Ogrzewanie geotermalne: zasada działania, zalety i wady, subtelności konstrukcji

Istnieje wiele różnych opcji ogrzewania domów. Uwaga ludzi jest naturalnie skoncentrowana na poszukiwaniu sposobów, które zużywają najmniej energii. Zaciekłe spory są spowodowane tak postępową metodą pozyskiwania ciepła, jak wykorzystanie podziemnych źródeł.

Zasada ogrzewania geotermalnego obejmuje stosowanie pomp ciepła. Działają zgodnie z klasycznym cyklem Carnota, pobierając zimny czynnik chłodzący głęboko poniżej i odbierając w zamian przepływ płynu ogrzanego do 50 stopni wewnątrz systemu ogrzewania. Sprzęt działa z wydajnością od 350 do 450% (nie jest to sprzeczne z podstawowymi prawami fizycznymi, dlaczego - zostanie to powiedziane później). Standardowa pompa ciepła ogrzewa dom lub inny budynek kosztem ciepła ziemi przez 100 tysięcy godzin (jest to średni odstęp między zapobiegawczymi naprawami kapitału).

Ogrzewanie do 50 stopni nie jest przypadkowe. To właśnie ten wskaźnik został uznany za najskuteczniejszy dzięki wynikom specjalnych obliczeń i badaniu praktycznie wdrożonych systemów. Dlatego ogrzewanie gruntu, wykorzystując przepływ energii z głębokości, jest uzupełniane nie przez grzejniki, ale przez ciepłą podłogę lub obwód powietrza. Średnio na 1000 W energii, która napędza pompę, możliwe jest podniesienie do góry około 3500 W energii cieplnej. Na tle nieokiełznanego wzrostu kosztów chłodziwa w głównej sieci i innych metod ogrzewania jest to bardzo przyjemny wskaźnik.

Ogrzewanie geotermalne składa się z trzech obwodów:

• kolektor gruntowy;
• pompa ciepła;
• w rzeczywistości kompleks grzewczy w domu.

Powód jest prosty - woda, która występuje w wystarczająco podgrzanej warstwie gleby, szybko niszczy sprzęt. A nawet takiej cieczy nie można znaleźć w żadnym arbitralnym miejscu. Wybór konkretnego chłodziwa zależy od decyzji projektowych inżynierów. Pompa jest wybierana w zależności od urządzenia pozostałych części systemu. Ponieważ głębokość odwiertu (poziom wyposażenia) zależy od warunków naturalnych, decydujące różnice między typami systemów geotermalnych są związane z urządzeniem zbiornika w ziemi.

Pozioma struktura oznacza lokalizację kolektora pod linią zamarzania gleby. W zależności od konkretnej lokalizacji oznacza to pogłębienie 150-200 cm, które mogą być wyposażone w różne rury, takie jak miedź (z zewnętrzną warstwą PVC) i wykonane z metaloplastyku. Aby uzyskać od 7 do 9 kW ciepła, trzeba położyć co najmniej 300 metrów kwadratowych. m kolekcjoner. Ta technika nie pozwala zbliżyć się do drzew o więcej niż 150 cm, a po zakończeniu instalacji konieczne jest ulepszenie terytorium.

Pionowo wyeksponowany zbiornik implikuje wiercenie kilku odwiertów, koniecznie skierowanych w różnych kierunkach, a każde prowadzenie z własnego kąta. Wewnątrz studni znajdują się sondy geotermalne, a powrót termiczny z 1 biegu. m osiąga około 50 watów. Łatwo jest obliczyć, że dla identycznej ilości ciepła (7-9 kW) trzeba będzie dostarczyć 150-200 m odwiertów.Zaletą w tym przypadku jest nie tylko ekonomia, ale także fakt, że struktura krajobrazu terytorium się nie zmienia. Konieczne będzie jedynie przydzielenie niewielkiego obszaru do instalacji jednostki kesonowej i umieszczenie kolektora koncentracyjnego.

Kontur podgrzany z wody jest praktyczny, jeśli możliwe jest doprowadzenie zewnętrznej jednostki wymiany ciepła do jeziora lub stawu na głębokość od 200 do 300 cm. Jednak warunkiem wstępnym będzie położenie zbiornika w promieniu 0,1 km od ogrzewanego budynku i powierzchni wody co najmniej 200 metrów kwadratowych. m. Istnieją również powietrzne wymienniki ciepła, gdy ciepło jest wytwarzane przez zewnętrzny obwód z atmosfery. Taka decyzja doskonale przejawia się w południowych regionach kraju i nie wymaga żadnych prac wykopaliskowych. Słabości systemu to niska wydajność przy mrozie 15 stopni i całkowite zatrzymanie, jeśli temperatura spadnie do 20 stopni.

