геотермальное отопление дома своими руками

Несколько слов о геотермальной энергетике и не только.

Каждый человек мечтает о комфортном жилище: теплом зимой, и прохладном в жаркое время. Для этого люди научились использовать такие известные источники энергии как газ, уголь, нефть, торф, электроэнергию и т.д. Но при этом все актуальнее вопрос о негативной стороне использования энергоресурсов Земли, об экологической чистоте нашей планеты.

Вот только один факт к Вашему вниманию: около 40 % всей эмиссии углеродистого диоксида – это результат сжигания топлива для получения тепловой энергии. Такой же уровень вреда наносят выбросы в атмосферу выхлопных автомобильных газов.

К отрицательным моментам систем, работающих на природном газе, можно отнести и тот факт, что эти системы небезопасны. Поэтому установка газового котла требует специальных разрешений, соблюдения определенных норм. За их работой нужно осуществлять периодический контроль.

Кроме того, разведанных месторождений нефти и газа, по разным оценкам, в мире осталось на 30-60-лет. А недостаток ресурсов привел к их подорожанию.

Ныне работающие системы создания комфорта, как правило, используют именно невозобновляемые источники энергии.

Прогнозы на резкое удорожание невозобновляемых источников энергии в Украине заставляет нас переосмыслить отношение к потреблению дешевого в прошлом природного топлива, в первую очередь – газа.

В свете рассматриваемой проблемы мы хотим познакомить Вас с инновационными системами – геотермальными системами отопления и охлаждения наших жилищ.

Сегодня использование геотермальной энергии – один из наиболее эффективных способов снизить уровень потребления угля, нефти, газа в Украине (не говоря о снижении уровня теплового загрязнения планеты) и предоставить людям эффективную и экономичную альтернативу традиционным системам жизнеобеспечения.

В Украине это направление могло бы стать отдельным направлением в общегосударственной программе энергосбережения и энергонезависимости, о которых сегодня так много говорят.

Чтобы объяснить предельно доступно сущность геотермальной системы отопления, используем образное представление этой инновационной системы. Фактически, геотермальная система – это холодильник «наоборот», у которого морозилка (испаритель) закопана в землю, а нагреваемая часть, медный змеевик (конденсатор), который находится на задней стороне холодильника, используется для нагрева воды или воздуха. Температура морозильника значительно ниже температуры земли. Температура земли для центральной части Украины на определенной глубине фактически постоянна и составляет порядка 8-10°С, это показал опыт первых установок в Киевской области.

34К 1824, когда Карно опубликовал свой трактат «Размышления о движущей силе огня». (Reflections sur la puissance motrice du feu. ), общеизвестному из школьного курса физики как «тепловой цикл Карно». Это был теоретический фундамент в создании тепловых насосов.

Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 р под названием „умножитель тепла”.

Уже 1969 году инженер Клеменс Ватеркотте закапывал на своем земельном участке пластмассовые трубы для того, чтобы добывать тепло из земли и это вызывало у многих недоумение.

Использование высоконадежных компрессоров и современные технологии рефрижераторных установок позволили разработать способы преобразования этой «низкокачественной» тепловой энергии в «высококачественную», пригодную для отопления помещений, перейдя к промышленному выпуску тепловых насосов.

Именно физический процесс передачи тепла от наружной среды к хладагенту, циркулирующему в системе холодильника, стал ключевым в разработке геотермальных систем. В числовом выражении до 80% тепловой энергии, производимой геотермальными системами, – транспортируемая в жилища энергия окружающей среды, способная к самовосстановлению, без нанесения ущерба энергетическому и экологическому балансу Земли.

Толчком для развития таких систем в мире послужили энергетические кризисы 1973 и 1978 годов. В Америке, в начале своего развития, геотермальные системы устанавливались в домах высокой ценовой категории. Но сегодня, за счет применения современных технологий, геотермальные тепловые насосы стали доступны многим американцам. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы.

В 1980-ом году в Америке уже работало около 3 миллионов тепловых насосов, в Японии – более 0,5 миллиона, в Европе – 0,15 миллиона. В 1993 году общее количество установленных тепловых насосов в странах западной Европы составило свыше 12 миллионов.

