Sưởi ấm địa nhiệt là một trong những nguồn tạo năng lượng thay thế hứa hẹn nhất. Không giống như các hệ mặt trời, nó thực tế không phụ thuộc vào mùa. Nhưng liệu nó có sinh lợi để sưởi ấm một ngôi nhà bằng cách sử dụng nhiệt và năng lượng của trái đất?
Sưởi ấm địa nhiệt tại nhà
Trước tiên, bạn cần hiểu nguyên tắc thu được nhiệt năng. Chúng dựa trên sự gia tăng nhiệt độ khi bạn đi sâu hơn vào lòng đất. Thoạt nhìn, sự gia tăng mức độ sưởi ấm là không đáng kể. Nhưng nhờ sự ra đời của các công nghệ mới, việc sưởi ấm một ngôi nhà bằng sức nóng của trái đất đã trở thành hiện thực.
Điều kiện chính để tổ chức sưởi ấm bằng địa nhiệt là nhiệt độ ít nhất là 6 ° C. Điều này đặc trưng cho các lớp đất và thủy vực ở giữa và sâu. Loại thứ hai phụ thuộc nhiều vào chỉ số nhiệt độ bên ngoài, do đó chúng cực kỳ hiếm khi được sử dụng. Thực tế có thể tổ chức sưởi ấm một ngôi nhà bằng năng lượng của trái đất như thế nào?
Để làm được điều này, cần phải làm 3 mạch chứa đầy chất lỏng với các đặc tính kỹ thuật khác nhau:
- Bên ngoài... Thường xuyên hơn chất chống đông lưu thông trong đó. Sự gia nhiệt của nó đến nhiệt độ không thấp hơn 6 ° С xảy ra do năng lượng của trái đất;
- Bơm nhiệt... Không có nó, việc sưởi ấm từ năng lượng của trái đất là không thể. Chất mang nhiệt từ mạch ngoài với sự trợ giúp của bộ trao đổi nhiệt sẽ truyền năng lượng của nó cho chất làm lạnh. Nhiệt độ bay hơi của nó nhỏ hơn 6 ° C. Sau đó, nó đi vào máy nén, tại đây, sau khi nén, nhiệt độ tăng lên 70 ° C;
- Đường viền bên trong... Một sơ đồ tương tự được sử dụng để truyền nhiệt từ chất làm lạnh nén sang nước trong hệ thống khắc phục. Do đó, quá trình sưởi ấm từ ruột của trái đất diễn ra với chi phí tối thiểu.
Mặc dù có những ưu điểm rõ ràng, những hệ thống như vậy rất hiếm. Điều này là do chi phí cao cho việc mua thiết bị và tổ chức mạch bên ngoài để thu nhiệt.
Tốt nhất là giao việc tính toán nhiệt từ nhiệt của trái đất cho các chuyên gia. Hiệu quả của toàn bộ hệ thống sẽ phụ thuộc vào tính đúng đắn của các phép tính.
Cách thức hoạt động của máy bơm nhiệt
Trái tim của hệ thống sưởi địa nhiệt là máy bơm nhiệt. Nó bao gồm một số thành phần, công việc của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của toàn bộ hệ thống. Do đó, trước khi lập kế hoạch sưởi ấm một ngôi nhà riêng từ mặt đất, bạn cần phải tìm hiểu các đặc điểm chính của đơn vị này.
Vì thiết bị này thuộc loại thiết bị phức tạp, chỉ nên mua các kiểu máy của nhà máy. Thiết kế máy bơm nhiệt bao gồm các thành phần sau:
- Thiết bị bay hơi... Trong khối này, năng lượng được truyền từ mạch ngoài;
- Máy nén... Yêu cầu tạo áp suất cao trong môi trường lạnh;
- Mao mạch... Nó làm nhiệm vụ giảm áp suất bên trong mạch chất làm lạnh;
- Hệ thống điều khiển... Với sự trợ giúp của nó, hệ thống sưởi của một ngôi nhà riêng từ mặt đất được điều chỉnh - chế độ nhiệt độ hoạt động, tốc độ truyền tải nhiệt, v.v.
Vấn đề chính trong chế tạo máy bơm nhiệt độc lập là giảm tổn thất nhiệt và bình thường hóa hoạt động của mạch bên trong với chất làm lạnh. Các mô hình nhà máy được thiết lập ở giai đoạn sản xuất và thiết kế cung cấp khả năng điều chỉnh các thông số của nó.
Làm thế nào để tính toán chính xác các thông số máy bơm để nhiệt của trái đất để sưởi ấm ngôi nhà cung cấp một nhiệt độ bình thường? Để làm được điều này, bạn cần biết sản lượng nhiệt của máy bơm. Để tính toán sơ bộ, bạn có thể sử dụng công thức sau:
Q = (t1-t2) * V
Ở đâu t1-t2 - chênh lệch nhiệt độ trên đường ống đầu vào và đường ống trở lại, ° С,V - khối lượng ước tính tiêu thụ chất mang nhiệt, m³ / h,Q - công suất định mức của bơm nhiệt, W.
