Отопление от тепла земли: обогрев за счет энергии земли, земляное отопление из земли своими руками, фото и видео примеры

Подземное геотермальное отопление дома теплом земли

Поиски альтернативных источников энергии привели к изобретению устройств, которые способны аккумулировать тепло, в большом количестве находящееся в окружающей среде человека. Солнечные лучи, гейзерные источники, грунт — все это в той или иной степени может удовлетворить потребности в нагреве теплоносителя для системы отопления и ГВС.

Хотя геотермальное отопление за счет тепла земли является относительно новым направлением, перспективы такого решения очевидны. Благодаря установке специального оборудования появляется возможность получения дешевого, практически бесконечного типа тепловой энергии.

 

Как получить тепло в дом из земли

Земля даже в зимний период времени не промерзает полностью. Этой особенностью пользуются монтажные бригады, прокладывающие трубопровод ниже точки замерзания. Удивительно, но температура этих слоев редко опускается ниже, чем +5 +7°C градусов.

Можно ли воспользоваться способностью земли аккумулировать тепло, извлечь его и использовать для нагрева теплоносителя? Конечно! Но чтобы сделать альтернативное отопление частного дома с помощью тепла земли возможным, потребуется решить следующие проблемы:

• • Получение тепла — понадобится аккумулировать тепловую энергию и направить ее в аккумулирующий резервуар.

• • Нагрев теплоносителя. Нагретый антифриз должен передать тепловую энергию жидкости, которая циркулирует в системе отопления и ГВС.

• Остывший антифриз необходимо отвести обратно к теплообменнику для дальнейшего нагрева.

Чтобы решить эти вопросы был разработан геотермальный насос с использованием тепла земли. Геотермальный тепловой насос позволяет извлечь количество тепла, которого более чем достаточно для производства большого количества тепла и использования в зависимости от конструкции и месторасположения дома в качестве основного или дополнительного отопительного оборудования.

 

Как работает геотермальное отопление дома, принцип работы

Подземное глубинное отопление из земли, это больше не фантастика. Такие установки можно спокойно купить в России. Причем геотермальные установки в состоянии работать как в условиях Севера, так и в южных широтах. Но какой принцип они используют в своей работе?

Еще в прошлом столетии был отмечен факт, что при испарении определенные типы жидкостей способны охлаждать поверхность. Именно это происходит когда протирают спиртом кожу перед уколом или поливают асфальтированную площадку, нагретую под солнцем. Этот принцип был взят в качестве основы для разработки холодильного оборудования.

Дальше возникла идея почему бы не пустить процесс охлаждения в обратную сторону и не получить вместо холодного горячий воздух. Большинство современных кондиционеров в состоянии не только охлаждать воздух в помещении, но и работать на его нагрев. Но недостатком таких устройств является то, что они ограничены температурой окружающей среды. Так, после того как отметка достигает -5 градусов, они прекращают работать.

Геотермальные насосы для отопления частных домов от земли полностью лишены такого недостатка, хотя используют принцип, во многом напоминающий работу кондиционера на нагрев помещения.

 

Как устроено геотермальное отопление

Как уже отмечалось, геотермальная система отопления из недр земли, во многом напоминает работу кондиционера в режиме нагрева. Что происходит в этот момент?

• • В нижних слоях грунта, на дне реки или озера устанавливают водяные коллекторы, по которым циркулирует антифриз. Коллекторы поглощают тепло и высвобождают холод.

• • Нагретый антифриз с помощью насоса поднимается наверх.

• • В буферном баке происходит теплообмен. Нагретый антифриз отдает тепловую энергию теплоносителю или нагревает воду.

• Остывший антифриз поступает обратно к коллекторам.

Существуют установки, которые в состоянии самостоятельно отапливать большие помещения, другие используются исключительно, как вспомогательное оборудование способное обеспечить от 50-75% потребности помещения в тепле.

 

Геотермальное оборудование для использования тепла земли

Принцип работы глубинной системы отопления дома, за счет энергии земли, основан на применении особого оборудования. Оно выполняет следующие функции: аккумулирует тепло окружающей среды, передает его теплоносителю системы отопления. Для этого используют следующие узлы:

• • Испаритель — находится глубоко под землей. Функция испарителя заключается в том, чтобы поглотить тепловую энергию, находящуюся в окружающем грунте.

• • Конденсатор — доводит антифриз до необходимой температуры.

• • Тепловой насос — циркулирует антифриз в системе. Осуществляет контроль над работой всей установки.

• Буферный бак — собирает нагретый антифриз в одном месте, для передачи энергии теплоносителю. Состоит из внутреннего бака, в нем находится вода из системы отопления и внутренний змеевик, по которому движется нагретый антифриз.

Хотя природное низкотемпературное геотермальное отопление дома теплом земли дает достаточно тепловой энергии, наиболее практичным вариантом отопления при таком решении является подключение его к системе «теплый пол».

 

Монтаж и установка геотермального отопления

Основная сложность относительно монтажа геотермального оборудования связана с установкой контура теплообменника в грунте-земле. Хотя в интернете можно найти большое количество советов как выполнить эти работы самостоятельно, практика показывает, что большинство советов невозможно применить без специального профильного образования, следовательно, все работы должны выполнять профессиональные монтажники, являющиеся представителями производителя.

После обращения к специалистам, геотермальные системы отопления частных домов за счет тепла земли устанавливаются в следующие несколько этапов:

1. 1. Выезд инженера на дом. Во время первого визита берутся пробы грунта, определяются особенности местности и принимается решение о наиболее эффективном монтаже геотермальной системы. На эффективность установки может влиять также источник предполагаемого тепла. Более производительным считается монтаж теплообменников на дне водоема или у истоков термических источников.

1. 1. Заключение договора и приобретение необходимого оборудования. Расценки могут существенно отличаться в зависимости от сложности проведения монтажных работ и других нюансов. Но в среднем, если выбран качественный немецкий производитель, стоимость установки будет приблизительно равняться его цене. Приобретение под ключ установки Vaillant для дома в 350 кв. м. обойдется приблизительно в 21 тыс. $

1. 1. Монтажные работы. Отопление частного дома подземными геотермальными источниками тепла, а точнее, его эффективность во многом зависит от правильного проведения работ на этапе монтажа. После того как водяные теплообменники будут установлены в грунт, выполняется подключение к геотермальной установке и системе отопления дома.

1. Пуско-наладочные работы. Инженер запускает систему и выполняет точную регулировку устройства. После настройки подписывается Акт о сдаче работ.

Согласно действующему законодательству, предприятие устанавливающее оборудование, может предоставить дополнительные гарантийные обязательства при условии оплаты этих услуг. Такие гарантии обойдутся еще в дополнительную 1000 $.

 

Эффективно ли геотермальное отопление на Севере

Чтобы создать минимальные условия необходимые для работы геотермальной установки, достаточно соблюдения следующих условий:

• • Температура слоя грунта, в котором расположены теплообменники, не должна опускаться ниже +5,+7°C градусов.

• • На протяжении всей системы, по которой протекает антифриз, созданы условия, позволяющие избежать его замерзания.

• Геотермальный обогрев загородного дома выполнен после проведения всех необходимых расчетов и проектной документации.

Если учесть все описанные требования становится ясно, что такие установки могут быть эффективными, при соблюдении вышеперечисленных условий. Все же для северных регионов более целесообразно использовать такие установки для нагрева небольших площадей до 150-200 кв. м.

 

Гейзерное отопление частного дома

Производительность геотермального насоса во многом зависит от температуры грунта или воды, в которых находится теплообменник. В этом отношении жители Камчатки находятся в более выгодном положении. На полуострое Камчатка находится огромное количество термальных источников — гейзеров, которые не остывают даже в зимнее время года.

Перед монтажом оборудования обязательно проводится геологическая разведка. Если теплый источник находится на территории дома, имеет смысл расположить теплообменники на дне этого водоема. Геотермальная энергия в таком случае окупится значительно быстрее.

 

Как с помощью геотермального насоса отопить дом

Технология обогрева дома подземным теплом наиболее востребована на Западе. Это в первую очередь связано с менталитетом жителей западных стран. Они привыкли делать долгосрочные инвестиции, которые полностью окупаются только через несколько лет. Да и немного найдется людей, которые в состоянии заплатить за установку оборудования около 20 тыс. $ единовременно. Но количество желающих стать независимыми от остальных источников отопления постоянно растет.

Альтернативные способы геотермального отопления дома становятся более популярными, особенно если учесть постоянно растущую стоимость газа.

Тепловая энергия буквально лежит под ногами. Дело только за тем, чтобы нагнуться и «поднять» ее. В этом может помочь геотермальная установка. Монтаж насоса позволяет в зависимости от местности либо полностью компенсировать потребности в тепловой энергии, или удовлетворить их частично, существенно снизив нагрузку на основной источник отопления и систему ГВС частого дома.

обогрев загородного дома за счёт тепла земли современные способы и технологии

В современном мире практически каждый владелец частного дома мечтает о том, чтобы его жилище было действительно комфортным в любой сезон: летом в здании было немного прохладно, а вот в зимнюю стужу — тепло.

Сегодня существует огромное количество видов топлива для обогрева домов – это дрова, электроэнергия, торф, газ и уголь, а также геотермальное отопление загородного дома.

Стоит отметить, что оборудование, которое может работать на газе, угле, торфе и прочем горючем материале нельзя отнести к безопасным для окружающей среды. Вред от таких видов отопления очевиден.

К тому же стоимость топлива постоянно возрастает. Сегодня многие потребители желают применять для отопления частного дома использовать тепло, полученное из земли.

Современный вид отопления

Достоинства геотермального отопления – это экономность, экологичность, чистота и безопасность

Пользователи уверены в том, что именно газовое отопление частного дома является наиболее оптимальным вариантом, однако стоит обратить внимание на некоторые, весьма отрицательные, качества. Недостатки такой системы отопления «налицо».

Установить именно такой обогрев в принципе невозможно, если к дому или коттеджу не была проведена газовая магистраль. Монтаж самой газовой установки требует практически постоянного обслуживания и строгого исполнения всех норм безопасности.

Владельцы к тому же должны иметь и специальные разрешения на такой вид обогрева помещения.

Наиболее оптимальным решением проблемы обогрева загородного дома или просто частного коттеджа считается геотермальное отопление.

Практически ежедневно число пользователей, которые убедились в эффективности данной системы и теперь применяют ее, растет очень быстро.

Обогрев такого типа имеет огромное количество преимуществ. Одним из наиболее значительных достоинств считается экономность данной системы отопления, а также ее экологичность, чистота и безопасность.

Как отопить загородный дом с помощью природы?

В последние годы некоторые потребители стали осуществлять отопление дома теплом земли. Сегодня многих интересует такой вопрос: «Что же из себя представляет геотермальная установка?».

Сама конструкция и схема работы данной системы достаточно сложная для восприятия и понимания, поэтому для большей ясности стоит привести пример.

Геотермальная система отопления в некотором роде работает по принципу холодильника, только наоборот. Роль морозильника в данной схеме играет испаритель, что находится очень глубоко под землей.

В виде медного змеевика выполнен конденсатор, который применяется для доведения воздуха или же воды до нужной температуры. Стоит отметить, что температура испарителя, которая находится под землей, является существенно ниже, чем над самой поверхностью.

