Добыча энергии из возобновлемых источников остается главенствующим трендом не только в Европе, но и в России: солнечные и ветряные электростанции, появляющиеся в разных уголках нашей Родины, перестают удивлять громадными масштабами сооружений и становятся полноценной частью окружающего нас контекста. При этом, нельзя сказать того же о новом для нашей страны и менее заметном источнике тепла - геотермальном, расположенном под поверхностью нашей планеты и практически не имеющем никаких характерных внешних атрибутов.
Что такое геотермальное тепло и каков принцип добычи энергии из-под земли? Какие бывают виды геотермальных систем отопления? Насколько это дорого и эффективно? Рассказываем о подземных источниках тепла в нашей статье.
Подпишитесь на канал и поставьте лайк этой статье после прочтения!
Предпосылки
Традиционные источники тепла, основанные на сжигании углеродного топлива или на электричестве, с каждым годом становятся менее эффективными из-за увеличивающейся стоимости ресурсов. Кроме того, при использовании углеводородов, в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Приченение ущерба экологии и рост цен объясняют привлекательность альтернативных способов отопления.
Энергия Солнца и Земли
Наша планета хранит колоссальное количество энергии: солнечное излучение нагревает землю, накапливая тепло в верхних слоях породы. Температура грунта ниже уровня промерзания (как правило от 1,5 метров) сохраняет положительные значения в 8-12 °C. В то же время, расположенные в недрах земли термальные источники способны отдавать неизмеримое количество тепла самой планеты. Обычно такие источники находятся на глубине от 2 километров или ближе к поверхности, в случае соседства с гейзерами и вулканами.
В зависимости от необходимого количества добываемого тепла, геотермальные системы могут быть базированы как на поверхностных, так и на глубоко заложенных слоях грунта.
Данная технология является частью глобального тренда устойчивости, подробнее о котором мы писали в нашей статье «Устойчивость. Как зеленая архитектура помогает экологии». Рекомендуем к прочтению!
Принцип добычи подземного тепла
Первое исследование использования геотермальной энергии было опубликовано в далеком 1824 году во Франции ученым Сади Карно. Принцип работы системы отопления похож на устройство холодильной камеры, в которой тепло отводится за ее пределы посредством обменника. В нашем случае, геотермальная система вытесняет холод в грунт, накапливая тепло в помещении.
Согласно законам термодинамики, энергия нагретого тела переходит к холодному, устремляя систему к равновесию. Благодаря расширению-испарению хладогента, его объем увеличивается, а температура снижается, провоцируя энергию земли уравновесить систему. Таким образом, контактируя с грунтом через промежуточный теплоноситель, фреон забирает тепло земли, чтобы потом отдать его в обогреваемое помещение.
Геотермальная система позволяет отапливать здания до комфортной температуры в 22-24 °C.
Виды устройства
Выбор устройства геотермальной системы зависит от существующих условий на территории. Рассмотрим три основных вида систем, обладающих разными преимуществами:
Горизонтальный
Размещение коллектора происходит ниже уровня промерзания грунта - глубина заложения зависит от региона и начинается от 1,5 метров.
Данное устройство применяется на больших участках: площадь коллектора должна быть не меньше суммы отапливаемых площадей. Является самой распространенной системой в загородном домостроении.
Вертикальный
Размещение коллекторов происходит в скважинах, входящих в почву под разными углами. Внутри скважин, заложенных на глубине до 50 метров, размещают геотермальные зонды - U-образные трубы, выполненные из пластика марки ПНД.
Один погонный метр скважины способен отдать до 50 Вт энергии: чтобы получить 10 кВт тепла, нужно заложить не менее 200 погонных метров геотермальных зондов. Данное устройство актуально при небольшой площади участка: данный способ в разы дороже горизонтального.
С использованием водоема
Для устройства третьего типа необходим водоем, расположенный по соседству и не полностью промерзающий зимой - его глубина должна превышать 2 метра. На дно водоема опускается геотермальный контур.
Преимущества устройства заключаются в минимизации земляных работ и его эффективности: для отопления 100 квадратных метров площади понадобится до 300 погонных метров коллектора. Минусом является необходимость специального разрешения, которое может быть сложно получить при работе с общественным водоемом.
Эффективность и стоимость
Геотермальная система из 1 единицы энергии генерирует 5 единиц: чтобы получить 5 кВт/ч энергии, тепловой насос израсходует до 1 кВт/ч энергии. Показатель эффективности такой системы составляет 530%. Для сравнения: эффективность современного газового котла равна 98%.
В сравнении стоимости газового и геотермального отопления, эксплуатация последнего обойдется дешевле: данная система потребляет в 3-5 раз меньше электричества. Кроме того, автоматика тепловых насосов дает возможность максимально использовать льготный ночной тариф на электроэнергию.
Оборудование «под ключ» геотермальной системы отопления для здания площадью 300 квадратных метров, по разным источникам, будет стоить в пределах от 1.000.000 до 1.900.000 рублей. При этом, половина средств пойдет на покупку теплового насоса.
Анализ перехода с газового отопления на геотермальное, проведенный в сравнении установленной газовой системы с оборудованием с нуля геотермальной системы, показывает относительно небольшой срок окупаемости в 5-20 лет эксплуатации, точное значение которого зависимости от типа геотермальной системы.
Плюсы геотермальной системы отопления
- Экологичность, пожарная безопасность, автономность, отсутствие шума и высокая стабильность системы, работающей при любых погодных условиях;
- Лаконичность оборудования, размещаемого в доме: занимаемое место сопоставимо с габаритами стиральной машины;
- Длительный эксплуатационный ресурс: тепловые насосы служат от 20 до 30 лет при временных промежутках между профилактическими ремонтами насоса в 100.000 часов;
Минусы геотермальной системы отопления
- Значительные первоначальные финансовые затраты на устуновку геотермальной системы отопления.
- Для непрерывной работы системы необходимо электропитание. Оборудование дома запасной системой электроснабжения поможет избежать прекращения отопления дома из-за внезапного отключения электричества.
В качестве запасной системы электроснабжения отлично подойдет солнечная электростанция. Подробнее о ее эффективности читайте в статье «Как сэкономить миллион на электроэнергии?», а о том, как выглядят современные дома, оборудованные подобными системами вы можете узнать из статьи «Как выглядят дома – электростанции? Современная солнечная архитектура». Рекомендуем к прочтению!
Популярность в мире и в России
Данный способ отопления, на своем первоначальном этапе распространения, использовался лишь в США для обогрева дорогостоящего элитного жилья. Показав на практике свою долговечность и рентабельность, геотермальные системы отопления начали широко использоваться в обычных домах: например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева.
На территории нашей страны геотермальные системы отопления - явление достаточно новое. Отсутствие популярности этого вида обогрева жилища, в первую очередь, связано с финансовой стороной вопроса. Производство тепловых насосов на территории нашей страны и распространение данной технологии, со временем, сделают ее более доступной для Россиян.
Остались вопросы о геотермальных системах отопления?
Задавайте их в комментариях, где мы на них с радостью ответим.
В наших проектах мы часто закладываем решения из области зеленой энергетики. Хотите сэкономить и внести вклад в здоровье экологии?
Обращайтесь в KODA bureau.
Следите за последними трендами в архитектуре и изучайте интересные проекты вместе с нами. Подпишитесь и поставьте лайк этой статье!