Зміст:
- Як це працює?
- Види установок для відбору тепла землі
- Плюси і мінуси
- Висновок
Треба визнати, що середньостатистичний обиватель мало замислювався про виснаження земних надр, забруднення атмосфери і навколишнього середовища в цілому від спалювання вуглеводнів. І тільки зараз люди всерйоз стали звертати увагу на екологічно чисті та відновлювальні джерела енергії, оскільки вартість вуглеводневої палива стала неухильно зростати. Один із способів використання таких невичерпних джерел — опалення будинку теплом землі. Інформацію про те, як воно діє і яким чином втілюється в життя, ви знайдете в цій статті.
Як це працює?
Загальновідомий факт, що температура ґрунту на глибині близько 1,5 м і більше постійна протягом усього року. Її значення лежить у діапазоні плюс 5-7 °С, причому температура поступово підвищується з ростом глибини. Завдяки такому явищу люди зберігають продукти і овочі з городу в підвалах.
Виходить, що температура там завжди позитивна і гріх не використати це тепло землі для обігріву житла.
Найбільше людини привертає той факт, що теплова енергія ґрунту – безкоштовно. Але от витягти її і направити в будинок обійдеться в кругленьку суму, про що ми поговоримо далі.
Переміщати в приміщення таке слабеньке тепло, як +7 °З абсолютно безглуздо. Завдання стоїть не так: нам потрібна енергія, а не температура. І в цьому може допомогти звичайний кондиціонер, тільки перевернутий навпаки. Адже що він робить? Влітку бере енергію зсередини будівлі і переміщує назовні, а взимку – в зворотному напрямку. Це відбувається завдяки теплообмінних процесів усередині холодильної машини (цикл Карно).
Якщо коротко і простими словами, то всередині кондиціонера циркулює між двома теплообмінниками рідина – хладоноситель. У першому вона випаровується, відбираючи теплоту від повітря приміщення, а в другому – конденсується, віддаючи її в навколишнє середовище. Переходу холодоагенту з одного агрегатного стану в інше сприяють 2 головних агрегату – компресор і розширювальний клапан.
Таким же чином виділяється теплова енергія землі. По контуру з труб, вміщеного всередину грунту, рухається теплоносій, нагріте до температури +7 °С. В першому теплообміннику він зустрічається з робочим тілом – фреоном, змушуючи його випаруватися. У другому фреон конденсується, передаючи отриману теплову енергію системі опалення.
В результаті такого переміщення земля охолоджується на 2-3 °С, а от будинок прогрівається на 20-40 °С. Не варто звертати увагу на невідповідність температур, адже в земляному контурі теж циркулює в 10 разів більше рідини, ніж в опалювальному. Енерговитрати – мізерні, витрачається електрика для роботи компресора, насоса і автоматики. В цілому співвідношення витрат енергії до видобутої з землі – приблизно 1 : 5-1 : 7.
Установка, що забезпечує використання енергії землі для опалення, має свою назву – геотермальний тепловий насос.
Види установок для відбору тепла землі
Внутрішнє пристрій теплового насоса, коротко описане вище, залишається незмінним у будь-якому випадку. А от конструкція зовнішнього контуру, що отримує енергію з грунту, буває 2 типів:
- горизонтальний: в котлован розрахункового розміру і глибиною 1.5—2 м укладається полімерна труба з певним кроком;
- вертикальний: труби контуру опускаються у глибокі свердловини. Їх кількість визначається розрахунком.
Рити котлован зручно на етапі будівництва приватного будинку, це робиться якраз у тому місці, де планують зводити будинок. Також горизонтальний контур можна влаштувати в тому випадку, якщо є досить велика ділянка землі біля будинку. Коли такої ділянки немає і місця зовсім мало, енергія землі відбирається геотермальними зондами з глибоких свердловин. Їх доведеться зробити кілька в різних місцях.
Кінці труб від одного чи кількох зовнішніх контурів прокладаються до будинку під землею і входять у підвальну частину будинку, де і приєднуються власне до теплового насосу. Теплоносієм, що протікає в підземних змеевиках, зазвичай служить вода або незамерзаюча рідина, в залежності від регіону будівництва.
По ефективності отримання енергії землі вертикальні контури перевершують горизонтальні, так як часто проходять крізь водоносні горизонти, а це покращує відбір теплоти. Вони тримають першість і за вартістю монтажу, особливо якщо буріння свердловин відбувається в ускладнених умовах.
Плюси і мінуси
Видобута з грунту теплова енергія, як ми вже з’ясували, практично нічого не коштує і це головний плюс. Але є й інші:
- джерело тепла – поновлюваний, простіше кажучи – невичерпне;
- екологічність і безпека теплової установки не мають собі рівних;
- хороший вихід енергії при малих витратах;
- не потрібно ніяких дозволів на монтаж або підключення;
- висока ступінь автоматизації, а отже, й комфорту;
- нечасте обслуговування;
- низька ступінь пожежної небезпеки.
Є ще одна важлива гідність геотермальної системи. Оскільки температура ґрунту на глибині залишається незмінною цілорічно, то влітку насос перестає бути тепловим, а стає охолоджуючим. Установка переключається в літній режим, холодоагент рухається в інший бік, а теплообмінники функціонально міняються місцями. Якщо приватний будинок обладнаний агрегатами повітряного опалення – фанкойлами, то система подає до них холодну воду, від якої охолоджується повітря у приміщеннях.
Недолік у геліосистем тільки один, але настільки істотний, що часто перекреслює всі достоїнства. Як неважко здогадатися, це вартість устаткування і монтажних робіт. Всякий зрозуміє, що риття котлованів і буріння свердловин влетить у копієчку, таку роботу своїми руками не зробиш. Труби завдовжки близько кілометра, сама установка, автоматика, — все це обійдеться в кругленьку суму. Ось чому використання тепла землі досі доступно небагатьом людям.
Висновок
Абсолютно ясно, що застосування теплової енергії грунту для обігріву будинку має довгострокові перспективи. Це в Європі подібні системи стали буденністю, у наших громадян доходи поки що не досягли необхідного рівня. Але за тепловими насосами – майбутнє, це теж не викликає сумнівів.