Производители подобных систем отопления смело заявляют, что температура колеблется в таком диапазоне как 5-8 градусов Цельсия. Сегодня отопление от земли – это проверенная практика, которая становится все более популярной в разных уголках страны.

Именно благодаря использованию надежных и прочных компрессоров, а также других инновационных технологий рефрижераторных систем, появилась возможность создавать необычные и уникальные в своем роде способы получения «некачественного тепла», которое на поверхности земли можно преобразовать в «качественное тепло» и в дальнейшем беспрепятственно применять в геотермальном отоплении загородного дома.

Эффективность подобной системы отопления доказана специалистами, поэтому есть все основания для начала промышленного производства основного элемента такого способа обогрева помещения — тепловых насосов.

Принцип работы геотермальных систем

Принцип действия теплового насоса. Нажмите для увеличения.

Отопление за счет тепла земли — это уже давно не миф, а распространенная практика.

Геотермальные системы отопления могут работать по принципу физической передачи тепловой энергии от окружающей среды к хладагенту.

Подобный процесс наблюдается и в работе обычного холодильника.

Больше чем 75% всего объема тепла, которое может выделяться при работе системы, исполняющей отопление дома теплом земли, являет собой энергия окружающей среды.

В дальнейшем она накапливается, и далее поступает в жилые комнаты и другие помещения коттеджа или загородного дома.

Эксперты обращают внимание на то, что именно такой вид энергии имеет удивительную способность к самовосстановлению, поэтому геотермальная система отопления не наносит абсолютно никакого вреда или ущерба энергетическому или же экологическому балансу окружающей среды и нашей планете.

Система отопления имеет одно важное достоинство – она является абсолютно безопасной для использования.

Оборудование, которое не займет много пространства.

Отопление частного дома теплом земли стало активно внедряться совсем недавно. Основной причиной возникновения таких систем отопления для частных домов специалисты называют энергетические кризисы, которые нередко появлялись в 70-х годах 20-го столетия.

Поначалу отопление энергией земли считалось роскошью, поэтому только самые богатые и элитные семьи могли позволить себе абсолютно инновационную систему отопления дома.

Далее, в связи с активным развитием науки, техники и появлением совершенно новых технологий, геотермальные системы обогрева приобретали все большее распространение, а стоимость их монтажа и обслуживания – снижалась.

Тепловой насос занимает достаточно мало места в Вашем доме. Нажмите для увеличения.

Сегодня небольшая семья даже со средним достатком может позволить себе установить систему для обогрева дома без серьезного нарушения своего семейного бюджета. Современное геотермальное оборудование качественно улучшено и модернизировано.

Усовершенствование систем происходит и по сей день, так как создание новых агрегатов приводит к уменьшению расхода энергии и большей экономии.

На качественно новом уровне осуществляется функционирование подобных отопительных систем, ведь новое и необычное топливо, такое как энергия земли, используется для кондиционирования, и обогрева частного дома.

Отопление частного дома теплом земли пользуется популярностью во всех уголках планеты.

Ведь именно такая энергия может создавать уютные, комфортабельные и оптимальные условия для жизни каждого человека, не загрязняет окружающую среду вредными и негативными веществами, как это происходит во время сгорания торфа, угля или газа.

Геотермальное отопление может легко работать и обходиться без любых процессов сгорания, поэтому владельцам не стоит беспокоиться о таком вопросе, как возгорание и взрыв системы, она полностью безопасная в эксплуатации.

Преимущества геотермального отопления

Кроме всех вышеперечисленных достоинств, еще одним важным преимуществом считается отсутствие необходимости приобретать дополнительные дымоходы или вытяжки, которые возможно могут применяться для бесперебойного функционирования иных видов отопительных систем.

Геотермальная система отопления практична тем, что не выделяет вредных испарений, запахов и прочего, также стоит отметить отсутствие шума. Само оборудование является компактным, то есть экономит пространство.

Отопление из земли практично и тем, что его оборудование незаметно для людей, в отличие от жидкотопливных и твердотопливных систем обогрева. Целостность фасада и интерьера коттеджа или загородного дома не пострадает.

Сравнительная характеристика различных систем отопления. Нажмите для увеличения.

К тому же нет необходимости тратить время на такие вопросы, как приобретение, хранение и доставка топлива, ведь специалисты считают, что энергия планеты — неиссякаемая.

Еще одним весьма примечательным фактом считается удивительная возможность геотермального насоса во время зимы нагревать помещения, а летом в зной, опять же, с помощью насоса охлаждать дом.

Да, использование для отопления частного дома или загородного коттеджа тепла, полученного из земли, требует немалых затрат. Так, оно стоит в несколько раз дороже, чем газовое или дизельное оборудование.

Однако необходимо помнить, что такая система потребляет значительно меньше энергии, поэтому, если рассчитывать на долгосрочное ее применение, то такая система себя вполне окупит.

Перспектива и экономическая целесообразность применения именно такого оборудования становится сегодня все более очевидной.

Экономия площади при монтаже тепловых насосов

Сегодня есть три способа для того, чтобы сэкономить пространство при установке тепловых насосов:

1. эксплуатация тепловых грунтовых вод;
2. эксплуатация подземных зонтов;
3. прокладка особых зонтов в горизонтальном положении, которые будут находиться ниже уровня зимнего оледенения на дне водоема.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Компания «Тепло Земли» — Обогрев домов теплом, накопленным в недрах

Проектирование, подбор и монтаж геотермального отопления

Наши предки давно научились использовать тепло земли, сначала — живя в пещерах, где зимой значительно теплее, чем на открытом воздухе, а затем, обустраивая погреба и подвалы, где круглый год плюсовая температура. Современные технологии позволяют нам использовать эту энергию на новом уровне.

Мы производим расчет, подбор и монтаж систем геотермального отопления и горячего водоснабжения загородных домов.

Капитальные затраты сопоставимы с затратами на врезку в существующий газопровод, проходящий по границе участка. Затраты на обогрев при помощи теплового насоса сравнимы с затратами на  обогрев природным газом.

Геотермальное отопление — это отопление дома теплом, накопленным в грунте за счёт энергии Солнца и энергии, поступающей из земных недр.

Все мы в школе проходили второй закон термодинамики, но большинство его забыли за ненадобностью применения в повседневной жизни. А звучит он так: «Передача тепла от менее нагретого тела к более нагретому без совершения работы — невозможна». Можно сказать другими словами: «Чтобы передать тепло от менее нагретого тела — более нагретому, нужно совершить работу». Для этого и нужен тепловой насос, чтобы эту работу совершать. В результате, на 1 киловатт затраченной электрической энергии мы можем получить до 5,2 киловатт тепловой.

Не требуется никаких согласований в газовых, противопожарных и прочих службах. Технология не разрушает существующего ландшафта (отсутствует необходимость прокладки траншей, установки столбов и проч.). Не требуется периодического подвоза какого либо топлива (угля, сжиженного газа, дров). Ввиду отсутствия источников огня, продуктов горения — не требует обустройства дымоходов, периодической выгрузки и утилизации золы. В стоимость входит оборудование и монтаж системы «под ключ» без разводки по дому. Т.е. результатом является установленное в техническом помещении дома оборудование, готовое к подключению к внутренним сетям дома. Монтаж сетей внутри дома оговаривается дополнительно.

Отопление дома теплом земли, тепловая энергия земли

Надо признать, что среднестатистический обыватель мало задумывался об истощении земных недр, загрязнении атмосферы и окружающей среды в целом от сжигания углеводородов. И только сейчас люди всерьез стали обращать внимание на экологически чистые и возобновляемые источники энергии, поскольку стоимость углеводородного топлива стала неуклонно расти. Один из способов использования таких неиссякаемых источников — отопление дома теплом земли. Информацию о том, как оно действует и каким образом претворяется в жизнь, вы найдете в этой статье.

Как это работает?

Общеизвестный факт, что температура грунта на глубине около 1.5 м и более постоянна в течение всего года. Ее значение лежит в диапазоне плюс 5—7 °С, причем температура постепенно повышается с ростом глубины. Благодаря такому явлению люди хранят продукты и овощи с огорода в подвалах.

Получается, что температура там всегда положительна и грех не использовать это тепло из земли для обогрева жилья.

Больше всего человека привлекает тот факт, что тепловая энергия грунта – бесплатная. Но вот извлечь ее и направить в дом обойдется в кругленькую сумму, о чем мы поговорим далее.

Перемещать в помещения такое слабенькое тепло, как +7 °С абсолютно бессмысленно. Задача стоит не так: нам нужна именно энергия, а не температура. И в этом может помочь обычный кондиционер, только перевернутый наоборот. Ведь что он делает? Летом берет энергию изнутри здания и перемещает его наружу, а зимой – в обратном направлении. Это происходит благодаря теплообменным процессам внутри холодильной машины (цикл Карно).

Если вкратце и простыми словами, то внутри кондиционера циркулирует между двумя теплообменниками жидкость – хладоноситель. В первом она испаряется, отбирая теплоту от воздуха помещения, а во втором – конденсируется, отдавая ее в окружающую среду. Переходу хладагента из одного агрегатного состояния в другое способствуют 2 главных агрегата – компрессор и расширительный клапан.

Таким же образом выделяется тепловая энергия земли. По контуру из труб, помещенному вглубь грунта, движется теплоноситель, нагретый до температуры +7 °С. В первом теплообменнике он встречается с рабочим телом – фреоном, заставляя его испариться. Во втором фреон конденсируется, передавая полученную тепловую энергию системе отопления.

В результате такого перемещения земля охлаждается на 2—3 °С, а вот дом прогревается на 20—40 °С. Не стоит обращать внимание на несоответствие температур, ведь в земляном контуре тоже циркулирует в 10 раз больше жидкости, чем в отопительном. Энергозатраты – мизерные, расходуется электричество для работы компрессора, насоса и автоматики. В целом соотношение затрат энергии к добытой из земли – примерно 1 : 5—1 : 7.

Установка, обеспечивающая использование энергии земли для отопления, имеет свое название – геотермальный тепловой насос.

Виды установок для отбора тепла земли

Внутреннее устройство теплового насоса, кратко описанное выше, остается неизменным в любом случае. А вот конструкция наружного контура, что извлекает энергию из грунта, бывает 2 типов:

• горизонтальный: в котлован расчетного размера и глубиной 1.5—2 м укладывается полимерная труба с определенным шагом;
• вертикальный: трубы контура опускаются в глубокие скважины. Их количество также определяется расчетом.

Рыть котлован удобно на этапе строительства частного дома, это делается как раз в том месте, где планируется возводить здание. Также горизонтальный контур можно устроить в том случае, если имеется достаточно большой участок земли у дома. Когда такого участка нет и места совсем мало, энергия земли отбирается геотермальными зондами из глубоких скважин. Их придется сделать несколько в разных местах.

Концы труб от одного или нескольких наружных контуров прокладываются к дому под землей и входят в подвальную часть здания, где и присоединяются собственно к тепловому насосу. Теплоносителем, протекающим в подземных змеевиках, обычно служит вода либо незамерзающая жидкость, в зависимости от региона строительства.

По эффективности получения энергии земли вертикальные контуры превосходят горизонтальные, так как часто проходят сквозь водоносные горизонты, а это улучшает отбор теплоты. Держат они первенство и по стоимости монтажа, особенно если бурение скважин происходит в затрудненных условиях.

