Geotermalno grijanje: princip rada, prednosti i mane, suptilnosti gradnje

Postoji mnogo različitih opcija za grijanje domova. Pažnja ljudi je prirodno usmjerena na potragu za načinima koji troše najmanje energije. Žestoke sporove uzrokuje takva progresivna metoda dobivanja topline, kao i korištenje podzemnih izvora.

Načelo geotermalnog grijanja uključuje korištenje toplinskih crpki. Oni djeluju u skladu s klasičnim Carnotovim ciklusom, uzimajući hladnu rashladnu tekućinu duboko u podnožju i primajući povratno strujanje tekućine zagrijane na 50 stupnjeva unutar sustava grijanja. Oprema radi s učinkovitošću od 350 do 450% (to nije u suprotnosti s temeljnim zakonima fizike, zašto - bit će rečeno kasnije). Standardna toplinska crpka zagrijava kuću ili drugu zgradu na račun topline zemlje za 100 tisuća sati (to je prosječan interval između preventivnih kapitalnih popravaka).

Grijanje na 50 stupnjeva nije slučajno. Upravo je taj pokazatelj prepoznat kao najučinkovitiji rezultatima posebnih izračuna i proučavanjem praktički provedenih sustava. Dakle, grijanje podzemlja, koristeći protok energije iz dubina, uglavnom se ne nadopunjuju radijatorima, već toplim podom ili zrakom. U prosjeku, na 1000 W energije, koja pokreće pumpu, moguće je podizati oko 3500 W toplinske energije. Na pozadini neobuzdanog rasta troškova rashladne tekućine u glavnoj mreži i drugih načina grijanja, ovo je vrlo ugodan pokazatelj.

Geotermalno grijanje se sastoji od tri kruga:

• zemaljski kolektor;
• toplinska pumpa;
• zapravo, kompleks grijanja kod kuće.

Razlog je jednostavan - voda koja se pojavljuje u dovoljno zagrijanom sloju tla brzo erodira opremu. Čak se i takva tekućina ne može naći ni u kojem slučaju. Izbor specifičnog rashladnog sredstva određen je projektnim odlukama inženjera. Crpka je odabrana ovisno o preostalim dijelovima sustava. Budući da je dubina bušotine (razina opreme) određena prirodnim uvjetima, odlučujuće razlike između tipova geotermalnih sustava povezane su s uređajem spremnika u tlu.

Horizontalna struktura podrazumijeva položaj kolektora ispod linije smrzavanja tla. Ovisno o specifičnom mjestu, to znači produbljivanje od 150-200 cm Takvi kolektori mogu biti opremljeni različitim cijevima, kao što su bakar (s vanjskim slojem PVC) i izrađene od metala-plastike. Da biste dobili od 7 do 9 kW topline, morat ćete položiti najmanje 300 četvornih metara. m kolektor. Ova tehnika ne dopušta pristup stablima za više od 150 cm, a po završetku instalacije potrebno je poboljšati teritorij.

Vertikalno izloženi spremnik podrazumijeva bušenje nekoliko bušotina, koje su nužno usmjerene u različitim smjerovima, a svaka vodi iz vlastitog kuta. Unutar bušotina nalaze se geotermalne sonde, toplinski povratak iz 1 rada. m dostiže oko 50 vata. Lako je izračunati da će se za istu količinu topline (7-9 kW) morati isporučiti 150-200 m bušotina.Prednost u ovom slučaju nije samo u ekonomiji, nego iu činjenici da se struktura krajobraza ne mijenja. Bit će potrebno izdvojiti samo malo područje za ugradnju kesonske jedinice i za postavljanje koncentrirajućeg kolektora.

Kontura zagrijana iz vode praktična je ako je moguće vanjski izmjenjivač topline dovesti u jezero ili ribnjak na dubinu od 200 do 300 cm. No, preduvjet će biti lokacija akumulacije u radijusu od 0,1 km od grijane zgrade i vodene površine od najmanje 200 četvornih metara. m. Tu su i zračni izmjenjivači topline kada se toplina generira iz vanjskog kruga iz atmosfere. Takva se odluka savršeno očituje u južnim dijelovima zemlje i ne zahtijeva nikakav rad na iskopavanju. Slabosti sustava su niska učinkovitost s mrazom od 15 stupnjeva i potpuno zaustavljanje ako temperatura padne na 20 stupnjeva.

