Ogrzewanie geotermalne jest jednym z najbardziej obiecujących alternatywnych źródeł wytwarzania energii. W przeciwieństwie do systemów słonecznych praktycznie nie zależy to od pory roku. Ale czy opłaca się ogrzewać dom za pomocą ciepła i energii ziemi?
Ogrzewanie geotermalne w domu
Najpierw musisz zrozumieć zasady pozyskiwania energii cieplnej. Opierają się na wzroście temperatury w miarę zagłębiania się w ziemię. Na pierwszy rzut oka wzrost stopnia nagrzania jest znikomy. Ale dzięki pojawieniu się nowych technologii ogrzewanie domu ciepłem ziemi stało się rzeczywistością.
Głównym warunkiem organizacji ogrzewania geotermalnego jest temperatura co najmniej 6 ° C. Jest to typowe dla środkowych i głębokich warstw gleby i zbiorników wodnych. Te ostatnie są silnie zależne od wskaźnika temperatury zewnętrznej, dlatego są niezwykle rzadko używane. Jak praktycznie można zorganizować ogrzewanie domu energią ziemi?
Aby to zrobić, konieczne jest wykonanie 3 obwodów wypełnionych płynami o różnych właściwościach technicznych:
- Zewnętrzny... Częściej krąży w nim płyn niezamarzający. Jego ogrzewanie do temperatury nie niższej niż 6 ° С następuje z powodu energii ziemi;
- Pompa ciepła... Bez tego ogrzewanie energią ziemi jest niemożliwe. Nośnik ciepła z obwodu zewnętrznego za pomocą wymiennika ciepła przekazuje swoją energię czynnikowi chłodniczemu. Jego temperatura parowania nie przekracza 6°C. Następnie wchodzi do sprężarki, gdzie po kompresji temperatura wzrasta do 70 ° C;
- Wewnętrzny kontur... Podobny schemat służy do przenoszenia ciepła ze sprężonego czynnika chłodniczego do wody w systemie nadrzędnym. W ten sposób ogrzewanie z wnętrzności ziemi odbywa się przy minimalnych kosztach.
Pomimo oczywistych zalet takie systemy są rzadkością. Wynika to z wysokich kosztów zakupu sprzętu i organizacji obwodu zewnętrznego do pobierania ciepła.
Obliczanie ogrzewania z ciepła ziemi najlepiej powierzyć profesjonalistom. Sprawność całego systemu będzie zależeć od poprawności obliczeń.
Jak działa pompa ciepła
Sercem ogrzewania geotermalnego jest pompa ciepła. Składa się z kilku elementów, których praca bezpośrednio wpływa na wydajność całego systemu. Dlatego przed planowaniem ogrzewania prywatnego domu z ziemi należy poznać główne cechy tego urządzenia.
Ponieważ to urządzenie należy do kategorii złożonego sprzętu, zaleca się kupowanie tylko modeli fabrycznych. Konstrukcja pompy ciepła obejmuje następujące elementy:
- Parownik... W tym bloku energia jest przekazywana z obwodu zewnętrznego;
- Kompresor... Wymagane do wytworzenia wysokiego ciśnienia w środowisku czynnika chłodniczego;
- Kapilarny... Służy do obniżenia ciśnienia wewnętrznego w obwodzie czynnika chłodniczego;
- Układ sterowania... Za jego pomocą regulowane jest ogrzewanie prywatnego domu z ziemi - reżim temperaturowy pracy, szybkość przepływu nośników ciepła itp.
Głównym problemem w samodzielnej produkcji pompy ciepła jest zmniejszenie strat ciepła i normalizacja pracy obiegu wewnętrznego z czynnikiem chłodniczym. Modele fabryczne są konfigurowane na etapie produkcji, a projekt przewiduje możliwość dostosowania ich parametrów.
Jak poprawnie obliczyć parametry pompy, aby ciepło ziemi do ogrzewania domu zapewniało normalną temperaturę? Aby to zrobić, musisz znać moc grzewczą pompy. Do przybliżonego obliczenia możesz użyć następującego wzoru:
Q = (t1-t2) * V
Gdzie t1-t2 - różnica temperatur na rurze wlotowej i powrotnej, ° С,V - szacunkowa wielkość zużycia nośnika ciepła, m³/h,Q - moc znamionowa pompy ciepła, W.
