Системи за геотермално отопление на селска къща: особености на обустройството със собствените си ръце

Ние знаем, че геотермията е топлината на Земята, а понятието «геотермален» често се асоциира при нас с вулкани и гейзери. В Русия геотермалната енергетика се използва предимно в промишлен мащаб, например съществуват далекоизточни електроцентрали, работещи на основата на топлината на нашата планета.

Мнозина са убедени, че да направите геотермално отопление на дома със собствени ръце е нещо от областта на фантастиката. Нали така? Но това съвсем не е така! С развитието на съвременните технологии битовото използване на “зелената енергия” стана напълно реално.

Ще разкажем за принципите на работа на алтернативното отопление, неговите предимства и недостатъци, ще го сравним с традиционните системи за отопление. Също така ще научите за начините на разположение на топлообменника и за това как да монтирате геотермално отопление със собствени ръце.

Няколко исторически факта

Когато през 70-те години на миналия век избухна нефтената криза, на Запад възникна остра нужда от алтернативни източници на енергия. Именно по това време започнаха да се създават първите геотермални отоплителни системи.

Днес те са получили широко разпространение в Съединените щати, в Канада и в западноевропейските държави.

Например, в Швеция активно използват водата на Балтийско море, чиято температура е +4°С. В Германия внедряването на геотермални отоплителни системи дори се спонсорира на държавно ниво.

При споменаване на геотермалните енергийни източници ние винаги си представяме долина на гейзери или вулкани, но необходимите ни източници са много по-близо. И те ще ни помогнат да се стоплим през зимата и да се охладим през лятото.

В Русия работят Паужетска, Верхне-Мутновска, Океанска и други геотермални електроцентрали. Но факти за използване на енергията на Земята в нашия частен сектор са много малко.

Реални предимства и недостатъци

Ако в Русия геотермалното отопление на частния сектор е получило сравнително малко разпространение, означава ли това, че идеята не струва разходите за нейното осъществяване? Може би изобщо не си струва да се занимаваме с този въпрос? Оказа се, че това не е така.

Използването на система за геотермално отопление на жилището е изгодно решение. И има няколко причини за това. Сред тях са бързият монтаж на оборудването, което е способно да работи продължително време без прекъсвания.

Ако в отоплителната система се използва не вода, а качествен антифриз, тя няма да замръзне и износването ѝ ще бъде минимално.

Нека изброим и другите предимства на този вид отопление.

• Изключена е процедурата по изгаряне на гориво. Ние създаваме абсолютно пожароустойчива система, която по време на експлоатацията си не може да причини никакви щети на жилището. Освен това се изключват редица други моменти, свързани с наличието на гориво: вече не е необходимо да търсим място за съхранението му, да се занимаваме с неговата подготовка или доставка.
• Съществена икономическа изгода. В процеса на експлоатация на системата не са необходими никакви допълнителни вложения. Годишното отопление се осигурява от силите на природата, които ние не купуваме. Разбира се, при функционирането на термопомпата се изразходва електрическа енергия, но обемът на произведената енергия значително надвишава размерите на потреблението.
• Екологичен фактор. Геотермалното отопление на частна селска къща е екологично безопасно решение. Липсата на процес на горене изключва постъпването на продукти на горене в атмосферата. Ако мнозина осъзнаят това и такава система за топлоснабдяване получи заслужено широко разпространение, негативното влияние на хората върху природата многократно ще намалее.
• Компактност на системата. Няма да се налага да организирате отделно котелно помещение в дома си. Всичко, което ще ви е необходимо, е термопомпа, която може да се постави, например, в мазето. Най-обемният контур на системата ще бъде разположен под земята или под водата; на повърхността на вашия парцел няма да го видите.
• Многофункционалност. Системата може да работи както за отопление през студеното време на годината, така и за охлаждане в периода на лятната жега. Тоест, по същество тя ще ви замени не само отоплителния уред, но и климатика.
• Акустичен комфорт. Термопомпата работи практически безшумно.

Изборът на геотермална отоплителна система е икономически изгоден, независимо че ще трябва да се похарчат средства за закупуване и инсталиране на оборудването.

Между другото, като недостатък на системата се споменават именно разходите, които ще трябва да се направят, за да се инсталира системата и да се подготви за работа. Ще трябва да се закупят самата помпа и някои материали, както и да се извършат работи по монтажа на външния колектор и вътрешния контур.

Не е тайна, че ресурсите поскъпват година след година, затова автономната отоплителна система, която може да се изплати в рамките на няколко години, винаги ще бъде икономически изгодна за нейния собственик.

