Как работает геотермальный тепловой насос

Как работает геотермальный насос

Геотермальная энергетика у многих людей вызывает ассоциации с гейзерами в Исландии или термальными водами в Дагестане. На самом деле, использовать ее можно не только в промышленных масштабах, но и для отопления частного дома. В таком случае не требуется подпитывать геотермальный насос тепловой энергией с гейзера. В скандинавских странах геотермальные насосы применяются для отопления частных домовладений очень часто. В Российской Федерации данных проекты реализуются намного реже, но не из-за неэффективности, а малой известности технологии. На самом деле применение геотермального насоса может стать эффективным основным или дополнительным источником отопления.

Принцип работы геотермальной системы отопления

Принцип работы геотермального насоса основан на использовании тепловой энергии Земли. Первые такие насосы появились полвека назад, а теперь они успешно используются в холодных регионах. Работа устройства основана на применении тепловой энергии недр с использованием обратного цикла Карно. Функционирование термодинамической системы осуществляется благодаря использованию разницы температур. Этот принцип используется в холодильном и климатическом оборудовании.

Для организации такой системы отопления необходимо использовать специальный насос. Именно он будет собирать тепло из почвы или воды, передавая его на отопительный контур. Данная система может использоваться не только для обогрева в зимнее время года, но и в качестве кондиционера летом.

На глубине в 6 метром температура грунта остается стабильной круглый год. В среднем данный показатель составляет 15 градусов, однако он зависит от типа местности и климатической полосы. Чтобы собрать тепловую энергию, которая будет использоваться для обогрева дома, используется теплообменник. Он представляет собой трубопровод, прокладываемый под землей или водой.

Основные виды геотермальных систем

Чтобы организовать геотермальную систему отопления, могут использоваться разные методы. Для больших участков рекомендуется использовать вертикальные скважины. Нужно сделать две скважины глубиной около 85 метров, в каждую из которых помещается геотермальный зонд. Насос поднимает нагретую воду, которая проходит через теплообменник, отдавая тепло.

На больших участках могут использоваться устройства горизонтального коллектора. В таком случае требуется выбить траншеи глубиной около 2,5 метров, в которой укладываются полиэтиленовые трубы. Чтобы обеспечить эффективную работу геотермальной системы отопления, площадь участка для сбора тепловой энергии не должна быть меньше площади отапливаемого сооружения.

Геотермальные системы могут быть оборудованы разным способом. Эффективным решением является установка горизонтального коллектора на дне водоема. Однако водоем должен быть достаточно глубоким и находиться недалеко от лома. В противном случае рекомендуется использованием антифриза. В таком случае создается емкость с антифризом, которая помещается на глубину от 75 метров. Жидкость нагревается и поднимается геотермальным насосом, передает тепло на теплообменник, а потом опять возвращается к недрам.

Преимущества использования геотермальной технологии отопления дома

Отопление дома с помощью геотермального насоса – энергоэффективная технология, которая не нуждается в использовании топлива. Поэтому такой способ является наиболее эффективным и экологически чистым решением. К основным преимуществам использования технологии относится:

1. Выгода с экономической точки зрения. Для получения тепла не требуется сжигать топливо, которое стоит денег. Пользователю потребуется потратить деньги только на покупку оборудования, его монтаж, настройку и обслуживание. Также для работы системы затрачивается электроэнергия для работы насоса и других элементов системы. Однако на каждый потраченный 1 кВт энергии на работу системы можно получить около 4 кВт тепловой энергии. Средний срок окупаемости 5 лет в условиях отсутствия подключения природного газа, как альтернативы.
2. Безопасность. Геотермальная система отопления не использует для работы топливо, которое сжигается. Поэтому отсутствуют любые вредные выбросы. Это имеет огромное значение не только для экологии в целом, но и для безопасности жильцов и отсутствию риска пожаров.
3. Минимум хлопот. Если использовать твердотопливные котлы, требуется заранее покупать, доставлять и где-то хранить такое топливо. При использовании геотермальной системы такие хлопоты отсутствуют.
4. Компактные размеры. Основной контур расположен под землей, поэтому не требуется оборудовать отдельную котельную.
5. Многофункциональность. Геотермический насос может использоваться не только для обогрева, но и для охлаждения помещений.
6. Длительный срок службы. Качественные геотермические насосы служат долго, поэтому их монтаж окупается. Однако для того требуется строго соблюдать технологию монтажа и регулярно проводить их обслуживание.
7. Доступность. Геотермические насосы можно установить в любом месте. Поэтому они станут отличным решением для домовладений, к которым не подведен газ. Единственное требование заключается в наличии электричества.