Ta technika nie ma zastosowania do złożonych systemów, ponieważ jest w nich wiele dodatkowych czynników. W szczególności straty ciepła w sieci. Dotyczy to zwłaszcza tych obszarów, w których wystaje jak najbliżej powierzchni ziemi. Aby zminimalizować straty ciepła, konieczne jest zaizolowanie rur grzewczych w gruncie.
Ponieważ praca pompy ciepła jest uzależniona od energii elektrycznej, zaleca się zainstalowanie zasilacza awaryjnego.
Opcje ogrzewania geotermalnego
Aby energia ziemi była wykorzystana do ogrzania domu w jak największym stopniu, należy dobrać odpowiedni schemat obwodu zewnętrznego. Źródłem energii cieplnej może być bowiem każde medium – pod ziemią, woda czy powietrze. Ale jednocześnie ważne jest, aby wziąć pod uwagę sezonowe zmiany warunków pogodowych, jak wspomniano powyżej.
Obecnie istnieją dwa rodzaje systemów, które skutecznie służą do ogrzewania domu ciepłem ziemi - poziomy i pionowy. Kluczowym czynnikiem wyboru jest powierzchnia działki. Od tego zależy układ rur do ogrzewania domu energią z ziemi.
Oprócz tego brane są pod uwagę następujące czynniki:
- Skład gleby... Na terenach skalistych i gliniastych trudno jest wykonać pionowe szyby do układania autostrad;
- Poziom zamarzania gleby... Określi optymalną głębokość rury;
- Lokalizacja wód gruntowych... Im są wyższe, tym lepiej dla ogrzewania geotermalnego. W takim przypadku temperatura będzie rosła wraz z głębokością, co jest optymalnym warunkiem ogrzewania energią ziemi.
Musisz także wiedzieć o możliwości odwrotnego transferu energii w okresie letnim. Wtedy ogrzewanie prywatnego domu z gruntu nie będzie działać, a nadmiar ciepła przeniesie się z domu do gleby. Wszystkie systemy chłodnicze działają na tej samej zasadzie. Ale do tego musisz zainstalować dodatkowy sprzęt.
Nie możesz planować instalacji obwodu zewnętrznego na odległość od domu. Zwiększy to straty ciepła w ogrzewaniu z wnętrzności ziemi.
Poziomy schemat ogrzewania geotermalnego
Najpopularniejszy sposób instalowania autostrad zewnętrznych. Jest wygodny ze względu na łatwość instalacji i możliwość stosunkowo szybkiej wymiany wadliwych odcinków rurociągu.
Do instalacji zgodnie z tym schematem używany jest system kolektorów. W tym celu wykonuje się kilka konturów, znajdujących się w minimalnej odległości 0,3 m od siebie. Są one połączone za pomocą kolektora, który dostarcza nośnik ciepła dalej do pompy ciepła. Zapewni to maksymalne zaopatrzenie w energię do ogrzewania z ciepła ziemi.
Ale jednocześnie musisz wziąć pod uwagę szereg ważnych niuansów:
- Duża powierzchnia osobistej działki. W przypadku domu o powierzchni około 150 m² musi to być co najmniej 300 m²;
- Rury są obowiązkowo wyznaczane na głębokość poniżej poziomu zamarzania gleby;
- Wraz z możliwym ruchem gleby podczas wiosennych powodzi wzrasta prawdopodobieństwo przemieszczenia autostrad.
Niewątpliwą zaletą ogrzewania od ciepła gruntu typu poziomego jest możliwość samodzielnej aranżacji. W większości przypadków nie wymaga to zaangażowania specjalnego sprzętu.
Aby uzyskać maksymalny transfer ciepła, konieczne jest zastosowanie rur o wysokiej przewodności cieplnej - cienkościennego polimeru. Ale jednocześnie powinieneś rozważyć sposoby izolowania rur grzewczych w ziemi.
