Geotermální vytápění doma svépomocí – je to možné?

Mnoho majitelů soukromých domů stále věří, že geotermální vytápění je téměř sci-fi termín a je relevantní pouze pro ty regiony, kde probublávají horké prameny a kde je vysoká vulkanická aktivita. A jelikož jsou takové přírodní jevy vzácné, vyhlídky na využití této alternativní energie v našich podmínkách pro mnohé vypadají mlhavě. Ve skutečnosti geotermální čerpadlo úspěšně generuje teplo při nízkých teplotách, takže i v mírném klimatu je lze poměrně efektivně využít. Je však možné instalovat geotermální vytápění doma vlastníma rukama? Zkusme na to přijít.

Klasifikace podle typu konstrukce

Princip fungování geotermálního vytápění je podobný principu fungování klimatizace nebo chladničky. Hlavním prvkem je tepelné čerpadlo zařazené do dvou okruhů.

Princip činnosti geotermálního (tepelného) čerpadla

Vnitřní okruh je tradiční topný systém skládající se z trubek a radiátorů. Externí – působivý výměník tepla umístěný pod zemí nebo ve vodním sloupci. Uvnitř může kolovat jak speciální kapalina s nemrznoucí kapalinou, tak obyčejná voda. Nosič tepla přebírá teplotu média a „ohřátý“ vstupuje do tepelného čerpadla, naakumulované teplo se předává do vnitřního okruhu. Voda se tak ohřívá v potrubí a radiátorech.

Geotermální (tepelné) čerpadlo je klíčovým prvkem systému. Jedná se o kompaktní jednotku, která nezabere více místa než našim očím známá pračka. Pokud se budeme bavit o výkonu, tak na každý 1 kW spotřebované elektřiny čerpadlo „vyrobí“ až 4-5 kW tepelné energie. Zatímco běžná klimatizace, která má podobný princip fungování, na 1 kW spotřebované elektřiny „odpoví“ 1 kW tepla.

Schéma geotermálního topného zařízení v soukromém domě

Nutno přiznat, že zařízení tohoto typu vytápění je dnes nejdražší a časově nejnáročnější. Lví podíl na jeho nákladech tvoří nákup vybavení a samozřejmě zemní práce. Šetrný majitel si přirozeně myslí, je možné ušetřit peníze například na instalaci a vyrobit geotermální vytápění vlastníma rukama? Abychom na tuto otázku odpověděli, je nutné pochopit, které systémy se používají nejčastěji, a porozumět vlastnostem jejich zařízení.

V topných systémech se používají i jiné typy čerpadel. Více se o tom dozvíte z našeho článku: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/teplovye-nasosy-dlya-otopleniya-doma.html

Horizontální výměník tepla

Poměrně často se používá horizontální obrys, během kterého jsou trubky položeny v příkopech do hloubky větší, než je úroveň zamrznutí půdy v dané oblasti.

Nevýhodou geotermálního topného systému s horizontálním okruhem je velká plocha, kterou kolektor zabírá

Nevýhodou je, že plocha zabraná okruhem by měla být mnohem větší než samotný dům, takže pro vytápění budovy o rozloze 250 m² „odejde“ pod potrubím asi 600 m². Ne každý developer si tento luxus může dovolit.

Navíc jsou nepříjemnosti, pokud je lokalita již zušlechtěná, musíte dodržet například vzdálenost od stromů (1,5 m) a mnoho dalších nuancí.

Vertikální výměník tepla

Kompaktnější, ale také dražší variantou je vertikální výměník tepla. Jeho instalace nevyžaduje velkou plochu, ale bude vyžadovat speciální vrtací zařízení.

Instalace vertikálního výměníku tepla vyžaduje použití speciálního vrtacího zařízení

Hloubka studny v závislosti na technologii může dosáhnout 50-200 m, ale její životnost je až 100 let. Tato metoda je zvláště důležitá, když je geotermální vytápění plánováno pro venkovský dům s vybaveným přilehlým územím, umožňuje vám zachránit krajinu téměř v původní podobě.

Vodní výměník tepla

Nejúspornější geotermální zařízení využívá tepelnou energii vody. Doporučuje se, pokud vzdálenost k nejbližší vodní ploše nepřesahuje 100 m.

Vodní výměník tepla je nejvýhodnější, a proto pro zařízení vhodnější.

Na dně je položen obrys trubek ve formě spirály, hloubka výskytu by měla být menší než 2,5-3 m, to znamená hlouběji než mrazicí zóna. Plocha nádrže je od 200 m². Hlavním plusem je, že není třeba provádět pracné zemní práce, ale je nutné získat povolení od speciálních služeb. Po vynaložení značných finančních prostředků na drahé vybavení byste neměli šetřit na vysoce kvalitní instalaci. Ostatně na tom bude záviset kvalita a účinnost celého systému.

Jak vidíte, instalace geotermálního vytápění doma s vlastními rukama není tak jednoduchá. Ze všech uvedených typů bude snad jen poslední možnost docela snadno realizovatelná svépomocí. Ale i v tomto případě se vyplatí zvážit všechna pro a proti.

O výhodách a nevýhodách systému

Poprvé bylo geotermální vytápění pozorně sledováno v USA během krize v 80. letech. Docela drahé instalace byly registrovány v domácnostech těch nejbohatších a nejvyspělejších, ale postupně se staly dostupnějšími a populárnějšími. Evropa vzala novinku na vědomí a začala ji aktivně zavádět na svých otevřených prostranstvích. Nyní už tento způsob vytápění není žádnou kuriozitou, například ve Švédsku se asi 70 % veškerého tepla syntetizuje pomocí tepelných čerpadel.

Výrobci zázračných zařízení a greenů jednomyslně hovoří o výhodách tohoto typu vytápění oproti všem ostatním, hlavní výhody, které jsou zdůrazňovány, jsou:

• k vytápění se využívá tepelná energie země, která je obnovitelná a nevyčerpatelná;
• nehrozí nebezpečí požáru;
• odpadá dodávka a skladování palivových materiálů;
• při provozu zařízení nevznikají žádné škodlivé emise, systém je absolutně bezpečný a šetrný k životnímu prostředí;
• systém pracuje autonomně, nepotřebuje neustálé sledování a zásahy;
• je ekonomický, prakticky nevyžaduje od majitele náklady na údržbu;
• u všech různých modelů zůstává koeficient produktivity zařízení trvale vysoký.

Geotermální topný systém fungoval dobře v kombinaci s “teplými podlahami”. Takové duo zajišťuje rovnoměrné rozložení teploty a zabraňuje vzniku zón přehřívání.

Důležité! Tento typ vytápění je nejvýhodnější pro domy o rozloze do 150 m², majitelé takových malých chatek ujišťují, že náklady se vrátí do 3-4 let.

Přečtěte si o dalších možnostech vytápění v našem dalším článku: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/energosberegayushhee-otoplenie-chastnogo-doma.html.

Všimněte si, že tyto systémy se v postsovětském prostoru ještě nestaly populárními. Je to z velké části způsobeno poměrně značnými kapitálovými investicemi, které bude nutné provést na samém začátku, a poměrně dlouhou dobou návratnosti. Je docela těžké přesvědčit naše spoluobčany, že je to koneckonců i tak ekonomicky výhodné. I když vzhledem ke každoročnímu zdražování běžných chladicích kapalin a skutečnosti, že systém je dimenzován na průměrně 100 let efektivního provozu, volba se zdá být zcela oprávněná.

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.

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

* — 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.