Особенности монтажа геотермального насоса

Работы по обустройству геотермальной системы отопления включают в себя несколько этапов:

1. Буровые и монтажные работы на участке.
2. Выбор и покупка теплового оборудования и геотермального насоса.
3. Монтаж внешнего и внутреннего контура.
4. Установка теплового насоса и его присоединение к системе.
5. Пусконаладочные работы.

Монтаж горизонтального теплообменника требуется производить ниже глубины промерзания грунта, поэтому требуется точно знать это значение при проектировании системы. Дополнительно требуется учитывать высоту залегания грунтовых вод. Если они пролегают высоко, потребуется сделать песчаную подушку и принять другие меры, которые нивелируют пучение и деформацию контура.

При расчете длины горизонтального теплообменника следует принимать во внимание, что 40 метров труб требуется на 1 кВт тепловой энергии. Поэтому для такой системы может потребоваться задействовать достаточно большой участок. При этом использовать его для постройки зданий или высаживания сада нельзя, поэтому придется придумать ему другое назначение.

Хорошей альтернативой является использование вертикального подземного контура. Он примерно на 30% эффективнее горизонтального типа системы. Для получения оптимальной системы с экономической точки зрения лучше использовать несколько мелких скважин вместо одной глубокой. Это позволит провести работы с меньшими затратами, а в сумме получить такую же мощность.

Организация подводного контура возможна только в том случае, если водоем находится на расстоянии не больше 100 метров от дома и не промерзает зимой. Если позаботиться о защите от ледообразования и препятствовать всплыванию труб, обустройство подводного контура станет самым эффективным и доступным решением.

Рекомендуется организовывать систему так, чтобы она обеспечивала нагрев до 50 градусов. Этот вариант является самым эффективным и малозатратным. Полученное тепло можно использовать для нагрева воды в радиаторах, воздушного отопления и системы теплых полов.

Заключение

Геотермальная система отопления является самой экологичной и экономически выгодной в том случае, если на объекте отсутствует природный газ. При этом не требуется сжигать топливо. К тому же такая система применяется не только для обогрева воздуха зимой, но и для его кондиционирования летом. Поэтому система может использоваться круглый год.

Как работает геотермальный тепловой насос

Повсеместное внедрение энергосберегающих технологий, позволило многим потребителям отказаться от использования традиционных видов топлива в пользу альтернативных источников энергии. Сравнительно недавно, отечественные покупатели смогли убедиться в эффективности и экономичности тепловых насосов. А после появления СОР, преимущества систем, получающих тепло от воды, земли, воздуха, стали особенно очевидны.

Среди нетрадиционного отопительного оборудования, особого внимания заслуживает геотермальный тепловой насос. Имея простую конструкцию, теплонасос способен эффективно отапливать дом, практически любой площади.

ТН нагревает теплоноситель до температуры +65°С, чего более чем достаточно для отопления дома с помощью теплых полов и радиаторов. Дополнительным преимуществом является возможность получить горячую воду для бытовых нужд.

Что такое геотермальный насос

Геотермальные тепловые насосы отопления – это автономные станции, использующие низко потенциальную тепловую энергию земли и грунтовых вод, для обогрева дома. Теплонасосы, использующие энергию грунта, уже давно используются в странах ЕС, Америки и Азии.

Многолетняя практика применения геотермальных тепловых насосов для отопления домов, не только показала целесообразность дальнейшего применения станций, но и позволила увидеть и устранить определенные недостатки.

Теплоснабжение с применением геотермальных насосов основано на использовании низко потенциальной энергии. По сути, теплонасос, это тот же кондиционер, только работающий на нагрев. Есть и отличия. Конструкция ТН более приспособлена на обогрев, чем на охлаждение помещений.

В отличие от воздушных теплонасосов, необходимыми условиями для эффективной работы не является положительная температура окружающей среды. Коллектор, по которому происходит забор тепловой энергии, расположен ниже уровня промерзания грунта. Поэтому, допускается применение теплового насоса в северных широтах.

