Замкнутая система отопления в частном доме схема: Закрытая система отопления – схема разводки отопления частного дома

примеры замкнутой отопительной системы, схема на фото и видео

Содержание:

1. Элементы системы отопления замкнутого типа
2. Принцип работы замкнутой отопительной системы
3. Особенности схемы замкнутой системы отопления
4. Плюсы и минусы замкнутой отопительной системы
5. Переоборудование открытой системы в закрытую
6. Установка системы отопления

Отопительная система – это целый комплекс устройств, которые объединены в единый контур при помощи трубопровода. Работа отопления в таком случае заключается в постоянном движении теплоносителя (как правило, жидкости). Нагреваясь, теплоноситель расширяется, и в закрытой отопительной системе для нейтрализации этого явления используется расширительный бак. Эти устройства делятся на два типа, и именно от них зависит, будет система закрытой или открытой. Замкнутая система отопления подразумевает наличие бака, который не контактирует с окружающей средой, а в открытой отопительной системе бак взаимодействует с воздухом. 

Для циркуляции теплоносителя в закрытых отопительных системах используются насосы, которые обеспечивают постоянное движение жидкости на достаточном уровне. Использование насосов позволяет закрытой системе работать гораздо эффективнее, варьируя скорость движения теплоносителя (прочитайте: «Закрытая и открытая система отопления на примерах схем»).

Принудительная циркуляция хороша еще и тем, что в такую систему можно подключать дополнительные контуры с подключенными отопительными приборами. Конечно, такие системы становятся энергозависимыми, поскольку для функционирования насосов требуется электричество, но этот недостаток компенсируется высоким КПД всей конструкции. 

Насосы в замкнутой отопительной системе монтируется на трубе обратки непосредственно перед котлом. В этом же месте можно разместить и расширительный бачок. Закрытая система отопления имеет ряд плюсов, которые становятся очевидными при сравнении с другими типами отопительных систем: установка системы осуществляется без особых затруднений, поскольку не нужно соблюдать постоянный уклон. Трубопроводу не потребуется утепление, да и сам трубопровод можно сделать потоньше, что скажется не только на его эстетических качествах, но и на стоимости конструкции.

В закрытой отопительной системе теплоноситель не может испаряться, поэтому следить за его уровнем придется гораздо реже. Кроме того, использование циркуляционных насосов обеспечивает ускоренный прогрев помещений, а если установить в контуре термостаты, то появляется возможность тонкой настройки температурного режима во всем доме. 

Элементы системы отопления замкнутого типа

Схема замкнутой системы отопления содержит большое количество элементов:

• отопительный котел;
• мембранный расширительный бачок;
• циркуляционный насос;
• отопительные приборы;
• трубы для прокладки контура, установки стояков и подводок;
• фитинги;
• краны;
• фильтры;
• крепежные элементы.

Принцип работы замкнутой отопительной системы

В котле происходит нагрев теплоносителя, после чего он разносится по отопительным приборам через трубопровод. Когда теплоноситель заполняет все пространство контура, к работе присоединяется расширительный бак, вмещая в себя излишки жидкости. Мембранный расширительный бачок состоит из двух полостей: в одну из них поступает лишний теплоноситель, а вторая часть заполнена газом или воздухом. Читайте также: «Плинтусная система отопления — оригинально и практично».

При монтаже в закрытой отопительной системе создается давление, которое в дальнейшем задает давление всему контуру. Нагрев теплоносителя провоцирует увеличение давления в системе, и его излишки вместе с возникшим давлением поступают в бак, прогибая расположенную в нем мембрану. Дальнейший путь теплоносителя пролегает через циркуляционный насос, и работа системы продолжается в штатном режиме. 

Особенности схемы замкнутой системы отопления

В закрытой отопительной системе с принудительной циркуляцией есть несколько особенностей:

1. Возможность установки расширительного бачка и циркуляционного насоса рядом с отопительным котлом, что позволяет снизить затраты на трубы и упрощает монтаж всей системы.
2. Полная герметичность бака приводит к тому, что теплоноситель не может испаряться из системы, а сам трубопровод надежно защищен от попадания воздуха.
3. Устанавливать расширительный бачок и насос нужно на трубе обратки. Эксплуатация насоса возможна лишь в том случае, когда через него проходит жидкость, имеющая низкую температуру.
4. По сравнению с открытой отопительной системой, замкнутая может располагаться в помещениях любой площади.

Плюсы и минусы замкнутой отопительной системы

Схема замкнутой системы отопления, в которой движение теплоносителя осуществляется принудительно, имеет свои преимущества и недостатки. Отрицательных моментов меньше, но они в некоторых случаях являются решающими. Бывает зависимая и независимая система отопления, выбирать из которых нужно систему, которая оптимально подойдет именно в вашем случае.

Достоинства замкнутой системы отопления:

• высокий КПД;
• невозможность испарения жидкости;
• использование труб уменьшенного диаметра;
• повышение срока службы котла за счет разности температур на подающем и обратном контурах;
• снижение коррозийного влияния на трубопровод;
• возможность применения антифриза.

Недостатки замкнутой системы отопления:

• зависимость от электричества, особенно в регионах, где перебои с электроэнергией – не редкость;
• необходимость установки более сложного, вместительного и дорогого расширительного бачка. 

Переоборудование открытой системы в закрытую

Замкнутая система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя используется довольно редко, но исключительно из-за своих особенностей. О каких особенностях идет речь, и как осуществляется переход от одного типа системы к другой? При монтаже открытой отопительной системы мысль о переходе на замкнутую систему приходит нечасто, но сделать это довольно просто – достаточно установить мембранный расширительный бак, и конструкция сразу же станет закрытой. 

Конечно, всегда есть возможность спроектировать подобную схему, но она будет обладать некоторыми минусами двух типов систем. Для обеспечения естественного движения теплоносителя трубопровод необходимо укладывать с соблюдением постоянного уклона, что нередко приводит к появлению воздушных пробок и существенно усложняет монтаж.

Какие преимущества даст такая конструкция? Независимость от электричества в данном случае является единственным плюсом, но его необходимость можно подвергнуть сомнению: как правило, в большинстве домов электричество есть всегда. Стоимость насоса и эксплуатационные расходы, связанные с его использованием, достаточно невысоки, поэтому классическая замкнутая схема все же гораздо лучше, чем открытая. 

Установка системы отопления

Перед монтажом отопительной системы составляется проект, согласно которому и будут устанавливаться все элементы. Чтобы выбранная схема оправдывала себя, необходимо грамотно подобрать устройства, которые будут работать в контуре, и начать стоит с выбора отопительного котла. Выбирая котел, нужно отталкиваться от типа котла, зависящего от используемого топлива, и его мощности.

В последние годы получают распространение твердотопливные котлы, которые практически не требуют эксплуатационных затрат, но можно выбрать и другой вариант из числа представленных на рынке. 

Как рассчитывается мощность системы? При проведении усредненных расчетов обычно берется соотношение 1 кВт мощности на 10 квадратных метров помещения. Выбрав подходящий котел, можно начинать расчет отопительных приборов. Лучшим вариантом являются радиаторы, характеристики которых индивидуальны, но отличий в них обычно немного, поэтому выбирать подходящие устройства можно, исходя из личных предпочтений. Кроме котла и отопительных приборов, потребуются и остальные элементы, да и установку системы тоже нужно включать в расчеты.

Приблизительная стоимость конструкции может колебаться в пределах от 4000 до 4500 тысяч долларов, но при желании можно найти варианты дешевле или дороже. Важно помнить, что слишком дешевая конструкция может не обеспечить дом необходимым количеством тепла, а чересчур дорогие варианты часто не оправдывают возложенных надежд. 

Заключение

Какие выводы можно сделать из всего вышесказанного? Замкнутая система отопления с принудительной циркуляцией достаточно надежна и долговечна, и такая конструкция прослужит дому на протяжении многих лет. При необходимости можно использовать в закрытой схеме и естественную циркуляцию, но этот вариант создаст некоторые неудобства, без которых вполне можно было бы обойтись.

Замкнутая система отопления с принудительной циркуляцией

Отопительные системы представляют собой целый комплекс оборудования, объединённого в общий контур трубопроводами с жидким теплоносителем. Жидкость, циркулирующая по трубам, при нагревании увеличивается в объёме. А для компенсации этого процесса и предотвращения разрыва труб в системах предусматривается установка расширительных баков, открытых или закрытых, то есть сообщающихся с окружающей средой или нет.

По типу ёмкости, компенсирующей расширение теплоносителя, подбирается и вариант теплоснабжения. Самой популярной являются замкнутая система. Из-за минимальной вероятности попадания в неё кислорода трубы и оборудование в процессе эксплуатации не подвергаются коррозии. Поэтому в процессе строительства частного дома чаще всего предусматриваются закрытые системы отопления с принудительной циркуляцией. Схема системы отопления

Принципы работы

Главными особенностями замкнутых систем являются полное отсутствие контакта жидкости в трубах  с наружным воздухом и избыточное давление. Для создания такого напора схема отопления обычно включает циркуляционный насос, благодаря которому обеспечивается движение жидкости в трубах, диаметры которых могут быть меньшими, чем при выборе естественной циркуляции. Результатом использования насосного оборудования становится экономия материалов и повышение эффективности работы системы.

Особенности замкнутого теплоснабжения обеспечивают такие преимущества:

• более эффективный обогрев – по сравнению с открытыми системами в закрытых теплоноситель распространяется быстрее, а КПД растёт;
• минимальная вероятность попадания воздуха в трубы и радиаторы;
• отсутствие испарения теплоносителя в окружающую среду;
• повышенное удобство обслуживания оборудования за счёт монтажа расширительных баков на обратных линиях котлов.

Практически единственным минусом закрытой системы отопления является зависимость от электросети. И насосы, и большая часть котлов не будут работать при отсутствии электричества. Однако и из этой ситуации можно найти выход – благодаря невысокой мощности оборудования оно может некоторое время поработать от блоков бесперебойного питания. А иногда, в районах с нестабильным энергоснабжением, вопрос решается устройством замкнутой системы отопления с естественной циркуляцией. Хотя её работа менее эффективна по сравнению с напорными вариантами, а одной из главных проблем является преодоление безнапорным потоком мембраны закрытого расширительного бака. И самотёчная схема применяется только для открытых систем.

Выбор подходящей схемы

Для сооружения частных домов применяют два варианта отопления:

• однотрубное;
• двухтрубное.

Первая схема, называемая иногда «ленинградкой», подходит для небольших одно- и двухэтажных зданий, на каждом этаже которых установлено от 1 до 5 радиаторов. Создание такой системы требует точного расчёта и установки различного количества секций отопительных приборов для компенсации остывания теплоносителя. Одним из вариантов таких схем является однотрубная система с безнапорным движением теплоносителя и замыкающими участками, предполагающая подъём нагретой воды из котла по главному стояку к магистралям верхнего этажа и поступает в отопительные приборы. Охлаждённый теплоноситель из радиаторов смешивается с нагретым и постепенно спускается к нижним этажам. Взаимосвязь элементов системы

Ещё одна схема, двухтрубная, является оптимальным вариантом для закрытой системы. Её намного проще рассчитывать и монтировать, так как температура теплоносителя перед каждым отопительным прибором практически одинакова. Принцип распределения жидкости по системе сравнительно простой – единственным исключением является вариант с твердотопливным котельным оборудованием. Для того чтобы внутри котла не образовался конденсат, схему дополняют смесительным узлом с байпасом и трёхходовым клапаном. Жидкость проходит по байпасной линии до тех пор, пока не нагреется до температуры, исключающей конденсацию паров, после чего попадает внутрь оборудования. Каждый элемент системы выполняет важную функцию

Основные элементы и правила их подбора

Все закрытые системы отопления состоят из следующих элементов:

• котла, который должен обязательно комплектоваться группой безопасности – иногда её устанавливают прямо внутри оборудования, в остальных случаях – на подающей магистрали;
• циркуляционного насоса, обеспечивающего достаточны напор для движения теплоносителя по трубам системы;
• расширительного бачка. Назначением этого устройства является компенсация расширения жидкости в трубах и поддерживание постоянного давления в системе;
• труб, радиаторов, конвекторов и отопительных контуров «системы тёплого пола».

Важно правильно подобрать элементы для конструкции

Выбор котла проводится только после соответствующего расчёта, результатом которого является требуемая для поддерживания оптимальных микроклиматических условий мощность прибора. Рассчитывать её можно и своими силами, но для учёта всех коэффициентов и нюансов стоит обратиться к специалистам. Насосы выбирают по получившемуся расходу жидкости и напору, а устанавливают чаще всего на обратных магистралях. Схема циркуляции теплоносителя

Ещё один важный элемент, параметры которого определяются расчётом, – расширительный бак. Его ёмкость зависит от объёма всего теплоносителя в системе и вида жидкости. Так, например, для воды требуется компенсировать расширение на 5–10%, для антифриза – не менее чем на 10–15%. Ориентировочно принимается объём расширительного бака равный 1/10 от общего количества жидкости в трубах. Так, например, для 250-литровой системы отопления потребуется 25-литровый (или 30-литровый, если подходящего не найдётся в продаже) бачок. В зависимости от масштабов системы нужно подбирать соответствующий расширительный бак

Трубы для закрытой системы отопления желательно выбирать металлопластиковые – диаметром в 1 дюйм (25 мм) и 3/4’’ (20 мм). Для батарей чаще всего выбирается сталь и чугун. А при выполнении монтажных работ своими руками стоит предпочесть алюминий. Радиаторы из этого материала проще транспортировать и устанавливать. Радиатор может быть не только производительным, но и стильным

Основные нюансы монтажа

Монтаж закрытой системы отопления не представляет собой слишком сложную задачу и состоит из таких этапов:

1. Первым устанавливается отопительный агрегат;
2. Потом, в соответствии с заранее разработанными чертежами, монтируются трубопроводы и радиаторы;
3. Следующей устанавливается запорная арматура.
4. Последним монтируется расширительный бак.

Система должна быть максимально эффективной

Для слива воды из отопительных приборов схема предусматривает установку на их выходе отсекающих кранов. Обязательным элементом в этом случае является байпас, обеспечивающий нагрев теплоносителя до нужной температуры. Кроме того, система требует ещё и установки группы безопасности, защищающей трубопроводы и оборудование, а также заделки стыков с помощью специального сантехнического льна или герметика.

