Геотермальне опалення будинку своїми руками: принцип роботи, особливості монтажу і рекомендації

При всіх плюсах альтернативних джерел енергії, технічна реалізація обслуговуючої їх інфраструктури як і раніше залишається головною перешкодою для масового поширення технологій безкоштовного енергопостачання. Засоби акумуляції та доставки ресурсів виправдовують себе в основному при здійсненні великих проектів, що працюють з великими обсягами палива, електроенергії або тепла. У цьому відношенні виділяється геотермальне опалення, яке найменш вимоглива до техніко-експлуатаційної системі, що дозволяє організовувати своїми силами в умовах приватного домоволодіння.

Принцип дії системи

Використання теплової геотермальної енергії можливо завдяки природному та постійному прогріву внутрішніх пластів земної кори магмою. Ступінь генерації тепла настільки висока, що прийнятну для акумуляції температуру близько 45-50 °C перетворять навіть в холодних регіонах з промерзаемым грунтом на допустимих для буріння глибинах. Іншими словами, головне завдання системи полягає в доставці теплової енергії безпосередньо до місця споживання. Основний принцип роботи геотермального опалення будується на передачі енергії з колекторів і каналів з циркулюючим антифризом.


На першому етапі відбувається акумуляція тепла прямо в надрах землі з допомогою спеціальних елементів з підвищеною теплопередачею. Це колекторні установки, які поглинають тепло, а потім передають його разом з антифризом у вузол розподілу по точках забору і споживання. На цьому етапі в роботу включається насосна станція, яка перетворює і доставляє енергію радіаторів, системі ГВП, котлів та інших агрегатів, які беруть участь в опалювальній інфраструктурі.

Вживане обладнання

Велика частина технічних вузлів – це допоміжні пристрої і пристосування, які обслуговують транспортну мережу передачі тепла. Можна виділити вже згадані колектори, трубні комунікації, а також розширювальний бак на підводці до розподільчої станції, який виконує функцію буфера. Головним функціональним елементів системи є геотермальний насос. Для опалення будинку використовуються перекачувальні агрегати з модулями пасивного охолодження. Наявність подібних запобіжників потрібно як засіб автоматичного регулювання навантажень, які неможливо контролювати вручну при постійній експлуатації системи. За розмірами такі насоси можуть відповідати середнім холодильників, тому з урахуванням обв'язки і сантехнічної арматури з відвідними каналами для цього спочатку устаткування рекомендується організовувати технічні приміщення. В залежності від типу системи, агрегат може виконувати як опалювальну функцію, так і охолоджуючу – за типом кондиціонера. Але у другому випадку доведеться влаштовувати додаткові контури доставки робочої рідини.

Види теплових насосів

Джерелом геотермального теплового випромінювання можуть виступати різні середовища. Так, крім землі, а в самих ефективних і складних системах – разом з нею, також використовується висока температура води і повітря. В залежності від конфігурації розподілу енергії, геотермальний тепловий насос для опалення класифікується на такі види:

Грунт-вода. Найпоширеніша система, яка передбачає використання замкнутих ґрунтових контурів з глибокими зондами в комбінації з водяною системою вироблення тепла.

Вода-вода. Задіюються відкриті свердловини для добування енергії ґрунтових вод, які, втім, теж нагріваються від грунту на великих глибинах.

Вода-повітря. Найскладніша система, в якій бере участь кілька груп акумулюючого обладнання – в тому числі зовнішні радіатори і повітряні панелі, нагріваються в процесі роботи.

Всі перераховані системи об'єднуються однією важливою перевагою перед іншими засобами акумуляції природного енергії. Воно полягає в тому, що геотермальне опалення не перетворює тепло в інший вид енергії (пара, електрика). На завершальному етапі воно використовується споживачами в первісному створеному вигляді.

Організація роботи теплового насоса

В якості основи для агрегату можна використовувати звичайну спліт-систему. Наприклад, установка потужністю близько 1 кВт зможе виробляти 5-6 кВт тепла в залежності від умов експлуатації і якості обв'язки. Зовнішній кондиціонуючий блок необхідно помістити в захисний дерев'яний каркас, забезпечений якісною теплоізоляцією. До нього будуть спрямовані контури доставки антифризу з грунтових акумуляторів. У більш складної конструкції застосовуються каскадні геотермальні теплові насоси для опалення будинку, в яких задіюється кілька компресорів на кожен контур. В принципі, кількість ліній теплопостачання ґрунту (або води з повітрям) нічим не обмежується, як і число прийомних насосів-розподільників. Але важливо враховувати зростаючі навантаження на обладнання. Потужні продуктивні системи на 3-4 контуру можуть вимагати використання трифазної мережі енергозабезпечення на 380 В лише для підтримки автоматичного управління і захисних систем з запобіжниками.

