Зачем, собственно, нужно отопление за счет земли? Ведь современный рынок предлагает множество готовых решений на электричестве, природном газе, солярии и твердом топливе.
Все очень просто. Стоимость оплаты коммунальных услуг на энергоносители становится все больше и больше, значительно опережая рост доходов россиян. А пока нетрудно предсказать дальнейший экспоненциальный рост: поскольку запасы газа и нефти будут истощены еще при нашей жизни, их остатки будут продаваться по премиальным ценам.
Переход на возобновляемую тепловую энергию логичен. Но на какую?
- Солнце – отличный источник тепла. Но это слишком непостоянно: недели хорошей погоды могут сменяться снегом и серой пеленой над головой. Также ночи заставят либо накапливать тепло, либо использовать солнечные коллекторы для обогрева дома, только как вторичный источник энергии.
На заметку: в солнечном теплом климате в принципе солнечные коллекторы очень эффективно греют, но площадь большая и есть теплоаккумулятор с большой емкостью. Однако в случае длительной суровой погоды все же требуется резервный источник тепла.
- Ветер тоже очень капризен. Кроме того, его нельзя использовать повсеместно: долины и складки рельефа создают множество участков с постоянным затишьем.
А вот с помощью геотермальной энергии обогрев дома геотермальной энергией не имеет таких проблем. На глубине от одного до пяти-шести метров температура почвы везде остается постоянной и увеличивается с глубиной.
Геотермальный насос
Геотермальный насос – это оборудование, которое использует естественное тепло Земли в качестве источника энергии для организации отопления из-под земли. Геотермальные системы имеют широкий спектр применения, от крупномасштабного централизованного теплоснабжения нескольких зданий и промышленных процессов до жилых домов на одну семью. Системы экономичны, надежны и требуют минимального обслуживания.
Геотермальные насосы обеспечивают эффективный и экологически безопасный способ обогрева зданий, поскольку тепловая энергия обильна и устойчива. Геотермальные системы могут обогревать жилые и коммерческие здания, а также обеспечивать горячей водой. Тепловая энергия доставляется через тепловой насос, нагревая внутреннее пространство. Системы тепловых насосов используют тепловую энергию земли, передавая внутренний теплообменник на внешний змеевик. Таким образом, тепловой насос может генерировать полезную энергию, которую можно использовать либо для обогрева помещений, либо для производства горячей воды.
При расчете эффективности геотермальной системы важно учитывать глубину геотермальной системы. Чем глубже установлена система, тем больше тепла можно извлечь. Для большинства жилых систем обычно достаточно глубины 100 футов (30 м); однако для более крупных систем обычно оптимальна глубина 300 футов (91 м).
Как можно использовать тепло из земли для отопления дома, чтобы согреться? Готовые решения существуют уже несколько десятков лет. Это геотермальные тепловые насосы, используемые для отопления дома.
Как они устроены?
- Газообразный хладагент претерпевает сжатие посредством компрессора и при этом сильно нагревается.
- Затем он проходит через теплообменник, где избыточное тепло рассеивается и охлаждается до комнатной температуры.
- Охлажденный хладагент попадает в контур охлаждения морозильной камеры, где расширяется, и, резко охлаждается и охлаждает пространство вокруг себя.
- Затем хладагент возвращается в компрессор для сжатия – и так далее.
Интересно следующее:
- Холодильники поглощают тепло от холодных предметов и передают его теплым предметам. В этом случае тепло передается от холодильника -18С к комнатному воздуху.
- Перекачиваемая тепловая энергия в несколько раз превышает энергию, потребляемую компрессором для работы.
Теперь замените морозильную камеру на неглубокий грунт с постоянной температурой – и у вас получится рабочая модель геотермального теплового насоса. Обратите внимание – в большинстве случаев они используют энергию земли для обогрева вашего дома. Затраты на электроэнергию не превышают 30% от ее тепловой мощности.
Очевидно, что для отопления дома из земли необходимы не только радиаторы для передачи тепла, но и теплообменники на второй стороне контура для поглощения тепла из грунта.
Вертикальный коллектор
Концепция вертикальных коллекторов для отопления дома – это инновационный и эффективный способ превратить солнечную энергию в полезную энергию для обогрева здания. Это достигается путем сооружения вертикальных стен из солнечных батарей или других коллекторов, которые подключаются к системе отопления. Установка такого типа системы может обеспечить значительную долгосрочную экономию энергии для домовладельцев, а также поможет уменьшить количество вредных парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу.
Наиболее типичным вертикальным коллектором является солнечная стена. Он состоит из стены из поглощающих панелей, установленных вертикально на южной стороне здания. Панели поглощают тепло солнечного излучения и передают его в систему хранения тепла. Это может быть вентилятор циркуляции воздуха, подающий теплый воздух в здание, система горячего водоснабжения или радиатора. В зимние месяцы система отопления из земли продолжает накапливать солнечное тепло, отдавая его зданию, чтобы снизить потребность в традиционных источниках энергии, таких как природный газ или электричество.
