Оправдано ли геотермальное отопление в частном доме: принцип работы на схемах, плюсы и минусы, можно ли сделать своими руками и стоимость организации системы с тепловым насосом под ключ

Плюсы и минусы применения геотермальных насосов

Лучше начать с недостатков, которых очень немного:

проведение геологической разведки на местности, определение целесообразности применения ТН – придется платить за услуги профессионалов;
большие разовые затраты – не каждый хозяин готов выложить значительные суммы;
изменения контура в первый год использования – трубы проседают, что приводит к снижению скорости циркуляции теплоносителя, уменьшаются показатели СОР.

Плюсов у ТН геотермального типа намного больше:

Экономичность. Не придется тратить деньги на закупку топлива, а высокий показатель СОР снизит затраты на электроэнергию. Выгоды применения ТН просчитать несложно – все затраты окупятся через 5-7 лет постоянной работы оборудования в режиме отопления и охлаждения дома.
Расширенная функциональность. Благодаря небольшим дополнительным расходам, система тепловых насосов будет работать на обогрев и охлаждение. А если поставить солнечные батареи, то получается автономная схема, независимая от подачи электроэнергии.

Важный плюс – долговечность. Оборудование может работать более 100 лет, замена первых узлов производится не ранее, чем через 30-50 лет. Ремонтные работы отнимают немного времени и денег, после подновления узлов можно продолжить эксплуатацию в обычном режиме.

Преимущества и недостатки насосов

Геотермальный тепловой насос для отопления дома дает владельцам следующие плюсы:

Экономичность оборудования – главное его преимущество. Если сравнить расходы на другие энергоносители (газ, твердое топливо или электричество), то экономия получается существенной. Причем затраты на покупку и монтаж оборудования полностью окупаются в течение 5 лет максимум.
Геотермальное оборудование можно назвать универсальным, ведь оно подходит не только для обогрева помещений, но и для их охлаждения. Если летом насос будет выполнять функции кондиционера, то обеспечивается существенная экономия электроэнергии.
Долговечность насосного агрегата – еще одно преимущество. Само оборудование способно прослужить до 100 лет, но некоторые узлы нуждаются в ремонте раз в 30-50 лет.

К недостаткам тепловых агрегатов причисляют следующее:

К прилегающей территории и самому оборудованию предъявляются определенные нормативные требования. Станции можно устанавливать не в каждой местности. Перед установкой нужно провести геологоразведку территории и сделать выводы о целесообразности применения тепловых насосов.
На покупку оборудования и его монтаж нужно выложить около 5400-7700$ (350-500 тысяч рублей). Не у всех владельцев частных домов есть такие средства. Но иногда можно воспользоваться программой льготного кредитования или помощью государства.
В течение первого года после монтажа циркуляция теплоносителя ухудшается из-за проседания трубы для геотермального контура. Это способствует снижению теплоотдачи. Именно поэтому через год приходится проводить аудит системы, что вынуждает хозяев повторно облагораживать территорию после проведения работ.

Производители и цены

Бренд геотермального насоса имеет важное значение при выборе. От качества исполнения оборудования зависит его надёжность и эффективность при дальнейшей эксплуатации

Можно обратить внимание на продукцию производителей, представленных ниже

Специалисты фирмы занимаются производством всех типов геотермальных тепловых насосов. Есть линейки устройств с водяными коллекторами для водоёмов, с геотермальными зондами и с контурами в грунте ниже глубины промерзания. На выходе они дают теплоноситель, нагретый до 60 С. Производительность насосов Vaillant до 46 кВт. Среди минусов стоит отметить небольшой ассортимент, а среди плюсов ─ высокое качество;
Компания специализируется на выпуске бытовых тепловых насосов мощностью до 60 киловатт. Теплоноситель на выходе нагревается до 65 градусов Цельсия. Уровень шума большинства установок производства Buderus не более 40 дБ. Это достигается благодаря специальной изоляции. Теплонасос может работать в жилых помещениях и не создаст проблем с шумом;
Этот производитель выпускает мощные установки. Модели серии Vitocal 300-G/-W Pro могут выдавать мощность до 290 киловатт. Температура теплоносителя на выходе составляет 60 градусов Цельсия. Viessmann комплектуют свои продукты ёмкостями различного объёма для организации ГВС;
Stiebel Eltron. Среди продуктов этой компании много моделей, которые интегрируются в вентиляционные системы и работают летом на охлаждение. Производительность насосов Stiebel Eltron до 98 киловатт.

