Încălzirea geotermală: principiul funcționării, argumentele pro și contra, subtilitățile construcției

Există multe opțiuni diferite pentru încălzirea locuințelor. O atenție deosebită a oamenilor se concentrează în mod natural asupra căutării unor metode care consumă cea mai mică energie. Argumentele feroce sunt cauzate de o metodă progresivă de obținere a căldurii, ca de folosirea surselor subterane.

Principiul încălzirii geotermale implică utilizarea pompelor de căldură. Acestea funcționează conform ciclului clasic Carnot, luând un lichid de răcire rece sub adâncime și primind în schimb un flux de lichid încălzit la 50 de grade în interiorul sistemului de încălzire. Echipamentul funcționează cu eficiență de la 350 la 450% (acest lucru nu contravine legilor fizice fundamentale, de ce - se va spune mai târziu).O pompă de căldură standard încălzește o casă sau altă clădire datorită căldurii pământului de peste 100 de mii de ore (acesta este intervalul mediu dintre reviziile preventive).

Încălzirea până la 50 de grade nu este accidentală. Conform rezultatelor calculelor speciale și în studiul sistemelor practic implementate, acest indicator a fost considerat cel mai eficient. Prin urmare, încălzirea la sol, care utilizează fluxul de energie din adâncimi, nu este suplimentată în principal de radiatoare, ci de un circuit termic sau de aer. În medie, la 1000 W de energie, care conduce pompa, este posibil să se ridice în sus circa 3500 W de energie termică. Pe fondul creșterii în creștere a costului lichidului de răcire în rețeaua principală și în alte metode de încălzire, acesta este un indicator foarte plăcut.

Încălzirea geotermală este formată din trei circuite:

• colector de sol;
• pompă de căldură;
• de fapt, un complex de încălzire la domiciliu.

Motivul este simplu - apa care se găsește într-un strat suficient de încălzit de sol repede erodează echipamentul. Și chiar și un astfel de lichid nu poate fi găsit într-un loc arbitrar. Alegerea unui agent de răcire specific este determinată de deciziile de proiectare ale inginerilor. Pompa este selectată, în funcție de dispozitiv, de celelalte părți ale sistemului. Deoarece adâncimea puțului (nivelul echipamentului) este determinată de condițiile naturale, diferențele decisive dintre tipurile de sisteme geotermale sunt asociate cu dispozitivul rezervorului în sol.

Structura orizontală implică amplasarea colectorului sub linia înghețării solului. În funcție de locația specifică, aceasta înseamnă o adâncire de 150-200 cm. Astfel de colectori pot fi echipați cu diferite conducte, cum ar fi cuprul (cu un strat exterior din PVC) și sunt realizate din plastic metalic. Pentru a obține de la 7 la 9 kW de căldură, va trebui să se stabilească cel puțin 300 de metri pătrați. m colector. Această tehnică nu permite să se apropie de arbori cu mai mult de 150 cm, iar la terminarea instalării este necesară îmbunătățirea teritoriului.

Un rezervor expus pe verticală implică găurirea a mai multor puțuri, cu orientarea necesară în direcții diferite, și fiecare conduce din propriul său unghi. În interiorul puțurilor sunt sonde geotermale, randamentul termic de la 1 funcționare. m ajunge la aproximativ 50 de wați. Este ușor de calculat că, pentru o cantitate identică de căldură (7-9 kW), vor trebui furnizate 150-200 m de puțuri. Avantajul în acest caz nu este numai în economie, ci și în faptul că structura peisagistică a teritoriului nu se schimbă. Va fi necesar să alocați o mică suprafață pentru instalarea unității de cașon și pentru a plasa un colector de concentrare.

Un contur încălzit de apă este practic dacă este posibil să se aducă o unitate de schimb de căldură externă într-un lac sau iaz la o adâncime de 200 până la 300 de cm. Dar condiția prealabilă va fi amplasarea rezervorului pe o rază de 0,1 km de clădirea încălzită și suprafața apei de cel puțin 200 de metri pătrați. m. Există, de asemenea, schimbătoare de căldură de aer atunci când căldura este generată de un circuit extern din atmosferă. O astfel de decizie se manifestă perfect în regiunile sudice ale țării și nu necesită lucrări de excavare. Slăbiciunile sistemului sunt eficiente scăzute cu îngheț de 15 grade și o oprire completă dacă temperatura scade la 20 de grade.

