Система отопления квартиры включает разные устройства. Монтаж обогрева включает, трубы, развоздушки, коллекторы котел, батареи, увеличивающие давление насосы терморегуляторы, систему соединения, крепежи, бак для расширения. На этой странице мы попбробуем выбрать для вашей дачи нужные компоненты системы. Каждый узел играет важное значение. Вот почему подбор каждой части конструкции важно планировать технически правильно.
В настоящее время много владельцев частных и загородных домов считают, что геотермальное отопление дома – это что-то из области заморской фантастики, а установить такое чудо можно только там, где есть некоторая вулканическая активность или горячие источники. А так как такого рода явления не характерны для России, то и о геотермальном отоплении дома знают мало, а знания эти – лишь поверхностные.
Однако такое мнение является ошибочным, так как на самом деле насос довольно успешно образует тепло, даже если температура невысокая. Поэтому такой пока еще альтернативный источник отопления можно использовать при умеренном климате. Можно ли самостоятельно оборудовать геотермальное отопление? Ответ на этот вопрос – положительный, однако перед этим стоит изучить дополнительный материал об особенностях системы, ее преимуществах, а также – о «подводных камнях», которые в данном случае касаются только финансовых ресурсов.
Геотермальное отопление дома
Виды по типу конструкции
Геотермальное отопление в коттедже работает по принципу, немного схожему с холодильником. Основным элементом здесь выступает тепловой насос, который включается в два контура одновременно. Внутренний контур представляет собой традиционную систему отопления, состоящую из трубопровода и радиаторов. А внешний – представляет собой большой теплообменник, который размещают или под толщей воды, или под землей.
Обычно внутри теплообменника циркулирует жидкость, в составе которой есть антифриз. Такого рода теплоноситель принимает на себя температурный режим среды, который впоследствии, уже подогретый, идет в тепловой насос. Аккумулированное ранее тепло идет во внутренний контур, после чего и нагревается вода в трубах и радиаторах.
Составные части системы геотермального отопления
Таким образом, геотермальное отопление дома под ключ включает в системе один важнейший элемент – тепловой насос. Это компактное устройство, которое занимает немного места.
Заметим, что система является довольно дорогостоящей и трудоемкой в плане установки. Чтобы купить специальную аппаратуру и провести масштабные земляные работы, потребуется немало финансовых средств.
Что и говорить, а монтаж такой системы будет также стоить дорого. Поэтому многие владельцы частных и загородных домов решают сделать отопление частного дома теплом земли самостоятельно.
Прежде всего, необходимо учитывать, что теплообменники бывают трех типов – горизонтальные, вертикальные и водоразмещенные.
- Горизонтальный теплообменник. Такой вид достаточно часто используется. При его применении трубы кладутся в специально сделанные траншеи на такую глубину, которая немного превышает уровень промерзания почвенного покрова в местности. Однако данная система имеет один недостаток – это то, что нужна большая площадь для того чтобы расположить коллектор, а не каждый может позволить себе такую конструкцию. А если на вашей территории произрастают деревья, то оборудование нужно ставить от них примерно на расстоянии 1,5 метра.
Геотермальная система отопления с горизонтальным теплообменником
- Вертикальный теплообменник. Такое устройство является более компактным, но при этом – и более дорогим. Для того чтобы оборудовать геотермальное отопление дома своими руками с таким устройством, не потребуется большая площадь, однако вам понадобится бурильная аппаратура. Ведь в данном случае глубина скважины обязательно должна быть от 50 до 200 метров. Заметим, что это самый дорогой способ, но прослужить он может целых 100 лет! Если вы хотите сделать гео отопление дома, который размещен за городом, то система подойдет. И ландшафт при этом остается в нетронутом состоянии.
Геотермальная система отопления с вертикальным теплообменником
- Водоразмещенный теплообменник. Такой вид является самым экономичным, так как здесь применяется тепло воды. Рекомендуют устанавливать систему на расстоянии до водоема не более чем 100 метров. Контур трубопровода кладется на дно в виде спирали, а глубина залегания должна быть не более 3 метров. Что касается водоема, то рекомендуется, чтобы его площадь была не меньше 200 квадратных метров. При такой системе не требуется трудоемких работ и разрешения.
Тепловой насос типа земля-вода
Таким образом, можно отметить, что сделать геотермальное отопление загородного дома самостоятельно – это довольно сложно. Однако, можно осуществить задуманное, имея хотя бы одного помощника. Оптимальным вариантом является третий способ, однако есть несколько необходимых моментов, без которых он не будет работать, а в частности, – водоем.
Заметим, что, несмотря на то, что обустройство системы, которая получает тепло земли для отопления дома, является довольно дорогостоящим, все-таки, не экономьте на монтаже. Ведь именно от качества монтажа будет зависеть эффективность отопления.
