однако под разным углом. Наружный контур приспособления устанавливается в таких скважинах. Подобное даст возможность эффективно взять тепло земли. Этот вариант трудно назвать простым и экономичным. Оптимально применять его в том случае, если примыкающая к жилищу местность обустроена.

Глубина бурения составляет 50-200 м. Окончательные размеры скважины будут зависеть от геообстановки в регионе и от характеристик будущего строения. Эксплуатационные сроки подобной системы составят 100 лет.

Горизонтальные теплообменники

Для укладки наружного контура при горизонтальном типе отопления, требуется учесть, на какой глубине происходит промерзание земли в регионе.

Трубы укладываются ниже уровня промерзания в предварительно приготовленные траншеи, захватив достаточно много места: для отопления дома, площадь которого равна 200 кв. м понадобится около 600 кв. м обменника.

При этих условиях, количество земляных работ значительное. Помимо этого, требуется учитывать положение деревьев и других кустарников на участке. К примеру, не следует ставить трубы коллектора ближе, чем в 1,5 м от насаждений.

Такой метод укладки используется, обычно, в тех ситуациях, когда участок лишь осваивается под строительные работы. Расчеты и планы по возведению дома, монтажу обогрева и планировке земельного участка оптимально проводить одновременно.

 Теплообменник на дне озера или реки

Такая конструкция считается самой экономичной, она применяет энергию тепла воды. Гидроотопление в частном доме рекомендовано устанавливать на дистанции до реки, которая расположена вблизи не более 100 м. Контур из труб укладывают на дно в качестве спирали, степень залегания не превышает 3 м, площадь водоема составляет по меньшей мере 200 кв. м. Другим достоинством подобной конструкции станет отсутствие надобности проводить трудные работы, на которые обязательно требуется соответствующее разрешение.

Исходя из вышеуказанного, сделать геотермальное отопление самому непросто. Наиболее оптимальным решением станет последний вариант, однако тут существуют определенные особенности, без которых монтаж невозможен.

Преимущества и недостатки

Плюсы

• Практически неисчерпаемый и стабильный источник энергии;
• Производители подобных систем называют такое отопление бесплатным для владельца. Но это не так, поскольку нельзя забывать о затратах на электричество. Тем не менее, это обходится дешевле традиционных систем отопления;
• Геотермальное отопление можно использовать практически в любом регионе, за исключением северных;
• Геотермальные отопительные установки не имеют вредных выбросов;
• Занимают немного места в доме (размером примерно с холодильник);
• Возможна настройка работы установок как на нагрев, так и на охлаждение;
• Если есть необходимость, то геотермальную установку можно интегрировать в систему отопления дома с газовым или электрическим котлом.

Минусы

• Длительный срок окупаемости;
• Большая сумма первоначальных вложений при покупке и монтаже системы геотермального отопления.

Геотермальное отопление дома своими руками

Многие люди считают, что самостоятельно сделать геотермальное отопление дома можно только в тех местах, где есть высокая вулканическая активность или термальные источники, поэтому не видят перспектив использования такого вида отопления.

Схема геотермального отопления.

Принцип, по которому работает геотермальное отопление

Геотермальный насос работает по тому же принципу, что и холодильник или кондиционер. Такое отопление имеет один основной элемент — тепловой насос, который включен в два контура.

Внутренний контур имеет вид привычной нам всем системы отопления дома и состоит из радиаторов и труб. Внешний контур имеет внушительные размеры и располагается под водой или под землей.

Внутри указанного контура может находиться вода или антифриз, они принимают температуру среды и уже подогретыми поступают в тепловой насос.

Обратите внимание

Тепло, которое аккумулировалось, передается внутреннему контуру и от него нагреваются все помещения дома.

Главным элементом геотермального отопления является тепловой насос. Это небольшой агрегат, по размерам не больше стиральной машинки. Он имеет высокую производительность: затрачивая 1 кВт электроэнергии, он способен выдавать до 5 кВт тепла. Если сравнить такой насос с кондиционером, то последний на 1 кВт затраченной электроэнергии выдает всего 1 кВт тепловой энергии.

Как сделать геотермальное отопление своими руками у себя дома

Схема установки геотермического насоса.