Încălzirea geotermală a unei case de țară, în primul rând, nu consumă combustibili minerali cu emisii scumpe și poluante. Deja 7 din cele 10 case noi construite în Suedia sunt încălzite în acest fel. În zilele fierbinți, echipamentul geotermal dintr-un încălzitor devine un mijloc de condiționare pasivă. Contrar credinței populare, un astfel de sistem de încălzire nu are nevoie de vulcani sau de gheizere. În cel mai obișnuit teren, acesta nu se manifestă mai rău.

Singura condiție este să se atingă punctul sub linia de congelare de conturul termic.unde temperatura solului este întotdeauna de la 3 la 15 grade. Eficiența foarte ridicată pare să contrazică numai legile naturii; pompa de căldură este saturată cu freon, care se evaporează sub acțiunea apei chiar "gheață", care pare a fi oameni. Aburul încălzește al treilea circuit. O astfel de schemă este un frigider întors în afară. Prin urmare, eficiența pompei se referă numai la raportul cantitativ dintre energia electrică și resursele termice. În sine, unitatea este "așa cum ar trebui să fie", cu pierderea inevitabilă a energiei.

Obiectivele avantajoase ale încălzirii geotermale pot fi luate în considerare:

• eficiență excelentă;
• o perioadă solidă de funcționare (pompa de căldură a funcționat timp de 2-3 decenii, iar sondele geologice au o vechime de până la 100 de ani);
• stabilitatea muncii în aproape orice condiții;
• lipsa obligativității transportatorilor de energie;
• autonomie deplină.

Există o problemă serioasă care împiedică încălzirea geotermală să fie o soluție foarte comună. Aceasta, după cum reiese din recenziile proprietarilor, a fost creat prețul ridicat al designului. Pentru a încălzi casa obișnuită de 200 de metri pătrați. m (nu atât de rare), va fi necesar să se construiască un sistem la cheie pentru 1 milion de ruble, până la 1/3 din această sumă este o pompă de căldură. Instalațiile automate sunt foarte confortabile, iar dacă totul este configurat corect, ei pot lucra ani de zile fără intervenția oamenilor. Totul depinde doar de disponibilitatea fondurilor. Un alt dezavantaj este dependența de alimentarea cu energie a unității de pompare.

Destul de puțini oameni încearcă să creeze încălzire geotermală cu propriile mâini. Dar, pentru ca un astfel de sistem să funcționeze, trebuie făcute calcule atent, iar structura cablului de conducte este de asemenea necesară. Este imposibil să se apropie mai bine de casă cu mai mult de 2-3 metri. Adâncimea maximă admisă de găurire ajunge la 200 m, totuși, puțurile care ating o distanță de 50 km arată o bună eficiență.

Parametrii principali care sunt luați în considerare în cadrul oricăror calcule sunt:

• temperatura (adâncimea de la 15-20 m și mai mult încălzește de la 8 la 100 de grade în funcție de condițiile create);
• valoarea puterii recuperabile (media - 0,05 kW per 1 m);
• influența climei, umidității și contactului cu apele subterane asupra transferului de căldură.

Ce este foarte interesant, rocile complet uscate nu oferă mai mult de 25 W cu 1 miar dacă există apă subterană, această cifră se ridică la 100-110 wați. Nu trebuie să uităm că timpul de funcționare standard al pompei de căldură este de 1800 de ore pe an.Dacă acest indicator este depășit, sistemul nu va deveni mai eficient, dar uzura acestuia va crește rapid. Ceea ce este mult mai rău, supra-exploatarea resurselor termice ale subsolului duce la răcirea lor și chiar la înghețarea rocilor la adâncimea de lucru. În urma acestui lucru, solul se poate scufunda, conducând uneori conducte și structurile deasupra solului sunt deteriorate.

Furnizarea de căldură în detrimentul surselor subterane ar trebui să fie creată în conformitate cu un algoritm strict dezvoltat. Deoarece sistemele de apă și aer sunt limitate, majoritatea opțiunilor practice implică puțuri de foraj.Și acesta este un alt motiv pentru a nu face totul cu mâinile tale. Numai echipamentele speciale permit pătrunderea la o adâncime de 20-100 m, în care sunt create condițiile necesare încălzirii. Utilizarea țevilor de plastic proiectate pentru o presiune de aproximativ 6 bari este permisă ca sonde.