Установка геотермального насоса

Корректно провести установку геотермального оборудования сможет только квалифицированный специалист. Поэтому сэкономить на этом этапе вряд ли получится. Да и не стоит на этом экономить. Лучше поручить такой монтаж профессиональным установщикам. Много производителей сегодня предлагают покупку и установку под ключ. Оборудование для обогрева дома площадью 80 квадратных метров будет стоить вместе с установкой и наладкой 350 тыс. р. В случае большого коттеджа площадью около 300 «квадратов» стоимость будет приближаться к миллиону.

Виды геотермальных насосов

Насос типа вода-вода

Есть вариант отопления дома с использованием низкопотенциальной энергии, которая извлекается из грунтовых вод. Технически это может быть реализовано 2 способами.

В первом случае теплообменник укладывается на дно водоёма. Такое решение является простым, недорогим и не требующим серьёзных земляных работ. Трубы кладутся на дно водоёма кольцами. В ряде случаев для этого нужно получить соответствующее разрешение. В этом случае водоём должен быть расположен на дальше 100 метров от отапливаемого дома. Глубина водоёма должна быть не меньше 3 метров, чтобы он не промерзал полностью;
Второй вариант подразумевает использование артезианской скважины. В этом случае вода качается из скважины и прогоняется через тепловой насос. В этом случае нужна вторая скважина для сброса отработанной воды. Это необходимо, чтобы поддерживать равновесие и не допускать изменения давления в грунтовых пластах. То есть, потребуется бурение скважин для тепловых насосов. А бурение под тепловые насосы стоит немало. Поэтому второй вариант более дорогостоящий.

Тепловой насос вода-вода

Насос типа грунт-вода

Эффективность этого вида геотермальных насосов целиком зависит от извлечения тепла из грунта. Вариантов закладки контура теплообменника может быть два. Они отличаются эффективности, трудоёмкости и стоимости.

Теплообменник горизонтального типа. Контур закладывается на глубину ниже, чем промерзает земля. В этом случае не нужно привлекать сложную буровую технику, разрабатывать сложную проектную документацию и т. п. Трубы с циркулирующим в них теплоносителем закапываются примерно на один метр, чтобы они не промерзали. Длина горизонтального контура должна быть довольно большой. Если вам требуется отапливать дом площадью 220 квадратных метров, то трубы должны быть расположены на площади 600 квадратных метров. Так, что потребуется большая территория рядом с домом;
Теплообменник вертикального типа. Это тепловой насос с геотермальным зондом. В этом случае требуется бурение скважин. Их диаметр должен быть 150 миллиметров, а глубина 200 метров. В них устанавливаются зонды. К плюсам следует отнести стабильную температуру в скважинах около 18 С. Недостатком является трудоёмкость и дороговизна работ.

Геотермальный насос грунт-вода горизонтального и вертикального типа

Принцип и суть работы

Схема разводки в загородном доме

По своей сути, работа геотермальной установки во многом напоминает принцип действия кондиционера.

Основным рабочим элементом геотермального отопления является насос, по своим габаритам напоминающий стиральную машину.

Данный насос подключен к двум контурам, один из которых – внутренний, и представляет собой стандартную отопительную систему любого дома. Это система труб и радиаторов, которые используются для стандартной или автономной отопительной системы.

Второй контур представляет собой систему теплообмена, которая расположена на определенной глубине под домом. Внутри него циркулирует вода, которая является основным проводником тепла.

Из него, вода, которая выполняет функцию теплоносителя, принимает температуру из солнечного тепла, которое содержит грунтовый слой. Далее, с помощью насоса это вода поступает во внутренний контур, в результате чего происходит обогрев.

Нужно отметить, что насос данной отопительной системы может выполнять и обратную функцию, благодаря которой будет происходить кондиционирование помещения.

Устройство контуров и другие технические моменты

Вертикальный и горизонтальный теплообменники

Существует немало людей, которые всерьез задумываются о том, чтобы оборудовать такой вид отопления собственноручно.

Необходимо отметить, что воплотить такую идею в жизнь практически невозможно.

Грамотно проектировать план геотермальной конструкции может только специалист, тем более что для установки понадобится использовать различное оборудование, которое не доступно широкому кругу потребителей.

Оборудование такой конструкции может находиться на значительной глубине, которая может превышать несколько сотен метров. К тому же, только специалист способен грамотно выбирать тип необходимой конструкции, что будет зависеть от различных параметров вашего дома.

К ним можно отнести еще и такие факторы как теплопроводность грунта, а также глубина, где залегает оптимальный для создания геотермической установки грунт.

Посмотрите наглядный принцип работы:

Сегодня, для оборудования геотермальной установки используют одну из трех схем.

Теплообменник со скважинным насосом – считается наиболее эффективным, однако для того чтобы его оборудовать необходимо специальное оборудование, а также достаточно большое количество расходов для бурения скважин, глубина которых колеблется от 50 до 200 метров. Положительной стороной данной схемы является то, что срок действия такой скважины составляет около ста лет.
Теплообменник горизонтального типа – теплообменник, при котором трубопровод оборудуется ниже того уровня, который доступен для промерзания. Такая схема позволяет оборудовать геотермическим отоплением только дом с небольшой площадью. При этом площадь коллектора для обогрева будет значительно превышать площадь самого дома. К тому же, следует учитывать то, что трубы в данной схеме нельзя оборудовать вблизи от крупных деревьев, что естественно, далеко не всегда является удобным.
Если под домом на необходимой глубине расположен водоем, очень удобной является третья схема. Она не связана с крупными денежными затратами а также длительными работами. Однако установка геотермальной отопительной системы возможно только в том случае, если водоем находится в почве недоступной для замерзания в зимнее время года, но не глубже чем 100 метров.

Как правило, второй (внешний) контур представляет собой конструкцию из полиэтиленовых труб. Перед проведением земельных работ производят необходимые расчеты.

Оптимальным показателем является 40-50 Вт энергии на один квадратные метр коллектора. Таким образом, в зависимости от мощности насоса, появиться необходимость в глубокой (до 200 метров) скважине.

Как работает тепловой насос

Внешне он напоминает небольшой холодильник, среди основных элементов которого стоит выделить:

ЭРВ: устройство дросселирующее фреон. Жидкий охлажденный хладагент под высоким давлением впрыскивается в испаритель с низким давлением.
Испаритель. Здесь хладагент испаряется и холодный газ поглощает окружающее тепло.
Компрессор, в котором нагнетается давление, благодаря чему газ разогревается до +70 градусов.
Конденсатор: сюда подается горячий газообразный фреон из компрессора, чтобы, конденсируясь и отдавая тепло снова, превратиться в жидкость. Через стенки конденсатора осуществляется теплообмен фреона и теплоносителя, циркулирующего в системе отопления здания.

Уникальность теплового насоса (ТН) в том, что он в жаркое время года может работать, как система охлаждения. Наиболее эффективно использовать это устройство с низкотемпературной системой отопления, теплыми полами либо фанкойлами. При выборе насоса стоит учитывать нижеследующие параметры:

СОР. Аббревиатура принята во многих странах мира и указывает на рентабельность ТН. Например, СОР 4 означает, что на 1 кВт потребляемого электричества вырабатывается 4 кВт тепловой энергии. Следует заметить, что СОР теплового насоса будет максимальным в случае, когда разница между низкопотенциальным источником и теплоносителем в системе отопления не будет превышать 40 градусов.
Контроллер. Наличие в составе ТН встроенного контроллера и автоматики управления устройством, говорит о том, что все собрано и протестировано на заводе изготовителе.
Компрессор. Современные холодильные системы все больше переходят на инверторные модели с частотным регулированием мощности.
Русификация. На первом этапе пользовательского освоения ТН, меню на русском языке сильно облегчает задачи по управлению и программированию устройства.

Принцип работы геотермальных систем

Принцип действия теплового насоса. Нажмите для увеличения.

Отопление за счет тепла земли — это уже давно не миф, а распространенная практика.

Геотермальные системы отопления могут работать по принципу физической передачи тепловой энергии от окружающей среды к хладагенту.

Подобный процесс наблюдается и в работе обычного холодильника.

Больше чем 75% всего объема тепла, которое может выделяться при работе системы, исполняющей отопление дома теплом земли, являет собой энергия окружающей среды.

В дальнейшем она накапливается, и далее поступает в жилые комнаты и другие помещения коттеджа или загородного дома.

Эксперты обращают внимание на то, что именно такой вид энергии имеет удивительную способность к самовосстановлению, поэтому геотермальная система отопления не наносит абсолютно никакого вреда или ущерба энергетическому или же экологическому балансу окружающей среды и нашей планете

Система отопления имеет одно важное достоинство – она является абсолютно безопасной для использования

Оборудование, которое не займет много пространства.

Отопление частного дома теплом земли стало активно внедряться совсем недавно. Основной причиной возникновения таких систем отопления для частных домов специалисты называют энергетические кризисы, которые нередко появлялись в 70-х годах 20-го столетия.

Поначалу отопление энергией земли считалось роскошью, поэтому только самые богатые и элитные семьи могли позволить себе абсолютно инновационную систему отопления дома.

Далее, в связи с активным развитием науки, техники и появлением совершенно новых технологий, геотермальные системы обогрева приобретали все большее распространение, а стоимость их монтажа и обслуживания – снижалась.

Тепловой насос занимает достаточно мало места в Вашем доме. Нажмите для увеличения.

Сегодня небольшая семья даже со средним достатком может позволить себе установить систему для обогрева дома без серьезного нарушения своего семейного бюджета. Современное геотермальное оборудование качественно улучшено и модернизировано.

Усовершенствование систем происходит и по сей день, так как создание новых агрегатов приводит к уменьшению расхода энергии и большей экономии.

На качественно новом уровне осуществляется функционирование подобных отопительных систем, ведь новое и необычное топливо, такое как энергия земли, используется для кондиционирования, и обогрева частного дома.

Ведь именно такая энергия может создавать уютные, комфортабельные и оптимальные условия для жизни каждого человека, не загрязняет окружающую среду вредными и негативными веществами, как это происходит во время сгорания торфа, угля или газа.

Геотермальное отопление может легко работать и обходиться без любых процессов сгорания, поэтому владельцам не стоит беспокоиться о таком вопросе, как возгорание и взрыв системы, она полностью безопасная в эксплуатации.

Классификация по конструкционному типу

Если в случае с кондиционером газ-хладагент сам проходит через среду-источник, то в системе геотермального отопления он получает тепло от посредника – воды или антифриза.

Последний циркулирует по так называемому наружному контуру, представляющему собой длинную трубу.

Именно эта труба и помещается в среду источник.

По виду наружного контура различают три исполнения систем геотермального отопления:

С горизонтальным контуром: труба укладывается «змейкой» (в грунте) или в виде спирали (на дне водоема) ниже глубины промерзания, то есть примерно в паре метров от поверхности земли. Такой контур занимает большую площадь, но зато его может соорудить сам владелец.
С вертикальным контуром: трубы опускаются в глубокие скважины. Более удобный вариант, так как не требует значительного пространства, но для строительства скважины придется нанимать специалистов с особым оборудованием.
Комбинированный вариант: еще один тип контура, который можно построить самостоятельно, при этом он занимает меньше места, чем горизонтальный. Используется полимерная труба, которая укладывается в грунт в виде цилиндрической пружины. Получается нечто среднее между вертикальным и горизонтальным контурами с уклоном в сторону последнего.

Не всегда есть возможность проложить трубы ниже глубины промерзания почвы. Утеплитель для труб в земле поможет защитить отопительную систему от мороза.

Об альтернативных источниках энергии расскажем в этой теме. Энергия ветра и солнца, а также тепло земли в качестве источников тепла.

Что такое биогаз и как получить такое альтернативное топливо своими руками, читайте здесь: http://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/alternativnoe-otoplenie/biogaz-svoimi-rukami.html. Виды сырья, конструкция биогазовой установки и много другой полезной информации, читайте внимательно.

Теплонасос и его эффективность

Коэффициент мощности насоса означает отношение обогревательной мощности к потребляемой, проще говоря – сколько киловатт тепловой мощности приходится на выходе на каждый потребленный киловатт электроэнергии. К примеру, у обычно электрического обогревателя данный коэффициент равен около единицы. А для кондиционеров и тепловых насосов он начинается от 3,0 и может достигать 5,0, и даже больше. На данный показатель также оказывает влияние и теплопроводный контур.

Например, воздушный контур обойдется намного дешевле, однако, его использование в бытовых условиях может доставлять некоторый дискомфорт. Это происходит потому, что вентилятор, гоняющий воздух, будет разносить по помещениям и собственный шум, а также в зимний период прогревание воздуха занимает более длительное время. Таким образом, если жилое помещение находится в регионе, где зимой присутствуют сильные заморозки, то имеет смысл устанавливать бивалентную систему отопления (в ней будет использоваться сразу же два источника тепла). Такая система будет самостоятельно контролировать эффективность нагрева, например, если температура достигла определенного уровня и выше ее поднять посредством первого источника не получается, то автоматически подключается дополнительный источник тепла.

А вот на земляном контуре таких проблем, как правило, не возникает, ибо температура земли ниже уровня промерзания не падает менее 0 градусов по Цельсию. На глубине от 3-4 и до 40-50 метров она находится на уровне среднегодовой температуры воздуха, характерной для данной местности. А на глубине еще ниже, она даже начинает повышаться. Да и работает грунтовой теплообменник совершено бесшумно.

В то же время, практика показывает, что отопительный грунтовой комплекс может окупиться примерно лет за 20. И это только учитывая текущие цены на электроэнергию. Соответственно, в будущем цены на электричество будут продолжать расти, а срок окупаемости сокращаться. При этом, стоит помнить, что обычно производители заявляют минимальный срок службы теплового насоса в 20 лет, а на деле он может работать и все 100. Поэтому, его приобретение действительно может быть экономически оправдано.

Варианты геотермальных установок

Как уже было сказано выше, теплонасосы могут получать энергию из воздушной среды, грунта и водоемов. Они различаются по типу используемого теплоносителя как на внутреннем, так и наружном контурах. В зависимости от функций и используемых элементов, установки делят на несколько видов:

Система типа «вода-вода», использующая энергию тепла водных ресурсов. Принцип работы основан на способности воды сохранять довольно высокую температуру в нижних слоях. Трубы с теплоносителем оснащают грузом для погружения в воду. Если рядом с участком отсутствует водоем, используют потенциал грунтовых вод. Основными преимуществами таких установок являются низкие затраты на обустройство, невысокие теплопотери, отсутствие необходимости в использовании мощных насосных станций.
Система «земля-вода», отбирающая тепло грунта с помощью тепловых коллекторов и зондов. Это лучший способ создать автономное отопление в загородном доме, независимо от расположения объекта. В состав установки входит теплообменный аппарат, который размещают ниже уровня промерзания грунта, а также сам тепловой насос. Последний использует обратный цикл Карно (функционирует как холодильная установка, только наоборот, то есть выделяет тепло). Системы этого типа используют два теплоносителя: антифриз (или рассол), получающий тепло из грунта, и фреон, циркулирующий в контуре, который соединен с отопительными радиаторами. Количество теплоты, вырабатываемой такой системой, в 4 раза превышает количество электрической энергии, затрачиваемой на ее выработку. Одним из недостатков системы является то, что земельные участки с обустроенными коммуникациями уже непригодны для сельскохозяйственных нужд.
Система «воздух-вода» использует воздушную среду (самый доступный и возобновляемый источник). Главное преимущество состоит в том, что такие системы просты в монтаже и обслуживании. К недостаткам относят чувствительность к внешним температурным режимам. Наибольшая эффективность достигается при температуре воздуха -15°C. При сильных температурных колебаниях существенно снижается эффективность работы установки.

Выбор типа системы зависит от особенностей отапливаемого объекта, места его расположения, средней температуры окружающей среды на протяжении года и в определенные сезоны.

Основные составляющие систем геотермального отопления

Вся система состоит из трёх основных элементов. Ими выступают:

контур отопления внутри дома;
контур нагревания;
насосная станция.

В качестве контура отопления, который будет находиться внутри дома, могут выступить как обычные привычные радиаторы, так и система тёплого пола (на её нагрев идёт большее количество энергии). Кроме того, эту систему можно подвести для подогрева теплицы, бассейнов, дорожек внутри участка, т. п.