Геотермальное отопление загородного дома: Геотермальное отопление дома — АО Гидроинжстрой

Геотермальное отопление загородного дома своими руками

Экология потребления.Усадьба:Мы знаем, что геотермия – это тепло Земли, а понятие «геотермальный» зачастую ассоциируется у нас с вулканами и гейзерами. Многие уверены, что геотермальное отопление дома своими руками – это фантастика. Но это не так!

Мы знаем, что геотермия – это тепло Земли, а понятие «геотермальный» зачастую ассоциируется у нас с вулканами и гейзерами. В России геотермальная энергетика используется преимущественно в промышленных масштабах, например, существуют дальневосточные электростанции, работающие на основе тепла Земли. Многие уверены, что геотермальное отопление дома своими руками – это фантастика. Но это не так!

Несколько исторических фактов

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в альтернативных источниках энергии. Именно в тут пору и стали создаваться первые геотермальные отопительные системы. Сегодня они получили широкое распространение в Соединенных Штатах, в Канаде и в западноевропейских государствах.

При упоминании геотермальных источников энергии мы всегда представляем себе долину гейзеров или вулканы, но нужные нам источники гораздо ближе. И они помогут нам согреться зимой и охладиться летом.

Например, в Швеции активно используют воду Балтийского моря, температура которой составляет + 4 градуса. В Германии внедрение геотермальных отопительных систем даже спонсируется на государственном уровне. В России действуют Паужетская, Верхне-Мутновская, Океанская и другие геотермальные электростанции. Но фактов использования энергии Земли в нашем частном секторе очень мало.

Реальные преимущества и недостатки

Если в России геотермальное отопление частного сектора получило сравнительно малое распространение, значит ли это, что идея не стоит затрат на её воплощение? Может быть, и заниматься этим вопросом не стоит? Оказалось, что это не так.

Использование системы геотермального отопления жилища – решение выгодное. И тому есть несколько причин. В их числе и быстрая установка оборудования, которое способно длительное время работать без каких-либо перебоев. Если использовать в отопительной системе не воду, а качественный антифриз, она не будет промерзать и её износ будет минимальным.

Перечислим и прочие преимущества этого вида отопления.

• Исключается процедура сжигания топлива. Мы создаём абсолютно пожаробезопасную систему, которая, в процессе своей эксплуатации, не сможет нанести жилью никакого ущерба. Кроме того, исключается ряд других моментов, связанных с присутствием топлива: теперь не нужно искать место для его хранения, заниматься его заготовкой или доставкой.
• Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.
• Существенная экономическая выгода. В процессе эксплуатации системы не потребуется никаких дополнительных вложений. Ежегодный обогрев обеспечивают силы природы, которые мы не покупаем. Конечно, при функционировании теплового насоса затрачивается электрическая энергия, но при этом объём производимой энергии существенно превышает размеры потребления.
• Экологический фактор. Геотермальное отопление частного загородного дома – это экологически безопасное решение. Отсутствие процесса горения исключает поступление в атмосферу продуктов сгорания. Если это осознают многие, и такая система теплоснабжения получит должное повсеместное распространение, негативное влияние людей на природу многократно уменьшится.
• Компактность системы. Вам не придется организовывать в своём доме обособленное помещение котельной. Всё, что будет необходимо – это тепловой насос, который можно разместить, например, в подвале. Наиболее объёмный контур системы будет располагаться под землей или под водой, на поверхности вашего участка вы его не увидите.
• Многофункциональность. Система может работать как на отопление в холодное время года, так и на охлаждение в период летней жары. То есть, по сути, она заменит вам не только обогреватель, но и кондиционер.

Выбор геотермальной системы отопления экономически выгоден, несмотря на то, что придется потратиться на покупку и установку оборудования. Кстати, в качестве недостатка системы упоминают именно затраты, на которые придется пойти, чтобы установить систему и подготовить её к работе. Нужно будет купить сам насос и некоторые материалы, выполнить работы по монтажу наружного и внутреннего контуров коллектора.

Не секрет, что ресурсы дорожают год от года, поэтому автономная система отопления, которая способна окупиться в течение нескольких лет, всегда будет экономически выгодна для её владельца

Впрочем, эти расходы окупаются всего за несколько первых лет эксплуатации. Последующее использование коллектора позволяет сэкономить значительные средства. К тому же сам процесс монтажа не настолько сложен, чтобы приглашать для его выполнения сторонних специалистов. Если не заниматься бурением, то всё остальное можно сделать самостоятельно.

Источники геотермального отопления

Для геотермального отопления можно использовать следующие источники земной тепловой энергии:

• высокотемпературные;
• низкотемпературные.