Геотермальные системы – экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. для их работы используется возобновляемая тепловая энергия земли. Геотермальная система представляют собой системы, работающие на источнике нетрадиционной энергии. Она создает вредных выбросов в атмосферу и не загрязняет окружающую среду. Так как при эксплуатации у геотермальных систем отсутствует процесс сгорания топлива, они безопасны и экологически чисты. При этом у Вас нет вытяжных труб и отсутствуют неприятные запахи. При работе системы ее рабочие части не нагреваются до температуры возгорания, что обеспечивает ее безопасное использование. Система не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, занимает минимум пространства, бесшумна.

Подобно традиционным системам отопления, геотермальные используют воду и воздух для обогрева либо охлаждения помещения.

Установка системы отопления и кондиционирования – решение, которое затрагивает комфорт домовладельца и кошелек в течение долгих последующих лет. Поэтому сегодня все больше людей выбирают системы, базирующиеся на использовании тепловых насосов, которые, по сравнению со всеми наиболее известными ныне на мировом рынке системами отопления и кондиционирования, наиболее рентабельны, с самым продолжительным сроком службы.

Геотермальные системы экономичны в обслуживании и в действии. В то же время, цена системы выше газового котла или центральной системы кондиционирования. Но это не мешает домовладельцу экономить деньги ежемесячно в процессе эксплуатации системы. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого коэффициента трансформации или отопительного коэффициента СОР (coefficient of performance) (3,0-5,0) и позволяет получить на 1 кВт затраченной электроэнергии 3,0-5,0 кВт тепловой энергии или чуть меньше энергии охлаждения на выходе.

Геотермальная система согреет Вас зимой, принесет прохладу летом, и круглый год будет снабжать Вас горячей водой для ванны, сауны и даже бассейна. Вопрос климата в Вашем доме будет решен полностью.

На Украинском рынке геотермальные системы представлены производителями Германии, США, Швеции, Чехии, Китая. Опыт компаний по инсталляции систем незначительный. Принцип работы систем всех производителей одинаков, да и работают они фактически с одинаковым коэффициентом энергосбережения. Различия состоят в дизайне оборудования, способах отбора тепла из окружающей среды, размерах площадей, используемых для устройства теплообменных земляных, водяных контуров.

геотермальное отопление дома своими руками

В каждую скважину опускается пара медных труб, которые внизу соединены между собой. После установки труб скважины заполняют специальным теплопроводящим составом на основе глины. С помощью коллектора U-образные трубопроводы соединяют с магистральным трубопроводом и тепловым насосом.

Для заполнения системы используется безвредный хладагент R407C.

Описанное выше инженерное решение позволяет производить устройство земляного теплообменного контура на площади всего в несколько десятков квадратных метров, при этом не нужна площадь размером в теннисный корт. При желании и наличии свободных площадей на участке испаритель можно установить горизонтально в грунт, при этом площадь, занятая испарителем будет на треть меньше, чему у систем работающих на рассольных пластиковых контурах.

Стоимость оборудования геотермальной системы отопления зависит от выбора комплектации и типа применяемого теплообменного контура и составляет порядка 12-18 тыс. у.е.

Разработка такой системы в США связана с высокой стоимостью земли, при этом «средний» американец владеет участком земли весьма небольших размеров. Размещение иных тепловых насосов на таких участках было просто не возможно.

Нужно сказать, что на самом деле «рассольные» тепловые насосы можно установить с использованием небольших площадей и есть два метода. Первый – это с использованием зондов, то есть рассольный контур опускается в пробуренные скважины 60-100 метров. При этом значительно увеличивается стоимость работ по инсталляции системы. Второй способ заключается в том, что для работы системы используется температура грунтовых вод. Бурится «скважина на воду», и насосом прокачивается через теплообменник теплового насоса, затем сбрасывается в другую скважину, пробуренную ниже по течению грунтовых вод, для сброса воды. В технических характеристиках, приведенных производителями, коэффициент трансформации таких водо/водяных систем как правило выше, чем у систем с закрытым первичным контуром, однако за кадром остается потребление энергии насосом, для постоянной подачи грунтовых вод в теплообменник. Кроме того в США очень жесткие требования по использованию грунтовых вод на подобные нужды.

