Geotermální tepelné čerpadlo s vlastními rukama

Geotermální tepelné čerpadloje inovativním prostředkem pro organizaci autonomního vytápění v soukromých domech. Podstatou zařízení je použití jako zdroje ohřevu nebo chlazení chladiva s přirozenou teplotou země.

Horké teplo nebo divoký mráz řev pouze na povrchu naší planety. Pár metrů hluboko a teplota je téměř konstantní. V zimě je v hlubinách země teplejší než na povrchu půdy av létě je chladnější.

Systémy s geotermálními čerpadly tak mohou být použity nejen pro vytápění, ale i pro chlazení budov. Pro efektivnější provoz geotermálních čerpadel je vytápěcí systém s jejich účastí často kombinován se solárními kolektory.

Typické schéma čerpadla

1. Obecné zásady provozu geotermálních čerpadel
2. Jak je vybudováno geotermální tepelné čerpadlo
3. Varianty pro konstrukci systémů využívajících rozdíl v zemních teplotách
4. 1. Systémy s přímou výměnou
5. 2. Systémy s uzavřenou smyčkou
6. 7. Otevřené geotermální tepelné systémy
7. Hlavní jednotky systému geotermálního vytápění
8. Samočinná instalace systému geotermálního vytápění
9. Video - Geotermální tepelné čerpadlo s vlastníma rukama

Obecné zásady provozu geotermálních čerpadel

Pojem "geotermální" pro určení tohoto typu podpory pro určitou teplotu v domě není zcela správný. Nejčastěji pod geotermálníenergie se vztahuje k ohřevu určitých částí zemské kůry pod vlivem magmy stoupající z hlubin Země. Nejvýraznějším příkladem jsou horké geotermální zdroje.

Vnitřní vybavení

Rozdíl mezi teplotou povrchové vrstvy zeminy a teplotou v její hloubce lze použít téměř všude. Četné studie ukázaly, že v hloubce 6 metrů pod zemí je teplota v tomto bodě neustále stejná jako průměrná roční teplota vzduchu.

V závislosti na lokalitě bude teplota v hloubce 6 m od +10 do + 16 ° C. Oblast konstantní teploty je obvykle mezi značkami hloubky 7 až 12 metrů. Důvodem tohoto jevu je tepelná setrvačnost.

Jak je vybudováno geotermální tepelné čerpadlo

Princip činnosti tepelného čerpadla, které využívá teplotní rozdíl, je prakticky analogický s provozem běžné chladničky nebo klimatizace. Taková čerpadla přenášejí teplo z chladného prostoru do tepla ve směru opačném k přirozenému šíření tepla nebo v přirozeném směru, což urychluje jeho přenos. V prvním případě systém funguje jako lednice a ve druhém jako topení.

Taková čerpadla však nejsou všemocná. Odborníci se domnívají, že jejich účinnost prudce klesá, když je teplota venkovního vzduchu nižší než 5 ° C. Účinnost (účinnost takových systémů) se pohybuje mezi 3-6% v nejchladnějším období.

Náklady na instalaci takových systémů vytápění a chlazení jsou obecně vyšší než náklady ostatníchautonomní zdroje tepla. Podle výpočtů západních odborníků se rozdíl v ceně designu a výstavby obvykle vyplatí v období od 3 do 10 let v důsledku celkových úspor energie. Vyšší doba návratnosti může být způsobena pouze cíleným financováním nebo daňovými pobídkami.

Životnost dobře navrženého a vybudovaného systému vytápění využívajícího geotermální tepelná čerpadla se odhaduje na 25 let pro vnitřní součásti systému a více než půl století pro vnější obvod.

Trubkový příkop

Vnější obrys systému přímé výměny tepla

Možnosti stavebních systémů používajících rozdíl teplot půdy

Hlavní částí topného systému postaveného na tomto principu je okruh přímého přenosu tepla. Tato komponenta stojí kdekoli od 1/5 do 1/2 celkových nákladů systému a je nejobtížnější částí.

Během výstavby takového systému jsou velmi důležité primární geologické studie: jeho energetická účinnost se zvyšuje o 4% pro každý 1 ° C, což je odvozeno ze správného umístění okruhu výměny tepla.

S horizontálním uspořádáním okruhů výměníku tepla v hloubkách od 1 do 2,4 m bude tato část zařízení vykazovat sezónní cykly kolísání teploty v důsledku přirozeného slunečního ohřevu a tepelných ztrát ve vzduchu na úrovni země. Tyto cykly teplotních výkyvů zaostávají za změnou ročních období v důsledku tepelné setrvačnosti.

HlubokoVertikální systémy se sklonem tepelných výměníků na značkách od 30 do 160 metrů závisí pouze na geologické migraci tepla.

1. Systémy s přímou výměnou

Přímé výměníky tepla se zemí (na rozdíl od kombinace smyček chladiva a vodních smyček) se používají v tepelných čerpadlech s přímým tepelným čerpadlem. Chladivo vystupuje z tělesa tepelného čerpadla, krouží smyčkou měděné trubky umístěné v podzemí a před návratem do čerpadla vyměňuje teplo s půdou.

Název "přímá výměna" označuje přenos tepla mezi smyčkou s chladivem a zemí bez použití mezilehlé kapaliny. V takovém systému neexistuje žádná přímá interakce mezi kapalinou a zemí, dochází pouze k přenosu tepla skrz stěnu trubky. Tepelná čerpadla se stejnosměrným proudem se používají jen zřídka, neměla by být zaměňována za zařízení, která pracují na základě výměny tepla prostřednictvím mezilehlých kontur.

Systémy přímé výměny jsou však účinnější a mají potenciálně nižší náklady na instalaci než systémy s uzavřenými okruhy s vodními okruhy. Vysoká tepelná vodivost mědi přispívá ke zlepšení účinnosti systému, ale tepelný tok je omezen hlavně tepelnou vodivostí země a ne trubkami.

Hlavními důvody vysoké účinnosti těchto zařízení jsou nedostatek vodního čerpadla (které využívá elektřinu), absence výměníku tepla mezi vodou a chladivem, který je zdrojem tepelných ztrát.

Současně vyžadují více chladiva a jejich potrubní systémy jsoudražší.

2. Systémy s uzavřenou smyčkou

Většina v současné době instalovaných systémů má dvě smyčky:

• primární obrys s chladivem;
• sekundární kontura, naplněná vodou, umístěná v podzemí.

Sekundární obrys je obvykle vyroben z vysoce pevných polyethylenových trubek a obsahuje směs vody a nemrznoucí směsi (propylenglykol, denaturovaný alkohol nebo methanol).

Po výstupu z vnitřního výměníku tepla voda protéká sekundárním výstupem z budovy, aby si před návratem vyměnila teplo se zemí. Sekundární kontura se nachází pod bodem mrazu, kde je teplota stabilnější nebo ponořena do nejbližšího dostupného zásobníku.

Systémy umístěné v zemi, nasycené vlhkostí nebo ve vodě, jsou obecně účinnější než suché zemní smyčky. Pokud je povrch ve vaší oblasti suchý, pak spolu s konturou se doporučuje umístit do zemní smyčky drenážní hadici, zvlhčující zeminu.

Uzavřené systémy mají nižší účinnost než systémy přímé výměny, protože vyžadují delší potrubní systém a velké množství zemních nebo vrtných operací.

Podzemní okruh geotermálního systému může být instalován vodorovně ve formě smyčky v zákopech nebo vertikálně ve formě několika dlouhých konstrukcí ve tvaru písmene U. Velikost oblasti závěsu závisí na typu půdy a obsahu vlhkosti, průměrné teplotě a případných tepelných ztrátách, jakož i dalších charakteristikách.

3. Uzavřené systémy ssvislé uspořádání trubek

Obrys takového uzavřeného systému se skládá z trubek, které svisle směřují k zemi. Hloubka průniku je od 15 do 120 metrů. Spojky trubek v každé studně jsou spojeny s příčnou spojkou ve tvaru písmene U na dně dolu. Jamky pod trubkami jsou obvykle naplněny speciálním řešením, které zajišťuje tepelné spojení s okolní půdou nebo horninou, aby se zlepšil přenos tepla. Speciální řešení také chrání podzemní vodu před kontaminací.