Бурительные заходи

Для організації зв'язку між джерелами забору теплової енергії та насосом потрібні свердловини. У них встановлюються зонди з колекторами – безпосередні приймачі тепла. Буріння доведеться здійснювати за допомогою спецтехніки, так як ручним способом можна розробити лише невелику щілину на 5-7 м. Нормативна ж глибина для повноцінного геотермального опалення варіюється від 20 до 100 м. Що стосується зондів, то для них можна застосувати пластикові труби здатні витримувати тиск близько 6 бар. Для більшої ефективності варто застосувати обв'язку з декількох ліній (3-4), кінці яких з'єднуються U-подібним перехідником. Щоб в умовах сильних заморозків при мінімальній тепловій віддачі труби не потріскалися, буде не зайвим організувати їх контурний підігрів. Для цього слід в серцевину обвязанного каналу протягнути хоча б один електротехнічний провід з можливістю подачі струму.

Установка горизонтальних акумуляторів

Якщо з тих чи інших причин вертикальна свердловинна організація геотермального контуру на ділянці не реалізована, то можна організувати горизонтальний монтаж теплових приймачів. Потрібно майданчик з мінімальними розмірами 15х15 м, з якої знімається шар грунту глибиною 50 див. Далі на ізольованій поверхні укладаються аналоги вищезазначених зондів. Наприклад, горизонтальне геотермальне опалення будинку може бути влаштовано допомогою електротехнічних матів або теплообмінних труб. Конфігурації розташування контурів теж можуть відрізнятися, але фахівці для більшого енергетичного ефекту рекомендують укладати комунікації «змійкою» або спіраллю.

Як підвищити енергоефективність системи?

Готові заводські комплекси хороші тим, що всі їх конструкційні частини і компоненти збалансовані і підлаштовані один під одного за характеристиками. Перевага самостійної організації системи на окремих агрегатах полягає в тому, що кожен контур і робочий вузол можна модернізувати незалежно від загальної інфраструктури. Так, багато хто відмовляється від стандартного теплоаккумулятора, замінюючи його функцію бетонною стяжкою. У цьому випадку геотермальне опалення буде працювати з мінімальними перепадами температур в контурі змішувального бака. Також рекомендується експериментувати з холодоагентом і застосуванням компресорів з «плаваючою» продуктивністю. Правильний розрахунок навантаження з оптимальним розподілом тепла по експлуатуючим контурах дозволить збільшити ефективність системи на 15-20 %, мінімізувавши при цьому витрати на електропостачання.

Переваги геотермальних установок

У порівнянні з традиційними системами опалення з котельним обладнанням, це найбільш чистий в екологічному відношенні спосіб обігріву. До цього ж варто додати високий рівень безпеки на тлі економічного газового обладнання і невисокі вимоги до технічного обслуговування. У плані теплової віддачі геотермальне опалення приватного будинку може бути виправдано, якщо задіюється достатньо площ з охопленням водних або земельних джерел постачання. Будівництво свердловин, колодязів з гідрологічними комунікаціями і застосуванням повітряних теплових акумуляторів дозволить повністю забезпечувати заміський котедж теплом без додаткових обігрівачів.

Недоліки системи

На першому етапі організації геотермальної інфраструктури будуть потрібні істотні витрати – як на обладнання, так і на монтажні роботи. Причому витрати будуть перевершувати кошторис на ті ж котельні станції з повним комплексом пуско-налагоджувальних робіт. Окупність за рахунок низьких витрат на обслуговування займе 5-7 років. Відносять до мінусів геотермального опалення будинку і громіздкість комунікацій. Навіть при раціональному і компактному облаштування вертикальних акумуляторів потрібно прокладка труб до розподільного вузла з перекачувальної станції, для якої також необхідно окреме приміщення.

Висновок

Перед домовласником, який оцінює можливості облаштування різних систем опалення, стоїть непроста задача розрахунку потужностей та технічних ресурсів, які будуть потрібні в процесі експлуатації. Сам принцип геотермального опалення ставить за мету мінімізацію витрат на утримання та обслуговування інфраструктури при підтримці високих параметрів теплопостачання. Але на практиці досягти значних результатів непросто. Для цього потрібен продуманий і якісно складений проект з детальними розрахунками, але найголовніше – це базова наявність оптимальних за характеристиками умов експлуатації геотермального обладнання.