Закрытая система отопления частного дома, схема с естественной циркуляцией

Система водяного отопления, в которой используется мембранный расширительный бак и теплоноситель никоим образом не контактирует с атмосферным воздухом, считается закрытой и работает под давлением. Эта схема — наиболее распространенная на данный момент, поскольку обладает множеством преимуществ. В данной статье мы разберем, что такое закрытая система отопления частного дома, ее плюсы и минусы, а также особенности обслуживания.

Что представляет собой закрытая система отопления?

Важная особенность такой системы – отсутствие контакта с наружным воздухом и наличие небольшого избыточного давления. Как правило, схема работает при искусственном побуждении циркуляции теплоносителя с помощью насоса. Это позволяет не беспокоиться о соблюдении больших уклонов магистралей, а также принимать меньшие диаметры труб и прокладывать их наиболее удобным способом.

Как правило, гравитационная система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя делается с открытым расширительным баком, устанавливаемым в самой высокой точке. Закрытая же система традиционно снабжается циркуляционным насосом, что повышает эффективность ее работы и снижает материалоемкость.

Благодаря своим особенностям, системы закрытого типа обладают массой преимуществ:

• теплоноситель, находящийся под давлением, нагревается быстрее;
• вероятность завоздушивания сети трубопроводов и радиаторов очень низка;
• теплоноситель не насыщается кислородом и не испаряется в атмосферу, что очень важно при заполнении системы антифризом;
• установка расширительного бака в закрытой системе отопления производится на обратном трубопроводе возле котла, что очень удобно в плане обслуживания;
• нет нужды использовать трубопроводы больших диаметров и прокладывать их на виду, в этом отношении закрытая система с принудительной циркуляцией – оптимальный выбор для частного дома.

Существенный недостаток лишь один — зависимость от надежности электроснабжения, закрытая система отопления без насоса, питающегося от электросети, работать не будет. К счастью, циркуляционные агрегаты для индивидуальных систем имеют небольшую потребляемую мощность, а потому на время отключения электричества смогут функционировать от блока бесперебойного питания достаточно долгое время.

Некоторые специалисты утверждают, что решить проблему отключения электроэнергии поможет закрытая система с естественной циркуляцией. Напомним, что в этом случае движение теплоносителя происходит за счет разницы плотности и массы горячей и охлажденной воды. Первая, нагреваясь в котле, как более легкая вытесняется вверх идущим от радиаторов остывшим теплоносителем, имеющим большую массу.

Несмотря на то что давление в закрытой системе отопления (1.5—2 Бар) не препятствует гравитационному движению потоков горячей и холодной воды, эффективность ее работы весьма сомнительна. Дело в том, что разница конвективных сил и так невелика, а тут еще нужно преодолевать сопротивление мембраны бака, растягивающейся при расширении воды. Чтобы не связываться с этими скользкими моментами, на закрытую систему лучше всегда ставить насос. Если есть необходимость смонтировать самотечную схему, то надо ее делать открытой.

Схема закрытой системы отопления

В частном домостроительстве традиционно применяется 2 вида схем:

• однотрубная;
• двухтрубная.

Однотрубная, больше известная как «ленинградка», удовлетворительно работает в одно – и двухэтажных домах небольшой площади, когда на каждом этаже установлено не более 5 радиаторов. Реализация схемы требует точного расчета диаметров труб и количества секций батарей, так как теплоноситель значительно остывает после прохождения каждого последующего радиатора. В соблюдении этих требований нуждается и однотрубная схема системы отопления закрытого типа с верхней разводкой, что изображена ниже на рисунке:

Примечание. Независимо от выбранного типа схемы закрытая система должна содержать в своем составе группу безопасности, иногда она идет в комплекте с котлом. Группа состоит из манометра для контроля давления, воздухоотводчика и предохранительного клапана для аварийного сброса воды. Узел устанавливается на подающем трубопроводе, выходящем из котла, причем без всякой запорной арматуры.

Двухтрубная схема закрытой системы проще в расчете и монтаже, славится популярностью благодаря хорошим рабочим показателям. Ведь теплоноситель ко всем радиаторам доставляется с одинаковой температурой, а при реализации попутной схемы еще и проходит одинаковое расстояние. Пример двухтрубной системы показан на рисунке:

Некоторые дополнения имеет закрытая система отопления с твердотопливным котлом. Во избежание образования конденсата в топке теплогенератора схема дополняется смесительным узлом с трехходовым клапаном и байпасной линией. Клапан заставляет оборачиваться воду по байпасу до тех пор, пока она не нагреется до установленной температуры, и только потом запускает в котел теплоноситель из магистрали.

Как заполнить систему теплоносителем?

Когда штуцер подпитки присоединен к водопроводной сети посредством шарового крана, то осуществить заполнение системы отопления закрытого типа теплоносителем достаточно просто. Для этого дела есть смысл привлечь помощника, особенно если дом имеет несколько этажей. Один человек управляет краном подпитки, а второй занимается выпуском воздуха из батарей. Кран открывается примерно на треть, чтобы напор не был сильным.

Человек, находящийся в котельной, следит за показаниями манометра, подпитка закрытой системы отопления закрывается, когда давление достигнет 2 Бар. Теперь помощник посредством кранов Маевского стравливает воздух из радиаторов, после чего давление падает. Цель – выйти на расчетное давление, удалив из трубопроводов весь воздух путем его постепенного вытеснения водопроводной водой.

Сложнее закачать теплоноситель в закрытую систему, когда подпитка из водопровода отсутствует либо нужно залить незамерзающую жидкость. Для этого понадобится специальный ручной или электрический насос и емкость для теплоносителя, из которой он будет перекачиваться в систему. Предварительно надо открыть все воздушные краны на радиаторах, а потом заполнять трубы через сливной штуцер, подключив к нему насос с обратным клапаном.

По мере того как происходит закачка жидкости, надо закрывать краны Маевского, из которых потечет теплоноситель. Накачав систему до 1.5 Бар, надо выполнить удаление воздуха, после чего давление доводится до рабочего. В конце производится пробный запуск котла и корректировка давления, а при необходимости – стравливание воздуха.

Почему падает давление в закрытой системе отопления?

Причина, по которой падает давление, существует одна – отсутствие герметичности, то бишь, протечка. Вопрос в том, чтобы ее найти. Характерным признаком протечки служит лужица в определенном месте либо бурое пятно, когда вода успевает высохнуть. В процессе поиска следует осмотреть следующие узлы и элементы:

• соединения труб и фитинги: бывает, что в последних возникают трещины;
• автоматические воздухоотводчики: неисправный элемент с застрявшим поплавком будет пропускать воду;
• запорно — регулирующая арматура, предохранительный клапан;
• расширительный бак: трещина в мембране вызовет падение давления, появление воздуха в системе и частое отключение котла.

Для устранения протечки не обойтись без частичного или полного опорожнения трубопроводов. По окончании работ придется снова залить воду в систему, создать необходимое давление и проследить за манометром в течении нескольких дней.

Заключение

Закрытая отопительная система обладает массой достоинств, отсюда ее популярность. Если монтаж и пуск в эксплуатацию произведен правильно, то она долгое время не требует вмешательства в свою работу. Большинство возникающих неисправностей можно спокойно устранить своими руками, как и обслуживание системы. Желательно ежегодно проверять работоспособность таких элементов, как воздухоотводчики, клапаны и расширительный бак.

Замкнутая система отопления частного дома

Водяное отопление загородного дома состоит из источника тепловой энергии и радиаторов, соединенных в единую систему. Передача тепла от его источника потребителю осуществляется с помощью теплоносителя, жидкости, постоянно циркулирующей по замкнутому контуру от котла к отопительным приборам и обратно. Поэтому систему водяного отопления часто называют замкнутой.

Возникает закономерный вопрос: если существует замкнутая отопительная система, значит должна быть еще и незамкнутая система отопления.

Действительно, система отопления, противостоящая замкнутой системе отопления, существует и называется она открытой отопительной системой, но классификация при этом основывается на способе интегрирования системы горячего водоснабжения в отопительную систему.

Котел, как источник тепла для ГВС

Системы водяного отопления позволяют не только эффективно обогревать помещения, но и удовлетворять потребность в горячей воде. Нагрев воды для ГВС может быть:

• косвенным: теплообменник, по которому движется теплоноситель, устанавливается в резервуар, заполненный водой. Прямого контакта между теплоносителем и водой для ГВС нет. В этом случае речь идет о бойлере косвенного нагрева. Забор воды для горячего водоснабжения производится из водопроводной сети, а качество нагретой воды ничем не отличается от качества обычной питьевой воды.

• прямым: для ГВС используется вода, заполняющая отопительную систему. По сути, в качестве горячей воды потребители используют теплоноситель.

Преимущества открытой системы отопления

Открытая система отопления достаточно проста в реализации, а при ее монтаже используется меньшее количество труб, чем при монтаже замкнутой отопительной системы, что и стало причиной ее широкого использования в многоквартирных домах.

Справедливости ради, отметим, что открытые системы полностью оправдывают себя, а с их помощью обеспечивается более половины потребности в ГВС.

Подключение системы горячего водоснабжения к отопительной системе производится в тепловом пункте здания. Температура воды в отопительной системе может быть выше предусмотренной санитарными нормами (предельно допустимое значение 65С). Снижают ее, смешивая подачу и обратку с помощью регулятора температуры.

Подача горячей воды потребителю может осуществляться по тупиковой схеме, или по схеме, подразумевающей циркуляцию теплоносителя.

В первом случае заборный кран ГВС врезается в обратный трубопровод по тупиковой ветке, а потребитель, открыв вентиль, должен предварительно спустить часть уже остывшего теплоносителя.

Во втором случае осуществляется постоянная циркуляция воды, что позволяет поддерживать ее температуру на требуемом уровне, а забор воды для ГВС осуществляется непосредственно из циркуляционного контура. При этом удается сократить непродуктивный расход воды.

Несколько слов о недостатках

• Открытая система отопления может функционировать только при постоянной подпитке холодной водой, позволяющей компенсировать расход теплоносителя на нужды ГВС.

• К качеству воды для ГВС в открытой отопительной системе предъявляются особо высокие требования. Оно должно соответствовать санитарным нормам, действующим в отношении обычной питьевой воды

• Массовый забор вода на нужды ГВС может существенно снизить температуру теплоносителя, что опасно в условиях сильного мороза.

Открытая система для отопления частного дома

В частных домостроениях открытая система ГВС практически не применяется. Связано это со сложностью установки и эксплуатации регулятора температуры, без которого слишком высок риск ожогов горячей водой.

Закрытая система отопления частного дома

Массовое строительство частных домов требует усовершенствования многих систем – канализационной, отопительной, трубопровода. Ведь приходится в короткие сроки монтировать целые конструкции. Долгие годы предпочтение отдавалось открытой системе обогрева. Однако последние годы эта тенденция начала изменяться. Все чаще производится монтаж закрытой системы отопления частного дома. В чем же состоит разница этих конструкций?

Особенности открытой отопительной системы и закрытой

В момент запуска отопительной системы открытого типа следует проверять работоспособность всех элементов конструкции. В первую очередь требуется обеспечить бесперебойную работу насоса. Ведь именно он обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе. Главным преимуществом этого вида отопления является возможность монтажа дополнительных конструктивных элементов.

Закрытая система отопления – схема размещается в открытом доступе. Однако не стоит выполнять работы без предварительного расчета. Это относится и к открытому типу нагревания дома. Стоит заметить, что смонтированная закрытая система отопления своими руками имеет больше преимуществ, чем недостатков.

В открытой конструкции контакт теплоносителя и атмосферы нежелателен. К сожалению, избежать это не удается. И в результате в трубопроводе появляется воздух.

Это ведет к ускорению процесса коррозии всех металлических элементов в системе отопления. Смонтированная закрытая система отопления своими руками оказывается изолированной от проникновения воздуха.

Комплектация водяного отопления закрытого типа

Во время монтажа закрытой системы отопления частного дома важно обеспечить полную изоляцию от влияния окружающей среды. Именно поэтому требуется максимально четко выполнять монтаж, согласовываясь со схемой. В чертеже также указывается деталировка и комплектовка отопительной конструкции.

1. Котел закрытого типа – один из важных элементов в системе отопления.
2. Автоматический воздушный, балансировочный, предохранительный и термостатический клапаны.
3. Определенное количество радиаторов отопления (согласно смете).
4. Качественный расширительный бак.
5. Шаровой вентиль и насос.
6. Не стоит забывать о фильтре и манометре.

Правила выбора котла для закрытого отопления

Профессионал не только составит для закрытой системы отопления схему, но и выполнит все виды работ. Однако вряд ли он будет рассказывать вам о правилах выбора котла. А ведь это едва ли не основный элемент всей системы.

 

 

Мы советуем вам оценивать мощность котла. Если планируется обогревать дом, высота потоков в котором до 3-х метров, то подбираете так: на каждые 10 кв. м комнаты требуется 1 кВт. Естественно, это цифра усредненная. Ведь монтируемая закрытая система отопления своими руками должна быть еще и надежной.

А значит, к материалам предъявляется немало требований. Помните, расчеты лучше доверить инженеру. Лишь в этом случае дом будет полностью прогреваться в холода.

Принцип работы закрытой системы отопления

Как правило, в качестве теплоносителя в закрытой системе отопления используется либо вода, либо антифриз. В зимний период их объем увеличивается пропорционально росту температуры среды. Поэтому часть теплоносителя оказывается в расширительном баке.

Он состоит из 2-х отделений — гидравлической камеры и газовой камеры. Нагреваясь, вода оказывается в камере гидравлического типа. В газовое отделение под давлением подается азот.

До начала запуска всей отопительной системы следует установить этот параметр. Азот начинает вытеснять из расширительного бака горячий теплоноситель. Для этого запускается циркуляционный насос. В результате давление всей системы выравнивается.

Монтаж линии подпитки закрытой системы отопления

Работа отопительной системы напрямую зависит от возможностей поддержания рабочего давления и объема теплоносителя. Очень важно, чтобы эти 2 параметра были постоянными. К сожалению, создание герметичности в отоплении невозможно достигнуть в полном объеме. Поэтому происходят утечки воды. Следовательно, нельзя забывать о периодическом пополнении теплоносителя.