К высокотемпературным относятся, например, термальные источники. Использовать-то их можно, но область их применения ограничивается фактическим местом нахождения таких источников. Если в Исландии этот вид энергии активно применяется, то в России термальные воды находятся далеко от населенных пунктов. Максимально они сконцентрированы на Камчатке, где подземную воду применяют в качестве теплоносителя и поставляют в системы ГВС.

Для эффективного использования тепловой энергии земли не нужен вулкан. Достаточно использовать те ресурсы, которые находятся всего в 200 метрах от земной поверхности

Зато для применения низкотемпературных источников у нас имеются все необходимые предпосылки. Для этой цели подойдут окружающие воздушные массы, земля или вода. Для извлечения нужной энергии используют тепловой насос. С его помощью происходит процедура преобразования температуры окружающей среды в тепловую энергию не только отопления, но и горячего водоснабжения частного домовладения.

Принцип работы альтернативного отопления

Если вы знакомы с тем, как работает кондиционер или холодильник, то схожесть этих процессов с принципом функционирования геотермального отопления очевидна. Основу системы составляет тепловой насос, который включается в два контура – внешний и внутренний.

Чтобы организовать традиционную систему отопления в любом доме, необходимо смонтировать в нем трубы для транспортировки теплоносителя, и радиаторы, при нагревании которых тепло будет поступать в помещения. В нашем случае трубы и радиаторы тоже нужны. Они и образуют внутренний контур системы. В схему могут быть добавлены теплые полы.

Внешний контур выглядит гораздо масштабнее внутреннего, хотя его размеры можно оценить только в период планировки и монтажа. В процессе эксплуатации он невиден, поскольку находится под землей или под водой. Внутри этого контура циркулирует обычная вода или антифриз на основе этиленгликоля, что гораздо предпочтительнее.

В состав геотермальной системы отопления входят два контура – внутренний и внешний, а так же сердце отопительной системы – тепловой насос, который, сжимая теплоноситель, повышает его температуру

Теплоноситель во внешнем контуре прогревается до состояния среды, в которую он погружен, и отправляется в «подогретом» виде в тепловой насос. Через него сконцентрированное тепло сообщается внутреннему контуру, в результате чего вода в трубах, радиаторах и теплых полах нагревается.

Таким образом, ключевым элементом, оживляющим всю систему, является тепловой насос. Если в вашем доме есть обыкновенная стиральная машинка, то знайте: этот насос займет приблизительно аналогичную площадь. Для работы ему нужна электроэнергия, но, потребляя всего 1 кВт, он обеспечивает выработку 4-5 кВт тепла. И это не чудо, поскольку источник «добавочной» энергии известен – это окружающая среда.

Два вида расположения теплообменника

Имеются два варианта отопления частного дома с использованием низкотемпературной энергии элементов окружающей среды. Основу системы во всех трех случаях составляет геотермальный насос. Внутренний контур остаётся без изменений для любого способа отопления, а основное различие заключается в расположении внешнего контура.

Геотермальное отопление бывает с теплообменником, расположенным:

• вертикально;
• горизонтально.

Горизонтальные теплообменники систем укладываются в котлован или открытый водоем в виде своеобразного змеевика, вертикальные располагаются в скважинах, вскрывающих или не вскрывающих водоносный пласт.

Каждый из приведенных здесь видов отопления характеризуется своими особенностями, недостатками и преимуществами. Если вы намерены создать такую систему отопления собственными руками, вам будет интересно узнать о каждом из видов подробнее.

Вертикальное размещение внешнего коллектора

Этот вид отопления основан на интересном природном явлении: на глубине 50-100 метров и более от своей поверхности земля круглогодично имеет одинаковую и постоянную температуру 10-12 градусов.

Чтобы иметь возможность использовать эту энергию земли, необходимо бурить вертикальные скважины. С целью максимального сохранения ландшафта можно пробурить несколько труб с одной исходной точки, но под разными углами. Внешний контур системы будет смонтирован непосредственно в этих скважинах. Это позволит эффективно отобрать у земли её тепло. Разумеется, этот способ трудно назвать простым и малобюджетным.

Для создания вертикальной системы геотермального отопления нужно использовать оборудование для бурения скважин, без применения буровой установки решение задач по устройству системы будет довольно трудоемким

Актуален он в том случае, когда прилегающая к дому территория уже обустроена, и нарушение её ландшафта нецелесообразно. Глубина бурения скважины может достигать от 50 до 200 метров. Конкретные параметры скважины зависят от геологической обстановки на участке и параметров будущего сооружения. Срок службы такой конструкции составляет примерно 100 лет.

Для устройства вертикального варианта системы с теплообменником, извлекающим энергию подземной воды, потребуются пробурить две водоносные скважины. Из одной из них, именуемой дебетовой, с помощью насоса производится забор воды, которая после передачи тепла сливается во вторую, приемную выработку.