Плюсы и минусы

Добытая из грунта тепловая энергия, как мы уже выяснили, практически ничего не стоит и это главный плюс. Но есть и другие:

• источник тепла – возобновляемый, проще говоря – неиссякаемый;
• экологичность и безопасность тепловой установки не имеют себе равных;
• хороший выход энергии при малых затратах;
• не требуется никаких разрешений на монтаж или подключение;
• высокая степень автоматизации, а значит, и комфорта;
• нечастое обслуживание;
• низкая степень пожарной опасности.

Есть еще одно важное достоинство геотермальной системы. Поскольку температура грунта на глубине остается неизменной круглогодично, то летом насос перестает быть тепловым, а становится охлаждающим. Установка переключается в летний режим, хладагент движется в другую сторону, а теплообменники функционально меняются местами. Если частный дом оборудован агрегатами воздушного отопления – фанкойлами, то система подает к ним холодную воду, от которой охлаждается воздух в помещениях.

Недостаток у гелиосистем только один, но настолько существенный, что зачастую перечеркивает все достоинства. Как нетрудно догадаться, это стоимость оборудования и монтажных работ. Всякий поймет, что рытье котлованов и бурение скважин влетит в копеечку, такую работу своими руками не сделаешь. Трубы длиной около километра, сама установка, автоматика, — все это обойдется в кругленькую сумму. Вот почему использование тепла земли до сих пор доступно очень немногим людям.

Заключение

Совершенно ясно, что применение тепловой энергии грунта для обогрева дома имеет долгосрочные перспективы. Это в Европе подобные системы стали обыденностью, у наших граждан доходы пока что не достигли необходимого уровня. Но за тепловыми насосами – будущее, это тоже не вызывает сомнений.

Тепло Земли доступно всем

Тепло Земли доступно всем

«Сколько нужно снежков, чтобы натопить печь?» — иронизировал двести лет назад знаменитый философ и естествоиспытатель Дидро. В компании ЭВАН, которая уже свыше 5 лет занимается продвижением на российский рынок тепловых насосов, знают, что в этом вопросе есть рациональное зерно.

Несмотря на существенный рост продаж тепловых насосов, произошедший за последние несколько лет, лишь 15 % наших партнеров ввели в свой ассортимент эту продукцию. Причины разные: и недоверие к возможностям использования тепловых насосов в российских климатических условиях, и высокая стоимость оборудования и инсталляции, а иногда и просто «руки не дошли» разобраться в теме. Поэтому мы ещё раз хотим вернуться к азам — как работает, зачем нужен, где используется. Сегодня в центре внимания геотермальные тепловые насосы.

Азы геотермального нагрева

Принцип работы теплового насоса базируется на «эксплуатации» естественных низкопотенциальных источников тепла из окружающей среды. Один из них — тепло грунта, грунтовых вод (термальных и артезианских).

Система отопления с использованием грунтового теплового насоса состоит из трех контуров.

Первый — обычный и привычный внутренний контур, по которому циркулирует вода или незамерзающий теплоноситель.

Второй — внешний контур, погруженный в грунт, по которому циркулирует так называемый рассол, в качестве которого используется пропиленгликоль. Ключевым свойством рассола является его способность не замерзать при отрицательных температурах.

Третий — контур самого теплового насоса, по которому циркулирует хладагент, важнейшим свойством которого является способность переходить в парообразное состояние при очень низких температурах.

Наиболее часто встречающееся предубеждение, связанное с использованием геотермальных тепловых насосов, касается температуры грунта. Кажется чем‑то невероятным возможность нагрева отрицательной температурой.

Однако теоретически тепловую энергию, которую можно использовать, имеет всё, чья температура выше абсолютного нуля, то есть минус 273 градуса. Практически ограничения, конечно, гораздо более жесткие. Например, тепловые насосы NIBE работают при температуре рассола на входе до минус 8 градусов. Получается, что использование грунтового насоса возможно даже в очень холодном климате и отрицательных температурах грунта.

Возможно? Да! Но целесообразно ли? Необходимо отметить очень важный момент: чем ниже температура грунта, тем меньшую мощность выдает тепловой насос и, соответственно, тем ниже коэффициент теплопроизводительности. Паспортная мощность насосов NIBE указывается при температуре теплоносителя, поступающего из грунта — 0°С, каждый градус понижения температуры приводит к снижению мощности.

Точно также изменяется и ключевой показатель работы теплового насоса — коэффициент теплопроизводительности (COP). Как известно, тепловому насосу для обеспечения работы компрессора нужна дополнительная энергия. COP — это отношение мощности, вырабатываемой тепловым насосом к мощности, которую он потребляет для приведение в действие компрессора. Соответственно, если при нулевой температуре рассола тепловая мощность составляет 30,7, а потребляемая — 7кВт, то коэффициент теплопроизводительности составит 4,39. С понижением температуры рассола понижается вырабатываемая мощность, в то время как мощность потребляемая остается без изменений. То есть, при температуре рассола –5°С вырабатываемая мощность — 27кВт, СОР — 3,86.

С другой стороны, справедлива и обратная зависимость — если температура грунта выше нуля выше и тепловая мощность насоса, и коэффициент теплопроизводительности.

Весь цикл переноса тепла из грунта в систему отопления выглядит следующим образом. Рассол, проходя по коллектору, расположенному в грунте, нагревается. Температура нагрева может быть совершенно незначительной. Для работы теплового насоса NIBE достаточно, чтобы перепад температур между рассолом, поступающим в коллектор и выходящим из него, составлял от 2 до 5 градусов.

Нагретый рассол попадает в контур теплового насоса, где передает полученное тепло хладагенту, от чего тот начинает испаряться. Компрессор, который установлен в тепловом насосе, под давлением сжимает хладагент, многократно увеличивая его температуру. Полученное тепло передается во внутренний контур отопительной системы, а остывший хладагент конденсируется в жидкость и готов снова повторить цикл нагрева.

В 2014 году в Исландии запущена первая в мире работающая в промышленных масштабах геотермальная электростанция, которая получает энергию из магмы Земли. Она располагается на вулканическом кратере, в том месте, где магма подходит к земной коре максимально близко. Глубина скважин достигает 2100 метров. Электростанция имеет два типа генерации. Один обеспечивают турбины, находящиеся внизу скважин и работающие за счет огромного давления и температуры магмы. Для генерации второго типа электростанция оборудована специальными трубами с водой, погруженными до земной магмы. На поверхности раскаленной магмы температура достигает порядка 450 градусов, что делает из воды пар, который под давлением поднимается на поверхность и вращает паровые турбины, генерирующие электричество. Как говорят в компании-операторе, два типа генерации нужны для того, чтобы сделать станцию максимально отказоустойчивой.

Мощность отопления и кондиционирования NIBE F1345-30 в зависимости от температуры рассола

Бурить или копать?

В зависимости от рельефа, тепловых свойств и состояния грунта устанавливаются земляные контуры разных типов — горизонтальные или вертикальные, открытые или закрытые.

Выбор того или иного контура обуславливается множеством факторов.

Первый вариант — горизонтальный коллектор. Для укладки горизонтального коллектора копается котлован или траншеи, обеспечивающие укладку коллектора ниже глубины промерзания грунта. Длина коллекторов должна соответствовать мощности теплового насоса и зависит от типа грунта, в который происходит укладка. Ориентировочно теплоотдача с 1 метра длины коллектора составляет от 15 Вт / м при песчаной сухой почве до 35 Вт / м — глина, насыщённая водой.

Очевидно, что чем выше влажность почвы, тем лучше происходит отбор тепла и больше полученная энергия.

Недостатком горизонтального коллектора является потребность в большом земельном участке — ориентировочная площадь которого в зависимости от расчетной длины коллектора в 2‑3 раза больше, чем отапливаемая площадь. Причем, участок этот нельзя ни застраивать, ни использовать под многолетние посадки.

Ещё одно ограничение — глубина промерзания. Очевидно, что чем больше глубина закладки коллектора, тем выше будет стоимость работ. В целом же, горизонтальные коллекторы выгоднее с точки зрения расходов на их реализацию.

Если в распоряжении нет достаточно большого земельного участка для укладки горизонтального коллектора, применяются скважины. Глубина скважины также зависит от потребности в отопительной мощности и свойств грунта. В зависимости от типа почвы на 1 м глубины скважины достигаемая мощность составляет от 20 Вт / м (песок) до 70 Вт / м (водонасыщенная глина).

В случаях, когда нужно большое количество энергии, можно соединить несколько скважин. Таким способом укладка вертикальных коллекторов занимает меньше места, компактна и имеет более высокий потенциал по мощности.

Такая разная вода

Как уже говорилось, наличие воды в грунте существенно повышает его теплоотдачу. Но эффективным источником тепловой энергии может быть не только влагонасыщенный грунт, но и сама грунтовая вода из скважины, которая имеет постоянную температуру, не снижающуюся даже во время пиковых низких температур, +7°C. Такая система является энергетически одной из самых выгодных, но имеет свои недостатки. Во-первых, нельзя брать и возвращать воду в ту же скважину — это приведет к замерзанию системы. Поэтому необходимо построить две скважины и воду перекачивать из одной в другую с учетом направления движения грунтовой воды, чтобы не происходило тепловое взаимодействие.

Второй, и часто критической, проблемой является объем протока, который должен поддерживаться на требуемом уровне, а зимой, когда наблюдается падение давления, требуемый поток может понижаться.

И ещё один момент — невозможно гарантировать, что дебит воды обнаруженного источника будет сохраняться 5–10 и больше лет.

Хорошей альтернативой грунтовой воды служит вода открытых источников — озер, ручьёв и рек.

В этом случае на дно укладывается горизонтальный коллектор с отягощением, удерживающим его на дне. Ключевое условие использования водяного источника энергии — его достаточный проток или размер, гарантирующий его непромерзание.

Большая и практически невероятная удача — геотермальные воды, температура которых колеблется от 10 до 250 градусов. Однако чаще всего расположение таких источников удалено от мест проживания людей.

Если наличие геотермальных вод определяется географией и с этим не поспоришь, то наличие стоков как раз характерно для населенных местностей. А сточные воды — это отличный источник тепловой энергии, всегда имеющий положительную температуру.

Исландия — вулканический остров площадью всего в 103 тысячи кв. км. и населением примерно 320 тысяч человек. На острове нет запасов углеводородов, однако энергии в избытке. Раскаленная лава подогревает гигантские подземные озера. Геотермальное тепло подается по трубам в города и запасается в огромных резервуарах, обогревая дома, предприятия и даже плаватель- ные бассейны. Если вернуться в историю, геотермальные источники традиционно использовались в стране исключительно для гигиенических целей— купания, стирки и приготовления пищи. Первые попытки бурения и использования геотермальной энергии были предприняты в середине XVIII века, но только 1907 году фермеру из западной части Исландии удалось направить пар из геотермального источника, пролегавшего под его фермой, в цементную трубу, подведенную к его дому, находящемуся в нескольких метрах от источника. Однако до 40-х годов прошлого века 75% энергии на острове вырабатывалось за счет угля и нефти. Так продолжалось до нефтяного кризиса 70-х, который заставил правительство переключиться на освоение альтернативных источников тепла. Сегодня 90% домов в Исландии обогреваются за счет горячих вод, поступающих из геотермальных источников. Горячая вода подается из скважин, глубина которых может варьироваться от 200 до 2000 м, прямо в трубы. Протекая по этим трубам, вода отапливает дома исландцев. Любопытный факт: в Рекьявике дороги и тротуары всегда свободны от снега и льда, поскольку они подогреваются от проложенных под ними труб с горячей водой.