Чем так хорошо геотермальное отопление
Преимущества геотермального отопления включают несколько пунктов, которые обусловливают распространение такой системы:
- Энергия земли для отопления дома не может быть исчерпана.
- Здесь не существует риска возгорания.
- Покупать топливо и хранить его – не требуется.
- Система полностью экологична и безопасна.
- Работает автономно.
- На обслуживание отопления не приходится тратиться.
- Производительность высокая.
Отопление дома энергией земли прекрасно сочетается с теплым полом. Если использовать такое сочетание двух отопительных систем, то у вас будет равномерно распределенная температура по всем помещениям, не будет зон перегрева. Если изучить отзывы, то можно отметить, что затраты на монтаж системы окупаются, в среднем, через три года.
В геотермальной системе отопления часто используют теплые полы
Нюансы при установке
Несмотря на то, что термальное отопление дома в России является пока еще лишь дополнительным или альтернативным источником получения тепловой энергии, такая система получает свое распространение. Хоть метод отопления дома и довольно непривычен для нас, однако элементы системы очень напомнят вам водяное отопление. Ведь помещение также будет топиться радиаторами, куда по трубопроводу будет идти тепло.
Монтаж горизонтального теплообменника геотермальной системы отопления
Геотермальное отопление частного дома в обязательном порядке предполагает то, что основная часть системы будет размещена под землей, когда вы используете вертикальный или горизонтальный теплообменники. А в помещениях ставится сам прибор, генерирующий тепловую энергию.
Подводим итоги
Отопление дома от земли можно установить и самостоятельно, на это способен практически каждый владелец частного или загородного дома, который в состоянии приобрести оборудование. Отопление загородного дома из земли становится все более распространенным в настоящее время. И сегодня можно встретить даже специально созданные университеты, которые изучают такую систему для ее последующей модернизации.
Геотермическое отопление дома – это своего рода инновационный способ отопить свой дом, который, однако, существует уже относительно давно.
Сегодня же подземное отопление частного дома совершенствуется, разрабатывается максимально простой, но при этом – функциональный способ монтажа. В данном случае предполагается возможность самостоятельного расчета всех параметров и так далее. Земляное отопление загородного дома очень скоро превратится в основной способ обогреть свое жилище, а видео по монтажу такой системы вы можете найти ниже.
Источник: http://otoplenie-doma.org/geotermalnoe-otoplenie-doma.html
Автор: Crocus, 05 Августа 2009
В данной статье описаны варианты отопления дома и горячего водоснабжения с помощью теплового насоса, солнечного коллектора и кавитационного теплогенератора. Дана приближенная методика расчета теплового насоса и теплогенератора. Приведены примерная стоимость затрат для обогрева дома с помощью теплового насоса.
Содержание: (скрыть)
Тепловой насос. Конструкция обогрева дома
Чтобы понять его принцип действия можно посмотреть на обычный бытовой холодильник или кондиционер.
Современные тепловые насосы используют для своей работы низкопотенциальные источники тепла землю, грунтовые воды, воздух. И в холодильнике и в тепловом насосе действует один и тот же физический принцип (физики называют такой процесс циклом Карно ). Тепловой насос - устройство, которое «выкачивает» тепло из холодильной камеры и выбрасывает его на радиатор. Кондиционер «выкачивает» тепло из воздуха комнаты и выбрасывает ее на радиатор, но находящийся на улице. При этом к теплу, «высосанному» из комнаты, добавляется ещё тепло, в которое превратилась электрическая энергия, потреблённая электродвигателем кондиционера.
Число, выражающее отношение вырабатываемой тепловым насосом (кондиционером или холодильником) тепловой энергии к потребляемой им электрической энергии, специалисты по тепловым насосам называют «отопительным коэффициентом». В лучших тепловых насосах отопительный коэффициент достигает 3-4. То есть на каждый потреблённый электродвигателем киловатт-час электроэнергии вырабатывается 3-4 киловатт-часа тепловой энергии. (Один киловатт-час соответствует 860 килокалориям.) Этот коэффициент преобразования (отопительный коэффициент) напрямую зависит от температуры источника тепла, чем выше температура источника, тем больше коэффициент преобразования.
Кондиционер берёт эту тепловую энергию из воздуха улицы, а большие тепловые насосы «выкачивают» это дополнительное тепло обычно из водоема/подземных вод или грунта.
Хотя температура этих источников гораздо меньше, чем температура воздуха в обогреваемом доме, но и это низкотемпературное тепло грунта или воды, тепловой насос и превращает в высокотемпературное. необходимое для обогрева дома. Поэтому тепловые насосы называют ещё «трансформаторами тепла». (процесс превращения см. ниже)
Примечание: Тепловые насосы не только согревают дома, но и остужают воду в реке, из которой выкачивают тепло. А в наше время, когда реки слишком перегреты промышленными и бытовыми стоками, охлаждать реку очень полезно для жизни в ней живых организмов и рыбы. Чем ниже температура воды, тем больше в ней может раствориться кислорода, необходимого для рыбы. В тёплой воде рыба задыхается, а в холодной блаженствует.Поэтому тепловые насосы очень перспективны в деле спасения окружающей среды от " теплового загрязнения ".