В большинстве случаев тепло передается через вертикальные зонды, погруженные на глубину в десятки метров. Недалеко от дома бурят несколько колодцев, в которые погружают трубы (обычно из сшитого полиэтилена). Большая глубина означает абсолютную стабильность и высокую температуру, к тому же теплообменник не нужно размещать на большой площади.
Существенным недостатком прокладки отопления в земле является высокая стоимость монтажных работ. Точнее, цены на бурение: от 2000 рублей за погонный метр на скважину. Суммарную стоимость на 2-4 скважины глубиной 50-60 метров посчитать несложно.
Горизонтальный коллектор
Многие системы отопления используют сбор тепла для обеспечения тепла в доме. Горизонтальные коллекторы – это форма сбора солнечной энергии, которая может эффективно улавливать энергию солнца для обогрева дома. Чтобы понять основы горизонтального коллектора для отопления дома, важно рассмотреть компоненты, процессы и преимущества системы этого типа.
Горизонтальный коллектор представляет собой набор труб, которые проходят вдоль плоской поверхности снаружи, чтобы поглощать солнечную энергию, а затем генерировать тепло. Массив имеет поглощающую пластину (обычно окрашенную в черный цвет), которая поглощает прямые солнечные лучи и нагревает жидкость в трубах. Остекление размещается над пластиной поглотителя, чтобы сохранить больше тепла и защитить его от элементов. Трубы в коллекторе обычно могут быть изготовлены из медных или алюминиевых трубок. Чтобы обеспечить эффективную передачу тепла, обычно добавляется специальный теплоноситель.
Однако в районах, где зима не слишком суровая и глубина промерзания грунта не превышает полутора метров, в основном применяют горизонтальные коллекторы для организации отопления из земли своими руками. Такие же теплообменные трубы укладываются в траншею, которую несложно выкопать самостоятельно. Очевидно, что затраты на установку в этом случае во много раз ниже.
Обратите внимание: не стоит недооценивать масштаб этой работы. Например, общая длина труб коллектора для дома площадью 275 квадратных метров составляет около 1200 метров.
Помимо кукурузы на лопате, обогрев теплом земли в этом варианте доставит вам еще одну проблему. Коллектор займет большую площадь, во много раз превышающую общую площадь дома. Также вы не сможете использовать его для огорода или сада: корни растений замёрзнет сборщик.
Воздушный коллектор
К счастью, кроме геотермальных тепловых насосов, способных обогреть дома стоимостью в десятки тысяч вечнозеленых единиц, есть и другие способы отапливать загородные дома от земли. Самый простой из них – воздушный земляной коллектор.
Воздушный коллектор имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами отопления, такими как печи или котлы. Во-первых, это высокоэффективный способ отопления дома, так как обычно для вытяжки и нагрева воздуха требуется гораздо меньше энергии, чем при традиционной системе. Это приводит к значительной экономии затрат на электроэнергию. Кроме того, многие системы воздухозаборников спроектированы так, чтобы их можно было регулировать, что позволяет пользователям настраивать уровень комфорта в соответствии со своими потребностями.
Воздухосборники также могут обеспечить улучшенное качество воздуха в помещении за счет фильтрации, которая происходит до того, как воздух попадет в жилое помещение. Эта фильтрация может удалять пыль, аллергены и другие загрязняющие вещества, создавая более здоровую домашнюю обстановку. Кроме того, многие производители воздухосборников предоставляют гарантии и покрытие, чтобы гарантировать правильное и эффективное функционирование системы. Это может обеспечить уверенность в том, что система будет продолжать функционировать оптимально в течение многих лет.
Инструкция, позволяющая провести отопление под землей, очень проста:
- убираем вентиляционные отверстия под землю при температуре ниже нуля.
- используем обычные канализационные трубы для прокладки прямого, изогнутого или многотрубного коллектора. Форма определяется вашим приусадебным участком. Общая длина коллекторов составляет примерно 1,5 метра на квадратный метр площади дома.
- делаем забор воздуха из дома на дальнем конце коллектора, выводим трубу на высоту не менее полутора метров над землей и снабжаем ее зонтичным дефлектором. Конечно, придется нагнетать воздух в дом.
Такой обогрев позволит реализовать простую и недорогую схему:
- Поступающий воздух температурой около 10°С может нагреваться любым обогревателем (электрическим, газовым, солнечным и др.) и распределяться по помещению по вентиляционным каналам. Затраты сократятся в разы по сравнению с необходимостью подогрева холодного уличного воздуха.
- Другим решением является использование выдуваемого из земли воздуха для обдува наружного блока теплового насоса типа «воздух-воздух» или обычного кондиционера. При +10С любой внешний блок любого такого устройства будет эффективно работать. Основная техническая проблема заключается в обеспечении необходимого притока воздуха.
