Geotermální vytápění soukromého domu.

Geotermální topné systémy pro venkovský dům: funkce uspořádání “udělej si sám”.

Víme, že geotermie je teplo Země a pojem „geotermální“ je často spojován se sopkami a gejzíry. V Rusku se geotermální energie využívá především v průmyslovém měřítku, například existují elektrárny Dálného východu, které fungují na bázi tepla naší planety.

Mnozí si jsou jisti, že vyrobit si geotermální vytápění doma vlastníma rukama je něco z říše fantazie. Není to ono? To ale absolutně není pravda! S rozvojem moderních technologií se využití „zelené energie“ v domácnostech stalo zcela reálným.

Povíme si o principech alternativního vytápění, jeho výhodách a nevýhodách a porovnáme jej s tradičními systémy vytápění. Dozvíte se také, jak umístit výměník tepla a jak instalovat geotermální vytápění vlastníma rukama.

Několik historických faktů

Když v 70. letech udeřila ropná krize, na Západě byla palčivá potřeba alternativních zdrojů energie. Právě v této době začaly vznikat první geotermální topné systémy.

Dnes jsou široce používány ve Spojených státech, Kanadě a západoevropských zemích.

Využití energie zemského nitra má podstatnou výhodu: použité zdroje jsou získávány zdarma a spontánně se obnovují

Vnitřní jednotka geotermálního systému zabírá málo místa, vypadá jako známé domácí spotřebiče

Počáteční investice do zřízení geotermálního systému je vyšší než instalace kotle, ale minimální náklady na údržbu a provoz projekt ospravedlňují a rychle zaplatí.

Zařízení, které přeměňuje energii Země na teplo, nevypouští produkty spalování, nenávratně nespaluje palivové dřevo, uhlí, rašelinu, plyn

Například ve Švédsku aktivně využívají vodu Baltského moře, jejíž teplota je +4°C. V Německu je zavádění geotermálních topných systémů dokonce sponzorováno na státní úrovni.

Když mluvíme o zdrojích geotermální energie, vždy si představíme údolí gejzírů nebo vulkánů, ale zdroje, které potřebujeme, jsou mnohem blíže. A pomáhají nám v zimě zahřát a v létě chladit.

V Rusku fungují elektrárny Pauzhetskaya, Verchne-Mutnovskaya, Okeanskaya a další geotermální elektrárny. Existuje však velmi málo faktů o využívání energie Země v našem soukromém sektoru.

Skutečné výhody a nevýhody

Pokud v Rusku získalo geotermální vytápění soukromého sektoru relativně malou distribuci, znamená to, že tento nápad nestojí za náklady na jeho realizaci? Možná nemá cenu se tímto problémem zabývat? Ukázalo se, že tomu tak není.

Použití geotermálního systému vytápění domů je ziskové řešení. A existuje pro to několik důvodů. Mezi ně patří rychlá instalace zařízení, které může pracovat po dlouhou dobu bez jakéhokoli přerušení.

Pokud do topného systému nepoužijete vodu, ale kvalitní nemrznoucí kapalinu, nepromrzne a její opotřebení bude minimální.

Uvádíme další výhody tohoto typu vytápění.

• Postup spalování paliva je vyloučen. Vytváříme absolutně ohnivzdorný systém, který během svého provozu nebude schopen způsobit žádné poškození bydlení. Kromě toho je vyloučena řada dalších problémů souvisejících s přítomností paliva: nyní není třeba hledat místo pro jeho uskladnění, obstarávání nebo dodání.
• Podstatný ekonomický přínos. Během provozu systému nejsou nutné žádné další investice. Roční vytápění zajišťují přírodní síly, které si nekupujeme. Při provozu tepelného čerpadla se samozřejmě spotřebovává elektrická energie, ale zároveň množství vyrobené energie výrazně převyšuje spotřebu.
• Faktor prostředí. Geotermální vytápění soukromého venkovského domu je řešením šetrným k životnímu prostředí. Absence spalovacího procesu vylučuje vstup spalin do atmosféry. Pokud si to mnozí uvědomí a takový systém zásobování teplem bude patřičně rozšířen, negativní vliv lidí na přírodu se mnohonásobně sníží.
• Kompaktnost systému. Ve svém domě nemusíte organizovat samostatnou kotelnu. Potřebovat bude pouze tepelné čerpadlo, které lze umístit například do sklepa. Nejobjemnější obrys systému bude umístěn pod zemí nebo pod vodou, na povrchu vašeho webu jej neuvidíte.
• Multifunkčnost. Systém může pracovat jak pro vytápění během chladného období, tak pro chlazení během letních veder. Čili ve skutečnosti vám nahradí nejen topení, ale i klimatizaci.
• akustický komfort. Tepelné čerpadlo běží téměř tiše.

