Геотермальное отопление: принцип работы, возможности и эффективность

Теплицы с геотермальным отоплением — оригинальный метод использования энергии с возобновляемых источников и элементарных законов физики. Область применения этого альтернативного вида энергии имеет достаточно обширна, но чаще всего он применяется для обогрева животноводческих ферм, птицефабрик и теплиц. Использование природных источников тепла позволяет получать существенную экономию, а следовательно, снижать себестоимость сельхозпродукции. Расчеты геотермальной системы отопления для каждого объекта производятся индивидуально.

Геотермальное отопление и его преимущества

Назначение отопительной системы теплицы — обеспечение температур достаточных для выращивания сельхозкультур и созревания их плодов. Для поддержания необходимой температуры внутри теплицы одного только парникового эффекта зимой будет недостаточно, но использование традиционных отопительных систем ведет к значительному удорожанию производственного процесса. Вопреки бытующему мнению, что новые способы альтернативного энергосбережения — это что-то сродни вечному двигателю, системы геотермального отопления реально работают на экономию и имеют ряд неоспоримых преимуществ:

• работая полностью автономно, они не требуют поставок энергоносителей и полностью не зависимы от изменения их стоимости,
• эксплуатация геотермальных систем — процедура мало затратная,
• системам не требуется дорогое сервисное обслуживание, согласования, периодические ремонты,
• при условии качественного выполнения период службы геотермальной отопительной системы составит как минимум 50 лет,
• система позволяет обеспечить нужную температуру внутри теплицы на протяжении круглого года,
• при сбалансированном мягком микроклимате в обогреваемом пространстве система производит равномерную вентиляцию и регулирует уровень влажности.

Стекло, поликрбонат или пленка?

На выбор способа обогрева влияет и материал, из которого изготовлена сама теплица. Так, в пленочных конструкциях источники тепла применяются с большей осторожностью. Поскольку этот материал очень легко повредить. И используют их обычно не круглогодично, а только в межсезонье для более ранней высадки растений или проращивания рассады.

Чаще теплицы изготавливают из стекла или поликарбоната. Поликарбонат – это ячеистый полупрозрачный полимер, который может выдерживать большие механические нагрузки.

Благодаря своей структуре, сохраняет температуру внутри помещения гораздо лучше стекла, пластика или других подобных материалов. Также выгодно отличается от стекла в ценовом отношении.

Стекло – наиболее проницаемо для солнечного света, а значит, и для аккумуляции естественного тепла. Но для использования в течение всего календарного года необходима установка стеклопакетов, что довольно дорого.

Геотермальное отопление — принцип работы

Функционирование систем геотермального отопления возможно благодаря стабильной температуре грунта на определенных глубинах. В зимнее время она может составлять 5-7 градусов по С, в летнее — 10 — 12. Таких показателей вполне достаточно для обеспечения базовой температуры в теплицах, благодаря излучению солнца и наличию парникового эффекта в зимнее время температура воздуха в теплице увеличивается в несколько раз.

В летнюю жару система работает на нормализацию микроклимата путем понижения температуры до 23-27 градусов. В принципе, такая температура является оптимальной для выращивания практически всех видов овощных культур. Благодаря воздухообмену на протяжении дня почва аккумулирует тепло, в ночное время — отдает его и обогревает теплицу, что способствует выравниванию дневных и ночных температур.

Геотермальные теплицы оказываются эффективными даже в условиях севера, конечно при суровом холодном климате потребуется дополнительный обогрев, но затраты на него будут вполне приемлемыми.

Конечно, строительство теплицы с геотермальным обогревом — задача не из простых, первая проблема — извлечение огромного объема грунта — ведь установка подземных коммуникаций потребуется на больших глубинах. Тем не менее, стоимость стройматериалов окажется значительно ниже, чем предполагаемые затраты на газ или электроэнергию, используемые при обустроенном традиционным методом обогреве теплиц, а эффективная работа геотермальной системы быстро компенсирует все финансовые затраты.

Рекомендации по эксплуатации

Наиболее эффективная работа теплового насоса обеспечивается в помещениях, где температура воздуха составляет от 14 градусов тепла. При любой возможности стоит предпочитать вертикальное расположение контуров горизонтальному, потому что оно самое эффективное из всех. Судя по отзывам, в чистом виде геотермальный обогрев нерационален, он прогревает воду слишком долго, потому во многих случаях такая система выполняет сугубо вспомогательную роль. Чтобы добиться высочайшей результативности, следует ориентироваться на максимально допустимую интенсивность вовлечения теплового ресурса и расчетных дебитов скважины.

