Своими руками: что и как
Если уж и монтировать геотермальное отопление своими руками, то внешний контур лучше все-таки купить в готовом виде. Конечно, мы рассматриваем лишь способы горизонтального расположения внешнего теплообменника: под поверхностью почвы или под водой.
Скважинный вертикальный коллектор смонтировать самостоятельно гораздо сложнее, если вы не обладаете оборудованием и навыками бурения.
Тепловой насос – не слишком габаритное оборудование. В вашем доме он не займет много места. Ведь по размеру он сопоставим, например, с обычным твердотопливным котлом. Подключить к нему внутренний контур вашего дома – задача несложная.
Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации и разводке отопления с использованием традиционных источников тепла. Главная трудность – устройство внешнего контура.
Такое расположение дома относительно пруда встречается чаще. Главное, чтобы водоём был не дальше, чем в 100 метрах от коттеджа
Лучшим вариантом будет использование водоёма, если такой найдется на расстоянии не более 100 м. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 кв. м, а глубина – 3 м (средний параметр промерзания). Если этот водоём вам не принадлежит, то проблемой может стать получение разрешения на его использование.
Если же водоём – это пруд, который находится у вас в собственности, то дело упрощается. Воду из пруда можно временно откачать. Тогда работы на его дне можно будет выполнять легко: нужно будет уложить трубы по спирали, закрепив их в этом положении.
Земляные работы понадобятся только для рытья траншеи, которая нужна будет для присоединения внешнего контура к тепловому насосу.
После выполнения всех работ, пруд может быть снова заполнен водой. В ближайшие лет сто внешний теплообменник должен работать исправно и не доставлять хлопот его владельцу.
Если в вашем распоряжении оказался земельный участок, на котором вам только предстоит возводить жильё и растить сад, имеет смысл распланировать горизонтальный теплообменник грунтового типа.
Для этого следует сделать предварительный расчет площади будущего коллектора, исходя из параметров, которые уже указаны выше: 250-300 кв. м коллектора на 100 кв. м отапливаемой площади дома.
Если вам достался участок без строений и растительности, которую бы хотелось сохранить, грунт при сооружении внешнего горизонтального почвенного контура можно просто снять: это легче, чем выкапывать траншеи
Траншеи, в которые предстоит укладывать трубы контура, нужно выкапывать ниже уровня промерзания почвы.
А ещё лучше – просто снять грунт на глубину его промерзания, уложить трубы, а после вернуть грунт на место. Работа трудоёмкая, сложная, но, имея большое желание и целеустремленность, вы сможете её выполнить.
Тепло из земли
Большинство систем геотермального отопления получает тепло из земли, накопленное там за период тёплого времени. Для этого трубы, в которых циркулирует низкокипящий теплоноситель, заглубляют в грунт.
При наличии свободной площади на участке применяется горизонтальная укладка, в противном случае внешний контур погружается в вертикально пробуренные скважины.
Горизонтальная укладка
При устройстве горизонтального контура, необходимо учесть глубину промерзания почвы. Для большей части европейской России, Южного и Среднего Урала, части юга Сибири, а также Приморского края эти показатели не превышают 2–2,5 метров. Как правило – эта глубина составляет 0,6–1 метр.
Труба под внешний теплоноситель укладывается в предварительно прорытые траншеи, глубиной 1,5–2,0 метра. К концу холодного сезона температура там не опускается ниже +1– -1°C, что вполне достаточно для образования перепада в 4–5°C.
Это позволяет поддерживать комфортный климат в помещении со значениями 20–25°C. Средняя длина труб составляет около 500 метров и её длины хватает для отопления дома площадью 250–350м².
Расчёт необходимых потребностей в размерах коллектора осуществляется из соотношения 20–25Вт с одного метра трубы. Зная полезную тепловую мощность можно определить длину заглубленного контура. Для вышеприведённого примера, с учётом коэффициентов теплопередачи, размеры трубы составят не менее 300–350 метров.
Объём земляных работ значителен, поэтому целесообразно воспользоваться услугами стороннего траншеекопателя. В случае перекрещивания коллектора со сточной системой, последнюю можно углубить на 30–50 см ниже, нежели основная траншея.
С целью повышения эффективности системы отопления и нехваткой свободной площади устраиваются многоуровневые контуры. То есть применяются несколько рядов, расположенных по высоте на 70–100см друг от друга.
Вертикальная укладка
Такая система используется при ограниченных свободных площадях, но она более эффективна, нежели горизонтальная система. Впрочем, все полезные результаты могут быть сведены на нет более дорогим монтажом. Система может использовать погружные зонды или водозаборные скважины.