Pentru a îmbunătăți performanța sistemului, utilizați legarea cu 3 sau 4 liniiSecțiunile terminale ale acestora sunt conectate sub forma literei U. Încălzirea de-a lungul conturului este foarte importantă, datorită faptului că se elimină fisurarea țevilor în timpul înghețului sever. Această încălzire este efectuată printr-un fir întins până la centrul canalului, prin care se aplică curentul. Dacă nu se pot aplica grămezi de energie, trebuie să se utilizeze receptoare orizontale. Pentru ei se pregătește o platformă cu dimensiunile de 15x15 m, iar solul este îndepărtat de la ea la o adâncime de până la 0,5 m.

Această zonă este necesară pentru montarea unor sonde similare. Sunt adesea folosite covoare electrice sau țevi care schimbă căldură. Pentru a îmbunătăți eficiența sistemului de încălzire, aplicați structura țevii într-o spirală sau sub forma unui "șarpe". Este imposibil să spunem exact ceea ce este mai bine - complexe gata făcute, produse în masă sau auto-asamblare.În primul caz, problema compatibilității este rezolvată automat, dar în al doilea rând, flexibilitatea crește, crește potențialul de modernizare (deși ar trebui acordată mai multă atenție designului).

Constructorii amatori pot ieși de la un acumulator tipic de căldură, înlocuind-o cu o șapă de beton. Încălzirea geotermală într-un astfel de sistem elimină nevoia de temperaturi semnificative. Este posibil să se efectueze experimente cu diferite fluide de transfer de căldură, precum și pentru a monta compresoare cu capacitate variabilă. Prin calcularea corectă a încărcăturii și distribuirea corectă a căldurii de-a lungul circuitelor consumatoare, puteți face sistemul mai eficient cu 15-20%. În paralel, costul energiei este redus semnificativ.

Țevile amplasate orizontal sunt așezate la o adâncime de 50-300 cm. În zona de autostrăzi a fost cea mai mică, acestea sunt făcute sub formă de ture. Dar, între cele două autostrăzi individuale ar trebui să fie de cel puțin 200 mm. Orice lucrări de construcție trebuie să fie precedate de o determinare a randamentului termic al solului. Dacă este mai mică de 20 de wați pe 1 pătrat. m, nu are sens în conturul geotermal. Pentru a asigura evacuarea apelor subterane, fundul gropilor este acoperit cu un strat de nisip.Țevile bazate pe polietilenă reticulată funcționează bine.

Funcționarea cea mai eficientă a pompei de căldură este asigurată în încăperi unde temperatura aerului este între 14 grade Celsius. Ori de câte ori este posibil, ar trebui să preferați alinierea verticală a contururilor la orizontală, deoarece este cea mai eficientă din toate. Judecând după recenzii, în forma sa pură, încălzirea geotermală este irațională, încălzind apa prea mult, deoarece în multe cazuri un astfel de sistem are un rol pur auxiliar. Pentru a obține cea mai mare performanță, trebuie să vă concentrați asupra intensității maxime admisibile a implicării resursei termice și a ratelor de debit estimate ale puțului.

În cazul în care partea de jos nu este roci uscate, și apă caldă, aceasta este aproape situația optimă. Apoi este posibil să economisiți bani și să obțineți beneficiul maxim. Dar trebuie să ne amintim că, dacă se intenționează utilizarea simultană a surselor subterane pentru alimentarea cu apă, apa din ele trebuie să respecte cerințele sanitare standard. Atunci când analiza chimică indică prezența unor componente agresive, se recomandă organizarea a două circuite autonome, în care lichidul nu se amestecă, ci numai schimbul de căldură.Compresoarele sunt fixate pe pereți fie din frigidere, fie din aparate de aer condiționat.

Dacă cablajul casei este destul de slab, merită folosită o pereche de compresoare pentru a reduce curentul de pornire datorită conexiunii în serie. La instalarea condensatoarelor este necesar să se aibă grijă de mișcarea freonului în ele de la punctul de sus până la fund și nu invers. Pentru ca colectorul să lucreze în mod stabil și să încălzească încăperea, zona sa (pentru o casă privată de 100 mp M) trebuie să fie de 200-250 m2. Schema orizontală de încălzire nu ar trebui utilizată dacă intenționați să împărțiți ulterior grădina sau grădina de legume. Chiar și o pompă convențională de foraj poate fi utilizată pentru a finaliza sistemul.

Despre încălzirea geotermală și modul de instalare a acesteia, consultați următorul videoclip.