Ogrzewanie geotermalne: zasada działania, możliwości i wydajność
Wyrażenie „energia geotermalna” u większości ludzi wywołuje skojarzenia z Islandią, gejzerami i wulkanami, ktoś będzie pamiętał przemysłowe złoża wód termalnych na Kamczatce w Dagestanie na Terytorium Stawropola. Jednak energia geotermalna to nie tylko skala przemysłowa, ale także ciepłownictwo geotermalne sektora prywatnego. Na przykład w krajach skandynawskich pompami ciepła ogrzewa się około 1,5 miliona domów, a podobne projekty są realizowane w Rosji. Rozumiemy, jak działa technologia ogrzewania ciepłem podziemnym, w jakich formach jest wdrażana i jak jest efektywna.
Ogrzewanie geotermalne: jak to działa
Pierwsze domy ogrzewane ciepłem Ziemi zaczęły pojawiać się 50 lat temu; dziś można je znaleźć na całym świecie, od Kanady po Nową Zelandię.
Działanie urządzenia wykorzystującego energię cieplną podłoża gruntowego opiera się na wykorzystaniu odwróconego cyklu Carnota, który opisuje okrężne procesy wymiany ciepła. Taki układ termodynamiczny działa dzięki różnicy temperatur jego części składowych; Zasada od dawna jest z powodzeniem wdrażana w lodówkach i klimatyzatorach.
Aby uruchomić ogrzewanie geotermalne w domu, musisz zorganizować system, który będzie zbierał ciepło z gleby (lub wody) i przekazywał je do domowego obwodu grzewczego. Ciepło podziemne jest wytwarzane w dowolnym miejscu na świecie, a ogrzewanie geotermalne jest z powodzeniem wdrażane w Rosji, na przykład w regionie moskiewskim. Co ciekawe, układ działa w taki sposób, że latem pracuje jako klimatyzator, a zimą jako źródło ogrzewania.
Na głębokości sześciu metrów zaczyna się strefa, w której temperatura pozostaje stabilna przez cały rok. Utrzymuje się na poziomie średniej rocznej temperatury atmosfery na danym obszarze; w regionach umiarkowanych wynosi + 15 ° C, poniżej rośnie. Obwód (wymiennik ciepła) służy do gromadzenia podziemnej energii cieplnej. Jest to rurociąg montowany pod ziemią lub pod wodą. Aby zorganizować ogrzewanie z ziemi, stosuje się następujące metody:
- w pionowej studni. Opcja odpowiednia dla małych obszarów. W pobliżu domu wiercone są dwie studnie geotermalne o długości 80-90 m każda, w każdej umieszcza się sondę geotermalną. Pompa ciepła podnosi podgrzaną wodę, przechodzi przez wymiennik ciepła i oddaje ciepło do wewnętrznego obiegu domu. Obwód pionowy charakteryzuje się najwyższą efektywnością energetyczną i żywotnością.
- Z poziomym kolektorem. Metoda jest odpowiednia dla dużych powierzchni. Aby uzyskać prawidłowo działający kolektor, wykopy są przygotowywane za pomocą koparki o głębokości 2-2,5 m, na której układane są rury HDPE (polietylen). Powierzchnia terenu, z którego będzie pobierane ciepło, jest współmierna do powierzchni mieszkania.
- Na dnie stawu. Kolektor poziomy (sondy poziome) jest instalowany na dnie, jeśli zbiornik ma wystarczające wymiary (powierzchnia i głębokość) i znajduje się blisko domu. Metoda wykazuje również dobrą efektywność energetyczną.
- Używanie płynu niezamarzającego. Pojemnik wypełniony płynem niezamarzającym jest zanurzany na wystarczającej głębokości (75 m lub więcej). Ogrzana ciecz jest podnoszona przez pompę ciepła i oddaje energię do wymiennika ciepła, a następnie wraca pod ziemię w kolejnym cyklu.
Plusy i minusy technologii
Ogrzewanie geotermalne domu, którego zasada nie obejmuje spalania paliwa, jest idealne z punktu widzenia nowoczesnych idei bezpieczeństwa ekologicznego. System ogrzewania geotermalnego zapewnia jego właścicielom następujące korzyści:
- Bezpieczeństwo we wszystkich obszarach: brak szkodliwych emisji, co jest ważne dla zdrowia właścicieli, ich pupili, dla środowiska, a także bezpieczeństwa przeciwpożarowego.
- Wraz z brakiem paliwa znika konieczność jego zakupu (zbioru), dostawy i magazynowania.
- Korzysci ekonomiczne. Siły natury działają za darmo. Wydajesz tylko na zakup i instalację systemu, a podczas pracy - na energię elektryczną do pompy ciepła. Jednocześnie w układzie regulowanym na każdy 1 kW wydatkowany na pracę pompy przypada około 3,5-4 kW wydobywane z gruntu.
- Kompaktowe wymiary. Główny obwód jest ukryty pod ziemią (woda), w domu trzeba będzie zainstalować tylko pompę, a do tego nie jest potrzebna oddzielna kotłownia.
- Dostępność. Sprzęt można zainstalować w dowolnym miejscu. Jedynym warunkiem rozpoczęcia pracy jest obecność prądu w domu.
- Wielofunkcyjność. Gdy jest zimno, system pracuje na grzanie, gdy jest gorąco, działa na chłodzenie.
- Długa żywotność. Prawidłowy technologicznie montaż zagwarantuje długotrwałą eksploatację. Obieg geotermalny jest niezawodnie chroniony przez ziemię, a żywotność pomp ciepła wynosi 25-30 lat.
Właściciele, którzy nie ufają ogrzewaniu geotermalnemu prywatnego domu, wysuwają następujące argumenty:
- Aby przygotować system do pracy, trzeba ponieść znaczne koszty: kupić pompę, dodatkowe materiały, zainstalować obwody zewnętrzne i wewnętrzne. Sprzęt będzie kosztował 8-10 razy więcej niż podobny sprzęt gazowy.
- System geotermalny nie jest autonomiczny. Aby mogła funkcjonować, na każde 4 kW energii cieplnej trzeba będzie wydać 1 kW energii elektrycznej.
- Poziom wymiany ciepła jest niższy niż w tradycyjnych technologiach. Na przykład obwód o głębokości 20-30 m wydziela tylko 40 W ciepła na metr bieżący.
- Długi okres zwrotu. Średnio przekracza 10-15 lat, podczas gdy przeciętny kocioł gazowy (do 12 kW) spłaci się około 5 lat.
Jak zainstalować ogrzewanie geotermalne?
Prace nad instalacją geotermalnego systemu grzewczego obejmują trzy etapy:
- Na budowie trwają prace wiertnicze i instalacyjne.
- Zakup i dostawa sprzętu i pompy ciepła.
- Zamontowane są kontury zewnętrzne i wewnętrzne. Łączy się je za pomocą pompy ciepła, po czym następuje uruchomienie.
Obwody poziome, pionowe i podwodne mają swoje własne cechy instalacji: Poziomy rurowy wymiennik ciepła jest ułożony poniżej głębokości zamarzania. Jeśli woda gruntowa jest wysoka, organizowana jest poduszka z piasku, podejmowane są działania w celu wyrównania falowania, deformacji i wyciskania konturu.
Długość poziomego wymiennika ciepła określa się na podstawie obliczeń: 40 m rur na 1 kW energii cieplnej. Taki system może wymagać solidnego obszaru (do 2,5 akrów), a później będziesz musiał wymyślić, jak z niego korzystać, ponieważ nie możesz budować budynków z podziemnym fundamentem ani sadzić drzew nad wymiennikiem ciepła.
Pionowy obwód podziemny jest prawie o jedną trzecią bardziej wydajny niż jego poziomy odpowiednik. Głębokość studni oblicza się ze stosunku 10-30 m rur na 1 kW (w zależności od właściwości skał). Jeśli głębokość jest zbyt duża i nie jest ekonomicznie opłacalna, można wykonać kilka małych studni, dających łączną wymaganą moc.
Istnieje możliwość zorganizowania obiegu podwodnego pod warunkiem, że zbiornik znajduje się maksymalnie sto metrów od domu, a zimą nie przemarza. Aby uzyskać 1 kW energii cieplnej, będziesz musiał ułożyć 35 m rur. Chociaż będziesz musiał zadbać o balast kotwiczny, aby zapobiec pływaniu i ochronie na krawędzi lodu, obwód podwodny będzie najtańszy pod względem kosztów.
Obecne systemy są zorganizowane tak, aby zapewnić ogrzewanie w temperaturze 50°C, ponieważ specjalne obliczenia wykazały najbardziej wydajną opcję. Konsekwencją ograniczenia jest stosowanie w domach ogrzewania z gruntu, głównie nie zwykłych grzejników, ale ogrzewania podłogowego lub powietrznego (parowego).
Przydatne wideo
Podsumowanie
Ogrzewanie geotermalne to obiecujący, ale niedoceniany system dla domów prywatnych. Można go zorganizować na trzy sposoby: w pionowej studni, w postaci poziomego kolektora podziemnego lub pod wodą.
Ogrzewanie podziemne jest opłacalne; Maksymalny efekt instalacji można osiągnąć stosując ogrzewanie podłogowe. System działa przez cały rok: zimą ogrzewa pomieszczenie, a latem obniża temperaturę powietrza, co eliminuje potrzebę klimatyzacji. Wielu właścicieli domów wiejskich nie spieszy się z wyborem technologii przyjaznej dla środowiska ze względu na wysokie koszty zakupu i instalacji sprzętu.
