Geotermální vytápění: princip fungování, praktické využití, perspektivy | Geotermální54

Geotermální vytápění je využití tepla, které se nachází v zemi v hloubce asi jeden a půl metru. Tato metoda vytápění se aktivně používá v průmyslových podnicích, farmách a obytných budovách.

Tato metoda je zvláště účinná v oblastech, kde teplota vzduchu klesá pod 20 stupňů. Ve většině oblastí Ruska, zejména za Uralem, Sibiří a Dálným východem, jsou však zimy velmi chladné s teplotami často pod -40 nebo dokonce -45 stupňů. V takových podmínkách jsou vzduchová tepelná čerpadla, která jsou rozšířená a dostupná, méně účinná, protože i ty nejpokročilejší modely mohou pracovat pouze při teplotách do -20 stupňů.

Na druhou stranu země a voda pokryté sněhem zadržují velké množství tepla. Teplota země pod bodem mrazu zůstává vždy kladná – asi +8 nebo +12 stupňů. Proto je za takových podmínek logické přejít ze vzduchu jako snadno dostupného zdroje tepla na stabilnější a tepelně náročnější zemi a vodu.

Za zmínku také stojí, že účinnost tepelného čerpadla závisí na teplotě zdroje: čím je zdroj teplejší, tím je proces přeměny energie efektivnější.

Katalog geotermálních topných systémů

SDW-02 INV Geotermální tepelné čerpadlo 12 kW

SDW-05 INV Geotermální tepelné čerpadlo 20 kW
SDW-08 INV Geotermální tepelné čerpadlo 35 kW

SDW-07 INV Geotermální tepelné čerpadlo 28 kW

Význam geotermálního vytápění

Tradiční druhy paliva jsou každým rokem dražší a dražší a při jejich používání se do ovzduší uvolňuje obrovské množství škodlivých látek. V tomto ohledu jsou stále atraktivnější alternativní zdroje energie. Například ve Švédsku využívá 7 z 10 nových venkovských domů geotermální vytápění. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení systém nepotřebuje gejzíry ani sopky v blízkosti, aby systém fungoval efektivně – stejně dobře funguje vytápění na pláni.
Geotermální vytápění využívá teplo z půdy a podzemní vody, které je poměrně snadno dostupné. K získání 4-5 kWh energie potřebuje tepelné čerpadlo pouze 1 kilowatthodinu.

Naše dokončené projekty

Portfolio: 1 Chladicí systém pro závod na výrobu aktivního uhlí 400 kW
26.10.2024 16: 01: 05

Portfolio: 2 Geotermální vytápění v soukromém domě na klíč
26.10.2024 16: 09: 51

Portfolio: 3 Geotermální vytápění mycího komplexu 300 mXNUMX.
26.10.2024 16: 18: 50

Portfolio: 4 Topný systém založený na vzduchovém tepelném čerpadle
26.10.2024 16: 36: 35

Portfolio: 5 Vzduchotechnická jednotka s rekuperací: dodávka a uvedení do provozu
26.10.2024 16: 44: 01

Vlastnosti geotermálního topného systému:

• environmentální a požární bezpečnost;
• žádný hluk během provozu;
• malé rozměry systému;
• autonomní provoz;
• pro umístění zařízení v domě je zapotřebí prostor velikosti běžné pračky;
• pokud je správně nainstalován a nakonfigurován, nevyžaduje zásah člověka;
• dlouhá životnost: životnost tepelných čerpadel je od 20 do 30 let;
• vysoká stabilita systému za všech povětrnostních podmínek;
• dlouhý interval mezi preventivními opravami čerpadla (až 100 tisíc hodin).

Princip

Geotermální ohřev poprvé popsal v roce 1824 francouzský vědec Sadi Carnot. Princip jeho fungování lze přirovnat k provozu chladničky: teplo je z potravin odebíráno přes výměník tepla, v důsledku čehož dochází k ochlazování obsahu chladničky.

V případě geotermálního vytápění jde chlad do země a teplo zůstává v místnosti. Podle zákonů termodynamiky má teplo z ohřátého tělesa tendenci přecházet do chladného tělesa, aby se dosáhlo rovnovážného stavu.

Geotermální tepelné čerpadlo: princip a vlastnosti

Jak se chladivo rozpíná a odpařuje, jeho objem se zvětšuje a teplota klesá. Tepelná energie Země se snaží tyto procesy vyrovnat. Freon, který přichází do kontaktu s půdou prostřednictvím mezilehlého chladiva, absorbuje své teplo. To však na vytápění budovy nestačí.

