553 
Принцип работы геотермальных систем для отопления
Сегодня специалисты различных отраслей знания работают над использованием альтернативных источников тепла, ведь природные ресурсы дорожают день ото дня и, вообще, не бесконечны. Геотермальное отопление дома – это один из вариантов использования такого источника.
Использование внутренней энергии
Геотермальное отопление частного дома — совсем не означает использование вулканического тепла. Просто на глубине больше двадцати метров (конечно, в зависимости от района) температура земли постоянна вне зависимости от сезона и не опускается ниже десяти градусов тепла. Мало того, чем больше глубина, тем выше температура грунта, хотя и на небольшой глубине с невысокой температурой тепловой насос генерирует вполне приемлемое тепло. Поэтому геотермальное отопление для дома эффективно даже в умеренном климате.
Использование солнечной энергии ограничено для средней полосы большим количеством пасмурных дней именно в тот период, когда требуется обогрев помещений. Ветрогенераторы удобны только в степных районах, где нет сложного рельефа и безветренных зон, хотя и в степи сила и направление ветра могут часто меняться. Поэтому геотермальное отопление дома является более стабильным в использовании обогрева жилых небольших зданий.
Оборудование для геотермального отопления
Система геотермального отопления состоит из двух контуров. Внутренний контур – это обычное водяное отопление с трубами, отопительными радиаторами и другими его элементами. Внешний контур представляет собой теплообменник, в котором циркулирует вода или антифриз в качестве теплоносителя отопления.
Тепловой насос в доме
Он находится под землей или в водоеме, поэтому теплоноситель приобретает температуру внешней среды и поступает в геотермальный тепловой насос, на котором замыкаются оба контура, и тепло передается для обогрева дома. Тепловой насос перекачивает подогретый теплоноситель из внешнего контура во внутренний, и, несмотря на то, что является главной составляющей системы отопления от солнца, размеры его не больше стиральной машины.
Движущей энергией для него обычно служит электроэнергия, реже используется природный газ. Эффективность теплового насоса (основной показатель, который рассчитывается для определения модели и мощности агрегата) зависит от соотношения температуры грунта и комфортной температуры во внутреннем контуре системы.
Теплообменник в зависимости от конструкции может состоять из километров сшитых полиэтиленовых труб и к ним запорной арматуры. Но, поскольку он скрывается под землей, то оборудование для геотермального отопления занимает в доме ровно столько же места и имеет такой же вид, как и классическое водяное. По зарубежному опыту, расходы на отопление можно снизить вдвое, если заменить газовую систему отопления на геотермальную.
Принцип работы
Наиболее распространены компрессионные тепловые насосы. В них в качестве привода используется компрессор, как в холодильнике. Принцип работы геотермального теплового насоса заключается в том, что тепло из земли нагревает хладагент, он переходит в газообразное состояние, сильно нагревается при сжимании в компрессоре, отдает тепловую энергию, охлаждается до комнатной температуры и переходит в жидкое состояние. И так по замкнутому циклу.
Фото схемы работы теплового насоса
Эффективность тепловых насосов очень высокая. Эти агрегаты единственные в своем роде, генерирующие в пять раз больше энергии, чем потребляемая ими для бесперебойной работы электроэнергия.
Виды теплообменников
По конструкции геотермальные теплообменники могут быть вертикальные и горизонтальные. Отдельный вид горизонтальных теплообменников – это водоразмещенные.
Вертикальные тепловые насосы для дома более эффективны, так как опускаются на большую глубину, где температура грунта выше. Обычно бурят две или три скважины глубиной до ста пятидесяти метров. Если на такой глубине пролегают термальные грунтовые воды, то мощность коллектора отопления возрастает.
Установка вертикального теплообменника
Они занимают малую площадь, так как диаметр скважин небольшой и не ограничивают ландшафтных решений. Но их существенным минусом является необходимость использовать сложную технику при бурении скважин глубиной более пятидесяти метров (во многих случаях и до двухсот метров), то есть стоимость таких работ очень высока. Утешением может послужить то, что система может работать до ста лет, и потомки, кто знает, будут благодарны за создание такой дешевого в эксплуатации способа отопления.
Горизонтальные теплообменники или коллекторы для отопления используются в регионах, где почва зимой промерзает не более чем на метр-полтора. Горизонтальная укладка труб значительно дешевле, можно не использовать технику вообще, а копать траншеи вручную на глубину не более трех метров.
Горизонтальный теплообменник
Правда, при этом траншеи занимают большую площадь ( для обычного частного дома – примерно двести пятьдесят квадратных метров ), которую нельзя использовать ни под клумбу, ни под посадку деревьев. Чтобы не перемерзали корни растений, их нужно сажать на расстоянии не менее полутора метров от границы траншеи с трубами. Для такого вида теплообменника очень важным показателем является влажность почвы – чем она выше, тем эффективнее геотермальная система.
Если недалеко, не дальше ста метров, от дома, где ставится задача выполнить отопление за счет альтернативных источников, трубы теплообменника можно располагать спиралью прямо на дне. В таком случае не нужны трудоемкие работы по рытью траншей, но необходима разрешительная документация на прокладывание труб в водоеме.
Преимущества применения
Несмотря на то, что стоимость его велика, процесс выполнения трудоемкий и недостаточно изученный, геотермальное отопление для домов постепенно получает распространение из-за явных преимуществ в применении:
- небывалая эффективность, коэффициент полезного действия системы составляет четыреста – пятьсот процентов;
- стабильные характеристики, которые не зависят от температуры окружающей среды в любое время года;
- абсолютная пожаробезопасность;
- не нужно место для хранения топлива;
- возможность не только отопления, но и кондиционирования летом;
- экологическая безопасность, так как их работа не связана с выделением вредных продуктов горения;
- автономное отопление, необходимо только электричество для работы теплового насоса;
- нет финансовых расходов на топливо и обслуживание.
Основное преимущество геотермального отопления являются неисчерпаемые запасы тепловой энергии земных недр, использование которых не влияет на мировой природный баланс.
Опыт использования геотермальных систем отопления в разных сочетаниях показал, что наиболее удачный вариант (отопление должно быть низкотемпературным) — с системами «теплый пол», или фанкойл-чиллер, в которых максимальная температура подачи теплоносителя не более сорока пяти градусов, для наиболее комфортного температурного режима в помещениях.
Распространенность геотермальных систем
Геотермальные системы отопления получают все большее распространение, ведь земные недра – бесконечный и бесплатный источник тепловой энергии. Созданы целые научные учреждения, которые занимаются ими. Специалисты, которые занимаются их монтажом, вносят свои усовершенствования в процесс установки и расчета их параметров.
И, может быть, скоро будут каким-то образом компенсированы недостатки и слабые стороны инновационного способа обогреть свой дом. Уже сейчас, если грамотно рассчитать все параметры геотермальной системы и правильно ее смонтировать, то она окупится примерно за пять лет, а служить при этом может в двадцать раз дольше.
В США и некоторых странах Европы и Прибалтики, на правительственном уровне решаются проблемы перехода на не зависящее от условий рынка, экологически безопасное, не расходующее ценных ресурсов и практически неисчерпаемое тепло земных недр.