Стоит сказать, что подпитка закрытой системы отопления состоит из следующих компонентов:

1. Автоматический клапан подпитки размещается в месте, где самое низкое давление (как правило, перед входом сетевых насосов).
2. В трубопровод врезается кран. Так же требуется смонтировать задвижку и управляемый клапан. Это позволит контролировать заполнение системы отопления закрытого типа.
3. Избежать случайного ухода воды в питающую линию можно, если поставить обратный клапан. В этом случае высокое давление в закрытой системе отопления не станет причиной разгерметизации всей системы.
4. В качестве контролирующих приборов предлагается использование манометров. Эти небольшие устройства помогут отслеживать любые изменения в отопительной системе.

Монтаж закрытой системы отопления

1. Составление схемы отопительной конструкции.
2. Монтаж котла.
3. Установка радиаторов.
4. Прокладка трубопровода и обеспечение возможности подпитки закрытой системы отопления.
5. Размещение насоса, бака, фитингов и кранов. На этом этапе так же монтируются фильтры.
6. Установка манометров для контроля за давлением в закрытой системе отопления.
7. Подключение приборов учета и котла к электролинии.
8. Запуск и проверка заполнения системы отопления закрытого типа.

На этом технология монтажа отопительной системы завершается.

 

типы с насосом, схема двухтрубной, открытая лучше или какая

Закрытая система отопления частного дома – идеальный выбор для обогрева коттеджа или дачи

В частном секторе в черте города или за его пределами отсутствует возможность подключения дома к центральному отоплению, поэтому владельцы коттеджей занимаются монтажом автономного отопления. Возможна установка открытой и закрытой систем обогрева

Система отопления закрытого типа с насосом: особенности системы

Автономное отопление – система соединенных между собой элементов, которые нагреваются при подключении к источнику тепла. Это может быть как печное, так и водяное или электрическое отопление – все зависит от того, находятся там жильцы постоянно или приезжают периодически.

Правильно монтированное водяное отопление может питаться от любого источника энергии – газа, твердого топлива, отработки.

Теплоснабжение закрытого типа состоит из труб, котла, циркуляционного насоса, батареи и расширительного бака. Все элементы герметичны – вода при нагреве и циркуляции не испаряется.

Различия между закрытой и открытой системами обогрева:

1. Открытая автономная система отопления предусматривает установку расширительного бака в самом высоком месте – на чердаке под крышей, в закрытой он может размещаться где угодно.
2. В отличие от открытой, закрытая система обогрева герметична и изолирована от потоков воздуха.
3. В открытой отопительной системе используются широкие трубы, которые устанавливаются под определенным наклоном для лучшей циркуляции. Для закрытой системы нужны трубы меньшего диаметра.
4. Для закрытой обогревательной системы важно правильно установить и отрегулировать насос.

Циркуляционные насосы обеспечивают равномерное распределение теплоносителя по трубам, повышают продуктивность работы системы и помогают экономить расход топлива.

Система отопления закрытого типа: преимущества и недостатки

Герметичная система отопления с насосом работает под давлением и в полной атмосферной изоляции, что приводит к меньшему окислению металлических элементов.

Плюсы системы:

• Теплоноситель – вода, не испаряется, он постоянно находится в системе. При необходимости можно использовать антифриз, что позволяет системе не замерзать, даже если она отключена на недолгий срок.
• Использование насоса для круговорота теплоносителя позволяет системе быстрее работать и соответственно, быстрее обогревать помещение.
• Расширительный бак можно поставить в непосредственной близости от котла, что делает систему более компактной.
• С помощью специальных кранов можно корректировать температуру в помещении или отключать ту или иную комнату от системы в случае ненадобности.
• При монтаже системы берутся трубы небольшого диаметра.
• Герметичность системы исключает появление воздушных пробок в радиаторах.

Среди минусов можно выделить тот факт, что система не сможет функционировать без электроэнергии. При отключении электроснабжения работа насоса приостановиться.

Единственным решением проблемы отключения электроэнергии может стать установка автономного генератора, но это дополнительный источник расходов.

При неправильном монтаже труб системы воздух может попадать внутрь, что вызовет нарушение ее работы. Поэтому очень важно после установки всех элементов отопительной системы проверить ее на герметичность.

Система отопления закрытого типа: схема однотрубная

Закрытую отопительную систему можно собрать своими руками, определившись, какая схема – однотрубная или двухтрубная, будет использоваться при монтаже.

Однотрубная система обогрева является замкнутой и считается оптимальной для небольших коттеджей.

Все отопительные приборы – радиаторы, связываются между собой по очереди. При монтаже системы нужно использовать мощный насос, который поможет теплоносителю быстрее добраться до конечной точки системы.

Расширительный бак выполняет ряд важных функций в системе. О том, для чего он нужен и как правильно его подобрать, можно почитать на https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/otoplenie/rasshiritelnyj-bak-dlya-otopleniya

В данной системе нет возможности установить стояки обратной подачи теплоносителя. В процессе использования нельзя регулировать подачу тепла в определенных помещениях, при уменьшении температуры в одной комнате, снизится температура по всему дому.

В многоэтажных домах лучше всего использовать вертикальную однотрубную систему, при этом подключение происходит с самой верхней точки. Не рекомендуется подключать по стояку более 10 отопительных приборов. Как правило, на 1 этаже батареи греют слабее, чем на последнем.

Что представляет собой двухтрубная система отопления закрытого типа

В двухтрубной системе теплоснабжения закрытого типа носитель (вода, антифриз) идет по стояку вверх и подключается напрямую к отдельному радиатору. Система отопления характеризуется высокими показателями – вода распространяется по батареям с одинаковой температурой, затем спускается по стояку обратно в отопительный котел.

Для частного дома используется двухтрубная горизонтальная разводка системы отопления.

При данной схеме отопления можно регулировать подачу и температуру на каждом радиаторе, установив термостат на батарею. На все остальные батареи отключение одного элемента не повлияет. Специалисты рекомендуют устанавливать для каждого радиатора необходимо ставить кран Маевского для выгонки лишнего воздуха при запуске системы перед отопительным сезоном.

В двухтрубной системе обогрева закрытого типа нет нужды устанавливать гидравлический насос – теплоноситель распространяется по трубам самостоятельно.

Выбирая между двумя схемами отопления, нужно учитывать, что при всей эффективности двухтрубной схемы, она требует в 2 раза больше материалов – труб и крепежных элементов.

Виды закрытой системы отопления частного дома (видео)

Владельцы небольших коттеджей часто выбирают систему теплоснабжения с естественной циркуляцией. О видах таких систем, их достоинствах и недостатках читайте в нашей статье: https://homeli.ru/stroitelstvo-doma/inzhenernye-sistemy/kanalizatsiya/sistema-otopleniya-s-estestvennoj-tsirkulyatsiej.

Система отопления закрытого типа имеет много преимуществ, отсюда и вытекает ее популярность. При правильном монтаже элементов системы и последующей эксплуатации отопления владельцу не потребуется вмешиваться в работу долгое время. Важно периодически чистить расширительный бак и воздухоотвод, чтобы избежать неисправностей.

 

Схема закрытой системы отопления — принцип работы, ключевые узлы

Широко ныне распространенная открытая система обогрева обладает целым рядом серьёзных недостатков. Один из них – это непосредственный контакт с атмосферой. В результате по трубам течет теплоноситель, в котором имеется воздух. Воздушные пузырьки постепенно могут вызвать коррозию металлических элементов системы отопления, а также стать причиной и «шумности» теплоносителя. Всего этого можно избежать всего на всего сделав закрытую систему отопления частного дома.

Как работает водяное отопление закрытого типа

Основная особенность подобных систем (и чего не имеет открытая схема) – полная изоляция от влияния окружающей среды. В закрытую отопительную систему, сделать которую можно и своими руками, входят следующие элементы:

• котел;
• автоматический воздушный клапан;
• термостатический клапан;
• радиаторы отопления;
• расширительный бак;
• балансировочный клапан;
• вентиль шаровой;
• насос и фильтр;
• манометр;
• предохранительный клапан.

Как работает водяное отопление закрытого типа? Если температура теплоносителя повышается, то в расширительный бак выдавливаются излишки жидкости. Когда температура падает, жидкость возвращается в систему, т.е. поддерживается постоянное давление в довольно узком диапазоне.

Для эффективной циркуляции теплоносителя используется насос (открытая система может иметь естественную циркуляцию). Правда здесь тоже есть свой минус – при отсутствии подачи электроэнергии закрытая система нормально функционировать не сможет (0тсутствие электричества для загородного частного дома – весьма актуальная проблема). Зато достоинства использования «помпы» с лихвой возмещают недостатки – и для квартиры и для частного дома возможен монтаж дополнительных обогревательных систем. В частности можно сделать теплый пол.

Схема устройства закрытой системы отопления

Циркуляционный насос устанавливается на обратной трубе («обратке») перед нагревательным котлом отопления. Тут же монтируется расширительный бак. Такое расположение этих важных элементов позволяет некритично относиться к диаметру используемых при монтаже труб и соблюдению уклона, который обязательно должно иметь открытое водяное отопление.

Правильно смонтированный циркуляционный насос

В результате на монтаж такой системы отопления меньше тратиться времени, материалов (к примеру, утеплять трубопровод уже не потребуется, так как расширительный бак устанавливается рядом с котлом). Однако «злоупотреблять» подобными преимуществами не стоит. Особенно это касается уклона (лучше его всё же сделать) – при его соблюдении система в случае отключения электричества худо-бедно, но работать всё же будет, т.е. размораживание ей не грозит.

На видео ниже вы можете посмотреть подробный пример организации отопления закрытого типа с использованием твердотопливного и электрического котлов.

Закрытая система отопления изолирована от проникновения воздуха. Однако, её эксплуатация не обеспечивают 100% герметичности: воздух может заполнить трубы, например, при доливании в систему теплоносителя. В этом случае он будет скапливаться в верхних точках. Избавиться от него можно посредством крана Маевского или поплавковых отводчиков, работающих на «автомате». Уже растворенный в воде воздух удаляется с помощью специальных сепараторов, устанавливаемых прямо в трубопроводе.

Хорошие результаты в плане экономии тепла даёт использование термостата. Он включает главный потребитель электроэнергии (насос) только при понижении в помещении температуры ниже заданного предела.

Как выбрать котел для закрытого отопления

Схема закрытого теплоснабжения частного дома предусматривает использование любого типа топлива. Это может быть газ (наиболее эффективный и выгодный вариант), электричество, дизельное или твердое топливо.

Обратить внимание необходимо на мощность котла. Ориентировочное значение для утепленного помещения, имеющего потолки высотой до 3-х метров, – 1 кВт на 10 «квадратов» площади частного дома.

Цифра, озвученная выше – очень и очень приблизительная. Всё зависит от множества факторов: материала, их которого выстроено здание, качества утеплителя, наличия (отсутствия) отапливаемого чердака или мансарды. На эффективность работы отопления влияет количество окон и то, как качественно был выполнен их монтаж. Поэтому требуется грамотный тепловой расчет, сделать который может квалифицированный инженер.

Котел отопления может быть одноконтурным, двухконтурным или с бойлером. Как показывает практика, в основном загородные дома имеют небольшую площадь и, следовательно, малую потребность в горячей воде. С этой точки зрения лучшим выбором будет двухконтурный котел (его монтаж несложен), способный за полчаса нагреть до +30С примерно 10 л воды. Котел с накопительным бойлером более комфортен – он постоянно «имеет» уже готовые несколько десятков литров горячей воды – постоянное заполнение не требуется.

Расширительный бак для отопления закрытого типа

Чаще всего в системе отопления частного дома роль теплоносителя играет вода. При повышении температуры её объём возрастает, давление увеличивается. Если используется схема закрытого теплоснабжения, то давление может преодолеть некое критическое значение и тогда произойдёт разрушение элементов отопительной системы.

Чтобы избежать подобного развития событий, монтаж системы отопления частного дома подразумевает использование расширительного бака.

Особенности конструкции бака закрытого типа

Любой бак подобного типа имеет две основных части: корпус, изготовленный из металла и эластичная мембрана, находящаяся внутри.

Схема его работы довольно проста – в верхнюю половину бака закачивается воздух (в дорогих модификациях – инертный газ), нижняя часть заполняется водой из трубопровода.

Как работает мембранный расширитель

При нагревании теплоносителя давление повышается, мембрана при этом «прогибается», уплотняя воздух или инертный газ. Для предотвращения опасных ситуаций имеются предохранительные клапаны. Когда трубопровод с водой остывает, давление воздуха на мембрану становится сильнее давления теплоносителя, и он заполняет систему отопления. Монтаж расширительно бака производится рядом с нагревательным котлом. Мембраны бывают 2-х типов.

• Фиксированные – намертво закрепляются по периметру расширителя. Такие устройства можно встретить в баках системы отопления частного дома или небольшого предприятия.
  

  Эти мембраны прослужат долго, если соблюдать рекомендации по эксплуатации. В случае же разрыва поменять такую мембрану нельзя – придётся менять весь бак;

• Сменные – их изготавливают в виде резиновых груш, шаров, которые необходимо заполнить водой. Монтаж такой мембраны производится на фланце бака. Если случится разрыв, то заменить испорченную мембрану на новую можно своими руками, без привлечения специалистов.

При планировании схемы отопления, важно рассчитать в первую очередь мощность нагревательного котла, учесть количество радиаторов и протяженность трубопровода.

Тщательное планирование и расчет водяной системы обогрева, и проведенный в соответствии с полученными данными монтаж, поможет вам добиться производительного, экономичного и эффективного отопления.

Солнечные водонагреватели | Министерство энергетики

Солнечные водонагреватели, также называемые солнечными системами горячего водоснабжения, могут быть экономичным способом получения горячей воды для вашего дома. Их можно использовать в любом климате, а топливо, которое они используют — солнечный свет — бесплатное.

Как они работают

Солнечные водонагревательные системы включают резервуары для хранения и солнечные коллекторы. Есть два типа солнечных водонагревательных систем: активные, у которых есть циркуляционные насосы и регуляторы, и пассивные, у которых нет.

Активные солнечные водонагревательные системы

Существуют два типа активных солнечных водонагревательных систем:

• Системы прямой циркуляции
  Насосы обеспечивают циркуляцию бытовой воды через коллекторы в дом. Они хорошо работают в климате, где редко замерзает.
• Системы косвенной циркуляции
  Насосы обеспечивают циркуляцию незамерзающего теплоносителя через коллекторы и теплообменник. Это нагревает воду, которая затем течет в дом.Они популярны в климате, склонном к отрицательным температурам.