Наибольшей популярностью пользуются комбинированные системы солнечного отопления и геотермального насоса. Работая в связке, оборудование получает достаточно энергии, для комфортного обогрева дома и обеспечения нужд ГВС.

Как работает геотермальный насос

В принципе работы используют так называемые геотермальные процессы. Ниже уровня промерзания грунта, земля имеет постоянную плюсовую температуру. По мере углубления в грунтовую породу, температура постепенно увеличивается.

Принцип работы системы геотермального теплоснабжения с тепловыми насосами заключается в использовании и преобразовании полученной энергии для нагрева теплоносителя дома. Происходит это следующим образом:

Устанавливается геотермальный контур отбора, заполненный рассолом (пропиленгликолем).

Дальше ТН работает также, как и остальные модели, аккумулирующие тепло из окружающей среды. Насос имеет следующее устройство:

Замкнутый контур – по трубкам циркулирует фреон, переходящий из жидкого в газообразное состояние.

Геотермальный насос обеспечит комфортную температуру обогрева помещений +23 +25°С. Этого показателя более чем достаточно для отопления в зимнее время года.

Геотермальный насос устроен как источник тепла для низкотемпературных систем отопления. Хотя теплонасос можно подключать к радиаторным схемам, производители рекомендуют использовать для нагрева теплоносителя в теплых полах.

Принцип работы геотермального теплового насоса обеспечивает абсолютную безопасность использования оборудования. В летнее время года станция работает на охлаждение.

Насос типа земля-вода

Системы геотермального отопления и охлаждения полностью зависят от эффективности забора тепла из грунта «рассолом». Существует два варианта прокладки контура, обеспечивающих различные характеристики теплоэффективности:

Горизонтальный теплообменник – глубина заложения контура ниже промерзания земли, что не требует использования сложной буровой техники, тщательного планирования и изготовления проектной документации. Трубы закапывают на глубину от 1 м. Минусом данного решения является то, что длина петли геотермального контура должна быть очень большой.
К примеру, для отопления дома с площадью 220 м², потребуется расположить трубы на площади 600 м², поэтому, проведение работ возможно только при условии большой придомовой территории.

Установка геотермального ТН требует проведения глобальных земляных работ, что ограничивает популярность систем отопления данного типа.

Насос типа вода-вода

Существует альтернативный вариант отопления дома геотермальной энергией, взятой из грунтовых вод. Работы также проводят двумя способами:

Теплообменник на дне водоема – одно из популярных решений. Не требует капитальных затрат и проведения масштабных земляных работ. Трубы укладывают на дно, рядом расположенного озера или пруда, а при условии получения соответствующего разрешения, речки. Минимальным требованием для установки является расположение водоема не более 100 м от отапливаемого помещения, глубина не менее 3 м.

Как подобрать геотермальный насос

Главным требованием при геотермальном отоплении с использованием теплового насоса, является определение соответствия условий для установки станции. Не в каждом доме удастся установить ГН. Ограничения применимости в основном связаны с рельефом, глубиной пролегания грунтовых вод, общей площади приусадебного хозяйства, наличием расположенного рядом со зданием водоема и т.д.

Предварительные расчеты и проектную документацию составляет специалист компании, продающей отопительное оборудование. При выборе подходящей модели, обращают внимание на следующие параметры:

СОР – под сокращением, принятым во многих странах мира, скрывается соотношение, указывающее на рентабельность установки, а точнее производительность насоса по отношению к затраченному электричеству. Так, СОР 3 означает, что на каждый 1кВт электроэнергии, необходимой для поддержания работы устройства, будет произведено 3 кВт тепловой энергии.

КПД геотермального насоса намного выше, чем у любого другого отопительного оборудования. Своевременные модели имеют коэффициент СОР равный пяти. Для сравнения, электрокотел вырабатывает на каждый 1 кВт, 0.09-0.99 кВт тепловой энергии.

Как рассчитать мощность ГН

ГН выдает температуру теплоносителя равную 65°С, при максимальной нагрузке. Оптимальными считаются параметры, находящиеся в пределах 45-50°С. ТН подключается к низкотемпературным системам отопления. Коэффициент мощности и другие параметры, рассчитываются с учетом особенностей эксплуатации:

Мощность теплонасоса – на 1 квадратный метр, понадобится тепловая мощность, равная 0,7 кВт. Для обогрева частного дома в 200 м², выбирают установку с производительностью 14 кВт.