Если внизу расположены не сухие породы, а горячая вода, это практически оптимальная ситуация. Тогда появляется возможность сэкономить и получить максимальную выгоду. Но надо помнить, что если планируется попутно использовать горячие подземные источники для водоснабжения, вода в них должна соответствовать типовым санитарным требованиям. Когда химический анализ показывает присутствие агрессивных компонентов, целесообразно организовать два автономных контура, жидкость в которых не перемешивается, а происходит только обмен теплом. На стенах закрепляют компрессоры либо от холодильников, либо от кондиционеров.

Если проводка в доме довольно слабая, стоит применить пару компрессоров, чтобы сократить пусковой ток благодаря последовательному включению. При монтаже конденсаторов следует заботиться о движении в них фреона от верхней точки к нижней, а не наоборот. Чтобы коллектор стабильно работал и обогревал помещение, его площадь (для частного дома величиной 100 кв. м) должна составлять 200-250 м2. Горизонтальную схему отопления не стоит использовать, если планируется впоследствии разбить сад или огород. Для комплектования системы можно использовать даже обычный скважинный насос.

Конструкция отопительной системы

По своей сути конструкция геотермальной отопительной системы достаточно проста. Она представляет собой два контура, расположенных под слоем грунта и на поверхности. При помощи первого производится сбор тепловой энергии, т.е. он представляет собой теплообменник. Его установка осуществляется или в не промерзающих водоемах на соответствующей глубине или в грунте, ниже точки его промерзания.

Трубы второго контура заливают водой или водой с добавкой соответствующего количества антифриза. Забранная теплоносителем энергия поступает к оборудованному двумя теплообменниками тепловому насосу, геотермальное отопление работает именно от энергии полученной таким способом.

Существует также вариант, когда для геотермального обогрева бурят скважину глубиной около 100 м, такой вариант намного эффективнее, но бурение на такую глубину стоит очень дорого.

Затраты

При изготовлении теплового насоса мощностью 9 кВт по теплу придется потратить:

• на изделия и материалы для конденсатора: 163 доллара;
• для испарителя: 206 долларов;
• на б/у компрессор и фреон: около 50 долларов.

При наличии автоматики общая стоимость самодельного теплового насоса составит примерно 500 долларов.

Полипропиленовая труба марки PN10 диаметром 50 мм для наружного контура будет стоить по 193 руб. за погонный метр.

Знаете ли вы, что отопить дом совершенно бесплатно можно, используя тепло земли? Геотермальное отопление: принцип работы, достоинства и недостатки технологии.

Принцип действия теплового насоса для отопления дома разберем в этой статье.

Планирование

Во-первых, следует заметить, что действующую теплицу невозможно оснастить эффективной геотермальной конвекцией. Это сложно выполнить с технической стороны, но даже в случае произведенной модернизации, полученная от нее эффективность будет значительно ниже той, которую возможно получить при правильном проведении проектных работ по сооружению нового объекта.

Во-вторых, для получения экономического эффекта следует проектировать геотермальные системы в круглогодично работающих теплицах, причем минимальная площадь их не должна быть меньше, чем 50 кв. м , увеличение площади будет способствовать повышению эффективности. Участок для сооружения объекта и его размеры следует определить еще до начала проектных работ.

Немаловажное значение имеет определение места для строительства, габариты участка должны существенно превышать площадь будущей теплицы. На участке не должны находиться разные постройки или расти деревья. При планировании теплицы с длиной и шириной превышающей 14 м, габариты сторон котлована следует увеличить на 3,5 м. При длине сторон меньшей 14 м потребуется котлован, размеры сторон которого будут превышать стороны сооружения примерно на треть.

Рыть котлован можно собственноручно, но можно задействовать в процессе технику. Из материалов следует заготовить:

• чистый речной песок,
• мелкий щебень,
• бутовый кирпич,
• полистироловые плиты,
• 110 мм трубы и узловые соединения к ним.

Назвать точную сумму затрат сложно, ориентировочно геотермальное отопление имеет стоимость около 120 — 140 долларов за каждый кв. м готового отапливаемого сооружения. Плотность прокладки подземных коммуникаций будет обратно пропорциональной к средне температурным показателям конкретно взятой климатической зоны.