Впрочем, тези разходи се изплащат само за първите няколко години на експлоатация. Последващото използване на положения в земята или потопения във вода колектор позволява спестяване на значителни средства.

Освен това, самият процес на монтаж не е толкова сложен, че да се налага да се канят външни специалисти за извършването му. Ако не се занимавате със сондаж, всичко останало може да се направи самостоятелно.

Трябва да се отбележи, че някои майстори, в стремежа си да спестят, са се научили да сглобяват геотермална термопомпа сами.

За източниците на геотермално отопление

За геотермално отопление могат да се използват следните източници на земна топлинна енергия:

• високотемпературни;
• нискотемпературни.

Към високотемпературните спадат например термалните източници. Използването им е възможно, но областта на приложение се ограничава до фактическото местоположение на такива източници.

Ако в Исландия този вид енергия се прилага активно, то в Русия термалните води са далеч от населените места. Максимално са концентрирани в Камчатка, където подземната вода се използва като топлоносител и се доставя в системите за горещо водоснабдяване.

За ефективното използване на топлинната енергия на земята не е нужен вулкан. Достатъчно е да се използват онези ресурси, които се намират само на 200 метра от земната повърхност.

За сметка на това, за прилагането на нискотемпературни източници у нас има всички необходими предпоставки. За тази цел подхождат околните въздушни маси, земята или водата.

За извличане на необходимата енергия се използва термопомпа. С нейна помощ се извършва процедурата по преобразуване на температурата на околната среда в топлинна енергия не само за отопление, но и за горещо водоснабдяване на частно домакинство.

Принцип на работа на такова отопление

Ако сте запознати с това как работи климатик или хладилник, то приликата на тези процеси с принципа на функциониране на геотермалното отопление е очевидна. Основата на системата е термопомпа, която се включва в два контура – външен и вътрешен.

За да се организира традиционна отоплителна система във всеки дом, е необходимо да се монтират в него тръби за транспортиране на топлоносителя, и радиатори, при нагряването на които топлината ще постъпва в помещенията. В нашия случай тръбите и радиаторите също са необходими. Те образуват вътрешния контур на системата. Към схемата могат да се добавят топли подове.

Външният кръг изглежда много по-мащабен от вътрешния, въпреки че размерите му могат да се оценят само по време на планиране и монтаж. По време на експлоатация той е невидим, тъй като се намира под земята или под вода. Вътре в този кръг циркулира обикновена вода или антифриз на основата на етиленгликол, което е много за предпочитане.

В състава на геотермалната отоплителна система влизат два кръга – вътрешен и външен, както и сърцето на отоплителната система – термопомпата, която, компресирайки топлоносителя, повишава температурата му (+)

По този начин ключовият елемент, който оживява цялата система, е термопомпата. Ако в дома ви има обикновена перална машина, знайте: тази помпа ще заеме приблизително подобна площ.

За работа тя се нуждае от електроенергия, но, консумирайки само 1 кВт, осигурява производството на 4-5 кВт топлина. И това не е чудо, тъй като източникът на „допълнителна“ енергия е известен – това е околната среда.

Два вида разположение на топлообменника

Има два варианта за отопление на частен дом с използване на нискотемпературна енергия от елементите на околната среда. Основата на системата и в трите случая е геотермалната помпа.

Вътрешният кръг остава непроменен за всеки способ на отопление, а основната разлика се състои в разположението на външния кръг.

Геотермалното отопление бива с топлообменник, разположен:

• вертикално – разполагат се в сондажи, които отварят или не отварят водоносния пласт;
• хоризонтално – топлообменниците на системите се полагат в изкоп или открит водоем под формата на своеобразна намотка.

Всеки от представените тук видове отопление се характеризира със своите особености, недостатъци и предимства.

Ако възнамерявате да създадете такава отоплителна система със собствени ръце, ще ви бъде интересно да научите за всеки от видовете по-подробно.

Вариант #1. Вертикално разположение на външния колектор

Този вид отопление се основава на интересно природно явление: на дълбочина 50-100 м и повече от повърхността си земята целогодишно има еднаква и постоянна температура 10-12°C.

За да може да се използва тази енергия на земята, е необходимо да се пробият вертикални сондажи. Технологията е практически аналогична на подготовката на водоизточник.

С цел максимално запазване на ландшафта могат да се пробият няколко тръби от една начална точка, но под различни ъгли.

Външният контур на системата ще бъде монтиран директно в тези сондажи. Това ще позволи ефективно да се отнеме топлината от земята. Разбира се, този начин трудно може да се нарече прост и малобюджетен.