Продажа тепловых насосов в финляндии1996-2013 гг.

Везде и всюду

Возможно, повсеместность использования тепловых насосов уже не требует подтверждения. Тем не менее немного фактов.

Лидирующее место по установке тепловых насосов занимают США, где этот процесс начался ещё в 40‑х годах прошлого века, а в начале нынешнего тысячелетия число установленных тепловых насосов достигло 25 млн единиц.

По предварительным статистическим данным, представленным в 2014 году Генеральным секретарем ассоциации ЕНРА Томасом Новаком, об использовании тепловых насосов на территории Европы в течение 2005‑2013 гг. на территории 21 европейской страны было установлено около 6,8 миллиона тепловых насосов.

«Королева Англии бурит скважину, чтобы обогреть свой дворец». Под таким заголовком лондонский «Таймс» опубликовал статью о реконструкции системы отопления Букингемского дворца в 2013 году. Тепловые насосы уже были внедрены в одной из частей дворца. К празднованию 50‑летнего юбилея правления королевы была построена новая картинная галерея, оборудованная тепловыми насосами. И видимо, результаты оказались столь впечатляющими, что королева решила сделать серьезный шаг, отказавшись от традиционной системы отопления, существовавшей во дворце на протяжении многих десятилетий.

Но что нам до тех стран, где мягкие зимы. Поэтому остановимся более подробно на стране, близкой нам не только географически, но и климатически — Финляндии.

В начале текущего года финская ассоциация тепловых насосов SULPU сообщила в своём пресс-релизе, что в настоящее время в Финляндии работает около 540 000 тепловых насосов. В 2013 году было установлено 60 800 тепловых насосов, из них 12 341 — геотермальных. Из общего объема продаж геотермальных насосов около 40 % принадлежит концерну NIBE, который представлен на финском рынке двумя брендами: NIBE — бренд концерна и JAMA — бренд финской компании «Каукора», также входящей в концерн.

Для сравнения, в России в 2013 году продажи тепловых насосов всех типов, по данным агентства BRG, составили… 440 единиц! Даже абсолютные цифры демонстрируют колоссальный разрыв в развитии энергосберегающих технологий, что уж говорить о приведенных показателях в пересчете на численность населения.

Однако есть и сходство российского и финского рынка тепловых насосов: в обеих странах наибольшую долю рынка занимает NIBE. Опыт, накопленный специалистами концерна, позволяет сравнивать эти страны и проводить параллели. В первую очередь — параллели климатические.

Территориально Финляндия разделена на 6 губерний. Самая теплая из них — Южная Финляндия. Расчетная температура воздуха составляет минус 26°C. Это примерно соответствует климатическим условиям центрального федерального округа России (Брянск: –26°C, Москва: –28°C). Расчетные температуры Центральной Финляндии (–32°C) близки к температурам ПФО (Нижний Новгород: – 31°C). Северная Финляндия с её расчетной температурой –38°C может иллюстрировать условия Уральского (Тюмень: –38°C) и Сибирского (Новосибирск: –39°C) федеральных округов.

Несомненно, наибольший интерес для скептиков представляют проекты, реализованные на территории Северной Финляндии.

Вот несколько примеров: на территории Финской Лапландии в 170 км от полярного круга в местечке Киттиля расположен крупнейший горнолыжный центр страны LEVI. Центр, который называют официальным горнолыжным курортом Санта-Клауса, отапливается четырьмя тепловыми насосами NIBE F1345 мощностью 60 кВт каждый.

Ещё один лыжный курорт Северной Финляндии, Пикку- Сюёте, расположенный рядом с городом Пудасъярви, оборудовал свой отель с одноименным названием геотермальными тепловыми NIBE. В отеле установлено 5 насосов NIBE F1345–60.

Известная финская марка пива и безалкогольных напитков Olvi производится на пивоваренном заводе Олви Ой, расположенном в Северной Савонии, — городе Иисалми. Здесь также используются тепловые насосы NIBE — 5 приборов F1345 мощностью по 60 кВт.

Сказочная страна Лапландия, родина Санта-Клауса, царство вечной зимы. Где, как не здесь, могла возникнуть уникальная постройка — отель, целиком сделанный изо льда.

В Юккасъярви, маленьком шведском городке в 200 км к северу от полярного круга, расположен Ледяной отель ICEHOTEL. Этому ставшему знаковым арт-проекту уже более двух десятков лет. Каждую зиму из замерзшей реки Турне в Юккасъярви вырезают лед. Строители и художники приступают к работе с ледяными глыбами огромного размера и спустя месяц неистовой работы — вырезания, выпиливания, высекания — получаются Ледяной отель и Ледяной бар.

Владельцы отеля поддерживают концепцию снижения выбросов СО2. Поэтому для отопления, а помимо ледяных сооружений отель имеет 30 зданий с нормальной комнатной температурой, были выбраны геотермальные тепловые насосы NIBE. Первый тепловой насос установлен в 2000 году, сейчас их насчитывается уже 14 мощностью от 7 до 40 кВт. Общая отапливаемая площадь — 5000 кв.м.

Дополнительным бонусом для отеля стал тот факт, что при работе тепловые насосы охлаждают землю, за счет чего снег и лёд дольше не тают.

Геотермальная Россия

Россия, чья территория располагается в четырех климатических поясах, имеет огромный потенциал для использования геотермальной энергии.

На территории нашей страны расположена своя «Исландия» — это Камчатский полуостров. Общий вынос тепла гидротермами Камчатки в естественных условиях достигает 2 300 МВт, в том числе высокотемпературных гидротермальных систем — 1 780 МВт. На Камчатке расположено одно из семи чудес России — Долина гейзеров — около 20 крупных гейзеров и множество источников, периодически выбрасывающих фонтаны почти кипящей воды или горячего пара. На небольшом пространстве можно наблюдать все известные формы гидротермальной деятельности: постоянно действующие и пульсирующие источники, горячие озера, грязевые котлы и вулканчики, прогретые площадки. Ресурсы, которые обнаружены на Камчатке, дают возможность обеспечить ее население теплом и электричеством на 100 последующих лет. Суммарный объем тепла камчатских геотермальных вод составляет 5000 МВт. Здесь же, на Камчатке, построена первая в России геотермальная электростанция, которая была введена в эксплуатацию в 1966 г.

Всего в России разведано более 70 термальных месторождений, а количество пробуренных скважин превышает 4000. Самыми перспективными в развитии отрасли являются части Дальневосточного, Западно-Сибирского и Северо-Кавказского регионов. Однако геотермальные источники имеют невыгодное расположение в экономическом плане. Это отдаленные регионы с низкой плотностью населения и слабой инфраструктурой.

Эксперты говорят, что количество продаваемых а России тепловых насосов ничтожно мало на фоне, например, европейских государств. Однако нельзя не отметить ощутимую позитивную динамику.

Самый «северный» партнер ЭВАН, который начал работать с ассортиментом энергосберегающего оборудования, расположен в Кемерово. «Не могу сказать, что тепловые насосы разлетаются как горячие пирожки. За два года нами установлено всего 8 тепловых насосов, из них 5 — геотермальных. Конечно, цифра небольшая, но буквально ещё три года назад о таком оборудовании было даже бесполезно разговаривать — клиентам казалась абсурдной сама идея. Сейчас уже в большинстве случаев люди как минимум знают что это, а зачастую и как это работает. Другое дело, что действительно, стоимость первоначальных затрат высока, окупаемость исчисляется не одним годом, а у нас ещё не привыкли к долгосрочному планированию. Однако интерес к подобному оборудованию есть, и год от года он всё ощутимее», — говорит директор кемеровской компании ЭФЛАБ Олег Скробот.

лучшие системы для загородного дома

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 нашей планеты.

Многие уверены, что сделать геотермальное отопление дома своими руками – это что-то из области фантастики. Не так ли? Но это совершенно не так! С развитием современных технологий бытовое использование “зеленой энергии” стало вполне реально.

Мы расскажем о принципах работы альтернативного отопления, его преимуществах и недостатках, сравним с традиционными системами обогрева. Также вы узнаете о способах расположения теплообменника и о том, как смонтировать геотермальное отопление своими руками.

Содержание статьи:

Несколько исторических фактов

Когда в 70-е годы прошедшего столетия разразился нефтяной кризис, на Западе возникла жгучая потребность в . 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.

Галерея изображений

Фото из

Использование энергии земных недр обладает веским преимуществом: применяемые ресурсы достаются бесплатно и самопроизовольно восстанавливаются

Внутренний блок геотермальной системы занимает немного места, внешне напоминает привычную бытовую технику

Первоначальные вложения в устройство системы, использующей геотермальную энергию, выше, чем установка котла, но минимальные средства на содержание и эксплуатацию оправдывают и быстро окупают проект

Оборудование, перерабатывающее энергию земли в тепло, не выделяет продуктов горения, не сжигает безвозвратно дрова, уголь, торф, газ

Перспективы геотермального отопления

Габариты внутреннего блока геотермальной системы

Стоимость установки и эксплуатации теплового насоса

Экологические приоритеты теплонасосов

Например, в Швеции активно используют воду Балтийского моря, температура которой составляет +4°С. В Германии внедрение геотермальных отопительных систем даже спонсируется на государственном уровне.

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

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.

• Исключена 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.
• 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.
• Акустический комфорт. Тепловой насос работает практически бесшумно.

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 коллектора и внутреннего контура.

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 уложенного в грунт или погруженного в воду 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.

Галерея изображений

Фото из

Внутренний блок системы, использующей тепло недр земли, включает непосредственно сам тепловой насос, отдельно установленный или встроенный в насос водонагреватель и буферную емкость

Тепловой энергии горных пород и грунтовой воды вполне достаточно для организации отопления и горячего водоснабжения загородного дома

Несмотря на реальную выгоду эксплуатации тепловых насосов, обогрев дома с применением газового котла пока обходится дешевле, но геотермальную энергию все равно применяют, к примеру, для подогрева воды в бассейне

Однако в негазифицированных районах, местечках, в которые не проведено электричество, тепловой насос с забором энергии грунтов и воды способен стать агрегатом, обеспечивающим системы ГВС и отопления

Бесплатную энергию подземной воды и горных пород разумно использовать в обеспечении теплом бытовых построек, теплиц, спортивных комплексов

Теплонасосы с забором энергии из недр земли могут служить дополнительными источниками энергии, необходимыми на случай перебоев с подачей электроэнергии

В случае перехода дома полностью на геотермальное отопление чаще всего приходится сооружать несколько контуров, для обслуживания определенных колец, например, для радиаторного отопления и теплого пола лучше задействовать два теплонасоса, а для ГВС третий

Геотермальные схемы устройства отопления превосходно сочетаются как с традиционными вариантами, так и с другими видами альтернативных источников: солнечными батареями, ветрогенераторами и прочим

Внутренний блок геотермальной системы отопления

Геотермальные источники в отоплении частного дома

Теплонасос земля-вода для подогрева воды в бассейне

Геотермальные системы в обустройстве загородных построек

Устройство геотермального отопления в теплице

Теплонасос как дополнение к основной отопительной схеме

Многоконтурная геотермальная система в частном доме

Геотермальное отопление в паре с солнечными батареями

Надо отметить, что некоторые умельцы, в стремлении сэкономить научились собирать геотермальный .