Зонды
В грунте выполняются две или более вертикальные скважины, в которые опускаются внешние контуры, — по одной трубе течёт отработанный теплоноситель, по другой, — подогретый теплом земли. Глубина скважин может достигать 40–70 метров.
Эффективный отбор тепла достигает в среднем около 50–55Вт, что почти в 2 раза больше по сравнению с горизонтальным контуром. Но конструкция коллекторов более сложна, например, применяется коаксиальная труба, — это одно изделие меньшего диаметра находится внутри другого.
Необходимо соблюдать герметичность. Все трубы требуется теплоизолировать, система обрастает различной арматурой.
Скважины
В этом случае используется забор тепла от подземных вод, что значительно повышает тепловую эффективность системы отопления. Это происходит благодаря более высокой температуре влаги и значительному коэффициенту теплообмена.
При такой системе геотермального отопления необходимы минимум две скважины, — одна – заборная, другая – сбросовая. Понадобятся скважинные насосы, и, соответственно, дополнительная энергия для их питания. Кроме этого, с целью предотвращения замораживания воды, целесообразно использовать предохранительный теплообменник.
При выборе этого способа понадобится периодически, — один раз по истечении сезона менять рабочие скважины местами. Для этих целей необходимо запастись ещё одним скважинным насосом.oes here
Большой плюс этой системы – минимальное количество земляных работ и большая теплоотдача.
Повысить эффективную отдачу тепла можно применив солнечные коллекторы, которые нагреваясь в солнечную погоду, могут передавать дополнительное тепловую энергию для нагрева грунта.
Классификация по конструкционному типу
Принцип работы геотермального отопления схож с принципом работы кондиционера или холодильника. Основным элементом является тепловой насос, включенный в два контура.
Принцип работы геотермального (теплового) насоса
Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из труб и радиаторов. Внешний – внушительных размеров теплообменник, находящийся под землей или толщей воды. Внутри него может циркулировать как специальная жидкость с антифризом, так и обычная вода. Теплоноситель принимает на себя температуру среды и «подогретый» поступает в тепловой насос, аккумулированное тепло передается внутреннему контуру. Таким образом происходит нагрев воды в трубах и радиаторах.
Геотермальный (тепловой) насос – ключевой элемент системы. Это компактный агрегат, занимает места не больше, чем привычная нашему взгляду стиральная машина. Если говорить о производительности, то на каждый 1 кВт потребленной электроэнергии, насос «выдает» до 4-5 кВт тепловой энергии. В то время как обычный кондиционер, который имеет схожий принцип работы, на 1 кВт затраченной электроэнергии «ответит» 1 кВт тепловой.
Схема устройства геотермального отопления в частном доме
Надо признать, что устройство этого вида отопления является самым дорогим и трудоемким на сегодняшний день. Львиную долю его стоимости составляет покупка оборудования и, конечно, земляные работы. Естественно, что бережливый хозяин задумывается, а нельзя ли сэкономить, например, на монтаже и сделать геотермальное отопление своими руками? Для того, чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться, какие же системы применяют чаще всего и уяснить особенности их устройства.
Горизонтальный теплообменник
Довольно часто используют горизонтальный контур, при устройстве которого трубы укладывают в траншеи на глубину большую, чем уровень промерзания почвы в данной местности.
Недостаток системы геотермального отопления с горизонтальным контуром — большая площадь, занимаемая коллектором
Недостаток – территория, занимаемая контуром, должна быть намного больше самого дома, так, для отопления здания площадью в 250 м², под трубы «уйдет» около 600 м². Не каждый застройщик может позволить себе подобную роскошь.
К тому же возникают неудобства, если участок уже облагорожен, приходится соблюдать, например, расстояние от деревьев (1,5 м) и многие другие нюансы.
Вертикальный теплообменник
Более компактный, но и более дорогой вариант – вертикальный теплообменник. Для его установки не потребуется большая площадь, но зато потребуется специальное бурильное оборудование.
Монтаж вертикального теплообменника требует использования специального бурильного оборудования
Глубина скважины, в зависимости от технологии, может достигать 50-200 м, зато срок ее службы до 100 лет. Особенно актуален этот способ, когда планируют геотермальное отопление загородного дома с обустроенной прилегающей территорией, он позволяет сохранить ландшафт практически в первозданном виде.
