Геотермальная система отопления загородного дома - все еще экзотика среди жителей России. И на то есть ряд веских причин. Хотя, например, в Скандинавии около1,5 миллионов домохозяйств отапливаются с помощью геотермальных систем. Разберем преимущества и недостатки данного способа получения тепловой энергии.
Что такое геотермальное отопление
На глубине около 3-х километров вглубь Земли температура достигает около 100 градусов Цельсия. На глубине более 100 километров может достигать более 6000 градусов Цельсия. Данные процессы происходят из-за распада радиоактивных элементов в ядре Земли, который и производит тепло.
Геотермальное отопление (придуманное в Исландии) - это метод отопления зданий, основанный на использовании тепла земли для нагрева теплоносителя. Он является абсолютно экологически чистым и энергоэффективным, так как использует возобновляемые источники тепла и не производит вредных выбросов в атмосферу.
Принцип работы геотермального отопления заключается в использовании разницы температур между поверхностью земли и ее глубокими слоями. Вода или антифриз, которые служат теплоносителем, циркулируют через систему геотермальных коллекторов, расположенных глубоко в земле или в водоеме. Они собирают тепло от земли или воды и передают его теплоносителю, который поднимается на поверхность и используется для нагрева радиаторов, теплого пола или системы вентиляции.
Система геотермального отопления с использованием вертикального зондажа
В данной системе тепловые зонды устанавливаются вертикально в земле - обычно на глубине от 50 до 200 метров. Они состоят из множества труб, через которые циркулирует жидкость, собирающая тепло. Затем она поднимается вверх и используется для обогрева здания.
Основные материалы, из которых изготавливаются геотермальные зонды:
- сшитый полиэтилен (PE-X): термопластичный материал, который обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии, также имеет низкую теплопроводность, что позволяет сохранять тепловую энергию при передаче;
- полибутилен (PB): этот материал также обладает хорошей прочностью, гибкостью и коррозионной стойкостью; идеально подходит для использования в геотермальных системах, так как сохраняет свои свойства при высоких температурах;
- металлопластик (Al-PE, Cu-PE): трубы состоят из внутреннего и внешнего слоев полиэтилена и металлического слоя между ними, обеспечивают высокую прочность и устойчивость к коррозии, а также хорошую теплоизоляцию;
- нержавеющая сталь (SS): обладает высокой прочностью, долговечностью и устойчивостью к коррозии.
Плюсы системы с использованием вертикального зондажа
- Система с использованием вертикального зондажа может обеспечить высокую эффективность отопления, так как тепло поступает из глубоких слоев земли, где температура достаточно высока.
- Геотермальная энергия является возобновляемой и экологически чистой, что делает ее более привлекательной для окружающей среды.
- Система с вертикальными зондами может прослужить до 100 лет без необходимости замены или ремонта.
Минусы системы с использованием вертикального зондажа
- Может быть довольно дорогой, особенно если требуется бурение глубоких скважин.
- Установка вертикальных зондов может быть сложной и трудоемкой, требующей специального оборудования и навыков.
- Ограничения по местоположению: вертикальные зонды могут быть установлены не везде, так как для их эффективной работы требуется наличие глубоких слоев грунта с высокой температурой.
Система геотермального отопления с использованием горизонтальных коллекторов
В данной системе коллекторы устанавливаются горизонтально в земле на глубине около 2-3 метров. Они состоят из труб, по которым также циркулирует жидкость для сбора тепла. Затем она возвращается в здание для обогрева.
Для систем геотермального отопления с горизонтальными коллекторами используются те же материалы для труб, что и для тепловых зондов. Однако, есть несколько особенностей:
- общая длина труб - значительно больше, что требует более прочных и устойчивых к коррозии материалов, они должны быть гибкими, чтобы было легко их прокладывать;
- в целом, для горизонтальных коллекторов используются те же материалы, что и для вертикальных зондов, но с учетом дополнительных требований к прочности, гибкости и защите от коррозии.
Плюсы системы с горизонтальными коллекторами
- Более низкая стоимость по сравнению с вертикальными системами.
- Не требуется бурение глубоких скважин;
- Простота установки.
Минусы системы с горизонтальными коллекторами
- Эффективность хуже, чем у вертикальных систем, так как температура грунта на небольшой глубине ниже.
- Ограниченность использования, так как требуется достаточная площадь для размещения длинных коллекторов.
Особенности монтажа геотермального отопления
Горизонтальные коллекторы прокладываются СТРОГО ниже глубины промерзания грунта. В случае, когда грунтовые воды находятся достаточно высоко, обязательно создание подушки из песка - это делается для того, чтобы проложенный контур не выдавливался в ходе эксплуатации.
Для прокладки горизонтальных коллекторов необходим свободный участок земли от 2,5 соток - из расчета 40 метров труб/ 1 кВт тепловой энергии. На этой земле категорически нельзя высаживать деревья и строить здания с фундаментом.
Система с вертикальным зондом эффективнее горизонтального в среднем в 3 раза (в зависимости от породы грунта). 1 кВт = 10-30 метров труб.
При подводном геотермальном отоплении источник воды должен находится не дальше 100 метров от дома. 1 кВт тепловой энергии = 30-35 метров труб. Обязательна установка специального якорного балласта ( чтобы коллектор не всплыл), а также защита по кромке образования льда. Данная система - в разы дешевле горизонтальной и вертикальной по земле.
Подводные камни геотермального отопления
Почему геотермальное отопление не популярно среди владельцев частных домов в России? Ниже - самые популярные аргументы.
- Все вместе - оборудование + монтаж - в среднем в 8-10 раз дороже относительно, например, установки газового отопления.
- Отсутствие автономности. На каждые полученные 4 кВт тепловой энергии приходится 1 кВт электричества (впрочем, любая система развязки, даже с полностью механическим твердотопливным котлом, требует электроэнергии).
- Теплоотдача геотермальных систем также ниже традиционных - например, с трубы, установленной на глубину 30 метров, можно взять в среднем 40 кВт тепловой энергии с погонного метра.
- Срок окупаемости геотермальной системы довольно большой - около 15 лет. В то время как установка твердотопливного котла с развязкой и радиаторами окупится через 3-5 лет.