г. Новосибирск, ул. Николаева 12, 7


Главная
Статьи
Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

Геотермальный способ отопления — это использование тепла, которое находится в земле на глубине около полутора метров. Этот метод отопления активно применяется на промышленных предприятиях, фермах и в жилых домах.

отопление теплом земли

Этот метод особенно эффективен в регионах, где температура воздуха опускается ниже 20 градусов. Однако в большинстве регионов России, особенно за Уралом, в Сибири и на Дальнем Востоке, зимы очень холодные с температурами часто ниже -40 или даже -45 градусов. В таких условиях воздушные тепловые насосы, которые широко распространены и доступны, становятся менее эффективными, поскольку даже самые совершенные модели могут работать только при температурах до -20 градусов.

С другой стороны, земля и вода, покрытые снегом, сохраняют большое количество тепла. Температура земли ниже точки замерзания всегда остаётся положительной — около +8 или +12 градусов. Поэтому в таких условиях логично перейти от воздуха как легкодоступного источника тепла к более стабильным и теплоёмким земле и воде.

Также стоит отметить, что эффективность теплового насоса зависит от температуры источника: чем теплее источник, тем эффективнее процесс преобразования энергии.

Актуальность геотермального отопления

С каждым годом традиционные виды топлива становятся всё дороже, а при их использовании в атмосферу выбрасывается огромное количество вредных веществ. В связи с этим альтернативные источники энергии становятся всё более привлекательными.

Например, в Швеции 7 из 10 новых загородных домов используют геотермальное отопление. Вопреки распространённому мнению, для эффективной работы системы не нужны гейзеры или вулканы поблизости — отопление на равнине работает не хуже.

сад над геотермальным контуром

Геотермальное отопление использует тепло почвы и грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт*ч энергии, тепловому насосу достаточно всего 1 киловатт-часа.

Особенности геотермальной системы отопления:

  • экологическая и пожарная безопасность;
  • отсутствие шума при работе;
  • небольшие габариты системы;
  • автономный режим работы;
  • для размещения оборудования в доме требуется место размером с обычную стиральную машину;
  • при правильной установке и настройке не требует вмешательства человека;
  • длительный срок службы: срок службы тепловых насосов составляет от 20 до 30 лет;
  • высокая стабильность работы системы в любых погодных условиях;
  • длительный интервал между профилактическими ремонтами насоса (до 100 тысяч часов).

Принцип действия

принцип работы теплового насоса

Геотермальное отопление было впервые описано в 1824 году французским учёным Сади Карно. Принцип его работы можно сравнить с работой холодильника: тепло отводится от продуктов через теплообменник, в результате чего содержимое холодильника охлаждается.

В случае геотермального отопления, холод уходит в землю, а тепло остаётся в помещении. Согласно законам термодинамики, тепло от нагретого тела стремится перейти к холодному, чтобы достичь состояния равновесия.

Геотермальный тепловой насос: принцип работы и особенности

Когда хладагент расширяется и испаряется, его объём увеличивается, а температура снижается. Тепловая энергия земли пытается уравновесить эти процессы. Вступая в контакт с почвой через промежуточный теплоноситель, фреон поглощает её тепло. Однако этого недостаточно для обогрева здания.

Геотермальная система отопления состоит из трёх основных компонентов: теплового насоса, коллектора, который находится под землёй, и системы отопления дома. Внешне тепловой насос похож на небольшой холодильник.

Основные элементы теплового насоса:

  • ЭРВ (электронно-распределительный вентиль), отвечающий за дросселирование фреона;
  • испаритель, где хладагент испаряется и поглощает тепло окружающей среды;
  • компрессор, создающий давление и нагревающий газообразный хладагент до +70 градусов;
  • конденсатор, в котором горячий газообразный фреон выделяет тепло, конденсируется и становится жидким.

Теплообмен между фреоном и теплоносителем, циркулирующими в системе отопления здания, происходит через стенки конденсатора. Наиболее эффективно использовать геотермальный тепловой насос с низкотемпературной системой отопления, тёплыми полами или фанкойлами.

Уникальность теплового насоса заключается в том, что в летнее время он может работать как  кондиционер.

При выборе теплового насоса обратите внимание на следующие параметры:

  1. COP (коэффициент полезного действия). Чем выше этот показатель, тем экономичнее тепловой насос. Например, COP 4 означает, что на 1 кВт потребляемой электроэнергии вырабатывается 4 кВт тепловой энергии;
  2. наличие встроенного контроллера и автоматического управления устройством говорит о том, что всё было собрано и протестировано на заводе;
  3. современные холодильные установки всё чаще переходят на инверторные модели с частотным регулированием мощности;
  4. наличие русифицированного меню на первом этапе освоения теплового насоса значительно упрощает задачи по управлению и программированию устройства.

Способы размещения труб геоконтура для геотермального отопления

Существует несколько способов размещения коллекторных труб для системы геотермального отопления. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Горизонтальный метод.

При этом способе трубы коллектора прокладываются под землей на глубине от полутора метров и более. Глубина зависит от региона и влажности почвы. Чем влажнее грунт, тем выше теплоотдача. Длина подземного трубопровода должна быть не меньше длины труб теплого пола в доме. После завершения монтажа участок необходимо благоустроить.

геотермальный контур

Вертикальный способ.

В этом случае необходимо пробурить в земле скважины под разными углами. Геотермальные зонды — это пластиковые трубы из полиэтилена высокой плотности, на концах U-образные паяные наконечники. Зонды помещаются в скважины на глубину до 50 метров. Один метр зонда может выдавать до 50 ватт. Поэтому для получения необходимой мощности потребуется большое количество зондов. Этот метод более дорогостоящий, но он не нарушает ландшафт участка. Также требуется подготовить место для кессонного колодца, соединяющего коллекторные трубы.

Способ с затопленным геоконтуром.

Для этого способа необходим водоем, который зимой не промерзает до дна (глубина должна быть от 2 метров). В этом резервуаре будет расположен затопленный геотермальный контур. Преимуществами этого метода являются отсутствие необходимости в трудоемких земляных работах (за исключением рытья траншеи к дому). Однако для его использования потребуется специальное разрешение, особенно если водоем является общественным. Также не в каждом загородном доме есть озеро, пруд или река поблизости. Тем не менее, этот метод считается самым экономичным: для обогрева 100 квадратных метров помещения вам понадобится от 250 до 300 погонных метров коллектора.

Переливной метод.

В этом случае вода берется из пробуренного водоносного горизонта, охлаждается в тепловом насосе на 4-5 градусов и снова сбрасывается либо в приемную скважину, расположенную на расстоянии 20 метров, либо в ближайший водоем. Недостатками этого варианта являются невозможность контролировать уровень водоносного горизонта и необходимость дооснащения теплового насоса фильтрами и промежуточными теплообменниками.

Основные проблемы геотермальных систем отопления

Основной проблемой при использовании геотермальных систем является их высокая стоимость. Например, для подключения здания площадью 300 квадратных метров потребуется около двух миллионов рублей. Из этой суммы примерно 40% будет потрачено на покупку теплового насоса, а остальное уйдет на его инсталляцию.

Кроме того, срок окупаемости геотермальной системы может составлять от 7 до 10 лет, в зависимости от её эффективности и стоимости электроэнергии. Это может быть довольно долго по сравнению с другими системами отопления.

Ещё одним недостатком является сложность установки геотермальной системы своими силами.

Можно ли установить геотермальную систему отопления своими руками?

Самостоятельно установить контуры геотермальной системы довольно сложно. Для этого нужны точные расчёты. Ошибки в проектировании могут привести к низкой эффективности оборудования и, как следствие, к необходимости доработки, что повлечёт за собой лишние расходы.

При расчёте геотермальной системы отопления учитываются следующие параметры:

  1. климат региона (среднегодовая температура, влажность);
  2. извлекаемая из почвы тепловая мощность;
  3. система отопления дома должна быть низкотемпературной;
  4. суммарные теплопотери ограждающих конструкций дома не должны превышать 70 Вт на 1 квадратный метр площади дома.

Перспективы развития геотермальных систем отопления

Всего лишь 30 лет назад в Европе около 18 миллионов домовладельцев использовали тепло земли для обогрева своих жилищ. Сегодня же это число значительно увеличилось. Этот факт свидетельствует о том, что геотермальные системы отопления являются экономически выгодным решением.

Многие правительства предоставляют субсидии домовладельцам, которые выбирают геотермальное отопление. Однако в России такие системы пока не получили широкого распространения из-за высоких первоначальных затрат.

Тем не менее, перспективы развития геотермального отопления в России есть. По мере развития конкуренции стоимость тепловых насосов будет снижаться, что приведёт к удешевлению геотермального отопления. Лучшим вариантом для этого будет государственная или хотя бы региональная поддержка.

Особенно учитывая экологическую значимость этого способа обогрева жилищ. Геотермальное отопление на 2024 год по стоимости расходов и удобству эксплуатации сравнимо с отоплением магистральным газом, при этом оно полностью безопасно и устанавливается всего за пару недель.

Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. А удорожание энергоносителей в будущем приведёт к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей.

график сравнения видов отопления дома

Обсуждения окупаемости часто ведутся среди конкурентов, которые не учитывают удобство такого вида отопления и влияние инфляции.

Поскольку мысли о жизни за городом приходят в голову людям старше 40 лет, инвестиции в отопление с помощью теплового насоса можно рассматривать как вложение в личный пенсионный фонд. Потратившись на установку теплового насоса один раз, вы будете получать на 1 кВт электроэнергии 4–5 кВт тепла. То, что сегодня кажется необоснованно дорогим, завтра может быть оценено совсем иначе. Сегодня человек, который зарабатывает достаточно денег, может не замечать высокую стоимость отопления своего дома, но со временем всё может измениться.

Преимущества геотермального отопления:

  • Отопление и горячая вода доступны сразу, без необходимости проходить через длительные процедуры согласования.
  • Система полностью автоматизирована и контролирует температуру.
  • Размещение контура при новом строительстве не повлияет на ландшафтный дизайн.
  • 80% энергии для работы системы поступает бесплатно, независимо от курса валют.
  • Высокий коэффициент полезного действия (СОР) позволяет вернуть инвестиции.
  • Грунтовый тепловой насос является пожаро- и взрывобезопасным.
  • Возможность строительства дома там, где есть доступ к электрическим сетям.
  • Газифицированный участок может быть в 2-3 раза дороже, чем обычный.
  • Не стоит забывать, что самые живописные места часто находятся там, где нет газовой инфраструктуры.

геотермальное отопление тепловым насосом

Если вы хотите узнать больше о геотермальном отоплении, оставьте заявку на нашем сайте или ознакомьтесь с оборудованием в нашем каталоге. Мы будем рады рассказать вам все подробности и помочь выбрать наиболее подходящий вариант для ваших потребностей.

Остались вопросы