Водоразмещенный теплообменник
Наиболее экономичная геотермальная установка использует тепловую энергию воды. Ее рекомендуют, если расстояние до ближайшего водоема не превышает 100 м.
Водоразмещенный теплообменник является наиболее выгодным и следовательно более целесообразным для устройства
Контур из труб в виде спирали укладывают на дно, глубина залегания должна быть меньше 2,5-3 м, то есть глубже зоны промерзания. Площадь водоема – от 200 м². Главный плюс – нет необходимости выполнять трудоемкие земляные работы, но необходимо получить разрешение специальных служб. Затратив значительные средства на дорогостоящее оборудование, не стоит экономить на качественном монтаже. Ведь именно от него будет зависеть качество и эффективность всей системы.
Как видим, смонтировать геотермальное отопление дома своими руками не так уж просто. Из всех перечисленных видов, пожалуй, только последний вариант будет достаточно просто воплотить в жизнь самостоятельно. Но даже в этом случае стоит взвесить, все «за» и «против».
Установка своими руками
Прежде чем решиться на подобный шаг, нужно сопоставить возможности с объёмом и сложностью всех необходимых работ для установки геотермальной системы.
Расчет стоимости
Расчёт стоимости устройства геотермальной системы вычисляется относительно:
- приобретения теплового насоса определённой мощности;
- цены всего трубопровода, в соответствии с мощностью насоса;
- производства сопутствующих земельных работ (бурение скважин, выкапывание траншей), а также стоимости работ по прокладке сетей;
- установки и подключения теплового насоса.
Фото 1. Геотермальный тепловой насос модели Vitocal 300-W Pro с электроприводом для отопления, производитель — «Viessmann».
Расчёт включает и покупку теплового насоса, цена которого различается в зависимости от мощности и производителя.
Модели мощностью в районе 4—5 кВт будут оцениваться в 3—7 тыс. у. е. Прибор мощностью 5—10 кВт стоит 4—8 тыс. у. е. За 10—15 кВт — 5—10 тыс. у. е.
Размещение коллектора
Существует подразделение по способу установки внешнего контура (коллектора). В грунте он может размещаться вертикально или горизонтально. В грунте водоёма — горизонтально. Для каждого из этих случаев имеются свои преимущества и недостатки.
Вертикальный тип
При построении установки вертикального типа присутствует необходимость бурения скважин глубиной 50—200 метров. То есть — до слоя, имеющего повышенную температуру. Одна из шахт, которую называют дебетовой, служит для забора тепла.
Теплоноситель в ней поднимается, благодаря работе насоса, затем происходит подача в трубы и радиаторы внутреннего контура.
Возвращаясь, после прохождения всего цикла, теплоноситель сбрасывается через другую шахту обратно, к подземным слоям.
Считается, что срок эксплуатации такой установки — около сотни лет.
При устройстве коллектора вертикального типа с двумя шахтами эффективность его применения для обогрева частного дома снижается, так как для обеспечения работы циркулярного насоса потребуется значительное количество электроэнергии. Это является подходящим вариантом для устройства системы «тёплый пол».
При более экономичном кластерном методе, количество скважин увеличивается, но их глубина уменьшается.
Для вертикальной установки существует и вариант, который предусматривает укрепление ёмкости (бака), содержащей антифриз, на глубине 100 м. Непрерывное движение этой жидкости, нагревающейся от грунта, обеспечивает тепловой насос.
Если не рассматривать вариант бурения скважин для вертикальной конструкции, который требует навыков и оборудования, то работы можно провести самостоятельно.
Теплообменник горизонтального расположения
Для устройства теплообменника горизонтального расположения (типа) понадобится немного усилий, но и тепловая отдача в этом случае будет меньше. Потребуется проведение земляных работ, чтобы соорудить котлован ниже отметки промерзания грунта. В выкопанные траншеи укладывается трубопровод внешнего контура, а впоследствии вся конструкция вновь засыпается землёй.
Температура грунтового слоя будет гораздо ниже, а длина больше, чем при использовании теплообменника вертикального типа. Площадь примерно вдвое превышает помещение, которое предстоит отапливать.
По такому же принципу происходит устройство системы в подводном грунтовом слое водоёма.
Крайне желательно, чтобы площадь самого водоёма была более 200 кв. м., а расстояние от него до отапливаемого здания не превышало 100 м.
Требуется как минимум 1 м толщи воды от замерзающей водной поверхности. Кроме того, необходимо разрешение специальных служб, если водоём не является вашей собственностью.