Geotermalno grijanje seoske kuće, prije svega, ne troši skupa i zagađujuća mineralna goriva. Već 7 od 10 novih kuća izgrađenih u Švedskoj grije se na ovaj način. U vrućim danima geotermalna oprema iz grijača postaje sredstvo pasivnog kondicioniranja. Suprotno uvriježenom mišljenju, takav sustav grijanja ne zahtijeva vulkane ili gejzire. Na najobičnijem ravnom terenu ne djeluje ništa gore.

Jedini uvjet je postizanje termalne točke ispod crte za mrazgdje je temperatura tla uvijek od 3 do 15 stupnjeva. Čini se da je ultra visoka učinkovitost samo u suprotnosti s prirodnim zakonima; toplinska pumpa je zasićena freonom, koji isparava pod djelovanjem čak i "ledene" vode koja se čini ljudima. Para zagrijava treći krug. Takva shema je hladnjak okrenut prema van. Stoga se učinkovitost pumpe odnosi samo na količinski omjer električne energije i toplinskih resursa. Sama po sebi, pogon je "kakav bi trebao biti" s neizbježnim gubitkom energije.

Može se uzeti u obzir objektivne prednosti geotermalnog grijanja:

• izvrsna učinkovitost;
• solidno razdoblje rada (toplinska pumpa radi 2-3 desetljeća, a geološke sonde stare do 100 godina);
• stabilnost rada u gotovo svim uvjetima;
• nedostatak vezanja za nositelje energije;
• puna autonomija.

Postoji jedan ozbiljan problem koji sprječava da geotermalno grijanje bude stvarno zajedničko rješenje. To je, kao što pokazuju pregledi vlasnika, visoka cijena kreiranog dizajna Za zagrijavanje uobičajene kuće od 200 četvornih metara. m (ne tako rijetko), bit će potrebno izgraditi sustav ključ u ruke za 1 milijun rubalja, do 1/3 tog iznosa je toplinska pumpa. Automatizirane instalacije su vrlo udobne, a ako je sve ispravno postavljeno, mogu raditi godinama bez intervencije ljudi. Sve ovisi samo o dostupnosti sredstava. Drugi nedostatak je ovisnost o napajanju crpne jedinice.

Dosta ljudi pokušava vlastitim rukama stvoriti geotermalno grijanje. Ali da bi takav sustav funkcionirao, moraju se napraviti pažljivi proračuni i također je potreban raspored ugradnje cijevi. Bunar se ne smije približiti kući za više od 2-3 m. Maksimalna dopuštena dubina bušenja doseže 200 m, međutim, bunari do 50 m pokazuju dobru učinkovitost.

Glavni parametri koji se uzimaju u obzir u bilo kojem izračunu su:

• temperatura (dubina od 15-20 m i više zagrijava od 8 do 100 stupnjeva ovisno o stvorenim uvjetima);
• vrijednost iskorištene snage (prosjek - 0,05 kW po 1 m);
• utjecaj klime, vlage i kontakta s podzemnom vodom na prijenos topline.

Ono što je vrlo zanimljivo, potpuno suhe stijene daju ne više od 25 W s 1 mi ako postoji podzemna voda, ta brojka se povećava na 100-110 vata. Ne smijemo zaboraviti da je standardno vrijeme rada toplinske crpke 1800 sati godišnje. Ako se taj pokazatelj prekorači, sustav neće postati učinkovitiji, ali će njegovo trošenje brzo rasti. Što je još gore, prekomjerno iskorištavanje toplinskog resursa podzemlja dovodi do njihovog hlađenja, pa čak i do smrzavanja stijena na radnoj dubini. Nakon toga, tlo može potonuti, ponekad se oštete radne cijevi i nadzemne strukture.

Opskrbu toplinom na uštrb podzemnih izvora treba izraditi prema strogo razvijenom algoritmu. Budući da su sustavi za vodu i zrak ograničeni, većina praktičnih opcija uključuje bušenje bušotina. A to je još jedan razlog da ne radite sve vlastitim rukama. Samo specijalna oprema omogućuje prodiranje na dubinu od 20-100 m gdje se stvaraju potrebni uvjeti za grijanje. Upotreba plastičnih cijevi za tlak od oko 6 bara dopuštena je kao sonda.

