Геотермальное отопление: плюсы и минусы
Геотермальное отопление – уникальный проект, при реализации которого обогрев частного дома или коттеджа выполняется за счет естественного тепла земли. Система функционирует благодаря тепловому насосу, который прогревает грунтовую воду, поднимая ее из глубин почвы. В состав оборудования входит теплообменник, устанавливаемый в специальную земляную шахту. Ее глубина рассчитывается с учетом нескольких параметров: тип грунта, среднегодовая температура, особенности климата и площадь отапливаемого помещения.
Конструкционные особенности системы
Геотермальное отопление частного дома основано на системе 3 контуров. Главным из них является тепловой насос – именно он обеспечивает циркуляцию теплоносителей внутри системы и создает теплообмен между внутренним и наружным контурами. Магистрали системы устанавливаются под землей (в грунтовый пласт или скважины).
Классический вариант схемы геотермального отопления действует так:
Наружный контур заполняется незамерзающим сырьем, разогрев которого происходит за счет естественной температуры земли (приблизительно до 10 градусов).
Заглубление системы рассчитывается при проектировании установки (глубина может составлять до 50 метров).
Подогретый носитель подается в геотермальный тепловой насос для отопления, а оттуда в теплообменник для передачи тепла второму контуру. После этого, сырье вновь уходит под землю для последующего разогрева. Трубы второго контура заполнены фреоном, который циркулирует по ним и создает испарение за счет разницы рабочих температур. Перейдя в газообразное состояние, фреон направляется в компрессор и сжимается помпой. За счет термодинамических процессов, температура поднимается до 100°С.
Разогретый газ поступает в теплообменник и передает энергию теплоносителя третьему контуру (внутреннему). Попадая в расширительный экран, состояние фреона (давление и температура) нормализуется, и рабочий цикл повторяется вновь. Третьим контуром является оборудование для отопления дома: система трубопровода и радиаторы/батареи.
Схема проектирования
Геотермальное отопление под ключ выполняется на основании технических данных:
Расчет внутреннего контура отопительного оборудования: протяженность линии трубопровода, тип систем обогрева и их количество (теплые полы, радиаторы), планируемый объем потребляемой горячей воды и т.
д.
Высота заглубления внешнего контура – расчет выполняется на основании геодезических данных региона.
Схема установки труб и проект бурения шахты
При проектировании учитывается наличие централизованных инженерных коммуникаций или готовых скважин для воды. На основании всех данных осуществляется выбор теплового насоса и автоматического оборудования, выполняемого контроль работы всей системы.
Общая стоимость геотермального отопления для дома
Расходы на приобретение оборудования зависят от его технических характеристик, комплектации и мощности. Параметры последнего выбирают с учетом размеров отапливаемой площади. К общей цене геотермального отопления добавляются затраты на его монтаж.
Подсчитав финансовые расходы, потребитель должен помнить о значимых достоинствах системы. Главными из них являются: безопасность (экологическая, пожарная, эксплуатационная), минимальные затраты на техническое обслуживание, высокая эффективность и отсутствие вреда для окружающей среды.
Геотермальная энергия | Плюсы и минусы геотермального отопления дома
Что такое геотермальное отопление дома?
Геотермальное отопление использует для обогрева помещений природное тепло земли. Это неограниченный и бесплатный ресурс. Его можно использовать независимо от температуры воздуха, времени года и расположения участка. Сейчас это самая экономичная альтернатива традиционным вариантам отопления.
Принцип действия системы
В основе функционирования геотермальных систем находятся физические процессы передачи тепла из окружающей среды. По принципу действия они аналогичны обычному холодильнику.
На большой глубине земной поверхности температура всегда постоянна и пребывает в пределах +5 — +8 °С. Почти 80% тепловой энергии, создаваемой геотермальной системой, представляет собой энергию окружающей среды. Ее передают и накапливают внутри зданий. Такая добыча не наносит урона экологическому и энергетическому балансу планеты, потому что она обладает способностью самовосстанавливаться.
Виды теплообменников
Горизонтальные теплообменники характеризуются тем, что трубы контура укладывают горизонтально на глубину, превышающую уровень промерзания грунта в данной местности. Их применяют тогда, когда приусадебный участок обладает большой свободной площадью без насаждений.
К примеру, чтобы обогреть частный дом площадью в 250 кв. м потребуется 600 кв. м для размещения теплообменного контура. Такая территория не всегда доступна в густонаселенных коттеджных поселках.
Когда территория участка небольшая, применяют вертикальные теплообменники. Но для их создания потребуется специальное бурильное оборудование. Это вызывает повышенные расходы.