Внимание! Некоторые специалисты предостерегают от проведения всех работ «своими руками». По их уверениям, подобные действия могут обернуться частичной или полной порчей оборудования
Как работает тепловой насос
Внешне он напоминает небольшой холодильник, среди основных элементов которого стоит выделить:
- ЭРВ: устройство дросселирующее фреон. Жидкий охлажденный хладагент под высоким давлением впрыскивается в испаритель с низким давлением.
- Испаритель. Здесь хладагент испаряется и холодный газ поглощает окружающее тепло.
- Компрессор, в котором нагнетается давление, благодаря чему газ разогревается до +70 градусов.
- Конденсатор: сюда подается горячий газообразный фреон из компрессора, чтобы, конденсируясь и отдавая тепло снова, превратиться в жидкость. Через стенки конденсатора осуществляется теплообмен фреона и теплоносителя, циркулирующего в системе отопления здания.
Уникальность теплового насоса (ТН) в том, что он в жаркое время года может работать, как система охлаждения. Наиболее эффективно использовать это устройство с низкотемпературной системой отопления, теплыми полами либо фанкойлами. При выборе насоса стоит учитывать нижеследующие параметры:
- СОР. Аббревиатура принята во многих странах мира и указывает на рентабельность ТН. Например, СОР 4 означает, что на 1 кВт потребляемого электричества вырабатывается 4 кВт тепловой энергии. Следует заметить, что СОР теплового насоса будет максимальным в случае, когда разница между низкопотенциальным источником и теплоносителем в системе отопления не будет превышать 40 градусов.
- Контроллер. Наличие в составе ТН встроенного контроллера и автоматики управления устройством, говорит о том, что все собрано и протестировано на заводе изготовителе.
- Компрессор. Современные холодильные системы все больше переходят на инверторные модели с частотным регулированием мощности.
- Русификация. На первом этапе пользовательского освоения ТН, меню на русском языке сильно облегчает задачи по управлению и программированию устройства.
Варианты обустройства геотермального отопления
Способы обустройства внешнего контура
Для того, чтобы энергия земли для отопления дома была использована максимально – нужно правильно выбрать схему внешнего контура. По сути, источником тепловой энергии может быть любая среда – подземная, водяная или воздушная
Но при этом важно учитывать сезонные изменения погодных условий, о чем говорилось выше
В настоящее время распространены два вида систем, которые эффективно используются для отопления дома за счет тепла земли – горизонтальная и вертикальная. Ключевым фактором выбора является площадь земельного участка. От этого зависит схема расположения труб для отопления дома энергией земли.
Кроме него учитываются такие факторы:
- Состав грунта. В скалистых и суглинке сложно делать вертикальные стволы для прокладки магистралей;
- Уровень промерзания почвы. Он определит оптимальную глубину залегания труб;
- Расположение подземных вод. Чем они выше – тем лучше для геотермального отопления. В таком случае температура с изменением глубины будет повышаться, что является оптимальным условием для отопления за счет энергии земли.
Также нужно знать и о возможности обратной передачи энергии в летний период. Тогда отопление частного дома от земли не будет функционировать, а избыток тепла будет переходить от дома в почву. По такому же принципу работают все холодильные системы. Но для этого необходимо установить дополнительное оборудование.
Нельзя планировать установку внешнего контура в отдалении от дома. Это увеличит тепловые потери в отоплении из недр земли.
Горизонтальная схема геотермального отопления
Горизонтальное расположение наружных труб
Самый распространенный способ установки наружных магистралей. Он удобен простотой монтажа и возможностью относительно быстрой замены неисправных участков трубопровода.
Для установки по этой схеме используется коллекторная система. Для этого делается несколько контуров, расположенных на минимальном удалении в 0,3 м друг от друга. Они соединяются с помощью коллектора, который подает теплоноситель далее в тепловой насос. Это обеспечит максимальное поступление энергии в отопление от тепла земли.
Но при этом нужно учитывать ряд важных нюансов:
- Большая площадь приусадебного участка. Для дома около 150 м² она должна быть не менее 300 м²;
- Трубы в обязательном порядке уславливаются на глубину ниже уровня промерзания почвы;
- При возможном движении почвы во время весенних паводков увеличивается вероятность смещения магистралей.
Определяющим преимуществом отопления от тепла земли горизонтального типа является возможность самостоятельного обустройства. В большинстве случаев для этого не понадобится привлечение спецтехники.
Для максимальной передачи тепла нужно использовать трубы с высоким показателем теплопроводности — тонкостенные полимерные. Но при этом следует продумать способы утепления труб отопления в земле.