Но установка системы отопления с помощью тепловых насосов пока слишком дорога, потому что требуются большое количество земляных работ плюс расходных материалов, например, труб для создания коллектора/теплообменника.
Так же стоит помнить что в тепловых насосах, как и в обычных холодильниках, используется компрессор, сжимающий рабочее тело - аммиак или фреон. На фреоне тепловые насосы работают лучше, но фреон уже запрещён к применению из-за того, что он, попадая в атмосферу, выжигает в её верхних слоях озон, защищающий Землю от ультрафиолетовых лучей Солнца.
И все-таки мне кажется, что будущее за тепловыми насосами. Но их, никто пока не производит массово. Почему? Не трудно догадаться.
Если появляется альтернативный источник дешевой энергии, то куда девать добываемый газ, нефть и уголь, кому его продавать. А на что списывать многомиллиардные убытки от взрывов на шахтах и рудниках.
Принципиальная схема обогрева дома с помощью теплового насоса
1 - тепловой насос; 2 - трубопровод, уложенный в земле; 3 - бойлер косвенного нагрева; 4 - система отопления «теплый пол»; 5 - контур подачи горячей воды.
Принцип действия теплового насоса
В качестве источника низкопотенциального тепла может выступать наружный воздух, имеющий температуру от –15 до +15°С, воздух отводимый из помещения с температурой 15–25°С, подпочвенные (4–10°С) и грунтовые (более 10°C) воды, озерная и речная вода (0–10°С), поверхностный (0–10°С) и глубинный (более 20 м) грунт (10°С). В Нидерландах, например, в городе Херлен (Heerlen) для этих целей используется затопленная шахта. Вода, наполняющая старую шахту, на уровне 700 метров имеет постоянную температуру в 32°C.
В случае использования в качестве источника тепла атмосферного или вентиляционного воздуха, система отопления работает по схеме «воздух–вода». Насос может быть расположен внутри или снаружи помещения. Воздух подается в его теплообменник с помощью вентилятора.
Если в качестве источника тепла используются грунтовые воды, то система работает по схеме «вода–вода». Вода подается из скважины с помощью насоса в теплообменник насоса, а после отбора тепла, сбрасывается либо в другую скважину, либо в водоем. В качестве промежуточного теплоносителя можно использовать антифриз или тосол. Если в качестве источника энергии выступает водоем, на его дно укладывается петля из металлопластиковой или пластиковой трубы. По трубопроводу циркулирует раствор гликоля (антифриз) или тосола который через теплообменник теплового насоса передает тепло фреону.
При использовании в качестве источника тепла грунта, система работает по схеме «грунт-вода». Возможны два варианта устройства коллектора – вертикальный и горизонтальный.
- При горизонтальном расположении коллектора, металлопластиковых трубы укладывают в траншеи глубиной 1,2–1,5 м или в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Такой способ укладки позволяет значительно уменьшить длину траншей.
Схема теплового насоса при горизонтальном коллекторе со спиральной укладкой труб
1 - тепловой насос; 2 - трубопровод, уложенный в земле; 3 - бойлер косвенного нагрева; 4 - система отопления «теплый пол»; 5 - контур подачи горячей воды.
Однако при укладке спиралью сильно увеличивается гидродинамическое сопротивление, что приводит к дополнительным затратам на прокачку теплоносителя, так же сопротивление увеличивается по мере увеличения длины труб.
- При вертикальном расположении коллектора трубы укладывают в вертикальные скважины на глубину 20–100 м.
Схема вертикального зонда
Фото зонда в бухте
Установка зонда в скважину
Расчет горизонтального коллектора теплового насоса
Расчет горизонтального коллектора теплового насоса.
q – удельный теплосъем (с 1 м пог. трубы).
- сухой песок – 10 Вт/м,
- сухая глина – 20 Вт/м,
- влажная глина – 25 Вт/м,
- глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м.
Между прямой и обратной петлей коллектора появляется разность температур теплоносителя.
Обычно для расчета ее принимают равной 3°С. Недостатком такой схемы является то, что на участке над коллектором не желательно возводить строений, чтобы тепло земли пополнялось за счет солнечной радиации. Оптимальная дистанция между трубами считается 0,7–0,8 м. При этом длина одной траншеи выбирается от 30 до 120 м.
Пример расчета теплового насоса
Я приведу примерный расчет теплового насоса для нашего экодома, описанного в статье Экодом. Теплоснабжение экодома.