Pionowy schemat ogrzewania geotermalnego
To bardziej czasochłonny sposób na zorganizowanie ogrzewania prywatnego domu z ziemi. Rurociągi układane są pionowo w specjalnych studniach. Ważne jest, aby wiedzieć, że taki schemat jest znacznie bardziej wydajny niż pionowy.
Jego główną zaletą jest zwiększenie stopnia nagrzania wody w obiegu zewnętrznym. Te. im głębiej znajdują się rury, tym więcej ciepła ziemi do ogrzewania domu wejdzie do systemu. Kolejnym czynnikiem jest niewielka powierzchnia działki. W niektórych przypadkach układ zewnętrznego geotermalnego obiegu grzewczego odbywa się jeszcze przed budową domu w bezpośrednim sąsiedztwie fundamentów.
Jakie trudności możesz napotkać, pozyskując energię z ziemi do ogrzewania domu według tego schematu?
- Od ilościowego do jakościowego... W przypadku układu pionowego długość autostrad jest znacznie dłuższa. Jest to kompensowane wyższą temperaturą gleby. Aby to zrobić, musisz wykonać studnie o głębokości do 50 m, co jest pracochłonną pracą;
- Skład gleby... W przypadku gruntu skalistego należy użyć specjalnych wiertarek. W glinie, aby zapobiec rozbiciu studni, montowana jest osłona ochronna wykonana ze zbrojonego betonu lub grubościennego tworzywa sztucznego;
- W przypadku awarii lub utraty szczelności proces naprawy staje się bardziej skomplikowany... W takim przypadku możliwe są długotrwałe przerwy w działaniu ogrzewania domu na energię cieplną ziemi.
Jednak pomimo wysokich kosztów pierwotnych i pracochłonności instalacji, układ pionowy autostrad jest optymalny. Eksperci doradzają użycie właśnie takiego schematu instalacji.
Do cyrkulacji chłodziwa w obwodzie zewnętrznym w układzie pionowym potrzebne są wydajne pompy obiegowe.
Organizacja ogrzewania geotermalnego
Konsumenci wciąż mają główne pytanie - czy możliwe jest wykorzystanie ogrzewania domu wiejskiego z energią ziemi jako głównym? Jest to możliwe, ale tylko przy profesjonalnym podejściu na wszystkich etapach - od obliczeń po instalację i testowanie systemu.
Przede wszystkim musisz wybrać odpowiednią pompę ciepła. Biorąc pod uwagę ich wysoki koszt, należy najpierw wykonać wszystkie wstępne obliczenia jego cech. Tylko w tym przypadku ogrzewanie z powodu energii cieplnej ziemi będzie miało maksymalny współczynnik wydajności. Niezawodni producenci to Buderus, Vaillant i Veissman. Średni koszt pompy ciepła do ogrzewania z podłoża wynosi około 360 tysięcy rubli przy mocy znamionowej 6 kW. Bardziej wydajne modele mogą kosztować ponad 1 milion rubli.
Oprócz kosztów należy zwrócić uwagę na materiał do produkcji rur. Aby zminimalizować straty ciepła w ogrzewaniu z energii cieplnej ziemi, zaleca się stosowanie:
- XLPE... Różni się niskim kosztem - optymalnym dla schematów poziomych;
- Rury ze stali nierdzewnej... Służy do ogrzewania energią cieplną ziemi z pionowym układem obwodu zewnętrznego. Korzystnie różni się od polietylenu usieciowanego wysoką przewodnością cieplną i wytrzymałością mechaniczną. Wadą jest wysoki koszt.
W celu optymalizacji zaleca się zainstalowanie zewnętrznych i wewnętrznych czujników temperatury, a także akumulatora ciepła. Zminimalizuje to koszt ogrzewania prywatnego domu energią gruntową.
Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, w większości przypadków ogrzewanie geotermalne z energii ziemi jest instalowane jako dodatkowe. Z biegiem czasu koszt komponentów i wydajność pomp ciepła wzrosną - i dopiero wtedy takie systemy można uznać za główne.
Przykład instalacji ogrzewania geotermalnego w prywatnym domu można znaleźć oglądając wideo:
