Geotermalno ogrevanje je eden izmed najbolj obetavnih alternativnih virov energije. Za razliko od solarnih sistemov praktično ni odvisen od letnega časa. Toda ali je donosno ogrevati hišo z uporabo toplote in energije zemlje?
Geotermalno ogrevanje doma
Najprej morate razumeti načela pridobivanja toplotne energije. Temeljijo na povečanju temperature, ko gremo globlje v zemljo. Na prvi pogled je povečanje stopnje segrevanja nepomembno. Toda zahvaljujoč pojavu novih tehnologij je ogrevanje hiše s toploto zemlje postalo resničnost.
Glavni pogoj za organizacijo geotermalnega ogrevanja je temperatura najmanj 6°C. To je značilno za srednje in globoke plasti tal in rezervoarjev. Slednji so zelo odvisni od zunanje temperature, zato se uporabljajo izjemno redko. Kako lahko praktično organizirate ogrevanje hiše z zemeljsko energijo?
Če želite to narediti, morate narediti 3 tokokroge, napolnjene s tekočinami z različnimi tehničnimi lastnostmi:
- Zunanji. Pogosteje v njem kroži antifriz.Njeno segrevanje na temperaturo najmanj 6°C nastane zaradi energije zemlje;
- Toplotna črpalka. Brez tega je ogrevanje z zemeljsko energijo nemogoče. Hladilno sredstvo iz zunanjega tokokroga prenaša svojo energijo na hladilno sredstvo s pomočjo izmenjevalnika toplote. Njegova temperatura izparevanja je nižja od 6°C. Po tem vstopi v kompresor, kjer se po stiskanju temperatura dvigne na 70°C;
- Notranji krog. Podobna shema se uporablja za prenos toplote iz stisnjenega hladilnega sredstva v vodo v hladilnem sistemu. Na ta način pride do ogrevanja iz globin zemlje z minimalnimi stroški.
Kljub očitnim prednostim so takšni sistemi redki. To je posledica visokih stroškov nakupa opreme in organizacije zunanjega dovoda toplote.
Izračun ogrevanja iz toplote zemlje je najbolje zaupati strokovnjakom. Učinkovitost celotnega sistema bo odvisna od pravilnosti izračunov.
Princip delovanja toplotne črpalke
»Srce« geotermalnega ogrevanja je toplotna črpalka. Sestavljen je iz več komponent, katerih delovanje neposredno vpliva na učinkovitost celotnega sistema. Zato morate pred načrtovanjem ogrevanja zasebne hiše iz tal ugotoviti glavne značilnosti te enote.
Ker ta naprava spada v kategorijo kompleksne opreme, je priporočljivo kupiti samo tovarniške modele. Zasnova toplotne črpalke vključuje naslednje komponente:
- Uparjalnik. V tem bloku se energija prenaša iz zunanjega tokokroga;
- Kompresor. Potreben za ustvarjanje visokega tlaka v okolju hladilnega sredstva;
- Kapilarna. Služi za zmanjšanje notranjega tlaka v krogu hladilnega sredstva;
- Nadzorni sistem. Z njegovo pomočjo se regulira ogrevanje zasebne hiše s tal - delovna temperatura, pretok hladilnih tekočin itd.
Glavna težava pri sami izdelavi toplotne črpalke je zmanjšanje toplotnih izgub in normalizacija delovanja notranjega tokokroga s hladilnim sredstvom. Nastavitev tovarniških modelov poteka v fazi izdelave, zasnova pa predvideva možnost prilagajanja njegovih parametrov.
Kako pravilno izračunati parametre črpalke, tako da toplota zemlje za ogrevanje hiše zagotavlja normalno temperaturo? Če želite to narediti, morate ugotoviti toplotno moč črpalke. Za približen izračun lahko uporabite naslednjo formulo:
Q=(t1-t2)*V
kje t1-t2 – temperaturna razlika med vstopno in povratno cevjo, °C, V – izračunana prostornina pretoka hladilne tekočine, m³/h, Q – nazivna moč toplotne črpalke, W.