Считается, что для обогрева дома с высотой потолка 3 м, необходимо расходовать 1 кВт. Тепловой энергии на 10 м2 площади. При площади дома 10х10м=100 м2, необходимо 10кВт тепловой энергии.
При использовании теплого пола, температура теплоносителя в системе. должна быть 35°С, а минимальная температура теплоносителя – 0°С.
Таблица 1. Данные теплового насоса Thermia Villa.
Для обогрева здания нужно выбирать тепловой насос мощностью 15,6 кВт (ближайший больший типоразмер), расходующий на работу компрессора 5 кВт. Выбираем по типу грунта теплосъем с поверхностного слоя грунта. Для (влажной глины) q равняется 25 Вт/м.
Рассчитаем мощность теплового коллектора:
Qo=Qwp–P, где
Qo – мощность теплового коллектора. кВт;
Qwp – мощность теплового насоса. кВт;
P – электрическая мощность компрессора. кВт.
Требуемая тепловая мощность коллектора составит:
Qo=15,6–5=10,6 кВт;
Теперь определим суммарную длину труб:
L=Qo/q, где q – удельный (с 1 м. пог. трубы) теплосъем, кВт/м.
L=10,6/0,025 = 424 м.
Для организации такого коллектора потребуется 5 контуров длиной по 100 м. Исходя из этого, определим необходимую площадь участка для укладки контура.
A=Lхda, где da – расстояние между трубами (шаг укладки), м.
При шаге укладки 0,75 м необходимая площадь участка составит:
А=500х0,75=375 м2.
Расчет вертикального коллектора
При выборе вертикального коллектора, бурят скважины глубиной от 20 до 100 м. В них погружаются U-образные металлопластиковые или пластиковые трубы. Для этого в одну скважину вставляется две петли, которые заливается цементным раствором. Удельный теплосъем такого коллектора составляет 50 Вт/м.
Для более точных расчетов применяют следующие данные:
- сухие осадочные породы – 20 Вт/м;
- каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м;
- каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м;
- подземные воды – 80 Вт/м.
На глубинах более 15 м, температура грунта составляет примерно +10°С. Необходимо учитывать, что расстояние между скважинами должно быть больше 5 м. Если в грунте существуют подземные течения, то скважины необходимо бурить перпендикулярной потоку.
Пример: L=Qo/q=10,6/0,05=212 м.
Таким образом, при удельном теплосъеме вертикального коллектора 50 Вт/м и требуемой мощности 10,6 кВт длина трубы L должна составить 212 м.
Для устройства коллектора необходимо пробурить три скважины глубиной по 75 м. В каждой из них размещаем по две петли из металлопластиковой трубы всего – 6 контуров по 150 м.
Работа теплового насоса при работе по схеме «Грунт-вода»
Трубопровод укладывается в землю. При прокачивании через него теплоносителя, последний нагревается до температуры грунта. Дальше по схеме вода поступает в теплообменник теплового насоса и отдает все тепло во внутренний контур теплового насоса.
Во внутренний контур теплонасоса закачан хладагент под давлением. В качестве хладагента используется фреон или его заменители, поскольку фреон разрушает озоновый слой атмосферы и запрещен к использованию в новых разработках. У хладагента низкая температура кипения и поэтому когда в испарителе резко снижается давление, он переходит из жидкого состояния в газ при низкой температуре.
После испарителя газообразный хладагент поступает в компрессор и сжимается компрессором. При этом он разогревается, и давление его повышается. Горячий хладагент поступает в конденсатор, где протекает теплообмен между ним и теплоносителем из обратного трубопровода. Отдавая свое тепло, хладагент охлаждается и переходит в жидкое состояние. Теплоноситель поступает в отопительную систему и снова охлаждаясь, передает свое тепло в помещение. Когда хладагент проходит через редукционный клапан ,его давление падает, и он снова переходит в жидкую фазу. После этого цикл повторяется.
В холодное время года теплонасос работает как обогреватель, а в жаркое время может использоваться для охлаждения помещения (при этом тепловой насос не подогревает, а охлаждает теплоноситель - воду. А охлажденная вода, в свою очередь может использоваться для охлаждения воздуха в помещении).
В общем случае, теплонасос представляет собой машину Карно, работающую в обратном направлении. Холодильник перекачивает тепло из охлаждаемого объема в окружающий воздух. Если поместить холодильник на улице, то, извлекая тепло из наружного воздуха и передавая его вовнутрь дома, то можно таким нехитрым способом, в какой-то степени, обогревать помещение.
Однако, как показывает практика, одного лишь теплового насоса для снабжения дома теплом и горячей водой недостаточно. Осмелюсь предложить оптимальную, на мой взгляд, схему отопления и горячего водоснабжения дома.