Минус геотермальной системы с двумя скважинами в недостаточной эффективности для обогрева загородного дома. Слишком много энергии тратит циркуляционный насос. Зато для поставки теплоносителя контуру теплого пола получаемой тепловой энергии вполне достаточно

Горизонтальное расположение грунтового коллектора

Чтобы уложить внешний контур при горизонтальном виде отопления, нужно знать, на какую глубину промерзает земля в вашей местности. Трубы укладываются ниже уровня промерзания в заранее подготовленные траншеи, захватывая при этом довольно большое пространство: чтобы отопить дом, площадь которого составляет 200-250 кв. метров, нужно использовать примерно 600 кв. метров теплообменника. То есть шесть соток.

Недостатком этой конструкции является большая площадь, которую она занимает. Если вам нужна на участке лужайка, покрытая травой и цветами – это ваш вариант. А от плодоносящих деревьев трубы коллектора лучше держать подальше

Понятно, что при таких условиях, объём земляных работ будет значительным. Кроме того, нужно учесть в плане расположение деревьев и прочей растительности на участке, чтобы не заморозить их. Например, нельзя располагать трубы коллектора ближе, чем в полутора метрах от деревьев.

Этот способ монтажа используют, как правило, в тех случаях, когда участок только осваивается под строительство. Все расчеты и планы по постройке коттеджа, организации его отопления и планировке земельного участка лучше всего выполнять одновременно.

Погружение горизонтального теплообменника в водоём

Этот способ требует особого расположения домовладения – на расстоянии примерно в 100 метрах от водоёма, имеющего достаточную глубину. Кроме того, указанный водоём не должен промерзать до самого дна, где и будет расположен внешний контур системы. А для этого площадь водоёма не может быть меньше 200 кв. метров.

Этот вариант размещения теплообменника считается наименее затратным, но подобное расположение домовладения все-таки встречается не часто. Кроме того, могут возникать сложности, если водоём относится к объектам общего пользования

Очевидным преимуществом этого метода является отсутствие обязательных трудоёмких земляных работ, хотя с подводным расположением коллектора все-таки придется повозиться. И специальное разрешение на проведение таких работ тоже понадобится. Впрочем, геотермальная установка, использующая энергию воды, все-таки является наиболее экономичной.

Своими руками: что и как

Если уж 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 не сложная. Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации 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 метров. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 квадратных метров, а глубина – 3 метра, составляющие 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 квадратных метров коллектора на 100 кв. метров 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.

Затраты и перспективы окупаемости

Расходы на оборудование и его монтаж в процессе сооружения геотермального отопления зависят от мощности агрегата и от производителя. Производителя каждый выбирает, руководствуясь собственными соображениями и сведениями о репутации и надежности того или иного бренда. А вот мощность зависит от площади помещения, которое предстоит обслуживать.

В этом рисунке кратко отражена вся суть выгоды, получаемой от применения геотермальной отопительной системы. Именно такое соотношение входящей и исходящей энергии позволяет система сначала быстро окупиться, а потом и экономить средства своего владельца

Если брать в расчет именно мощность, то стоимость тепловых насосов колеблется в следующих диапазонах:

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

Если к этой сумме мы прибавим затраты, которые нужны на выполнение монтажных работ (20-40%), то мы получим сумму, которая для многих покажется абсолютно нереальной. Но все эти затраты окупятся за вполне приемлемые сроки. В дальнейшем же вам придется оплачивать лишь незначительные расходы на электричество, необходимое для работы насоса. И это всё!

Из-за недостаточной для обогрева жилых строений эффективности геотермальных систем их используют в качестве дополнения к основным отопительным сетям или сооружают комплексно с двумя и более теплообменниками

Как показывает практика, геотермальное отопление особенно выгодно для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет 150 кв. метров. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Видео о принципах и результатах эксплуатации

Если вам проще воспринимать наглядную информацию, то этот видеоролик позволит вам своими глазами увидеть, как именно функционирует геотермальная система, а также больше узнать о том, кому и почему этот вид отопления выгоден.

Предлагаем вам посмотреть небольшой видеоролик, в котором владелец горизонтального подпочвенного коллектора, расскажет о своих впечатлениях от его эксплуатации. Кроме того, посмотрев это видео, вы узнаете о текущих расходах, связанных с эксплуатацией системы геотермального отопления.