Производители геотермальных насосов

При выборе отопительной геотермальной техники, немаловажную роль играет подбор производителя. Если учитывать качество и надежность оборудования, то лучшие тепловые насосы выпускают немецкие производители.

Стабильно хорошие отзывы заслуживают модели, предлагаемые следующими производителями:

– продукция компании отличается высокой производительностью. В частности, насосы Vitocal 300-G/-W Pro способны развивать мощность до 290 кВт. Максимальный нагрев теплоносителя 60°С. Станции Viessmann укомплектовываются интегрированными накопительными емкостями, для обеспечения нужд ГВС, различной вместимостью.

Ассортимент выпускаемой продукции огромен. При выборе лучше ориентироваться на мнение специалиста.

Стоимость геотермального оборудования и монтажа

Чтобы подсчитать, во сколько обойдется приобретение и установка геотермальной отопительной системы, учитывают следующие четыре фактора:

Приобретение станции – себестоимость ГН зависит от производителя и мощности модуля. Средняя стоимость варьируется от 80 до 1200 тыс. руб. и выше. Дороже всего обойдется оборудование немецких производителей, но переплаты в данном случае оправданы, по причине высокого качества и надежности.

Преимущества и недостатки геотермальных отопительных насосов

Отзывы о геотермальных насосах теплоснабжения и реальный опыт эксплуатации, помогают выявить сильные и слабые стороны оборудования. К недостаткам геотермального насоса можно отнести:

Высокие нормативные требования к геотермальным тепловым насосам, а точнее прилегающей территории. Станция не может быть установлена в любой местности. Первоначально потребуется провести геологическую разведку, и определить, будет ли целесообразно использовать ГН или лучше выбрать другой источник тепловой энергии.

Вот практически и все недостатки геотермального насоса. Теплонасос, в противовес этому, обладает достоинствами, перевешивающими существующие минусы:

Экономичность – сравнение затрат на газ, твердое топливо и на электричество, расходуемые традиционными котлами отопления, покажет, что ГН является более выгодным. Причем, экономическая выгода настолько существенна, что позволяет окупить затраты на покупку и установку модуля уже через 4-5 лет.

Геотермальные насосы в странах ЕС устанавливают не только в жилых помещениях. Некоторые крупные промышленные центры, отапливают с помощью тепла, отдаваемого грунтом или водой. Большой опыт эксплуатации показывает экономическую выгоду и целесообразность вложения средств в тепловые геотермальные установки.

Разбираемся насколько выгодно геотермальное отопление частного дома

Выбирая вариант обогрева индивидуального жилья или производственных построек, обращают внимание в первую очередь на доступность и стоимость топлива в месте строительства. Важно представлять размеры финансовых и трудовых вложений в период монтажа оборудования, эксплуатационные расходы, а также эффективность будущей системы в конкретных условиях эксплуатации.

Геотермальное отопление частного дома преподносится маркетологами в качестве универсального решения для любых случаев, что не совсем верно. В статье собран материал, помогающий понять, что и по какой цене предлагают застройщику, а также сравнить этот вид отопления с другими способами.

Преимущества и недостатки геотермальных тепловых насосов

Опыта массовой и, главное, продолжительной эксплуатации тепловых насосов в России немного. Пользователи разделились на два противоположных лагеря: на тех, кто хвалит систему отопления (сюда же стоит отнести продавцов и монтажников) и противников, столкнувшихся с трудностями эксплуатации или недобросовестными компаниями-установщиками.

На основании отзывов можно сделать выводы о достоинствах и недостатках тепловых насосов.