Пассивные солнечные водонагревательные системы

Пассивные солнечные водонагревательные системы обычно дешевле, чем активные системы, но обычно не так эффективны. Однако пассивные системы могут быть более надежными и могут прослужить дольше. Существует два основных типа пассивных систем:

• Интегральные пассивные системы коллектора-накопителя
  Они лучше всего работают в областях, где температура редко опускается ниже нуля.Они также хорошо работают в домохозяйствах со значительными дневными и вечерними потребностями в горячей воде.
• Системы Thermosyphon
  Вода течет через систему, когда теплая вода поднимается, а более холодная вода опускается. Коллектор необходимо установить под накопительной емкостью, чтобы в емкость поднималась теплая вода. Эти системы надежны, но подрядчики должны уделять особое внимание конструкции крыши из-за тяжелого резервуара для хранения. Обычно они дороже интегральных пассивных систем коллектор-накопитель.

Резервуары для хранения и солнечные коллекторы

Для большинства солнечных водонагревателей требуется накопительный резервуар с хорошей изоляцией. Баки для хранения солнечной энергии имеют дополнительный выход и вход, соединенные с коллектором и от него. В системах с двумя баками солнечный водонагреватель предварительно нагревает воду до того, как она поступает в обычный водонагреватель. В системах с одним резервуаром резервный нагреватель совмещен с накопителем солнечной энергии в одном резервуаре.

В жилых помещениях используются солнечные коллекторы трех типов:

• Плоский коллектор
  Стеклянные плоские коллекторы — изолированные, защищенные от атмосферных воздействий коробки, которые содержат темную абсорбирующую пластину под одной или несколькими стеклянными или пластиковыми (полимерными) крышками .Плоские неглазурованные коллекторы, обычно используемые для солнечного обогрева бассейнов, имеют темную пластину-поглотитель, изготовленную из металла или полимера, без крышки или корпуса.
• Интегральные коллекторно-накопительные системы
  Также известные как системы ICS или партии , они имеют один или несколько черных резервуаров или трубок в изолированном застекленном ящике. Холодная вода сначала проходит через солнечный коллектор, который предварительно нагревает воду. Затем вода поступает в обычный резервный водонагреватель, обеспечивая надежный источник горячей воды.Их следует устанавливать только в условиях умеренно-морозного климата, поскольку наружные трубы могут замерзнуть в суровую и холодную погоду.
• Солнечные коллекторы с вакуумными трубками
  Они представляют собой параллельные ряды прозрачных стеклянных трубок. Каждая трубка содержит стеклянную внешнюю трубку и металлическую трубку-поглотитель, прикрепленную к ребру. Покрытие ребра поглощает солнечную энергию, но препятствует тепловым потерям. Эти коллекторы чаще используются для коммерческих приложений в США.

Солнечные водонагревательные системы почти всегда нуждаются в резервной системе в пасмурные дни и в периоды повышенного спроса.Обычные накопительные водонагреватели обычно обеспечивают резервное копирование и могут уже быть частью солнечной системы. Резервная система также может быть частью солнечного коллектора, например, резервуары на крыше с термосифонными системами. Поскольку система накопления со встроенным коллектором уже накапливает горячую воду в дополнение к накоплению солнечного тепла, она может быть укомплектована водонагревателем без резервуара или водонагревателем по запросу в качестве резервного.

Выбор солнечного водонагревателя

Перед покупкой и установкой солнечной водонагревательной системы необходимо сделать следующее:

Также необходимо изучить различные компоненты, необходимые для солнечных водонагревательных систем, в том числе следующие:

Установка и обслуживание Система

Правильная установка солнечных водонагревателей зависит от многих факторов.Эти факторы включают солнечные ресурсы, климат, местные строительные нормы и правила и вопросы безопасности; поэтому лучше всего обратиться к квалифицированному подрядчику по установке солнечных тепловых систем.

После установки правильное обслуживание вашей системы обеспечит ее бесперебойную работу. Пассивные системы не требуют особого обслуживания. Для активных систем обсудите требования к техническому обслуживанию со своим поставщиком системы и обратитесь к руководству пользователя системы. Сантехника и другие обычные компоненты водяного отопления требуют того же обслуживания, что и обычные системы.Стекло может потребоваться в сухом климате, где дождевая вода не обеспечивает естественного ополаскивания.

Регулярное обслуживание простых систем может проводиться не чаще, чем каждые 3–5 лет, предпочтительно подрядчиком по солнечной энергии. Системы с электрическими компонентами обычно требуют замены детали или двух через 10 лет. Узнайте больше об обслуживании и ремонте солнечных водонагревательных систем.

При отборе потенциальных подрядчиков на установку и / или техническое обслуживание, задавайте следующие вопросы:

• Есть ли у вашей компании опыт установки и обслуживания солнечных водонагревательных систем?
  Выберите компанию, у которой есть опыт установки нужного вам типа системы и обслуживания выбранных вами приложений.
• Сколько лет у вашей компании есть опыт монтажа и обслуживания солнечного отопления?
  Чем больше опыта, тем лучше. Запросите список прошлых клиентов, которые могут предоставить рекомендации.
• Имеет ли ваша компания лицензию или сертификат?
  В некоторых штатах требуется наличие действующей лицензии сантехника и / или подрядчика по солнечной энергии. Свяжитесь с вашим городом и округом для получения дополнительной информации. Подтвердите лицензирование с советом по лицензированию подрядчиков вашего штата.Совет по лицензированию также может сообщить вам о любых жалобах на подрядчиков, получивших государственную лицензию.

Повышение энергоэффективности

После того, как водонагреватель правильно установлен и обслуживается, попробуйте некоторые дополнительные стратегии энергосбережения, которые помогут снизить счета за нагрев воды, особенно если вам требуется резервная система. Некоторые энергосберегающие устройства и системы дешевле устанавливать вместе с водонагревателем.

Другие варианты водонагревателей

Геотермальные тепловые насосы | Министерство энергетики

Геотермальные тепловые насосы (GHP), иногда называемые GeoExchange, земные, наземные или водные тепловые насосы, используются с конца 1940-х годов.В качестве обменной среды они используют постоянную температуру земли, а не температуру наружного воздуха.

Хотя во многих частях страны наблюдаются сезонные экстремальные температуры — от палящей жары летом до минусовых морозов зимой — на несколько футов ниже поверхности земли температура земли остается относительно постоянной. В зависимости от широты температура земли колеблется от 45 ° F (7 ° C) до 75 ° F (21 ° C). Как и в пещере, эта температура земли теплее воздуха над ней зимой и прохладнее воздуха летом.GHP использует это преимущество, обмениваясь теплом с землей через наземный теплообменник.

Как и любой тепловой насос, геотермальные тепловые насосы и тепловые насосы с водным источником могут обогревать, охлаждать и, если таковые имеются, снабжать дом горячей водой. Некоторые модели геотермальных систем доступны с двухскоростными компрессорами и регулируемыми вентиляторами для большего комфорта и экономии энергии. По сравнению с воздушными тепловыми насосами они тише, служат дольше, не требуют особого обслуживания и не зависят от температуры наружного воздуха.

Тепловой насос с двумя источниками энергии объединяет тепловой насос с воздушным источником и геотермальный тепловой насос. Эти устройства сочетают в себе лучшее из обеих систем. Тепловые насосы с двойным источником имеют более высокие показатели эффективности, чем агрегаты с воздушным источником, но не так эффективны, как геотермальные агрегаты. Основное преимущество систем с двумя источниками энергии состоит в том, что они стоят намного дешевле в установке, чем одиночный геотермальный блок, и работают почти так же хорошо.

Несмотря на то, что стоимость установки геотермальной системы может в несколько раз превышать стоимость установки системы с воздушным источником тепла и охлаждения, дополнительные затраты окупаются за счет экономии энергии через 5–10 лет.Срок службы системы оценивается до 24 лет для внутренних компонентов и 50+ лет для контура заземления. Ежегодно в США устанавливается около 50 000 геотермальных тепловых насосов. Для получения дополнительной информации посетите Международную ассоциацию наземных тепловых насосов.

Открытые, закрытые методы нагрева

• Джейсон Сандерс, Коннор Вегнер
• 31 июля, 2020
• Чат канала

Сводка

Джейсон Сандерс и Коннор Вегнер

Сегодня производители сталкиваются с множеством препятствий в своих производственных приложениях.Параметры процесса могут варьироваться от одного приложения к другому. В то время как некоторые приложения требуют очень небольшой точности и манипуляций с системой управления, другие могут быть более сложными и требовать дополнительной обратной связи для более точного и повторяемого процесса. В ситуациях, когда требуется регулирование температуры, требования к промышленному отоплению следуют тому же пути, что и другие средства управления технологическим процессом. В регулировании температуры есть два типа систем: разомкнутый и замкнутый. Решение о том, какую методологию выбрать, зависит от требований процесса.

Отопление без обратной связи

В режиме нагрева без обратной связи для регулирования температуры используется ручное управление. Возможности обратной связи или управления для контроля температуры очень ограничены. Регулирование нагрева с разомкнутым контуром достигается либо изменением напряжения на нагревателе, увеличением или уменьшением количества воздушного потока, либо использованием встроенного потенциометра, если таковой имеется. Этот метод основан на ручном вмешательстве оператора для управления системой на любом этапе процесса.

Система отопления с открытым контуром имеет ряд преимуществ, в том числе простоту конструкции и удобство обслуживания.Когда к источнику тепла подается только напряжение, этот метод не требует сложной системы управления для управления температурой, что упрощает пользователю внедрение необходимых компонентов в систему. При необходимости это также упрощает поиск и устранение неисправностей при техническом обслуживании. У этого метода есть и недостатки. К недостаткам можно отнести неточность самой системы и отсутствие возможности автоматической настройки. Поскольку нет средств для обратной связи с контроллером температуры или программируемым логическим контроллером (ПЛК), у системы нет способа внести необходимые настройки для оптимизации процесса.

Отопление с обратной связью

Нагрев с обратной связью — это метод точного контроля и поддержания температуры во время процесса. Этот метод содержит цикл обратной связи, в котором система управления получает обратную связь от процесса и вырабатывает реакцию для достижения стабильности. Его можно использовать во многих системах отопления, и он является эффективным методом управления технологическим нагревом благодаря своей способности обеспечивать стабильную и точную температуру. Система отопления с замкнутым контуром содержит источник тепла, средства обратной связи по температуре (т.е.е., термопара) и контроллер. В замкнутой системе отопления контроллер — обычно ПЛК или контроллер температуры — получает сигнал от датчика температуры, термопары или инфракрасного термометра. Этот сигнал представляет собой измерение температуры в указанном месте системы. Затем этот сигнал возвращается в контроллер, где он регулирует мощность, подаваемую на нагреватель, для поддержания заданного значения температуры.

Система обогрева с замкнутым контуром имеет некоторые преимущества, такие как общая точность системы и простота интеграции.Поскольку этот метод может учитывать неожиданные изменения в технологическом процессе, такие как колебания температуры или давления окружающей среды, сдвиги в подаваемом напряжении или сдвиги ветра и воздушного потока, он дает системе возможность автоматически управлять процессом с внешнего контроллера.

Несмотря на то, что системы отопления с замкнутым контуром могут быть эффективным методом для различных промышленных процессов, у них есть некоторые недостатки. Этот метод требует более сложной схемы управления, а его внедрение и обслуживание обходятся дороже.Поскольку нагрев с замкнутым контуром зависит от различных компонентов для точной обратной связи и оптимизированного управления, система может нести дополнительные затраты на оборудование / программное обеспечение по сравнению с системой с разомкнутым контуром, которые могут варьироваться в зависимости от сложности элементов управления. Помимо увеличения затрат на оборудование, могут увеличиваться более частые работы по техническому обслуживанию, такие как регулярные проверки правильности работы системы.

Много переменных

Есть много переменных, которые следует учитывать при выборе между системой управления обогревом с открытым или закрытым контуром для промышленного применения.Оба метода предлагают большие преимущества, но выбор того, который лучше подходит для процесса, будет зависеть от требований конечного пользователя и приложения. Хорошее понимание требований может помочь компаниям разработать и внедрить систему отопления, которая будет одновременно надежной и безопасной для конечных пользователей. Чтобы помочь ориентироваться в системных требованиях и вариантах оборудования, конечные пользователи должны полагаться на опытных консультантов, которые найдут подходящие решения для своих приложений.

Отзыв читателя

---

Мы хотим услышать от вас! Пожалуйста, присылайте нам свои комментарии и вопросы по этой теме на InTechmagazine @ isa.орг.

Геотермальные системы отопления • Earth River Geothermal, Inc.

Геотермальная система отопления и охлаждения — это сверхэффективная технология, которая включает использование чистой возобновляемой тепловой энергии из грунтовых источников для обогрева и охлаждения дома. Геотермальное отопление также называют системой теплового насоса с источником тепла от земли, и оно включает в себя использование естественного тепла земли для обеспечения отопления.

Термин «геотермальная энергия» имеет корни в греческом языке, дословный перевод — «тепло земли».Доступ к этому стабильному источнику энергии с помощью геотермальной системы отопления и охлаждения может обеспечить ваш дом эффективным кондиционированием воздуха, отоплением и выработкой горячей воды.

В основе любой геотермальной системы отопления лежит геотермальный тепловой насос, представляющий собой устройство с электрическим приводом, которое передает тепловую энергию на землю и от нее. Тепловой насос с грунтовым источником использует преимущества постоянной подземной температуры 57 ° F (в Мэриленде) и направляет тепло с глубины 300 футов под землю в геотермальную систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Геотермальные системы отопления Закон:

• Источник тепла для обогрева дома зимой
• Радиатор для охлаждения дома летом
• Источник тепла для нагрева воды для бытовых нужд

Как работают геотермальные системы отопления?

Геотермальный тепловой насос работает автоматически, меняя свою мощность в зависимости от температуры окружающей среды в доме.

Зимой тепло грунтовых источников поглощается путем прокачки антифриза и раствора на водной основе через поле геотермального контура системы.Жидкость циркулирует по этому контуру, передавая поглощенное тепло хладагенту через испаритель, превращая его из жидкости в газ. Отсюда он проходит через компрессор, повышая температуру газа как прямой результат процесса сжатия. Отсюда газ попадает в конденсатор, который передает тепло воздуху, циркулирующему в системе центрального отопления дома.

По мере продолжения этого процесса хладагент охлаждается, и система автоматически направляет раствор обратно в землю, где снова передается бесконечный запас тепла земли, и процесс нагрева повторяется.