Это один из самых дорогих и трудоемких видов отопления. Вам предстоит провести масштабные земляные работы, затраты на оборудование составят основную часть расходов. Перед тем, как приступить к созданию такого отопления своими руками, необходимо разобраться, какие системы применяются и в чем особенности их устройства.

Материалы, необходимые для установки геотермального отопления:

• полиэтиленовые трубы;
• тепловой насос;
• радиаторы отопления.

Классификация по типу:

• горизонтальный теплообменник используется наиболее часто, при этом трубы укладывают в землю на глубину, превышающую уровень промерзания почвы в вашей местности. Такой тип отопления имеет существенный недостаток — контур занимает большую площадь. Если площадь вашего дома 250 м², то для его обогрева придется уложить трубы на площади около 600 м², а это можно реализовать далеко не на каждом участке. Особенно неудобно делать такое отопление дома в том случае, когда территория уже облагорожена, например, от дерева коллектор должен находиться не ближе, чем на 1,5 м;
• вертикальный теплообменник имеет намного меньшие размеры, но стоимость его больше. Чтобы его установить, надо немного места, но придется использовать бурильное оборудование.

Скважина может быть от 50 до 200 м, но служить она будет до 100 лет. Такой способ удобен, когда территория загородного дома уже обустроена, не будет необходимости изменять существующий ландшафт.

Установить такой вид геотермального отопления полностью своими руками не получится, так как потребуется специальное оборудование для бурения скважины — водоразмещенный обменник является самым экономичным способом, он использует тепловую энергию воды. Его использование возможно, если до водоема не более 100 м.

Если говорить о сложности реализации данного проекта, то она довольно велика, и, если вы решите делать все своими руками, то наиболее доступным будет третий способ. Если вы приобретете дорогое оборудование, то монтаж надо проводить качественно, иначе система не будет нормально работать.

Преимущества геотермального отопления:

• для отопления используется энергия земли, а она возобновляется и практически неисчерпаема;
• безопасность, так как нет риска возгорания;
• нет необходимости доставлять и хранить топливо;
• нет вредных выбросов;
• нет необходимости в контроле системы, так как она работает в автономном режиме;
• почти нет расходов на обслуживание;
• очень высокий КПД оборудования.

Наиболее оптимально геотермальное отопление подходит в том случае, когда ваш дом имеет площадь до 150 м², такое отопление окупится уже через 3-4 года.

Чтобы собрать внешний контур, используют полиэтиленовые трубы. Чтобы рассчитать необходимую глубину скважины, надо учитывать, что на 50 Вт тепловой энергии требуется 1 м труб.

Если у вас тепловой насос мощностью 10 кВт, надо будет пробурить скважину глубиной около 200 метров.

Важно

Можно сделать несколько скважин, а для того чтобы не портить ландшафт, скважины сверлятся с одной точки, но под разными углами.

Хотя такой вид отопления и требует значительных первоначальных вложений, но он имеет большой срок службы и в скором времени все ваши инвестиции окупятся.

Принципы функционирования геотермального отопления

Отопление за счет энергии земли успешно применяется в различных климатических зонах: системы способны работать и в южных, и в северных регионах.

Геотермальная установка в процессе своего функционирования использует такое физическое свойство некоторых жидкостей, как способность испаряться, что приводит к охлаждению поверхности. Именно это явление лежит в основе работы холодильного оборудования.

Принцип работы геотермального отопления представляет собой запущенный в обратную сторону процесс охлаждения. Именно так работают кондиционеры, способные не только охлаждать, но и подогревать воздух в помещении.

Принцип работы теплового насоса

Однако, установки для кондиционирования воздуха имеют ограниченную работоспособность — они не могут функционировать при температуре ниже -5°C. А геотермальная система способна обеспечить обогрев дома независимо от температуры воздуха на поверхности. Это связано с тем, что в той среде, откуда она забирает тепловую энергию, естественным образом поддерживаются стабильные температурные условия.

Виды автономных систем отопления для коттеджа

Так как частные дома в основном находятся далеко от центральных магистральных систем, для их обогрева используют автономные системы, которые делятся на несколько видов в зависимости от используемого теплоносителя (вещество, передающее тепловую энергию) и топлива.

Водяное

Водяное отопление часто встречается в России и Европе. В качестве теплоносителя в нем используется жидкость, которая нагревается в котле (или другом теплогенераторе), а затем разносится по трубам и батареям, передавая тепло. Система проста в монтаже и использовании, ее можно установить в уже построенном и отремонтированном доме. Для подогрева теплоносителя подойдет твердотопливный, газовый или электрический котел.

Воздушное

Воздушное отопление популярно в Канаде и США. Теплоносителем выступает нагретый воздух, который распространяется по помещениям.

Есть 2 вида воздушного отопления:

1. Отопление + вентиляция. Воздух, нагреваемый котлом или теплогенератором переносится по воздуховодам по всему зданию. Дополнительно в систему можно установить фильтры, увлажнители.
2. Отопление посредством тепловых пушек, тепловентиляторов и конвекторов. Нагретые одним или несколькими подобными приборами направленные потоки поступают в помещение, перемешивая холодный и теплый воздух.

Паровое

Паровое отопление используется с начала XX в. В такой системе в качестве теплоносителя выступает пар от нагретой воды, распределяющийся по трубам к радиаторам и возвращающийся в котел виде конденсата. Температура в системе может достигать тысячи градусов, поэтому котел, трубы и батареи должны быть качественными и выдерживать высокое давление.

Газовое

Отопление газом набирает популярность благодаря дешевизне этого вида топлива по сравнению с другими. Для обогрева устанавливается газовый котел, а теплоносителем может быть вода или воздух.

Есть 2 варианта газового отопления:

Централизованный

Сжиженный газ

Электрические элементы

Обогреть недвижимость с помощью электричества можно разными способами: от установки электрокотла до прокладки теплого пола. Новые технологии разработок электрических приборов делают их экологичными, безопасными и простыми в использовании.

Электрические котлы

Теплый пол

Инфракрасное отопление

Конвекторы

Масляные радиаторы

Геотермальная установка

Геотермальные системы относятся к альтернативным методам получения тепловой энергии. Нагревание теплоносителя происходит за счет энергии земли и воды. Установка состоит из подземного теплообменника, в котором циркулирует жидкость с антифризом. Нагреваясь теплоноситель поступает в насос, а затем в трубопровод и радиаторы в доме.

Солнечные батареи

Системы с использованием солнечных батарей преобразуют энергию солнца в электроэнергию, которую затем можно использовать для работы приборов отопления. Для частных домов используют кремниевые батареи. Монтаж системы выполняется только после проведения расчетов, учитывающих тип батарей, параметры здания, угол наклона и др.

Печное отопление

Печи для обогрева изготавливают из чугуна или кирпича. Основное топливо – дрова, реже уголь. Печное отопление не зависит от электричества и используется для приготовления пищи. Огонь в печи необходимо постоянно поддерживать, она нагревает окружающее пространство постепенно и неравномерно, но и остывает медленнее, чем трубы и батареи.

Схема исполнения гидротермального отопления

На сегодняшний день наибольшее распространение получили три принципиально отличающиеся схемы обустройства подземного отопления. Для обеспечения максимальной эффективности обогрева дома общая площадь внешнего подземного контура должна быть в 2,5 раза больше отапливаемой площади жилого дома.

В автономном отоплении используются следующие типы геотермального обогрева:

1. Подводный вариант.
2. Горизонтальная закладка.
3. Обустройство скважин.

В каждом конкретном случае выбор той или иной разновидности геотермального отопления будет зависеть от площади дома, финансовых возможностей домовладельца, особенностей местности. Подводный вариант может использоваться в тех случаях, если поблизости имеются глубокие водоемы, которые в зимнее время года не промерзают до дна.

Существует несколько видов закладки подобного отопления

Горизонтальная закладка

Этот вариант гидротермального отопления подразумевает выполнение рядом с домом котлована, глубина которого будет на 2 метра глубже точки замерзания грунта. Соответственно, для нагрева частного дома площадью в 100 квадратных метров потребуется копать котлован с глубиной более 3 метров и общей площадью 250 квадратов.

Если имеющаяся площадь участка позволяет выполнить такой котлован, то горизонтальная закладка станет оптимальным вариантом геотермального отопления частного дома. Внутри котлована закладывают систему труб, по которым циркулирует незамерзающий теплоноситель. Наружный контур отопления выводится в дом и подключается к теплообменной установке.

Из преимуществ этой схемы выполнения геотермального отопления принято выделять ее эффективность, простоту обустройства, снижение расходов на монтаж наружного контура. В то же время необходимо учитывать обязательные требования по правильному расчету объема котлована, который не всегда возможно разместить на небольшом по своей площади приусадебном участке.

Геотермальное отопление дома:

Подводный вариант

Владельцы частных домов, которые проживают поблизости от озер и рек, часто выбирают вариант гидротермального отопления с использованием подводного варианта. Необходимо лишь правильно продумать расположение внешнего контура, который размещают на глубине более 4 метров, что исключает возможность промерзания озера или реки до дна. Подземную и надземную часть контура, которая идет непосредственно от берега озера до обогреваемого частного дома, в обязательном порядке утепляют, а трубы под землей прокладывают на глубине ниже точки промерзания грунта.

Использование подводного варианта позволяет упростить обустройство системы отопления частного дома, так как не требуется проводить дорогостоящие и сложные земляные работы. Внешний контур будет нагреваться от тепла воды, после чего подогретый теплоноситель подается в систему, обеспечивая работоспособность оборудования.

Выполнение гидротермальных скважин

Выполнение геотермальных скважин для организации автономного отопления является оптимальным вариантом, позволяющим существенно снизить затраты домовладельца. Скважина бурится на глубину в 30-50 метров, что повышает эффективность нагрева, так как на больших глубинах температура земли будет выше, нежели у самой поверхности.

Бурение скважины – один из эффективных методов монтажа подобного обогрева

Сегодня многие домовладельцы, обустраивая автономную систему геотермального отопления частного дома, выбирают вариант с бурением скважин, что существенно упрощает прокладку контура. В этом случае обеспечивается максимальная эффективность используемого оборудования, позволяя использовать все возможности таких современных технологий даже при наличии небольшого по площади участка.

Выполнение обогрева частного дома с прокладкой внешнего контура в глубинных скважинах позволяет на 20-30% уменьшить общую стоимость обустройства в доме автономного отопления. Благодаря высокой температуре нагрева теплоносителя в глубинном контуре имеется возможность использования небольших по своей мощности отопительных установок, что упрощает монтаж оборудования, снижает его стоимость, одновременно обеспечивая максимальное удобство проживания в частном доме.

Примерные затраты и окупаемость системы

Выбирая термальное отопление, принцип работы которого уже известен, хозяева должны знать, что потребуются определенные вложения. Марка оборудования подбирается по требованиям пользователя, цена агрегатов зависит от множества факторов, например, мощности.

Аппараты на 4-5 кВт оцениваются от 3000-7000$, на 5-10 кВт стоят 4000-8000$, на 10-15 кВт уже 5000-10000$. Плюс 40-50% от суммы составят расходы на монтажные работы и запуск системы. На выходе получается весьма внушительный объем затрат. Но все они окупятся примерно через 3-5 лет, а потом остаются только счета за электричество, которое будет потреблять тепловой насос.

Принцип действия системы

Использование геотермальной тепловой энергии возможно благодаря естественному и постоянному прогреву внутренних пластов земной коры магмой. Степень генерации тепла столь высока, что приемлемую для аккумуляции температуру порядка 45-50 °C преобразуют даже в холодных регионах с промерзаемым грунтом на допустимых для бурения глубинах. Иными словами, главная задача системы заключается в доставке тепловой энергии непосредственно до места потреблений. Основной принцип работы геотермального отопления строится на передачи энергии по коллекторам и каналам с циркулирующим антифризом.

На первом этапе происходит аккумуляция тепла прямо в недрах земли с помощью специальных элементов с повышенной теплопередачей. Это коллекторные установки, которые поглощают тепло, а затем передают его вместе с антифризом в узел распределения по точкам забора и потребления. На этом этапе в работу включается насосная станция, которая преобразует и доставляет энергию радиаторам, системе ГВС, котлам и другим агрегатам, которые участвуют в отопительной инфраструктуре.

Приборы водяного отопления

В качестве обогревательных элементов помещений могут выступать:

• традиционные радиаторы, устанавливаемые под оконными проемами и возле холодных стен, например, с северной стороны здания;
• трубные контуры напольного обогрева, иначе – теплые полы;
• плинтусные обогреватели;
• внутрипольные конвекторы.

Водяное радиаторное отопление – самый надежный и дешевый вариант среди перечисленных. Установку и подключение батарей вполне реально выполнить самому, главное, — верно подобрать количество секций по мощности. Недостатки – слабый прогрев нижней зоны комнаты и расположение приборов на виду, что не всегда согласуется с дизайном интерьера.

Все имеющиеся в продаже радиаторы делятся на 4 группы по материалу изготовления:

1. Алюминиевые – секционные и монолитные. На самом деле отливаются из силумина – сплава алюминия с кремнием, являются наиболее эффективными по скорости прогрева.
2. Биметаллические. Полный аналог алюминиевых батарей, только внутри предусмотрен каркас из стальных труб. Сфера применения – многоквартирные высотные дома с центральным теплоснабжением, где теплоноситель подается с давлением свыше 10 Бар.
3. Стальные панельные. Сравнительно дешевые радиаторы монолитного типа, сделанные из листов штампованного металла плюс дополнительное оребрение.
4. Чугунные секционные. Тяжелые, теплоемкие и дорогие приборы с оригинальным дизайном. Из-за приличного веса некоторые модели оснащаются ножками – подвесить такую «гармошку» на стену нереально.

По востребованности лидирующие позиции занимают стальные приборы – они недороги, а с точки зрения теплопередачи тонкий металл мало уступает силумину. Следом идут алюминиевые, биметаллические и чугунные обогреватели. Выбирайте, какие вам больше нравятся.

Watch this video on YouTube

Конструкция теплых полов

Система напольного обогрева состоит из таких элементов:

• греющие контуры из металлопластиковых либо полиэтиленовых труб, залитые цементной стяжкой или уложенные между лагами (в деревянном доме);
• распределительный коллектор с расходомерами и термостатическими вентилями для регулирования расхода воды в каждой петле;
• смесительный узел – циркуляционный насос плюс клапан (двух— или трехходовой), поддерживающий температуру теплоносителя в диапазоне 35…55 °C.

Узел подмеса и коллектор соединяются с котлом двумя магистралями – подающей и обратной. Нагретая до 60…80 градусов вода порциями подмешивается клапаном в контуры по мере остывания циркулирующего теплоносителя.

Теплые полы – самый комфортный и экономичный способ обогрева, хотя затраты на монтаж в 2—3 раза выше устройства радиаторной сети. Оптимальный вариант отопления изображен на фото – напольные водяные контуры + батареи, регулируемые термоголовками.

Теплые полы на стадии монтажа — раскладка труб поверх утеплителя, крепление демпферной полосы для последующей заливки цементно-песчаным раствором

Конвекторы плинтусные и внутрипольные

Обе разновидности обогревателей похожи конструкцией водяного теплообменника – медного змеевика с насаженными тонкими пластинами – ребрами. В напольном исполнении греющая часть закрыта декоративным кожухом, внешне напоминающим плинтус, сверху и снизу оставлены зазоры для прохождения воздуха.

Теплообменник внутрипольного конвектора установлен в корпусе, находящемся ниже уровня чистого пола. Некоторые модели комплектуются малошумными вентиляторами, повышающими производительность обогревателя. Теплоноситель подается по трубам, уложенным скрытым способом под стяжкой.

Описанные приборы удачно вписываются в дизайн помещения, а подпольные конвекторы незаменимы возле прозрачных наружных стен, целиком сделанных из стекла. Но рядовые домовладельцы не торопятся приобретать эти приборы, поскольку:

• медно-алюминиевые радиаторы конвекторов – удовольствие не из дешевых;
• для полноценного обогрева коттеджа, расположенного в средней полосе, придется ставить обогреватели по периметру всех комнат;
• внутрипольные теплообменники без вентиляторов малоэффективны;
• те же изделия с вентиляторами издают тихий монотонный гул.

Прибор плинтусного обогрева (на фото слева) и внутрипольный конвектор (справа)