При создании вертикальных теплообменников применяются геотермальные зонды. Их опускают в скважины глубиной до 200 м. Такой способ можно использовать даже на обустроенной территории. При этом существующий ландшафт не повреждается.
Еще одним вариантом является теплообменник, помещенный в воду. Он очень целесообразен при наличии поблизости водоема.
При этом трубы контура укладывают на дне на глубину, превышающую уровень промерзания. В этом случае система функционирует за счет энергии водных массивов. Это наиболее экономичный способ обустройства геотермального отопления.
Существуют также воздушные теплообменники. Их контур получает тепло из воздуха. Особенно эффективны они в южных районах. Для их монтажа не требуются земляные работы. Недостатком является полная зависимость от температуры воздуха.
Горизонтальный коллектор
Горизонтальный коллектор – это система труб, уложенных параллельно земле в специальных траншеях. Ширина траншей составляет 50-70 см, глубина 1,5-2 м, дистанция между ними — не менее 1,5 м. Прокладка труб на расстоянии ближе 1,5 м от деревьев не допускается. Такие нормы необходимо выдерживать для предотвращения переохлаждения грунта. В противном случае система не получит достаточное количество тепла.
Длина труб и траншей зависит от теплоотдачи грунта и мощности теплового насоса. Чем выше значение последнего показателя, тем крупнее должен быть участок.
При таком способе укладки труб значение теплоотдачи обычно составляет 15-35 ВТ/м2.
Вертикальный контур
Для его создания необходимо пробурить скважину глубиной от 10 до 100 м и выше. В нее опускают U-образную трубу. За счет того, что на большой глубине температура всегда выше, чем у поверхности, такой способ укладки обладает повышенной эффективностью. Она в 4-5 раз выше, чем при использовании горизонтального коллектора.
Чтобы увеличить тепловую мощность, одновременно применяют несколько таких скважин. Расстояние между ними не меньше 5-6 м. Их соединение осуществляется с помощью специальных коллекторных узлов. Для получения 7-9 кВт тепловой энергии потребуется 150-200 м скважины. Долговечность системы такого вида составляет около сотни лет.
Теплообменник, размещенный в воде
Водоразмещенный теплообменник считается единственным реальным способом обеспечения геотермального отопления собственными силами. Для его применения необходимо наличие водоема размерами не менее 200 кв.
м. Расстояние от него до дома должно не превышать 100 м. Обязательным условием является также то, что глубина водоема обязана превышать 2 м.
Плюсы и минусы геотермального отопления
Большим достоинством геотермальных систем отопления считается неисчерпаемость необходимых для нее ресурсов. Земная поверхность аккумулирует около 90% солнечной энергии. Может закончиться топливо, возможно прекращение подачи газа, но тепло земли бесконечно.
Значительным преимуществом геотермальных систем является также экологичность. Их функционирование не создает вредных отходов. Геотермальная установка является пожаробезопасным решением. При ее работе не используют легковоспламеняющиеся вещества.
Основным недостатком геотермальных систем считается сложность и значительная стоимость работ. Наиболее целесообразно их применение на не газифицированных участках.
Использование земли для отопления и охлаждения дома
Сью Батлер решила, что пришло время отказаться от ископаемого топлива.
Поэтому, когда ее стареющая газовая печь нуждалась в замене, она обратилась за решением к Земле.
Она установила геотермальную систему, также называемую геотермальным тепловым насосом, водяным тепловым насосом или системой геообмена, которая недавно начала обогревать и охлаждать ее дом в Кембридже, штат Массачусетс. Батлер сказала, что она была мотивирована экологическими причинами и опасениями по поводу угарного газа от сжигания природного газа.
«Это не намного дороже, и я могу с этим справиться. И это означает, что больше не будет сжигаться, и это избавит здание от углерода, что срочно», — сказала она.
Геотермальные тепловые насосы существуют уже несколько десятилетий, но с каждым годом они привлекают все больше домовладельцев и организаций, которые ищут альтернативы традиционному отоплению и охлаждению помещений. Они могут подключаться к существующим системам принудительного горячего воздуха и горячего водоснабжения, но не к паровому нагреву.
Начиная с 2006 года соседний Гарвардский университет установил шесть геотермальных тепловых насосов в рамках своей инициативы Green Campus.
Один застройщик, MassInnovation, сделал геотермальную энергию неотъемлемой частью своих жилых и офисных зданий в эко-тематике. Оборудовав один дом для пожилых людей геотермальной энергией, компания теперь планирует превратить то, что когда-то было гигантской фабрикой 19-го века, в одну из крупнейших геотермальных установок в Новой Англии, по словам генерального директора Роберта Ансина.
Люди, выбирающие геотермальную энергию, как правило, заинтересованы в ней либо потому, что это технология экологически чистой энергии, либо потому, что они хотят избежать цен на ископаемое топливо, говорит Диона Роберг, директор по операциям в Water Energy Distributors, которая распространяет геотермальные системы от ClimateMaster.
«Бизнес вышел из-под контроля — мы едва успеваем за ним», — сказал Роберг. Около половины клиентов используют геотермальную энергию, чтобы сократить расходы на отопление и охлаждение. Но другая половина «не волнует, сколько это стоит, они просто хотят быть зелеными», — сказал Роберг. За последние четыре года семейный бизнес удвоился.
Открытый и закрытый цикл
Строго говоря, то, что часто называют «геотермальной системой», является неправильным, поскольку подразумевает использование тепла Земли, что уже широко используется для снабжения электроэнергией коммунальных предприятий. Эта геотермальная энергия — и ее ответвление, улучшенная геотермальная энергия — работает только в определенных регионах и использует другую технологию.
Вместо того, чтобы использовать подземное тепло, геотермальные тепловые насосы, прикрепленные к зданиям, извлекают выгоду из постоянной температуры земли или глубоких колодцев. По сути, они обращаются с Землей как с гигантским банком энергосбережения, отдавая или забирая тепло в зависимости от времени года.
Летом системы откачивают внутреннее тепло под землю и используют более низкие температуры Земли для охлаждения здания. В более холодные месяцы тот же процесс происходит в обратном порядке: тепло земли используется для обогрева воздуха в помещении.
В помещении находятся тепловые насосы коробчатой формы, которые втягивают и выталкивают либо воду, либо рабочую жидкость, например антифриз, в землю и из нее. Используя тот же механизм контура компрессора, что и холодильник, теплообменник получает энергию от циркулирующей жидкости для обогрева или охлаждения здания.
Существует несколько различных конфигураций контуров перекачки жидкости: либо водяные колодцы глубиной в несколько сотен футов, которые считаются наиболее эффективными, либо змеевики, которые можно вырыть всего на несколько метров под землей.
Другие используют водоем, такой как пруд, в качестве поглотителя тепла.
Тем не менее, независимо от типа, геотермальные тепловые насосы считаются одним из наиболее эффективных способов отопления и охлаждения.
Международная ассоциация геотермальных тепловых насосов, базирующаяся в Стилуотере, штат Оклахома, заявила, что геотермальная энергия на 50-70% эффективнее для отопления, чем другие системы. Министерство энергетики США сообщает, что геотермальный тепловой насос потребляет на 25-50% меньше электроэнергии, чем обычные системы отопления и охлаждения.
Роберг сказал, что затраты на техническое обслуживание геотермальных систем составляют половину стоимости традиционных систем отопления и охлаждения. По ее словам, окупаемость геотермальных систем, которая раньше составляла около семи лет, теперь обычно составляет четыре года. Недавно принятые федеральные льготы по возобновляемым источникам энергии теперь включают налоговый кредит в размере 2000 долларов в год.
Зеленый край
Но даже с этими преимуществами геотермальное отопление и охлаждение по-прежнему остается относительно нишевым продуктом: по данным Министерства энергетики, в США ежегодно устанавливается около 50 000 единиц.
Одной из причин является первоначальная стоимость. В целом установка геотермального отопления и охлаждения, включая работу с воздуховодами, будет примерно на 50 процентов дороже, чем система, основанная на ископаемом топливе, сказал Роберг.
Бурение, как правило, является самой большой частью счета, потому что только оно может стоить десятки тысяч долларов. По словам Батлера, сами геообменные насосы для домов могут стоить от 17 000 до 30 000 долларов.
«Вертикальный» контур наземного или разомкнутого контура геотермального теплового насоса. WaterFurnace International Эксперты предупреждают, что установка этих систем очень специфична для конкретного места — например, неправильная установка воздуховодов может привести к неэффективности устройства.
Кроме того, некоторые регионы лучше подходят для геотермальной технологии; некоторые разработчики сообщают, что насосы, которые проводят большую часть года, откачивая тепло под землю и мало времени отводя тепло, со временем работают хуже.
В своем анализе своих первых шести геотермальных систем (щелкните, чтобы открыть PDF) Гарвард выявил ряд проблем при установке, связанных с конструкцией колодцев и пониманием водных ресурсов под землей.
Более тонкий вызов — статус-кво. Домовладельцы, не знакомые с геотермальными системами, будут устанавливать то, что порекомендуют подрядчики, также незнакомые с технологией.
