Расстояние между винтовыми сваями для каркасного дома: шаг и размеры

Оптимальное расстояние между винтовыми сваями для каркасного дома

Каркасные дома чаще всего строятся с использованием свайно-винтового фундамента. Эта технология экономит время на монтаж фундамента и не требует проведения земляных работ. Какое должно быть расстояние между винтовыми сваями для каркасного дома? Какие тонкости нужно знать перед началом работ? Давайте попробуем разобраться.

1 Особенности свайного фундамента
2 Работа со сваями
3 Определение несущей способности грунта
4 Идеальный шаг между опорами
5 Размещение опор в плане
6 Особенности расчета
7 Проводим вычисления
8 В заключение

Особенности свайного фундамента

Этот тип фундамента не подходит для строительства зданий из тяжелых материалов (кирпич, бетон и т. д.). Он предназначен исключительно для возведения легких строений, таких как каркасники.

Конструкция отличается простотой монтажа. Работы проводятся по следующему алгоритму:

Выбор и очистка участка. Удаляются деревья, кусты и трава. В зоне проведения работ не должно проходить никаких коммуникаций.
Разметка территории. Это необходимо для максимально точного монтажа свай. Разметка проводится согласно заранее подготовленному проекту, где подробно указано месторасположения каждой опоры. Максимально допустимое расхождение с проектом — 2 см.
Монтаж свай. По разметке для каждой сваи делается небольшое углубление — 15-20 см, чтобы опору было легче ставить. Устанавливаем сваю и вкручиваем.
Монтаж свай — кропотливая работа. Для этого нужно привлечь 3-4 человека. В первую очередь опору нужно собрать: в верхней части свай есть специальное отверстие, куда вставляется лом (диаметров 3 см). На него далее монтируется рычаг — он помогает упростить процесс вкручивания опоры.
В качестве рычага берется труба длиной 3-3,5 м. Чем длиннее рычаг, тем проще вращается опора. Кроме того, важно, чтобы сваи входили в землю ровно. Для этого используется строительный уровень, который прикладывается к столбу во время вкручивания.
Далее ставим опору в подготовленное углубление и начинаем вкручивать. Для этого два человека берутся за рычаг с обеих сторон опоры и двигаются в направлении против оси. За один полный оборот свая погружается в землю примерно на 20 см.

Важно! Если свая входит в землю неровно, ее необходимо выровнять.

Поэтому прослеживать уровень вхождения следует на протяжении всего процесса. Важно помнить, что чем глубже опора погружена в землю, тем труднее проходит выравнивание.

Бывает, что «первые» шаги даются сложно, и винт не хочет поворачиваться. В таких случаях углубление для опоры увеличивается на 10-15 см, а на рычаги, в качестве дополнительной вертикальной нагрузки, вешается какой-то груз. Когда опора будет легко проворачиваться, груз можно снять.

Работа со сваями

После монтажа винтовых свай проводятся дополнительные работы. В первую очередь стоит убедиться, что все опоры установлены ровно. До нулевого уровня дома от земли должно быть минимум 60 см. Выравниваем все сваи, чтобы они находились в одной плоскости. Для этого можно использовать болгарку.

Далее опоры бетонируют, чтобы придать им прочности. Это исключит вероятность крена и деформации будущего фундамента. Также необходимо выгнать из полостей воздух, чтобы фундамент в дальнейшем не разрушался.

Смесь засыпается во внутреннюю пустоту сваи, также необходимо уложить армирование, это придаст конструкции надежности. Для этого готовится цементно-песочная смесь. Ее расход составляет 35 кг на 1 сваю.

Заключительный этап монтажа опор — привариваются оголовки. После этого выполняется обвязка брусом. Если использовать швеллер вместо бруса, тогда можно обойтись без оголовков. Это поможет значительно сэкономить.

Работа со свайно-винтовым фундаментом исключает следующие действия:

Проведение подгонки свай под один уровень во время ввинчивания. Эта работа проводится после завершения монтажа всех опор, в противном случае это может спровоцировать проседание фундамента в дальнейшем;
Удлинение неровно ввинченных свай;
Монтаж опор меньше, чем на 1,5 м в грунт;
Создание подготовительных отверстий для опор в земле глубже 50 см;

Нельзя осуществлять монтаж опор с поврежденным покрытием. Это приведет к коррозии и разрушению свай.

Определение несущей способности грунта

Для монтажа свайно-винтового фундамента необходимо знать о несущих способностях грунта. Проект дома, и фундамента в том числе, создается на основе этих данных. Узнать структуру не сложно, для этого можно заглянуть в Интернет или поспрашивать у соседей.

Даже после выяснения этой информации проверить почву на участке лучше самостоятельно. Для этого необходимо взять старый бур для рыбалки и в дальнем углу участка пробурить отверстие. Это поможет наглядно увидеть состояние почвы: ее влажность глубина залегания горизонтов и т. д.

Для проверки рекомендовано бурить отверстие ниже предполагаемого уровня погружения свай. Это поможет ознакомиться с качествами нижних горизонтов почвы, которые и играют основную роль для фиксации опор.

Идеальный шаг между опорами

Шаг винтовых свай, установленных под каркасный дом, составляет до 3 м. Чаще всего эта цифра уменьшается до 1-1,5 м между опорами. На это влияют особенности почвы, массы и предназначения строения. Рассчитывать расстояние между сваями для каждого дома необходимо индивидуально.

Важно! Сваи обязательно должны равномерно располагаться по всему строению. Находиться по внешним и внутренним углам, под несущими стенами.

Расстояние между сваями также обусловливается длиной ростверка, так как он должен обоими концами ложиться на оголовок опоры. Это не берется в учет, только если монтируется бетонный ростверк.

Немного сложнее рассчитывать размещение опор для плитного фундамента. Как правило, для этого используется специальная проектная документация. Но принцип размещения опор не меняется: их располагают под несущими стенами и колоннами каркасника.

Размещение опор в плане

Правильное размещение свай необходимо, чтобы сохранить целостность каркасного дома и избежать просадки. Особенно это касается сложных проектов: проекты двухэтажных домов, здание со стенами неправильной формы и т. д. Главное правило: нагрузка должна распределяться равномерно.

Расположение опор дома бывает четырех типов:

Одиночное. Сваи располагаются на равном отдалении одна от одной по углам строения, под несущими стенами, и под вертикальными стойками каркасника;
Ленточное. Этот тип свайно-винтового фундамента способен выдерживать более высокие нагрузки. Опоры располагаются, как при одиночном типе фундамента, только укорачивается шаг между ними;
Кустовое. Подразумевается хаотичное размещение опор под основание дома. Они монтируются кустами, больше всего свай располагается в зонах с самой высокой нагрузкой (например, под комнатой с тяжелым оборудованием). При таких условиях шаг между опорами не играет роли, главное чтобы они было по всему периметру плиты;
Сплошное (по-другому, свайное поле). Такой тип фундамента актуален для местности с неустойчивым земляным покровом и для тяжелых каркасных зданий. Сваи располагаются сеткой по всему периметру строения. Максимальный шаг — 1 м.

Важно! Самые распространенные типы свайно-винтового фундамента — ленточный и одиночный. Именно они предусмотрены в проектах частных домов и небольших зданий.

Особенности расчета

Вычислить правильное расстояние между опорами важно по следующим причинам: если опоры будут находиться слишком далеко друг от друга, может произойти посадка здания, маленькое расстояние между сваями значительно увеличит финансовые затраты на строительство. Профессиональные строители рекомендуют при проведении расчетов учитывать:

Вес каркасного строения в целом;
Массу мебели, техники, коммуникационных систем;
Коэффициент запаса;
Свойства самих свай;
Нагрузку от ветра и снега;
Устойчивость почвы.

Проводим вычисления

Чтобы правильно рассчитать расстояние между сваями для вашего каркасного дома, наглядно рассмотрим, как их проводить, на примере одноэтажной постройки из деревянного бруса. Его площадь составляет 6х6 м. Вычисляем объем древесины, для этого берем во внимание высоту стен дома с учетом крыши и их толщину. Представим, что у нас получилось 20 000 м3.

Далее берем массу одного куба древесины (800 кг конкретно в нашем примере) и умножаем ее на 20 000 м3. У нас получается 16 тонн, именно такую нагрузку на фундамент дает чистый каркас.

Далее сюда необходимо прибавить массу отделочных и кровельных материалов (примерно 2 тонны).

Далее следует вычислить:

Полезная нагрузка. 36 м2(площадь дома)*150 кг/м2 = 5,4 тонны.
Снеговая нагрузка. 36 м2*120 кг/м2 = 4,32 тонны.