Da biste poboljšali performanse sustava, koristite vezanje 3 ili 4 linijeKrajnji dijelovi koji su spojeni u obliku slova U. Grijanje duž konture je vrlo važno, zahvaljujući njemu, puknuće cijevi za vrijeme jakog mraza se eliminira. Ovo zagrijavanje se provodi kroz žicu koja je rastegnuta do središta kanala, kroz koji se primjenjuje struja. Ako se energetski piloti ne mogu primijeniti, moraju se koristiti horizontalni prijemnici. Za njih se priprema tlo dimenzija 15x15 m, od kojeg se tlo uklanja na dubinu od 0,5 m.

Cijelo ovo područje potrebno je za postavljanje sličnih sondi. Često koriste električne podloge ili cijevi koje izmjenjuju toplinu. Kako biste poboljšali učinkovitost sustava grijanja, primijenite raspored cijevi spiralom ili u obliku "zmije". Nemoguće je točno reći što je bolje - gotovi kompleksi, masovno proizvedeni ili samosastavljeni. U prvom slučaju, problem kompatibilnosti se rješava automatski, ali u drugom se povećava fleksibilnost, povećava se mogućnost modernizacije (iako treba posvetiti više pozornosti projektiranju).

Amaterski graditelji mogu pobjeći od tipičnog akumulatora topline, zamjenjujući ga betonskim estrihom. Geotermalno grijanje u takvom sustavu eliminira potrebu za značajnim temperaturnim trzajima. Možete provoditi pokuse s različitim rashladnim sredstvima, kao i montirati kompresore s različitim performansama. Proračunom opterećenja i pravilnom raspodjelom topline po potrošnim krugovima, sustav može biti učinkovitiji za 15-20%. Paralelno s tim, troškovi energije se znatno smanjuju.

Horizontalno postavljene cijevi postavljene su na dubini od 50-300 cm, a na područje autocesta bile su najmanji, izrađene su u obliku zavoja. No, između dvije autoceste treba biti najmanje 200 mm. Svakom građevinskom radu mora prethoditi određivanje toplinskog utjecaja tla.Ako je manji od 20 W po kvadratu. m, nema mjesta u geotermalnoj konturi. Kako bi se osiguralo ispuštanje podzemnih voda, dno jama prekriveno je slojem pijeska. Cijevi na bazi umreženog polietilena su izvrsne.

Najučinkovitiji rad toplinske crpke je u prostorijama gdje je temperatura zraka između 14 stupnjeva Celzija. Kad god je to moguće, preferirajte vertikalni raspored kontura prema horizontali, jer je to najučinkovitiji od svih. Sudeći po ocjenama, geotermalno grijanje u čistom obliku je iracionalno, ono predugo zagrijava vodu, jer u mnogim slučajevima takav sustav ima isključivo sporednu ulogu. Da biste postigli najviši učinak, trebali biste se usredotočiti na maksimalno dopušteni intenzitet uključenosti toplinskog resursa i procijenjene stope protoka u bušotini.

Ako se topla voda ne nalazi ispod, ali tople vode, to je praktično optimalna situacija. Tada je moguće uštedjeti novac i dobiti maksimalnu korist. No, moramo zapamtiti da ako se planira istovremeno koristiti vruće podzemne izvore za opskrbu vodom, voda u njima mora ispunjavati standardne sanitarne zahtjeve. Kada kemijska analiza pokaže prisutnost agresivnih komponenata, preporučljivo je organizirati dva autonomna kruga, u kojima se tekućina ne miješa, ali dolazi samo do izmjene topline. Kompresori su pričvršćeni na zidove ili od hladnjaka ili klima uređaja.

Ako je kućno ožičenje prilično slabo, vrijedno je koristiti par kompresora za smanjenje početne struje zbog serijskog spoja. Prilikom ugradnje kondenzatora treba voditi brigu o kretanju freona u njima od gornje točke do dna, a ne obrnuto. Da bi sakupljač radio stabilno i zagrijavao prostor, njegova površina (za privatnu kuću od 100 m²) mora biti 200-250 m2. Horizontalni sustav grijanja ne smije se koristiti ako planirate naknadno podijeliti vrt ili povrtnjak. Čak se i konvencionalna crpka za bušotinu može koristiti za dovršenje sustava.

Za informacije o tome što je geotermalno grijanje i kako ga instalirati, pogledajte sljedeći video.