Kỹ thuật này không thể áp dụng cho các hệ thống phức tạp, vì có nhiều yếu tố bổ sung trong chúng. Đặc biệt, tổn thất nhiệt trên nguồn điện lưới. Điều này đặc biệt đúng đối với những khu vực mà nó đi ra càng gần bề mặt đất càng tốt. Để giảm thiểu thất thoát nhiệt, cần phải cách nhiệt các ống sưởi trong đất.
Vì hoạt động của máy bơm nhiệt phụ thuộc vào điện, nên lắp đặt bộ cấp điện khẩn cấp.
Tùy chọn sưởi ấm địa nhiệt
Để năng lượng của trái đất được sử dụng để sưởi ấm ngôi nhà nhiều nhất có thể, bạn cần chọn sơ đồ mạch ngoài phù hợp. Trên thực tế, bất kỳ phương tiện nào - dưới lòng đất, nước hoặc không khí - đều có thể là nguồn nhiệt năng. Nhưng đồng thời, điều quan trọng là phải tính đến sự thay đổi theo mùa của điều kiện thời tiết, như đã đề cập ở trên.
Hiện nay, có hai loại hệ thống được sử dụng hiệu quả để sưởi ấm một ngôi nhà bằng cách sử dụng sức nóng của trái đất - ngang và dọc. Yếu tố lựa chọn quan trọng chính là diện tích của lô đất. Việc bố trí các đường ống để sưởi ấm ngôi nhà bằng năng lượng của trái đất phụ thuộc vào điều này.
Ngoài ra, các yếu tố sau được tính đến:
- Thành phần đất... Ở những vùng đất đá, nhiều mùn khó làm trục đứng để đặt đường cao tốc;
- Mức độ đóng băng của đất... Anh ta sẽ xác định độ sâu ống tối ưu;
- Vị trí của nước ngầm... Chúng càng cao thì càng tốt cho việc sưởi ấm bằng địa nhiệt. Trong trường hợp này, nhiệt độ sẽ tăng theo độ sâu, đây là điều kiện tối ưu để sưởi ấm bằng cách sử dụng năng lượng của trái đất.
Bạn cũng cần biết về khả năng chuyển ngược năng lượng vào mùa hè. Khi đó hệ thống sưởi của một ngôi nhà riêng từ mặt đất sẽ không hoạt động, và nhiệt lượng dư thừa sẽ truyền từ trong nhà ra đất. Tất cả các hệ thống lạnh đều hoạt động theo cùng một nguyên lý. Nhưng đối với điều này, bạn cần phải cài đặt thiết bị bổ sung.
Không thể lập kế hoạch lắp đặt mạch bên ngoài ở khoảng cách xa nhà. Điều này sẽ làm tăng tổn thất nhiệt trong quá trình sưởi ấm từ ruột trái đất.
Sơ đồ sưởi ấm địa nhiệt ngang
Cách phổ biến nhất để cài đặt đường cao tốc bên ngoài. Nó thuận tiện vì dễ lắp đặt và khả năng thay thế tương đối nhanh chóng các đoạn đường ống bị lỗi.
Để lắp đặt theo sơ đồ này, một hệ thống thu gom được sử dụng. Đối với điều này, một số đường viền được thực hiện, nằm cách nhau tối thiểu 0,3 m. Chúng được nối với nhau bằng bộ thu nhiệt, bộ phận này cung cấp chất mang nhiệt hơn nữa cho máy bơm nhiệt. Điều này sẽ cung cấp năng lượng tối đa cung cấp cho việc sưởi ấm từ sức nóng của trái đất.
Nhưng đồng thời, bạn cần tính đến một số sắc thái quan trọng:
- Diện tích lớn của lô đất cá nhân. Đối với nhà khoảng 150 m² thì tối thiểu phải là 300 m²;
- Các đường ống được xác định bắt buộc đến độ sâu dưới mức đóng băng của đất;
- Với khả năng di chuyển của đất trong các trận lũ mùa xuân, khả năng dịch chuyển của các đường cao tốc sẽ tăng lên.
Ưu điểm xác định của việc sưởi ấm từ sức nóng của trái đất của kiểu nằm ngang là khả năng sắp xếp độc lập. Trong hầu hết các trường hợp, việc này không cần đến sự tham gia của các thiết bị đặc biệt.
Để truyền nhiệt tối đa, cần sử dụng ống dẫn nhiệt cao - polyme thành mỏng. Nhưng đồng thời, bạn nên xem xét các cách cách nhiệt đường ống sưởi trong đất.
Sơ đồ sưởi ấm địa nhiệt dọc
Đây là cách tốn nhiều thời gian hơn để tổ chức sưởi ấm một ngôi nhà riêng từ mặt đất. Các đường ống được đặt thẳng đứng trong các giếng đặc biệt. Điều quan trọng cần biết là sơ đồ như vậy hiệu quả hơn nhiều so với sơ đồ dọc.