Летом этот процесс меняется на противоположный. Избыточное тепло передается полю геотермального контура, поскольку горячий воздух обдувается значительно более холодным раствором, который непрерывно циркулирует в геотермальных контурах системы.

Помимо отопления помещений, геотермальная система отопления также может быть подключена к устройству, известному как геотермальный пароохладитель. Геотермальный пароохладитель может рециркулировать избыточное тепло, вырабатываемое компрессором наземного теплового насоса, и использовать его для нагрева воды.Это означает, что это устройство может также обеспечивать бесплатную горячую воду для домашнего использования в дополнение к его традиционным целям геотермального отопления и охлаждения.

Геотермальный пароохладитель полезен и очень эффективен, особенно летом, когда система охлаждает дом. Это связано с тем, что избыточное тепло, поглощаемое изнутри дома, отводится в резервуар для горячей воды, а не возвращается в землю. Результат — бесплатная горячая вода! Кроме того, зимой тепло из-под земли может поглощаться для нагрева воды для бытовых нужд наряду с его основной целью — обогревом помещений.Это означает, что экономия средств по-прежнему достигается в более холодный период. Фактически, пароохладитель снижает расходы на нагрев воды в зимний период примерно на 50 процентов.

Почему вы должны инвестировать в геотермальную систему отопления и охлаждения?

1. Геотермальное отопление — это устойчивая и возобновляемая энергия
   

   Геотермальная система отопления не вырабатывает энергию за счет сжигания ископаемого топлива, такого как газ, нефть или уголь. Вместо этого он поглощает тепло изнутри земли.Кроме того, геотермальная система отопления и охлаждения потребляет значительно меньше электроэнергии по сравнению со стандартным тепловым насосом с электрическим сопротивлением. Это делает систему геотермального отопления привлекательным решением для сокращения выбросов углекислого газа, оказывая положительное воздействие на окружающую среду.

2. Геотермальное отопление экономит деньги
   

   Использование геотермальной системы может значительно сэкономить на счетах за электроэнергию в течение года, до 80 процентов от затрат на электроэнергию в вашем доме.

3. Геотермальное отопление является независимым и более надежным, чем другие возобновляемые источники энергии
   

   Геотермальная система отопления более надежна, чем альтернативы, и не зависит от каких-либо внешних факторов, в отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнечная энергия. Например, энергия ветра может использоваться только при ветре, в то время как солнечная энергия зависит от регулярного солнечного света для эффективной работы. Геотермальное отопление не зависит ни от ветра, ни от солнца, а получает тепло от земной коры, которая всегда горячая.Это делает геотермальное отопление доступным и надежным источником энергии.

4. Геотермальные тепловые насосы высокоэффективны
   

   Геотермальные тепловые насосы чрезвычайно эффективны, потому что тепло от источников тепла извлекается из глубин, где температура всегда имеет постоянную температуру. Эти системы могут достигать геотермальной эффективности от 300 до 600 процентов в самые холодные зимние ночи; в то время как тепловые насосы с воздушным источником могут достичь КПД от 175 до 250 процентов только в самые холодные дни зимы.Как и другие типы тепловых насосов, геотермальная эффективность геотермальных насосов определяется в соответствии с их коэффициентом полезного действия (COP). COP оценивает, сколько тепла система производит или отводит (в зависимости от того, нагрев или охлаждение), по сравнению с тем, сколько система использует для создания эффекта нагрева или охлаждения. У большинства геотермальных тепловых насосов КПД составляет от 3,0 до 5,0. Это означает, что на каждую единицу энергии, потребляемую геотермальным тепловым насосом, приблизительно от 3 до 5 единиц возвращается в виде тепла.

5. Геотермальные тепловые насосы долговечны
   

   Геотермальный тепловой насос предлагает бесшумное решение для обогрева и охлаждения, которое не беспокоит соседей своим шумом. Кроме того, геотермальный тепловой насос чрезвычайно долговечен и может прослужить вам много лет при очень небольшом объеме обслуживания, что значительно отличается от значительного обслуживания, которое требуется для более традиционной системы. Если геотермальный тепловой насос установлен правильно, геотермальный контур заземления также будет долговечным.Блок обработки, геотермальный насос, компрессор и вентилятор — все они устанавливаются в помещении, чтобы защитить их от неблагоприятных погодных условий и обеспечить их срок службы в течение многих лет. Обычно ежегодная очистка змеевика, плановая проверка и замена фильтров — единственное, что требуется для поддержания нормальной работы всего оборудования.

Как работают геотермальные системы отопления и охлаждения?

В отличие от обычных систем отопления и охлаждения, геотермальная система отопления и охлаждения не генерирует тепло от сжигания ископаемого топлива.Геотермальная система HVAC просто отводит тепло к земле и от земли в зависимости от состояния здания. Электроэнергия необходима только для работы насоса, компрессора и вентилятора агрегата.

Обычно температура наружного воздуха колеблется в зависимости от времени года. Однако под землей температура остается относительно постоянной и не меняется резко в течение года из-за изоляционных свойств земли.

На глубине от 4 до 6 футов геотермальная система отопления, которая обычно состоит из внутреннего блока обработки, геотермального контура и насоса для обратной закачки, использует эту постоянную температуру для подачи «бесплатной» энергии для геотермального отопления. , вентиляция и кондиционирование (геотермальное ОВК).

Геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования — это не то же самое, что геотермальная энергия, и их не следует путать. Если геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха использует тепло внутри земли для обогрева, охлаждения или нагрева воды, геотермальная энергия — это процесс, с помощью которого тепло внутри земли используется для выработки энергии в форме электричества. Эти две операции используют разные процессы, при этом геотермальная энергия требует, чтобы вода была нагрета до точки кипения для достижения своих целей.

В геотермальной системе отопления, вентиляции и кондиционирования полиэтиленовые трубы, составляющие геотермальную петлю, закапываются под землей вертикально или горизонтально, в зависимости от установки.Жидкий хладагент обычно используется для заполнения контура и отвода тепла.

Есть несколько подходов к этому, например, система «разомкнутого цикла» может использоваться, если водоносный горизонт доступен. В этом случае инженеры пробуривают скважину на подземных грунтовых водах. Вода из скважины закачивается в установку, циркулирует через теплообменник, а затем возвращается в водоносный горизонт путем обратной закачки.

Зимой хладагент внутри геотермального контура, вставленного под землю или внутри колодца, поглощает геотермальное тепло и воздух из-под земли и направляет его вверх во внутренний блок.Внутренний блок обработки сжимает тепло и воздух до более высокой температуры, а затем циркулирует по всему зданию, работая как кондиционер в обратном направлении.

В летние периоды геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха работает противоположным образом, забирая тепло из здания и направляя его в скважину обратной закачки через подземный тепловой насос / контур. Затем тепло передается в более холодный водоносный горизонт / землю.

Система геотермального отопления состоит из 4 основных компонентов: теплового насоса (внутреннего блока обработки), геотермального теплообменника (замкнутого или открытого геотермального контура), системы подачи воздуха и геотермального лучистого тепла (в полу или где-нибудь еще).

Как работает геотермальная система отопления и охлаждения?

Обычный геотермальный тепловой насос обеспечивает циркуляцию нагретой или охлажденной текучей среды под землю и из нее для регулирования температуры внутри здания. Хотя геотермальные энергетические системы кажутся новой технологией, они используются с конца 1940-х годов.

Различия в дизайне

Сегодня используется несколько подходов к проектированию; однако все геотермальные тепловые насосы работают по аналогичным принципам.Каждый из них перекачивает жидкость через геотермальную петлю между наземными блоками и подземным источником тепла, будь то водоносный горизонт или внутреннее тепло внутри земли на глубине. Эти различные источники тепла также определяют характер самой системы: водоносный горизонт использует открытый контур, а системы, основанные на тепле земли, используют замкнутый контур.

Определение наилучшей геотермальной системы отопления дома, длина геотермального контура заземления и конструкция геотермальной системы отопления жилого дома — все зависит от множества факторов, включая местные затраты на установку, требуемую нагрузку на охлаждение и обогрев, доступность земли, почву условия и климатические факторы и др.

Система с открытым контуром

Реже, чем система с замкнутым контуром, система с разомкнутым контуром предназначена для улавливания тепла из подземной геотермальной скважины. Это означает, что владелец недвижимости должен иметь достаточный запас воды. В отличие от системы с замкнутым контуром, жидкость в системе с разомкнутым контуром не циркулирует непрерывно по всей системе.

Вместо этого, когда жидкость перекачивается по трубам с замкнутым контуром, тепло из жидкости извлекается и перенаправляется в обратную скважину.Однако в некоторых районах геотермальные системы с открытым контуром не допускаются.

Системы с замкнутым контуром

Геотермальная система с замкнутым контуром представлена ​​в двух различных конструкциях: с горизонтальным контуром и с вертикальным контуром. Горизонтальная геотермальная система с замкнутым контуром обычно является наиболее доступной петлевой системой для использования в жилых помещениях. Во время установки горизонтальной геотермальной системы с замкнутым контуром выкапывается траншея от 4 до 6 футов и в нее помещаются трубы.

Одним из недостатков является то, что горизонтальный геотермальный тепловой насос обычно требует большей площади поверхности, чем вертикальная установка.Однако требуется меньший размер траншеи и меньшая площадь поверхности, если установщик геотермальной системы отопления использует спиральные геотермальные контуры заземления, что позволяет разместить больше контуров на меньшей площади.

Вертикальная геотермальная система с замкнутым контуром дороже в установке, чем горизонтальная геотермальная петля, поскольку название предполагает, что петля устанавливается вертикально, что требует вырытия гораздо более глубоких ям.

Однако в геотермальной вертикальной петле используются более тонкие размотанные трубы, которые закручиваются на гораздо большую глубину, где-то от 100 до 400 футов в большинстве мест и требуют гораздо меньше места, что делает ее идеальным выбором для большинства домов, где поиск места для горизонтальной установки является непростым. проблема, и водоносный горизонт не доступен для альтернативных вариантов с открытым контуром.

Earth River Geothermal, Inc. устанавливает вертикальные геотермальные поля с замкнутым контуром, поскольку они обеспечивают лучшие свойства теплопередачи между землей и жидкостью, циркулирующей внутри геотермальных труб.

Преимущества геотермальной системы отопления дома

Низкая стоимость

Системы геотермального отопления требуют рытья или бурения грунта и некоторых технических работ для установки, требующих услуг опытного установщика геотермальных систем отопления для выполнения проекта установки.Это может увеличить первоначальные затраты на установку геотермальной системы отопления.

Однако главный вопрос: сколько именно стоит геотермальная система отопления? Ответ заключается в том, что, помимо первоначальной высокой стоимости установки, геотермальная система отопления является доступным источником энергии.

Исследование геотермального отопления, проведенное Министерством энергетики США, показало, что геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования может сократить потребление энергии на 25-50 процентов по сравнению с традиционной системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Это означает, что, используя геотермальную систему отопления для отопления стандартного дома площадью 1500 кв. Футов, вы будете тратить всего от 30 до 50 долларов в месяц в большинстве климатических зон. Со временем первоначальные затраты на установку многократно окупаются за счет снижения затрат на отопление и охлаждение.

Долговечный и безопасный

По данным Министерства энергетики США, в среднем геотермальный тепловой насос может прослужить около 20 лет, а его подземные геотермальные петли — от 25 до 50 лет.Поле геотермальной петли не требует ремонта или обслуживания, поскольку оно защищено от непогоды, а стоимость ремонта и обслуживания наземных блоков очень низкая.

Геотермальный тепловой насос также является очень безопасным решением для обогрева и охлаждения, потому что он не требует какого-либо сжигания, в отличие от альтернативных вариантов. Это делает геотермальную систему WaterFurnace лучшим вариантом для тех, кто заботится о безопасности, как с точки зрения людей, так и окружающей среды, с геотермальными решениями, предлагающими экологически чистый источник энергии для отопления и охлаждения домов.

Для работы геотермального теплового насоса требуется электроэнергия, однако он не производит никаких выбросов на месте, в отличие от обычных котлов или печи, работающей на ископаемом топливе. Кроме того, геотермальные тепловые насосы намного тише, чем другие традиционные системы охлаждения / обогрева. Геотермальная система не содержит шумных вентиляторов или уличных компрессоров. Внутренний блок также громкий, как холодильник.

Недостатки геотермальной системы отопления дома

Высокая первоначальная стоимость

Стоимость установки геотермальной системы отопления и охлаждения — ее главный недостаток.

Установка геотермальной системы отопления стоит от 10 000 до 30 000 долларов, в зависимости от объема требуемых бурения и рытья, доступности площадки, конфигурации геотермальной системы, требуемого размера участка и состояния почвы.

В результате стоимость установки геотермальной системы примерно на 40 процентов выше, чем у обычной системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Нарушение ландшафта

Поскольку установка геотермального контура заземления требует обширных земляных работ и бурения, это может привести к нарушению окружающего ландшафта.Это особенно верно в отношении горизонтального геотермального контура, который требует выемки большей площади для прокладки подземной системы отопления и охлаждения.

Также необходимо учитывать стоимость возврата садового участка или озеленения в его прежнее состояние, и для многих идея выкапывания тщательно созданного участка часто является значительным препятствием для внедрения геотермальной системы, однако вертикально установленный контур резко снижает это нарушение, что делает их жизнеспособным вариантом даже в ситуациях, когда есть место для горизонтального подхода.

В дополнение к этим проблемам, если вы полагаетесь исключительно на геотермальную домашнюю систему отопления и охлаждения, может потребоваться резервная система для удовлетворения ваших потребностей в отоплении и охлаждении в случае отключения электроэнергии, особенно если вы живете в экстремальных климатических условиях, например, без электричества. для питания насоса система перестает функционировать.

Не проект DIY

Установка геотермальной системы отопления и охлаждения дома — это не то, что можно сделать самостоятельно. Из-за своей конструкции, размеров и технических характеристик для эффективной установки геотермальной системы отопления дома требуется опыт хорошо подготовленного и опытного установщика.

Технология все еще относительно новая

Хотя коммерческие геотермальные системы существуют с середины 90-х годов, а идея возникла намного раньше, их применение в домах все еще относительно ново. Это означает, что профессиональных установщиков меньше, чем при использовании традиционных систем, а меньшая конкуренция означает более высокие цены. В целом, поскольку он все еще не получил широкого распространения, также может быть проблемой найти опытных установщиков в вашем регионе.