За създаване на вертикална система за геотермално отопление трябва да се използва оборудване за сондиране, без използването на сондажна машина решаването на задачите по устройството на системата ще бъде доста трудоемко (+)

Актуален е в този случай, когато прилежащата към къщата територия вече е обзаведена, и нарушаването на нейния ландшафт е нецелесъобразно. Дълбочината на сондажа може да достигне от 50 до 200 метра.

Конкретните параметри на сондажа зависят от геоложката обстановка на участъка и параметрите на бъдещото съоръжение. Срокът на експлоатация на тази конструкция е приблизително 100 години.

За устройството на вертикалния вариант на системата с топлообменник, който извлича енергията на подземната вода, ще е необходимо да се пробият два водоносни сондажа.

От единия от тях, наречен дебитов, с помощта на помпа се извършва вземане на вода, която след предаване на топлината се излива във втория, приемния отвор.

Недостатък на геотермалната система с два сондажа е недостатъчната ефективност за отопление на селска къща. Циркулационната помпа изразходва твърде много енергия. Въпреки това, за доставка на топлоносител към контура на топъл под, получената топлинна енергия е напълно достатъчна.

Вариант #2. Хоризонтално разположение на почвения колектор

За да се положи външният контур при хоризонтален тип отопление, трябва да се знае на каква дълбочина замръзва земята във вашия район.

Тръбите се полагат под нивото на замръзване в предварително подготвени окопи, като при това обхващат доста голямо пространство: за да се отопли къща с площ 200-250 кв. м, е необходимо да се използват около 600 кв. м топлообменник. Тоест шест ара.

Недостатък на тази конструкция е голямата площ, която заема. Ако имате нужда от морава, покрита с трева и цветя – това е вашият вариант. А от плодоносните дървета тръбите на колектора е добре да се държат на разстояние (+).

Разбира се, че при такива условия обемът на земните работи ще бъде значителен. Освен това, в плана трябва да се вземе предвид разположението на дърветата и другата растителност на парцела, за да не се замразят. Например, не трябва да се поставят тръбите на колектора по-близо от метър и половина от дърветата.

Този метод на монтаж се използва, като правило, в случаите, когато парцелът се усвоява за строеж. Всички изчисления и планове за построяване на къщата, организиране на нейното отопление и планиране на земята е най-добре да се извършат едновременно.

Потопяване на хоризонталния топлообменник във водоем

Този метод изисква специално разположение на къщата – на разстояние около 100 м от водоем с достатъчна дълбочина. Освен това, посоченият водоем не трябва да замръзва до дъното, където ще бъде разположен външният контур на системата. А за това площта на водоема не може да бъде по-малка от 200 кв. м.

Този вариант на разположение на топлообменника се счита за най-евтин, но такова разположение на имота все пак не се среща често. Освен това могат да възникнат усложнения, ако водният обект е обект за обществено ползване.

Очевидното предимство на този метод е липсата на задължителни трудоемки земни работи, въпреки че с подводното разположение на колектора все пак ще трябва да се поправите. И специално разрешение за извършване на такива работи също ще е необходимо.

Всъщност геотермалната инсталация, която използва енергията на водата, все пак е най-икономична.

Със собствени ръце: какво и как

Ако все пак ще монтирате геотермално отопление със собствени ръце, външният контур е по-добре да го купите готов. Разбира се, ние разглеждаме само начини за хоризонтално разположение на външния топлообменник: под повърхността на почвата или под водата.

Сондажният вертикален колектор да се монтира самостоятелно е много по-трудно, ако не разполагате с оборудване и умения за сондиране.

Термопомпата не е прекалено габаритно оборудване. Във вашия дом тя няма да заеме много място. Нали по размер е сравнима, например, с обикновен котел за твърдо гориво. Да свържете към нея вътрешния контур на вашия дом е задача, която не е сложна.

Всъщност всичко се прави точно както при организацията и разпределението на отоплението с използване на традиционни източници на топлина. Основната трудност е изграждането на външния контур.

Такова разположение на къщата спрямо езерото се среща по-често. Главното е водният обект да бъде не по-далеч от 100 метра от къщата.

Най-добрият вариант е използването на воден обект, ако такъв се намира на разстояние не повече от 100 м. Необходимо е неговата площ да надвишава 200 кв. м, а дълбочината – 3 м (среден параметър на замръзване). Ако този воден обект не ви принадлежи, то проблем може да стане получаването на разрешение за неговото използване.