Geotermální topný systém se skládá ze tří hlavních součástí: tepelného čerpadla, kolektoru umístěného pod zemí a systému vytápění domu. Zvenčí vypadá tepelné čerpadlo jako malá lednička.

Hlavní prvky tepelného čerpadla:

• EDV (elektronický distribuční ventil), zodpovědný za škrcení freonu;
• výparník, kde se chladivo odpařuje a absorbuje teplo z okolí;
• kompresor, který vytváří tlak a ohřívá plynné chladivo na +70 stupňů;
• kondenzátor, ve kterém horký freonový plyn uvolňuje teplo, kondenzuje a stává se kapalným.

Výměna tepla mezi freonem a chladivem cirkulujícím v topném systému budovy probíhá přes stěny kondenzátoru. Nejúčinnější je použití geotermálního tepelného čerpadla s nízkoteplotním topným systémem, vyhřívanými podlahami nebo fancoily.

Jedinečnost tepelného čerpadla spočívá v tom, že v létě může fungovat jako klimatizace.

Při výběru tepelného čerpadla věnujte pozornost následujícím parametrům:

1. COP (koeficient výkonu). Čím vyšší je tento ukazatel, tím je tepelné čerpadlo hospodárnější. Například COP 4 znamená, že na 1 kW spotřebované elektřiny se vyrobí 4 kW tepelné energie;
2. přítomnost vestavěného ovladače a automatického ovládání zařízení naznačuje, že vše bylo smontováno a testováno v továrně;
3. moderní chladicí jednotky stále častěji přecházejí na invertorové modely s frekvenčně řízeným výkonem;
4. přítomnost Russified menu v první fázi ovládání tepelného čerpadla značně zjednodušuje úkoly správy a programování zařízení.

Způsoby umístění geookruhových trubek pro geotermální vytápění

Existuje několik způsobů, jak umístit kolektorové trubky pro geotermální topný systém. Podívejme se na každou z nich podrobněji.

Slevy na geotermální tepelná čerpadla

Horizontální metoda.

Při této metodě se kolektorové trubky pokládají pod zem v hloubce jeden a půl metru nebo více. Hloubka závisí na regionu a vlhkosti půdy. Čím vlhčí půda, tím vyšší je přenos tepla. Délka podzemního potrubí nesmí být menší než délka potrubí podlahového vytápění v domě. Po dokončení instalace je nutné web upravit.

Vertikální metoda.

V tomto případě je nutné vyvrtat otvory do země pod různými úhly. Geotermální sondy jsou plastové trubky vyrobené z vysokohustotního polyetylenu s pájenými hroty ve tvaru U na koncích. Sondy jsou umístěny ve vrtech do hloubky 50 metrů. Jeden metr sondy může mít výkon až 50 wattů. K získání požadovaného výkonu bude tedy zapotřebí velké množství sond. Tato metoda je dražší, ale nenarušuje krajinu lokality. Dále je nutné připravit místo pro kesonovou studnu spojující kolektorové potrubí.

Metoda se zatopeným geoobrysem.

Tato metoda vyžaduje vodní plochu, která v zimě nezamrzá ke dnu (hloubka by měla být alespoň 2 metry). V této nádrži bude umístěn zatopený geotermální okruh. Výhody této metody spočívají v tom, že nejsou potřeba pracné výkopové práce (s výjimkou hloubení příkopu k domu). Jeho použití však bude vyžadovat zvláštní povolení, zejména pokud je nádrž veřejná. Také ne každý venkovský dům má poblíž jezero, rybník nebo řeku. Tato metoda je však považována za nejekonomičtější: k vytápění 100 metrů čtverečních prostoru budete potřebovat 250 až 300 lineárních metrů kolektoru.

Metoda přetečení.

Voda je v tomto případě odebírána z vrtané zvodně, ochlazena v tepelném čerpadle o 4-5 stupňů a opět vypouštěna buď do jímací studny umístěné ve vzdálenosti 20 metrů, nebo do nejbližší vodní plochy. Nevýhodou této možnosti je nemožnost řídit hladinu vodonosné vrstvy a nutnost dovybavit tepelné čerpadlo filtry a mezivýměníky.

