Геотермальное отопление дома своими руками, термальная система, тепло, принцип работы геотермального котла загородного дома от скважины

Принцип функционирования

Согласно принципам работы явление отопления за счет геотермальных источников сходно по работе с обычным рефрижератором, к которому подключили инверторное устройство. То есть, вместо охлаждения, происходит нагрев. Почва земли отлично сохраняет тепло и при определенных условиях передает его. За счет высокой температуры ядра планеты, которая даже на незначительных глубинах достигает литосферы грунт практически не промерзает.

Принцип работы

За счет данной особенности нагрева почв была создана технология обогрева помещений. Принцип работы отопления имеет следующий вид: в подвале устанавливается насос, который через сеть труб проходит в специально просверленную шахту. Теплообменная жидкость за счет взаимодействия с более теплой поверхностью нагревается, после чего обратно её выкачивает помпа. В результате чего, можно использовать жидкость для обогрева или других целей. При подключении к трубопроводу, который расположен внутри дома реализуется система отопления подземным теплом.

Система состоит из двух главных компонентов:

Внутренний контур – устанавливается внутри дома, включает набор труб, радиаторов, отопления теплоизоляции дома и стен. За счет закольцованной системы ветвей сообщается с внешней частью конструкции и осуществляет циркуляцию воды и обогрев помещений.

Составные части

Внешний контур представляет собой сложную конструкцию, которая требуется для того, чтобы набирать и передавать энергию от земли или воды к внутреннему контуру. Состоит из теплового насоса, и при необходимости обогревательного прибора, который дополнительно увеличивает температуру воды.

К достоинствам подобного подхода к обогреву относят высокий коэффициент полезного действия. Требуется обеспечивать энергией насос, который при затратах 1 киловатт/час будет предоставлять тепла на 4-6 киловатт в зависимости от географического положения.

К примеру, кондиционер с системой обогрева преобразовывает электричество в тепло с куда меньшим КПД, что обусловлено высоким уровнем потерь при реакциях. Именно поэтому, постройка такого отопления является способом экономии. Особенно при правильной реализации.

Принцип функционирования

Принцип действия и составные элементы

Геотермальная система отопления – это сложный инженерный комплекс сооружений, который требует больших материальных и временных затрат, однако при ближайшем рассмотрении выясняется, что будучи один раз установленной, такая схема обогрева полностью способна перекрыть потребность дома площадью до 150 квадратных метров в тепле и горячем водоснабжении. Широкое распространение получают данные системы в западной Европе, где на первом месте стоит забота об экологической чистоте и экономической выгоде.

Рассмотрим принцип работы геотермального отопления и основные его составляющие, для того, чтобы прийти к пониманию – насколько такие системы оправданы в повседневной жизни.

Тепловой насос

Сердце системы. Геотермальное отопление дома своими руками выполнить, возможно, но этот элемент лучше всего приобрести отдельно. Стоит заметить, что прежде чем приступать к закупкам оборудования и материалов необходимо провести тщательный расчёт суммарной ёмкости системы, е отдачи и соотношения этого показателя с тепловым потреблением строения.

Если этого не сделать вовремя – вся дальнейшая работа может пойти прахом. Самые узловые моменты всего комплекса мероприятий – это правильный расчёт ёмкости контуров и закупка соответствующего оборудования.

Тепловой насос состоит из компрессора и редукционного клапана, которые обеспечивают разность потенциалов на отдельных участках контура теплового насоса. Внутри труб находится фреон, который благодаря работе компрессора, получает ускорение, и проходя через клапан ускоряет своё движения. Это приводит к существенному подъёму температуры на участке перед компрессором, именно из этого участка, с помощью теплового обмена, и берётся основное тепло для обогрева помещений и горячего водоснабжения.

Контур является замкнутым и вся его задача состоит в том, чтобы увеличивать естественную температуру теплоносителя поступающего из внешнего контура с семи до пятидесяти пяти градусов по Цельсию. Происходит это, за счёт описанного выше процесса разгона фреона под давление в закрытом контуре с прохождением его через клапан.

Тепловой узел располагают обычно в подвале или цокольном этаже, с температурой внешней среды в пределах пятнадцати градусов выше нуля, это поддерживает его стабильную работу.

Самый важны процесс перед установкой теплового насоса — это проведение всех расчетов правильно, в случае ошибки вся работа может пойти прахом.

Внешний контур

Представляет собой ещё один замкнутый контур, в котором по трубам движется антифриз, перемещаемый с помощью циркуляционного насоса. Основная часть контура находится на глубине до 3 метров под землёй, если речь идёт о горизонтальном исполнении системы, при котором трубы внешнего контура располагают горизонтально на большой плоскости.

Может располагаться также на дне водоёма, но только в регионах, где зимняя температура не опускается ниже нуля.

Описанная выше система требует монтажа на этапе заливки фундамента, что не всегда возможно сделать. В случае, когда необходимо смонтировать геотермальное отопление загородного дома на уже застроенном участке – бурят скважины глубиной от тридцати до ста метров, к слову, отдача тепловой энергии у вертикальных систем существенно выше, но стоимость их на порядок дороже, за счёт привлечения техники для бурения скважин.

Монтаж внешнего контура желательно производить на этапе заливки фундамента, в другом случае это будет более трудоемкий и дорогостоящий процесс.

Внешний контур

Служит уже непосредственно для обогрева внутреннего пространства дома и обеспечения горячего водоснабжения.

Тепло, собранное из грунта, переданное на тепловой насос, разогнанное и увеличенное в его закрытом контуре, передаётся через теплообменник во внутреннюю сеть дома, которая может состоять из тёплых полов, плинтусного отопления, воздушного отопление на водяных коллекторах и других элементах системы.

Выбирать, каким именно образом осуществить геотермальное отопление своими руками стоит, только тщательно изучив местность и условия, в которых предстоит работать данной схеме отопления. Для этого необходимо произвести замеры температуры почвы на участке под дом, в разные периоды в течение зимы, на разных глубинах.

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.

Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.

Горизонтальный теплообменник

Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.

Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором

Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.

К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.

Вертикальный теплообменник

Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.

Водоразмещенный теплообменник

Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.

Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства

Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.

Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».

Классификация по конструкционному типу

Принцип работы геотермального (теплового) насоса

Схема устройства геотермального отопления в частном доме

Горизонтальный теплообменник

Вертикальный теплообменник

Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования

Водоразмещенный теплообменник

Важные критерии при выборе системы отопления частного дома

минимальные расходы с высокой степенью теплоотдачи – предполагают малые денежные расходы на установку отопительной системы, профилактику и эксплуатацию;
соответствие требованиям современных стандартов – приветствуются автоматизированные системы с минимальным вмешательством человека;
высокие параметры износостойкости – зависят от бренда и эксплуатационных характеристик оборудования.

В большинстве домах старой постройки проводится монтаж системы отопления частного дома своими руками. В зависимости от типа топлива автономные системы бывают нескольких видов.

Какие варианты системы отопления частного дома бывают?

Каждый из видов отопительных систем хорош по-своему,и, зависит от месторасположения дома, а так же, финансовых возможностей домовладельца.

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.

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:

Подводный вариант.
Горизонтальная закладка.
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.