Ансин из разработчика MassInnovation столкнулся с этим институциональным скептицизмом во время ремонта заброшенной обувной фабрики в Фитчбурге, штат Массачусетс.
Он собирался потратить значительную часть своего общего бюджета — около 500 000 долларов — на стандартную промышленную печь и чиллер, когда случайно встретился с другом-бурильщиком, который предположил, что геотермальные тепловые насосы могут быть дешевле.
Ансин никогда не слышал о геотермальной энергии, но как только он изучил ее, он понял, что она может быть как рентабельной, так и позволять ему дифференцировать свои здания не только по местоположению. Объект под названием Anwelt Heritage Apartments позиционируется как экологически чистое здание, в котором используется тепловой насос, работающий от земли, и солнечная батарея.
По словам Ансина, который в настоящее время является совладельцем буровой установки, эта система примерно вдвое дешевле традиционной. Он передает более низкие расходы на коммунальные услуги людям в 86 резиденциях, которые платят менее половины того, что они платили по счетам за коммунальные услуги.
Он с большим энтузиазмом относится к этой технологии, но признает, что геотермальная промышленность незрела по сравнению с традиционным бизнесом в области отопления и охлаждения.
«Несмотря на то, что тепловые насосы и геотермальное кондиционирование помещений существуют уже некоторое время, они по-прежнему считаются очень новым рынком, и поэтому на нем не хватает подрядчиков и инженеров», — сказал он, добавив, что установка может потребовать координации различных действий.
подрядчики. «К сожалению, пока у вас не будет универсального решения, оно не станет настолько повсеместным, как могло бы быть».
Использование Земли для охлаждения и обогрева вашего дома
Большинство людей с удивлением узнают, что независимо от того, какая погода там, где вы живете, температура под землей всегда остается между 45 и 75 градусами по Фаренгейту. Эксперты в области систем отопления и охлаждения разработали способ использования этого природного явления с помощью систем геотермальных или геотермальных тепловых насосов (GSHP). Результаты не только невероятно эффективны, но и экологически безопасны.
Геотермальные системы/системы GSHP используют природные подземные температуры путем обмена теплом с землей с использованием подземной сети труб, заполненных водой (или хладагентом). Зимой жидкость вытягивает тепло из земли и передает его в дом через теплообменник. Летом система забирает тепло из дома и отдает его обратно в землю. Это невероятная технология, которую можно использовать практически в любом доме, даже на небольших участках.
Хотя многие люди только сейчас слышат о системах GHP, эта технология не нова. По словам Джима Боуза, исполнительного директора Международной ассоциации геотермальных тепловых насосов (IGSHPA), «многие люди думают, что геотермальная энергия — это новая технология, из-за которой строители и домовладельцы неохотно ее используют». «На самом деле, — сказал он, — этой идее более 150 лет».
Системы GHP имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными системами отопления и охлаждения. Не последним из них является экономическая эффективность. После того, как первоначальные инвестиции сделаны для установки системы, геотермальное отопление и охлаждение становятся значительно дешевле, чем другие системы. Вот как это измеряется с точки зрения затрат на миллион БТЕ (БТЕ — это количество тепла, выделяемое свечой):
Геотермальная энергия = 2,99 доллара (0,05 доллара за кВт)
Источник воздуха = 5,23 доллара (0,05 доллара за кВт)
Электричество = 14,73 доллара (0,05 доллара за кВт)
Природный газ = 10,20 доллара (1,00 доллара за кВт) Therm)
Пропан = 13,92 долл.
США (1,90 долл. США за галлон)
Мазут = 40,15 долл. США (4,50 долл. США за галлон)
Геотермальная энергия, безусловно, самая дешевая. Есть и другие преимущества, в том числе:
- Эффективность и экологичность – Системы GHP передают тепло, а не производят его, поэтому они не полагаются на ископаемое топливо.
- Долговечность — система GHP устанавливается и защищается под землей. Срок службы труб около 50 лет.
- Не требуется места на полу. Вам не нужен большой блок обогрева/охлаждения или даже радиатор для работы системы GHP.
- Удобство — влажность не проблема.
- Тихие системы GHP не используют внешние компрессоры , поэтому шума практически нет.
Как видите, у системы GHP множество преимуществ. Минусов мало. Самым большим препятствием для большинства людей является первоначальная стоимость и отсутствие знаний о том, как работает система GHP.
Если вы хотите получить бесплатную оценку стоимости установки системы GSHP в вашем доме, свяжитесь с Unique Indoor Comfort сегодня.