Ưu điểm chính của nó là tăng mức độ làm nóng nước ở mạch ngoài. Những, cái đó. Các đường ống nằm càng sâu, lượng nhiệt đất để sưởi ấm ngôi nhà sẽ đi vào hệ thống càng nhiều. Một yếu tố nữa là diện tích lô đất nhỏ. Trong một số trường hợp, việc bố trí mạch bên ngoài của hệ thống sưởi địa nhiệt được thực hiện ngay cả trước khi xây dựng ngôi nhà ở vùng lân cận của nền móng.
Bạn có thể gặp khó khăn gì khi lấy năng lượng từ trái đất để sưởi ấm một ngôi nhà theo sơ đồ này?
- Định lượng đến định tính... Đối với một sự sắp xếp theo chiều dọc, chiều dài của các đường cao tốc dài hơn nhiều. Nó được bù đắp bởi nhiệt độ đất cao hơn. Để làm được điều này, bạn cần phải làm các giếng sâu đến 50 m, đây là một công việc tốn nhiều công sức;
- Thành phần đất... Đối với nền đất đá, phải sử dụng máy khoan đặc biệt. Trong đất mùn, để ngăn giếng bị vỡ, người ta lắp một lớp vỏ bảo vệ bằng bê tông cốt thép hoặc bằng nhựa có thành dày;
- Trong trường hợp trục trặc hoặc mất độ kín quá trình sửa chữa trở nên phức tạp hơn... Trong trường hợp này, sự gián đoạn lâu dài trong hoạt động sưởi ấm ngôi nhà đối với nhiệt năng của trái đất là có thể xảy ra.
Nhưng bất chấp chi phí chính cao và tốn công lắp đặt, việc bố trí theo chiều dọc của các đường cao tốc là tối ưu. Các chuyên gia khuyên chỉ nên sử dụng một sơ đồ cài đặt như vậy.
Để lưu thông chất làm mát ở mạch ngoài trong hệ thống thẳng đứng, cần có các máy bơm tuần hoàn mạnh.
Tổ chức của sưởi ấm địa nhiệt
Người tiêu dùng vẫn có câu hỏi chính - liệu có thể sử dụng hệ thống sưởi của một ngôi nhà ở nông thôn với năng lượng của trái đất là chính? Điều này là có thể, nhưng chỉ với cách tiếp cận chuyên nghiệp ở tất cả các giai đoạn - từ tính toán đến cài đặt và thử nghiệm hệ thống.
Trước hết, bạn cần chọn máy bơm nhiệt phù hợp. Với chi phí cao của chúng, trước tiên bạn nên thực hiện tất cả các tính toán sơ bộ về các đặc điểm của nó. Chỉ trong trường hợp này, sự đốt nóng do nhiệt năng của trái đất sẽ có hệ số hiệu suất cực đại. Các nhà sản xuất đáng tin cậy bao gồm Buderus, Vaillant và Veissman. Chi phí trung bình của một máy bơm nhiệt để sưởi ấm từ lòng đất là khoảng 360 nghìn rúp với công suất định mức là 6 kW. Các mô hình năng suất cao hơn có thể có giá hơn 1 triệu rúp.
Ngoài giá thành, bạn cần quan tâm đến chất liệu sản xuất ống. Để giảm thiểu thất thoát nhiệt khi đốt nóng từ nhiệt năng của trái đất, nên sử dụng các phương pháp sau:
- XLPE... Khác biệt về chi phí thấp - tối ưu cho các kế hoạch ngang;
- Ống thép không gỉ... Nó được sử dụng để sưởi ấm bằng nhiệt năng của trái đất với sự sắp xếp theo chiều dọc của mạch bên ngoài. Nó khác với polyethylene liên kết ngang một cách thuận lợi ở tính dẫn nhiệt cao và độ bền cơ học. Nhược điểm là giá thành cao.
Để tối ưu hóa, bạn nên lắp đặt các cảm biến nhiệt độ bên ngoài và bên trong, cũng như bộ tích lũy nhiệt. Điều này sẽ giảm thiểu chi phí sưởi ấm một ngôi nhà riêng bằng năng lượng đất.
Xem xét tất cả các yếu tố này, trong hầu hết các trường hợp, hệ thống sưởi địa nhiệt từ năng lượng của trái đất được lắp đặt như một yếu tố bổ sung. Theo thời gian, chi phí của các bộ phận và hiệu suất của máy bơm nhiệt sẽ tăng lên - và chỉ khi đó các hệ thống như vậy mới có thể được coi là hệ thống chính.
Bạn có thể xem thêm một ví dụ về việc lắp đặt hệ thống sưởi địa nhiệt trong một ngôi nhà riêng bằng cách xem video:
