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.

READ
Co znamená cement 42 5?

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.

Geotermální vytápění soukromého domu

Při výběru možnosti vytápění jednotlivých bytových nebo průmyslových objektů dbají především na dostupnost a cenu paliva na staveništi. Důležité je reprezentovat výši finančních a pracovních investic při instalaci zařízení, provozní náklady a také efektivitu budoucího systému v konkrétních provozních podmínkách.

Geotermální vytápění soukromého domu je obchodníky prezentováno jako univerzální řešení pro všechny případy, což není tak úplně pravda. Článek obsahuje materiál, který pomáhá pochopit, co je developerovi nabízeno a za jakou cenu, a také porovnat tento typ vytápění s jinými metodami.

Výhody a nevýhody geotermálních tepelných čerpadel

S masovým a hlavně dlouhodobým provozem tepelných čerpadel je v Rusku málo zkušeností. Uživatelé se dělí na dva protichůdné tábory: na ty, kteří topný systém chválí (sem by měli být zařazeni i prodejci a montéři) a odpůrce, kteří se setkali s potížemi v provozu nebo bezohlední montéři.

Geotermální vytápění domů Geotermální topné trubky

Na základě recenzí lze vyvodit závěry o výhodách a nevýhodách tepelných čerpadel.

Výhody Omezení
Nízká spotřeba elektřiny, 1-2,5 kW (ve skutečnosti) a až 3,5 kW (ideálně) tepelného výkonu na 7 kW spotřebované elektřiny Velké finanční investice ve fázi návrhu a instalace
Možnost instalace v libovolném prostoru – v závislosti na regionu jsou použity zemní, vodní nebo vzduchové externí okruhy příjmu tepla Potřeba dalších zdrojů tepla při teplotách vzduchu pod 25 °C
Reverzibilní – systém funguje pro vytápění v zimě a chlazení v létě Nebezpečí pro půdní mikroorganismy – půda se ochlazuje, hynou bakterie, klesá úrodnost půdy
Všestrannost – lze použít pro vytápění domácností, ohřev užitkové vody nebo bazénové vody Systémy jsou účinné pouze tehdy, jsou-li vybaveny “teplou podlahou” – chladicí kapalina se zahřívá až na 50 ° C, to nestačí pro efektivní provoz radiátorů
Životnost – zahraniční zkušenosti hovoří o 30-50 letech provozu před výměnou zařízení Nízká účinnost s malým rozptylem teplot chladicí kapaliny ve vnějším okruhu a těsnícím médiu (půda, voda)
Minimální náklady na údržbu
Plná automatizace procesů
Ekologická bezpečnost – žádné škodlivé emise
Ke svému fungování potřebuje pouze elektřinu.

Výhody se projevují ve vysoce kvalitním provedení, správném výběru zařízení a dodržování pravidel instalace.

READ
Jak se nazývá repasování starého nábytku?

Zařízení a princip fungování geotermálního vytápění

Jak tepelné čerpadlo funguje, můžete názorně vidět na příkladu domácí chladničky nebo split systému. Pokud se dotknete chladiče na zadní straně chladničky, bude horká a zároveň se ochladí stěny mrazničky.

Klimatizace rozmístěné v prostoru fungují v podobném režimu – vnitřní jednotka je chlazena a slouží jako zdroj chladu, venkovní jednotka odvádí teplo do ulice. V reverzním režimu ohřívá split systém vzduch v místnosti.

Princip činnosti tepelného čerpadla

U tepelného čerpadla určeného k vytápění odebírá vnější jednotka teplo ze vzduchu, půdy nebo vody, pro které jsou vnější obrysy položeny z potrubí. Vodu je možné čerpat ve vodních okruzích, v tomto případě je vstup a výstup umístěn ve vzdálenosti cca 20 metrů. Po přeměnách v centrální jednotce se teplo dostává do domu.

Geotermální schéma vytápění domů

Složení geotermálního topného systému zahrnuje:

  1. Přímé tepelné čerpadlo s kompresorem, výparníkem, kondenzátorem a škrticí klapkou.
  2. Nízkoteplotní topný okruh.
  3. Okruhy prostorového vytápění (voda nebo kapalina) a ohřev vody.

Práce vychází z práce Nicolase Leonarda Sadiho Carnota, jednoho z předních vědců, kteří studovali termodynamiku ve fázi formování této vědy. Podrobný algoritmus je následující:

  1. Chladivo vnějšího okruhu je čerpáno potrubím. Během pohybu se kapalina zahřívá o několik stupňů teplem země, vody nebo vzduchu.
  2. Vnější okruh prochází přes výměník tepla výparníku, kde ohřívá chladivo, např. freon, které se odpařuje. Chladivo navíc vstupuje do výparníku kapilárním otvorem a rychle expanduje, což také přispívá k ohřevu.
  3. Kompresor stlačuje zahřáté chladivo a dále zvyšuje teplotu freonu.
  4. Horké stlačené chladivo vstupuje do kondenzátoru, kde ochlazením a přeměnou z páry na kapalinu předává teplo nosiči tepla topného systému, který cirkuluje topnými trubkami. Další možností je ohřev vzduchu, který je rozváděn po celém areálu.
  5. Dále chladivo opět vstupuje do výparníku, kde je ohříváno novou částí chladiva cirkulujícího ve vnějším okruhu.

Často padá otázka: kde se bere účinnost tepelných čerpadel 300-700%. Je to dáno tím, že chladivo vnějšího okruhu opouští čerpadlo při teplotě -15°C až +7 o C a je ohříváno půdou (vodou, vzduchem) až na 2-8°C, tzn. část energie si „bere“ z vnějších zdrojů. Chladivo v čerpadle se odpařuje nejen díky provozu kompresoru, ale také díky teplu dodávanému zvenčí.

Důležité! Přesné hodnoty teploty chladicí kapaliny vnějšího okruhu se mohou u různých zařízení lišit, ale aby tepelné čerpadlo plnilo své funkce, musí se chladicí kapalina zahřát alespoň o 2-4 stupně. V opačném případě ekonomický efekt chybí nebo se dokonce ukáže jako negativní.

Metody organizace geotermálního vytápění

Geotermální topné systémy jsou klasifikovány podle několika kritérií:

  1. Kombinace média uložení vnějšího okruhu a typu chladiva vnitřního okruhu.
  2. Způsob ukládání tepelných sond (kontur) do půdy nebo vody – vertikální nebo horizontální.

První parametr udává výrobce hardwaru. Například konvenční dělený systém bude patřit do třídy vzduch-vzduch, bude odebírat teplo z pouličního vzduchu a předávat ho prostorům.

READ
Jak zasadit borovici do země?

Čerpadlo “půda-voda” odebírá teplo země a ohřívá kapalný nosič tepla topného systému. Parametr „voda-vzduch“ implikuje konstrukční řešení, kdy je vnější okruh umístěn ve vodě (externí nádrž nebo ve studni) a teplo je rozváděno po celém domě proudy ohřátého vzduchu.

Volba jedné nebo druhé metody závisí na provozních podmínkách.

Zdůvodnění výběru třídy výbavy

Jedním z hlavních parametrů, na který lidé při nákupu tepelných čerpadel dbají, je koeficient přeměny tepla COP (koeficient výkonu). Může se rovnat 1 až 7, jinými slovy: 1 kW elektřiny se přemění na 1-7 kW tepelné energie. Je důležité si uvědomit, že skutečný koeficient geotermálních tepelných čerpadel bude nižší, než je uvedeno v pasu, protože provoz bude vyžadovat náklady na elektřinu k čerpání chladicí kapaliny přes vnější okruh, a čím delší je, tím vyšší jsou tyto náklady. bude.

V praxi a podle uživatelských recenzí je třeba počítat s COP rovným 2,5-3,2, pokud si vede záznamy po celou dobu provozu – teplota půdy a vody se postupně mění v závislosti na klimatických podmínkách.

Volba prostředí, odkud bude teplo odebíráno, závisí ve větší míře na klimatických podmínkách regionu a geologických podmínkách staveniště.

Geotermální vytápění z nádrže

Zařízení s vnějším okruhem umístěným ve vodě je vybráno, pokud:

  • nádrž je soukromý rybník;
  • hloubka vrtu do podzemní vody nepřesahuje 20 metrů (v některých regionech až 45 metrů).

Nejsou-li tyto podmínky splněny, pak je nutná licence na právo užívání podloží. Pokud nebude licence během kontroly regulačními orgány nalezena, bude muset být zařízení zastaveno a bude muset být zaplacena pokuta až několik milionů rublů.

Kromě toho je důležitá vzdálenost od nádrže k domu, pokud je více než 25-30 metrů, pak účinnost prudce klesá – budou vyžadovány dodatečné náklady na čerpání chladicí kapaliny a izolaci potrubí.

Umístění externího okruhu do země ve vaší oblasti není zakázáno, měli byste však zvolit správný způsob umístění potrubí – horizontální nebo vertikální.

Způsob, jakým jsou umístěny obrysy

V závislosti na složení půdy lze z jednoho metru vodorovného potrubí odebrat až 50 W tepelného výkonu. To však platí pro hlinité půdy. Pískovce a hlíny mohou dávat od 12 do 25 W/m a pro tepelné čerpadlo o výkonu 10 kW může být potřeba externí horizontální okruh o délce 200 až 700 m. Pro jeho umístění je pozemek 450 m 2 bude potřeba. Umístění trubek do prstenců není efektivní, protože chladicí kapalina ochlazuje půdu kolem sebe a sousední prstence se jednoduše nebudou účinně zahřívat.

Externí geotermální topný okruh Uspořádání potrubí v prstencích

Důležité! Během zimy půda postupně promrzá, ochlazuje se a COP od února do března klesá, protože chladicí kapalina je již méně zahřátá.

Podle majitelů pozemků se v místě, kde se nachází horizontální okruh tepelného čerpadla, po několika letech provozu mění půdní struktura, hůře roste zelenina a pozemek je využíván pouze jako trávník. Stromy s výkonným kořenovým systémem, který může zničit potrubí, se na taková místa nevysazují.

READ
Jak pochopit, který vodič je nula a který je fáze?

Za optimální se považuje vertikální systém vpichů nebo jamek, ve kterém je umístěno několik obrysů, které se rozcházejí v různých směrech. Ve velkých hloubkách je teplota Země stabilnější a málo závisí na klimatu. Pro vývody potrubí je vybavena studna, ve které jsou umístěny kolektory. Studny jsou vrtány pod úhlem k horizontu a uspořádány do kruhu – to snižuje vliv každého obrysu na sebe.

Studna geotermální systém vytápění Studna vnějšího obrysu geotermálního vytápění

Je možné dělat vše ručně

Teoreticky je možné sestavit geotermální topný systém vlastníma rukama, ale v praxi je to obtížné, ne-li nemožné.

Při horizontálním pokládání obrysu bude vyžadovat velké množství zemních prací. Potrubí se umisťuje minimálně 0,5 metru pod úroveň promrzání půdy, tzn. stačí zkopat zeminu do hloubky 2-2,5 m. Zeminu je třeba někde uložit a umístit po dobu pokládky potrubí.

Vrtání studní o celkové hloubce až 200 m bude vyžadovat speciální drahé vybavení, není možné provést takový objem práce vlastníma rukama. Je vhodné začít samostatně pokládat obrys pouze v případě, že se používají technické prostředky: bagr, sklápěč, buldozer nebo vrtná souprava.

Obchodní případ pro geotermální tepelná čerpadla

Výběr jednoho nebo druhého způsobu vytápění domu závisí na mnoha parametrech:

  • technická proveditelnost a náklady na připojení k energetickým sítím (plyn, elektřina);
  • náklady na vybavení a instalační práce;
  • podmínky provozu instalovaného zařízení;
  • provozní náklady na energetické zdroje a údržbu systému po dobu životnosti systému.

V článku porovnáváme náklady na vytápění domu o ploše 200 m 2 za 10 let provozu různými způsoby: hlavní plyn, elektřina, plyn z individuálního zásobníku plynu, tepelné čerpadlo na elektřinu.

Počáteční a provozní náklady

Odhad na výrobu kompletního topného systému organizovaného pomocí tepelného čerpadla zahrnuje cenu:

  • čerpadlo požadovaného výkonu;
  • potrubí vnějšího okruhu;
  • doplňkové vybavení – oběhové čerpadlo, expanzní a skladovací nádrže;
  • potrubí pro uspořádání “teplé podlahy” nebo vzduchových kanálů pro distribuci tepla v prostorách;
  • uzamykací a ovládací zařízení;
  • instalační a uvedení do provozu.

Výkon čerpadla by měl být o 10–15 % vyšší než tepelné ztráty domu stěnami, podlahou, stropem, dveřmi a okny. V průměru se předpokládá, že pro střední pás bude dům o velikosti 200 m 2 vyžadovat instalaci 13 kW čerpadla pro vytápění a dalších 700 W bude vynaloženo na přípravu teplé vody pro sanitární potřeby. Je tedy nutné pořídit tepelné čerpadlo o výkonu 14 kW.

Geotermální tepelné čerpadlo

Cena takového zařízení od různých výrobců se pohybuje od 210 000 rublů v základní konfiguraci do 500 000 rublů v prémiové konfiguraci.

Délka kolektorových trubek bude záviset na struktuře půdy:

  • suchý písek vydává 10 W / m délky trubky o průměru 25 mm;
  • suchá hlína – 20 W / m;
  • mokrá hlína – 25 W / m;
  • jíl s vysokým obsahem podzemní vody – až 35 W / m.

Délka okruhu tedy bude od 400 do 1 m.

Vertikální okruhy jsou z hlediska přenosu tepla výhodnější:

  • sedimentární horniny vydávají 20 W/m;
  • kamenitá půda a vlhké sedimentární horniny s podzemní vodou – 50 W / m;
  • podzemní voda – až 70 W / m.

Na základě indikátorů bude celková hloubka vrtů od 200 do 700 m, což je 2krát méně než u horizontálního umístění. V půdě s dobrým odvodem tepla pro dům 200 m 2 jsou vyvrtány 3 studny o délce 75 metrů.

Pro zajištění potřebného výkonu musí oběhové čerpadlo zajistit čerpání chladicí kapaliny okruhem v objemu 5 m 3 / hod.

READ
Jak vypočítat délku výztuže v kg?

V primárním okruhu stanice tepelného čerpadla je instalována expanzní nádoba, jejíž kapacita by měla činit 10 % objemu teplonosného média. Lze jej zjistit výpočtem vnitřního objemu potrubí. Například 1 m trubky o vnitřním průměru 32 mm obsahuje 0,8 litru kapaliny.

Ve vratné větvi okruhu je instalována akumulační nádrž o objemu 10-20 litrů na 1 kW výkonu čerpadla, tzn. v našem případě bude čerpadlo o výkonu 14 kW vyžadovat kapacitu 140-280 litrů. Potřeba nádrže je způsobena tím, že čerpadlo bez akumulační nádrže bude pracovat nepřetržitě – snižuje se tím životnost.

Jak vlastně vybrat nejlevnější radiátory topení na trhu

Náklady na vybavení domu tepelným čerpadlem můžete zjistit bez zohlednění vnitřní elektroinstalace pomocí kalkulaček prezentovaných na webových stránkách výrobců zařízení a instalačních organizací. Ceny se v různých regionech liší. Systémy na klíč (s náklady na práci a vybavení) jsou připraveny k výrobě specializovanými organizacemi za ceny od 670 1,5 rublů v regionech do XNUMX milionu rublů v Moskevské oblasti.

Přesná data o životnosti systémů v Rusku zatím neexistují, zahraniční zkušenosti však ukazují, že průměrně tepelná čerpadla země-voda vydrží do výměny asi 50 let.

Porovnání nákladů na vytápění pro různé nosiče energie

Průměrné údaje o nákladech na vybavení domu a nákladech na vytápění domu o ploše 200 m 2 systémy s různými nosiči energie jsou uvedeny v tabulce níže.

Tepelné čerpadlo “země-voda” hlavní plyn elektřina Držák plynu
Náklady na vybavení a instalaci, tisíce rublů 570-1 500 200-300 (s připojením) 20-60 180-250
Život Do 50 Až 50 s výměnou kotle po 10 letech 7-10 30
Odpisy, tisíce rublů v roce 15-30 5-8 4-6 8-10
Provozní náklady za rok, tisíce rublů 20-40 * 30-40 100-200 * 50
Celkové náklady během topné sezóny, s přihlédnutím k odpisům, tisíc rublů. 40-70 45-55 110–210 * 60-70

* — sazba za elektřinu byla stanovena v průměru na 2,52 kWh ve venkovských oblastech a 4,8 v městských oblastech.

V tabulce jsou uvedeny maximální náklady na vytápění. V reálné praxi jsou náklady o něco nižší, protože k dlouhodobému tání dochází během topného období, kdy zařízení pracuje na 40-50% výkonu.

Geotermální tepelná čerpadla si u nás získávají stále větší oblibu. Při rozhodování o vybavení domu právě tímto systémem nelze slepě věřit slibům prodejců. Tento typ zařízení má nevýhody a výpočet a instalace by měly být svěřeny známým společnostem, které prostudovaly maximální počet recenzí o jejich práci.