Volba geotermálního topného systému je nákladově efektivní, přestože musíte vynaložit peníze na nákup a instalaci zařízení.

Mimochodem, nevýhodou systému jsou právě náklady, které musíte vynaložit na instalaci systému a jeho přípravu k práci. Bude nutné zakoupit samotné čerpadlo a některé materiály, provést instalaci vnějšího rozdělovače a vnitřního okruhu.

Není žádným tajemstvím, že zdroje jsou rok od roku dražší, takže autonomní systém vytápění, který se může vrátit během pár let, bude pro jeho majitele vždy ekonomicky výhodný.

Tyto náklady se však vrátí již v prvních letech provozu. Následné použití kolektoru položeného v zemi nebo ponořeného ve vodě šetří značné peníze.

Samotný proces instalace navíc není tak složitý, abyste si k jeho provedení pozvali specialisty třetích stran. Pokud se nezapojíte do vrtání, vše ostatní lze provést nezávisle.

Vnitřní jednotka systému, který využívá teplo útrob země, zahrnuje samotné tepelné čerpadlo, ohřívač vody instalovaný samostatně nebo zabudovaný do čerpadla a vyrovnávací nádrž

Tepelná energie hornin a podzemní vody je dostatečná pro organizaci vytápění a zásobování teplou vodou venkovského domu

Navzdory skutečným výhodám provozu tepelných čerpadel je vytápění domu pomocí plynového kotle stále levnější, ale geotermální energie se stále využívá například k ohřevu vody v bazénu

V nezplynovaných oblastech, místech, kde není přiváděna elektřina, se však tepelné čerpadlo s odběrem energie z půdy a vody může stát jednotkou zajišťující teplovodní a topné systémy.

Je rozumné využívat volnou energii podzemních vod a hornin při zajišťování tepla pro domácí budovy, skleníky, sportovní areály

Zemní tepelná čerpadla mohou sloužit jako doplňkové zdroje energie potřebné v případě výpadku proudu

V případě úplného přepnutí domu na geotermální vytápění je nejčastěji nutné vybudovat více okruhů, obsluhovat určité okruhy, např. pro radiátorové vytápění a podlahové vytápění je lepší použít dvě tepelná čerpadla a pro ohřev teplé vody třetí

Schémata geotermálního vytápění jsou dokonale kombinována jak s tradičními možnostmi, tak s jinými typy alternativních zdrojů: solární panely, větrné turbíny a další.

Geotermální vytápění: princip činnosti, klady a zápory, jemnosti konstrukce

Existuje mnoho různých možností pro vytápění domu. Pozornost lidí se přirozeně soustředí na hledání způsobů, které spotřebují co nejméně energie. Ostré spory vyvolává tak progresivní způsob získávání tepla, jakým je využívání podzemních zdrojů.

Jak to funguje?

Princip fungování geotermálního vytápění spočívá v použití tepelných čerpadel. Fungují v souladu s klasickým Carnotovým cyklem, přijímají chladivo hluboko pod sebe a na oplátku přijímají proud tekutiny ohřátý na 50 stupňů uvnitř topného systému. Standardní tepelné čerpadlo vytápí dům nebo jinou budovu pomocí tepla země po dobu 100 XNUMX hodin (to je průměrný interval mezi preventivními generálními opravami).

Vytápění až na 50 stupňů nebylo zvoleno náhodou. Právě tento ukazatel byl podle výsledků speciálních výpočtů a při studiu prakticky realizovaných systémů uznán jako nejúčinnější. Proto je zemní vytápění, využívající tok energie z útrob, doplněno především ne radiátory, ale teplou podlahou nebo vzduchovým okruhem. V průměru na 1000 wattů energie, která pohání čerpadlo, je možné získat asi 3500 wattů tepelné energie. Na pozadí bezuzdného růstu nákladů na chladicí kapalinu v hlavní síti a dalších způsobů vytápění je to velmi příjemný ukazatel.

Geotermální vytápění je tvořeno třemi okruhy:

• zemní kolektor;
• tepelné čerpadlo;
• vlastně topný komplex domu.

Kolektor je soubor trubek, které byly doplněny o recirkulační čerpadlo. Chladicí kapalina ve vnějším okruhu má teplotu 3 až 7 stupňů. A i takový zdánlivě nepatrný rozptyl umožňuje systému efektivně řešit úkoly. Pro přenos tepla se používá buď čistý etylenglykol nebo jeho směs s vodou. Kompletně vodní okruhy podzemního vytápění jsou vzácné.

Důvod je jednoduchý – voda, která se nachází v dostatečně prohřáté vrstvě půdy, zařízení rychle koroduje. A i takovou tekutinu lze nalézt daleko od jakékoli svévolně uskutečněné. Výběr konkrétní chladicí kapaliny je určen konstrukčními rozhodnutími inženýrů. Čerpadlo se volí v závislosti na zařízení zbývajících částí systému. Protože hloubka vrtu (úroveň zařízení) je dána přírodními podmínkami, jsou rozhodující rozdíly mezi typy geotermálních systémů spojeny s konstrukcí kolektoru v zemi.

Horizontální struktura předpokládá umístění kolektoru pod linií zamrzání půdy. V závislosti na konkrétní oblasti to znamená prohloubení 150-200 cm.Takové kolektory mohou být vybaveny různými trubkami, a to jak měděnými (s vnější vrstvou PVC), tak kovovými plasty. Chcete-li získat 7 až 9 kW tepla, budete muset položit alespoň 300 metrů čtverečních. m sběratel. Tato technika vám neumožňuje přiblížit se ke stromům o více než 150 cm a po dokončení instalace bude muset být území upraveno.

Vertikálně exponovaný kolektor znamená vrtání několika studní, navíc jsou nutně nasměrovány různými směry a každá je vedena pod svým vlastním úhlem. Geotermální sondy jsou umístěny uvnitř vrtů, tepelný výkon od 1 lineárního metru. m dosahuje asi 50 wattů. Je snadné spočítat, že pro identické množství tepla (7-9 kW) bude nutné nainstalovat 150-200 m studní. Výhoda je v tomto případě nejen v hospodárnosti, ale také v tom, že se nemění krajinná struktura území. Bude nutné pouze vyčlenit malou plochu pro montáž kesonového bloku a pro ustavení koncentračního kolektoru.

Okruh s vodním ohřevem je praktický, pokud je možné externí teplosměnnou jednotku přivést do jezera nebo rybníka do hloubky 200 až 300 cm. Předpokladem však bude umístění nádrže v okruhu 0,1 km od vytápěné budovy a plocha vodního zrcadla nejméně 200 metrů čtverečních. m. Existují také vzduchové výměníky tepla, kdy teplo přijímá vnější okruh z atmosféry. Takové řešení funguje dobře v jižních oblastech země a nevyžaduje žádné výkopové práce. Slabinou systému je nízká účinnost při mrazu 15 stupňů a úplné zastavení, pokud teplota klesne na 20 stupňů.

Vlastnosti

Geotermální vytápění domu, především příměstského, nespotřebovává drahá a znečišťující minerální paliva. Již 7 z 10 nových domů postavených ve Švédsku je vytápěno tímto způsobem. V horkých dnech se geotermální zařízení mění z ohřívače na prostředek pasivní klimatizace. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení nejsou k provozu takového topného systému potřeba sopky ani gejzíry. V nejobyčejnějším rovném terénu to funguje stejně dobře.

Jedinou podmínkou je, že tepelný okruh dosáhne bodu pod hranicí mrazukde je teplota půdy vždy mezi 3 a 15 stupni. Super vysoká účinnost se zdá pouze v rozporu s přírodními zákony; tepelné čerpadlo je nasyceno freonem, který se vypařuje pod vlivem i „ledově studené“ vody, která se lidem zdá. Pára ohřívá třetí okruh. Takovým schématem je lednička obrácená naruby. Proto se účinnost čerpadla vztahuje pouze na kvantitativní poměr elektrické energie a tepelných zdrojů. Provoz pohonu sám o sobě probíhá „podle očekávání“ s nevyhnutelnými energetickými ztrátami.

Výhody a nevýhody

Objektivní výhody geotermálního vytápění jsou:

• vynikající účinnost;
• solidní doba provozu (tepelné čerpadlo pracuje 2-3 desetiletí a geologické sondy až 100 let);
• stabilita práce prakticky za jakýchkoli podmínek;
• žádné spojení s nosiči energie;
• úplnou autonomii.

Existuje jeden velký problém, který brání tomu, aby se geotermální vytápění stalo skutečně běžným řešením. To, jak ukazují recenze majitelů, je vysoká cena vytvářené struktury. K vytápění běžného domu 200 m1. m (ne tak vzácné), bude nutné postavit systém na klíč za 1 milion rublů, až 3/XNUMX této částky je tepelné čerpadlo. Automatizované instalace jsou velmi pohodlné a pokud je vše správně nastaveno, mohou fungovat roky bez lidského zásahu. Vše závisí pouze na dostupnosti volných finančních prostředků. Další nevýhodou je závislost na napájení čerpací jednotky.

Riziko vznícení geotermálního topného systému je nulové. Nemusíte se bát, že zabere příliš místa, v samotném domě si potřebné díly vyžádají přibližně stejnou plochu jako běžná pračka. Navíc se uvolní prostor, který je obvykle nutné odebrat pro zásoby paliva. Je nepravděpodobné, že bude možné vytvořit potřebné obrysy vlastními rukama. Je také lepší svěřit navrhování odborníkům, protože sebemenší chyba může vést k nepříjemným následkům.

výzdoba

Mnoho lidí se snaží vytvořit geotermální vytápění vlastníma rukama. Aby však takový systém fungoval, je třeba provést pečlivé výpočty a také je nutné uspořádání potrubí. Není možné přiblížit studnu k domu o více než 2-3 m. Maximální přípustná hloubka vrtání dosahuje 200 m, studny dosahující 50 m však vykazují dobrou účinnost.

Výpočty

Hlavní parametry, které se berou v úvahu při jakýchkoli výpočtech, jsou:

• teplota (hloubka od 15-20 m a více se ohřeje od 8 do 100 stupňů, v závislosti na podmínkách);
• hodnota odebíraného výkonu (průměr je 0,05 kW na 1 m);
• vliv klimatu, vlhkosti a kontaktu s podzemní vodou na přenos tepla.

Co je velmi zajímavé, úplně suché horniny nedávají z 25 m více než 1 W, a pokud existuje podzemní voda, toto číslo se zvyšuje na 100-110 wattů. Nesmíme zapomenout, že standardní doba provozu tepelného čerpadla je 1800 hodin ročně. Při překročení tohoto ukazatele se systém nestane efektivnější, ale rapidně se zvýší jeho opotřebení. A co je mnohem horší, nadměrné využívání tepelných zdrojů útrob vede k jejich ochlazování a dokonce k zamrzání hornin v pracovní hloubce. Následně může dojít k sesednutí zeminy, někdy k poškození pracovních potrubí a nadzemních konstrukcí.

Je nutné pečlivě vypočítat akce pro regeneraci půdních vlastností. Pouze pravidelným přiváděním tepla do vrtu namísto jeho odebírání venku je možné zaručit stabilní provoz systému po mnoho let. Jak často to dělat a co jiného dělat – jen výpočty provedené zkušenými designéry vás vyzve. Doba návratnosti geotermálního vytápění je i při nejvyšší účinnosti minimálně 10 let. Kromě technických problémů byste si tedy měli pečlivě spočítat ekonomiku projektu.

Pořadí práce

Zásobování teplem z podzemních zdrojů by mělo být vytvořeno podle přísně vyvinutého algoritmu. Protože použití vodních a vzduchových systémů je omezené, většina praktických možností zahrnuje vrtání studní. A to je další důvod, proč nemůžete dělat všechno sami. Pouze speciální zařízení umožňuje proniknout do hloubky 20-100 m, kde jsou vytvořeny potřebné podmínky pro vytápění. Jako sondy je povoleno použití plastových trubek určených pro tlak asi 6 barů.

Pro zvýšení účinnosti systému použijte páskování 3 nebo 4 řádků, jehož koncové úseky jsou spojeny ve tvaru písmene U. Velmi důležitý je ohřev podél obrysu, díky kterému je vyloučeno praskání trubek při silném mrazu. Toto zahřívání se provádí pomocí drátu nataženého do středu kanálu, kterým je přiváděn proud. Pokud není možné použít energetické hromady, musí být použity horizontální přijímače. Připravuje se pro ně stanoviště o rozměrech 15×15 m, zemina se z něj odebírá do hloubky 0,5 m.

Celá tato plocha je potřebná pro položení zdání sond. Často se používají elektrické rohože nebo trubky, které vyměňují teplo. Pro zvýšení účinnosti topného systému aplikujte rozložení potrubí ve spirále nebo ve formě “hada”. Nelze s jistotou říci, co je lepší – hotové komplexy, sériově vyráběné nebo vlastní montáž. V prvním případě se automaticky řeší problém kompatibility, ve druhém se však zvyšuje flexibilita, zvyšuje se potenciál modernizace (více pozornosti by se však mělo věnovat designu).

Amatérští stavitelé se mohou zbavit typického akumulátoru tepla jeho nahrazením betonovým potěrem. Geotermální vytápění v takovém systému umožňuje obejít se bez výrazných teplotních výkyvů. Můžete experimentovat s různými chladicími kapalinami a také montovat kompresory s různým výkonem. Správným výpočtem zátěže a správnou distribucí tepla podél odběrných okruhů můžete systém zefektivnit o 15–20 %. Zároveň se výrazně snižují náklady na energie.

Vodorovně umístěné trubky jsou položeny do hloubky 50-300 cm. Aby se minimalizovala plocha sítě, jsou vyrobeny ve formě závitů. Mezi jednotlivými dvěma dálnicemi ale musí být minimálně 200 mm. Případným stavebním pracím musí předcházet stanovení tepelné návratnosti zeminy. Pokud je méně než 20 W na 1 mXNUMX. m, v geotermálním okruhu není žádný bod. Pro zajištění odtoku podzemní vody je dno jam pokryto vrstvou písku. Trubky na bázi zesíťovaného polyethylenu fungují dobře.

Doporučení pro použití

Nejúčinnější provoz tepelného čerpadla je zajištěn v místnostech, kde je teplota vzduchu od 14 stupňů Celsia. Kdykoli je to možné, upřednostňujte vertikální uspořádání obrysů před horizontálním, protože je ze všech nejúčinnější. Soudě podle recenzí je geotermální vytápění ve své čisté formě iracionální, ohřívá vodu příliš dlouho, proto v mnoha případech hraje takový systém čistě pomocnou roli. Pro dosažení nejvyšší účinnosti je třeba se zaměřit na maximální přípustnou intenzitu zapojení tepelného zdroje a vypočítané průtoky vrtu.

Pokud na dně nejsou suché kameny, ale horká voda, je to téměř optimální situace. Pak je tu možnost ušetřit a získat maximální užitek. Musíme si však uvědomit, že pokud se plánuje současné použití horkých podzemních pramenů pro zásobování vodou, musí voda v nich splňovat standardní hygienické požadavky. Když chemická analýza prokáže přítomnost agresivních složek, je vhodné zorganizovat dva autonomní okruhy, ve kterých se kapalina nemíchá, ale dochází pouze k výměně tepla. Kompresory jsou upevněny na stěnách buď z chladniček nebo z klimatizací.

Pokud je kabeláž v domě spíše slabá, vyplatí se použít pár kompresorů pro snížení startovacího proudu kvůli sériovému zapojení. Při instalaci kondenzátorů byste se měli postarat o pohyb freonu v nich shora dolů a ne naopak. Aby kolektor pracoval stabilně a vyhříval místnost, měla by být jeho plocha (pro soukromý dům 100 m200) 250-2 mXNUMX. Horizontální schéma vytápění by se nemělo používat, pokud se plánuje následné založení zahrady nebo zeleninové zahrady. K dokončení systému lze použít i běžné čerpadlo do vrtu.

Informace o tom, co je geotermální vytápění a jak jej nainstalovat, naleznete v následujícím videu.