Об источниках 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.

Галерея изображений

Фото из

Забор бесплатного тепла грунтовой воды и горных пород

Наружный теплообменник системы земля-вода

Наружный теплообменник в естественном водоеме

Геотермальная скважина теплового насоса

Принцип работы такого отопления

Если вы знакомы с тем, как работает или , 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 .

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 (+)

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 – располагаются в скважинах, вскрывающих или не вскрывающих водоносный пласт;
• горизонтально – теплообменники систем укладывают в котлован или открытый водоем в виде своеобразного змеевика.

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.

Галерея изображений

Фото из

Вертикальный способ размещения коллектора

Группа вертикальных петель коллектора теплонасоса

Внешний коллектор теплового насоса для большого дома

Горизонтальный теплозаборник насоса земля-вода

Укладка коллектора наружного блока в траншею

Установка теплообменника в виде группы корзин

Укладка трубопровода по стенкам и дну котлована

Соркращение площади зачет дополнения скважинами

Вариант #1. Вертикальное размещение внешнего коллектора

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

Чтобы иметь возможность использовать эту энергию земли, необходимо . Технология практически аналогична с подготовкой водозаборного источника.

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, потребуется 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

Вариант #2. Горизонтальное расположение грунтового коллектора

Чтобы уложить внешний контур при горизонтальном виде отопления, нужно знать, на какую глубину промерзает земля в вашей местности.

Трубы укладывают ниже уровня промерзания в заранее подготовленные траншеи, захватывая при этом довольно большое пространство: чтобы отопить дом, площадь которого составляет 200-250 кв. м, нужно использовать примерно 600 кв. м 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.

Галерея изображений

Фото из

Укладка теплозаборного коллектора в котлован

Подсоединение коллектора к трубам выхода и входа в дом

Подключение к накопительному водонагревателю

Обустройство площадки с внешним коллектором

Погружение горизонтального теплообменника в водоём

Этот способ требует особого расположения домовладения – на расстоянии примерно в 100 м 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. м.

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 и 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 несложная.

Вообще-то делается всё точно так же, как и при организации и 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 м. Необходимо, чтобы его площадь превышала 200 кв. м, а глубина – 3 м (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 кв. м коллектора на 100 кв. м 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. м. За пять-восемь лет все затраты на обустройство систем отопления в этих домах полностью окупаются.

Если геотермальное отопление не особо востребовано среди собственников частных домов, то эффективность гелеосистем уже оценили жители южных регионов. Технология  достаточна проста, а ее экономичность и практичность подтверждена многолетним опытом использования западными странами и нашими соотечественниками.

Дополнительная информация об альтернативных источниках энергии представлена в .

Выводы и полезное видео по теме

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.

Цель, 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.

Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме геотермального отопления частного дома? Можете оставлять комментарии к публикации. Форма для связи находится в нижнем блоке.

что такое система с внешним земляным контуром

Вы просматриваете раздел Геотермальное, расположенный в большом разделе Виды.

Геотермальным называется способ обогрева помещений за счет энергии, полученной из недр земли.

В 70-х годах XX века разразился нефтяной кризис. Промышленники стали искать способ замены топлива альтернативным источником.

Так появилось первое геотермальное отопление.

Сегодня подобный вид получения тепла распространен в Северной Америке и Западной Европе.

Геотермальное отопление из-под недр земли: что это такое, принцип работы

Геотермальное отопление работает как холодильник, только для нагрева. На поверхности земли устанавливается тепловой насос, из которого опускают теплообменник в шахту.

Через устройство наверх поступает грунтовая вода, по пути нагреваясь. Прогретая жидкость используется для обогрева помещений.

Расход энергии на нагрев воды меньше, чем получаемая теплоотдача.

Принцип работы

Коллектор поставляет теплую воду в испаритель. Хладагент, нагреваясь, испаряется. Пар прогревается компрессором за счет электричества. Конденсатор охлаждает пар, вызывая выброс теплой энергии и возвращение хладагента в начальное жидкое состояние.

Для прогрева воды требуется электроэнергия. Каждый затраченный кВт приносит, в среднем, 5 полезных кВт энергии.

Список оборудования

Для создания геотермальной установки требуются 4 устройства:

• коллектор;
• испаритель с хладагентом;
• компрессор;
• конденсатор.

Среди перечисленных компонентов два требуют подключения электричества: компрессор и конденсатор.

Достоинства

Геотермальное отопление имеет преимущества над прочими типами обогрева:

• Полученная энергия применяется для любых целей.
• Длительность подачи топлива к конкретному участку не ограничена.
• Его использование экологически безопасно.
• Установка не требует частого обслуживания.
• Система окупается с течением времени.
• Геотермальная установка занимает немного места: не больше, чем холодильник.
• При необходимости система легко перенастраивается.
• Совместимо с другими типами отопления.

Недостатки

Хотя геотермальное отопление имеет много преимуществ, у него есть и недостатки:

• Дорогостоящая система и монтаж.
• Окупается примерно через 10 лет.
• Систему нельзя использовать в районах с температурой, опускающейся ниже 20 градусов.
• Вне зависимости от типа установки, требуются масштабные земельные работы с использованием арендованных устройств.

Внутренний и внешний виды земляных контуров

Основа системы — тепловой насос, подключенный к двум контурам: внешнему и внутреннему.

Внутренний контур состоит из труб и радиаторов, передающих энергию нагретой воды в помещение. Их может дополнять подогрев полов.

Внешний контур — система, занимающаяся подачей тепла к внутреннему. По контуру циркулирует вода, дополненная незамерзающим компонентом. В геотермальном отоплении жидкость называется теплоносителем. Так теплоноситель поступает в тепловой насос, нагреваясь за счет повышения давления. Прогретая жидкость поступает во внутренний контур, передавая тепло в помещение. Затем остывшая вода уходит на глубину, где прогревается. Таким образом, цикл повторяется.

Тепловой насос воздух-вода: схема

Тепловой насос — оборудование, применяемое для отопления. Устройство собирает тепло из воздуха, перерабатывая в энергию. С её помощью насос греет воду, которая отдает тепло в помещение. Принцип работы насоса воздух-вода заключается в обратном цикле Карно. Устройства способны функционировать пока на улице температура превышает 20—25 градусов ниже нуля.

Фото 1. Схема строения теплового насоса воздух-вода. В данном случае тепло, собранное из воздуха перерабатывается в энергию.

Система состоит из четырех компонентов. По внешнему контуру циркулирует фреон, преобразующийся в пар в испарителе. Далее газ сжимается в компрессоре и переходит в конденсатор. Пар конденсируется в воду, которая возвращается в цикл, а тепло, выделенное в процессе, нагревает воду внутреннего контура. Таким образом, происходит два цикла: циркуляция воды с хладагентом через землю; обогрев помещений через радиаторы.

Теплонасосы типа воздух-вода зависят от внешней температуры. При сильных морозах обогрев работает проблемно, поскольку фреон во внешнем контуре замерзает. Этим обусловлено использование систем в теплых странах, где температура редко падает ниже -10. В подобных районах геотермальное тепло позволяет провести не только отопление, но и горячее водоснабжение.

Если на улице температура упала до предельного уровня работы фреона, система автоматически подключает альтернативное отопление за счет электричества или газа. С повышением температуры и возобновлением работы геотермальной установки, альтернативный источник отключается.

Вам также будет интересно:

Горизонтальная установка системы, работающей за счет тепла земли

Горизонтальная укладка внешнего контура используется в районах, где земля ежегодно промерзает на определенную глубину. Трубы размещают ниже этого уровня в траншею, протянувшуюся параллельно земле.

Фото 2. Установка геотермальной отопительной системы по горизонтальному принципу. Для подобной конструкции необходим большой котлован.

Циркулируя по прогретой земле, вода нагревается, поступает в тепловой насос, затем нагревает жидкость во внутреннем контуре. Отдав тепло, жидкость возвращается на новый круг по траншее.

В земле прокапывают траншеи, прокладывают трубы. Закончив с внешним контуром, специалист монтирует насос, затем прокладывает внутренний контур.

Важно! Землю, в которой расположены трубы, лучше засеивать овощами и плодовыми кустарниками. Деревья, при наличии, следует пересадить.

Преимущество заключается в вариативности создания системы. Она подходит для осваиваемых участков земли, на которых только завершили строительство дома или загородного коттеджа.

Недостатки заключаются в большом объеме работ по прокладыванию труб; в невозможности использования в холодных районах планеты. Горизонтальное геотермальное отопление ограничивает посадку деревьев на участке.

Вертикальная установка

Вертикальное тип используется в местах, где горизонтальное невозможно. Для установки бурят несколько скважин, в которые устанавливают внешний контур. Скважины бурят из одной точки, немного отклоняя угол от вертикали, так получается больше тепла.

Вода греется при путешествии через глубины земли, поступает в испаритель, преобразуется в пар. Воздух сжимается компрессором и резко выбрасывает энергию в конденсаторе.

Выделившееся тепло нагревает внутренний контур, обогревающий помещение, а жидкость отправляется на новый круг по трубам.

В земле бурят скважины, прокладывают трубы. Создав внешний контур, строители устанавливают насос, затем прокладывают внутренний контур.

Внимание! Бурение требует аренды специальной установки, что увеличивает затраты на строительство. Необходимо пробурить от 50 до 200 метров вглубь земли, в зависимости от местности.

Преимущество заключается в возможности не нарушать ландшафт обустроенного участка.

Недостатки: для циркуляции требуется больше электроэнергии, чем для горизонтальной системы; использование парных скважин для поступления и сброса воды обратно недостаточно эффективно.

Монтаж геотермального отопления для частного загородного дома

Процесс установки выглядит следующим образом:

• подготовка, включающая замер и подбор компонентов для работы;
• установка внешнего контура системы;
• установка внутреннего контура;
• налаживание работы и пуск отопления.

Скважины — внешний контур, а циркуляционный насос и батареи — внутренний. Тепловой насос устанавливается в доме.

Внешний контур располагается в непосредственной близости к отапливаемому строению, не далее, чем в 10 метрах. Соединения, расположенные в контуре, завальцовывают.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором демонстрируется процесс монтажа теплообменника для геотермально системы отопления.

Окупаемость, количество производимой энергии

За один израсходованный кВт электроэнергии система производит 5 и более кВт бесплатной тепловой энергии. По расчетам специалистов, геотермальное отопление окупается примерно за 1 десяток лет. Эта величина уменьшается с увеличением площади отапливаемого помещения.

Почему ядро ​​Земли такое горячее? А как ученые измеряют его температуру?

Есть три основных источника тепла в глубинах Земли: (1) тепло, возникшее в момент образования и аккреции планеты, которое еще не потеряно; (2) нагрев от трения, вызванный опусканием более плотного материала ядра к центру планеты; и (3) тепло от распада радиоактивных элементов.

Тепло выходит из земли довольно долго. Это происходит как за счет «конвективного» переноса тепла внутри жидкого внешнего ядра Земли и твердой мантии, так и за счет более медленного «проводящего» переноса тепла через неконвекционные пограничные слои, такие как земные плиты на поверхности.В результате большая часть изначального тепла планеты, с того момента, когда Земля впервые образовала свое ядро, была сохранена.

Количество тепла, которое может возникнуть в результате простых аккреционных процессов, объединяющих маленькие тела, чтобы сформировать протоземлю, велико: порядка 10 000 кельвинов (около 18 000 градусов Фаренгейта). Ключевой вопрос заключается в том, сколько этой энергии было вложено в растущую Землю, а сколько было переизлучено в космос. Действительно, в настоящее время принятая идея о том, как образовалась Луна, включает удар или аккрецию объекта размером с Марс с протоземлей или от нее.Когда два объекта такого размера сталкиваются, выделяется большое количество тепла, довольно много которого сохраняется. Этот единственный эпизод мог в значительной степени растопить самые отдаленные несколько тысяч километров планеты.

Кроме того, спуск плотного богатого железом материала, составляющего ядро ​​планеты, к центру вызовет нагрев порядка 2000 кельвинов (около 3000 градусов по Фаренгейту). Величина третьего основного источника тепла — радиоактивного отопления — не определена. Точное содержание радиоактивных элементов (в первую очередь калия, урана и тория) плохо известно глубоко под землей.

В общем, на ранней Земле не было недостатка в тепле, а неспособность планеты быстро остыть приводит к сохранению высоких температур внутри Земли. Фактически, не только земные плиты действуют как одеяло внутри, но даже конвективный перенос тепла в твердой мантии не обеспечивает особенно эффективного механизма потери тепла. Планета действительно теряет некоторое количество тепла из-за процессов, управляющих тектоникой плит, особенно на срединно-океанических хребтах. Для сравнения: более мелкие тела, такие как Марс и Луна, демонстрируют мало свидетельств недавней тектонической активности или вулканизма.

Мы получаем нашу первичную оценку температуры глубин Земли из поведения плавления железа при сверхвысоких давлениях. Мы знаем, что ядро ​​Земли на глубине от 2886 километров до центра на высоте 6371 километр (от 1794 до 3960 миль) состоит преимущественно из железа с некоторыми примесями. Как? Скорость звука через ядро ​​(измеряемая по скорости распространения сейсмических волн через него) и плотность ядра очень похожи на те, которые наблюдаются в железе при высоких давлениях и температурах, как измерено в лаборатории.Железо — единственный элемент, который близко соответствует сейсмическим свойствам ядра Земли, а также присутствует в достаточном количестве во Вселенной, чтобы составлять примерно 35 процентов массы планеты, присутствующей в ядре.

Ядро Земли разделено на две отдельные области: жидкое внешнее ядро ​​и твердое внутреннее ядро, причем переход между ними находится на глубине 5 156 километров (3 204 мили). Следовательно, если мы можем измерить температуру плавления железа при экстремальном давлении на границе между внутренним и внешним ядрами, то эта лабораторная температура должна достаточно близко приближаться к реальной температуре на этой границе раздела жидкость-твердое тело.Ученые в лабораториях физики минералов используют лазеры и устройства высокого давления, называемые ячейками с алмазными наковальнями, чтобы максимально точно воссоздать эти адские давления и температуры.

Эти эксперименты представляют собой сложную задачу, но наши оценки температуры плавления железа в этих условиях колеблются от примерно 4500 до 7500 кельвинов (примерно от 7600 до 13000 градусов по Фаренгейту). Поскольку внешнее ядро ​​жидкое и предположительно конвекционное (и с дополнительной поправкой на присутствие примесей во внешнем ядре), мы можем экстраполировать этот диапазон температур на температуру в основании мантии Земли (верхняя часть внешнего ядра). примерно от 3500 до 5500 кельвинов (от 5800 до 9400 градусов по Фаренгейту) у основания мантии Земли.

Суть в том, что большая часть внутренней части планеты (внешнее ядро) состоит из несколько загрязненного сплава расплавленного железа. Температура плавления железа в глубоких земных условиях высока, что дает на первый взгляд свидетельство того, что глубинные земли довольно горячие.

Грегори Лизенга — доцент физики в колледже Харви Мадда. Он предоставил некоторые дополнительные сведения об оценке температуры ядра Земли:

Как узнать температуру? Ответ в том, что мы действительно этого не делаем — по крайней мере, с большой уверенностью или точностью.Центр Земли находится под нашими ногами на 6400 километров (4000 миль), но самая большая глубина, которую когда-либо удавалось пробурить для прямых измерений температуры (или других физических величин), составляет всего около 10 километров (шесть миль).

По иронии судьбы, ядро ​​Земли гораздо менее доступно, более недоступно для прямого исследования, чем поверхность Плутона. У нас не только нет технологии, позволяющей «проникнуть в суть», но и совсем не ясно, как это вообще будет возможно.

В результате ученые должны сделать косвенный вывод о температуре в глубоких недрах Земли. Наблюдение за скоростью, с которой сейсмические волны проходят через землю, позволяет геофизикам определять плотность и жесткость горных пород на глубинах, недоступных для непосредственного исследования. Если возможно сопоставить эти свойства со свойствами известных веществ при повышенных температурах и давлениях, можно (в принципе) сделать вывод, какие условия окружающей среды должны быть глубоко под землей.

Проблема заключается в том, что условия в центре Земли настолько экстремальны, что очень трудно провести какой-либо лабораторный эксперимент, точно имитирующий условия в ядре Земли. Тем не менее, геофизики постоянно проводят эти эксперименты и совершенствуют их, чтобы их результаты можно было экстраполировать на центр Земли, где давление более чем в три миллиона раз превышает атмосферное.

Суть этих усилий в том, что существует довольно широкий диапазон текущих оценок температуры ядра Земли.«Популярные» оценки варьируются от 4000 до более 7000 кельвинов (от 7000 до 12000 градусов по Фаренгейту).

Если бы мы очень точно знали температуру плавления железа при высоком давлении, мы могли бы более точно определить температуру ядра Земли, потому что оно в значительной степени состоит из расплавленного железа. Но до тех пор, пока наши эксперименты при высокой температуре и давлении не станут более точными, неопределенность в этом фундаментальном свойстве нашей планеты будет сохраняться.

Теплообмен на Земле, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Тепловая энергия>

Рона Куртуса

Тепло передается поверхности Земли от горячего ядра Земли за счет теплопроводности и излучения Солнца.

Атмосфера нагревается за счет поглощения некоторой части электромагнитного излучения Солнца и контакта с теплой поверхностью земли и воды. Теплая земля и вода также излучают инфракрасное излучение, часть которого поглощается атмосферой, увеличивая ее тепловую энергию.

Остающееся тепло на поверхности отправляется в космос в виде инфракрасного излучения.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Как нагревается поверхность Земли?
• Как нагревается атмосфера?
• Как тепло теряется в космос?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Нагрев поверхности Земли

Поверхность Земли можно рассматривать как поверхность суши, так и поверхность океанов и озер.

Тепло от ядра

Ядро Земли очень горячее. Тепловая энергия этого ядра передается на поверхность Земли и нижние уровни океанов посредством теплопроводности. Вода в озерах и океанах передает тепло поверхности путем конвекции.

Эффект отвода тепла от сердечника не очень значителен, как это видно в зимние месяцы.

Тепло солнца

Электромагнитное излучение Солнца поглощается почвой и водоемами, нагревая их. Это особенно верно, когда угол падения солнечного света довольно перпендикулярен земле, как в летние месяцы.

Зимой солнечное излучение проникает под углом и не так легко поглощается. Кроме того, дни короче и часто пасмурны, поэтому на землю падает меньше солнечного света. Другой фактор — когда на земле лежит снег, большая часть солнечного света отражается обратно в космос.

Нагрев атмосферы

Атмосфера нагревается электромагнитным излучением Солнца, теплопроводностью от контакта с теплой землей и водой, конвекцией для выравнивания температуры и поглощением инфракрасного излучения от теплой земли и воды.

Излучение Солнца

Большая часть электромагнитного излучения, исходящего от Солнца, проходит прямо через атмосферу, потому что длина волны видимого света плохо поглощается воздухом. Инфракрасная часть солнечного света поглощается, нагревая воздух.Конвекция распространяется и выравнивает жару.

Контакт с землей и водой

Молекулы воздуха, которые вступают в контакт с более теплой сушей и поверхностью океанов и озер, увеличивают свою тепловую энергию за счет теплопроводности. Затем эти молекулы нагревают другие молекулы воздуха за счет конвекции. Зимой земля и вода холодные, что охлаждает воздух.

Поглощение инфракрасного излучения

Когда земля и вода нагреваются, материалы излучают длинноволновое инфракрасное излучение, которое легко поглощается атмосферой.Это случается даже ночью. Затем конвекция в воздухе распределяет тепловую энергию по атмосфере. Конечно, зимой земля и вода холодные и поэтому не излучают инфракрасное излучение для обогрева воздуха.

Радиационный нагрев атмосферы

Тепловые потери и равновесие

Теплые поверхности земли и воды излучают инфракрасную энергию. Большая его часть проходит через атмосферу и теряется в космическом пространстве. Часть этой энергии поглощается атмосферой, нагревая ее.В нормальных условиях количество тепловой энергии, нагревающей Землю и ее атмосферу за счет тепла ядра и излучения Солнца, равно количеству, теряемому в космос в виде инфракрасного излучения.

Таким образом, средняя температура Земли остается относительно постоянной, и существует равновесие между подводимым теплом и потерями тепла.

Избыток пыли означает меньше тепла

Одна из проблем, которая может возникнуть, — это когда в атмосфере слишком много пыли, которая блокирует солнечный свет.Это произошло в 1883 году, когда на вулкане Кракатау в Индонезии произошло сильное извержение, извергнувшее в воздух тонны пепла. Пепел блокировал большую часть солнечного света, разносясь по атмосфере. Средние глобальные температуры упали на целых 1,2 ° по Цельсию. Температуры не возвращались к норме до 1888 года.

Избыток газов вызывает глобальное потепление

В настоящее время наблюдается увеличение количества поглощающих инфракрасное излучение газов в атмосфере, таких как углекислый газ ( CO ₂ ) и метан ( CH ₄ ).Энергия, которая обычно уходит в космос, поглощается этими молекулами, нагревая атмосферу и распространяясь конвекционными токами. Средняя температура атмосферы с 1980 года повысилась на 0,25 ° C, в основном за счет увеличения количества газов, поглощающих инфракрасное излучение, в атмосфере.

(Для получения информации по этому вопросу см. Инфракрасное излучение, Газы и парниковый эффект ).

Сводка

Тепло от ядра Земли и излучение Солнца передаются поверхности Земли за счет теплопроводности.Контакт атмосферы с этими теплыми поверхностями передает тепловую энергию, которая затем нагревает остальной воздух за счет конвекции.

Атмосфера также слегка нагревается за счет поглощения электромагнитного излучения Солнца. Теплая земля и вода излучают инфракрасное излучение, часть которого поглощается атмосферой, добавляя к ее тепловой энергии. Оставшееся тепло на поверхности отправляется в космос в виде инфракрасного излучения.

---

Понимать науку — это потрясающе

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Физические ресурсы

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги по физике с самым высоким рейтингом

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
heat_transfer_earth.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Физические темы

Теплообмен на Земле

---

Что нагревает Землю внутри? | Земля

Если вы думаете о вулкане, вы знаете, что Земля внутри должна быть горячей. Тепло внутри Земли перемещает континенты, строит горы и вызывает землетрясения. Откуда все это тепло внутри Земли?

Земля была горячей, когда образовалась. Большая часть тепла Земли осталась после того, как образовалась наша планета четыре с половиной миллиарда лет назад. Считается, что Земля возникла из облака газа и пыли в космосе. Твердые частицы, называемые «планетезимали», конденсировались из облака. Считается, что они склеились и создали раннюю Землю. Бомбардировки планетезималей нагрели Землю до расплавленного состояния.

Итак, Земля начала с большим количеством тепла.

Земля вырабатывает часть собственного тепла. Земля сейчас остывает — но очень, очень медленно.Земля близка к устойчивому температурному режиму . За последние несколько миллиардов лет он мог охладиться на пару сотен градусов. Земля поддерживает почти постоянную температуру, потому что в ее недрах выделяется тепла.

Другими словами, Земля теряет тепло с момента своего образования миллиарды лет назад. Но он производит почти столько же тепла, сколько теряет. Процесс, с помощью которого Земля выделяет тепло, называется радиоактивным распадом . Это связано с распадом естественных радиоактивных элементов внутри Земли — например, урана.Уран — особый вид элемента, потому что при его распаде выделяется тепло. Именно это тепло не дает Земле полностью остыть.

Многие породы в коре и недрах Земли подвергаются этому процессу радиоактивного распада . В результате этого процесса образуются субатомные частицы, которые разлетаются, а затем сталкиваются с окружающим материалом внутри Земли. Их энергия движения преобразуется в тепло.

Без этого процесса радиоактивного распада было бы меньше вулканов и землетрясений — и меньше образовывалось бы обширных горных хребтов Земли.

Насколько жарко внутри Земли? Никто и близко не подошел к непосредственному исследованию недр Земли. Таким образом, не все геофизики согласны с тем, насколько жарко в ядре Земли. Но скорость распространения волн от землетрясений, называемых «сейсмическими волнами», многое говорит ученым о том, из каких материалов состоит планета. Сейсмические данные также показывают, являются ли эти материалы жидкими, твердыми или частично твердыми. Между тем, лабораторные данные показывают, при каких температурах и давлениях материалы внутри Земли должны начать плавиться.

Судя по этим данным, температура ядра Земли оценивается в диапазоне от 5 000 до 7 000 градусов по Цельсию. Это примерно так же жарко, как поверхность солнца, но намного холоднее, чем внутренняя часть солнца.

Между прочим, хотя тепловая энергия, производимая внутри Земли, огромна, она примерно в 5000 раз менее мощна, чем та, которую Земля получает от Солнца. Солнечное тепло влияет на погоду и в конечном итоге вызывает эрозию. Ирония заключается в том, что в то время как тепло Земли создает горы, энергия Солнца снова срывает их, понемногу.

Об авторе:

Команда EarthSky с радостью сообщает вам ежедневные обновления вашего космоса и мира. Нам нравятся ваши фотографии и мы ждем ваших советов по новостям. Земля, космос, человеческий мир, сегодня вечером.

Происхождение тепла Земли. Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya

Происхождение тепла Земли

Происхождение тепла Земли — это сумма физических и химических процессов, происходящих внутри Земли.

Следующие пункты объясняют различные процессы генерирования тепла, естественным образом происходящие в недрах Земли, с учетом места, где происходит каждый процесс:

— Скрытая теплота кристаллизации: Она вырабатывается на границе между внутренним и внешним ядром Земли. . Внутреннее ядро ​​находится в твердом состоянии, а внешнее — в жидком. Реакции кристаллизации внешнего ядра происходят непрерывно; эти реакции являются экзотермическими и поэтому выделяют тепло. Это тепло называется скрытой теплотой кристаллизации.

— Гравитация: Гравитация создает силу сжатия, направленную к центру планеты, которая вызывает нагрев за счет трения в процессе сжатия суши.

— Остаточное тепло образования планеты: Это тепло, которое все еще присутствует в результате столкновений между звездными обломками протопланетного диска, которые дали начало планете Земля.

— Кинетическая теплота или теплота трения: Возникает между внешним ядром и мантией.Это тепловая энергия, которая высвобождается в результате трения, вызванного различной реакцией внешнего ядра и нижней поверхности мантии на силовые поля, создаваемые Луной и Солнцем (приливные силы).

— Физико-химические экзотермические реакции: Они происходят в мантии. Высокое давление и высокая температура приводят к нестабильности минералов, и фазовые изменения происходят непрерывно. Эти изменения производят тепловую энергию.

— Радиогенный распад изотопов: Производится в коре и мантии.Породы, образующие литосферу (сумма коры и верхней мантии), богаты минералами, которые содержат радиоактивные изотопы, такие как 235U, 238U, 232Th и 40K. Реакции разложения этих изотопов экзотермичны. Распад радиогенного изотопа — это процесс, в результате которого на поверхность Земли поступает больше тепла. Следует иметь в виду, что температура Земли увеличивается по направлению от среднемирового уровня на поверхности 15 ºC до более чем 5000 ° C во внутреннем ядре.

Распределение температур на Земле

NWS JetStream — Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является солнце.Энергия от Солнца передается через космос и через атмосферу Земли к поверхности Земли. Поскольку эта энергия нагревает поверхность Земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Есть три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

• излучение
• проводимость
• конвекция

Излучение

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы почувствовали теплопередачу, известную как излучение.Сторона вашего тела, ближайшая к огню, нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром. Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с передачей тепла. По такому же принципу работают тепловые лампы, которые согревают пищу. Радиация — это передача тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, приходящего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть излучается видимым светом. Свет состоит из волн разной частоты.Частота — это количество случаев, когда событие повторяется в течение заданного времени. В электромагнитном излучении его частота — это количество электромагнитных волн, проходящих через точку каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти разные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Волны от солнца, которые мы не можем видеть, — это инфракрасные волны, которые имеют более низкие частоты, чем красные, и ультрафиолетовые, которые имеют более высокие частоты, чем фиолетовый свет.[подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла на нашем теле.

Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, и большая часть того, что достигает поверхности Земли, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, например асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем объекты более светлого цвета.

Обучающий урок: тает в сумке, а не в руке

Проводимость

Проводимость — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества.Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретой на плите? Через некоторое время ручка ложки нагреется.

Это происходит из-за передачи тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости.Этот вид нагрева чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечное излучение падает на землю, нагревая скалы. Когда температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. Когда он поднимается, пузырек охлаждается за счет тепла, содержащегося в пузыре, движущемся в атмосферу.

По мере того, как масса горячего воздуха поднимается, воздух заменяется окружающим более прохладным и более плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальные кучевые облака или большие циклы в тропосфере, охватывающие большие участки земли. Конвекционные течения ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Быстрые факты

Это не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца, вызывающее солнечные ожоги, ведущие к раку кожи.Солнечное тепло не приводит к солнечным ожогам.

Согласно данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, которые достигают Земли — ультрафиолетовых лучей A (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие на них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

• UVA-лучи могут преждевременно состарить вашу кожу, вызвать появление морщин и пигментных пятен, а также могут проходить через оконное стекло.
• Лучи UVB являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загара не существует. Это включает излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, загорая, вы повреждаете кожу. По мере нарастания этого ущерба вы ускоряете старение кожи и повышаете риск развития всех типов рака кожи.

Даже в пасмурные дни ультрафиолетовое излучение может проходить сквозь облака и вызывать солнечный ожог, если вы достаточно долго находитесь на улице.

Откуда берется тепло на Земле?

Земля выделяет тепло.Чем глубже вы войдете, тем выше будет температура. На 25 км ниже температура поднимается до 750 ° C; в ядре она составляет 4000 ° C. Люди использовали горячие источники еще в древности, а сегодня мы используем геотермальные технологии для обогрева наших квартир. Извержения вулканов, гейзеры и землетрясения — все это признаки внутренней электростанции Земли.

Средний тепловой поток от поверхности Земли составляет 87 мВт / м ² — то есть 1/10 000 энергии, получаемой от Солнца, что означает, что Земля излучает в общей сложности 47 тераватт, что эквивалентно нескольким тысячам атомных электростанций. .Источник тепла Земли долгое время оставался загадкой, но теперь мы знаем, что большая его часть является результатом радиоактивности.

Рождение атомов

Чтобы понять, откуда исходит все это тепло, мы должны вернуться к рождению атомных элементов.

В результате Большого взрыва образовалась материя в форме протонов, нейтронов, электронов и нейтрино. Для образования первых атомов потребовалось около 370000 лет — протоны притягивали электроны, производя водород. Другие, более тяжелые ядра, такие как дейтерий и гелий, образовались одновременно в процессе, называемом нуклеосинтезом Большого взрыва.

Создание тяжелых элементов было гораздо более трудным. Сначала в результате аккреции в их огненном тигле родились звезды и образовались тяжелые ядра. Этот процесс, получивший название звездного нуклеосинтеза, занял миллиарды лет. Затем, когда звезды погибли, эти элементы распространились по космосу и были захвачены в виде планет.

Таким образом, состав Земли очень сложен. К счастью для нас и нашего существования, он включает в себя все природные элементы, от простейшего атома водорода до тяжелых атомов, таких как уран, и все, что между ними, углерод, железо — всю таблицу Менделеева.Внутри земных недр находится целый комплекс элементов, расположенных в различных слоях, похожих на луковицы.

Наша планета содержит все элементы таблицы Менделеева. Sandbh / Википедия, CC BY

Мы мало знаем о внутренней части нашей планеты. Самые глубокие шахты достигают глубины не более 10 км, в то время как радиус Земли составляет 6500 км. Научные знания о более глубоких уровнях были получены посредством сейсмических измерений. Используя эти данные, геолог разделил структуру Земли на несколько слоев, с ядром в центре, твердым внутри и жидким снаружи, за которым следуют нижняя и верхняя мантия и, наконец, кора.Земля состоит из тяжелых, нестабильных элементов и поэтому радиоактивна, а это означает, что есть еще один способ узнать о ее глубинах и понять источник ее тепла.

Что такое радиоактивность?

Лекарства и косметика, содержащие небольшую дозу радия, начало 20 века. Рама / Викимедиа, CC BY-SA

Радиоактивность — обычное и неизбежное природное явление. Все на Земле радиоактивно — то есть все спонтанно производит элементарные частицы (люди испускают несколько тысяч в секунду).Во времена Марии Кюри никто не боялся радиоактивности.

Напротив, было сказано, что он оказывает благотворное влияние: кремы для красоты были сертифицированы как радиоактивные, а современная литература превозносила радиоактивные свойства минеральной воды. Морис Леблан писал о термальном источнике, спасшем его главного героя Арсена Люпена во время одного из его приключений:

«Вода содержала такую ​​энергию и мощь, что делала ее настоящим фонтаном молодости, свойства которой проистекают из ее невероятной радиоактивности.»(Морис Леблан,« La demoiselle aux yeux verts », 1927)

Существуют различные виды радиоактивности, каждый из которых связан со спонтанным высвобождением частиц и излучением энергии, которая может быть обнаружена в виде тепловых отложений. Здесь мы будем говорить о «бета-распаде», когда испускаются выборы и нейтрино. Электрон поглощается, как только он образуется, но нейтрино обладает удивительной способностью проникать через широкий спектр материалов. Вся Земля прозрачна для нейтрино, поэтому обнаружение нейтрино, порожденных радиоактивным распадом внутри Земли, должно дать нам представление о том, что происходит на ее самых глубоких уровнях.