Каждый владелец частного дома выбирает сам, покупать ли ему услуги ресурсоснабжающих организаций или надеяться только на себя самого. При этом он руководствуется целым списком соображений. Задача, которую мы перед собой поставили, заключается не в том, чтобы подтолкнуть вас к готовому выводу, а в том, чтобы поделиться информацией о вариантах решения стоящей перед вами задачи. опубликовано econet.ru 

 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Геотермальное отопление загородного дома — разбираемся в деталях

Главная | Новости |

Геотермальное отопление загородного дома — разбираемся в деталях

Проектирование продуктивной системы отопления в загородном доме необходимо осуществлять таким образом, чтобы она была экономически выгодной, но в то же время простой в исполнении и технологически современной. Стандартные решения, при которых тепло образуется вследствие сгорания топлива, являются дорогостоящими для владельца дома, причиной этому служит постоянное увеличение стоимости электричества и газа. Кроме того, традиционные способы отопления помещения негативно сказываются на состоянии окружающей среды, для примера, порядка 40% выброса углекислого газа в атмосферу образуется вследствие получения тепла, такой уровень негативного воздействия на окружающую среду в цифровом показателе соотносим с негативным воздействием, наносимым выхлопами транспортных средств. В рамках этого вопроса актуальным является новая система геотермального отопления помещения.

Поиски нестандартных решений в области отопления помещений началось ещё в 70-х гг. прошлого века, во время энергетических кризисов. Изначально такая технология была апробирована в США, в большей части в элитных помещениях. Но благодаря развитию технологий, стоимость производства постепенно снижалась, поэтому такой вид обогрева жилых помещений в настоящее время стал доступен для массового потребителя. Кроме того, как показывает многолетний опыт использования систем геотермального отопления  — такая конструкция отличается долговечностью и рентабельностью, поэтому спрос потребителя на установку такого типа систем неуклонно растёт.

Положительные и отрицательные моменты установки системы геотермального отопления в загородном доме.

Разработка новых технологий способствовала тому, что практически каждый владелец дома теперь располагает возможностью аккумулировать энергию земли, устанавливая геотермальную отопительную систему в частном секторе. В грунте накапливается до 98% солнечной энергии, которая попадает на его поверхность, благодаря чему даже в зимний период в земляном пласте сохраняется достаточное количество тепла для обогрева жилого здания, требуется только установка специального оборудования для того чтобы воспользоваться накопленной солнечной энергией. После установки системы геотермального отопления, затраченные на установку средства, окупятся в среднем через 5-8 лет  — это является отрицательной стороной  данной технологии. Стоимость реализации проекта, возможно, вызовет сомнения у тех, кто планировал установку недорогой системы, но к в планы владельца загородного дома капитальные затраты не входили.

Положительной стороной системы является её доступность, так как существует повсеместная возможность использования энергии такого типа, а также её абсолютная экологичность и безвредность для человека. Количество энергии неограниченно, а расходы на эксплуатацию и обслуживание системы очень низкие. Геотермальная энергия не стоит затраты денежных средств, однако финансовых вложений требует та энергия, которая задействована для функционирования теплового насоса. Для получения от трёх до пяти киловатт тепла нужно затратить один киловатт этой энергии.  Учитывая, что во время работы насоса не происходит процесса сгорания, то система абсолютно безопасно, риск возгорания или взрыва, как в случае с газовыми системами отопления отсутствуют. Оборудование жилого помещения различными вытяжными системами и дымоходами, система занимает очень мало места в помещении. Кроме того, не нужно специального помещения или дополнительного места для хранения топлива. А благодаря универсальности системы можно не только отапливать жилое помещение зимой, но и охлаждать его в летние месяцы. При условии правильного монтажа системы, она может работать около 30-ти лет без необходимости технического обслуживания, в то время как другие системы нуждаются в сервисном внимании существенно чаще.

Особенности работы системы геотермального отопления.

Принцип работы геотермального оборудования можно сравнивать либо с работой кондиционера, либо морозильной камеры, но «наоборот». В основе конструкции находится тепловой насос, размер которого примерно равен габаритам стиральной машинки, насос включен в 2 контура.

Первым контуром является видимая система из радиаторов и труб, второй контур составляет теплообменник, который помещается под землю или в воду. Циркулировать внутри контура может либо специальная жидкость, либо простая вода. Во втором контуре жидкость приобретает температуру окружающего пространства, после чего теплоноситель попадает в тепловой насос, который можно настроить и на охлаждение помещения, и на его обогрев. Тепло, выработанное насосом, при обогреве поступает в первый контур, при охлаждении во второй.

На примере работы холодильника «наоборот» можно провести аналогию, сравнив вкопанный в землю испаритель с морозилкой, а змеевик холодильника  — это конденсатор, который используется для нагревания воздуха или воды. Температура конструкции ниже окружающей среды, по причине того, что под землёй стабильно низкая температура.

Производство тепловых насосов  (главных элементов геотермальных систем ) в промышленных масштабах стало возможным благодаря развитию технологий рефрижераторных установок, которые позволили разработать уникальную методику по преобразованию энергии земли в тепло для отопления помещений.

Принципы устройства контуров.