Не для всех климатов

Система обогрева грунтовых вод не подходит для регионов с постоянно холодным климатом.Это связано с тем, что недостаток тепла в этих областях может привести к замерзанию жидкости в насосе подземного источника тепла и к разрыву труб.

Наконец, для работы системы теплового насоса с грунтовым источником требуется электричество. В районах, где отсутствует надежная электроэнергия, геотермальная система будет бесполезна. Существуют установки, использующие солнечную энергию для работы систем, зарядку аккумуляторов для поддержания работы в ночное время, но, опять же, они очень зависят от климата и подходят не везде.

Основные требования к использованию геотермального отопления

Есть несколько требований, чтобы получить максимальную отдачу от геотермальной системы отопления. Температура грунта постоянна в большинстве мест, поэтому геотермальную систему теплового насоса можно использовать практически везде. Однако есть и другие области, которые необходимо учитывать:

Геология

Свойства и состав почвы на местности могут влиять на скорость, с которой тепло проходит через землю.Это необходимо принять во внимание, прежде чем выбирать наилучшую конструкцию подземной системы отопления и охлаждения. Почва с положительными свойствами теплопередачи требует меньшего количества труб для достижения желаемого эффекта подземного отопления и охлаждения, в то время как грунт с пониженной теплопроводностью потребует больше труб.

Хотя это не повлияет на общую производительность после правильной установки, это повлияет на начальную стоимость установки, и это необходимо учитывать в начале проекта.

Гидрология

Для успешной установки геотермального теплового насоса должны быть доступны грунтовые или поверхностные воды, причем тип и расположение воды влияют на тип геотермальной петли, которую можно использовать.

В зависимости от качества воды, объема и глубины может быть установлена ​​геотермальная система с открытым контуром. Однако этот процесс требует исследования качества воды, чтобы избежать потенциальных проблем.

Доступность земли

Пожалуй, больше всего успешная установка геотермальной системы отопления зависит от наличия земли для ее установки.Размер земли, ландшафтный дизайн, планировка и подземные коммуникации на земле будут влиять на тип геотермальной системы, которая может быть установлена, определяя не только производительность установленной системы, но и стоимость.

Например, горизонтальный геотермальный контур обычно устанавливается в домах с достаточной площадью земли. Однако там, где имеется ограниченное земельное пространство, может быть установлена ​​вертикальная геотермальная система с замкнутым контуром, при этом стоимость каждой из них будет значительно варьироваться.

Подходит ли вам система геотермального отопления для жилых домов?

Скорость внедрения геотермальных систем охлаждения и отопления в Соединенных Штатах с каждым годом значительно увеличивается. Было замечено, что общий интерес к установке геотермальных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха действительно растет.

Однако, прежде чем вы сможете приступить к установке геотермального охлаждения и теплового насоса для своего дома, важно выяснить, подходит ли вам геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.Вам следует подумать о решении для геотермального отопления и охлаждения для вашего дома, если:

• Вы строите новый дом и можете добавить расходы на установку к ипотеке. Сделав это, вы с первого дня своего нового дома ощутите меньшие затраты на электроэнергию.
• Вы планируете проживать в новом доме от 4 до 7 лет или от 10 до 12 лет (модернизация). Это позволит вам окупить первоначальные затраты на установку за счет экономии энергии или затрат.
• В вашем доме большой переулок с большим прудом или глубоким колодцем.Это позволит вам использовать доступный геотермальный контур заземления.

Установка и внедрение геотермальной системы отопления требует профессиональных знаний. Итак, если вы подумываете об установке системы геотермального отопления для жилых помещений, обязательно обратитесь к хорошо обученному и опытному установщику геотермальной системы, который поможет вам найти подходящее решение для вашей ситуации.

Зонированная система отопления — Боб Вила

Схема зонированного отопления.SupplyHouse.com

Домовладельцы, ищущие лучший способ контролировать температуру в доме, должны изучить преимущества зонированной системы отопления.

Что такое зонированное отопление?

Стандартная незонированная система отопления контролирует температуру всего дома в целом. Зонированная система отопления, напротив, позволяет домовладельцам регулировать температуру в каждой комнате или зоне индивидуально, тем самым повышая комфорт и сводя к минимуму затраты на электроэнергию. Зонированную систему можно настроить с учетом множества факторов, включая использование помещения, личные предпочтения и условия окружающей среды.Зонированные системы помогают домовладельцам более эффективно использовать свои системы отопления, распределяя тепло там, где и когда оно необходимо.

Возможно, пришло время позвонить профессионалу.

Получите бесплатную бесплатную оценку ремонта от лицензированных технических специалистов HVAC поблизости.

+

Преимущества зонированного отопления

«Преимущества правильно зонированного дома включают экономию на расходах на отопление, а также больший контроль и комфорт во всем доме», — отмечает Дэниел О’Брайан, технический эксперт интернет-магазина SupplyHouse.com. «Если они индивидуально зонированы, незанятые или редко используемые помещения не нужно отапливать, а те участки дома, которые становятся холоднее других, можно отрегулировать напрямую для большего комфорта. Кроме того, программируемые термостаты могут увеличить экономию за счет снижения потребления тепла, когда жители находятся вне дома или спят ».

О’Брайан объясняет, что типичная зонированная система отопления рассматривает первый этаж дома как одну зону обогрева, а зону спальни наверху как отдельную зону обогрева.Это позволяет направлять тепло на первый этаж в дневное время и в спальни наверху ночью, позволяя незанятым частям дома остывать, когда они свободны. Зонированная система также может позволить домовладельцам минимизировать нагрев в редко используемых помещениях, таких как комнаты для гостей или складские помещения.

По данным Министерства энергетики США, зонирование системы отопления может сэкономить домовладельцам до 30 процентов на типичных счетах за отопление и охлаждение. Поскольку на отопление и охлаждение приходится более 40 процентов коммунальных расходов среднего домохозяйства, экономия от зонированной системы может действительно возрасти.

Фото: SupplyHouse.com

Как работает зонированное отопление

Основным компонентом зонированной системы отопления является зональный клапан, который регулирует поток воды в системе водяного отопления. Внутри клапана исполнительный механизм открывает и закрывает клапан в зависимости от настройки термостата для этой зоны. Зональные клапаны доступны в двух- или трехходовых конфигурациях с различными типами соединений. Они могут быть нормально закрытыми или нормально открытыми и могут обеспечивать различную скорость потока в зависимости от размера клапана, что позволяет домовладельцам настраивать систему для различных планов этажей и зон разного размера.Зональные клапаны могут использоваться с широким спектром систем водяного отопления, включая плинтусы, радиаторы, тепловые насосы и лучистые системы. Ведущие бренды включают Honeywell, Taco, White-Rodgers и Erie.

Домовладельцы с системами принудительного горячего воздуха также могут создавать несколько зон, используя два или более термостатов, подключенных к главной панели управления; панель управления открывает и закрывает заслонки, установленные в воздуховоде.

Существует также широкий выбор термостатов, включая программируемые версии, для управления зонированной системой отопления.«Для зонирования дома можно использовать любой термостат, но не все термостаты предназначены для одного и того же применения», — отмечает О’Брайан. «Напряжения, схема системы отопления / охлаждения и характеристики различных термостатов могут быть больше ориентированы на то или иное приложение».

Установка зонированного отопления

Добавление зонированной системы отопления к существующему дому — довольно сложный проект и обычно требует привлечения профессионального установщика. «Ретроактивное зонирование дома — это не то, что на самом деле может сделать средний домашний мастер», — отмечает О’Брайан.«Им пришлось бы подключить элементы управления и термостаты, подключить их к насосу (-ам) и котлу или печи, а также врезаться в их гидравлические линии или воздуховоды для установки зональных клапанов или заслонок. Все это, вероятно, потребует разрезания открытых стен, подключения электричества и, возможно, потеющей меди ».

Несмотря на то, что установка зонированной системы отопления не является типичным самостоятельным проектом, функции экономии энергии и контроля температуры могут сделать ее чрезвычайно стоящим улучшением дома. Интернет-магазин SupplyHouse.com предлагает большой выбор термостатов, зональных клапанов и элементов управления от ведущих производителей в отрасли, а также предлагает множество информационных и учебных видео, подобных этому, в котором объясняется, как работают зонные клапаны.

Это сообщение доставлено вам на SupplyHouse.com. Его факты и мнения принадлежат BobVila.com.

Возможно, пришло время позвонить профессионалу

Получите бесплатную, бесплатную смету ремонта от лицензированных технических специалистов по HVAC рядом с вами.

+

Geothermal: Нью-Йоркская школа использует замкнутую систему для жилищного комплекса

БРОКПОРТ, Нью-Йорк — В условиях роста цен на энергию и растущего интереса к экологически устойчивому дизайну кампуса официальные лица Государственного университета Нью-Йорка в Брокпорте обратились к экологически чистым технологиям и геотермальным грунтовым насосам для удовлетворения потребностей в отоплении и охлаждении в недавно построенный в колледже студенческий жилой комплекс на 208 мест.

«Все чаще будущие студенты оценивают приверженность охране окружающей среды при выборе школы, и мы знаем, что создание устойчивых кампусов имеет смысл просто», — говорит Том Дрейер, П.Э., помощник вице-президента Брокпорта по помещениям и планированию. «Цена на обычную энергию не собирается снижаться, поэтому мы смотрим на долгосрочную перспективу».

В проекте таунхауса

SUNY стоимостью 18 миллионов долларов используются геотермальные тепловые насосные системы замкнутого цикла в каждом из 52 блоков. Геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха каждого блока включает пару 200-футовых скважин, которые облегчают процесс геотермального теплообмена.

«Геотермальная энергия существует уже давно, но она прошла долгий путь с точки зрения технологии и эффективности, значительно снизив затраты», — говорит Дрейер.

Геотермальные системы используют стабильную температуру, которая существует всего на несколько сотен футов ниже поверхности земли, используя ее — за счет естественной тенденции тепла течь по температурному градиенту от прохладной к теплой — для обеспечения энергией для отопления зимой и охлаждения. летом. По данным Министерства энергетики США, системы доказали свою эффективность в снижении как энергопотребления, так и эксплуатационных расходов, а также снижения выбросов углекислого газа в здании.

После работы с дизайнером Джо Линдстромом из IBC Engineering в Буффало над несколькими проектами в частном секторе в прошлом, Гэри Морог, Р.А, координатор проектов капитального строительства жилых домов Брокпорта, очень хотел использовать геотермальные системы, когда впервые узнал о проекте таунхауса.

(вверху) В комплексе студенческого городка на 208 мест используются геотермальные тепловые насосы замкнутого цикла. (Внизу) Колодцы глубиной 200 футов позволяют предприятию передавать тепло и холодный воздух от земли.

«Мы сосредоточились на простоте обслуживания и эксплуатации, а также на энергоэффективности и затратах, и этот процесс прошел очень хорошо», — говорит Морог.

Система была запущена прошлым летом, и официальные лица намерены изучить ее работу во время сезонного перехода на работу в холодную погоду.

«Проектирование и установка прошли гладко, и система отлично зарекомендовала себя в эксплуатации», — говорит Морог. «Зима в северной части штата Нью-Йорк станет последним и самым большим испытанием, но мы все довольно уверены».

Команда разработчиков использовала карточку LEED Silver на протяжении всего процесса, а геотермальная система сыграла важную роль в присуждении грантов в размере 66 000 долларов от Управления энергетических исследований и развития штата Нью-Йорк.

«Нашей первоначальной целью было получить сертификат LEED, но мы еще не подали заявку на сертификацию», — говорит Дрейер.

Комплекс таунхаусов закреплен центральным внутренним двором и центром отдыха, а полностью меблированные дома таунхаусов имеют отдельные входы и вестибюли, ковровое покрытие от стены до стены, гостиную и столовую, две полностью оборудованные ванные комнаты, стиральную машину и сушилку, беспроводной доступ в Интернет и кабель. Кухни оснащены столешницами с твердой поверхностью и мебелью местного производства.

Блоки оснащены бытовой техникой Energy Star, энергоэффективными осветительными приборами, большими окнами, изоляцией из базальтового камня Roxul и черепицей из вторичного сырья EcoStar. В комплексе также есть небольшие пруды, примыкающие к автостоянке, для отвода грунтовых и ливневых стоков.

«Мы хотели, чтобы этот проект стал золотым стандартом, на который будет опираться любой другой колледж», — говорит Дрейер.

Ориентируясь на долгосрочные эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание, Дрейер и его команда рассмотрели три варианта системы HVAC, прежде чем принять окончательное решение по проекту таунхауса.

Группа разработчиков рассматривала возможность включения газовой печи с охлаждающим змеевиком прямого расширения и удаленной конденсационной установкой, предварительная стоимость установки которой составляла приблизительно 9 долларов США за квадратный фут. Также рассматривались газовый водогрейный котел, электрическая сплит-система и канальный кондиционер с удаленной конденсационной установкой, предварительная стоимость установки которых оценивалась примерно в 16 долларов за квадратный фут.

«В геотермальных системах меньше движущихся частей и оборудования, но это определенно не было самым дешевым вариантом с точки зрения первоначальных затрат», — говорит Дрейер.

Оценка геотермальной замкнутой системы с грунтовым источником и тепловым насосом составила примерно 15 долларов за квадратный фут. Геотермальная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для каждого 4-квартирного таунхауса, в котором проживает до 16 студентов, стоит более 97 000 долларов.

Изготовленные компанией Water Furnace International из Индианы, системы GHP, которые размещаются в отдельных механических помещениях, предназначены для совместного использования систем отопления и кондиционирования воздуха во время технического обслуживания или ремонта.

«Вместо крупных блоков HVAC в сочетании с обширными системами распределения мы искали энергоэффективные решения, подходящие для домашнего хозяйства», — говорит Дрейер.

В то время как геотермальная система позволяет жителям таунхаусов индивидуально контролировать отопление и охлаждение агрегата, Дрейер и его команда внедрили систему управления энергопотреблением на территории кампуса, которая позволяет персоналу централизованно контролировать и контролировать геотермальную систему.

«Использование готовой геотермальной системы было частью нашей стратегии с самого начала», — говорит Дрейер. «Единственный вопрос был в том, где поставить колодцы», — говорит он.

На ранней стадии проектирования команда проекта решила использовать вертикальные пробуренные скважины вместо исходных горизонтальных скважин, чтобы минимизировать воздействие на сложную площадку.В пересмотренной конструкции системы с замкнутым контуром требовалась одна 400-футовая скважина для обслуживания каждого блока.

Внедрение геотермальных технологий также создало проблемы с точки зрения выявления доступных подрядчиков с необходимым опытом для такого проекта, что вынудило Дрейера искать полностью в Оклахоме.

«Вокруг не так много опытных подрядчиков, поэтому нам пришлось тщательно спланировать, чтобы не повлиять на сроки строительства», — говорит Дрейер.

И опыт жителей Оклахомана был полностью проверен на этапе бурения, когда команда достигла примерно 200 футов того, что должно было быть 400-футовым стволом.

«Они достигли некоторых очагов природного газа, и вокруг буровой вышло пламя», — говорит Дрейер.

Несмотря на драматизм, новый комплекс таунхаусов — не единственная геотермальная установка в SUNY Brockport, и вряд ли она будет последней, учитывая эксплуатационные, экономические и экологические преимущества этой технологии.

«Озеленение кампуса становится движущей силой при планировании инфраструктуры нашего колледжа», — говорит Дрейер.

Небольшое здание, в котором размещается приветственный центр кампуса, недавно было модернизировано отдельной геотермальной установкой с одной скважиной, и сотрудники колледжа также рассматривают возможность включения геотермальной системы в новый центр легкой атлетики, отдыха и мероприятий Brockport стоимостью 40 миллионов долларов.

Геотермальная установка будет функционировать как дополнительная система для застройки Дома полей площадью 160 000 квадратных футов, которая будет расположена рядом с существующим ледовым катком и будет состоять из нескольких спортивных площадок, соединенных с тремя этажами зон отдыха, специальных мероприятий и концессионное пространство.

«Мы уже на 30 процентов находимся в стадии проектирования, и хотя геотермальный компонент еще не зафиксирован, он определенно присутствует в смеси в качестве конкретного предложения», — говорит Дрейер.

С точки зрения затрат и простоты установки включение геотермальной энергии в новые строительные проекты, такие как спортивный центр или комплекс таунхаусов, представляет собой более привлекательную перспективу для Дрейера и его команды.

«Установка геотермальных систем во время проектов модернизации, которые мы часто делаем здесь, в Brockport, — гораздо более сложная задача, чем когда вы можете начать проект с нуля», — говорит Дрейер.

Вот, как говорится, загвоздка зеленого цвета.

Решения по изменению климата: Земля может обеспечивать здания возобновляемыми источниками энергии

Тепло, накопленное в земной коре, известное как геотермальная энергия, не содержит углерода и практически неисчерпаемо.Его достаточно, чтобы управлять всей цивилизацией на протяжении поколений, если его можно будет использовать с минимальными затратами.

Оказалось, что это нелегкий подвиг, но в последнее время усилия были активизированы в связи с новой актуальностью, связанной с климатическим кризисом и поиском низкоуглеродных альтернатив ископаемым видам топлива.

Передовые технологические разработки в этой области (включая, конечно, лазеры) направлены на бурение все глубже и глубже, в более горячие и более горячие породы. Тепло от 302 ° F (150 ° C) до 703 ° F (373 ° C), когда вода переходит в свою «сверхкритическую» фазу и выше, можно использовать для рентабельного производства электроэнергии.

Но электричество — это только половина геотермальной истории. Задолго до того, как люди вырабатывали с его помощью электричество, они напрямую использовали геотермальное тепло, в том числе для купания, приготовления пищи и обогрева зданий. Геотермальное прямое тепло по-прежнему используется в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве, но раскрыта лишь малая часть его потенциала.

Когда дело доходит до прямого использования тепла, геотермальные ресурсы не обязательно должны быть очень горячими. Для нагрева воздуха в доме до 68 ° F не требуется 300 ° F.Примерно все, что составляет 50 ° F или выше (что доступно всего на 10 футов ниже или около того), можно использовать для чего-то, будь то сушка зерна, работа теплицы, таяние льда на взлетно-посадочных полосах аэропорта или обогрев коммерческих зданий.

Геотермальное тепло доступно почти повсюду и может использоваться в самых разных областях. У Министерства энергетики США есть исследовательская программа, посвященная этим «низкотемпературным и совместно производимым ресурсам».

Но наиболее важным применением, на мой взгляд, является использование низкотемпературных геотермальных ресурсов для крупномасштабного отопления и охлаждения зданий.

В наши дни отопление и охлаждение зданий не так привлекательно, как электричество, в мире энергетики, но это важно, поскольку на них приходится чуть более 12 процентов выбросов парниковых газов в США и большая доля выбросов в городах, многие из которых имеют агрессивные цели по декарбонизации. . Для достижения этих целей им необходимо разработать безуглеродное отопление, а геотермальная энергия — один из лучших (из очень немногих) вариантов.

В этом посте мы рассмотрим другую половину геотермальной энергии: тепло.Сначала мы рассмотрим рынок и потребность в низкоуглеродном тепле. Затем мы рассмотрим задействованные технологии и компании и в заключение рассмотрим, как правительство может помочь ускорить разработку геотермальных решений.

Жарко или хотя бы тепло!

Декарбонизация означает улучшенную конкурентную среду для геотермального тепла

Города по всему миру ставят перед собой агрессивные цели по декарбонизации, обещая свести к нулю свои прямые выбросы углерода к 2050 году.Первыми тремя проблемами, с которыми сталкивается город обезуглероживания, являются электроснабжение, транспорт, а также отопление и охлаждение зданий. Пути к декарбонизации электроэнергии и транспорта, хотя и являются чрезвычайно сложными, по крайней мере, достаточно хорошо изучены: возобновляемые источники энергии, электромобили и хороший городской дизайн, сводящий к минимуму потребность в автомобилях.

Однако для большинства городов тепло — большой вопрос, на который нет ответа.

Потребуется поэтапный отказ от печей для сжигания нефти и природного газа, а это значит, что городам потребуется чрезвычайно много низкоуглеродного тепла для компенсации.А низкоуглеродные варианты гораздо более ограничены в отношении тепла, чем в отношении электричества.

Некоторые печи могут работать на биометане, другом биотопливе, водороде или водородном топливе, но в мире, где в основном электрифицировано, низкоуглеродное жидкое топливо, вероятно, будет использоваться для дорогостоящих приложений в промышленности и на транспорте, а не для обогрева вашего жилья номер.

Большая часть тепла используется для отопления помещений и нагрева воды. DOE

Остается геотермальное централизованное теплоснабжение или, на уровне отдельного здания, электрические варианты, такие как резистивное электрическое отопление или тепловые насосы.В тепловых насосах это либо источник воздуха (обмен теплом с окружающим воздухом), либо источник земли (обмен теплом с землей). Последний намного эффективнее. Геотермальное централизованное теплоснабжение является наиболее эффективным из всех.

В мире обезуглероживания именно эти — другие варианты низкоуглеродного отопления — в конечном итоге составят конкуренцию в области нагрева и охлаждения. Это конкуренция, с которой уже борются некоторые города, занимающиеся декарбонизацией, например Бостон. Бостону будет сложно построить новую электрическую инфраструктуру для обогрева зданий электричеством, поэтому он склоняется к геотермальной энергии.

Так какие именно технологии могут обеспечивать тепло от Земли? Есть две основные категории. Начнем с меньшей стороны.

Геотермальные тепловые насосы — наиболее эффективный источник тепла в индивидуальных домах

Включение сюда геотермальных тепловых насосов (GSHP) — это немного выдумка, потому что технически они не используют геотермальную энергию. Они используют накопленную солнечную энергию от солнечного света, падающего на поверхность Земли. Это происходит только тогда, когда вы погружаетесь намного глубже или в активные вулканические районы, где вы получаете тепло от ядра планеты.Если быть точным, GSHP собирают солнечное тепло, хранящееся на мелководье.

Я не думаю, что этот терминологический вопрос так уж важен — это тепло в земле!

Повсюду на глубине от 10 до 1000 футов под поверхностью температура держится на уровне 54 ° F круглый год по всей стране. GSHP используют этот факт для обогрева и охлаждения зданий. Когда воздух холоднее 54 ° F, они получают тепло от земли; когда жарче, чем 54 ° F, они сбрасывают тепло в землю.

ГШП состоит из двух частей. Первый — это труба «контур заземления», закопанная под землей, по которой циркулирует вода. За счет теплопроводности вода забирает тепло (или возвращает тепло) земли, поэтому чем больше площадь поверхности трубы, тем эффективнее система. Вот почему в общем контуре заземления часто бывает несколько петель трубы. Эмпирическое правило: одна петля соответствует одной тонне мощности, что составляет около 12 000 БТЕ в час. Среднему дому в США потребуется от 2 до 3 тонн вместимости, то есть от двух до трех петель (или одной очень глубокой).

Вторая часть — это сам тепловой насос, который находится внутри, подключен к контуру заземления и обменивается теплом с водой через цикл парокомпрессионного хладагента (аналогично тому, как ваш холодильник обменивается теплом с окружающим воздухом). Зимой забирает тепло из циркулирующей воды и выпускает его в воздух, тем самым нагревая здание; летом забирает тепло из воздуха и опускает его в воду, тем самым охлаждая здание.

ГШП отапливают и охлаждают здания. Одуванчик

GSHP можно представить как две связанные теплопередачи. Через контур заземления вода обменивается теплом с землей; через тепловой насос вода обменивается теплом с воздухом в помещении.

Поскольку температура земли в основном такая же, на глубине 10 или 1000 футов под землей, что несколько парадоксально, глубина контура заземления не имеет большого значения. Имеет значение квадратный метр трубы, соприкасающейся с землей. Установщики используют либо длинные горизонтальные петли, либо глубокие вертикальные петли в зависимости от проекта.(Большинство проектов в наши дни представляют собой «замкнутый контур», то есть нет обмена жидкостями с землей, но в определенных обстоятельствах может работать система «разомкнутого контура», которая работает напрямую с водой, нагретой землей.)

DOE

GSHP не генерирует тепло, как масляная или газовая печь, а собирает тепло из земли. Конечно, вода не циркулирует сама по себе; для работы GSHP требуется электричество.Но с точки зрения единиц тепла на единицу энергии — то, что в бизнесе они называют коэффициентом производительности (COP), — это единственный наиболее эффективный способ обогрева здания.

Печь на жидком или газовом топливе имеет КПД менее 1; одна единица потребляемой энергии производит от 0,7 до 0,9 единиц тепла. Электрический резистивный обогреватель (обогреватели плинтуса, настенные обогреватели, обогреватели помещений) имеют коэффициент полезного действия 1. Тепловые насосы с воздушным источником тепла (ASHP), которые забирают тепло из наружного воздуха, а не из земли, несколько изменяются в зависимости от температуры воздуха, но обычно может достигать COP 3.GSHP, в зависимости от климата, могут достигать 4 или даже 6 (они лучше работают в экстремальных климатических условиях, с большим перепадом температур между воздухом и землей, чем в умеренном климате).

В лучших условиях эффективность GSHP составляет 600 процентов. Ничто иное, кроме системы централизованного теплоснабжения, обслуживающей несколько зданий, не может сравниться с такой эффективностью.

GSHP — это старая технология — они впервые появились в США около 1940 года — с хорошо известными преимуществами и недостатками. Что касается преимуществ, система работает бесшумно, эксплуатационные расходы низкие, затраты на техническое обслуживание низкие, отсутствуют выбросы загрязняющих веществ в помещении или парниковые газы, и она служит долгое время.(Тепловые насосы внутри могут прослужить 25 лет; контуры заземления могут прослужить 50 лет или дольше.) Действительно, хорошо, что уже установлен GSHP.

К сожалению, его установка была чертовски дорогой. Обычно они стоят от 20 000 до 50 000 долларов авансовых платежей (что немного больше, чем ваша печь на природном газе за 1000 долларов), и их установка обычно включает в себя обширное бурение и земляные работы, которые могут длиться в течение нескольких недель (что немного больше, чем 1-2-дневный ремонт. для газовой печи или АШП).Эти ограничения сделали их непрактичными для большинства домовладельцев.

По крайней мере, на данный момент, когда дело доходит до реконструкции, это реальный вопрос, стоит ли GSHP дополнительных затрат по сравнению с ASHP, которые достаточно улучшились, чтобы работать практически в любых климатических условиях. Если ASHP недостаточно для данного здания, обычно дешевле снизить потребности в отоплении за счет теплоизоляции и повышения эффективности, чем покупать более крупную систему.

Однако для новых построек «геотермальная энергия — это не проблема», — говорит Адам Сантри, президент Allied Well Drilling.«Вам не нужны [налоговые] скидки. Включив [GSHP] в свою ипотеку, вы получите положительный денежный поток в первый месяц ». Сразу же экономия на отоплении больше, чем выплата по кредиту на GSHP.

«Да, есть предоплата», — говорит Алан Скоуби, 40-летний ветеран отрасли, теперь работающий в GeoPro, Inc., — «Но он окупится в относительно короткие сроки, и как только он будет оплачен, это принтер для денег. . »

Компании

GSHP сталкиваются с проблемой, с которой сталкивались все виды экологически чистых технологий на ранних этапах их затрат и разработки: хотя они окупаются в долгосрочной перспективе, значительные первоначальные инвестиции часто отпугивают клиентов.Таким образом, две ключевые стратегии роста — это сокращение этих первоначальных затрат и их распределение с течением времени за счет разумного финансирования.

Одна новая компания в настоящее время пытается сделать и то, и другое, сосредоточившись на рынке жилой недвижимости.

Одуванчик пытается упростить использование геотермальных тепловых насосов

Секретная лаборатория X Lab в Alphabet (материнская компания Google) работает над проблемами чистой энергии, по ходу выделяя компании. Одна из них, созданная в 2018 году, называется Dandelion, и она напрямую решает проблемы, сдерживающие GSHP.

Команда

Dandelion «выросла не в этой отрасли, а в солнечной», — говорит Скоуби. «Они подходят ко всему этому с новой точки зрения».

Обычно подрядчик HVAC может установить печь или ASHP самостоятельно, получая всю прибыль и налоговые льготы. Для работы в GSHP им нужно найти субподрядчика по бурению и разделить прибыль — больше хлопот за меньшие деньги. У них также часто есть печи, которые им необходимо переместить, и, возможно, потребуется специальный заказ GSHP.Стимулы не совпадают.

Одним из ключевых шагов Dandelion была вертикальная интеграция, объединение всех звеньев цепочки поставок в одну организацию. Люди, которые находят клиентов, оценивают свойства, прокладывают контуры заземления и устанавливают тепловые насосы, работают на Dandelion, поэтому они могут эффективно координировать свои действия.

Вертикальная интеграция также означает, что Dandelion может заказывать высококачественное оборудование на заказ. «Поскольку у них есть план действий по достижению гораздо большего масштаба, — говорит Скоуби, — они могут использовать это и снизить затраты.Никто другой не хотел этого делать ».

Например, компания разработала собственный тепловой насос. «Мы посмотрели на то, что отнимало у установщиков много времени, — говорит Кэти Ханнан, основательница и президент компании Dandelion, — и каждый раз была возможность взять эти вещи и просто встроить их в тепловой насос». Требуется меньшая сборка на месте, и он имеет меньший форм-фактор, чем сопоставимые тепловые насосы. Он также покрыт датчиками, которые в режиме реального времени предоставляют информацию о том, как он работает в полевых условиях, чего в отрасли не хватало.Это также дешевле, чем у конкурентов.

Компания заказала специализированные буровые установки, меньшие по размеру, чем обычные геотермальные буровые установки, которые могут поместиться в ограниченных пространствах. Точно так же они оптимизировали трубопроводы, заливку и другие компоненты. Стратегия больше похожа на стартап в области солнечной энергетики: инвестируйте большие средства на раннем этапе, чтобы снизить затраты и начать расширение; верьте, что эта шкала окупит вложения.

Сверление вертикальных контуров заземления — отверстия от 4 до 6 дюймов глубиной около 500 футов — Dandelion существенно сократил время и время простоя при установке с недель или месяцев до одной недели.Компания получила предварительную стоимость системы с доставкой до 18 000 долларов с 25 000 долларов.

Не менее важно то, что компания разработала модель финансирования для преодоления барьера первоначальных затрат. Он ссужает стоимость системы клиентам, которые ничего не платят заранее. Вместо этого они выплачивают ссуду по фиксированной ежемесячной ставке, которая ниже, чем их предыдущие расходы на отопление и охлаждение. Они экономят деньги с первого дня.

«Они нацелены на тот тип клиентов, который нужен нашей отрасли, — говорит Сантри, — на людей со средним и низким доходом, для которых это было недоступно.”

Однако ссуды по-прежнему принадлежат домовладельцу. По словам Ханнана, отрасли нужна такая модель, как солнечные батареи на крыше, с «моделями стороннего владения», в которых, если вы домовладелец и не планируете вечно жить в своем доме, вы не можете вкладывать деньги — просто купите солнечную энергию, вместо того, чтобы покупать обычную электроэнергию ». Такая модель «солнечная энергия как услуга» может также хорошо работать с «теплом как услугой».

Dandelion набирает обороты в Нью-Йорке, где некоторые населенные пункты, такие как округ Вестчестер, запретили газ в новых зданиях, и миллионы людей используют дорогие печи на пропане и мазуте (по сравнению с которыми GSHP окупится через пять лет).«Когда они видят, что могут получить возобновляемую энергию дешевле, чем платят за мазут, — говорит Ханнун, — это очень убедительно». Компания недавно расширилась до Коннектикута.

«Я думаю, что они добьются успеха, потому что масштаб, который они проектируют, привлекает множество типов коммунальных предприятий, у которых есть финансовые возможности, чтобы помочь управлять тем, что они делают, — говорит Скоуби, — или поддержать их в договоренность об исключительности, которую они не захотели бы делать с местным подрядчиком.”

Нью-Йорк также имеет значительные стимулы для низкоуглеродного тепла, которое, вероятно, будет необходимо везде, где GSHP должны конкурировать с природным газом. Но компания постоянно учится и видит много возможностей для снижения затрат «по всем направлениям», — говорит Ханнун. И, конечно же, в мире с ограниченными выбросами углерода природный газ будет вытеснен.

Итак, это меньшая геотермальная тепловая технология. А теперь давайте посмотрим на более важные вещи.

Низкотемпературная геотермальная энергия может отапливать несколько зданий по дешевке

В моем предыдущем посте о геотермальной энергии я описал, как работает традиционная геотермальная система.Одна скважина, добывающая скважина, обеспечивает доступ к горячей воде из подземных водоносных горизонтов; вода поднимается, тепло отводится, вода охлаждается и возвращается в землю через вторую скважину, нагнетательную.

Геотермальная энергия. DOE

Чтобы получить доступ к высокой теплоте, необходимой для выработки электроэнергии, такие системы обычно необходимо размещать в специализированных (и относительно редких) областях вблизи вулканической активности, где в пористых породах под землей находится чрезвычайно горячая вода.

Но солевые водоносные горизонты, содержащие теплой воды — недостаточно горячей для электричества, но достаточно горячей для прямого нагрева — практически повсеместны в США и других странах.

Геотермальные системы, которые используют теплую воду (ниже 300 ° F), могут использоваться в качестве источника тепла для системы централизованного теплоснабжения, то есть в качестве единой подключенной системы контуров горячей воды, которая обогревает несколько зданий.

Централизованное отопление нашло одно из самых первых проявлений в США — в Бойсе, штат Айдахо, геотермальная энергия используется для обогрева зданий с 1890 года и по сей день отапливает ею центр города, но она гораздо более популярна и развита в Европе, особенно в Исландии ( хотя Китай в этом, как и во всем, быстро расширяется).Париж, Мюнхен и Рейкьявик известны своими обширными системами централизованного теплоснабжения.

Пример геотермальной системы централизованного теплоснабжения. GeoDH

В США централизованное теплоснабжение так и не прижилось, но часто используется в университетских городках. В рамках своих целей по декарбонизации Принстонский университет переходит от паровой системы природного газа к геотермальной. Технологический институт Орегона, Карлтон-колледж в Миннесоте и Государственный университет Болла в Индиане (среди прочих) уже отапливаются за счет геотермального централизованного теплоснабжения.

Как только начальные капитальные затраты окупятся, геотермальное централизованное теплоснабжение станет очень дешевым на десятилетия или даже столетия. (Самая старая работающая геотермальная система централизованного теплоснабжения в Шод-Эг, Франция, работает с XIV века.) Но первоначальные затраты остаются огромными.

В космосе появились новые технологические разработки. Министерство энергетики изучает геотермальные системы глубокого прямого использования (DDU), которые углубляются в поисках подходящих теплых температур практически в любой географической зоне и используют их в качестве крупномасштабных источников тепла для университетских городков, военных объектов, больничных комплексов или жилых домов.«Крупномасштабные, полностью интегрированные геотермальные системы DDU не были реализованы в Соединенных Штатах, — пишет Министерство энергетики, — хотя усилия такого типа становятся все более популярными в Европе и других странах».

Некоторые из этих проектов DDU используют системы «замкнутого цикла» (в отличие от GSHP), которые вообще не обмениваются жидкостями с землей, что исключает любую возможность загрязнения грунтовых вод. Канадская компания Eavor (о которой я рассказывала в предыдущем посте) работает над системами с обратной связью, которые могут использоваться не только для получения тепла на уровне электричества, но и для низкотемпературных систем, собирающих тепло для зданий.

Замкнутая глубинная геотермальная система Eavor. Eavor

Некоторые системы DDU, если они отбирают достаточно большое количество тепла, могут «совместно производить» электричество и тепло, тем самым стирая границу с геотермальными энергосистемами.

Дело в том, что когда дело доходит до неглубоких соленых водоносных горизонтов, нефтегазовая промышленность уже знает свое дело. «Низко висящий плод [для геотермального тепла] — это наши осадочные бассейны на глубине от двух до трех километров, — говорит Марит Броммер, которая руководит Международной геотермальной ассоциацией, но начала свою карьеру в качестве инженера по нефти и газу, — и они были широко нанесены на карту из-за наших нефтегазовых пробегов.Мы очень хорошо знаем их температуру — и, кстати, мы обнаружили в этих резервуарах больше воды, чем нефти ».

«Сейчас у нас намного лучшие инструменты [чем в предыдущие десятилетия] — лучшая технология бурения, гораздо лучшие возможности геофизического каротажа, лучшие сейсмические отраженные изображения», — говорит Джефф Тестер, профессор устойчивых энергетических систем и главный научный сотрудник службы Earth Source Корнельского университета Тепловой проект. «Мы знаем гораздо больше о том, как определять проницаемость и флюиды в породе.«Бурение на такой глубине во избежание загрязнения или сейсмических воздействий — это то, над чем нефтегазовые компании работают на протяжении десятилетий.

Геотермальное централизованное теплоснабжение — простая задача для тех, кто строит новые жилые дома, университетские городки или промышленные кластеры. Это низкие, стабильные затраты на отопление (а не колеблющиеся затраты на нефть и газ) для поколений.

Дальновидные города, такие как Мюнхен (который стремится сократить выбросы парниковых газов на 50 процентов к 2030 году), начали рассматривать геотермальные петли как часть городской инфраструктуры, которую следует устанавливать и обслуживать рядом с линиями водоснабжения и канализации, чтобы любое новое здание или разработка может просто подключиться к основной линии через служебную программу, как и другие базовые службы.

Чем больше растет такая система, тем больше падают ее удельные затраты. И это местный ресурс, который создает местные рабочие места; он не зависит от импорта или мировых рынков. Это дает городам некоторую степень независимости.

Энджи

Опять же, препятствием являются первоначальные затраты. Геотермальное централизованное теплоснабжение приличных размеров может стоить 25 миллионов долларов, говорит Броммер, и хотя «в среднем вам требуется около четверти вашего жизненного цикла, чтобы избавиться от своего [долгового] ​​бремени», капитальные затраты часто бывают достаточно, чтобы отпугнуть застройщиков и муниципалитеты.

Затраты снизятся с масштабом и обменом знаниями. «Что нам нужно, так это несколько компаний, которые работают в разных странах в одинаковых условиях вспомогательного обслуживания, которые понимают требования к бурению и потребности в услугах, — говорит Броммер, — а это означает, что уроки, извлеченные в первой стране, могут быть применены для снижения затрат во второй стране, три и четыре ».

Но такое обучение требует роста. Как и в случае с GSHP, уловка заключается в том, чтобы найти инструменты, позволяющие снизить первоначальные затраты и распределить их по времени.

Geothermal стоит больше авансом, но меньше в целом. Правительство могло помочь с этим.

Ускорение развития геотермальной электроэнергии в основном связано с исследованиями и демонстрацией технологий, но когда дело доходит до геотермального тепла — как GSHP, так и более крупных решений, таких как DDU, — основная потребность заключается в том, чтобы государственная политика привлекала продемонстрированные технологии на более широкий рынок. .

Это означает такие стимулы, как гранты, налоговые льготы или льготные тарифы (в данном случае тарифы на отопление) для снижения первоначальных затрат.На уровне города или округа это означает реформу регулирования, направленную на снижение затрат на выдачу разрешений, размещение и строительство систем. Но, пожалуй, самое главное, это механизмы финансирования.

Помните, геотермальная система централизованного теплоснабжения или GSHP уже имеют лучшую ценность, чем их конкуренты, на протяжении всего срока службы системы. Они просто сталкиваются с неудобной проблемой, заключающейся в том, что почти все затраты накапливаются заранее, а выгоды накапливаются со временем. Проблема заключается в определении затрат и выгод.

Такого рода механизмы финансирования проблем, которые позволяют перемещать затраты и выгоды во времени, могут решить. 30-летняя ипотека с фиксированной процентной ставкой была изобретена в 1930-х годах, чтобы распределить большие первоначальные затраты на дом на десятилетия, тем самым открыв право собственности на дом для миллионов американцев. Новая модель финансирования Dandelion, которая не требует от клиента предоплаты, могла бы сделать то же самое для GSHP, если бы ее можно было масштабировать (и привязать к собственности, а не к владельцу).

Правительство может помочь, предлагая долгосрочные ссуды под низкие проценты для низкоуглеродных систем отопления или поддерживая такие ссуды, если их предлагают банки или другие частные учреждения.Эти ссуды могут помочь смягчить существенные предварительные риски разведки новых ресурсов.

«Исландия устранила этот риск в 1960-х годах, создав Национальный энергетический фонд, который предлагает ссуды для финансирования первоначальной стоимости бурения и разведки», — говорит Тестер. «Если начальная стадия бурения не удалась, ссуда переходит к государству; если бурение пройдет успешно, ссуда будет выплачена в соответствии с планом ». По его словам, это самый мощный политический инструмент для расширения геотермальной энергии в Исландии.

Теплица с геотермальным отоплением в Исландии. Shutterstock

Наряду с финансированием необходимы новые модели собственности и предоставления услуг. «Проблема перехода к энергетике заключается в том, что нефтегазовые компании вряд ли будут использовать тепло», — говорит Броммер. «Необходимы небольшие операционные компании-посредники, которые понимают, что нужно для добычи тепла, и могут продавать его в качестве услуги коммунальным компаниям.Это путь вперед «. Такие посредники могут даже принадлежать местным общинам в соответствии с популярной моделью «солнечной энергии сообщества».

В области геотермального тепла есть много возможностей для инноваций — в технологиях, но особенно в политике и финансировании. Но США нужно будет серьезно отнестись к инвестициям, политике и правилам, необходимым для увеличения масштабов до необходимого размера.

Большие вложения времени, денег и внимания политики к геотермальному теплу могут помочь создать рабочие места почти во всех почтовых индексах США.Комплексное исследование Министерства энергетики США, проведенное Geovisions в 2019 году, показало, что «технологические усовершенствования могут позволить более 17 500 геотермальных установок централизованного теплоснабжения по всей стране, а 28 миллионов домашних хозяйств в США могут реализовать экономически эффективные решения для отопления и охлаждения с помощью геотермальных тепловых насосов». Такое количество геотермальных систем потребует более чем в 50 раз больше скважин, вырытых всей нефтегазовой промышленностью США, что является золотым дном для квалифицированных рабочих мест.

Геотермальное тепло может помочь городам достичь определенной энергетической независимости, предоставляя им надежный источник отопления и охлаждения, который никогда не меняет цены и не требует импорта.Он может помочь трудоустроить пенсионеров, уволенных или просто скучающих инженеров-нефтяников и газовиков; Dandelion недавно нанял Джереми Смита, проработавшего 20 лет в нефтегазовой отрасли, своим новым вице-президентом по бурению.

Но, прежде всего, это могло бы помочь решить загадку того, как быстро обезуглерожить отопление и охлаждение зданий, — проблеме, которой не уделяется достаточно внимания и решения которой нет. Геотермальная энергия — вот такое решение прямо у нас под ногами. Нам просто нужно копать.

.