Przede wszystkim ogrzewanie geotermalne w wiejskim domu nie zużywa drogiego i zanieczyszczającego powietrza mineralnego paliwa. Już 7 z 10 nowych domów wybudowanych w Szwecji jest ogrzewanych w ten sposób. W upalne dni sprzęt geotermalny z grzejnika staje się środkiem kondycjonowania pasywnego. Wbrew powszechnemu przekonaniu taki system grzewczy nie wymaga wulkanów ani gejzerów. W najbardziej zwyczajnym płaskim terenie nie działa gorzej.

Jedynym warunkiem jest osiągnięcie punktu termicznego poniżej linii mrozugdzie temperatura gleby wynosi zawsze od 3 do 15 stopni. Bardzo wysoka wydajność wydaje się być sprzeczna z prawami natury; pompa ciepła jest nasycona freonem, który paruje pod wpływem nawet „lodowej” wody, która wydaje się ludziom. Para ogrzewa trzeci obwód. Taki schemat to lodówka wywrócona na lewą stronę. Dlatego sprawność pompy odnosi się tylko do ilościowego stosunku energii elektrycznej i zasobów cieplnych. Sam napęd jest „taki, jaki powinien być”, z nieuniknioną utratą energii.

Obiektywne zalety ogrzewania geotermalnego można rozważyć:

• doskonała wydajność;
• solidny okres służby (pompa ciepła działała przez 2-3 dekady, a sondy geologiczne mają do 100 lat);
• stabilność pracy w niemal każdych warunkach;
• brak wiązania z nośnikami energii;
• pełna autonomia.

Istnieje jeden poważny problem, który zapobiega temu, aby ogrzewanie geotermalne było naprawdę powszechnym rozwiązaniem. To, jak pokazują opinie właścicieli, wysoka cena tworzonego projektu. Aby ogrzać zwykły dom o powierzchni 200 metrów kwadratowych. m (nie tak rzadko), konieczne będzie zbudowanie systemu „pod klucz” za 1 mln rubli, do 1/3 tej kwoty to pompa ciepła. Zautomatyzowane instalacje są bardzo wygodne, a jeśli wszystko jest poprawnie skonfigurowane, mogą pracować przez wiele lat bez interwencji ludzi. Wszystko zależy tylko od dostępności funduszy. Inną wadą jest zależność od zasilania jednostki pompującej.

Sporo osób próbuje stworzyć ogrzewanie geotermalne własnymi rękami. Aby jednak taki system działał, należy dokonać dokładnych obliczeń, a także układ instalacji rurowej. Odwiert nie powinien być zbliżany do domu o więcej niż 2-3 m. Maksymalna dopuszczalna głębokość wiercenia sięga 200 m, jednak studnie osiągające 50 m wykazują dobrą wydajność.

Główne parametry brane pod uwagę w obliczeniach to:

• temperatura (głębokość od 15-20 m i więcej nagrzewa się od 8 do 100 stopni w zależności od stworzonych warunków);
• wartość mocy odzyskiwalnej (średnio - 0,05 kW na 1 m);
• wpływ klimatu, wilgotności i kontaktu z wodami gruntowymi na wymianę ciepła.

Co ciekawe, całkowicie suche skały dają nie więcej niż 25 W przy 1 ma jeśli istnieją wody gruntowe, liczba ta wzrasta do 100-110 watów. Nie wolno nam zapominać, że standardowy czas pracy pompy ciepła wynosi 1800 godzin rocznie. Jeśli ten wskaźnik zostanie przekroczony, system nie stanie się bardziej wydajny, ale jego zużycie gwałtownie wzrośnie. Co gorsza, nadmierna eksploatacja zasobów termicznych podłoża powoduje ich chłodzenie, a nawet zamarzanie skał na głębokości roboczej. Następnie gleba może zatonąć, czasami uszkodzone są rury robocze i konstrukcje naziemne.

Dostawy ciepła kosztem źródeł podziemnych powinny być tworzone zgodnie ze ściśle opracowanym algorytmem. Ponieważ systemy wodne i powietrzne są ograniczone, większość praktycznych opcji obejmuje wiercenie studni. I to jest kolejny powód, dla którego nie robisz wszystkiego własnymi rękami. Tylko specjalny sprzęt pozwala przeniknąć na głębokość 20-100 m, gdzie powstają warunki niezbędne do ogrzewania. Dopuszcza się stosowanie rur z tworzywa sztucznego o ciśnieniu około 6 bar jako sond.