Суммируем все три результата и получаем 27,72 тонны. Далее умножаем это число на коэффициент запаса — 1,1. В результате мы получаем 30,492 тонны нагрузки.

В строительстве мы будет использовать сваи с диаметром 8,9 см. Одна такая опора рассчитана на 2 тонны нагрузки. Минимальное количество свай рассчитывается следующим образом: 30,492/2=16. Это минимальное количество свай, которое располагается по периметру здания. Также необходимо установить дополнительные сваи под лаги пола и несущие станы.

Важно! Если здание 2-х этажное, нагрузка умножается на 2.

Это обобщенный пример, как проводятся расчеты, но в нем не учитываются индивидуальные особенности местности и самого проекта. Рекомендуется доверить эту работу, как и проектирование здания, профессионалам. Это гарантирует надежность и долговечность фундамента.

В заключение

Построить каркасный дом на свайно-винтовом фундаменте просто, но для его надежности нужно знать, какое расстояние должно быть между опорами. Мы рассказали обо всех тонкостях расчета шага между сваями.

Расстояние между сваями для каркасного дома

Строительство свайным методом – экономичный и надежный способ. При его использовании учитывают:

Чертеж с размерами расстояний между сваями в основании здания

Рассчитать расстояние между стойками каркасного дома можно самостоятельно. На основании этого составить смету, список материалов.

Разновидность свай

Отличают опоры по способу углубления в грунт:

Схема устройства фундамента на винтовых сваях

Железобетон – арматура + бетон;
Сталь – марка не ниже СТ-3;
Дерево.

Деревянные делают из лиственницы или дуба.

Виды конструкций каркасного дома

В строительстве используют четыре вида конструкций:

Чертеж с размерами и планировка каркасного здания с обозначением основания

Рамная с перекрытием. Еще ее называют «платформа» или «канадская». Каждый слой состоит из площадок. Сборка идет снизу – вверх. На самую нижнюю обвязку, уложенную на фундамент, укладываются балки и лаги перекрытия первого этажа. При помощи фасадных лаг они сбиваются в единый поддон. Стойки каркаса внизу крепятся к лагам, а вверху служат основой для следующего этажного перекрытия.
Каркас с неразрезанными стойками. Подпорки, проходящие вертикально через весь каркас, должны быть строго параллельны друг другу.
Стоечно-балочная конструкция. На две параллельные опоры укладываются поперечные балки. Они должны выдерживать максимальную нагрузку. Для длинных перемычек балки берутся стальные.
Каркасно-стоечная конструкция. Схожа со стоечно-балочной. Единственное отличие – стойки устанавливаются сразу в грунт. Это приподнимает здание.

Такой тип каркаса незаменим в заболоченных, подтапливаемых местностях.

Устройство винтового фундамента

Винтовые опоры достаточно надежны, долговечны, не зависят от сезонных изменений грунта.
Основанием фундамента служит полая оцинкованная труба с наконечником – буром. Строительство происходит в семь этапов:

Опоры заглубляют параллельно друг другу на равную глубину.
В полость вставляют арматуру, заливают бетоном.
На верхней поверхности монтируют ростверк – горизонтальная плоскость основания. Он помогает равномерно распределить нагрузку по всей площади фундамента. При установке ростверка нужно правильно рассчитать расстояние между лагами.
Поверх лаг укладывают слой утеплителя, потом половую доску первого этажа.
Монтируют цоколь. В основном это ленточная кладка из кирпича.
Прокладывают слой теплоизоляции.

Пример утепления пола в каркасном здании

Это дополнительно укрепит фундамент.

Как рассчитать шаг установки винтовых свай

Просчитав предполагаемую нагрузку, можно определить, сколько нужно опор и вычислить необходимые промежутки между ними. От правильных расчетов зависит время эксплуатации здания.

Шаг установки винтовых свай под одноэтажное здание с мансардой

Для определения количества:

проводят анализ грунта на участке под застройку;
определяют площадь дома;
вычисляют предполагаемую нагрузку на грунт;
делают расчет по формуле:
Площадь основания сваи умножить на сопротивление и общую массу нагрузки разделить на полученный результат.

Нагрузку можно определить по СНиП или техническим условиям. Результат вычисления – нужное количество опор. Длину здания по периметру делим на количество свай. Полученный результат необходимо откорректировать в зависимости от материала опоры:

для деревянных минимально допустимый шаг не больше семидесяти сантиметров;
для железобетонных – не больше 90.

Максимальный шаг зависит от установки: один ряд – 1,33 м, два ряда – 2,67 метра.
Смотрите видео о расстоянии между сваями фундамента.

Порядок размещения свай

По тому, какое распределение выбрано, подразделяют несколько видов размещения:

Одиночное – опоры ставят по углам фундамента. А также по отдельным стенам и по центру.
Ленточное – сваи идут по линии одной стены по периметру фундамента и под перегородками.
Сплошное – свайное поле с рядным расположением или в шахматном порядке.

Существующие варианты размещения свай под домом

Последний вид широко применяют при строительстве высотных зданий с массивными колоннами.

Работа со сваями после ввинчивания

Когда все опоры ввинчены, делают ростверк. Первый шаг – это выравнивание по высоте и заполнение бетоном. Для этого может использоваться: доска, брус, металлический уголок, балка.

Процесс выравнивания сваи по высоте

Независимо от того какой материал был выбран, его нужно обработать для продления срока эксплуатации.

Дерево пропитывают олифой или битумной мастикой, для предотвращения гниения. Металлические балки обрабатывают антикоррозийными лаками или красками.

По площади строения делается опалубка шире несущих стен.

Конструкция опалубки под заливку ростверка основания

В ней монтируется каркас, который крепится при помощи распорок. Затем заливается бетоном. После того как бетон застыл (на это уйдет примерно месяц), доски опалубки удаляются. Бетон обрабатывают мастикой для гидроизоляции.

Поверх нее укладывается слой рубероида, тоже обработанный мастикой. После ее полного высыхания можно приступать к возведению стен.

Процесс обработки свайного фундамента мастикой

Стройка свайно-винтовым методом легко выполнима. Баню или домик на дачном участке можно выполнить самим. Независимость стройки от сезона или особенностей местности, еще один плюс строительству таким способом.

Расстояние между сваями для каркасного дома

Оптимальное расстояние между сваями

Винтовые металлические опоры для каркасного или брусового дома устанавливают с шагом не более трех метров. Но нередко его уменьшают до 1-1,2 метра. Данный параметр зависит от суммарной величины нагрузок и свойств грунта. Узнать более точное расстояние помогает расчет, который допускается не выполнять для временных и неответственных строений.

Сваи устанавливают равномерно по длине стены, обязательно – по внутренним или внешним углам, в местах сопряжения несущих стен и расположения ответственных узлов, а также под столбами каркасного строения.

Определяя шаг винтовых опор, следует учитывать длину ростверковых балок, так как обоими концами они должны опираться на оголовок ввинченной трубы. Это касается как каркасного, так и брусового дома. Но в случае устройства бетонного ростверка данный фактор во внимание не принимается.

Если в качестве основания дома предусматривается выполнение плитного фундамента, то местоположение винтовых свай определяется проектной документацией. Такая конструкция предполагает чуть более сложный расчет, но принцип остается все тот же – опоры размещаются под несущими стенами или колоннами каркасного дома.

Размещение винтовых свай в плане

Целостность дома помогут сохранить правильно расставленные опоры. С их помощью нагрузка равномерно будет распределяться под площадью застройки, в связи с чем удастся избежать нежелательных просадок. Дом со сложными контурами в плане требуют особого внимания, особенно углы и места сопряжения стен. Установка под ними винтовых свай является обязательной.

Схемы размещения свай зависят от конструктивных особенностей дома. Существует четыре типа их расположения в плане:

одиночное – под вертикальными стойками каркасного дома, в угловых точках, под несущими стенами (равноудалено с шагом не более 3 метров);
ленточное – под несущими стенами, но, в отличие от одиночных винтовых свай, с укороченным шагом, доходящим нередко до 0,5м. Расположение опор в виде ленты позволяет фундаменту принимать и распределять более существенные нагрузки;
кустовое – под тяжелыми одиночными или групповыми конструкциями, а также под массивным оборудованием. Шаг, в этом случае, значения не имеет, так как винтовые сваи в месте установки могут размещаться слишком близко в хаотичном порядке. Главное условие – они должны присутствовать по всему периметру и площади плитного ростверка небольших размеров, требующегося для монтажа, к примеру, тяжелой несущей колонны каркасного здания;
сплошное, называемое свайным полем. Опоры заполняют всю площадь под фундаментной плитой с шагом около одного метра. Такое размещение винтовых свай в плане практикуется при проектировании тяжело нагруженных объектов или при строительстве на грунтах со слишком слабой несущей способностью.

