В домашних отопительных системах с использованием тепла Земли (далее – домашние геотермальные отопительные системы — ДГОС) применяются технологии переноса тепла горных пород или грунта в контур потребления отопительной системы. Известно, что на глубине уже нескольких метров грунт и породы имеют постоянную положительную температуру, свойственную конкретным условиям залегания.
Основной элемент ДГОС – геотермальные тепловые насосы (ГТН), которые обеспечивают дома не только автономным отоплением, но и горячим водоснабжением, возможностью охлаждения воздуха. Принцип их работы заключается в том, что от грунта или породы посредством теплообменника тепло передается на хладагент ГТН. Когда хладагент сжимается компрессором, происходит повышение температуры теплоносителя (часто — вода), который и подается в контур отопления. Самые внимательные догадались, что тепловые насосы работают по принципу холодильника или кондиционера, только в противоположном направлении:
Для отбора тепла из горных пород производится бурение скважин глубиной 100-200 м, туда опускается контур с хладагентом (антифриз). Вода, заполняющая скважины естественным путем, становится проводником тепла от породы к теплоносителю. Рассчитано, что через 1 погонный метр скважины приходит 50-60 Вт энергии, а для ГТН мощностью 10 кВт потребуется скважина глубиной примерно 170 м.
Отбор тепла от грунта производится посредством наполненного хладагентом трубного контура, который должен быть зарыт в земле на 30-50 см ниже, чем уровень промерзания грунта. Этот способ действия теплового насоса требует проведения значительного объема земельных работ, так как для получения производительности ГТН в 10 кВт нужен горизонтальный контур коллектора тепла длиной 350-400 метров, занимающего участок земли в 400 кв. метров (20х20м).
Заметим, что прокачиваемый через коллектор теплоноситель нагревается до температуры грунта и, поступая в теплообменник ГТН, оставляет все тепло во внутреннем контуре теплового насоса, куда закачан жидкий хладагент низкой температуры и под давлением. И при резком снижении давления он переходит в газообразное состояние и поступает в компрессор. Там хладагент сжимается компрессором, разогревается, его давление повышается.
Горячий хладагент, поступая в конденсатор, передает тепло теплоносителю из обратного трубопровода, и теплоноситель поступает в контур отопления дома. Давление хладагента падает после его прохождения через редукционный клапан. Хладагент переходит в жидкое состояние, после чего цикл работы геотермального теплового насоса повторяется.
Подсчитано, что названная выше тепловая энергия ГТН в 10 кВт достаточна для обогрева дома, имеющего высоту потолка 3 м и площадь в 100 кв.м. (10х10м).
При этом, если в холод тепловой насос работает для подачи теплоносителя в контуры отопления, «теплых полов» и горячего водоснабжения дома, то в жаркое время года этот насос может использоваться в целях охлаждения помещения: в этом случае устройство производит охлаждение теплоносителя, который применяется для понижения температуры воздуха в помещениях.
При проектировании контуров отопления, горячего водоснабжения и «теплых полов» следует учесть, что температура воды (теплоносителя) в системах не может быть такой высокой, как при централизованном отоплении или автономном отоплении газовыми котлами. Особо следует обратить внимание на то, чтобы радиаторы имели пониженную отдачу температуры.
В мире домашние геотермальные отопительные системы получают все большее распространение, чему способствует их экологичность, автономность работы, независимость от цен и поставок традиционных энергоносителей.