 Существует возможность применения мультизонального климатического контроля. Наиболее эффективно в режиме отопления геотермальная система работает с системой ”теплых водяных полов”. Известен факт, что только применение систем ”теплых водяных полов” позволяет экономить владельцу до 18% средств на оплату отопления, не говоря об уникальном комфорте. Это объясняется тем, что теплоноситель в выше указанных системах имеет температуру, как правило, не превышающую 35. Отопление осуществляется равномерно по всей площади пола, нет зон перегрева. Комфортные условия наступают при температуре на 2 ниже, чем при радиаторном отоплении. Именно при такой системе отопления реализуется тепло на уровне ног, наиболее благоприятные условия для комфорта человека. Еще в древнем Риме существовали системы отопления где теплый воздух от очагов проходил в специальных подпольных каналах, то есть уже тогда были реализованы системы теплых полов. Итак, мы ничего нового не придумываем. Все давно уже придумано. Мы лишь модернизируем воплощение идей, используя современные материалы и возможности.

36

Геотермальное отопление дома сделанное своими руками безопасно и экологически чисто, оно не наносит вред окружающей среде. Это утверждение подтверждает опыт более чем 30-летней эксплуатации геотермальных систем в странах, где вопрос экологии стоит далеко не на последнем месте.

Да, сразу же ответим мы, – геотермальное отопление своими руками – это не только реально, но и вовсю используется в мировой практике. Например, в Швеции около 70% тепловой энергии синтезируется при помощи геотермальных насосов.

Да, собственно и в странах постсоветской территории геотермальное отопление постепенно отвоёвывает себе позиции. Почему постепенно? Потому что отопление дома, основанное на геотермальной энергии, первоначально требует немаленьких затрат и вложений, которые окупаются только лишь через 5-8 лет. Так ведь и дом строится не на год, поэтому есть над чем задуматься. Особенно, если брать в расчет ежегодно растущую стоимость газового отопления или электроотопления.

35

Наступит будущее с его ограничениями по природным источникам энергии, а вы уже готовы к такому повороту событий. Геотермальное отопление в среднем рассчитано на 100 лет работы системы.

Конечно определение «своими руками» к геотермальному отоплению относится лишь частично: установка теплового насоса, монтаж системы отопления внутри дома. Хотя один из видов геотермального отопления, даже два, вполне возможно полностью провести своими руками.

Принцип работы теплового насоса основан на физике, и заключается в том, что установленный в доме геотермальный тепловой насос забирает энергию от грунта или воды, преобразует её в тепло, необходимое для нагрева теплоносителя в доме. Внутри дома система отопления полностью аналогична системе водяного отопления: трубы и радиаторы отопления.

При геотермальном отоплении расчет затрат и поступлений таков: на 1кВт затраченной электроэнергии приходится 5 кВт полученной тепловой мощности.

Принципы обустройства контуров для сбора тепла
1.Скважинный или насос с вертикальным теплообменником. Погружается в землю на глубину от 50 до 200 м. Самый эффективный способ изъятия тепла. Требует бурения скважин на необходимую глубину.
2.Горизонтальный теплообменник. Трубки коллектора размещаются в грунте на глубине промерзания. Неудобен тем, что для размещения горизонтального коллектора требуется площадь порядка 500кв.м. для отопления дома с общей площадью 200 кв.м. особенность: нельзя укладывать трубки коллектора вблизи деревьев ближе, чем 1,5 м. от кроны.
3.Водоразмещенный теплообменник. Из приведенных – самый дешевый, так как не требует большого количества земляных работ. Геотермальное отопление своими руками целесообразно производить именно таким способом, если дом размещен не дальше, чем 100 м. от водоема. При этом водоем должен быть соответствующей глубины, то есть не промерзать в зимнее время.
Всё. Остальное дело техники. Сама теплогенерирующая установка в доме занимает место не боле чем стиральная машинка-автомат. Монтаж системы отопления производится традиционным способом. В качестве бонуса можно сказать, что в летнее время теплонасос выполняет функции кондиционера по тому же принципу.