Преимущества	Недостатки
Низкий расход электроэнергии, на 1 кВт потраченной электроэнергии получают 2,5-3,5 кВт (в реальности) и до 7 кВт (в идеале) тепловой мощности	Большие финансовые вложения на этапе проектирования и монтажа
Возможность установки в любой местности – в зависимости от региона применяют грунтовые, водяные или воздушные контуры забора внешнего тепла	Необходимость дополнительных источников тепла при температуре воздуха ниже 25°С
Реверсивность – система работает на обогрев зимой и охлаждение летом	Опасность для почвенных микроорганизмов – грунт охлаждается, гибнут бактерии, снижается плодородие почвы
Универсальность – можно использовать для отопления дома, нагрева воды для повседневных нужд или воды в бассейне	Системы эффективны только при оборудовании «тёплого пола» – теплоноситель греется до 50°С, этого недостаточно для эффективной работы радиаторов
Долговечность – зарубежный опыт говорит о 30-50 годах эксплуатации до замены оборудования	Низкая эффективность при небольшом разбросе температур теплоносителя во внешнем контуре и среде прокладки (грунт, вода)
Минимальные затраты на техническое обслуживание
Полная автоматизация процесса
Экологическая безопасность – нет вредных выбросов
Для работы потребуется только наличие электричества

Достоинства проявляются при качественном проектировании, верном выборе оборудования, соблюдении правил монтажа.

Устройство и принцип работы геотермального отопления

Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.

В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.

В состав геотермальной системы отопления входят:

1. Непосредственно тепловой насос с компрессором, испарителем, конденсатором и дроссельным клапаном.
2. Контур низкотемпературного тепла.
3. Контуры обогрева помещений (водяной или жидкостный) и подогрева воды.

В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:

1. Теплоноситель внешнего контура перекачивается по трубам. За время движения жидкость нагревается на несколько градусов от тепла земли, воды или воздуха.
2. Внешний контур проходит через теплообменник-испаритель, где нагревает хладагент, например, фреон, который испаряется. Кроме того, хладагент поступает в испаритель через капиллярное отверстие и резко расширяется, что также способствует нагреванию.
3. Компрессор сжимает нагретый хладагент, ещё больше повышая температуру фреона.
4. Горячий сжатый хладагент поступает в конденсатор, где, охлаждаясь и превращаясь из пара в жидкость, отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, циркулирующему уже по трубам отопления. Другой вариант — нагревает воздух, который распределяется по помещениям.
5. Далее хладагент вновь поступает в испаритель, где нагревается новой порцией теплоносителя, циркулирующего во внешнем контуре.

Часто задают вопрос: откуда получается КПД тепловых насосов 300-700%. Это происходит благодаря тому, что теплоноситель внешнего контура выходит из насоса имея температуру от -15°C до +7 о С и нагревается грунтом (водой, воздухом) до на 2-8°С, т.е. «забирает» часть энергии из внешних источников. Хладагент в насосе испаряется не только за счёт работы компрессора, но и из-за поступившего извне тепла.

Важно! Точные цифры температуры теплоносителя внешнего контура могут меняться у разного оборудования, но, чтобы тепловой насос выполнял свои функции, теплоноситель должен нагреваться хотя бы на 2-4 градуса. В противном случае экономический эффект отсутствует или даже получается отрицательным.

Способы организации геотермального отопления

Геотермальные системы отопления классифицируют по нескольким признакам:

1. Комбинации среды прокладки внешнего контура и виду теплоносителя внутреннего контура.
2. Способу прокладки тепловых зондов (контуров) в грунте или воде – вертикальный или горизонтальный.

Первый параметр указан производителем оборудования. Например, обычная сплит-система будет относиться к классу «воздух-воздух», забирать тепло из воздуха улицы и отдавать в помещения.

Насос «грунт-вода» забирает тепло земли и греет жидкий теплоноситель системы отопления. Параметр «вода-воздух» подразумевает конструкторское решение, при котором внешний контур расположен в воде (внешнем водоёме или в скважине), а тепло по дому распределяется потоками нагретого воздуха.

Выбор того или иного способа зависит от условий эксплуатации.

Обоснование выбора класса оборудования

Один из главных параметров на который обращают внимание при покупке тепловых насосов – это коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Он может быть равен от 1 до 7, иными словами: 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности. Важно понимать, что реальный коэффициент геотермальных тепловых насосов будет меньше заявленного в паспорте, так как для работы потребуются затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя по внешнему контуру, и чем он длиннее, тем больше будут эти затраты.

На практике и по отзывам пользователей следует рассчитывать на СОР равный 2,5-3,2 если вести учёт в течение всего периода эксплуатации – температура грунта и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.

В большей степени выбор среды, откуда будет забираться тепло, зависит от климатических условий региона и геологических особенностей места строительства.