Вертикальная схема геотермального отопления
Вертикальная геотермальная система
Это более трудоемкий способ организации отопления частного дома от земли. Трубопроводы располагаются вертикально, в специальных скважинах
Важно знать, что подобная схема намного эффективнее, чем вертикальная
Ее основное преимущество заключается в увеличении степени нагрева воды во внешнем контуре. Т.е. чем глубже расположены трубы – тем больше количество тепла земли для отопления дома поступит в систему. Еще одним фактором является небольшая площадь земельного участка. В некоторых случаях выполняется обустройство наружного контура геотермального отопления еще до строительства дома в непосредственной близости от фундамента.
С какими трудностями можно столкнуться при получении энергии земли для отопления дома по этой схеме?
- Количественное в качественное. Для вертикального расположения длина магистралей значительно выше. Она компенсируется большей температурой почвы. Для этого нужно делать скважины глубиной до 50 м. что является трудоемкой работой;
- Состав почвы. Для скального грунта необходимо применить специальные буровые машины. В суглинке для предотвращения осыпания скважины монтируют защитную оболочку из ж/б или толстостенного пластика;
- При возникновении неполадок или потере герметичности усложняется процесс ремонта. В этом случае возможны долговременные сбои в работе отопление дома за тепловой энергии земли.
Но невзирая на большие первичные затраты и трудоемкость монтажа, вертикальное расположение магистралей является оптимальным. Специалисты советуют применять именно такую схему установки.
Для циркуляции теплоносителя в наружном контуре в вертикальной системе нужны мощные циркуляционные насосы.
Схемы построения системы отопления
Несмотря на всю простоту системы, устройство геотермального отопления для загородного дома – довольно дорогостоящий и трудоемкий процесс.
Связано это не столько с дороговизной теплового насоса, сколько с масштабами внешнего контура: в среднем его площадь должна превышать отапливаемую площадь в 2,5 раза. Располагают внешний контур одним из трех способов:
Горизонтально в грунте
Трубы контура располагают под поверхностью земли ниже глубины промерзания.
При отоплении дома площадью в 200 кв. м для горизонтального размещения внешнего контура понадобится участок земли площадью 500 кв. м.
Недостатки такого способа очевидны: придется изрыть солидный участок земли, полностью уничтожив расположенный на нем ландшафт.
Если на участке растут деревья, задача усложняется: трубы контура в плане должны находиться не ближе 1,5 м от дерева.
Все работы по горизонтальному размещению внешнего контура в грунте можно выполнить самостоятельно, и это главное преимущества данного способа. Процесс относительно прост, хотя и трудоемок: рытье траншей, сваривание и укладка труб.
Горизонтальная укладка на дне водоема
Если поблизости от вашего дома имеется водоем, можно обойтись без земляных работ, сохранив существующее благоустройство участка возле дома. Требования к водоему таковы: он должен располагаться не далее, чем на 100 м от дома, и иметь площадь не меньше, чем 200 кв. м.
Если вы не являетесь его владельцем, то, скорее всего, понадобится разрешение местных властей на размещение в водоеме внешнего контура вашей геотермальной системы.
Оптимальная глубина, на которой следует располагать трубы, составляет 2,2-2,5 м.
Разместить внешний контур в водоеме также можно самостоятельно, такая работа не требует особого опыта или высокой квалификации. Если есть возможность на время монтажа спустить из водоема воду, задача потребует еще меньше усилий.
Вертикальное размещение в грунте
В этом случае для размещения внешнего контура строится скважина. И само строительство, и монтаж в скважине труб контура потребует привлечения специалистов и бурильного оборудования. Зато все существующие насаждения и элементы благоустройства остаются нетронутыми.
Вдобавок, размещение контура в скважине делает отопительную систему более эффективной, ведь грунт на больших глубинах (глубина скважины составляет от 50 до 200 м) круглогодично сохраняет постоянную температуру в 10-12 градусов.
Дополнительное преимущество – длительный срок службы скважины, который может составлять 100 лет.
Существует еще одна разновидность геотермальной системы отопления загородного дома, которая называется открытой. Внешний контур в ней отсутствует, а роль теплоносителя играет вода, которая закачивается в тепловой насос из артезианской скважины.
Для сброса воды на ту же глубину строится вторая скважина. Часть артезианской воды может использоваться для водоснабжения дома, поэтому данная разновидность геотермального отопления более распространена в тех регионах, где отсутствует централизованная подача воды.