40

Конечно же, полностью отказаться от таких видов энергии, как газ или электричество, не получится. Ведь геотермальное отопление дома – это лишь отопление и горячая вода.

Сегодня в США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов. А при строительстве новых общественных зданий используют исключительно геотермальные тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США. Геотермальный тепловой насос был установлен даже в широко известном небоскребе Нью-Йорка “The Empire State Building”.

В Швеции 70% потребности в тепловой энергии обеспечивают тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими в качестве источника тепла Балтийское море. Швеция первой среди развитых стран Запада хочет пойти на кардинальные меры в энергетической сфере, а именно — попытаться в течение 15 лет полностью отказаться от нефти, при этом не строя новых атомных электростанций.

Наша зависимость от нефти должна быть ликвидирована к 2020 году, — сказала министр экономического развития Мона Салин. — Всегда будут более выгодные альтернативы нефти, и мы добьемся того, что при отоплении любых зданий можно будет обойтись без топлива, полученного из нефти, также исчезнет зависимость водителей от одного вида топлива — бензина.

По тревожным прогнозам энергетического комитета Шведской королевской академии наук, объемы поставок нефти в мире достигли пика и вскоре пойдут на убыль, а высокие цены на нее приведут к экономическому спаду в мировом масштабе.

В Финляндии и Норвегии процент использования геотермальных систем составляет около 30%.

По прогнозам Мирового Энергетического Комитета, к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.

Активный процесс инсталляции геотермальных систем начался в странах Прибалтики. В России, имеющей большие запасы нефти и газа, за последние 3 года установлено около 1000 геотермальных установок.

Но установка тепловых насосов не панацея энергосбережения. В развитых странах этот вопрос решается комплексно.

В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности. Такую повторяемую фразу можно прочитать в прессе и Интернете. Однако опять за кадром остается то, что государство стимулирует инсталляторов только тогда, когда энергосберегающая система установлена в соответственно утепленном здании. Если тепловой насос установлен в здании с большими теплопотерями, рассчитывать на помощь государства не приходится.

Нельзя не сказать и о гелиосистемах, системах получения теплого носителя для отопления и получения теплой бытовой воды. Наиболее характерное их применение в южных районах Украины, где интенсивность солнечной радиации весьма значительна. При этом покрытие по отоплению может достигать 40%, а приготовлению горячей бытовой воды до 95%. В северной части Украины эти показатели будут ниже, но установка таких систем позволит снизить время работы нагревательных котлов тем самым уменьшить расход топлива на производство тепловой энергии. Сегодня в Украине уже есть производители указанного оборудования, которые в состоянии предложить такие системы при оптимальном соотношении цена/качество. Это дает надежду, что технология получит весьма широкое применение в ближайшем будущем.

Увертюрой к сказанному может прозвучать вопрос: «А что мы отапливаем?». Расчет теплопотерь современного швейцарского дома-котеджа показал, что для его отопления, при нормативной для Швейцарии температуре наружного воздуха, достаточно 50 Вт/м2! Вот и ответ на многие вопросы по энергосбережению.

К ряду энергосберегающих технологий нужно добавить технологию утилизации тепла. Ведь все знают, что температура бытовых вод, которую мы сбрасываем в канализацию, относительно высокая. Если установить теплообменные устройства мы можем использовать это тепло для подогрева входящей воды, так как это делается в Японии, США, Швеции. Эти проекты вполне реализуемые в Украине уже сегодня.

Ну и последнее, о тарификации электроэнергии. Системы с буферами-накопителями тепла программно можно перевести в режим когда включается льготный тариф, при этом станции производящие электроэнергию испытывают недостаток в нагрузке. Такой подход позволить разгрузить электросети в часы «пик» и получить существенную экономию денежных средств для потребителей. Именно такой дом я назвал бы «умный дом», а точнее у такого дома умный хозяин.

Тепло Земли всегда будет согревать живущих на ней.

http://termosys.ru/geotermalnoe-otoplenie-doma.html