Выполнить установку системы силами только владельца участка сложно, так как вблизи здания нужно спроектировать конструкцию, состоящую из замкнутой системы труб, которая помещается на значительную глубину под землю, которая иногда достигает больше, чем несколько сотен метров. Тип конструкции теплообменника, а также габариты коллектора зависят  от ряда параметров, среди которых основные тепловодность грунта и глубина залегания.

Выделяют три схемы оборудования системы геотермального отопления, то есть устройства наружного контура для аккумулирования энергии.

1. Наиболее оптимальным является устройство вертикального теплообменника с насосом. Для реализации такой схемы необходимо специальное оборудование и существенные финансовые вложения для бурения скважины, располагающейся под землёй на глубине от 50 до 200 метров. В этом случае используется тепло глубоко залегающих грунтовых вод, обладающих высокой температурой. Вода проходит по тепловому насосу через теплообменник, где отдаёт своё тепло, после чего сбрасывается обратно в грунтовые воды ниже по течению. Расходы в этом способе установки оправдываются результатом, так как срок эксплуатации скважины достигает 100 лет.
2. Похожей на предыдущую и довольно дорогостоящей является схема обустройства в шахте глубиной 75-100 м. специального резервуара с антифризом, который греется от температуры грунта, после чего тепловой насос гоняет антифриз по кругу. После отдачи тепла антифриз сбрасывается в резервуар под землёй.
3. Более простая в проектировании схема горизонтального теплообменника, при которой под землёй располагаются трубы таким образом. Чтобы они были ниже уровня промерзания почвы зимой. Отрицательной стороной этой схемы является необходимость задействования под коллектор значительной площади. Для примера под небольшой дом площадью в 200 кв.м. нужно занять площадь равную 500 кв.м. Расположение труб нужно сделать таким образом, чтобы до ближайшего дерева было не менее 1,5 метров.
4. Следующая схема применима в том случае, если загородный дом размещается не далее чем в 100 метрах от водоёма. Она достаточно дешёвая, для осуществления проекта не требуется проведения земляных работ, размещение теплообменника должно быть осуществлено таким образом, чтобы глубина была достаточной для не промерзания, подо льдом зимой должно оставаться не менее, чем 1-1,5 метра воды до верхней точки зонда.   Предпочтительнее, чтобы течения в водоёме не было, по его дну прокладывают горизонтальные зонды, которые поглощают тепло. Такую схему может осуществить владелец загородного дома самостоятельно.

Сборка внешнего контура происходит из полиэтиленовых труб, согласно предварительным расчётам соотношение 40-50 Вт тепловой энергии должно приходиться на 1 метр коллектора. Соответственно, если производительность насоса равна 10 кВт, то скважина должна быть протяжённостью около 160-200 метров. В некоторых случаях выгоднее пробурить несколько неглубоких скважин вместо одной большой, для того чтобы в итоге получилась нужная расчётная глубина. Для того чтобы сохранить ландшафт участка проектировщики пользуются кластерной технологией, при которой осуществляется бурение скважин в разных направлениях из одной точки.

Варианты геотермальной энергии для старых домов

Возможно, ваша заветная система горячего водоснабжения или пара подверглась катастрофическому замерзанию, или срок службы системы вентиляции и кондиционирования с принудительной вентиляцией подходит к концу. Или, может быть, счета за отопление и охлаждение в этой беспорядочной старой куче, которую вы называете домом, сокращают пенсионные сбережения. Если какие-либо из этих обстоятельств кажутся вам знакомыми, ваш дом может быть кандидатом на геотермальную систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, даже если дом находится на небольшом участке в историческом пригороде трамвая.

Геотермальные системы используют бесплатную возобновляемую энергию, хранящуюся в земле. Геотермальный тепловой насос использует постоянную температуру под землей в качестве теплоносителя для обогрева и охлаждения вместо наружного воздуха. Всего в нескольких футах от поверхности температура земли значительно выше, чем воздух над головой зимой и намного прохладнее летом, обычно в среднем около 50 ° F круглый год. По этой причине геотермальный тепловой насос потребляет меньше энергии для обогрева воздуха в помещении, когда он холодный, и для охлаждения воздуха, когда жарко снаружи, — и все это без непосредственного сжигания ископаемого топлива.

В рамках геотермальной установки с вертикальным контуром буровая установка готовится к бурению глубоких скважин во дворе перед домом королевы Анны в историческом районе Сиракуз.

Courtesy Natural Systems Engineering

Несмотря на то, что первоначальные затраты на геотермальные системы примерно в два раза выше, чем на традиционные системы, экономия энергии настолько значительна, что большинство домовладельцев окупают свои затраты через 5–10 лет — раньше, с учетом государственных и федеральных налогов. поощрения теперь доступны. (Несколько крупных геотермальных компаний также предлагают финансирование на выгодных условиях.) Бесшумные системы также имеют большое значение для старых домов с большими планами этажей и минимальной изоляцией.

Ключевым компонентом любой геотермальной системы является контур заземления. Система контуров, состоящая из полиэтиленовых труб высокой плотности, содержащих смесь воды и этанола для предотвращения замерзания, заглублена ниже линии замерзания. В холодную погоду чувствительная к температуре жидкость циркулирует и забирает тепло от устойчивых температур под землей и доставляет его в дом. Тепловой насос концентрирует тепловую энергию и передает ее в обычные воздуховоды или в систему обогрева под полом, которая обеспечивает циркуляцию тепла. В теплое время года происходит обратный процесс, и более холодная жидкость отводит тепло из дома. В качестве бонуса устройство может помочь с подогревом горячей воды.

Существует несколько типов систем контура заземления, и все они требуют значительных земляных работ и ремонта газона. Наиболее распространенной и экономичной является горизонтальная петлевая система . Трубопровод укладывается в траншеи длиной от 100 до 400 футов. Для установки траншей, конечно, требуется достаточно земли — не менее 0,25 акра, а часто и до 0,75 акра. В варианте, называемом «Slinky», петля трубы в виде перекрывающихся кругов позволяет использовать больше труб в более короткой траншеи, сокращая затраты на установку и допуская горизонтальную установку на небольших участках.

Вертикальные контурные системы используются в местах, где недостаточно земли для прокладки горизонтальной системы, например, на небольших участках в исторических кварталах. В вертикальной системе отверстия бурят буровой установкой, и в отверстия вставляют пару труб со специальными U-образными фитингами. Типичный дом требует от трех до пяти отверстий с расстоянием между отверстиями около 15 футов.

Если вам посчастливилось иметь на своей территории пруд площадью пол-акра или больше, ваш дом может стать кандидатом на 9 баллов.0015 петлевая система для пруда . Ряд спиральных замкнутых петель опускается на дно водоема. Петля соединена с домом дополнительной трубой, проложенной в горизонтальной траншее. Теплопередача вода-вода намного эффективнее, чем теплопередача вода-воздух, поэтому этот тип геотермальной системы очень экономичен и эффективен.

Какой бы тип контура ни требовался, имейте в виду, что срок службы типичного геотермального теплового насоса составляет от 15 до 20 лет; петлевые системы могут прослужить 20 и более лет. Для систем с принудительной подачей воздуха потребуется тепловой насос типа «вода-воздух», а для систем водяного лучистого отопления требуются тепловые насосы типа «вода-вода».

Хотя геотермальные тепловые насосы можно легко интегрировать с существующими системами, такими как принудительное воздушное или лучистое отопление пола, вам потребуется место в подсобном помещении или подвале для всех необходимых компонентов. Там, где нет воздуховодов, необходимо спроектировать и установить систему доставки, желательно такую, которая как можно меньше нарушала бы первоначальные стены и потолки. Для двухэтажного дома, например, может быть целесообразно установить сплит-систему, разместив воздуховоды и приточно-вытяжную вентиляцию для первого этажа в подвале, с аналогичной установкой на чердаке для обслуживания верхнего этажа.

Проектирование и установка геотермальной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха — сложный процесс. Само собой разумеется, что это не самодельный проект. Ищите подрядчика/инженерную фирму со значительным опытом в области геотермальных установок, желательно сертифицированную Международной ассоциацией тепловых насосов (igshpa.org).

Совет: Мощность геотермальной системы измеряется в тоннах. 3-тонная установка обычно подходит для дома площадью около 2000 квадратных футов.

Ожидайте немного озеленения после установки системы, как показано на этой исторической геотермальной установке в долине Гудзона.

Courtesy Hudson Valley Geo

Получите налоговые льготы

В феврале были восстановлены федеральные налоговые льготы для жилых и коммерческих геотермальных установок в США. Налоговые льготы покрывают все геотермальные проекты, начатые с января 2017 года, и будут покрывать новые, которые начинают осуществляться. к январю 2022 года. Для выполнения требований система должна использовать грунт или грунтовые воды в качестве источника тепловой энергии для обогрева жилища. Система также должна соответствовать стандартам Energy Star, действующим на момент установки.

Кредиты обеспечивают налоговые льготы в размере от 22 до 30 процентов от общей стоимости системы, включая затраты на установку. Для системы за 30 000 долларов, установленной в период максимального кредита, потенциальная экономия затрат составит 9 000 долларов. Государственные кредиты, если таковые имеются, могут значительно увеличить денежные сбережения после уплаты налогов. Например, в штате Нью-Йорк 4-тонная система имеет право на скидку в размере 6000 долларов. Это много теста.

Типы контуров

Три наиболее распространенных типа контуров для подземных геотермальных систем: (1) горизонтальные, (2) вертикальные и (3) контуры пруда. Все три требуют крупных земляных работ для прокладки необходимых трубопроводов.

1. Геотермальная горизонтальная петля.

Водонапорная печь

2. Вертикальные геотермальные подземные петли.

Водонапорная печь

3. Петли геотермального подземного пруда.

Courtesy Water Furnace

It’s Green

Около 70 процентов энергии, используемой системой геотермального теплового насоса, поступает в виде возобновляемой энергии из земли. По данным EPA, высокоэффективные геотермальные системы в среднем на 48% эффективнее газовых печей, на 75% эффективнее масляных печей и на 43% эффективнее в режиме охлаждения.

Поскольку системы отопления с геотермальными насосами не сжигают ископаемое топливо для производства тепла, они производят гораздо меньше парниковых газов, чем обычная печь. Они также обеспечивают более высокое качество воздуха, потому что нет выбросов угарного газа. В целом, 3-тонная система с геотермальным тепловым насосом для жилых помещений производит в среднем примерно на один фунт меньше углекислого газа в час по сравнению с обычной системой. За 20 лет этого достаточно, чтобы удалить из атмосферы эквивалент 10 метрических тонн углерода. Если 100 000 геотермальных блоков будут введены в эксплуатацию в ближайшие несколько лет, это может сэкономить столько же энергии, сколько уберет с автомагистралей США почти 60 000 автомобилей.

Посетите dsireusa.org , чтобы узнать о налоговых льготах, доступных в штате.

Практический пример: геотермальная энергия переносит фермерский дом 1830-х годов в 21-й век

Myhomescience.com выпустит серию тематических исследований по модернизации источников энергии. Первый описывает работу, проделанную в 2013 году компанией Halco Energy. Halco недавно была признана «лучшей в стране» в области более 1900 домашних работ с подрядчиками ENERGY STAR® по всей стране. Он является членом сети Dr. Energy Saver.

Этот фермерский дом 1830-х годов остро нуждался в энергосберегающих улучшениях. Теперь он должным образом изолирован и оснащен гораздо более эффективной системой отопления.

Halco Energy и ее клиенты знают холод. Они живут в районе Фингер-Лейкс в Нью-Йорке, где средние зимние минимумы ниже 20 ° F и часто опускаются ниже 0 ° F.

В прошлом году клиент попросил Halco провести энергоаудит своего дома 1830-х годов.
«Общая температура в доме была непостоянной», — сказали домовладельцы. «В Halco нам сказали, что виновата печь — она была слишком велика для дома, поэтому, когда мы ее заводили, нам было слишком жарко; когда он проворачивался обратно, мы чувствовали себя слишком холодно. У нас также были холодные зоны, особенно в той части дома, где есть подвал, а не полноценный подвал. Наверху тоже было холодно. В основном это было связано с недостаточной изоляцией».

Местоположение :
Верхний штат Нью-Йорк
Описание дома:
1700 квадратных футов, 1-1/2 История Фермерского дома
СТАРЬ И ПОЛНОСТЬЮ:
май 2013 г.-июль 2013 г.
Проблема:
Поднять. Эффективность и комфорт фермерского дома 1830-х годов
Решение:
Сочетание теплоизоляции сверху донизу с геотермальной и высокоэффективной резервной пропановой печью
Руководитель проекта: Тодд Мартин, Halco Renewable Energy
Стоимость: 54 000 долларов (35 000 долларов после гранта NYSERDA в размере 3 000 долларов и налоговых льгот в размере 16 000 долларов в течение трех лет)
Экономия: 4 000 долларов в год

1700 кв. Футов дома. С нетерпением ожидая выхода на пенсию в своем доме, это было непосильным расходом для домовладельцев.

«Это был случай, когда нужно было реализовать множество решений, чтобы дом стал таким, каким он должен быть», — говорит Тодд Мартин, руководитель проекта Halco.
Поскольку дорогостоящие обновления системы редко имеют смысл без устранения недостаточной изоляции, Halco повысила уровень изоляции по всему дому.
«Мы полностью устранили недостатки изоляции дома, — говорит Мартин. Монтажная бригада Halco нанесла 5 дюймов распыляемой пены высокой плотности вдоль чердачных стропил, под настилом крыши и над фронтонными стенами. Кроме того, они добавили 12 дюймов целлюлозы на мансардный этаж. Целлюлоза была выбрана из-за ее способности сопротивляться как движению воздуха, так и тепловому потоку.
Целлюлоза также использовалась для утепления наружных стен первого и второго этажа. В корпусах, таких как полости в стенах, установщики Halco используют технику, называемую «плотной укладкой». Он значительно снижает инфильтрацию воздуха, обеспечивая при этом адекватное значение теплопроводности. Целлюлоза с высокой скоростью выбрасывается в отсеки для стоек через отверстия во внешней обшивке. (Как правило, для просверливания отверстий необходимо снять часть сайдинга.) Установщик накладывает слои плотно упакованной целлюлозы до тех пор, пока все пустоты не будут полностью заполнены. Инфракрасная камера может использоваться для проверки наличия пустот в процессе заполнения.