Такие частицы называются геонейтрино, и они предоставляют оригинальный способ исследования глубин Земли. Хотя их обнаружение — непростая задача, поскольку нейтрино мало взаимодействуют с веществом, некоторые детекторы достаточно существенны для проведения такого рода исследований.

Геонейтрино в основном возникают из тяжелых элементов с очень длительным периодом полураспада, свойства которых теперь полностью изучены в лабораторных исследованиях: в основном это уран, торий и калий. Например, при распаде одного ядра урана-238 высвобождается в среднем 6 нейтрино и 52 мегаэлектронвольта энергии, переносимых высвобождаемыми частицами, которые затем оседают в веществе и выделяют тепло.Каждое нейтрино несет около двух мегаэлектронвольт энергии. Согласно стандартным меркам, один мегаэлектронвольт эквивалентен 1,6 10 ^-13 джоулей, поэтому для достижения полного тепла Земли потребуется около 10 ²⁵ распадов в секунду. Вопрос в том, можно ли обнаружить эти нейтрино?

Обнаружение геонейтрино

На практике мы должны проводить совокупные измерения в месте обнаружения потоков, идущих со всех направлений. Трудно установить точный источник потоков, так как мы не можем измерить их направление.Мы должны использовать модели для создания компьютерных симуляций. Зная энергетический спектр каждой моды распада и моделируя плотность и положение различных геологических пластов, влияющих на конечный результат, мы получаем общий спектр ожидаемых нейтрино, который затем вычитаем из числа событий, предсказанных для данного детектора. Это число всегда очень мало — всего несколько событий на килотонну детектора в год.

Два недавних эксперимента дополнили исследование: KamLAND, детектор весом 1000 метрических тонн под японской горой, и Borexino, который находится в туннеле под горой Гран-Сассо в Италии и весит 280 метрических тонн.Оба используют «жидкие сцинтилляторы». Чтобы обнаружить нейтрино с Земли или космоса, вам нужен метод обнаружения, эффективный при низких энергиях; это означает возбуждение атомов в мерцающей жидкости. Нейтрино взаимодействуют с протонами, и образующиеся в результате испускаемые частицы производят наблюдаемый свет.

В эксперименте Sno + используется детектор SnoLab в Канаде, помимо прочего, для обнаружения геонейтрино. СНОЛАБ

KamLAND анонсировал более 100 событий, а Borexino около 20, которые можно отнести к геонейтрино, с фактором неопределенности 20-30%.Мы не можем точно определить их источник, но это общее измерение — хотя и довольно грубое — соответствует предсказаниям моделирования в пределах полученной низкой статистики.

Таким образом, традиционная гипотеза о некоем ядерном реакторе в центре Земли, состоящем из шара делящегося урана, как на атомных электростанциях, теперь исключена. Деление не является спонтанной радиоактивностью, а стимулируется медленными нейтронами в цепной реакции.

Сейчас разрабатываются новые, более эффективные детекторы: канадский SNO + и китайский Juno, которые улучшат наши знания о геонейтрино.

«Отнюдь не уменьшая его, добавление невидимого к видимому только обогащает последнее, придает ему значение, завершает его». (Поль Клодель, «Положения и предложения», 1928)

---

Перевод с французского Элис Хитвуд для Fast ForWord.

Геотермальный тепловой насос: как это работает

Учитывая, что в наши дни солнечной энергии уделяется все внимание, вы можете быть удивлены, узнав, что одно из самых многообещающих решений по снижению высоких затрат на энергию находится не в небе, а глубоко под вашей лужайкой.

Прочтите, чтобы понять, как работают геотермальные тепловые насосы, сколько они стоят и являются ли они разумным вложением средств.

Геотермальные тепловые насосы стоят денег?

Сверхэффективные геотермальные тепловые насосы обеспечивают чистое и бесшумное отопление и охлаждение, сокращая при этом счета за коммунальные услуги до 70 процентов. «С этой технологией каждый мог бы получать больше энергии на весь срок службы», — говорит эксперт TOH по сантехнике и отоплению Ричард Третви.

Система геотермального теплового насоса

В принципе, геотермальный тепловой насос работает так же, как обычный тепловой насос, за счет использования хладагента под высоким давлением для улавливания и перемещения тепла из помещения в помещение.Разница в том, что обычные системы собирают тепло — и избавляются от него — с помощью наружного воздуха. Геотермальные системы, напротив, передают тепло через длинные петли заполненных жидкостью труб, закопанных в землю.

Геотермальное отопление и охлаждение

Как давно обнаружили наши пещерные предки, если вы уйдете достаточно глубоко под землю, температура земли будет оставаться постоянной 50 градусов или около того, независимо от того, насколько жарко или холодно на улице. Таким образом, в то время как обычный тепловой насос с «воздушным источником» изо всех сил пытается улавливать тепло от замерзающего зимнего воздуха или сбрасывать его в летний зной, его «наземный» аналог выполняет сравнительно легкую работу по отбору и отведению тепла через 50-градусную жидкость, циркулирующая в его контуре заземления.

КПД

Вот почему геотермальному тепловому насосу требуется всего один киловатт-час электроэнергии для производства почти 12 000 британских тепловых единиц для охлаждения или обогрева. (Чтобы произвести такое же количество Btus, стандартный тепловой насос при температуре 95 градусов в день потребляет 2,2 киловатт-часа.) Геотермальные системы вдвое эффективнее лучших кондиционеров и почти на 50 процентов эффективнее лучших газовых печей. , круглый год.

Еще одно преимущество состоит в том, что нет необходимости в шумном наружном вентиляторе для перемещения воздуха через змеевики компрессора.Геотермальные установки просто перекачивают жидкость, поэтому их можно парковать в закрытом помещении, защищенном от непогоды. На большинство из них предоставляется 10-летняя гарантия, но она может длиться намного дольше. За 29 лет, прошедших с тех пор, как Джим Партин, один из первых приверженцев технологии, установил один в своем доме в Стиллуотере, штат Оклахома, он заменил только два контактных переключателя.

Детали теплового насоса: Как и в обычных тепловых насосах, хладагент в геотермальном тепловом насосе проходит по контуру через компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель, собирая тепло на одном конце и отдавая его на другом.Направление потока хладагента, которое регулируется реверсивным клапаном, определяет, подается ли тепло в дом зимой (показано) или отводится от него летом. С добавлением пароохладителя остаточное тепло от системы также может дополнять обычный водонагреватель, что еще больше снижает счета за электроэнергию.

Расходы и налоговые льготы

Несмотря на эти преимущества, в прошлом году в США было установлено только 47000 геотермальных установок. Это лишь крошечный промах по сравнению с примерно одним миллионом обычных тепловых насосов, проданных за тот же период, даже несмотря на то, что стоимость приобретения наземных тепловых насосов примерно такая же.

Вот в чем загвоздка: нужно закопать много труб — от 1500 до 1800 футов для типичного дома площадью 2000 квадратных футов. (Фактическая длина должна быть рассчитана специалистом на основе оптимальных нагрузок на отопление и охлаждение для дома.) Установка такого размера может стоить до 20 000 долларов в зависимости от почвенных условий и объема копания и бурения.

Например, для дома на большом участке можно использовать трубы, проложенные горизонтально в длинных траншеях глубиной 4 фута.Дома на небольших участках или скалистых уступах могут потребовать трех или четырех отверстий, просверленных примерно на 300 футов прямо вниз, что гораздо более затратно.

Даже с такими значительными начальными инвестициями геотермальные системы настолько энергозатратны, что срок окупаемости чрезвычайно короткий. Исследование, проведенное Технологическим институтом ВВС США, подсчитало, что в среднем требуется всего семь-восемь лет, чтобы окупить затраты.

Фактическая точка безубыточности зависит от местных тарифов на коммунальные услуги, затрат на земляные работы / бурение, того, насколько хорошо ваш дом изолирован, эффективности выбранной вами модели и того, какие стимулы предоставляют ваше государство или коммунальные службы.Хороший установщик, разбирающийся в вопросах отопления и охлаждения, а также в вашей местной геологии, сможет произвести эти расчеты за вас.

Текущие федеральные льготы ограничиваются стандартной налоговой льготой в размере 300 долларов для установок Energy Star HVAC. (Канадцы, модернизирующие существующий дом с использованием геотермальных источников, имеют право на федеральный грант в размере 3500 долларов США.)

Некоторые дальновидные коммунальные предприятия предложили ссуды под низкие проценты домовладельцам, желающим внедрить эту технологию. «Это беспроигрышный вариант», — говорит Стив Розенсток, менеджер по решениям в области энергетики в Edison Electric Institute, ассоциации коммунальных предприятий.«Коммунальные предприятия снижают пиковый спрос на отопление и охлаждение, поскольку их клиенты резко снижают свои счета за электроэнергию».

А поскольку пластиковые контуры заземления должны прослужить 50 или более лет, окупаемость для домовладельцев и для окружающей среды может длиться несколько поколений.

Основы

Что это такое: Система отопления и охлаждения с электрическим приводом, которая передает тепло между вашим домом и землей с помощью жидкости, циркулирующей по длинным петлям подземных труб.

Как это работает: Внутренний тепловой насос использует основной цикл охлаждения — испарение, сжатие, конденсацию и расширение — для улавливания и отвода тепла от земли и к земле для обогрева дома зимой и охлаждения летом.

Преимущества: Сокращает счета за отопление и охлаждение дома на 30–70 процентов. Устраняет шум компрессоров и вентиляторов на открытом воздухе. Снижает выбросы парниковых газов за счет посадки 750 деревьев или снятия с дороги двух автомобилей.

На что обращать внимание: Для получения федеральных налоговых льгот насосы должны соответствовать стандартам эффективности Energy Star. Для систем с обратной связью вам потребуется EER, равный 14,1, и COP (коэффициент полезного действия), равный 3,3.

Где это получить: Чтобы найти производителей, посетите веб-сайт Консорциума геотермальных тепловых насосов. Чтобы найти подготовленных монтажников и проектировщиков, которые знают местную геологию и знают, как рассчитывать системы для достижения максимальной эффективности, посетите веб-сайт Международной ассоциации наземных тепловых насосов.

Сколько это стоит: 15 000–20 000 долларов на установку системы, включая контуры заземления, тепловой насос и средства управления. База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии предоставляет актуальную информацию о государственных программах стимулирования.

Могу ли я его модернизировать? Модернизация системы заземления несложна, если возможно закопать контур заземления. В доме потребуются воздуховоды для распределения прохладного воздуха в жаркие дни. Эти же воздуховоды могут обеспечивать теплый воздух зимой.

Некоторые геотермальные тепловые насосы могут быть подключены к существующему устройству обработки воздуха, другие агрегаты поставляются со своим собственным встроенным устройством обработки воздуха.

No related posts.