Co je geotermální vytápění?

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.

Mezi způsoby organizace vytápění venkovského domu jsou více žádané ty, které jsou cenově dostupné, snadno použitelné a spolehlivé. Jednou z nejlepších možností je vytápění pomocí geotermálních tepelných čerpadel, které nevyžaduje náklady na palivo a má vysokou účinnost. Geotermální tepelné čerpadlo je zařízení, které umožňuje využívat teplo půdy nebo nádrží (případně podzemní vody) k termoregulaci.
Díky využití tepelné setrvačnosti (udržování země na konstantní teplotě v hloubce několika metrů) mohou geotermální topné systémy fungovat stejně efektivně po celý rok.

Vlastnosti geotermálního vytápění

Klíčový princip fungování tohoto typu tepelného čerpadla je do jisté míry podobný provozu běžné chladničky. Je zde pouze jeden rozdíl: provoz chladničky je zaměřen na absorbování tepla uvnitř komory a jeho rozptýlení do okolí. Geotermální tepelná čerpadla vykonávají opačnou práci, tedy odebírají nízkoteplotní teplo z externích zdrojů a využívají ho k výrobě tepelné energie v požadovaném objemu. Současně může v létě systém pracovat pro chlazení a udržovat příjemnou teplotu v domě.

Topné okruhy

Systém využívající geotermální tepelná čerpadla se skládá ze tří okruhů.

1. Externí výměník tepla. Jedná se o uzavřený systém trubek, v nichž cirkuluje chladicí kapalina, která umožňuje absorpci nízkoteplotní tepelné energie. Externí výměník tepla je umístěn pod zemí nebo na dně nádrží.
2. Tepelné čerpadlo. Hlavní blok tepelného čerpadla má také vlastní uzavřený okruh. Koluje jím chladivo s nízkým bodem varu. Okruh prochází přes výparník, kompresor, kondenzátory a expanzní ventil.
3. Vnitřní okruh. Jedná se o systém vytápění a zásobování vodou.

• chladivo vnějšího výměníku tepla odebírá teplo z okolí a předává ho chladivu sekundárního okruhu;
• působením tohoto tepla přechází pracovní tekutina druhého okruhu do plynného stavu a po stlačení kompresorem se velmi zahřívá;
• Potenciál tepelné energie se přenáší z druhého na třetí – okruh vytápění domu. Poté pracovní tekutina ve druhém okruhu kondenzuje a proces začíná znovu.

Možnosti montáže

Všechny typy geotermálních tepelných čerpadel se zásadně liší pouze způsobem instalace vnějšího okruhu – výměníku tepla. Takové způsoby mohou být tři.

Vertikální výměník tepla (sonda)

Pro vertikální uspořádání nádrží se používají předem připravené studny – pro zjednodušení vrtacích úkolů můžete použít několik studní stejné hloubky (například ne 200 metrů, ale 4 x 50 metrů). V tomto případě by jamky měly být umístěny ve stejné vzdálenosti od sebe a nasměrovány pod úhlem v opačných směrech. Přesný výpočet parametrů pro umístění vertikálního výměníku vždy závisí na skutečných terénních podmínkách. Ale obecně je 1 lineární metr výměníku tepla schopen absorbovat přibližně 50 W tepelné energie. To znamená, že k získání 10 kW tepla budete potřebovat 200 m teplosměnné sítě. Jednou z výhod tepelných čerpadel s vertikálním výměníkem je možnost umístění na malé ploše. Krajinná struktura přitom není prakticky ovlivněna a osobní pozemek (mimo studny s potrubím) lze využít k výsadbě rostlin nebo stavebních konstrukcí.

Horizontální výměník tepla (kolektor)

Horizontální uspořádání kolektoru předpokládá umístění sítě teplosměnných trubek pod úrovní promrzání půdy. Skutečná hloubka závisí na klimatických podmínkách konkrétní oblasti a složení půdy. Pro vytvoření horizontálních kolektorů se používají různé trubky, jak kovoplastové, tak měděné s vnější vrstvou PVC. Horizontální výměníky tepla mají vysokou kapacitu absorpce tepla. Například tepelné čerpadlo s 300 m dlouhou sítí horizontálních výměníků je schopno vyrobit až 10 kW tepla.

Vodní výměník tepla

Tato možnost návrhu je považována za nejekonomičtější z hlediska nákladů na práci. K instalaci výměníku totiž nepotřebujete kopat jámu ani vrtat hluboké studny. Vše, co je potřeba, je přítomnost nádrže s vodní plochou větší než 100 metrů čtverečních ve vzdálenosti 150-200 metrů. U tohoto typu systému je vytápěný vnější okruh umístěn v hloubce 2 až 3 metry, kde je teplota v kteroukoli roční dobu přibližně stejná. Tato hloubka uložení také zabraňuje zamrznutí výměníku tepla.

Ukazatel výkonu

Pro posouzení účinnosti tepelných čerpadel se používá ukazatel měrné spotřeby energie na výrobu tepla (SEK). Ve skutečnosti se jedná o parametr ukazující poměr energie vynaložené k energii přijaté. Geotermální tepelná čerpadla mají vysoké hodnoty COP. Například při spotřebě 1 kW elektřiny:

• vodní tepelná čerpadla produkují 4-5 kW tepla;
• země – 4-4.5 kW tepla.

Výhody a nevýhody

Geotermální vytápění má své klady i zápory díky technickým vlastnostem.

Výhody aplikace

1. Nízkoteplotní tepelnou energii potřebnou pro stabilní provoz geotermálního vytápění získáte téměř kdekoli.
2. Zdroje takového tepla jsou neomezené a obnovitelné.
3. Systém ke svému provozu nevyžaduje palivo, což výrazně snižuje náklady na vytápění.
4. Zařízení při výrobě tepla neprodukuje saze ani jiné škodlivé látky, což zaručuje pohodlí a bezpečnost všech obyvatel domu.
5. Moderní tepelná čerpadla dělají vytápění prakticky automatizované, takže se nemusí neustále udržovat a hlídat.
6. Tepelná čerpadla nezaberou mnoho místa, takže je lze umístit i do sklepů nebo polosuterénů.
7. Většina tepelných čerpadel může pracovat jak pro vytápění, tak pro chlazení domu. Díky tomu je zařízení univerzální a celoroční.
8. V případě potřeby může geotermální topný systém spolupracovat s jinými zdroji tepla, jako jsou plynové kotle, ohřívače vody nebo naftová zařízení.

Nevýhody používání

Navzdory výhodám má tato metoda také nevýhody. Tento:

• vysoké náklady na zařízení a instalaci systému;
• relativně dlouhou dobu návratnosti.

Organizace geotermálního vytápění vlastníma rukama

Základy geotermálního vytápění byly docela dobře prostudovány a potřebné vybavení lze nalézt ve speciálních obchodech nebo objednat u výrobních společností. To vše vám umožňuje organizovat vytápění domu pomocí tepelných čerpadel vlastníma rukama.
V tomto případě potřebujete:

1. Kompletní příprava domácí topné sítě (podlahové vytápění, radiátory).
2. Koupit a nainstalovat tepelné čerpadlo. Nejprve musíte věnovat pozornost výkonu zařízení a jeho spolehlivosti.
3. Připravte prostor pro umístění výměníku tepla. Zde bude akční algoritmus záviset na typu okruhu výměny tepla:

• u výměníků tepla na bázi vody bude nutné vyčistit dno nádrže a zajistit ochranu potrubí před poškozením;
• pro vertikální sondy je nutné připravit vrty odpovídající hloubky;
• pro horizontální výměník tepla musíte vykopat jámu hlubokou 2-3 metry.

1. Položte trubky výměníku tepla a připojte je k tepelnému čerpadlu instalovanému v domě.

Doporučení k použití

Aby bylo vytápění pomocí geotermálních tepelných čerpadel efektivní, je potřeba dodržovat některá doporučení.

1. Tepelná čerpadla jsou účinnější pro vytápění místností s počáteční teplotou nad 14 stupňů. Proto je racionální dům předizolovat a snížit přirozené tepelné ztráty.
2. Pokud oblast místní oblasti nestačí pro horizontální výměník tepla, je lepší zvolit vertikální uspořádání okruhů.
3. Pokud je výměník umístěn vodorovně, půdu nad ním nelze zastavět nebo osázet rostlinami s velkým kořenovým systémem.
4. Pokud má dům slabou elektroinstalaci, je lepší použít ne jeden, ale dva kompresory, ale o nižším výkonu. To umožní sekvenční spínání a sníží zátěž spínacími proudy.
5. Ve vnitřním (domácím) okruhu musíte použít chemicky upravenou vodu. To zlepšuje přenos tepla a eliminuje následné snížení účinnosti.

Závěr

Výhody použití geotermálního topného systému pro venkovský dům zcela kompenzují stávající nevýhody metody. To je důvod, proč je tato alternativní možnost vytápění stále populárnější a žádanější, a to i v Evropě a Americe.