Ta tehnika ni uporabna za kompleksne sisteme, saj vsebujejo veliko dodatnih faktorjev. Predvsem toplotne izgube na glavnem vodu. To še posebej velja za tista področja, kjer pride čim bližje površini tal. Da bi zmanjšali toplotne izgube, je treba toplovode izolirati v zemlji.
Ker je delovanje toplotne črpalke odvisno od električne energije, je priporočljiva vgradnja zasilnega napajanja.
Možnosti geotermalnega ogrevanja
Da bi se zemeljska energija maksimalno izkoristila za ogrevanje hiše, morate izbrati pravo zunanjo shemo. Pravzaprav je vir toplotne energije lahko kateri koli medij – pod zemljo, voda ali zrak. Vendar je pomembno upoštevati sezonske spremembe vremenskih razmer, kot je bilo omenjeno zgoraj.
Trenutno obstajata dve pogosti vrsti sistemov, ki se učinkovito uporabljajo za ogrevanje hiše z uporabo toplote zemlje - vodoravni in navpični. Ključni dejavnik izbire je površina zemljišča. Od tega je odvisna postavitev cevi za ogrevanje hiše z zemeljsko energijo.
Poleg tega se upoštevajo naslednji dejavniki:
- Sestava tal. Na skalnatih in ilovnatih območjih je težko izdelati navpične debla za polaganje avtocest;
- Stopnja zmrzovanja tal. Določil bo optimalno globino za cevi;
- Lokacija podzemne vode. Višje kot so, boljše je za geotermalno ogrevanje. V tem primeru bo temperatura naraščala z globino, kar je optimalen pogoj za ogrevanje z zemeljsko energijo.
Prav tako morate vedeti o možnosti obratnega prenosa energije poleti. Potem ogrevanje zasebne hiše iz tal ne bo delovalo, odvečna toplota pa bo prešla iz hiše v tla. Vsi hladilni sistemi delujejo po enakem principu. Toda za to je potrebno namestiti dodatno opremo.
Ne morete načrtovati namestitve zunanjega tokokroga stran od hiše. To bo povečalo toplotne izgube pri ogrevanju iz zemeljskega drobovja.
Diagram horizontalnega geotermalnega ogrevanja
Najpogostejši način namestitve zunanjih avtocest. Priročen je zaradi enostavne namestitve in zmožnosti relativno hitre zamenjave okvarjenih delov cevovoda.
Za namestitev po tej shemi se uporablja kolektorski sistem. Za to je izdelanih več kontur, ki se nahajajo na najmanjši razdalji 0,3 m drug od drugega. Povezani so s pomočjo razdelilnika, ki dovaja hladilno tekočino naprej v toplotno črpalko.To bo zagotovilo maksimalno oskrbo z energijo za ogrevanje iz toplote zemlje.
Vendar morate upoštevati številne pomembne nianse:
- Velika površina parcele. Za hišo s približno 150 m² mora biti vsaj 300 m²;
- Cevi morajo biti nameščene do globine pod nivojem zmrzovanja tal;
- Z morebitnim premikanjem tal ob spomladanskih poplavah se poveča verjetnost premika avtocest.
Odločilna prednost ogrevanja iz toplote vodoravnega tipa zemlje je možnost samostojne ureditve. V večini primerov to ne zahteva uporabe posebne opreme.
Za največji prenos toplote morate uporabiti cevi z visoko toplotno prevodnostjo - tankostenski polimer. Toda hkrati bi morali razmisliti o načinih izolacije ogrevalnih cevi v tleh.
Shema vertikalnega geotermalnega ogrevanja
To je bolj delovno intenziven način za organizacijo ogrevanja zasebne hiše iz tal. Cevovodi so nameščeni navpično v posebnih vrtinah. Pomembno je vedeti, da je takšna shema veliko bolj učinkovita kot navpična.
