Принцип работы геотермальной системы отопления

Как известно, на глубине более 1.5 метров грунт никогда, даже в сильные морозы не замерзает и сохраняет температуру к концу зимы приблизительно 0...+1С. А если глубина более 2-х метров, то температура +3...+4С. Именно это самое тепло и используется в геотермальной системе отопления. Достаточно просто пробурить скважину или уложить земляной контур – и можно получить готовый эффективный источник теплоты.

Не лишним будет упомянуть и тот факт, что сама тепловая скважина может иметь самую различную глубину, начиная от 25 и заканчивая 100 метрами. Зависит выбор той либо иной глубины в первую очередь от региона и климатической зоны, где предполагается установка системы отопления, а также от размеров самого загородного дома и желаемого количества получаемой теплоты. Отбирая тепло у воды тепловой насос может легко обогревать дом.

Принцип действия геотермальной системы отопления очень прост и заключается в том, что трубопровод поглощает природное земное тепло и прогоняет его через тепловые насосы, в которых происходит повышение его температуры, а после уже подает в дом. Непосредственно в самом загородном доме тепло, полученное из геотермальной системы отопления, распространяется посредством теплых полов (лучше всего), фанкойлов или радиаторов.

Геотермальные системы отопления являются просто прекрасной альтернативой уже существующим и дорогостоящим, например газ. Такое отопление имеет только одни плюсы – нет необходимости в сжигании дорогого топлива, а также абсолютно отсутствуют выбросы в атмосферу вредных веществ. Также, не лишним будет отметить, что геотермальные системы отопления отличаются еще и своей долговечностью работы – в среднем, тепловой насос способен без обслуживания проработать порядка 30 лет.

Принцип работы геотермального отопления:

Наверняка многим известно, что поверхность земли даже в условиях крайнего севера не промерзает насквозь, а только на определенное расстояние. Происходит это по нескольким причинам, во первых с глубины земля подогревается ядром и расплавленной магмой, а во вторых толща грунта не дает проникать холоду достаточно глубоко. Стоит отметить, что на глубине всего 2-3 метра, температура почвы редко опускается ниже +2 - +3 градуса, а на больших глубинах температура еще выше. Именно это тепло использует геотермальное отопление частного дома, конечно, преобразуя его и повышая температуру, за счет специального оборудования, которое называют тепловыми насосами.

принцип работы геотермального отопления

Монтаж оборудования и его особенности:

Для того чтобы получить тепло из земли для использования геотермального отопления частного дома, прежде всего необходимо пробурить шахту. Ее глубину и размеры определяют в соответствии с климатом и особенностями грунта, в регионе где ведутся работы по монтажу. Глубина шахты может варьироваться от 25 до 100 метров. Причем кроме погодных условий на ее глубину может влиять площадь дома, в котором производится монтаж геотермального отопления.
Затем в эту шахту погружают специальные теплопоглощающие трубы, которые передают тепло в тепловой насос, а он в свою очередь увеличивает температуру в несколько раз и подает горячую воду в систему отопления и водоснабжения дома. Также в летнее время тепловой насос может работать в обратном режиме и использовать свои ресурсы для кондиционирования помещения.

тепловой насос получающий тепло из глубины земли

В настоящее время геотермальное отопление использует три принципа работы:

1. Первый метод использует тепло получаемое из глубоких грунтовых вод, температура которых может достигать довольно высоких значений. Такая вода поднимается тепловым насосом и прогоняется через теплообменник, в котором она отдает свое тепло. Затем эта вода сбрасывается обратно в слой грунтовых вод немного ниже по течению.

2. Второй метод более дорогостоящий, в шахту глубиной не менее 75-100 метров опускается специальный резервуар наполненный антифризом, который нагревается от температуры окружающего грунта, затем подключается тепловой насос и прогоняет антифриз по кругу. Проходя через теплообменник, антифриз отдает накопленное тепло и, охладившись, сбрасывается обратно в подземный резервуар.

3. Третий вид не требует бурения геотермальных скважин, но его применение возможно только в тех случаях, когда загородный дом находится неподалеку от крупных водоемов, желательно со стоячей водой. По дну такого водоема прокладываются специальные теплопоглощающие горизонтальные зонды большой площади, которые перерабатывают тепло воды. Глубина водоема должна быть достаточной для того чтобы в холодное время года под толщей льда оставалось не менее 1-1,5 метров свободной воды, до верхней точки установленного зонда.

тепловой насос работащий по принципу воздух-вода

Положительные стороны геотермальных котельных:

Несмотря на то, что геотермальная котельная для частного дома стоит на порядок дороже и учитывая сложности монтажа, по сравнению с другими видами отопительных систем, ее эксплуатация в конечном итоге приводит к существенной экономии денежных затрат.

1. Прежде всего, необходимо упомянуть об эффективности и высоком КПД таких отопительных систем. Даже принимая во внимание тот факт, что тепловой насос работает от электричества, выделения тепла примерно в три раза превышают затраты электроэнергии.

2. Экологичность. Пожалуй, не одна система отопления в наше время не может похвастаться таким высоким уровнем экологичности. Во время работы системы какие-либо выбросы в окружающую среду полностью отсутствуют. Геотермальное отопление частного дома не требует топлива для своей работы, в процессе добычи которого наносится вред экологии.

3. Безопасность. Так как в процессе работы таких обогревателей отсутствует процесс горения, полностью исключается опасность взрыва, возгорания или просто утечки топлива или угарных газов.

4. Экономичность, несмотря на стоимость системы геотермального отопления, установив её один раз, вам больше не приходится платить за топливо, на котором будет работать ваша обогревающая система, единственный небольшой расход заключается в потреблении электроэнергии тепловым насосом.