Предлагаемая схема снабжения дома теплом и горячей водой
1 - теплогенератор; 2 - солнечный коллектор; 3 - бойлер косвенного нагрева; 4 - тепловой насос; 5 - трубопровод в земле; 6 - циркуляционный блок гелиосистемы; 7 - радиатор отопления; 8 - контур подачи горячей воды; 9 - система отопления «теплый пол».
Данная схема предполагает одновременное использование трех источников тепла. Основную роль играет в ней теплогенератор (1), тепловой насос (4) и солнечный коллектор (2), которые служат вспомогательными элементами и способствуют снижению затрат потребляемой электроэнергии, как следствие, и повышению эффективности нагрева. Одновременное использование трех источников нагрева практически полностью исключает опасность размерзания системы .
Ведь вероятность выхода из строя одновременно и теплогенератора, и теплового насоса, и солнечного коллектора ничтожно мала. На схеме показаны два варианта обогрева помещений: радиаторы (7) и «теплый пол» (9). Это не значит, что надо использовать оба варианта, а лишь иллюстрирует возможность использования и одного и второго.
Принцип работы схемы отопления
Теплогенератор (1) подает нагретую воду в бойлер (3) и контур, состоящий из радиаторов отопления (7). Также в бойлер поступает нагретый теплоноситель от теплового насоса (4) и солнечного коллектора (2). Часть нагретой тепловым насосом воды также подается на вход теплогенератора. Смешиваясь с «обраткой» обогревающего контура, она повышает ее температуру. Это способствует более эффективному нагреву воды в кавитаторе теплогенератора. Нагретая и накопленная в бойлере вода подается в контур системы «теплый пол» (9) и контур подачи горячей воды (8).
Конечно, эффективность данной схемы будет неодинаковой в различных широтах. Ведь солнечный коллектор будет иметь наибольшую эффективность в летнее время года и, конечно же, в солнечную погоду. В наших широтах летом отапливать жилые помещения нет необходимости, поэтому теплогенератор можно вообще отключить. А так как лето у нас довольно жаркое и мы уже с трудом представляем свой быт без кондиционера, то тепловой насос предполагается включить на режим охлаждения. Естественно трубопровод, идущий от теплового насоса к бойлеру, будет перекрыт. Таким образом решать задачу горячего водоснабжения предполагается только с помощью гелиосистемы. И лишь в случае, если гелиосистема не справляется с этой задачей, использовать теплогенератор.
Как видим, схема довольно сложная и дорогостоящая. Общие приблизительные затраты в зависимости от выбранной схемы приведены ниже.
Затраты для вертикального коллектора:
- Тепловой насос 6000 €;
- Буровые работы 6000 €;
- Эксплуатационные расходы (электричество): около 400 € в год.
Для горизонтального коллектора:
- Тепловой насос 6000 €;
- Буровые работы 3000 €;
- Эксплуатационные расходы (электричество): около 450 евро в год.
Из крупных затрат потребуются расходы на закупку труб и на оплату труда рабочих.
Установка плоского солнечного коллектора (например, Vitosol 100-F и водонагревателя 300 л) обойдется в 3200 €.
Поэтому давайте, пойдем от простого к сложному. Сначала соберем простую схему отопления дома на основе теплогенератора, отладим ее, и постепенно будем добавлять в неё новые элементы, позволяющие увеличивать КПД установки.
Соберем систему отопления по схеме:
Схема теплоснабжения дома с использованием теплогенератора
1 - теплогенератор; 2 - бойлер косвенного нагрева; 3 - система отопления «теплый пол»; 4 - контур подачи горячей воды.
В итоге мы получили простейшую схему теплоснабжения дома, Я поделился своими мыслями для того, что бы побудить инициативных людей к развитию альтернативных источников энергии. Если у кого-то возникнут идеи или возражения по поводу написанного выше, давайте делиться мыслями, давайте накапливать знания и опыт в данном вопросе, и мы сбережем нашу экологию и сделаем жизнь немножко лучше.
Как видим здесь основной и единственный элемент, нагревающий теплоноситель, – это теплогенератор. Хотя в схеме и предусмотрен лишь один источник нагрева, она предусматривает возможность дальнейшего добавления дополнительных нагревательных устройств. Для этого предполагается использование бойлера косвенного нагрева с возможностью добавления или извлечения теплообменников.
Использование радиаторов отопления, имеющихся в схеме, изображенной на рисунке на один выше, не предполагается. Как известно система «теплый пол» более эффективно справляется с задачей обогрева помещений и позволяет экономить затрачиваемую энергию.
Внимание: Цены актуальны на 2009 год.
