Альтернативные автономные источники энергии для "Умного дома" все активнее внедряются в жизнедеятельность человека. Причин для этого достаточно: неуклонный рост цен на газ и электричество, экологические проблемы и даже вопросы геополитики и глобализации. Несмотря на довольно емкие первоначальные инвестиции, автономные геотермальные системы очень эффективны и достаточно быстро себя окупают (6 - 8 лет), чем завоевывают все более широкую популярность, независимо от климата и географического региона.
С учетом климатических особенностей нашего региона специалисты посчитали, что наименьший срок окупаемости (2 - 3 года) приходится на дома с площадью, не превышающей 200 кв.м.
Что такое тепловые насосы?
Тепловые насосы - это устройства, способные перекачивать низкопотенциальное тепло из земли (геотермальное), воды (гидротермальное) или воздуха (аэротермальное) в высокопотенциальное тепло для горячего водоснабжения и отопления дома. Или наоборот, охлаждать помещение вместо кондиционера в летний период. В основе действия теплового насоса лежит цикл Карно: испарение → сжатие → конденсация → расширение. Эти современные и высокотехнологичные устройства способны собрать около 75% тепла из окружающей среды. Экономия средств на традиционные источники тепловой энергии (газ или электричество) при этом составляет ¾ от общих затрат.
Принцип действия системы геотермального отопления.
Принцип действия геотермального отопления основан на использовании тепла земли. Известно, что более 90 % солнечной тепловой энергии поглощается грунтом, температура которого на глубине непромерзающего слоя равна среднегодовой температуре воздуха над поверхностью. Чем глубже от поверхности, тем выше температура.
Чтобы обеспечить дом теплом нужны скважина и геотермальный тепловой насос. Тепловой насос - основной элемент системы, связывающий два контура: внешний и внутренний. Для его работы необходима электрическая энергия. Вариант устройства внешнего контура и глубина геотермальной скважины для каждой местности может быть индивидуальными и рассчитываются специалистами.
- В скважину опускаются трубы (внешний контур), которые играют роль своеобразного теплообменника. По трубе с помощью насоса циркулирует жидкость (вода или антифриз), которая нагревается до температуры грунта.
- Затем жидкость поступает в специальный теплообменник и нагревает хладагент - вещество, закипающее при низкой температуре.
- Пары хладагента сжимаются в компрессоре и попадают в конденсатор.
- Там, благодаря высокому давлению, вещество начинает конденсироваться. В таком состоянии температура его значительно повышается. Конденсатор является частью следующего теплообменника, где уже хладагент нагревает воду в трубах и радиаторах внутреннего контура, которые в свою очередь обогревают дом.
- Далее цикл повторяется: охлажденная жидкость (антифриз) поступает во внешний контур, циркулируя таким образом по закольцованной системе.
Эффективность такой системы очень высока. Для получения 5 кВт тепла расходуется только 1 кВт электроэнергии.
Способы устройства внешних контуров.
Существует несколько способов устройства внешнего контура геотермальной системы отопления. Основные - вертикальный и горизонтальный. Для каждого участка выбор варианта индивидуален. Учитываются не только геологические и рельефные особенности. Во внимание нужно принимать также площадь участка, количество насаждений и даже материальные возможности собственника.
1. Принцип монтажа горизонтального контура напоминает устройство теплого пола. Коллектор - змеевидная замкнутая система труб - залегает на глубине около 2 метров (или глубже промерзающего слоя для более северных широт) и занимает площадь, в 2.5 - 3 раза больше площади пятна застройки дома, что скорее всего является больше недостатком, чем преимуществом. Проект ландшафтного дизайна и озеленение участка в этом случае нужно внимательно выполнять с учетом существующих подземных коммуникаций. Крупные деревья нельзя высаживать на расстоянии ближе 3-х метров от подземного коллектора.
2. С учетом преимуществ в большинстве случаев более выгодно использовать вертикальный контур или, как его еще называют, вертикальный зонд. В данном случае не требуется большая свободная площадь для его устройства. Глубина и количество скважин для бурения рассчитывается в зависимости от производительности насоса, что в свою очередь зависит от количества теплопотребления дома. В среднем 1 метр контура способен обеспечить около 40 Вт тепла. При этом нужно учитывать и такие параметры, как теплопроводность грунта. В зависимости от этого глубина скважины может варьировать от 50 до 200 метров. Хоть этот способ и более дорогой, но вполне себя оправдывает весьма продолжительным сроком эксплуатации до 100 лет.
В некоторых случаях трубы контура укладывают кольцами в вертикальном или горизонтальном варианте. Это позволяет увеличить их длину, соответственно и эффективность системы в целом. Возможен комбинированный вариант, когда оба контура используется одновременно.
Преимущества и недостатки.
Преимущества систем геотермального отопления очевидны:
- Полная автономия от центральных систем отопления;
- Экологическая безопасность;
- Безопасность при эксплуатации в плане аварий и пожаров;
- Неиссякаемый и довольно дешевый источник тепловой энергии;
- Высокая эффективность;
- Быстрая окупаемость.
По этой причине геотермальное отопление при строительстве коттеджей очень популярно в США и Западной Европе. В Америке установка таких систем предусмотрена на законодательном уровне, в том случае если затраты на отопление здания оплачиваются государственным бюджетом.
Недостатки систем геотермального обогрева/охлаждения можно отметить следующие:
- Большие инвестиции на установку оборудования. Очевидно, что не каждый владелец загородного дома имеет возможность потратить сразу крупную сумму в расчете на долгосрочную окупаемость проекта. Поэтому в некоторых странах обеспечение зданий и домов геотермальной тепловой энергией дотируется государством;
- Для бесперебойной работы системы необходим постоянный источник электроэнергии.