Aby poprawić wydajność systemu, użyj taśmy 3 lub 4 liniiKońcowe odcinki są połączone w formie litery U. Ogrzewanie wzdłuż konturu jest bardzo ważne, dzięki czemu nie jest możliwe pękanie rur podczas silnego mrozu. Ogrzewanie odbywa się za pomocą drutu rozciągniętego do środka kanału, przez który doprowadzany jest prąd. Jeśli nie można zastosować pali energetycznych, należy użyć poziomych odbiorników. Dla nich przygotowywany jest grunt o wymiarach 15x15 m, gleba jest z niego usuwana na głębokość 0,5 m.

Cały ten obszar jest potrzebny do układania podobnych sond. Często używają mat elektrycznych lub rur, które wymieniają ciepło. Aby poprawić wydajność systemu grzewczego, należy zastosować układ rury w spirali lub w formie „węża”. Nie można dokładnie powiedzieć, co jest lepsze - gotowe kompleksy, produkcja masowa lub samodzielny montaż. W pierwszym przypadku problem zgodności jest rozwiązywany automatycznie, ale w drugim zwiększa się elastyczność, zwiększa się potencjał modernizacji (chociaż należy zwrócić większą uwagę na projektowanie).

Amatorzy budownictwa mogą uciec od typowego akumulatora ciepła, zastępując go betonowym jastrychem. Ogrzewanie geotermalne w takim systemie eliminuje potrzebę znacznych szarpnięć temperaturowych. Możesz przeprowadzać eksperymenty z różnymi płynami chłodzącymi, a także montować sprężarki o różnej wydajności. Dzięki prawidłowemu obliczeniu obciążenia i prawidłowemu rozprowadzeniu ciepła wzdłuż obwodów odbiorczych można zwiększyć wydajność systemu o 15-20%. Równocześnie koszty energii są zauważalnie zmniejszone.

Rury umieszczone poziomo układane są na głębokość 50-300 cm, do obszaru autostrad najmniejszego, wykonane w formie zwojów. Ale między poszczególnymi dwoma autostradami powinno być co najmniej 200 mm. Wszelkie prace budowlane muszą być poprzedzone określeniem oddziaływania termicznego gleby.Jeśli wynosi mniej niż 20 watów na 1 kwadrat. m, kontur geotermalny nie ma sensu. Aby zapewnić odprowadzanie wód gruntowych, dno dołów jest pokryte warstwą piasku. Rury na bazie usieciowanego polietylenu są doskonałe.

Najbardziej wydajna praca pompy ciepła zapewniona jest w pomieszczeniach, w których temperatura powietrza wynosi 14 stopni Celsjusza. W miarę możliwości należy preferować pionowy układ konturów do poziomu, ponieważ jest to najbardziej wydajny ze wszystkich. Sądząc po opiniach, ogrzewanie geotermalne w czystej postaci jest irracjonalne, zbyt długo ogrzewa wodę, ponieważ w wielu przypadkach taki system pełni wyłącznie rolę pomocniczą. Aby osiągnąć najwyższą wydajność, należy skupić się na maksymalnej dopuszczalnej intensywności zaangażowania zasobu termicznego i szacowanych przepływach studni.

Jeśli gorąca woda nie znajduje się poniżej, ale gorąca woda, jest to praktycznie optymalna sytuacja. Wtedy można zaoszczędzić pieniądze i uzyskać maksymalne korzyści. Musimy jednak pamiętać, że jeśli planuje się jednoczesne wykorzystanie gorących podziemnych źródeł do zaopatrzenia w wodę, woda w nich musi spełniać standardowe wymagania sanitarne. Gdy analiza chemiczna wykazuje obecność agresywnych składników, zaleca się zorganizowanie dwóch autonomicznych obwodów, w których ciecz się nie miesza, ale zachodzi tylko wymiana ciepła. Sprężarki są mocowane na ścianach z lodówek lub klimatyzatorów.

Jeśli okablowanie domu jest raczej słabe, warto użyć pary sprężarek, aby zmniejszyć prąd rozruchowy ze względu na połączenie szeregowe. Podczas instalowania kondensatorów należy zadbać o ruch freonu w nich od góry do dołu, a nie odwrotnie. Aby kolektor mógł pracować stabilnie i ogrzewać pomieszczenie, jego powierzchnia (dla prywatnego domu o powierzchni 100 m2) musi wynosić 200-250 m2. Schemat ogrzewania poziomego nie powinien być stosowany, jeśli planujesz później podzielić ogród lub ogród warzywny. Nawet konwencjonalna pompa odwiertu może być użyta do ukończenia systemu.

Aby uzyskać informacje na temat tego, czym jest ogrzewanie geotermalne i jak je zainstalować, zobacz poniższy film.