Принцип работы геотермального отопления дома с тепловым насосом

Способы получения тепла из альтернативных источников приобретают большую популярность у владельцев домов, вынесенных за пределы города. В условиях невозможности подключения к центральным магистралям, частых перебоев подачи электричества геотермальное отопление дома может стать хорошим выходом и получить тепло для прогрева дома любой площади. Рассмотрим особенности и возможности применения оборудования.

Что такое геотермальное отопление?

Геотермальным отоплением называется система добычи тепла из постоянных источников – земли, воды. На определенных глубинах грунт и вода не промерзают, сохраняя плюсовые температуры, задача насосов взять тепловую энергию и направить ее на отопление дома.

Оборудование представляет собой кондиционер, но с обратной функцией, направленной не на выработку холода, а тепла. Алгоритм теплового насоса выстроен на передаче энергии от источника с низким потенциалом к теплоносителю. Источники низко потенциальной тепловой энергии – это как раз земля или вода.

Преимущества и недостатки системы

К плюсам относят:

1. Постоянство обеспечения и экономичность. Вода и земля не промерзают ниже определенных точек, поэтому отопление тепловым насосом будет осуществляться в постоянном режиме, плюс выделение тепла превышает затраты на электричество, необходимое для работы насоса.
2. Чистота. Во время работы оборудование не образует вредных газов, шлаков. Не придется чистить горелки и топку – вся схема выстроена на отсутствии любых отходов сгорания, что объясняет экологическую чистоту.
3. Снижение расходов. Кроме экономии электричества, хозяин не тратит деньги на закупку топлива, химических веществ и жидкостей.
4. Безопасность. Схема выстроена таким образом, что она не вызывает возгорания, не выделяет опасных газов.
5. Длительность эксплуатации. Обустраивая отопление за счет тепла земли или воды, владелец получает схему, которая будет работать от 100 лет. Замены потребуют некоторые конструкционные узлы со сроком износа 30-50 лет.
6. Отсутствие шумовых эффектов. В продаже есть оборудование с шумом в 40 дБ (это тише, чем тиканье часов), такие насосы можно ставить в доме рядом с жилыми комнатами.

На заметку! Чтобы добиться максимальной экономической выгоды, владельцу придется основательно вложиться в оборудование, настройку и запуск схемы в работу. Но затраты будут однократными.

К дополнительным плюсам относят расположение всех основных узлов системы за пределами строения. Благодаря такому устройству системы подходят для применения в домах небольшой площади. Также к преимуществам относят возможность применения установки не только для прогрева, но и охлаждения помещений – тепловые насосы геотермального типа работают вне зависимости от погоды на улице, зимой они прогревают теплоноситель, а летом – охлаждают, а значит, можно сэкономить на покупке кондиционера.

Минус один – большие разовые затраты. Расходы связаны с покупкой станции, заказом услуг мастеров для формирования системы – своими руками тут не обойтись. Также придется составлять проект, покупать насос, материалы для первичного контура и создания тепловой магистрали в доме.

Источники и принцип работы термального отопления

Чтобы получить отопление из земли, используется высоко- и низкотемпературный источник. Это может быть термальный источник с горячей водой, что встречается нечасто, или любая другая энергия, добываемая из земли, воды, воздуха. Добывается тепловая энергия насосом, который монтируется на поверхности, а теплообменник системы погружается в шахту.

Рассматривая термальное отопление, принцип работы которого основан на передаче тепловой энергии из земли, можно отметить, что постоянство прогрева достигается стабильностью плюсовых температур в толще грунта. Теплоноситель внешнего контура прогревается только до показателей внешней среды грунта, затем энергия передается в тепловой насос, где аккумулируется и направляется для обогрева дома.

На заметку! Размеры теплового насоса не превышают размеров стиральной машины. Для питания требуется электроэнергия. На 1 кВт электрической энергии насос вырабатывает до 5 кВт тепловой энергии, а электрокотел всего 0,09-0,99 кВт тепловой энергии на 1 кВт электричества.

Виды геотермальных установок

Различается всего три типа установок:

• Земля-вода. Тепловая энергия забирается из грунта с помощью зондов, накапливается в коллекторе и передается в систему отопления с жидким теплоносителем. Такая схема считается оптимальной для применения в жилых домах.
• Вода-вода. Здесь энергия тепла добывается из воды, для чего требуется источник в виде пруда, реки, озера. Профессионалы считают, что такое геотермальное отопление дома по принципу работы считается самым стабильным по показателям температуры.
• Воздух-воздух. Это системы, напоминающие кондиционер и использующие в качестве источника бесплатный и доступный ресурс – воздух. Для работы схемы нужны вентиляторы, испарители, соединенные в одну схему.

На заметку! Системы воздух-воздух показывают высокую эффективность до -15 С окружающей среды, с понижением температуры КПД оборудования также снижается.

Варианты расположения теплообменников

Теплообменник можно выкладывать горизонтально или вертикально. В первом случае укладка петель производится на дно водоема, в котлован, монтаж контура выглядит как змеевик. При вертикальном обустройстве теплообменник погружается в шахты или скважины.

Рассмотрим оба варианта подробнее:

1. Вертикальное обустройство требует бурения скважин на глубину до 200 м и более. На таких уровнях грунт поддерживает температуру от +10 С в круглогодичном режиме. Если обустраивается система вода-вода, то пробуриваются две артезианских скважины, из которых одна применяется для отбора тепла, а вторая – для сброса воды.
2. Горизонтальное размещение контура не требует применения специальной техники для бурения, но нужна большая площадь выкладки петель. Укладывается трубопровод ниже точки промерзания грунта, для чего копаются траншеи. Для того чтобы определить площадь земли для выкладки контура, нужно площадь дома, которую следует отапливать, умножить на 3. Получается, что для дома в 80 м2 контур выкладывается на участке размером в 240 м2. Поэтому для горизонтальной выкладки проще всего использовать водоемы, в противном случае будет занят весь земельный придомовой участок.

Важно! Горизонтальна укладка контура чаще всего выполняется на этапе возведения дома, при работах по очистке придомового участка. Вертикальный монтаж не требует много места, но придется бурить скважины.

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.

На заметку! Если делать геотермальное отопление дома своими руками с помощью кондиционера, мастеру может потребоваться помощь специалиста – установка четырехходового клапана требует опыта.

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.

Примерные затраты и окупаемость системы

Чтобы добыть тепло из земли, потребуются разовые значительные расходы. Перед тем как покупать оборудование, следует обратиться к проектировщикам за составлением схемы отопления, затем будут проводиться геологические промеры на местности, это нужно для выявления особенностей грунта и подбора оптимального типа оборудования. Только после предварительных этапов осуществляется покупка прибора, который также выбирается по мощности, функциональным возможностям.

Оборудование в 4-5 кВт мощности оценивается от 3000-7000$ (от 200000 рублей), агрегаты на 5-10 кВт стоят 4000-8000$ (от 260 тысяч рублей), если нужен насос с мощностью в 10-15 кВт для отопления больших площадей, то придется выложить 5000-10000$ (от 325000 рублей).

Плюс 50% от суммы потратится на работы по монтажу, запуск системы. Смета на работы получается весьма значительной, однако при постоянной эксплуатации схемы зимой на отопление, а летом на охлаждение, расходы окупаются за 5-7 лет. А работает вся система не менее 100 лет – это выгодное вложение капиталов.

На заметку! Если установить солнечные батареи, накопительные коллекторы, то можно получить автономную схему обеспечения без нужды в подаче электрического тока. Такая система будет экономить очень немалые средства и проработает без техобслуживания минимум 30 лет.