Для частных домов и небольших строений используются, как правило, первые два типа расположения винтовых свай.

Особенности расчета

Определяясь с шагом винтовых свай, следует соблюдать разумные доводы. Слишком большое расстояние между опорами приведет к просадке дома, а маленькое – к перерасходу материальных средств. В связи с этим, специалисты рекомендуют выполнять расчет, учитывающий:

фактическую массу надземных конструкций и отделочных материалов;
примерный вес мебели и оборудования, включая коммуникационные системы;
снеговые и ветровые нагрузки;
несущую способность грунта (точное значение принимается по расчету);
технические характеристики винтовых свай;
коэффициент запаса.

Полезная нагрузка при расчете шага установки свай определяется по соответствующим СНиП или техническим условиям. К примеру, для одноэтажного жилого дома она составляет около 150кг, приходящихся на квадратный метр площади. Показатели снеговых и ветровых нагрузок принимаются по справочникам, в зависимости от региона строительства объекта. А коэффициент запаса, как правило, составляет 1,1-1,25.

Несущая способность свай прямо пропорциональна диаметру металлической трубы, числу, форме и размеру лопастей.

Сам расчет требуемого для фундамента количества винтовых опор достаточно прост. Их число и линейные размеры несущих стен в плане оказывают влияние на шаг установки свай. Суммарная нагрузка делится на несущую способность одной металлической опоры. В результате получается требуемое число свай, которые с равным шагом распределяются по периметру ограждающих конструкций дома.

Другой вариант расчета сводится к определению усилий, воздействующих на один погонный метр ростверка. Для этого общая нагрузка делится на длину всех несущих стен, после чего полученный результат еще раз делится на несущую способность выбранных винтовых свай. В итоге получается число опор, требуемых для поддержания одного метра обвязки, находящейся под нагрузкой. Дальнейший расчет сводится к тому, чтобы узнать, с каким шагом следует устанавливать сваи, чтобы фундамент смог выдержать расчетные усилия. Такой способ предназначается для массивных строений.

Несущая способность металлических винтовых свай указывается производителем в технической документации. С приблизительными параметрами можно ознакомиться по таблице.

Следующим после расчета этапом является схематичная расстановка винтовых свай в плане фундамента. Как отмечалось ранее, они в обязательном порядке должны присутствовать в углах, под колоннами и в местах сопряжения несущих стен. Остальные сваи распределяются равномерно между основными опорами. Таким образом выясняется точный шаг между винтовыми сваями.

Наглядные вычисления

Для примера можно взять расчет одноэтажного дома из бруса размером 6*6 метров. Объем древесины вычисляется в зависимости от толщины стен и высоты строения, с учетом крыши. Допустим, что он составляет 20 тыс. кубометров. Число умножаем на вес одного куба древесины (в нашем случае – 800кг). В итоге получаем общую нагрузку 16 тонн. Сюда прибавляем вес кровельных и отделочных материалов (допустим, 2 тонны).

полезную нагрузку – 36м2*150кг/м2, что составляет 5,4 тонны;
снеговую нагрузку – 36м2*120кг/м2, что составляет 4,32 тонны.

После суммирования получаем цифру – 27,72 тонны, которую умножаем на коэффициент запаса – 1,1. В результате, при расчете количества винтовых свай используем показатель нагрузки – 27,72*1,1=30,492т. Приняв за основу сваи диаметром 89мм с расчетной нагрузкой 2 тонны, получаем минимальное число свай – 30,492/2=16 штук, которые равномерно распределяем по внешнему периметру дома. Дополнительные опоры могут устанавливаться, к примеру, для половых лаг.

Для двухэтажного дома полезная нагрузка увеличивается вдвое.

Приведенный расчет не является точным. В каждом конкретном случае возникают дополнительные усилия, появляются внутренние несущие конструкции, столбы, оборудование и т.д. Нередко отделочные материалы значительно увеличивают массу дома. Все нюансы должны учитываться в индивидуальном проекте, устанавливающем шаг фундаментных опор.

Эскиз составляющих элементов свайного фундамента с роствертком

Свайно-ростверковые фундаменты пользуются заслуженной популярностью среди тех частных застройщиков, которые хотят возвести качественное основание в максимально сжатые сроки на ландшафте сложной структуры. Ведь ростверк может быть незаглубленным или малозаглубленным, а это существенная экономия средств на его возведение.

Но, существует проблема правильного расчета необходимого количества несущих конструкций, их типа и шага установки, поэтому перед возведением нужно сделать полный сбор информации.

Также, сначала проводится проектирование фундамента с учетом характеристик будущего здания, ведь от того, сколько будет установлено свай, зависит конечная стоимость возведения дома, а уже затем проводится расчет свайного фундамента.

Какую информацию нужно предварительно собрать?

Выбор свай для фундамента с учетом влияющих факторов

Получить подробную информацию о состоянии грунтов, высоте залегания водных горизонтов и степени подвижности отдельных пластов.
Разработать проект будущего дома с учетом используемых строительных материалов, дополнительно предусмотреть погрешность на мебель и другие материалы.
Рассчитать, сколько нужно по массе всех строительных материалов для постройки дома.
Уточнить глубину залегания прочных слоев породы и степень их пучения.
Подобрать оптимальный тип свай и характеристики ростверка.
Посчитать допустимую нагрузку на единицу площади грунта, а также допустимое количество несущих конструкций.

Как правило, проектирование таких фундаментов предусматривает сбор всей информации о будущем здании и строительной площадке. Это сложные инженерные расчеты, делать которые должен профессиональный строитель с опытом работы в такой сфере.

Также, учитывая открытую площадку между домом и грунтом, крен конструкции под воздействием ветра неизбежен, и его обязательно нужно учитывать.

При расчетах таких фундаментов также иногда учитывается, сколько и каких нужно гидроизоляционных материалов для защиты основания. Проектирование и расчет этого фундамента состоит с нескольких ключевых этапов:

выбор оптимального диаметра используемых свай;
расчет максимально допустимой длины конструкции;
расчет минимального количества материалов, на которых будет расположен ростверк;
расчет несущей способности буронабивных свай как альтернативы фабричным;
расчет и выбор ростверка.

На этапе проектирования нужно сразу определиться, какой тип конструкции будет использоваться. Ведь от их характеристик зависит максимально возможное количество конструкций, их допустимый диаметр и технология возведения.

Выбор оптимального диаметра конструкции

Способы применения свай для фундамента различного диаметра

Понятно, что каждый тип рассчитан на свою допустимую нагрузку, поэтому в некоторых случаях профессионалы считают диаметр самостоятельно и подгоняют под заводские нормы. Итак, сейчас на рынке строительных материалов можно заказать конструкции с диаметром 57, 76, 89 и 108 мм. Подбираются они по некоторым правилам:

Диаметр 57 мм рассчитан на небольшую нагрузку, поэтому часто используется для возведения фундаментов для заборов, сараев, других хозяйственных построек небольшой массы.
Диаметр 76 мм рассчитан на максимальную нагрузку до 3 тонн, поэтому используется для строительства легких хозяйственных построек.
Диаметр 89 мм уже отличается большей несущей способностью, выдерживает нагрузку до 5 тонн на единицу, поэтому оптимален для возведения жилых одноэтажных каркасных зданий.

А вот диаметр 108 мм уже способен нести на себе каркасные жилые здания с несколькими этажами. Только возводить их нужно из относительно легких строительных материалов, ведь допустимая нагрузка на одну сваю составляет до 7 тонн.

Выбираем оптимальную длину

При проектировании свайных фундаментов нужно помнить, что длина несущих элементов должна быть достаточной, чтобы достичь глубины промерзания почвы и упереться в прочные слои грунта. Ведь, если будут допущены ошибки в проектировании, тогда возникает проседание отдельного угла дома с дальнейшим его разрушением. Поэтому, длина конструкции выбирается с учетом некоторых важных факторов

Плотность грунта

Таблица плотности грунта для расчета свайного фундамента

Если грунты сыпучие и не способны выдерживать большие нагрузки, тогда сваи опускаются до глубины промерзания или достижения прочных почв. На строительной площадке нужно проводить подробные геодезические исследования, провести сбор данных о состоянии почвы и уровня грунтовых вод. Делается это методом глубинного керна или вручную с помощью лопаты.

Если под слоем залегают прочные почвы типа глины или песка, тогда нужно использовать сваи длиной до 2,5 метра. Если под слоем плодородной почвы есть породы низкой плотности, тогда с помощью садового бура делается скважина до уровня залегания прочных пород и по глубине скважины рассчитывается длина несущих элементов.

Перепад высот на участке

Пример расчета высоты свайного фундамента с перепадом высоты на участке

Как правило, при возведении таких фундаментов редко когда делают выравнивание участка по единой плоскости из-за больших финансовых расходов.

Тогда делают скважину в самом низком месте будущего фундамента и в самом высоком, затем рассчитывают длину скважины в обоих местах. Понятно, что далеко не всегда уровень прочных пород будет одинаковым на различных отметках, поэтому бурение проводится в нескольких местах.

В результате получается полноценный проект выбора оптимальной длины основания для дома с учетом типа грунта и высоты на участке. Устанавливать сваи одинаковой длины в таких случаях запрещено, в противном случае возникнет крен в сторону меньшего сопротивления почвы.

Расчет необходимого количества несущих конструкций

Определение расположения и количества свай фундамента дома

Выбор оптимального количества свай делается с учетом возможного крена, а также размеров и массы строения. Средние расстояния могут быть следующими:

для домов малой массы (каркасных, деревянных ли бревенчатых) расстояние принимается не более 3 метров;
для газобетонных, пенобетонных или аналогичных по массе домов – не более 2 метров;
для заборов – 3,5 метра;
для больших массивных зданий из кирпича, натурального камня и других строительных материалов проводится дополнительный расчет допустимой нагрузки сооружения на единицу площади грунта.

Итак, чтобы посчитать необходимое количество свай для проектируемого дома, нужно сделать сбор следующей информации:

Сделать или составить план дома, желательно с крышей и несущими перегородками.
Установить несущие сваи по углам здания и на перекрестках несущих стен.
Посчитать, какая масса здания будет расчетной, затем подобрать тип сваи с учетом материала и диаметра конструкции.
Между угловыми сваями и промежуточными запроектировать дополнительные опоры с учетом допустимой длины конструкции и массы здания.
Внутреннее пространство заполнить опорами с учетом расстояния между ними в пределах 2−2,5 метра.

Когда будет готов эскизный проект расположения свай, можно уже и посчитать суммарное количество необходимых опор.

Расчет несущей способности буронабивных свай

Таблица с указанием несущей способности буронабивных свай на различных грунтах

Далеко не всегда фабричные сваи оправдывают себя, если учитывать финансовые расходы на транспортную доставку. В таких случаях часто используют буронабивные или инъекционные сваи, ведь их можно сделать прямо на строительной площадке.

Глубина залегания таких свай зависит от глубины расположения прочных слоев почвы, а их количество может быть значительно меньшим, чем для винтовых свай.

Количество и сечение таких конструкций определяется с учетом несущей способности каждой сваи отдельно, а также массы здания в целом. Также учитывается сопротивление самого грунта, как горизонтального, так и вертикального. Для сваи длиной в 3, метра несущую способность можно рассчитать по формуле:

P = 0,7 х RнхF + 0,8 х U х fin х li, где:

P − несущая способность несущих элементов;
0,7− коэффициент грунта;
Rн− сопротивление грунта под нижним концом конструкции (справочные материалы);
F − площадь опирания, м2 ;
0,8− коэффициент условий работы
U – периметр в метрах;
fin – нормативное сопротивление грунта боковой поверхности несущим элементам, т/м2 (определяется по таблицам);
li – высота слоя грунта в зоне соприкосновения с фундаментом в метрах.

Расчет ростверка

Схематическое отображение соединения свай фундамента с роствертком

Конструкция свайно-ростверковых фундаментов подразумевает установку специальной подушки, на которой уже монтируются несущие стены. Этот ростверк равномерно распределяет нагрузку от здания на все опоры одновременно и проектируется отдельно.

Ростверк – это бетонная, железобетонная или сборная лента, жестко соединенная методом армирования со сваями. Она распределяет массу по всем сваям одновременно, поэтому нужно обязательно рассчитать его размеры и габариты.

Тут используются специальные расчеты, найти их можно в специальной литературе, а профессиональные проектировщики делают их обязательно, ведь от этого зависит количество установленных свай.

Для соединения свай и обеспечения дополнительной жесткости ростверк дополнительно армируют стальными прутьями диаметром 12 мм в различных направлениях. Арматуру нужно полностью спрятать в бетон, чтобы не допустить распространения коррозии. Рассчитать, сколько и какой арматуры нужно использовать, можно по готовым формулам или с учетом поясности ростверка.

Что учитывается при расчетах?

Главное перед началом строительства — определиться, сколько нужно винтовых свай на дом. Для этого следует провести предварительный расчет, где будет учтено:

размер строения;
тип грунта;
параметры опор.

К тому же, нужно понимать, что такие столбы имеют разные диаметр, а, соответственно, и различное предназначение:

Геотермальное отопление: принцип работы, практическое использование, перспективы

Суть геотермальной энергии заключается в использовании естественного тепла земли на глубине 1,5 м. Этот один из альтернативных способов обогрева активно используется на промышленных предприятиях, сельских фермах, в жилых домах. Наибольший эффект достигается в регионах, где температура опускается ниже -20 градусов.

Большая часть нашей страны, за Уралом в Сибири на Дальнем востоке, не может похвастаться умеренно холодными зимами как в европейской части России. За частую столбик термометра опускается ниже отметки -40 -45 градусов. Широко известные и доступные воздушные тепловые насосы в этих условиях теряют свою актуальность, так как самые продвинутые модели способны эффективно работать с низкопотенциальным источником тепла температурой до -20.

В это же время, грунт и вода укрытые снегом, сохраняют большое количество теплоты. Температура земли ниже точки промерзания всегда сохраняет положительные значения +8 +12. Логично в этой ситуации отказаться от легкодоступного низкопотенциального источника воздуха в пользу более стабильной и теплоёмкой земли и воды.

Так же следует заметить, что КПД теплового насоса, а точнее его COP на прямую зависит от температуры источника. Чем теплее, тем эффективней процесс преобразования энергии.

Актуальность геотермального отопления

Традиционные виды топлива дорожают каждый год, при использовании углеводородов в атмосферу выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ. Все это объясняет привлекательность альтернативных источников энергии. Например, в Швеции из 10 новых загородных домов 7 используют описываемый метод обогрева. При этом вопреки бытующему мнению, для эффективного функционирования системы не нужны близко расположенные гейзеры или вулканы: на равнине отопление работает ничуть не хуже. Геотермальное отопление дома подразумевает использование тепла от почвы, грунтовых вод, которые относительно легкодоступны. Чтобы получить 4-5 кВт/ч энергии, тепловому насосу хватит 1 киловатт-часа. Особенности системы:

экологическая и пожарная безопасность;
отсутствие шума при работе;
небольшие габариты системы;
автономный режим;
под оборудование, размещаемое в доме, требуется место, сопоставимое с габаритами обычной стиральной машины;
при правильном монтаже и настройке вмешательство человека не требуется;
длительный эксплуатационный ресурс: тепловые насосы служат от 20 до 30 лет;
высокая стабильность системы, работающей при любых погодных условиях;
большой промежуток между профилактическими ремонтами насоса (до 100 тыс. ч).

Принцип действия

Впервые был опубликован еще в 1824 г. во Франции ученым Сади Карно. Действие геотермального отопления можно сравнить со старым типом холодильника. В нем тепло отводится посредством обменника за пределы холодильной камеры: в итоге содержимое бытового прибора остывает. Геотермальный способ наоборот, вытесняется холод в грунт, а тепло накапливается в помещении.

Согласно закону термодинамики, теплота от нагретого тела стремится перейти к холодному и перейти в состояние равновесия. Благодаря расширению-испарению хладагента его объём увеличивается, а температура снижается, тепловая энергия земли старается уравновесить эти процессы. Контактируя с грунтом, через промежуточный теплоноситель, фреон поглощает его тепло. Однако этого мало, чтобы обогреть здание.

В системе – три главных составляющих:

тепловой насос;
коллектор, размещенный под землей;
система отопления дома.

Как работает тепловой насос

Внешне он напоминает небольшой холодильник, среди основных элементов которого стоит выделить:

ЭРВ: устройство дросселирующее фреон. Жидкий охлажденный хладагент под высоким давлением впрыскивается в испаритель с низким давлением.
Испаритель. Здесь хладагент испаряется и холодный газ поглощает окружающее тепло.
Компрессор, в котором нагнетается давление, благодаря чему газ разогревается до +70 градусов.
Конденсатор: сюда подается горячий газообразный фреон из компрессора, чтобы, конденсируясь и отдавая тепло снова, превратиться в жидкость. Через стенки конденсатора осуществляется теплообмен фреона и теплоносителя, циркулирующего в системе отопления здания.

Уникальность теплового насоса (ТН) в том, что он в жаркое время года может работать, как система охлаждения. Наиболее эффективно использовать это устройство с низкотемпературной системой отопления, теплыми полами либо фанкойлами. При выборе насоса стоит учитывать нижеследующие параметры:

СОР. Аббревиатура принята во многих странах мира и указывает на рентабельность ТН. Например, СОР 4 означает, что на 1 кВт потребляемого электричества вырабатывается 4 кВт тепловой энергии. Следует заметить, что СОР теплового насоса будет максимальным в случае, когда разница между низкопотенциальным источником и теплоносителем в системе отопления не будет превышать 40 градусов.
Контроллер. Наличие в составе ТН встроенного контроллера и автоматики управления устройством, говорит о том, что все собрано и протестировано на заводе изготовителе.
Компрессор. Современные холодильные системы все больше переходят на инверторные модели с частотным регулированием мощности.
Русификация. На первом этапе пользовательского освоения ТН, меню на русском языке сильно облегчает задачи по управлению и программированию устройства.

Способы размещения труб (коллектора)

Первый из них, горизонтальный, подразумевает размещение коллектора под точкой промерзания грунта. В зависимости от региона глубина расположения коллектора может составлять от полутора метров. Длинна подземного трубопровода не может быть короче труб теплого пола, уложенных в доме, так же она зависит от обводненности грунта, чем влажнее земля, тем выше теплоотдача.Не допускается строительство над контуром сооружений с заглубленным фундаментом, а после завершения монтажа потребуется благоустройство участка.
Второй способ расположения коллектора – вертикальный. Придется бурить в грунте несколько скважин на расстоянии не ближе 2-3 м от дома, каждая из которых входит в почву под своим углом и направлены они в разные стороны. Внутри земляных отверстий глубиной до 50 м размещают геотермальные зонды. По конструкции это одна или пара U-образных труб, выполненных из пластика марки ПНД. Одна скважина (1 погонный метр) способна отдать до 50 Вт. Т. е., чтобы получить те же 7-9 кВт, нужно от 150 до 200 м геотермальных зондов. Это актуально, если участок небольшой, места мало. Данный способ в разы дороже горизонтального, но его плюс, не нарушается ландшафт участка. Единственное дополнительное условие – подготовка небольшого места под кессонный колодец, объединяющей трубы коллектора.
Третий способ требует наличия рядом с домом водоема, который не промерзает зимой до дна (глубина должна быть от 2 м),там где будет располагаться затопленный геотермальный контур. Преимущества метода заключается в отсутствии необходимости проведения трудоемких земляных работ (исключая рытье транше до дома). Но есть и минусы – потребуется специальное разрешение, особенно, если водоем общественный. К тому же далеко не у каждого загородного дома рядом имеется озеро или пруд, река. И все же этот способ считается наиболее экономичным. Для отопления 100 кв. м площади понадобится от 250 до 300 погонных метров коллектора.
И последний способ обустройства геотермальной установки – переливной. Когда вода отбирается из пробуренной водоносной скважины охлаждается в ТН на 4-5 градусов и снова сбрасывается, либо в приемную скважину, находящуюся на удалении 20 метров, либо в ближайший водоём. Недостатки данного способа заключаются в невозможности контроля уровня водоносного горизонта и необходимости дооборудования ТН фильтрами и промежуточными теплообменниками.

Общие отрицательные стороны геотермальных установок

Наиболее серьезная проблема – высокая стоимость подключения к низкопотенциальному источнику. Для отопления здания площадью в 300 кв. м инсталляция под ключ обойдется примерно в миллион рублей. При этом половина средств пойдет на покупку теплового насоса. Срок окупаемости самой эффективной системы, в сравнении с отоплением электричеством – от пяти лет. Еще один минус – сложность самостоятельного обустройства, о чем речь пойдет ниже.

Можно ли оборудовать геотермальную установку своими руками

Установить контуры самостоятельно очень сложно: нужны максимально точные расчеты, выполнить которые могут только специалисты. Малейшие ошибки в проектировании могут привести к низкой эффективности оборудования, и, как следствие, ее доработке, что повлечет к лишним расходам. Параметры, учитываемы при расчете геотермальной системы:

климат региона (среднегодовая температура, влажность);
извлекаемая тепловая мощность;
система отопления дома должна быть низкотемпературной.
суммарные теплопотери ограждающих конструкций дома, не должны превышать 70 Вт на 1 квадратный метр площади дома.

Перспективы развития геотермальных конструкций

Всего 25 лет назад в Европе для обогрева жилищ использовали тепло земли 25 млн. домовладельцев, сегодня эта цифра выросла в несколько раз. Это доказывает рентабельность геотермальных систем, окупаемых за несколько лет. К тому же правительства многих стран дотируют домовладельцев, пожелавших использовать энергию земли. В России такие конструкции распространены мало, что связано с большими изначальными затратами. Однако перспективы есть: с развитием конкуренции стоимость тепловых насосов будет уменьшаться, что приведет к удешевлению геотермального отопления. Но лучший вариант – государственная или хотя бы региональная поддержка. Особенно, если учитывать экологическую значимость подобного способа обогрева жилищ.

Геотермальное отопление по стоимости расходов на 2020 год и удобству эксплуатации, приравнивается к отоплению магистральным газом, при этом полностью взрывобезопасно и устанавливается за пару недель. Все остальные способы отопления либо существенно дороже, либо требуют больших ежедневных трудозатрат. Тенденции удорожания энергоносителей в обозримом будущем приведут к выравниванию российских цен с ценами для европейских потребителей. Разговоры об окупаемости в основном ведутся конкурентами по цеху, они не учитывают удобство такого способа отопления и инфляцию.

Сегодня условный потребитель зарабатывает достаточно денег, чтобы не замечать высокую стоимость обогрева своего жилища, но со временем, все может измениться.
Так как мысли о загородном доме возникают у населения нашей страны старше 40 лет, то инвестиции в отопление ТН можно рассматривать как вложения в личный пенсионный фонд. Потратиться на инсталляцию один раз и в последующем получать на 1 кВт электроэнергии 4-5 кВт тепла.

То что сейчас кажется необоснованно дорогим, завтра будет оцениваться совсем по другому.

Разбираемся насколько выгодно геотермальное отопление частного дома

Выбирая вариант обогрева индивидуального жилья или производственных построек, обращают внимание в первую очередь на доступность и стоимость топлива в месте строительства. Важно представлять размеры финансовых и трудовых вложений в период монтажа оборудования, эксплуатационные расходы, а также эффективность будущей системы в конкретных условиях эксплуатации.

Геотермальное отопление частного дома преподносится маркетологами в качестве универсального решения для любых случаев, что не совсем верно. В статье собран материал, помогающий понять, что и по какой цене предлагают застройщику, а также сравнить этот вид отопления с другими способами.

Читайте в статье

Преимущества и недостатки геотермальных тепловых насосов

Опыта массовой и, главное, продолжительной эксплуатации тепловых насосов в России немного. Пользователи разделились на два противоположных лагеря: на тех, кто хвалит систему отопления (сюда же стоит отнести продавцов и монтажников) и противников, столкнувшихся с трудностями эксплуатации или недобросовестными компаниями-установщиками.

На основании отзывов можно сделать выводы о достоинствах и недостатках тепловых насосов.

Преимущества	Недостатки
Низкий расход электроэнергии, на 1 кВт потраченной электроэнергии получают 2,5-3,5 кВт (в реальности) и до 7 кВт (в идеале) тепловой мощности	Большие финансовые вложения на этапе проектирования и монтажа
Возможность установки в любой местности – в зависимости от региона применяют грунтовые, водяные или воздушные контуры забора внешнего тепла	Необходимость дополнительных источников тепла при температуре воздуха ниже 25°С
Реверсивность – система работает на обогрев зимой и охлаждение летом	Опасность для почвенных микроорганизмов – грунт охлаждается, гибнут бактерии, снижается плодородие почвы
Универсальность – можно использовать для отопления дома, нагрева воды для повседневных нужд или воды в бассейне	Системы эффективны только при оборудовании «тёплого пола» – теплоноситель греется до 50°С, этого недостаточно для эффективной работы радиаторов
Долговечность – зарубежный опыт говорит о 30-50 годах эксплуатации до замены оборудования	Низкая эффективность при небольшом разбросе температур теплоносителя во внешнем контуре и среде прокладки (грунт, вода)
Минимальные затраты на техническое обслуживание
Полная автоматизация процесса
Экологическая безопасность – нет вредных выбросов
Для работы потребуется только наличие электричества

Достоинства проявляются при качественном проектировании, верном выборе оборудования, соблюдении правил монтажа.