Возведение фундамента для теплицы

Зимняя теплица своими руками может быть выполнена по типу термоса, для чего нужно поднять цоколь. В качестве фундамента может выступить ленточная конструкция, которую следует углубить на 50 см в землю. А вот ширина ленты может составить около 40 см. Для проведения заливки фундамента предпочтительнее выбрать теплые дни. Первоначально подготавливается траншея, ширина которой будет несколько больше, чем этот показатель, свойственный будущему фундаменту. Дно траншеи нужно тщательно выровнять, как и стенки. Далее можно приступать к обустройству подложки, которая будет состоять из песка. Поверх последнего можно засыпать гравий. Все полученные слои должны быть тщательно утрамбованы. Для того чтобы легче было уплотнить песок, можно использовать метод проливки его водой. Далее можно приступать к установке опалубки и приготовлению цементного раствора. Хоть зимняя теплица из поликарбоната будет легкой, ее фундамент предпочтительнее укрепить. Для этого должна быть использована арматура. Производить какую-то особенную перевязку арматуры не потребуется, так как фундамент будет небольшим. На его поверхность не будет оказываться сильная нагрузка. После проведения заливки фундамента его нужно оставить как минимум на неделю. Если работы производятся в жаркое время, нужно смачивать поверхность основания водой. После того как фундамент будет готов, на его поверхность можно уложить гидроизоляционный слой, что в особенности касается мест, которые будут примыкать к цоколю.

Установка геотермального отопления

Основная характеристика функционирующей отопительной системы является количество калорий тепловой энергии, которые она вырабатывает. Поскольку нормативной базы для геотермальных отопительных систем не существует, то при проведении детальных расчетов рекомендуется использовать положениями СниП, касающихся проектирования и монтажа климатсистем общего назначения.

Эффективную работу системы могут обеспечить воздуховоды, плотность размещения которых будет не меньшей, чем 2,7 м на 1 кв. м, в условиях холодного климата подземные коммуникации размещают более плотно.

Выводы

1. Геотермальное отопление для российского потребителя остается дорогим и массово используется только в развитых странах. При этом технология, лежащая в основе такого отопления, очень перспективна.
2. Усовершенствование и удешевление технологии получения тепла должно стать главным фактором распространения этого метода отопления в нашей стране.

Проведение расчетов

Чтобы выполнить расчет системы, необходимо учитывать базовые параметры:

• на глубине, превышающей в средней полосе России 15-20 м, температура выдерживается на уровне +8-+100С;
• для вертикальных конструкций принято брать в расчетах получаемое значение мощности в 50 Вт на 1 м высоты, а более точные значения зависят от степени влажности породы, присутствия грунтовых вод и пр.;
• сухая порода дает 20-25 Вт/м;
• увлажненная глина либо песчаник 45-55 Вт/м;
• твердые гранитные породы обеспечат до 85 Вт/м;
• наличие грунтовой воды дает до 110 Вт/м.

С чего начать установку оборудования для геотермального отопления

На выполнение работ потребуется от 2-х до 4-х недель. Самым трудоемким этапом будет выемка грунта, оптимальный вариант — нанять специальную технику, а именно — экскаватор. Монтаж коммуникаций особой сложности не представляет, с ним можно справиться собственными силами.

В зависимости от климата и глубины промерзания почвы рассчитывают глубину котлована, для областей средней полосы достаточной будет глубина в 3 — 3,5 м. Если климат более теплый, то котлован можно делать помельче. Верхний плодородный слой земли аккуратно снимают и сохраняют, глинистые слои вывозят. Форма котлована может быть прямоугольной или трапециевидной, стенки его крепить не требуется.

На глубине большей 0,7 м откосы котлована следует изолировать пенополистирольными плитами. Дно котлована засыпают щебнем (15 см), далее — слой песка, толщиной около 30 см, утрамбовывают. Далее шнуром отбивают внутренний контур каждой из стен будущего сооружения и определяют его продольную ось.

Для прокладки воздуховодов используют пвх сантехнические трубы диаметром 110 мм. Прокладку труб производят в соответствии с размеченным контуром пролегания. Рекомендуется укладывать трубы «змейкой», при таком варианте трубопровод делят на участки шириной 1,5 — 2 м. Расстояние трубопровода от стен котлована должно составлять от 0,3 до 0,5 м. Каждый из воздуховодов должен иметь в центре тройниковое соединение с тремя раструбами. На следующем этапе производят вывод центрального ответвления от этого соединения наверх, ориентируясь на продольную ось теплицы.