5. Установка геотермальной системы обогрева в случае правильного монтажа может работать без технического обслуживания в среднем 30 лет, согласитесь, любой другой отопительный прибор требует сервисного внимания гораздо чаще.

Стоит отметить, что максимальную пользу такой метод геотермального отопления частного дома принесет в том случае, если в нем установлены системы теплых полов. Это обусловлено тем, что системы теплый пол используют для нагрева теплоноситель со средней температурой в 30-35 градусов, прогревая помещения за счет большой площади обогревателя, а не за счет его высокой температуры. В то же время теплоноситель в системах геотермального отопления редко когда удается нагреть выше 40 градусов, что идеально подходит для «теплых полов», а вот для обычного радиаторного отопления такой температуры недостаточно.

тепловой насос с глубинными земляными зондами

Развитие геотермальной энергетики в России и СНГ:

К сожалению, геотермальная энергетика в России пока еще слабо развита, так как максимальную выгоду от подобных установок можно получить в районах, где температура грунта наиболее высока, тектонические разломы, воды рифтовых и вулканических районов и т.д. На всей площади бывшего СССР таких регионов набирается едва ли 10%. Тем не менее, ряд регионов Российской Федерации относятся к территориям, где геотермальная энергия может использоваться не только для отопления небольших домов, но и для создания небольших электрических подстанций на ее основе. В настоящее время, в Томской области признанной наиболее потенциальной в плане наличия условий для геотермальных исследований, успешно действуют научные институты, ведущие разработки в этой отрасли.

тепловой насос с грунтовыми коллекторами

и немного истории Система теплоснабжения, которая использует теплоту земных недр с помощью теплоносителей — горячей воды или пара. Геотермальное теплоснабжение применяют для отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и технологических нужд предприятий, выработки электроэнергии.

В основу геотермальных систем положен физический процесс передачи тепла от окружающей среды к хладагенту, подобный тому, что происходит в обыкновенном холодильнике. Около 80% всей тепловой энергии, выделяемой геотермальной системой — не что иное как энергия окружающей среды, поставляемая и накапливаемая внутри помещений. Она способна самовосстанавливаться, не нанося урон энергетическому и экологическому балансу планеты, а это позволяет судить о геотермальных системах как об абсолютно безопасных для природы.

В Древнем Риме (II-III вв.) воды геотермальных источников использовали для терм (бассейнов, бань), в средние века горячие источники с температурой до 80°С — для бытового теплоснабжения. Геотермальное теплоснабжение развито в Венгрии, Исландии, Мексике, Новой Зеландии, США, Японии.

Развитие систем геотермального отопления началось вследствие энергетических кризисов в 1973 и 1978 годах. Первоначально геотермальное оборудование устанавливали в США, преимущественно в дорогих и элитных домах и коттеджах. Однако, с развитием технологий производства, цена на геотермальные системы неуклонно снижалась и теперь такой прогрессивный вид отопительных систем доступен рядовым американским семьям. Тепловые насосымонтируют во многих зданиях, заменяя ими устаревшие котлы, работающие на традиционных видах топлива. Старые модели тепловых насосов постоянно подвергаются модернизации и небольшим переделкам, что каждый раз приводит к еще большей экономии.

К 1980-му году в США насчитывалось около 3 миллионов работающих тепловых насосов, в Японии — свыше полумиллиона, в Европейских странах — 150 тысяч и их число продолжало неуклонно расти. К 1993 году в странах западной Европы постоянно использовалось уже более 12 миллионов тепловых насосов. И сегодня во всем мире все больше людей выбирают геотермальное отопление, как более долговечную и рентабельную систему.

Система геотермального отопления состоит из теплового насоса и магистралей. Последние прокладываются под землей (в грунте или скважинах) либо по дну водоемов.

Виды геотермальных отопительных систем

Трубы геотермальной отопительной системы могут быть проложены под грунтом, по дну водоема и внутри скважины. В связи с этим выделяют геотермальное отопление с горизонтальным, водоемным и вертикальным контурами.

В первом случае магистрали укладываются в землю на глубину ниже промерзания почвы (она зависит от климатических особенностей региона). При этом требуется достаточно большая площадь. Так, для обогрева помещения в 200 квадратных метров, нужен участок размером 500 квадратных метров.

Второй вариант – магистрали, прокладываемые по дну водоема. Считается, что это самый экономически выгодный способ прокладки геотермального отопления, так как меньше первоначальные вложения и больше эффективность. Но озера и реки глубиной более 2 метров есть далеко не везде.

Третий вид геотермальных отопительных систем, напротив, очень дорогостоящий. Бурение скважин, для которого необходима специальная техника, стоит недешево. А скважину нужно пробурить минимум на 30 метров (в зависимости от рельефа). Зато не требуется много места, а значит, возможно использование геотермального отепления как для уже построенных домов, так и для зданий, расположенных на небольших участках. 

Особенности геотермального теплоснабжения затрудняющие его широкое развитие — относительно низкая энтальпия теплоносителя, снижающая возможность его транспортировки; рассредоточенность и отдаленность геотермальных месторождений от потребителей; снижение дебита скважины при интенсивной эксплуатации и отсутствии закачки отработанной воды в пласт; зарастание скважин и интенсивное накипеобразование в системах при высокой минерализации геотермальных вод; интенсивная коррозия металлических трубопроводов и оборудования вследствие насыщенности геотермальных вод агрессивными газами; вредное воздействие на окружающую среду сбросных термальных вод.

зеленое строительство  гринреволюция пассивный дом