Vertikální umístění geotermálních trubek

4. Uzavřené systémy s vodorovným potrubním uspořádáním

Obrys takového uzavřeného systému se skládá z trubek, které procházejí vodorovně v půdě, a to ve tvaru písmene U nebo kruhových závitů potrubí uložených v půdě pod bodem mrazu.

Kmeny s pevným obrysem

Zemní práce při instalaci takového systému stojí dvakrát levněji než vertikální vrtání. Tato technologie se používá všude, kde je na místě dostatek místa.

Varianta geotermální výstavby

Pro ilustraci, topný systém tohoto typu v samostatné budově, která spotřebovává 10 kW tepelného výkonu, bude vyžadovat 3 smyčky o délce 120 až 180 metrů.

5. Směrový vrtací systém

Alternativně mohou být zákopy smyčky obvodu geotermálního tepelného čerpadla položeny pomocí horizontální vrtací techniky. Tato technologie umožňuje pokládat potrubí pod dvůr,přístup k silnicím, zahradám a dalším prvkům infrastruktury bez jejich zničení.

Náklady na tento systém se liší mezi cenou stavebních konstrukcí s použitím zákopů a cenou stavby s vertikálním vrtáním. Tento systém může být také odlišný od konstrukcí výkopu nebo vertikálního vrtání, protože smyčky mohou být připojeny k jedné centrální kameře, což dále snižuje potřebný prostor. Systémy využívající směrové vrtání jsou často instalovány retrospektivně, tj. Po vybudování budovy.

6. Instalace okruhu v nádrži

Okruh výměny tepla před ponořením do dna nádrže

Uzavřený systém s ponořeným obrysem na dně nádrže se skládá z potrubí, která jsou uzavřena ve formě smyček a jsou umístěna na dně rybníka o vhodné velikosti nebo jiném vodním zdroji.

Systém uspořádání potrubí v nádrži

7. Otevřené systémy geotermálního tepla

V otevřených geotermálních systémech (nazývaných také tepelná zemní čerpadla) se v sekundárním obrysu čerpadel čerpá z vrtu nebo nádrže přírodní voda. Potom voda vstupuje do výměníku tepla uvnitř tepelného čerpadla. Po odstranění tepla a jeho přenesení do okruhu primárního chladiva se voda vrací do vstřikovacích studní, do zavlažovacích zákopů nebo do zásobníku. Přívody a zpětná vedení by měly být umístěny dostatečně daleko od sebe, aby bylo zajištěno zásobování zdroje zdrojem tepla.Tepelné čerpadlo a potrubí musí být chráněny proti korozi různými kovy ve výměníku tepla a čerpadle. Systém může také znečišťovat spodinu a budete ji muset pravidelně čistit.

V případě, že použitá voda obsahuje vysoké množství solí, minerálů, železa, bakterií nebo sirovodíku, je lepší používat uzavřené systémy.

Otevřené systémy geotermálního vytápění využívající podzemní vody jsou obecně účinnější než uzavřené systémy, protože lépe využívají teplotní rozdíl. Tak by systémy s uzavřenou smyčkou měly stále přenášet teplo přes další vrstvy stěny trubky a země.

Při instalaci takových systémů však mohou vzniknout právní problémy, neboť mohou způsobit uvolnění zvodnělých vrstev nebo znečištění studní. To nutí stavitele používat uzavřené systémy šetrnější k životnímu prostředí.

8. Systém pístů

Geotermální chlazení nebo vytápění je specializovaný typ uzavřených systémů. Voda v této konstrukci pochází ze dna hluboké studny plemene, která prochází tepelným čerpadlem a vrací se na vrchol studny, kde se pohybuje dolů a vyměňuje teplo s okolní horninou.

Systémy s pilířem kapaliny se obvykle používají v omezených prostorách areálu. Tento design se nedoporučuje pro použití na písčitých a jílovitých půdách. Konstrukce může také obsahovat několik sloupků kapaliny.To je populární v obytných a malých komerčních budovách.

Hlavní jednotky systému geotermálního vytápění

Tepelné čerpadlo pro kapalný vzduch