Устройство и принцип работы геотермального отопления

Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.

В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.

Схематический принцип работы теплового насоса.

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.

Альтернативный способ организации посредством перекачки грунтовых вод.

В состав геотермальной системы отопления входят:

Непосредственно тепловой насос с компрессором, испарителем, конденсатором и дроссельным клапаном.
Контур низкотемпературного тепла.
Контуры обогрева помещений (водяной или жидкостный) и подогрева воды.

В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:

Теплоноситель внешнего контура перекачивается по трубам. За время движения жидкость нагревается на несколько градусов от тепла земли, воды или воздуха.
Внешний контур проходит через теплообменник-испаритель, где нагревает хладагент, например, фреон, который испаряется. Кроме того, хладагент поступает в испаритель через капиллярное отверстие и резко расширяется, что также способствует нагреванию.
Компрессор сжимает нагретый хладагент, ещё больше повышая температуру фреона.
Горячий сжатый хладагент поступает в конденсатор, где, охлаждаясь и превращаясь из пара в жидкость, отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, циркулирующему уже по трубам отопления. Другой вариант — нагревает воздух, который распределяется по помещениям.
Далее хладагент вновь поступает в испаритель, где нагревается новой порцией теплоносителя, циркулирующего во внешнем контуре.

Часто задают вопрос: откуда получается КПД тепловых насосов 300-700%. Это происходит благодаря тому, что теплоноситель внешнего контура выходит из насоса имея температуру от -15°C до +7 о С и нагревается грунтом (водой, воздухом) до на 2-8°С, т.е. «забирает» часть энергии из внешних источников. Хладагент в насосе испаряется не только за счёт работы компрессора, но и из-за поступившего извне тепла.

Важно! Точные цифры температуры теплоносителя внешнего контура могут меняться у разного оборудования, но, чтобы тепловой насос выполнял свои функции, теплоноситель должен нагреваться хотя бы на 2-4 градуса. В противном случае экономический эффект отсутствует или даже получается отрицательным.

Способы организации геотермального отопления

Геотермальные системы отопления классифицируют по нескольким признакам:

Комбинации среды прокладки внешнего контура и виду теплоносителя внутреннего контура.
Способу прокладки тепловых зондов (контуров) в грунте или воде – вертикальный или горизонтальный.

Первый параметр указан производителем оборудования. Например, обычная сплит-система будет относиться к классу «воздух-воздух», забирать тепло из воздуха улицы и отдавать в помещения.

Насос «грунт-вода» забирает тепло земли и греет жидкий теплоноситель системы отопления. Параметр «вода-воздух» подразумевает конструкторское решение, при котором внешний контур расположен в воде (внешнем водоёме или в скважине), а тепло по дому распределяется потоками нагретого воздуха.

Выбор того или иного способа зависит от условий эксплуатации.

Обоснование выбора класса оборудования

Один из главных параметров на который обращают внимание при покупке тепловых насосов – это коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Он может быть равен от 1 до 7, иными словами: 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности. Важно понимать, что реальный коэффициент геотермальных тепловых насосов будет меньше заявленного в паспорте, так как для работы потребуются затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя по внешнему контуру, и чем он длиннее, тем больше будут эти затраты.

На практике и по отзывам пользователей следует рассчитывать на СОР равный 2,5-3,2 если вести учёт в течение всего периода эксплуатации – температура грунта и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.

В большей степени выбор среды, откуда будет забираться тепло, зависит от климатических условий региона и геологических особенностей места строительства.

Еще один альтернативный способ организации геотермального отопления с использованием водоема.

Оборудование с внешним контуром, расположенным в воде, выбирают, если:

водоём является частным прудом;
глубина скважины до подземных вод не превышает 20 метров (в некоторых регионах до 45 метров).

Если эти условия не соблюдаются, то необходима лицензия на право пользования недрами. Если при проверке контролирующими органами лицензии не окажется, то оборудование придётся остановить и заплатить штраф до нескольких миллионов рублей.

Кроме того, важным является расстояние от водоёма до дома, если оно свыше 25-30 метров, то эффективность резко снижается – потребуется дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и утепление трубопровода.

Размещение внешнего контура в грунте на своём участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб – горизонтальный или вертикальный.

Горизонтальный и вертикальный внешние контуры.

В зависимости от состава грунта, с одного метра горизонтальной трубы можно снимать до 50 Вт тепловой мощности. Однако это справедливо для глинистых грунтов. Песчаники и суглинки могут отдать от 12 до 25 Вт/м, а для теплового насоса мощностью 10 кВт может понадобиться внешний горизонтальный контур длиной от 200 до 700 м. Для его размещения понадобится участок 450 м 2 . Размещение труб кольцами не эффективно, так как теплоноситель охлаждает грунт вокруг себя и соседние кольца просто не будут эффективно прогреваться.

Важно! В течение зимы грунт постепенно вымораживается, становится холоднее и СОР падает к февралю-марту, так как теплоноситель уже меньше нагревается.

По отзывам владельцев участков в месте, где размещён горизонтальный контур теплового насоса через несколько лет эксплуатации меняется структура грунта, хуже растут овощные растения и землю используют только под газон. Не сажают в таких местах и деревья с мощной корневой системой, которая может разрушить трубы.

Оптимальной считают вертикальную систему проколов или скважин, в которых размещают несколько контуров, расходящихся в разные стороны. На большой глубине температура земли стабильнее и мало зависит от климата. Для выводов труб оборудуют колодец, в котором размещают коллекторы. Скважины бурят под углом к горизонту и располагают по окружности – так снижается влияние каждого контура друг на друга.

Можно ли сделать все своими руками

Собрать геотермальную систему отопления своими руками в теории можно, но на практике сделать это трудно, если не невозможно.

Понадобится большой объём земляных работ при горизонтальной укладке контура. Трубы размещают минимум на 0,5 метра ниже уровня промерзания грунта, т.е. всего придётся копать землю на глубину 2-2,5 м. Грунт необходимо где-то складировать и размещать на время прокладки труб.

Бурение скважин общей глубиной до 200 м потребует специального дорогостоящего оборудования, сделать такой объём работы своими руками невозможно. Самостоятельно приступать к укладке контура целесообразно только при наличии в пользовании технических средств: экскаватора, самосвала, бульдозера или буровой установки.

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
стоимости оборудования и монтажных работ;
сроков эксплуатации установленного оборудования;
эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м 2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

насоса необходимой мощности;
труб внешнего контура;
дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
запорной и регулирующей аппаратуры;
монтажных и пусконаладочных работ.

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м 2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Так выглядит типичная «котельная» с тепловым насосом.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

сухой песок отдаёт 10 Вт/м длины трубы диаметром 25 мм;
сухая глина – 20 Вт/м;
влажная глина – 25 Вт/м;
глина с большим содержанием грунтовых вод – до 35 Вт/м.

Таким образом, длина контура составит от 400 до 1 200 м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

осадочные породы отдают 20 Вт/м;
каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
подземные воды – до 70 Вт/м.

Исходя из показателей, общая глубина скважин составит от 200 до 700 м, что в 2 раза меньше, чем при горизонтальном расположении. В грунте с хорошей теплоотдачей для дома 200 м 2 бурят 3 скважины длиной по 75 метров.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м 3 /час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Как на самом деле выбрать самые дешевые на рынке радиаторы отопления

Узнать стоимость оснащения дома тепловым насосом без учёта внутренней разводки можно с помощью калькуляторов, представленных на сайтах производителей оборудования и монтажных организаций. Цены колеблются для разных регионов. Готовые системы под ключ (со стоимостью работ и оборудования) специализированные организации готовы изготовить по цене от 670 тысяч в регионах до 1,5 млн. рублей в Московской области.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м 2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

Тепловой насос «грунт-вода»	Магистральный газ	Электричество	Газгольдер
Стоимость оборудования и монтажа, тыс. руб.	570-1 500	200-300 (с подключением)	20-60	180-250
Срок эксплуатации	До 50	До 50 с заменой котла через 10 лет	7-10	30
Амортизационные расходы, тыс. руб. в год	15-30	5-8	4-6	8-10
Эксплуатационные расходы за год, тыс. руб.	20-40*	30-40	100-200*	50
Общие расходы в отопительный период с учётом амортизации, тыс. руб.	40-70	45-55	110–210*	60-70

* — взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.

Принцип работы геотермального отопления дома с тепловым насосом

Способы получения тепла из альтернативных источников приобретают большую популярность у владельцев домов, вынесенных за пределы города. В условиях невозможности подключения к центральным магистралям, частых перебоев подачи электричества геотермальное отопление дома может стать хорошим выходом и получить тепло для прогрева дома любой площади. Рассмотрим особенности и возможности применения оборудования.

Что такое геотермальное отопление?
Преимущества и недостатки системы
Источники и принцип работы термального отопления
Виды геотермальных установок
Варианты расположения теплообменников
Как сделать геотермальный агрегат своими руками?
Примерные затраты и окупаемость системы

Что такое геотермальное отопление?

Геотермальным отоплением называется система добычи тепла из постоянных источников – земли, воды. На определенных глубинах грунт и вода не промерзают, сохраняя плюсовые температуры, задача насосов взять тепловую энергию и направить ее на отопление дома.

Оборудование представляет собой кондиционер, но с обратной функцией, направленной не на выработку холода, а тепла. Алгоритм теплового насоса выстроен на передаче энергии от источника с низким потенциалом к теплоносителю. Источники низко потенциальной тепловой энергии – это как раз земля или вода.

Преимущества и недостатки системы

К плюсам относят:

Постоянство обеспечения и экономичность. Вода и земля не промерзают ниже определенных точек, поэтому отопление тепловым насосом будет осуществляться в постоянном режиме, плюс выделение тепла превышает затраты на электричество, необходимое для работы насоса.
Чистота. Во время работы оборудование не образует вредных газов, шлаков. Не придется чистить горелки и топку – вся схема выстроена на отсутствии любых отходов сгорания, что объясняет экологическую чистоту.
Снижение расходов. Кроме экономии электричества, хозяин не тратит деньги на закупку топлива, химических веществ и жидкостей.
Безопасность. Схема выстроена таким образом, что она не вызывает возгорания, не выделяет опасных газов.
Длительность эксплуатации. Обустраивая отопление за счет тепла земли или воды, владелец получает схему, которая будет работать от 100 лет. Замены потребуют некоторые конструкционные узлы со сроком износа 30-50 лет.
Отсутствие шумовых эффектов. В продаже есть оборудование с шумом в 40 дБ (это тише, чем тиканье часов), такие насосы можно ставить в доме рядом с жилыми комнатами.

На заметку! Чтобы добиться максимальной экономической выгоды, владельцу придется основательно вложиться в оборудование, настройку и запуск схемы в работу. Но затраты будут однократными.

К дополнительным плюсам относят расположение всех основных узлов системы за пределами строения. Благодаря такому устройству системы подходят для применения в домах небольшой площади. Также к преимуществам относят возможность применения установки не только для прогрева, но и охлаждения помещений – тепловые насосы геотермального типа работают вне зависимости от погоды на улице, зимой они прогревают теплоноситель, а летом – охлаждают, а значит, можно сэкономить на покупке кондиционера.

Минус один – большие разовые затраты. Расходы связаны с покупкой станции, заказом услуг мастеров для формирования системы – своими руками тут не обойтись. Также придется составлять проект, покупать насос, материалы для первичного контура и создания тепловой магистрали в доме.

Источники и принцип работы термального отопления

Чтобы получить отопление из земли, используется высоко- и низкотемпературный источник. Это может быть термальный источник с горячей водой, что встречается нечасто, или любая другая энергия, добываемая из земли, воды, воздуха. Добывается тепловая энергия насосом, который монтируется на поверхности, а теплообменник системы погружается в шахту.

Рассматривая термальное отопление, принцип работы которого основан на передаче тепловой энергии из земли, можно отметить, что постоянство прогрева достигается стабильностью плюсовых температур в толще грунта. Теплоноситель внешнего контура прогревается только до показателей внешней среды грунта, затем энергия передается в тепловой насос, где аккумулируется и направляется для обогрева дома.

На заметку! Размеры теплового насоса не превышают размеров стиральной машины. Для питания требуется электроэнергия. На 1 кВт электрической энергии насос вырабатывает до 5 кВт тепловой энергии, а электрокотел всего 0,09-0,99 кВт тепловой энергии на 1 кВт электричества.

Виды геотермальных установок

Различается всего три типа установок:

Земля-вода. Тепловая энергия забирается из грунта с помощью зондов, накапливается в коллекторе и передается в систему отопления с жидким теплоносителем. Такая схема считается оптимальной для применения в жилых домах.
Вода-вода. Здесь энергия тепла добывается из воды, для чего требуется источник в виде пруда, реки, озера. Профессионалы считают, что такое геотермальное отопление дома по принципу работы считается самым стабильным по показателям температуры.
Воздух-воздух. Это системы, напоминающие кондиционер и использующие в качестве источника бесплатный и доступный ресурс – воздух. Для работы схемы нужны вентиляторы, испарители, соединенные в одну схему.

На заметку! Системы воздух-воздух показывают высокую эффективность до -15 С окружающей среды, с понижением температуры КПД оборудования также снижается.

Варианты расположения теплообменников

Теплообменник можно выкладывать горизонтально или вертикально. В первом случае укладка петель производится на дно водоема, в котлован, монтаж контура выглядит как змеевик. При вертикальном обустройстве теплообменник погружается в шахты или скважины.

Рассмотрим оба варианта подробнее:

Вертикальное обустройство требует бурения скважин на глубину до 200 м и более. На таких уровнях грунт поддерживает температуру от +10 С в круглогодичном режиме. Если обустраивается система вода-вода, то пробуриваются две артезианских скважины, из которых одна применяется для отбора тепла, а вторая – для сброса воды.
Горизонтальное размещение контура не требует применения специальной техники для бурения, но нужна большая площадь выкладки петель. Укладывается трубопровод ниже точки промерзания грунта, для чего копаются траншеи. Для того чтобы определить площадь земли для выкладки контура, нужно площадь дома, которую следует отапливать, умножить на 3. Получается, что для дома в 80 м2 контур выкладывается на участке размером в 240 м2. Поэтому для горизонтальной выкладки проще всего использовать водоемы, в противном случае будет занят весь земельный придомовой участок.

Важно! Горизонтальна укладка контура чаще всего выполняется на этапе возведения дома, при работах по очистке придомового участка. Вертикальный монтаж не требует много места, но придется бурить скважины.

Как сделать геотермальный агрегат своими руками?

Разобравшись, что такое отопление от земли, как работает насос, стоит продумать варианты изготовления оборудования своими руками.

Простых способов два:

Из холодильника. Мастеру потребуется снять змеевик, расположенный на задней стенке агрегата. Чтобы сделать из змеевика конденсатор, деталь устанавливается в прочную тару из усиленного пластика или металла – главное, чтобы материал переносил пониженные и повышенные температуры. Теперь на всю конструкцию закрепляется компрессор, а в качестве испарителя используется пластиковая бочка. Систему соединить, оснастить схему полипропиленовыми трубами, которые присоединены к отопительной магистрали дома, можно запускать схему в работу.
Из кондиционера. Тут меняются местами блоки наружный и внутренний. Испаритель не потребуется, он уже встроен во внутренний модуль, а конденсатор для передачи тепловой энергии стоит в наружном модуле. В систему нужно поставить четырехходовой клапан, а для источника тепла используется вода, воздух.

На заметку! Если делать геотермальное отопление дома своими руками с помощью кондиционера, мастеру может потребоваться помощь специалиста – установка четырехходового клапана требует опыта.

Тепловые насосы продаются в магазине, причем фабричные изделия могут оснащаться дополнительными функциями. Стоят насосы дорого, а учитывая затраты на все элементы контура, следует попытаться сделать насос из холодильника или кондиционера. Иногда мастера разбирают старые кондиционеры, затем из деталей комплектуют стандартные системы с испарителем, компрессором и конденсатором – схема простая, особого опыта не требует и обходится намного дешевле покупного насоса.

Примерные затраты и окупаемость системы

Чтобы добыть тепло из земли, потребуются разовые значительные расходы. Перед тем как покупать оборудование, следует обратиться к проектировщикам за составлением схемы отопления, затем будут проводиться геологические промеры на местности, это нужно для выявления особенностей грунта и подбора оптимального типа оборудования. Только после предварительных этапов осуществляется покупка прибора, который также выбирается по мощности, функциональным возможностям.