Njegova glavna prednost je povečanje stopnje segrevanja vode v zunanjem krogu. Tisti. Globlje kot so cevi nameščene, večja količina toplote iz zemlje za ogrevanje hiše bo vstopila v sistem. Drug dejavnik je majhna površina zemljišča. V nekaterih primerih se vgradnja zunanjega geotermalnega ogrevalnega kroga izvede še pred gradnjo hiše v neposredni bližini temeljev.
Na kakšne težave lahko naletite pri pridobivanju zemeljske energije za ogrevanje hiše po tej shemi?
- Kvantitativno k kvalitativnemu. Za vertikalno razporeditev je dolžina avtocest veliko večja.Kompenzira se z višjimi temperaturami tal. Če želite to narediti, morate narediti vodnjake do globine 50 m, kar je delovno intenzivno delo;
- Sestava tal. Za kamnita tla je treba uporabiti posebne vrtalne stroje. Da se vodnjak ne zruši, je v ilovico nameščena zaščitna lupina iz armiranega betona ali plastike z debelimi stenami;
- V primeru okvare ali izgube tesnosti postopek popravila postane bolj zapleten. V tem primeru so možne dolgotrajne motnje v delovanju ogrevanja hiše zaradi toplotne energije zemlje.
Toda kljub visokim začetnim stroškom in delovno intenzivni namestitvi je vertikalna razporeditev avtocest optimalna. Strokovnjaki svetujejo uporabo točno te namestitvene sheme.
Za kroženje hladilne tekočine v zunanjem krogu v navpičnem sistemu so potrebne močne obtočne črpalke.
Organizacija geotermalnega ogrevanja
Potrošniki imajo še vedno glavno vprašanje - ali je mogoče uporabiti zemeljsko energijo kot glavni vir ogrevanja podeželske hiše? To je mogoče, vendar le s strokovnim pristopom v vseh fazah - od izračuna do namestitve in testiranja sistema.
Najprej morate izbrati pravo toplotno črpalko. Glede na njihove visoke stroške morate najprej opraviti vse predhodne izračune njegovih značilnosti. Le v tem primeru bo ogrevanje s toplotno energijo zemlje maksimalno učinkovito. Med zanesljivimi proizvajalci so Buderus, Vaillant in Veissman. Povprečni strošek toplotne črpalke za ogrevanje iz globin zemlje je približno 360 tisoč rubljev z nazivno močjo 6 kW. Bolj produktivni modeli lahko stanejo več kot 1 milijon rubljev.
Poleg stroškov morate biti pozorni na material, iz katerega so izdelane cevi. Za zmanjšanje toplotnih izgub pri ogrevanju iz toplotne energije zemlje je priporočljivo uporabiti naslednje:
- Zamreženi polietilen. Zanj so značilni nizki stroški - optimalni za horizontalne sheme;
- Cev iz nerjavečega jekla. Uporablja se pri ogrevanju z uporabo toplotne energije zemlje z navpično razporeditvijo zunanjega tokokroga. Zaradi visoke toplotne prevodnosti in mehanske trdnosti je ugoden v primerjavi z zamreženim polietilenom. Pomanjkljivost je visok strošek.
Za optimizacijo je priporočljiva vgradnja zunanjih in notranjih temperaturnih senzorjev ter hranilnika toplote. To bo zmanjšalo stroške ogrevanja zasebne hiše z uporabo zemeljske energije.
Ob upoštevanju vseh teh dejavnikov se v večini primerov geotermalno ogrevanje iz zemeljske energije vgradi kot dodatna možnost. Sčasoma se bodo stroški sestavnih delov in učinkovitosti toplotnih črpalk povečali - in šele takrat bo takšne sisteme mogoče šteti za glavne.
Primer namestitve geotermalnega ogrevanja v zasebni hiši najdete z ogledom videoposnetka:
