Сегодня многие люди ищут альтернативные решения, позволяющие сэкономить на отоплении дома. Уже придуманы устройства, работающие на энергии солнца и ветра. Но первые можно использовать только в южных регионах, где преобладает ясная погода, а вторые нельзя применять в местах, где подолгу сохраняется штиль. Однако недавно придумано новое решение — использовать для обогрева тепло земли.
Преимущества и недостатки
Отопление дома теплом земли, называемое также геотермальным (от «геотермия» — тепло земли), не требует использования какого-либо топлива. Кроме того, для работы системы будет тратиться гораздо меньше электроэнергии, чем для тепловых электроприборов. Все это говорит об экономичности новой отопительной системы. Геотермальное отопление имеет ряд дополнительных достоинств:
эффективность;- экологичность;
- безопасность;
- низкий уровень шума;
- не нужно постоянно контролировать процессы системы;
- правильная установка не требует ремонта и другой технической поддержки в течение 30 лет;
- окупаемость (экономия на топливе, электроэнергии и ремонтных работах позволяет окупить стоимость затрат на монтаж оборудования за 5—7 лет эксплуатации).
Недостатком же такого отопления можно назвать относительно высокие первоначальные расходы на оборудование и его монтаж.
Кроме того, для установки потребуется бурение, которое удобнее делать при строительстве, когда еще не проведены ландшафтные работы на участке.
Также следует иметь в виду, что отопление за счет тепла земли наиболее эффективно в южных и умеренных широтах, а вот в северных регионах его возможно применять только для обогрева домов площадью не более 200 м².
Принцип работы
Температура средних и глубоких слоев земли, как правило, не опускается ниже +6 °C (именно поэтому допускается прокладывать трубопровод ниже уровня промерзания, не боясь, что вода в нем замерзнет). Этот факт и привел к мысли о том, чтобы использовать энергию земли для отопления дома. Естественно, для этого необходимо было создать специальное оборудование, способное не только получить тепло из недр, но и передать его теплоносителю.
Чтобы справиться с такими задачами, была придумана геотермальная система, принцип работы которой похож на функционирование кондиционеров в режиме нагрева. Система состоит из трех контуров:
- наружного;
- теплого насоса;
- внутреннего.
У каждого контура свои задачи и технические характеристики. Наружный контур заполнен антифризом, который под воздействием тепла, идущего от земли, нагревается до +6 °C и выше. Насос поднимает его в буферный бак, где он передает свою энергию хладагенту, температура испарения которого менее 6 градусов. Далее холодильный агент следует в компрессор, где его температура после сжатия возрастает до +70 °C. Во внутреннем контуре происходит отдача энергии от хладагента воде, которая движется в системе отопления внутри дома. Тем временем остывший антифриз возвращается в наружный контур.
Сердцем отопительной системы является тепловой насос. Он состоит из нескольких отсеков — испарителя, компрессора, капилляра и системы управления. Каждый из них влияет не только на работу насоса в целом, но и на КПД всей системы.
Виды систем
Системы отопления с помощью тепла земли различаются по схемам внешнего контура. В настоящее время широкое использование получили вертикальные и горизонтальные схемы. Выбор того или иного варианта будет зависеть от нескольких факторов:
- глубины промерзания почвы;
- состава грунта;
- площади земельного участка;
- наличия подземных вод.
Для установки геотермальной системы чаще всего применяют горизонтальную схему расположения внешнего контура.
Ее преимуществом является более простой монтаж с возможностью установки отопления своими руками. Кроме того, горизонтальное расположение позволяет быстро и достаточно легко заменять неисправные участки, за счет чего отопление будет работать практически непрерывно.
Внешний контур в этом случае представляет собой коллекторную систему. Несколько контуров, расположенных на расстоянии не менее 30 см друг от друга, соединяются коллектором, по которому антифриз поступает в тепловой насос. Такая система обеспечивает максимальное получение энергии тепла земли в горизонтальной схеме.
Горизонтальное расположение предполагает несколько важных моментов:
- для этой схемы необходим большой земельный участок (к примеру, для дома 150 м² потребуется участок площадью 300 м²);
- глубина залегания труб должна быть больше глубины промерзания;
- для контуров следует использовать трубы с высоким показателем теплопроводности;
- схему нежелательно располагать на участках, где возможны обильные весенние паводки, поскольку движение почвы может сместить магистрали отопления.
Вертикальная схема эффективней, чем горизонтальная, однако ее монтаж более трудоемок. Трубы располагают в скважинах, глубина которых достигает 50—200 м.
Большая эффективность вертикального отопления из земли объясняется увеличением степени нагрева — чем глубже расположены трубы, тем больше энергии можно получить из недр. Еще одно преимущество схемы состоит в том, что для ее монтажа не нужна обширная площадь земельного участка.
При монтаже вертикального контура могут возникнуть определенные трудности. Так, для установки в скальных грунтах потребуются специальные буровые машины, а в суглинистых — монтаж защитной оболочки из железобетона или толстостенного пластика. Кроме того, для работы такой системы потребуются мощные циркуляционные насосы.
Также при установке системы с вертикальной схемой значительно усложнится ремонт, что при возникновении каких-либо неисправностей может привести к длительному отказу всей конструкции.
Существует еще один вариант геотермального отопления — с подводным расположением наружного контура. В этом случае трубы укладываются по дну ближайшего водоема, что исключает необходимость производить земельные работы. Но следует учитывать, что водоем должен:
- располагаться не далее 100 м от дома;
- иметь достаточный объем (для дома площадью 100 м² требуется водоем объемом 200 м³);
- не промерзать полностью в зимнее время.
Такие требования делают установку подводной системы неприемлемой для большинства частных домов и дач.
Установка отопления
Организация геотермального отопления требует точных расчетов, которые, как и монтажные работы, лучше доверить профессионалам. Для функционирования системы потребуется установка теплового насоса. Он имеет высокую стоимость, поэтому его приобретение стоит отложить до проведения всех расчетов, чтобы знать, какими техническими характеристиками должно обладать оборудование.
Выбор труб будет основываться на том, какая схема их прокладки будет выбрана. Для горизонтального варианта подойдут экономичные конструкции из сшитого полиэтилена. Для вертикальной прокладки лучше выбирать трубы из нержавеющей стали. Они дорогие, но и более надежные, что очень важно, ведь ремонтные работы будут в этом случае весьма трудоемким процессом.
Для оптимизации системы рекомендуется установить наружные и внутренние температурные датчики. Так как конструкция работает от электроэнергии, для систем, которые выполняют функцию основного обогрева, рекомендуется также установить блок аварийного питания.
Систему геотермального отопления в летнее время можно использовать и в обратном порядке — передавать лишнее тепло земле. Но чтобы система выполняла такую функцию, потребуется устройство дополнительного оборудования.
