Принцип работы геотермального отопления и тепловой насос своими руками

Варианты альтернативных способов отопления дома приобретают все большую популярность. Возрастающие цены на топливо, тарифы на электроэнергию заставляют хозяев особняков задумываться о снижении расходов на содержание дома. И если в квартире у человека особого выбора нет, то частник может оборудовать геотермальное отопление дома. Система потребует значительных затрат, но будет исправно служить до полутора сотен лет.

Что такое геотермальное отопление?

Это тепло, добываемое из земли или воды. На определенных глубинах грунта сохраняется плюсовая постоянная температура, причем перепадов не бывает даже в лютые морозы, то же самое с водой. Задача человека взять тепло из земли или воды, отправив его на обеспечение комфорта в жилых комнатах.

Геотермальное отопление представляет собой обычный холодильник, но наоборот – система вырабатывает не холод, а тепло. Алгоритм насоса выстроен на передаче тепла от источника с небольшим потенциалом тепловой энергии к теплоносителю, а грунт или вода выступают активными источниками тепла.

Преимущества и недостатки системы

Геотермальное отопление обладает рядом преимуществ:

1. Выделение тепловой энергии во много раз превышает затраты на электричество, потребляемое насосом.
2. Экологическая чистота и безопасность. Система не выделяет вредных веществ, нет выбросов, шлака после сгорания топлива.
3. Не нужно закупать топливо, газ, вся работа конструкции выстроена без применения химических и иных веществ, поэтому отопление теплом земли или воды считается самым безопасным.
4. При соблюдении технологии монтажа, эксплуатации, оборудование и вся система отопления прослужит без технической поддержки минимум 50 лет.
5. Тепловой насос работает бесшумно, нет акустических эффектов.

Максимальная экономическая выгода достигается отсутствием дополнительных вложений. Пользователю нужно один раз закупить все оборудование, настроить конструкцию и больше не придется вмешиваться в работу системы. Дополнительным преимуществом является расположение всех элементов вне строения – отопление из земли или воды не требует размещения в доме габаритных установок, поэтому способ добычи и подачи тепла подходит для домов любого размера.

На заметку! Система работает в любое время года вне зависимости от степени заморозков, причем в летнюю жару конструкция работает как кондиционер.

Недостатком считается большой объем разовых затрат на покупку оборудования, установку и запуск системы в работу. Для формирования конструкции требуется насос, некоторое количество материалов, монтаж наружного коллектора и внутреннего контура.

Источники и принцип работы термального отопления

Для формирования отопления используются высокотемпературные и низкотемпературные источники грунтовой тепловой энергии. К первым относятся термальные источники с горячей водой, но встречается такой вид редко. Ко вторым можно отнести все прочие источники – воздух, землю, воду.

Энергия добывается посредством специального оборудования. Отопление тепловым насосом предусматривает монтаж прибора на поверхности, а теплообменник опускается в шахту, таким образом теплоноситель во внешнем контуре прогревается до температуры окружающей среды, в которую он заглублен, подается в тепловой насос. А отсюда концентрированное тепло транспортируется по трубопроводам и радиаторам в комнатах.

Габариты теплового насоса сравнимы с размерами обычной стиральной машины, для питания агрегату нужна электроэнергия. На 1 кВт потребления электричества насос вырабатывает до 5 кВт тепла.

Виды геотермальных установок

Разобравшись с тем, что такое геотермальное отопление дома, принципом работы оборудования, рассмотрим виды систем.

Всего различается 3 типа установок:

• Земля-вода считается наиболее эффективной системой для отопления жилых помещений. Принцип работы сводится к потреблению тепла из грунта посредством зондов, коллекторов и передачи энергии в систему отопления с водным теплоносителем.

• Вода-вода применяет в качестве энергии тепловодного ресурса. Для обеспечения функциональности системы нужен источник (пруд, река, озеро). Специалисты отмечают, что такая конструкция является самой стабильной по температурным показателям.
• Воздух-воздух использует для работы неограниченный и доступный природный запас. Функциональность системы обеспечивается вентиляторами, испарителями, соединенными в один комплекс. Наибольшая эффективность достигается при показателях температуры до -15 С, при похолодании воздуха часть мощности системы теряется.

Варианты расположения теплообменников

Различается геотермальное отопление за счет тепла земли по расположению оборудования. Теплообменник может устанавливаться вертикально и горизонтально. При горизонтальном монтаже выкладка осуществляется в котлован или на дно водоема, укладка в форме змеевика. Вертикальный монтаж теплообменников – это установка оборудования в шахтах или скважинах.

Рассмотрим подробнее оба варианта:

1. Вертикальное размещение требует заглубления на 50-100 метров, где круглогодичная температура грунта не бывает ниже +10 С. Для установки теплообменника пробуриваются скважины, где формируется внешний контур системы. Глубина шурфа может достигать 200 м, параметры скважины будут зависеть от индивидуальных геологических показателей местности. Срок службы системы от 100 лет. Если вертикальное размещение предполагает отбор тепла у воды, то бурятся 2 водоносные скважины, из дебитовой забирается жидкость, которая после отработки в системе отопления сливается во вторую, приемную скважину.
2. При горизонтальном размещении коллектора будет много земляных работ, причем сначала требуется выяснить точку промерзания грунта. Трубопроводы выкладываются ниже точки промерзания, для чего выкапываются траншеи. Площадь обработки грунта для формирования системы велика, например, для дома в 250 м2 нужно задействовать примерно 600 м2 теплообменника, то есть 6 соток.

На заметку! Вертикальный вариант подходит для наделов с благоустроенным ландшафтом, так как не требует большого объема земляных работ, а горизонтальный удобнее использовать при начале строительства дома, предварительной расчистке участка от зеленых насаждений.

Как сделать геотермальный агрегат своими руками?

Зная, что такое отопление от земли, как работает система, рассмотрим способы изготовления приборов самостоятельно:

• Из старого холодильника. Сначала нужно снять змеевик, он расположен сзади агрегата и будет исполнять роль конденсатора. Змеевик нужно установить в прочную емкость из материала, стойкого к низким, высоким температурам, агрессивным воздействиям. Теперь на конструкцию следует закрепить компрессор, а как испаритель использовать пластиковую бочку. Вся система соединяется, а потом агрегат дополняется полимерными трубами, которые подключены к системе отопления дома, можно запускать оборудование в работу.
• Из кондиционера. Агрегат нужно модифицировать, поменяв местами наружный и внутренний блоки. Испаритель тут не нужен вообще, так как он уже есть во внутреннем модуле, а передающий тепловую энергию конденсатор установлен во внешнем модуле. Теплоносителем может быть вода, воздух. Система требует оснащения четырехходовым клапаном, который нужно ставить строго по схеме, поэтому для работы лучше пригласить специалиста.

Совет! Если дома есть старый кондиционер, то его следует разобрать на детали, затем скомплектовать насос по обычной системе с испарителем, компрессором, конденсатором – такое геотермальное отопление для дома своими руками обойдется довольно дешево.

При отсутствии навыков или деталей тепловой насос можно купить в магазине, но стоит оборудование дорого, а учитывая дополнительные затраты на элементы отопления, мастера предпочитают собирать агрегат из подручных материалов, докупая нужные детали.

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.