Ако водният обект е езеро, което е ваша собственост, тогава работата се опростява. Водата от езерото може временно да се изпомпа. Тогава работите на дъното му могат да се извършват лесно: ще трябва да се поставят тръбите по спирала, като се закрепят в това положение.

Земни работи ще са необходими само за изкопаване на траншея, която ще е нужна за свързване на външния контур към термопомпата.

След извършване на всички работи, езерото може отново да се напълни с вода. През следващите около сто години външният топлообменник трябва да работи изправно и да не причинява грижи на собственика му.

Ако имате на разположение земеделски участък, на който предстои да построите жилище и да отглеждате градина, има смисъл да планирате хоризонтален топлообменник от наземен тип.

За това трябва да се направи предварително изчисление на площта на бъдещия колектор, въз основа на параметрите, които вече са посочени по-горе: 250-300 кв. м колектор на 100 кв. м отопляема площ на къщата.

Ако сте получили парцел без сгради и растителност, която бихте искали да запазите, почвата при изграждането на външния хоризонтален почвен контур може просто да се отстрани: това е по-лесно, отколкото да се изкопават траншеи.

Траншеите, в които ще се полагат тръбите на контура, трябва да се изкопаят под нивото на замръзване на почвата.

Още по-добре – просто да се отстрани почвата на дълбочината на замръзване, да се поставят тръбите, а след това почвата да се върне на мястото ѝ. Работата е трудоемка, сложна, но с голямо желание и целеустременост Вие ще можете да я изпълните.

Разходи и перспективи за изплащане

Разходите за оборудване и неговия монтаж в процеса на изграждане на геотермално отопление зависят от мощността на агрегата и от производителя.

Производителя всеки избира, водейки се от собствени съображения и сведения за репутацията и надеждността на дадена марка. А мощността зависи от площта на помещението, което ще обслужва.

В тази фигура е отразена накратко цялата същност на изгодата, получена от прилагането на геотермална отоплителна система. Именно такова съотношение на входяща и изходяща енергия позволява на системата първо бързо да се изплати, а след това и да спестява средства на своя собственик (+)

Ако се вземе предвид именно мощността, то стойността на топлинните помпи варира в следните диапазони:

• на 4-5 кВт – 3000-7000 условни единици;
• на 5-10 кВт – 4000-8000 условни единици;
• на 10-15 кВт – 5000-10000 условни единици.

Ако към тази сума добавим разходите, които са необходими за изпълнение на монтажните работи (20-40%), то ще получим сума, която за мнозина ще изглежда напълно нереалистична.

Но всички тези разходи ще се изплатят за напълно приемливи срокове. В бъдеще ще трябва да плащате само незначителни разходи за електричество, необходимо за работата на помпата. И това е всичко!

Поради недостатъчната за отопление на жилищни сгради ефективност на геотермалните системи, те се използват като допълнение към основните отоплителни мрежи или се изграждат комплексно с два или повече топлообменника

Както показва практиката, геотермалното отопление е особено изгодно за къщи, чиято обща отопляема площ е 150 кв. м. За пет-осем години всички разходи за обустройство на отоплителните системи в тези къщи напълно се изплащат.

Ако геотермалното отопление не е особено търсено сред собствениците на частни къщи, то ефективността на хелиосистемите вече е оценена от жителите на южните региони. Технологията на изграждане на слънчево отопление е достатъчно проста, а нейната икономичност и практичност е потвърдена от дългогодишния опит на западните страни и нашите сънародници.

Допълнителна информация за алтернативните източници на енергия е представена в тази статия.

Изводи и полезно видео по темата

Ако Ви е по-лесно да възприемате нагледна информация, то този видеоклип ще Ви позволи със собствените си очи да видите как точно функционира геотермалната система, както и да научите повече за това на кого и защо този вид отопление е изгоден.

Предлагаме Ви да гледате кратък видеоклип, в който собственикът на хоризонтален подпочвен колектор ще разкаже за впечатленията си от експлоатацията му. Освен това, след като гледате това видео, ще научите за текущите разходи, свързани с експлоатацията на системата за геотермално отопление.

Всеки собственик на частна къща сам избира дали да купува услугите на ресурсоснабдяващи организации или да разчита само на себе си. При това той се ръководи от цял списък от съображения.

Целта, която си поставихме, не е да Ви подтикнем към готов извод, а да споделим информация за вариантите за решаване на стоящата пред Вас задача.

Имате ли какво да допълните, или възникнаха въпроси по темата за геотермалното отопление на частна къща? Можете да оставяте коментари към публикацията. Формата за връзка се намира в долния блок.