В наше время, когда цены на природный газ и нефть постоянно растут, геотермальная энергия становится прекрасным альтернативным вариантом для владельцев загородных домов. Данные системы позволяют значительно экономить на теплоснабжении, однако они несколько сложнее в проектировании, установке и организации работы, нежели иные типы климатического оборудования. Но, благодаря поразительной эффективности работы геотермального отопления, оно стало очень популярным в США и Западной Европе.

Геотермальные насосы

Геотермальные насосы используются уже больше 30 лет. В Швеции около 70% тепловой энергии синтезируется именно такими насосами, а в Стокгольме для организации отопления квартир используют тепло Балтийского моря. В Германии и Англии установка жителями геотермальных систем отопления дотируется государством. В США законом провозглашено обязательное использование таких насосов в тех зданиях, содержание которых осуществляется из бюджета государства.

Появление нового оборудования позволяет открыть доступ к применению энергетического потенциала земли. Для обеспечения автономного энергообеспечения все чаще применяют не только геотермальные насосы, но и ветряные генераторы, солнечные батареи.

Следующим немаловажным аспектом, говорящим в пользу геотермального отопления, является экологическая чистота используемой энергии. Добываемая из тепла земли энергия не загрязняет атмосферу, не содержит углекислого газа. Такая энергия может добываться в любом необходимом количестве. Помимо этого, для добычи не нужен резервуар. Удобно и то, что установка, предназначенная для добычи этой энергии, не нуждается в постоянном сервисе и отличается довольно низкими эксплуатационными расходами.

Грунтом аккумулируется около 98% всей излучаемой солнечной энергии. В связи с этим даже в зимний период в земле есть достаточно тепло, которое способно обогреть здания. Из окружающей среды получается 80% требуемой для подогрева воды и обогрева дома энергии. Геотермальная энергия есть повсеместно и в неограниченном количестве. Эта энергия бесплатна. Затраты на отопление присутствуют лишь потому, что необходимо оплачивать электроэнергию, за счет которой работает тепловой насос. Геотермальная энергия может использоваться и для отопления помещений, и для их кондиционирования, и для подогрева воды.

При геотермальном отоплении из одного киловатта электроэнергии получают от трех до пяти киловатт тепла. Чтобы обеспечить частный дом малое предприятие, офис тепловой энергией требуется тепловой насос и скважина глубиной до 200м. Возможно бурение двух и более скважин в этом случае суммарная глубина скважин уменьшается. 

Сегодня же наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования является геотермальный тепловой насос (ГТН). Такие насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах ЕС. Насосы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах.

Все энергопотребление дома за год составляет 10 МВт-ч. Излишков энергии хватает для поездок на серийном автомобиле с двигателем, переделанным под водородное топливо.

Масштабы внедрения геотермальных тепловых насосов в мире ошеломляют. В США ежегодно производится около миллиона геотермальных тепловых насосов. В Швеции 70% тепла обеспечивается тепловыми насосами, использующими как источник тепла Балтийское море с температурой +8 С.

Толчок к развитию ГТН-системы получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития ГТН-системы устанавливались в домах высшей ценовой категории, но за счет применения современных технологий геотермальные тепловые насосы стали доступны большинству потребителей.

Теплоноситель (обычно вода, иногда энергия грунта и воздуха) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низкопотенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух, тепло грунтовых, артезианских и термальных вод, воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло).

В мире, по прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.

Расчеты показывают, что в средней полосе России двухэтажный коттедж площадью 100 кв. метров за год получает от солнца более 160 МВт-ч энергии, что превышает всю его годовую потребность даже при нынешнем расточительном потреблении энергии.

В результате тепло, накопленное землей или водоемом, отбирается теплообменниками теплового насоса. Электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости. В общем, используется энергия солнца, которое нагревает землю, воду и воздух.Надо только уметь взять эту энергию. Тут подойдут и ГНТ-системы, и гелиоприемники, было бы желание покончить с зависимостью от углеводородного топлива.

Принцип геотермального отопления

В основе действия геотермального отопления лежит очень простой принцип. В доме устанавливают тепловой насос, который превращает энергию грунта, воздуха, воды в тепло, требуемого для подогрева воды, отопления дома. Места для теплового насоса требуется не больше, чем для обычной стиральной машины. Срок службы скважины составляет более 100 лет. Помимо этого установка в новых и старых зданиях тепловых насосов значительно увеличивает стоимость такого жилья.

Сам геотермальный тепловой насос включен в два контура. Внутри здания находится первый кольцевой контур. Под землей находится второй контур – теплообменник. Организация первого контура всем известна. А для организации второго контура под землей (глубина от двух метров) прокладывают трубы (шланг). На дне рек или озер закладывается скважина глубиной от 30м до 100м. Длина контура может составлять от нескольких сотен до нескольких десятков метров. Внутри контура циркулирует жидкость (вода либо вода, в которую добавлен антифриз).

Во внешнем контуре вода принимает температуру среды, поступает в тепловой насос. Этот насос, в соответствии с установленным режимом работы (на охлаждение либо тепло) при помощи хладагента и компрессора аккумулирует тепло, передает его контуру внешнему (при охлаждении) либо контуру внутреннему (при обогреве).

Затраты на приобретение установки и обустройство геотермального отопления окупаются через 5-8 лет.