После сооружения теплицы наращивают центральное ответвление воздуховода, при этом концы труб должны быть ниже уровня крыши на 30-35 см. Наверх выводят и боковые отводы сегментов, расстояние между ними и стенами теплицы должно составлять не менее 0,2 м. Центральные и боковые отводы глушат при помощи пластиковых заглушек или мембран из полиэтилена. Вертикальные участки системы фиксируются путем засыпки их основания. Ответвления, выходящие на поверхность должны быть строго вертикальными.

Закончив монтаж системы, котлован засыпают до уровня, на котором находится верхняя граница теплоизолирующих плит — 70 см от уровня грунта. Площадь котлована, которая окажется за пределами внутренней части теплицы укрывают слоем пенопласта и засыпают слоем грунта, пока она не поднимется до уровня почвы.

Стенки образовавшегося приямка крепятся при помощи щитовой опалубки, затем изолируются пенополистирольными плитами. Углубление, образовавшееся внутри теплицы, засыпают черноземом, не доходя до уровня грунта примерно на 35-40 см.

принцип организации процесса воздухообмена

Нормально функционирование системы в принципе не требует организации принудительного воздухообмена. Для избежания резких перепадов температур и улучшения рабочих параметров возможна установка самодельного вытяжного вентилятора и фильтрующего устройства. Если устанавливается система принудительного воздухообмена, то она также будет осуществлять фильтрацию воздуха. Изготовить систему можно своими руками воспользовавшись достаточно простой схемой.

установка антимоскитной сетки

Чтобы защитить систему от попадания в нее различных насекомых устанавливают москитную сетку, размер ячеек может быть от 02 до 0,4 мм, сетку натягивают на пяльцы и вклеивают в футляр, в котором размещен вентилятор.

как бороться с конденсатом

Поскольку температурные показатели почвы и воздуха могут существенно отличаться, то можно предположить, что в трубопроводе будет образовываться конденсат. Для предотвращения этого явления в трубах сверлят отверстия диаметром 5 мм, до 15 шт на погонный метр. При закладке трубы следует располагать отверстиями вниз. Для регулировки влажности воздуха в сегменты может подливаться вода в количестве 3-5 литров.

Если обогрев осуществляется по принципу воздушной конвекции то уход за ней будет заключаться только в очистке антимоскитных сеток. Отапливаемые таким образом теплицы — это выгодный вариант получения оптимальных температурных показателей путем использования автономного климатооборудования.

Монтаж

Существует несколько способов, позволяющих затратить минимум пространства для монтажа тепловых насосов:

1. эксплуатация подземных зондов. Для этого потребуется запустить в глубокую скважину специальный контур, который наполнен антифризом;
2. эксплуатация теплых грунтовых вод. Для этого потребуется пробурить достаточно глубокую скважину. Грунтовые воды прогоняются через теплообменник, предварительно выкачиваясь насосом;
3. прокладка специальных зонтов в горизонтальном положении ниже уровня зимнего оледенения на дне водоема.

Устройство промышленных теплиц: обогрев и освещение

Отопление промышленной теплицы всегда становится насущной проблемой в холодное время года. Каждый владелец тепличного комплекса ищет свой выход из создавшейся ситуации. Кто-то решает проблему с помощью угля антрацит, кого-то устраивает воздушная система обогрева, кто-то внедряет малые и крупные российские и мировые технологии обогрева нового поколения.

Освещение в больших конструкциях не менее важно. Особенно, если теплица «работает» и зимой

Для оборудования освещения устанавливают новые светодиодные лампы и светильники, начиная включать их, как только прорастут семена. Не стоит забывать и об оросительной системе.

Системы полива бывают:

• Капельный;
• Автономный;
• Обычный;
• Воздушный.

Немаловажную роль играет и вентиляция. Последнее время, с учетом уже 2021 года, активно используется автоматическая система проветривания с установкой зашторивания. Вам стоит лишь правильно выставить датчики, и схемы будут сами делать все за вас.

Подведем итоги

Не стоит пугаться внушительного фронта работ. Опыт демонстрирует, что с нулевого цикла до установки фильтров проходит около 3 недель, что, с учетом полувековой эксплуатации системы, – срок просто ничтожный. Подобные схемы широко используются в регионах с морозным климатом, в числе лидеров – Гренландия, обширная территория которой всегда скрыта под слоем снега. Помните, что один раз потратив 3 недели, более вы не будете уделять системе ни минуты. Для корректной эксплуатации не нужно никаких внешних воздействий, достаточно лишь изредка очищать засорившиеся москитные сетки.