Большая часть потерь тепла в доме была вызвана недостаточной теплоизоляцией подполья.

Экипаж Халко на этом не остановился. Старое подполье было источником холодного воздуха зимой. Летом его высокая относительная влажность была идеальной средой для роста плесени, гниения, коррозии и заражения насекомыми. На самом деле, домовладельцы жаловались на затхлый запах в их доме. Halco считала, что лучшим решением будет инкапсулировать и изолировать подполье. TerraBlock, ¾ дюйма. толстая изоляционная прокладка использовалась для герметизации и покрытия полов. Это, в свою очередь, было покрыто 20 мил. Полиэтиленовая пароизоляция CleanSpace. Затем стены подполья были загерметизированы 2-дюймовой изоляцией из напыляемой пены от земли до коробчатых подоконников и краевых балок включительно. На каменные стены в подвальной части дома также наносили монтажную пену.

Инфильтрация влажного теплого воздуха, которая затрудняла охлаждение дома в жаркие и влажные дни, была значительно уменьшена. «Другое преимущество — отсутствие плесени», — говорят домовладельцы. «Мы всегда ссорились с этим летом. Теперь в доме сухо и «нормально» летом. Раздражающего запаха плесени нет».

Попрощайтесь с устаревшим оборудованием HVAC

Новый геотермальный тепловой насос Earthlinked с пароохладителем внутри в сочетании с новым водонагревателем обеспечивает тепло и горячую воду.

Существующая система отопления включала неэффективную печь на жидком топливе и старый резервуар для мазута.

Новая пропановая печь имеет КПД 95%. Он автоматически включается только тогда, когда геотермальный тепловой насос не может справиться с тепловой нагрузкой дома.

Самым существенным улучшением, сделанным Halco, стала установка системы геотермального отопления для удовлетворения большинства потребностей в нагреве помещений и воде. Громоздкая старая масляная печь с КПД 70%, сопутствующий масляный бак и старый водонагреватель были заменены новым 3-тонным геотермальным тепловым насосом Earthlinked, пароохладителем и новым водонагревателем. Системы геотермальных тепловых насосов получают тепло из земли, а не из воздуха, как обычные тепловые насосы «воздух-воздух».

В геотермальных системах с прямым обменом, таких как эта, «колодцы» бурятся в земле, и в них устанавливаются трубопроводы для хладагента. (Для этого дома потребовалось 3 скважины по 100 футов.) Хладагент доставляет тепло, всегда присутствующее в земле, к тепловому насосу, который использует его для производства горячего воздуха для распределения по всему дому. Летом можно использовать реверсивное значение, чтобы обратить процесс вспять и получить тепло из (охлаждения) дома. Нежелательное тепло либо возвращается в землю, либо используется для нагрева бытовой воды.
Кроме того, тепловой насос оснащен пароохладителем, поэтому его можно использовать для нагрева воды для стирки. Пароохладитель — это небольшой вторичный теплообменник, установленный внутри теплового насоса. Он передает тепло от компрессора теплового насоса воде для бытовых нужд. Затем нагретая вода хранится в резервуаре для горячей воды до тех пор, пока она не понадобится.
Halco также установила двухступенчатую пропановую печь Goodman мощностью 45 000 БТЕ с КПД 95%, которая действует как система обработки воздуха (вентилятор, который перемещает нагретый воздух по всему дому) и как резервная система отопления. Чтобы помочь справиться с нагрузкой этой новой установки, существующая электрическая сеть дома была модернизирована до 200 ампер. Кроме того, Halco установила резервный генератор Generac мощностью 7 кВт, чтобы обеспечить работу систем во время отключения электроэнергии.

«Результаты улучшений, которые мы сделали в этом доме, будут ощущаться долгие годы. Новый геотермальный тепловой насос, пропановая печь и водонагреватель с пониженным перегревом намного более эффективны, чем предыдущие системы дома. Кроме того, герметизируя и изолируя чердак, наружные стены и подполье, мы свели к минимуму количество утечек кондиционированного воздуха, что означает меньше сквозняков, постоянную температуру в помещении и повышенный комфорт», — говорит Мартин.

Однако, пожалуй, самым впечатляющим результатом усовершенствований является ежегодная экономия на счетах за электроэнергию и относительно быстрая окупаемость. «После завершения всех работ ожидается, что они сэкономят около 4000 долларов США в год, – говорит Мартин. По словам домовладельцев, через восемь месяцев прогноз Мартина оказался точным. Затраты на электроэнергию выросли, но этот рост более чем компенсируется расходами на топливо, которые в необычно холодную зиму расходуются на 80% меньше, чем в предыдущие годы.