Оборудование в 4-5 кВт мощности оценивается от 3000-7000$ (от 200000 рублей), агрегаты на 5-10 кВт стоят 4000-8000$ (от 260 тысяч рублей), если нужен насос с мощностью в 10-15 кВт для отопления больших площадей, то придется выложить 5000-10000$ (от 325000 рублей).

Плюс 50% от суммы потратится на работы по монтажу, запуск системы. Смета на работы получается весьма значительной, однако при постоянной эксплуатации схемы зимой на отопление, а летом на охлаждение, расходы окупаются за 5-7 лет. А работает вся система не менее 100 лет – это выгодное вложение капиталов.

На заметку! Если установить солнечные батареи, накопительные коллекторы, то можно получить автономную схему обеспечения без нужды в подаче электрического тока. Такая система будет экономить очень немалые средства и проработает без техобслуживания минимум 30 лет.

Геотермальное отопление дома под ключ

Геотермальный тепловой насос – наиболее экономичная система отопления и охлаждения загородного дома. Насос использует бесплатную возобновляемую солнечную энергию, накопленную недрами Земли. При затрате 1 КВт энергии он вырабатывает до 5 КВт.

Что такое геотермальная энергия?

Геотермальная энергия – результат солнечного излучения. Она накапливается в земле. Этим низкопотенциальным теплом можно отапливать жилые здания. В качестве источника такой энергии можно использовать:

природные и технические водоемы;
бросовое тепло;
геотермальные зонды.

Как видим, геотермальное отопление дома использует природное тепло планеты.

Первые системы такого вида начали применяться в 70-х годах прошлого столетия. Сейчас они распространены в Западной Европе, США, Канаде. К примеру, в Швеции тепло Балтийского моря применяют для обогрева многоквартирных домов. Геотермальную энергетику в нашей стране рассматривают в качестве нетрадиционной. Тепло земного шара принято считать альтернативным источником.

Состав систем

Геотермальная система отопления дома состоит из теплового насоса и теплообменника. Кроме них сюда же входит безвредная и незамерзающая жидкость (антифриз). Она циркулирует по трубопроводу контура и собирает накопившуюся в земле тепловую энергию. В испарителях теплонасосов энергия антифриза передается в хладагент. В результате он остывает приблизительно на 3 градуса.

Далее температуру хладагента повышают при помощи компрессора. Тепловую энергию из этого вещества через конденсатор передают в воду, циркулирующую в отопительной системе дома. Ее же можно использовать для нагрева бытовой воды в теплонакопителях.

Эффективность работы такой системы во-многом зависит от климата местности. Если точнее – от степени прогрева земли. При низком содержании тепла в ней, здание отапливаться не сможет. Температура грунта не должна быть ниже +5-+7 градусов. Наиболее эффективным способом считается подключение к системе «Теплый пол».

Принцип работы

Принцип работы геотермального отопления заключается в сборе тепла из воды или почвы и передаче в систему отопления здания. Из-за роста тарифов на традиционные энергоносители такой вид получения энергии становится популярным в Московской области. Поверхность земли при его обустройстве выполняет в летнее время функции кондиционера, в зимнее – источника отопления.

Тепловую энергию земли собирают при помощи специального контура или теплообменника для сбора тепла. Его создают из трубопровода и устанавливают под землей, в водоемах или скалах. Способы установки могут быть различными. Наиболее распространенным решением является вертикально пробуренные скважины. Их называют геотермальными. Такой вариант возможен даже для небольших земельных участков. Он считается более энергетически эффективным в сравнении с горизонтальным контуром.

Применяется в домах с большим участком. Для монтажа коллектора экскаватором роют несколько траншей глубиной 2-2,5 метра. В траншею кладут ПНД трубы. Площадь такого коллектора должна быть не меньше площади дома.

Применяются на небольших участках. Рядом с домом бурятся две скважины глубиной 90 метров каждая. В скважину опускаются геотермальные зонды. Обладает высокой долговечностью и большей эффективностью.

Если рядом с вашим участком есть водоем достаточной глубины и размера, на его дно можно опустить горизонтальный коллектор. Это самый энергоэффективный способ геотермального отопления.

Преимущества геотермального отопления

Система такого вида является отличным способом теплоснабжения зданий. Это возможность сэкономить денежные средства и энергию. К основным достоинствам геотермального отопления относятся:

Геотермальная система отопления генерирует из 1 единицы энергии 5 единиц. Показатель эффективности такой системы составляет 530%. Показатель эффективности современного газового котла – 98%.

Из-за большой разницы в энергоэффективности такой системы, в среднем, вложения в нее окупаются за несколько лет.

Геотермальные источники энергии признаны наиболее экологически чистыми. Они сводят к минимум угрозу загрязнения воздуха. Установка одного геотермального насоса является экологическим эквивалентом посадки 750 деревьев.

Безопасность от пожаров

Поскольку для работы теплового насоса не используется природный газ, в нем нет источника пламени и угарных газов.

Оборудование можно установить в любом месте. Главное условие – наличие электроэнергии в доме.

Геотермальный контур находится под землей при постоянной температуре. Он не подвергается воздействию тепловых нагрузок при горении топлива. Заявленный срок службы тепловых насосов – 25-30 лет.

Особенности и порядок монтажа

Установку геотермального отопления в частном доме следует доверить специалистам. Основные трудности возникают при монтаже контура-теплообменника в грунт. Основными этапами являются следующие:

Выезд инженеров на место. При этом они выясняют особенности местности и выбирают самый эффективный способ монтажа.

Заключение договора и приобретение оборудования.

Монтажные работы. Выполняется установка теплообменников в грунт. Затем происходит подключение геотермальной установки к отопительному контуру здания.

Пуско-наладочные работы. После их окончания подписывается акт о сдаче.

На эффективность функционирования установки оказывает влияние вид источника тепла. Самым эффективным считается монтаж контура теплообменника вблизи термического источника или на дне водоема. Компания, устанавливающая оборудование, может предоставить клиенту дополнительные гарантийные обязательства. В соответствии с действующим законодательством это допускается при условии оплаты таких услуг. Заказчику это обойдется в дополнительную плату.

Оборудование для геотермального отопления

Внедрение системы такого типа возможно только при наличии специального оборудования. Оно аккумулирует тепло из почвы или воды и передает теплоносителю отопительной системы здания. В нее входят:

тепловой насос;
компрессор;
буферный бак;
теплообменник.

Компрессор помогает довести антифриз до необходимой температуры. Буферный бак накапливает его после нагревания и осуществляет передачу его тепла теплоносителю. В состав входят внутренний бак, вода-теплоноситель и змеевик, по которому циркулирует антифриз. Этот элемент необходим также по той причине, что температура антифриза может меняться от -5 до +20 градусов. При этом происходит его расширение и необходима емкость для размещения выросшего объема.

Тепловые насосы

Основное оборудование геотермального отопления – тепловой насос. Он обеспечивает циркуляцию антифриза в геотермальной системе. Теплонасос выполняет контроль над работой всей установки.

Затрачивая 1 Квт электроэнергии, он производит от 2,5 до 5 Квт тепловой энергии.

При отоплении жилых зданий, коттеджей, муниципальных бань, промышленных объектов используются насосы разных мощностей.

В случае использования подобных систем для коттеджей такое устройство целиком решает задачи горячего водоснабжения и отопления. На промышленных объектах применяют модульные конструкции тепловых насосов. В этом случае стандартные модули теплопроизводительностью 100 КВт объединяют до 25 единиц между собой.

Сравнение стоимости геотермального и газового отопления

Анализируя окупаемость перехода с газового на геотермальное отопление, сравнивают уже установленные расходы на газ без капитальных вложений со стоимостью совершенно новой системы. Высокие расходы на монтаж теплонасоса связаны с необходимостью укладки горизонтального грунтового коллектора или бурения вертикальной скважины.

Монтаж систем геотермального отопления в частных и загородных домах является дорогостоящим удовольствием. Они отличаются изначально высокими капитальными вложениями по сравнению с традиционными газовыми системами. Но срок их окупаемости относительно невелик. Она наступает к 18-20 году эксплуатации.

Если провести сравнение стоимости газового и геотермального отопления, то эксплуатация последнего обходится дешевле. Такие системы потребляют электроэнергии в 3-5 раз меньше. Автоматика тепловых насосов дает возможность максимально пользоваться льготным ночным тарифом на электроэнергию. Оборудование позволяет отапливать здания до комфортной температуры в 22-24 градуса.

Поэтому, установка системы с тепловым насосом представляет собой инвестицию в собственный комфорт, безопасность, независимость и престижность.