Оборудование с внешним контуром, расположенным в воде, выбирают, если:

• водоём является частным прудом;
• глубина скважины до подземных вод не превышает 20 метров (в некоторых регионах до 45 метров).

Если эти условия не соблюдаются, то необходима лицензия на право пользования недрами. Если при проверке контролирующими органами лицензии не окажется, то оборудование придётся остановить и заплатить штраф до нескольких миллионов рублей.

Кроме того, важным является расстояние от водоёма до дома, если оно свыше 25-30 метров, то эффективность резко снижается – потребуется дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и утепление трубопровода.

Размещение внешнего контура в грунте на своём участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб – горизонтальный или вертикальный.

В зависимости от состава грунта, с одного метра горизонтальной трубы можно снимать до 50 Вт тепловой мощности. Однако это справедливо для глинистых грунтов. Песчаники и суглинки могут отдать от 12 до 25 Вт/м, а для теплового насоса мощностью 10 кВт может понадобиться внешний горизонтальный контур длиной от 200 до 700 м. Для его размещения понадобится участок 450 м 2 . Размещение труб кольцами не эффективно, так как теплоноситель охлаждает грунт вокруг себя и соседние кольца просто не будут эффективно прогреваться.

Важно! В течение зимы грунт постепенно вымораживается, становится холоднее и СОР падает к февралю-марту, так как теплоноситель уже меньше нагревается.

По отзывам владельцев участков в месте, где размещён горизонтальный контур теплового насоса через несколько лет эксплуатации меняется структура грунта, хуже растут овощные растения и землю используют только под газон. Не сажают в таких местах и деревья с мощной корневой системой, которая может разрушить трубы.

Оптимальной считают вертикальную систему проколов или скважин, в которых размещают несколько контуров, расходящихся в разные стороны. На большой глубине температура земли стабильнее и мало зависит от климата. Для выводов труб оборудуют колодец, в котором размещают коллекторы. Скважины бурят под углом к горизонту и располагают по окружности – так снижается влияние каждого контура друг на друга.

Можно ли сделать все своими руками

Собрать геотермальную систему отопления своими руками в теории можно, но на практике сделать это трудно, если не невозможно.

Понадобится большой объём земляных работ при горизонтальной укладке контура. Трубы размещают минимум на 0,5 метра ниже уровня промерзания грунта, т.е. всего придётся копать землю на глубину 2-2,5 м. Грунт необходимо где-то складировать и размещать на время прокладки труб.

Бурение скважин общей глубиной до 200 м потребует специального дорогостоящего оборудования, сделать такой объём работы своими руками невозможно. Самостоятельно приступать к укладке контура целесообразно только при наличии в пользовании технических средств: экскаватора, самосвала, бульдозера или буровой установки.

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

• технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
• стоимости оборудования и монтажных работ;
• сроков эксплуатации установленного оборудования;
• эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м 2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

• насоса необходимой мощности;
• труб внешнего контура;
• дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
• труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
• запорной и регулирующей аппаратуры;
• монтажных и пусконаладочных работ.

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м 2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

• сухой песок отдаёт 10 Вт/м длины трубы диаметром 25 мм;
• сухая глина – 20 Вт/м;
• влажная глина – 25 Вт/м;
• глина с большим содержанием грунтовых вод – до 35 Вт/м.

Таким образом, длина контура составит от 400 до 1 200 м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

• осадочные породы отдают 20 Вт/м;
• каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
• подземные воды – до 70 Вт/м.

Исходя из показателей, общая глубина скважин составит от 200 до 700 м, что в 2 раза меньше, чем при горизонтальном расположении. В грунте с хорошей теплоотдачей для дома 200 м 2 бурят 3 скважины длиной по 75 метров.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м 3 /час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Как на самом деле выбрать самые дешевые на рынке радиаторы отопления

Узнать стоимость оснащения дома тепловым насосом без учёта внутренней разводки можно с помощью калькуляторов, представленных на сайтах производителей оборудования и монтажных организаций. Цены колеблются для разных регионов. Готовые системы под ключ (со стоимостью работ и оборудования) специализированные организации готовы изготовить по цене от 670 тысяч в регионах до 1,5 млн. рублей в Московской области.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м 2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

Тепловой насос «грунт-вода»	Магистральный газ	Электричество	Газгольдер
Стоимость оборудования и монтажа, тыс. руб.	570-1 500	200-300 (с подключением)	20-60	180-250
Срок эксплуатации	До 50	До 50 с заменой котла через 10 лет	7-10	30
Амортизационные расходы, тыс. руб. в год	15-30	5-8	4-6	8-10
Эксплуатационные расходы за год, тыс. руб.	20-40*	30-40	100-200*	50
Общие расходы в отопительный период с учётом амортизации, тыс. руб.	40-70	45-55	110–210*	60-70

* — взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.

