Геотермальне опалення будинку принцип дії і види теплообмінників

Обмеженість запасів природних енергетичних ресурсів змушує людство займатися пошуком альтернативних джерел енергії. Геотермальне опалення будинку - відмінна альтернатива традиційним способам опалення. На підтвердження цього можна навести фактичні дані про широке використання геотермальних систем опалення в Європі і Америці в якості основних джерел тепла.

Трохи історії! Геотермальні системи опалення значно «розширилися» в кінці вісімдесятих років минулого століття переважно на території Америки. На початку солідні інвестиції в монтаж такої установки дозволяли її використовувати тільки заможним людям, а через кілька років ця система сала доступною для американців менш заможних, піднявши значимість геотермальних систем опалення на ринку опалювальної техніки.

У країнах Європи ще два десятки років тому кількість геотермальних установок перевищувало 12 млн. А сьогодні про величину «заселення» геотермальних установок в приватних будинках можна тільки здогадуватися.

Чому так відбувається?

Все дуже просто! Найбільш доступна і зручна система газового опалення зменшує запаси природного палива за гроші з Вашої кишені. А спалювання твердого палива (дров, вугілля, торфу) не тільки незручно, але і супроводжується виділенням шкідливого вуглекислого газу, випадання сажі і смол. А ще необхідно додаткове приміщення для зберігання палива.

Геотермальне опалення заміського дома.Схема

Принцип дії системи

Геотермальні системи опалення мають схожий з холодильником (кондиціонером) принцип дії. Просто рефрижератор холодильника охолоджує повітря, а геотермальний тепловий насос нагріває теплоносій опалювальної системи.

Для обігріву приміщення використовується тепло (енергія) Землі. Тепловий насос, розташований в будинку, забирає енергію у ґрунтових вод або самого грунту, перетворюючи її в тепло. Потім це «тепло» використовується для нагрівання теплоносія самої системи опалення будинку.

В основі принципу дії теплового насоса лежить зворотний цикл Карно, розроблений ще в ХIХ столітті.

«Серцем» такої системи є компресор, який "стискає" і "переносить" тепло. Для цього йому необхідний зовнішній джерело енергії - електрична мережа.

У компанії з компресорів у внутрішньому контурі теплового насоса працюють: конденсатор, випарник і дросельний клапан.

Тепловий насос працює так:

• Теплозаборний колектор заповнюється незамерзаючої рідиною (гліколева суміш, суміш води і спирту або солона вода), яка буде транспортувати «підземне» або «підводне» тепло до насоса.
• Ця теплова енергія в випарнику передається холодоагенту з дуже низькою температурою кипіння, що призводить до його різкого закипання і випаровування (перетворення в пар).
• Працюючий компресор підвищує тиск цього пара, що відповідно призводить до підвищення його температури.
• У конденсаторі холодоагент охолоджується, передаючи тепло контуру опалення будинку, і конденсується.
• Через дросельний клапан холодоагент потрапляє назад в компресор, і цикл повторюється знову ...

Тепловий насос ще можна назвати іншими словами «вивернутий навиворіт« холодильник. Адже в холодильнику холодоагент нагрівається за рахунок тепла, поміщених в нього (холодильник) продуктів, і через систему трубок виводиться на задню стінку. нагріваючи повітря поза холодильником.

А в разі теплового насоса це виділяється тепло нагріває теплоносій в системі опалення самого будинку. Як опалювальні прилади в таких системах опалення найчастіше і ефективніше використовуються «теплі підлоги».

Зауважте! При наявності якісного і правильно розрахованого «теплозаборного» контуру при споживанні 1 кВт електроенергії тепловий насос здатний віддати в систему до 5 кВт теплової енергії!

Види теплообмінників геотермальних систем опалення

горизонтальний теплообмінник

Горизонтальний теплообмінник геотермальної системи опалення

Труби горизонтального контуру укладають на глибину перевищує товщину шару промерзання ґрунту.

Укладання горизонтального теплообмінника

Укладання горизонтального теплообмінника в траншеї

Такий варіант теплового контуру оптимальний, коли є велика площа присадибної ділянки без садових насаджень (дерев). Прокладка труби контуру не допускається на відстані менше 1,5 м від крони дерева.

При опаленні будинку в 250 м 2 знадобиться площа в 600 м 2 для розміщення теплообмінного контуру. А така площа не завжди доступна. Особливо в густонаселених котеджних містечках.

Цей фактор можна назвати недоліком такого типу теплообмінника.

вертикальний теплообмінник

Вертикальний теплообмінник геотермальної системи опалення

Вертикальний теплообмінник - розкіш, яку, можливо, зможе дозволити собі не кожен забудовник. Для «облаштування» такого теплообмінника знадобиться спеціальне бурильне обладнання.

Контур теплообмінника опускається в свердловину глибиною 50-200 м. Для збільшення теплової потужності використовують кілька таких свердловин, трубопроводи яких з'єднані через спеціальні колекторні вузли.

Перевагою організації такої системи контуру теплообмінника можна назвати можливість робіт на облаштованій території - такий спосіб не зашкодить існуючий ландшафт.

Теплообмінник, розміщений в воді

Цей варіант найбільш економічний у монтажі - немає необхідності виконувати землекопних роботи, але вимагає наявності водойми площею не менше 200 м 2 на відстані не більше 100 м від будинку. Труби контуру укладають на глибину, більшу глибини промерзання (не менше 2-3 м) на дно.

Елемент конструкції горизонтального теплового насоса

Переваги та недоліки геотермальних систем опалення

Одним з найбільш вагомих переваг геотермальних систем опалення хочемо виділити його екологічну безпеку для Вашої оселі. Адже процес нормальної роботи теплового насоса не супроводжується якими-небудь шкідливими викидами в атмосферу. А відсутність горючих речовин в паливному насосі при наявності справної електропроводки фактично зводить нанівець ризик займання.

Відсутність палива - це і відсутність витрат на його доставку і зберігання.

Низьке споживання електроенергії при порівняно високій тепловіддачі (з 1 кВт електроенергії до 5 кВт теплової енергії) ще один важливий (або найважливіший) фактор, що визначає вибір геотермальної системи опалення заміського будинку.

Автономність геотермальної системи опалення звільняє вас від необхідності стежити за нею і обслуговувати.

Важливим функціональним перевагою геотермальної системи опалення є її здатність працювати як кондиціонер в жарку погоду. У такому режимі відбувається все навпаки: тепло з приміщення прогріває холодоагент, який передає його зовнішньому тепловому колектору.

Недоліком такої системи є складність її монтажу і відповідно висока вартість, як монтажних робіт, так і самого обладнання.

Геотермальна система опалення є найдорожчою в монтажі та придбанні устаткування.

В цьому випадку можна заощадити кошти на самостійній установці цієї системи, але необхідно приділити значну увагу розрахунками і консультацій з «профі».

Використання бівалентної схеми опалення

Бівалентна система має на увазі паралельне використання двох джерел тепла в пікові навантаження (при низьких температурах навколишнього середовища).

У такій системі паралельно до теплового насосу підключається додатковий котел, наприклад, електрокотел. Його використовують при необхідності використання інтенсивного режиму опалення при низьких температурах навколишнього середовища.

Якщо «морозних» днів в році в регіоні Вашого проживання невелике, то наявність такого «помічника» дозволяє заощадити на потужності теплового насоса, що істотно позначається на його вартості.