Тепло из земли для отопления дома: источники энергии, достоинства и недостатки

Энергия земли для отопления дома

 

В последнее время все большую популярность приобретают альтернативные источники тепла и света, которые можно использовать для обогрева дома. Одним из них является отопление от земли, или так называемое геотермальное отопление.

Принцип получения энергии из грунта.

Для него используется энергия, источником которой может быть воздух, грунт, водные объекты, скальные породы или иной источник с температурой не ниже 1°С, к которому есть доступ в зимнее время года.

Принцип работы отопления дома теплом земли

В ХІХ веке британский физик Уильям Томсон придумал устройство, которое назвал умножителем тепла. Он стал прообразом современных геотермальных установок – тепловых насосов, которые преобразуют низкопотенциальную энергию земли в высокопотенциальную.

Всем известно, что даже в очень сильные морозы земля промерзает лишь на определенную глубину. Ниже уровня промерзания температура грунта составляет 3-5°С, геотермальные системы отопления используют именно это тепло. Их принцип работы достаточно прост:

С удешевлением технологий, получение геотермального тепла может позволить себе практически каждый домовладелец.

1. Через систему труб, находящихся в земле, забирается природное тепло. Для этого трубопровод наполняется веществом, которое способно поглощать минимальную положительную температуру.
2. Теплоноситель, проходя через тепловой насос, поступает в теплообменник, который называют испарителем, и отдает природное тепло внутреннему контуру насоса, заполненному хладоагентом с низкой температурой кипения.
3. Проходя через испаритель, жидкость переходит в газообразное состояние и попадает в компрессор, с помощью которого происходит сжимание газа до высокого давления и повышение температуры.
4. Нагретый газ поступает в конденсатор для теплообмена с теплоносителем системы отопления жилого дома.
5. Отдав свое тепло, хладагент снова преобразуется в жидкость, проходит через редукционный клапан, снижающий давление и попадает в испаритель.

Источники тепла для внешнего контура

Схема и принцип работы глубинного теплового насоса.

Для устройства отопления дома теплом земли, может использоваться энергия нескольких источников:

• грунта;
• скальных пород;
• воды;
• воздуха.

Использование энергии грунта предусматривает устройство трубопровода из пластиковых труб диаметром 35-40 мм. Его необходимо закладывать на глубину не менее 2 м, причем расстояние между трубками не должно превышать 1 м. Если не соблюдать эти условия, может возникнуть эффект выхолаживания участка на котором заложен внешний контур системы отопления, что приведет к отсутствию на нем растительности и другим негативным явлениям. Наиболее подходящими считаются влажные грунты с высоким уровнем грунтовых вод. Устройство внешнего контура в сухом грунте требует увеличения длины труб. Необходимую длину трубопровода можно просто рассчитать, зная, что на 1 м трубопровода приходится 20-30 Вт тепловой энергии.

В скальных породах для установки трубопровода необходимо бурить скважины. Их глубина зависит от необходимой производительности теплового насоса. Например, исходя из того, что 1 м скважины дает около 50-55 Вт тепловой энергии, можно рассчитать, что для насоса в 10 кВт необходима скважина глубиной 200-180 м. Бурение одной глубокой скважины обходится слишком дорого, поэтому ее можно заменить несколькими менее глубокими, суммарная длина которых будет равняться общей расчетной глубине.

В качестве источника тепловой энергии подходят достаточно большие водные объекты с проточной водой. Контур из труб укладывают на дно, где всегда положительная температура, а для предотвращения его всплывания предусматривается установка на каждый погонный м не менее 5 кг груза. На 1 м такого контура приходится примерно 30 Вт тепловой мощности.

Использование воздуха в качестве источника тепловой энергии целесообразно только в относительно теплом климате. Такая система работает эффективно только в том случае, если температура воздуха не ниже -10°С. При более низких температурах используют дополнительный обогрев электрическими тэнами, что приводит к значительным расходам.

Достоинства и недостатки геотермального отопления

Системы отопления дома с помощью тепла земли, несмотря на необходимость значительных финансовых вложений, имеют много преимуществ:

• хорошая экономичность;
• при работе тепловых насосов нет шумового фона, что позволяет устанавливать их вблизи жилых помещений;
• компактность тепловых насосов;
• высокий КПД, составляющий около 500%, даже с учетом того, что для работы насосов используется электроэнергия;
• отсутствие вредных выбросов обеспечивает высокую экологичность системы отопления энергией земли;
• возможность использовать отопительную систему для кондиционирования дома в летнее время;
• система отопления не требует специального обслуживания, так как полностью автоматизирована;
• не требует специальных помещений для устройства котельной или для хранения топлива;
• длительный строк эксплуатации, составляющий 40-50 лет.

К недостаткам этого вида альтернативного отопления можно отнести:

• большие затраты на обустройство геотермальной системы;
• недостаточную автономность из-за необходимости использовать электроэнергию для работы насосов;
• в большинстве случаев используется совокупно с другими обогревателями;
• работы по монтажу, настройке и обслуживанию системы должны выполняться только с помощью квалифицированных специалистов.

Альтернативные источники энергии позволят значительно снизить расходы на обогрев, сделав дом эргономичным. Несмотря на то что строк окупаемости геотермальной системы отопления может составлять 10-15 лет, в будущем она поможет сэкономить значительные средства из семейного бюджета.