Hlavní problémy geotermálních topných systémů

Hlavním problémem používání geotermálních systémů je jejich vysoká cena. Například připojení budovy o rozloze 300 metrů čtverečních bude vyžadovat asi dva miliony rublů. Z této částky bude přibližně 40 % vynaloženo na nákup tepelného čerpadla a zbytek na jeho instalaci.

Navíc doba návratnosti geotermálního systému se může pohybovat od 7 do 10 let v závislosti na jeho účinnosti a ceně elektřiny. To může být ve srovnání s jinými topnými systémy poměrně dlouhé.

Další nevýhodou je obtížnost vlastní instalace geotermálního systému.

Je možné instalovat geotermální topný systém svépomocí?

Instalace okruhů geotermálního systému svépomocí je poměrně obtížná. To vyžaduje přesné výpočty. Chyby v návrhu mohou vést k nízké účinnosti zařízení a v důsledku toho k nutnosti úprav, které budou znamenat zbytečné náklady.

Při výpočtu geotermálního topného systému se berou v úvahu následující parametry:

1. klima regionu (průměrná roční teplota, vlhkost);
2. tepelná energie extrahovaná z půdy;
3. Topný systém domu musí být nízkoteplotní;
4. celková tepelná ztráta obálky budovy by neměla přesáhnout 70 W na 1 metr čtvereční plochy domu.

Perspektivy rozvoje geotermálních topných systémů

Jen před 30 lety v Evropě využívalo zemské teplo k vytápění svých domovů asi 18 milionů majitelů domů. Dnes se toto číslo výrazně zvýšilo. Tato skutečnost ukazuje, že geotermální topné systémy jsou nákladově efektivním řešením.

Mnoho vlád poskytuje dotace majitelům domů, kteří se rozhodnou pro geotermální vytápění. V Rusku se však takové systémy ještě nerozšířily kvůli vysokým počátečním nákladům.

Přesto existují vyhlídky na rozvoj geotermálního vytápění v Rusku. S rozvojem konkurence budou náklady na tepelná čerpadla klesat, což povede k levnějšímu geotermálnímu vytápění. Nejlepší možností by byla státní nebo alespoň regionální podpora.

Zejména s ohledem na ekologický význam tohoto způsobu vytápění domů. Geotermální vytápění do roku 2024 je srovnatelné z hlediska nákladů a snadného použití s ​​hlavním plynovým vytápěním, přičemž je zcela bezpečné a lze jej nainstalovat během několika týdnů.

Všechny ostatní způsoby vytápění jsou buď výrazně dražší, nebo vyžadují vyšší denní mzdové náklady. A růst cen energií v budoucnu povede k vyrovnání ruských cen s cenami pro evropské spotřebitele.

Diskuse o návratnosti se často vedou mezi konkurenty, kteří neberou v úvahu pohodlnost tohoto typu vytápění a vliv inflace.

Když se lidem nad 40 let vybaví myšlenky na život na venkově, lze investici do vytápění tepelným čerpadlem vnímat jako investici do osobního penzijního fondu. Po jednorázové instalaci tepelného čerpadla získáte 1–4 kW tepla na 5 kW elektřiny. Co se dnes zdá nepřiměřeně drahé, může být zítra oceněno úplně jinak. Člověk, který si vydělává dostatek peněz, si dnes nemusí všimnout vysokých nákladů na vytápění svého domova, ale časem se to může změnit.

Výhody geotermálního vytápění:

• Vytápění a teplá voda jsou k dispozici okamžitě, bez nutnosti absolvovat zdlouhavé schvalovací řízení.
• Systém je plně automatizovaný a řídí teplotu.
• Umístění obrysu při nové výstavbě neovlivní návrh sadových úprav.
• 80 % energie na provoz systému je zdarma, bez ohledu na směnné kurzy.
• Vysoký faktor účinnosti (COP) umožňuje návratnost investice.
• Tepelné čerpadlo země-voda je odolné proti požáru a výbuchu.
• Možnost stavby domu, kde je napojení na elektrické sítě.
• Zplynovaný pozemek může být 2-3x dražší než běžný.
• Nezapomeňte, že ta nejmalebnější místa se často nacházejí tam, kde chybí plynárenská infrastruktura.

Pokud se chcete dozvědět více o geotermálním vytápění, zanechte požadavek na našich webových stránkách nebo si prohlédněte zařízení v našem katalogu. Rádi vám sdělíme všechny podrobnosti a pomůžeme vám vybrat tu nejvhodnější variantu pro vaše potřeby.