Геотермальное отопление: принцип работы, возможности и эффективность

Словосочетание «геотермальная энергетика» у большинства людей вызывает ассоциации с Исландией, гейзерами и вулканами, кто-то вспомнит о промышленно осваиваемых месторождениях термальных вод на Камчатке, в Дагестане, в Ставропольском крае. Однако, геотермальная энергетика – это не только промышленные масштабы, но и геотермальное отопление частного сектора. Например, в странах Скандинавии с помощью тепловых насосов отапливается порядка 1,5 миллиона домов, подобные проекты реализуются и в России. Разбираемся, как работает технология отопления подземным теплом, в каких формах она реализуется, и насколько эффективна.

Геотермальное отопление: как оно работает

Первые дома, обогреваемые теплом Земли, стали появляться 50 лет назад; сегодня их можно встретить по всему миру, от Канады до Новой Зеландии.

Работа устройства, использующего тепловую энергию недр, основана на применении обратного цикла Карно, описывающего круговые процессы обмена теплом. Такая термодинамическая система функционирует благодаря разнице температур составных частей; принцип давно и успешно реализован в холодильниках и кондиционерах.

Чтобы запустить геотермальное отопление дома, нужно организовать систему, которая будет собирать тепло из почвы (или воды) и передавать его в контур отопления дома. Подземное тепло генерируется в любой точке земного шара, и геотермальное отопление успешно реализуется в России, например, в Московской области. Интересно, что схема функционирует таким образом, что летом она работает как кондиционер, а зимой – как источник отопления.

На глубине шести метров начинается зона, где температура остается стабильной круглый год. Она сохраняется на уровне средней годовой температуры атмосферы в данной местности; в областях с умеренным климатом это +15°C, ниже она растет. Для сбора подземной тепловой энергии применяется контур (теплообменник). Это трубопровод, который монтируют под землей или под водой. Для организации отопления из земли используют следующие методы:

• В вертикальную скважину. Вариант, подходящий для небольших участков. Рядом с домом пробивают две геотермальные скважины по 80-90 м, в каждую помещают геотермальный зонд. Тепловой насос поднимает нагретую воду, она проходит через теплообменник и отдает тепло во внутренний контур дома. Вертикальный контур отличается наибольшей энергетической эффективностью и сроком эксплуатации.
• С устройством горизонтального коллектора. Метод подходит для участков большой площади. Чтобы получить исправно работающий коллектор, с помощью экскаватора подготавливают траншеи глубиной 2-2,5 м, куда укладывают ПНД (полиэтиленовые) трубы. Площадь участка, с которого будет собираться тепло, соизмерима с площадью жилья.

• На дне водоема. Горизонтальный коллектор (зонды горизонтального типа) устанавливают на дне, если водоем обладает достаточными габаритами (площадью и глубиной), и находится недалеко от дома. Способ также демонстрирует хорошую энергоэффективность.
• С использованием антифриза. На достаточную (75 м и более) глубину погружают емкость, заполненную антифризом. Нагретая жидкость поднимается тепловым насосом и отдает энергию теплообменнику, а затем возвращается под землю для следующего цикла.

Плюсы и минусы технологии

Геотермальное отопление дома, принцип работы которого не включает сжигание топлива, идеально с точки зрения современных представлений об экологической безопасности. Геотермальная отопительная система предоставляет своим владельцам следующие преимущества:

• Безопасность во всех сферах: отсутствие вредных выбросов, что важно для здоровья хозяев, их домашних животных, для окружающей среды, а также пожаробезопасность.
• С отсутствием топлива пропадает необходимость в его закупке (заготовке), доставке и хранении.

• Экономическая выгода. Силы природы работают бесплатно. Вы тратитесь только на приобретение и монтаж системы, а во время эксплуатации – на электроэнергию для теплового насоса. При этом в отрегулированной системе на каждые 1 кВт, затраченных на работу насоса, приходится около 3,5-4 кВт, добытых из-под земли.
• Компактные размеры. Основной по размеру контур прячется под землю (воду), в доме нужно будет установить только насос, и отдельная котельная для этого не нужна.
• Доступность. Оборудование можно установить где угодно. Единственное условие для начала работы – наличие электричества в доме.
• Многофункциональность. Когда холодно, система работает на обогрев, когда жарко – на охлаждение.
• Долгий срок эксплуатации. Технологически правильный монтаж станет гарантией длительного функционирования. Геотермальный контур надежно защищен толщей земли, а срок службы тепловых насосов составляет 25-30 лет.

Владельцы, не доверяющие геотермальному отоплению частного дома, выдвигают следующие аргументы:

• Приходится идти на значительные затраты, чтобы подготовить систему к работе: приобрести насос, дополнительные материалы, выполнить монтаж внешнего и внутреннего контура. Оборудование обойдется в 8-10 раз дороже, чем аналогичная газовая техника.
• Геотермальная система не является автономной. Чтобы она функционировала, на каждые 4 кВт тепловой энергии придется тратить 1 кВт электричества.
• Уровень теплоотдачи ниже, чем у традиционных технологий. Например, контур, уходящий вглубь на 20-30 м, отдает только 40 Вт тепла с одного погонного метра.
• Длительный период окупаемости. В среднем он превышает 10-15 лет, тогда как среднему по мощности газовому котлу (до 12 кВт) понадобится примерно 5 лет, чтобы окупиться.

Как монтируют геотермальное отопление

Работы по установке геотермальной системы отопления включают три этапа:

• На площадке проводятся буровые и монтажные работы.
• Приобретается и доставляется оборудование и тепловой насос.

• Монтируется внешний и внутренний контуры. Они соединяются через тепловой насос, затем проводятся пуско-наладочные работы.

Горизонтальный, вертикальный и подводный контуры имеют свои особенности монтажа: Горизонтальный трубчатый теплообменник укладывают ниже глубины промерзания. Если грунтовые воды пролегают высоко, организуется песчаная подушка, предпринимаются меры, нивелирующие пучение, деформацию и выдавливание контура.

Длину горизонтального теплообменника определяют расчетом: 40 м труб на 1 кВт тепловой энергии. Для подобной системы может потребоваться солидный участок (до 2,5 соток), и вам придется придумать, как его потом использовать, так как над теплообменником нельзя возводить строения с подземным фундаментом или высаживать деревья.

Вертикальный подземный контур почти на треть эффективнее горизонтального аналога. Глубину скважины рассчитывают из соотношения 10-30 м труб на 1 кВт (зависит от свойств пород). Если глубина получается слишком большой и экономически нецелесообразной, можно сделать несколько мелких скважин, дающих в сумме нужную мощность.

Организовать подводный контур можно при условии, если водоем находится максимум в ста метрах от дома, и он не промерзает зимой. Чтобы получить 1 кВт тепловой энергии, понадобится уложить 35 м труб. Несмотря на то, что надо будет позаботиться о якорном балласте, препятствующем всплыванию, и защите на кромке ледообразования, подводный контур будет самым дешевым по затратам.

Действующие системы организованы так, чтобы обеспечивать нагрев в 50°C, поскольку специальные расчеты показали наибольшую эффективность данного варианта. Следствием ограничения является использование в домах с отоплением от земли преимущественно не привычных радиаторов, а теплых полов или воздушного (парового) отопления.

Видео описание

Об окупаемости теплового насоса в следующем видео:

Коротко о главном

Геотермальное отопление является перспективной, но недооцененной системой для частных домов. Его можно организовать тремя способами: в вертикальной скважине, в виде горизонтального подземного коллектора или под водой.

Обогрев подземным теплом экономически выгоден; максимального эффекта от установки можно добиться при использовании теплых полов. Система работает круглогодично: зимой нагревает помещения, а летом снижает температуру воздуха, из-за чего отпадает надобность в кондиционере. Многие владельцы загородных домов не спешат выбирать экологичную технологию по причине высоких трат на покупку и монтаж оборудования.