Источник: http://www.builderclub.com/statia/otopleniye-doma-shema-otopleniya-doma-s-teplovym-nasosom
Отопление загородного дома: солнце и тепло земли
Опубликовано 13 октября 2009 года | Автор: Gaw
Инженерная блокада
Жизнь в загородном доме привлекает многих россиян. Постепенно осваиваются все более удаленные уголки Московской области: во-первых, это возможность уйти от городской суеты и дышать относительно чистым воздухом, во-вторых, загородный дом – это выгодное капиталовложение.
Процесс переселения граждан в собственные загородные дома мог быть гораздо активнее, если бы ему не мешало отсутствие развитой инфраструктуры и удаленность многих районов Подмосковья от коммуникаций. Необходимость самостоятельно проводить электричество и воду к собственному дому превращает подобный проект в дорогой и нецелесообразный. Более того, в ряде случаев нет даже технической возможности обеспечить электричеством и водой поселки. По этой причине строительство замораживается на последней стадии и освоение некоторых районов не происходит вовсе.
Если с питьевой водой все относительно понятно – грунтовые или артезианские источники могут покрывать потребность в чистой воде, телекоммуникации по радиорелейным каналам тоже доступны, то с энергоснабжением все гораздо сложнее. Наличие неподалеку от места строительства поселков с собственными подстанциями не гарантирует бесперебойное электроснабжение: чаще всего это старые маломощные трансформаторы, обветшалые сети, которые не выдерживают возросших нагрузок и находятся практически в аварийном состоянии.
Так, проектировщики и девелоперы начинают искать способы и возможности автономного энергоснабжения дачных и жилых загородных поселков. Необходимо обеспечить не просто электроснабжение дома. Нужно, чтобы подаваемого электричества было достаточно для отопления дома. В этих условиях электрический отопительный котел казался всегда единственным разумным выходом. Котельные на жидком топливе обходятся дорого – необходимо не только закупать топливо, его приходится доставлять и хранить в достаточном количестве в безопасных условиях.
Автономное жилье
Пилотный проект по организации полностью автономного электро- и теплоснабжения завершается в подмосковном Чехове. Инженеры нашли совершенно оригинальный выход из положения, построив абсолютно экологичную систему с высокой энергоэффективностью.
Описываемый коттедж возведен под городом Чеховом в 40 км от МКАД. Электричество к дому было подведено от близлежащего поселка. Однако постоянные перебои в подаче электроэнергии (аварии на старой подстанции, обрывы ветхих проводов) заставили хозяев задуматься об автономном энергоснабжении. Тем более что в случае отключения электричества зимой на долгое время возникала опасность заморозить дом и всех его жильцов – паровое отопление запитано от электрического котла мощностью 18 кВт.
Новые жители поселка озаботились инфраструктурой (сети, дороги), но об уединении в этом случае пришлось забыть – снова коллективные отношения, совместное решение общих проблем. Поэтому автономность дома – лучший выход из сложившейся ситуации.
По проекту инженеры получили в свое распоряжение многокомнатный двухэтажный коттедж с мансардой. Общая отапливаемая площадь 200 м 2. Из подведенных коммуникаций – артезианская вода и электричество.
Автономные системы теплоснабжения в своем классическом виде предназначены для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Такие системы используют в качестве источника тепла различное котельное оборудование (электрическое, газовое, жидкотопливное) и обычный трубопровод с радиаторами в каждой комнате.
Преимуществ автономных систем несколько. Во-первых, нет потребности в проведении серьезных дорогостоящих земляных работ при подведении распределительных тепловых сетей к дому. Еще более дорогостоящим может стать их обслуживание и ремонт в аварийных ситуациях. Во-вторых, автономные системы характеризуются гибкостью и возможностью быстрого монтажа и запуска. Стоимость и скорость работ не зависит от погоды, времени года – работы производятся внутри здания. В-третьих, при организации автономного теплоснабжения заказчик практически избегает бюрократических вопросов, связанных с разрешением, организацией подключения к городской теплоцентрали. Последнее преимущество автономных систем заключается в независимости от режима работы тепловых сетей города – жильцы сами решают, когда включить, а когда выключить отопление.
По принципу принятых схем автономное теплоснабжение подразделяется на системы с естественной и искусственной циркуляцией теплоносителя. В свою очередь схемы с естественной и искусственной циркуляцией теплоносителя могут быть одно- и двухтрубные, а по принципу движения теплоносителя – тупиковые, попутные и смешанные.
Похожая ситуация и с автономным электроснабжением. Для выработки электроэнергии используются генераторы на жидком топливе (дизельные, бензиновые и т. д.). Иногда применяют альтернативные источники электроэнергии – ветряные, солнечные, микроГЭС. Для России это остается экзотикой, но в Европе подобные источники электроэнергии вполне распространенное явление. Генератор на жидком топливе – самый распространенный тип мини-электростанций в автономных системах. Самые обычные генераторы используются чаще всего в качестве аварийных источников энергии. Применять их для постоянной генерации достаточно дорого и неэффективно.
Фотоэлектрические (солнечные батареи) и ветроэлектрические установки встречаются значительно реже. Часто эти источники могут использоваться как дополнительные или резервные, покрывающие потребности в электричестве в часы пиковых нагрузок. В такие системы обычно входит аккумуляторная батарея и инвертор, который преобразовывает постоянный ток, вырабатываемый солнечной батареей, в переменный. Отдельный блок контролирует заряд аккумуляторной батареи, чтобы поддерживать ее в работоспособном состоянии.
Как упоминалось, классические автономные источники тепловой и электрической энергии (генераторы и котлы на жидком топливе) – самые дорогие. Мазут, дизтопливо, бензин и газ – все это дорогостоящее топливо, которое требует соответствующего хранения. Этот источник электричества был отвергнут при проектировании описываемой системы.
Проектировщики дома стремились к максимальной энергоэффективности. Чтобы ее достигнуть, надо учитывать и соблюдать некоторые правила и факторы. Необходимо максимальное совершенствование теплосберегающих качеств дома. Хорошая теплоизоляция стен, герметичные окна, плотно закрывающиеся двери, правильно организованная система приточно-вытяжной вентиляции – все это влияет на энергоэффективность, которая также зависит от экономичности электроприборов в доме и типа отопительной системы.
Собственное электричество
После некоторых раздумий и поисков, проектировщики остановили свой выбор на солнечных батареях. Предполагалось, что вся система будет достаточно экономичной, с использованием высокоэффективного энергосберегающего оборудования. Поэтому большой потребности в электроэнергии не планировалось.
Солнечная батарея мощностью 3 кВт была закуплена и смонтирована прямо на участке за домом. По расчетам инженеров, такой мощности должно было хватить на подпитку аккумуляторных батарей, которые в свою очередь бесперебойно питали дом и систему отопления. В средней полосе России летом на каждый квадратный метр земной поверхности приходится около 5 кВт солнечной энергии в час; около 10% этой энергии может быть преобразовано в электрическую с помощью солнечной батареи. Зимой приход солнечной энергии в несколько раз меньше, чем летом.
Монтаж батареи занял несколько дней. В работе с подобной техникой, к сожалению, много времени приходится ждать поставки заказанного оборудования: частично оно поставляется из США, а периферия в основном российского производства.
Стоимость организации электроснабжения с помощью подобных фотоэлектрических генераторов рассчитывается исходя из ставки 9 долларов на каждый ватт вырабатываемой энергии. Общая стоимость батареи составила порядка 27 тыс. долларов. Учитывая, что это бесплатный источник электричества и эта статья расходов будет вычеркнута из семейного бюджета, затраты на установку солнечной батареи окупятся менее чем за десять лет. Для капитального строительства – это хороший показатель.
Производство тепла
Отопление – более сложная задача. С одной стороны, существовал лимит по генерации электроэнергии, обусловленный возможностями солнечной батареи. С другой – электрический котел долгое время казался единственным разумным выходом. Варианты подбирались достаточно долго, пока в поле зрения инженеров не попали геотермальные отопительные системы. Именно они помогли решить проблему с отоплением. Принцип действия теплового насоса вообще и геотермального в частности очень прост и реализован в обычном бытовом холодильнике: хладагент проходит через испаритель, нагревается до температуры окружающей для теплообменника среды, закипает и испаряется, компрессор сжимает полученный пар, что позволяет нагревать воздух или рабочую жидкость отопительного контура, проходящую через другой теплообменник. На выходе получается теплоноситель с температурой до 30–65 °С. После этого давление сбрасывается и хладагент вновь поступает в испаритель. Так работает любой водяной тепловой насос.
Главное достоинство геотермального теплового насоса заключается в том, что испарение хладагента производится с помощью низкопотенциальных источников тепловой энергии – не нужны ни котел, ни другие источники с высокой температурой. Для того чтобы геотермальный тепловой насос работал эффективно, достаточно внешней температуры теплоносителя – 4 °С. Такой температурой всегда обладают многие естественные источники: земля (на определенной глубине), глубокие водоемы, которые не промерзают зимой до дна, родники и грунтовые воды, моря.
Таким образом, под землей или на дне водоема в контуре циркулирует вода, нагреваясь до температуры грунта. Эта вода поступает в тепловой насос, который с помощью компрессора и хладагента нагревает до 35–65 °С теплоноситель самой отопительной системы – воздух (если отопление воздушное) или воду, которая циркулирует в доме по классической отопительной системе. Также немаловажен тот факт, что данная геотермальная система может как забирать тепло из земли, так и сбрасывать его в землю, то есть работать в кондиционном режиме, обеспечивая охлаждение. Но в случае с водяным отоплением это неактуально. Да и для загородного дома с просторными комнатами, высокими потолками и большой площадью кондиционирование чаще всего не является первостепенной задачей.
Благодаря использованию природного тепла – энергии, которую накопила земля, – энергоэффективность системы очень высока. Утилизируя тепло земли и передавая его в дом, заказчик получает самый экологичный источник энергии. Затрачивая на работу теплового и циркуляионного насоса только 1 кВт энергии, на выходе можно получить 4–6 кВт тепла.
Для реализации проекта был закуплен американский тепловой насос типа «вода–вода». Данный тип тепловых насосов с помощью теплообменников производит горячую воду, которая может быть использована для горячего водоснабжения и отопления с помощью радиаторных батарей. В ТНУ используется хладагент R22. Габариты установки – 0,65 ( 78 ( 84. Максимальная потребляемая мощность при работе на обогрев 3,5 кВт.
Как говорилось выше, в доме уже была построена система отопления. Ее не стали изменять, а лишь адаптировали под тепловой насос. Инженеры занялись прокладкой подземного водяного контура-теплообменника. Технике пришлось работать на закрытой ограниченной площадке. Необходимо было выкопать траншею глубиной 2 м, на дно которой кольцами укладывался контур – полиэтиленовая труба диаметром 32 мм и длиной 80 м. Общая стоимость земляных работ составила около 2 тыс. долларов. Работы по укладке контура были полностью закончены за две недели. Если бы площадка была открытой и не ограничивалась забором и стеной дома, можно было бы уложиться в три дня. Установка теплового насоса с монтажом, поставкой оборудования и комплектующих обошлась в 10 тыс. долларов США.
Итоги
Итогом работы инженеров стала уникальная экспериментальная система. В этой системе отстроена работа в связке двух экологичных и высокоэкономичных типов оборудования – тепловых насосов и солнечных батарей. Такое комплексное решение позволяет не задумываться о цене на нефть и формальных препонах при проведении коммуникаций. За счет экономии эта система способна себя окупать, принося доход заказчику. А ее надежность покажет время. Можно лишь сказать, что ресурс как солнечных батарей, так и геотермальных систем составляет более 20 лет.
Самое главное, что широкое применение подобных комплексных решений позволит осваивать все более удаленные уголки нашей страны. При таком подходе для комфортного проживания человека достаточно источника чистой воды. Еще важнее, что, используя описанную систему, можно оживить стройки, замороженные несколько лет назад из-за проблем с проведением коммуникаций, электричества.
Владимир РАЙХ
генеральный директор компании «Аэроклимат»
Источник: Журнал «Строительная инженерия»
Источник: http://chipdoc.ru/teplo/solar-teplo/112.html
«Земля греет дом» - это не миф и не фантастика, а новые инновационные технологии, которые уже давно стали реальностью нашей жизни. Основой таких процессов служат тепловые насосы. Причем в зависимости от конструктивных решений самого оборудования, от источников первичного тепла, от способов устройства разводящих приборов, такие системы могут отапливать помещения, обеспечивать их горячей водой и выступать в роли кондиционеров.
Обогрев дома от земли окупается в достаточно короткий срок, имеет массу преимуществ перед традиционными отопительными системами и является прекрасной альтернативой газу :
- Отказ от использования ископаемых видов топлива;
- Низкие эксплуатационные расходы;
- Отсутствие вредных выбросов и выхлопов, а значит – бережное отношение к окружающей среде.
Отопление от земли с применением теплового насоса основывается на передаче тепла почвы, грунтовых или технологических вод и воздуха теплоносителю с большей температурой. При этом расходы на отопление снижаются в 4-10 раз. Кроме того, тепловые насосы обладают длительным сроком эксплуатации и работают в полностью автоматизированном режиме.
Чаще всего они используются для устройства системы отопления загородного дома. При этом для забора первичного тепла служат специальные скважины, которые занимают совсем немного места на приусадебном участке. С конструктивной точки зрения, тепловой насос схож с холодильником, который работает в обратном направлении. Он забирает энергию у окружающей среды и концентрирует ее в теплоносителе. В итоге вы получаете обогрев теплом земли. В жаркое время года может работать как кондиционер, в холодное – как источник тепла и горячей воды.
Экономное отопление – это то, к чему стремится каждый современный человек. И хотя изначально тепловые насосы были созданы исключительно для обогрева дома теплом земли, со временем они приобрели функцию кондиционирования. А это в условиях изменяющегося климата наших широт придает им особую привлекательность и повышает спрос на такое оборудование.
Заказать тепловой насос с доставкой и монтажными работами можно в компании «Инновационные системы». Мы много лет занимаемся продажей и установкой тепловых насосов и не советуем пробовать выполнить работы по устройству альтернативного отопления самостоятельно. Для этого есть специалисты нашего уровня и профессиональное оборудование.
Источник: http://www.innsystems.ru/page/otoplenie-ot-zemli.html