Využití tepla země nebo vody k vytápění domu tím, že si systém zorganizujete sami, je zcela řešitelný úkol, i když se to na první pohled zdá nereálné. Takové komplexy jsou široce distribuovány v evropských a amerických zemích kvůli možnosti získat volnou přírodní energii. Aby bylo možné jej použít, není potřeba v blízkosti domu sopka nebo gejzír, který lze použít k vytápění a zásobování teplou vodou, s výjimkou teploty pod nulou.

Výhody a nevýhody geotermálního vytápění

1. Minimální provozní náklady. Organizací geotermálního vytápění vlastníma rukama může majitel domu zapomenout na jeho údržbu po celá desetiletí. Systém bude fungovat hladce a bez přerušení bez jakýchkoli potíží nebo dalších investic.
2. Efektivita nákladů. Energie země nebo vody využívaná při provozu komplexu je zcela zdarma. Pro využití jeho rezerv není třeba zřizovat skladovací zařízení, nakupovat je nebo dodávat po centralizovaných dálnicích. Uživateli je kdykoliv k dispozici.
3. Bezpečnost. Způsobeno absencí procesů spalování paliva a řízení spalování.
4. Šetrné k životnímu prostředí. Tepelný systém nevypouští škodlivé emise do atmosféry.
5. Kompaktnost. Čerpadlo zabírá minimum místa v místnosti a lze jej umístit do sklepa nebo technické místnosti. Hlavní vnější obrys se nachází ve zdroji tepla a není okem viditelný.
6. Multifunkčnost. V zimě lze energii Země použít k vytápění vašeho domova vlastníma rukama a v létě k ochlazení.
7. Komfort používání. Všechna zařízení pracují prakticky tiše a nevyžadují monitorování ani údržbu.

Princip činnosti

Komplexní schéma se skládá ze dvou obvodů: vnějšího a vnitřního. První je položen mimo dům: je pohřben v půdě nebo pod vodou, ze které se bude odebírat energie. Druhý je namontován uvnitř budovy a jeho konstrukce se neliší od tradičního topného systému, který se skládá z potrubí, radiátorů a podlahového vytápění. Jako pracovní médium pro externí komunikaci je vhodné používat nemrznoucí směsi a glykolové roztoky, které v mrazivém počasí nezamrzají.

Centrální prvek komplexu – geotermální čerpadlo – plní všechny hlavní funkce. V první fázi přichází pracovní médium z vnějšího okruhu a dodává energii do prvního výměníku tepla. Voda v něm se odpařuje, působením kompresoru se zvyšuje jeho tlak a zvyšuje se i teplota. Ve druhém výměníku tepla kondenzuje a přenáší energii do potrubí vnitřního topného systému. Ochlazená kapalina se vrací zpět pro další cyklus. Je tedy zcela možné organizovat geotermální vytápění a provádět instalaci sami, pokud máte speciální čerpadlo.

Druhy systémů

V první fázi rozvoje komplexu je nutné rozhodnout o jeho typu. V závislosti na způsobu umístění vnějšího obrysu se rozlišují dvě hlavní schémata.

Vertikální

Jedná se o vrtání hlubinných vrtů (50-200 m) na místním území. Spotřeba energie může pocházet ze země, která má v této vzdálenosti od povrchu stabilní teplotu bez ohledu na roční období (10-12 C), nebo z podzemní vody. V prvním případě je nutné vykopat několik kanálů, aby bylo dostatek tepla k vytápění budovy. Ve druhé jsou vyvrtány dvě studny: z jedné (debetní studna) odebírají vodu k ohřevu chladicí kapaliny a do druhé (přijímací studny) odvádějí ochlazený zdroj. Je problematické provádět vertikální geotermální vytápění vlastníma rukama pro soukromý dům, protože vykopání půdy do tak významné hloubky s následným posílením kanálu je nemožným úkolem pro nezávislou realizaci.

Tento způsob instalace je relevantní, když je zahradní pozemek zastavěný, osázený stromy a jeho reorganizace je obtížná a nákladná. Přibližný výkres topného systému tohoto typu je na obrázku 1.

Horizontální

Toto schéma zahrnuje položení sítě potrubí na velké ploše pod úrovní zamrznutí půdy (1,5-2 m). Jeho organizace se nejčastěji provádí ve fázi výstavby domu a uspořádání zahradního pozemku, kdy na něm ještě nejsou žádné budovy, zahrady nebo zeleninové zahrady. Je důležité vzít v úvahu, že se nedoporučuje vytvářet výrazné plošné zatížení systému instalovaného pod zemí a také se nedoporučuje osázet tyto plochy stromy, jejichž kořeny mohou poškodit potrubí. Pěstování bylinek je zcela přijatelné. Horizontální tepelné vytápění domu lze uspořádat vlastními rukama, protože nevyžaduje nadměrné náklady na práci.

Další možností jeho organizace je odebírat energii na vytápění z povrchového zdroje: jezera, rybníka nebo rybníka. Důležité je, aby v zimě úplně nevymrzlo. Pokud nádrž není ve vlastnictví majitele domu, je nutné získat příslušné povolení k instalaci komunikací v ní. Nákres takového komplexu je na obrázku 2.

Technologie instalace systému

Při zodpovězení otázky, jak zajistit geotermální vytápění a dodávku teplé vody pro dům vlastními rukama, je důležité pochopit, že nebude možné realizovat vertikální schéma bez zapojení specialistů třetích stran. Proto je lepší zvážit vodorovné potrubí v zemi. K tomu je nutné přesně určit úroveň zamrznutí půdy. Doporučuje se pokládat komunikace pod touto značkou s určitou rezervou v případě zvláště tuhých zim.

Nejlepší možností pro uspořádání takového systému jsou odolné polymerové trubky, které se snadno montují, mají malou hmotnost, a proto jsou vhodné pro samoinstalaci. Vnitřní komplex domu je také vyroben pomocí komunikací vyrobených z polypropylenu a zesíťovaného polyethylenu. Jejich zvláštností je, že snesou vysoké teploty. Pro vnější okruh není tato podmínka nutná, protože chladicí kapalina stoupá ze země zahřátá na 10-12 C. Náklady na polymerové trubky jsou dostupné a začínají od 50 rublů. na metr. Hlavní náklady jsou na hlavní jednotku – tepelné čerpadlo, jehož cena závisí na technických vlastnostech a začíná od 200 tisíc rublů.

Při instalaci geotermálního vertikálního vytápění pro venkovský dům vlastníma rukama musíte začít s výkopovými pracemi. K tomu je důležité vypočítat délku a rozteč každého obrysu pro kopání příkopů. Často je nejlepší možností odstranit horní vrstvu zeminy, nainstalovat potrubí na vyčištěnou plochu a poté zasypat. Pro zajištění vysokého hydraulického výkonu je důležité, aby délka okruhu nepřesáhla 150 m. Optimální krok uspořádání je 0,7 m.

V případě instalace potrubí do rybníka nebo jezera se dodržují stejná pravidla. Pro snadnou instalaci se z něj předem odčerpá voda. Výkopové práce se omezují na hloubení jednoho příkopu k domu. Je žádoucí, aby byl zdroj umístěn ve vzdálenosti do 100 m, jeho optimální hloubka je od 3 m a jeho plocha je od 200 m2.

Výpočet vytápění

Než nastavíte vytápění ze země nebo vody vlastníma rukama, musíte určit jeho základní parametry. Výkon tepelného čerpadla závisí na objemu prostoru, stupni izolace budovy a klimatu regionu. Pro dům postavený ve středním Rusku se standardní výškou stropu (2,5 m) se bere průměrný poměr 1 kW jednotky na 10 m2 plochy.

Poté se vypočítá počet a plocha rozvržení obrysu. K tomu se pomocí vzorce určí jejich celkový odebraný výkon

Pe = Pn* (1-1/COP), kde

Pн je výkon čerpadla a СОР je převodní faktor. Oba parametry lze převzít z datového listu zařízení.

Získaná hodnota Pe se vydělí odebraným výkonem jednoho metru potrubí. Obvykle se bere jako 20 W/m. V důsledku toho je odvozena celková délka vnějšího systému. Vzhledem k tomu, že délka jednoho okruhu by neměla přesáhnout 150 m, je spočítán jejich počet. Tento algoritmus vám umožní určit celkovou plochu pro geotermální vytápění domu sestaveného vlastními rukama, jehož horizontální schéma bude umístěno na osobním pozemku nebo v nejbližším vodním útvaru.