Systémy geotermálního vytápění venkovského domu: zvláštnosti uspořádání vlastníma rukama

Princip fungování

Fenomén geotermálního vytápění, jehož princip se podobá klasické chladničce, jen v opačném směru, je stále populárnější. Země neustále zadržuje teplo a je možné ohřívat předměty na jejím povrchu. Jde o to, že horké magma ohřívá zemi zevnitř, zatímco nahoře díky zemi nezamrzá.

Princip činnosti je následující: nahoře je instalováno tepelné čerpadlo a do speciální zemní šachty je spuštěn výměník tepla. Podzemní voda protéká čerpadlem a je ohřívána. Vzniklé teplo se tak využívá pro průmyslové účely nebo pro domácnost. Takto funguje vytápění podzemním teplem.

Princip schématu tepelného čerpadla

Všimněte si, že hlavní výhodou takového systému je, že při spotřebě elektrické energie 1 kW získáme užitečnou tepelnou energii v rozsahu 4 až 6 kW. Pro srovnání, běžná klimatizace není schopna přeměnit 1 kW elektrické energie na 1 kW tepelné energie (zákon zachování energie, protože ztráty při přeměně jednoho druhu energie na jiný bohužel zatím nikdo nezrušil). Vytápění zemním teplem se při správném přístupu k realizaci geotermálního vytápění poměrně rychle vrátí.

Odhadované náklady a návratnost investice

Při výběru již známého systému vytápění ze země si majitelé domů musí uvědomit, že je nutná určitá investice. Značka zařízení se vybírá podle požadavků uživatele, cena jednotek závisí na mnoha faktorech, např. na výkonu.

Jednotky s výkonem 4-5 kW se oceňují na 3000-7000 USD, s výkonem 5-10 kW na 4000-8000 USD, s výkonem 10-15 kW již na 5000-10000 USD. Navíc 40-50 % částky bude vynaloženo na instalační práce a uvedení systému do provozu. Výstupem je velmi působivá částka. Všechny se však vrátí zhruba za 3 až 5 let a pak už zbývají jen účty za elektřinu, kterou tepelné čerpadlo spotřebuje.

Princip výroby geotermální energie

Provoz geotermálních tepláren je často srovnáván s provozem klimatizačních systémů nebo běžných chladniček. Každé z těchto schémat se skládá ze dvou okruhů výměny tepla. Předpokládá se, že zemní smyčka ohřívá médium (obvykle nemrznoucí freon), které se pak přenáší do "domácí smyčky" ve výparníku výměníku tepla.

Ochlazená kapalina se po cirkulaci v domě musí znovu ohřát na přibližně +7 °C, aby se cyklus mohl opakovat. V létě však systém pracuje na opačném principu, tedy ochlazuje vzduch v domě, takže by bylo správnější nazývat jej klimatizačním systémem než topným systémem.

Použití tepelného čerpadla

Životnost systému závisí na vlastnostech a podmínkách, za kterých tepelné čerpadlo pracuje. V geotermálních zařízeních je schopen pracovat přibližně 1800 hodin ročně. Jedná se o průměrnou hodnotu pro zeměpisné šířky bez tepelných podzemních zdrojů.

Princip činnosti tepelného čerpadla

Princip fungování tepelného topného systému je stejný a nesouvisí se zemí výroby ani značkou. Geotermální čerpadla se mohou lišit konstrukcí, velikostí a vzhledem, ale rychlost výroby tepla je u čerpadel různých společností a různých zemí vždy stejná. Důvodem je právě způsob přeměny přírodní energie na teplo.

Důsledky těchto chybných odhadů vedou nakonec ke katastrofálním následkům - zemina se nerovnoměrně sesouvá, na některých místech se propadá velmi hluboko a v důsledku toho dochází k poškození ochranných plastových trubek. Pokud se dům nachází v jeho blízkosti, může dojít k deformaci základů nebo stěn v důsledku geologických změn.

Pravidelně se musí provádět opatření k "regeneraci" půdy, pro kterou se do výměníku tepla dodává dodatečná tepelná energie. Může se jednat o energii ze solárních kolektorů nebo o ohřev sondou při použití tepelného čerpadla v režimu chlazení místnosti.

Na závěr je třeba poznamenat, že geotermální elektrárna ještě není cenově dostupná pro každého. V některých případech může doba návratnosti trvat i více než 10 let, ale nakonec se samozřejmě jedná o způsoby vytápění domů, které v blízké budoucnosti nebudou jen alternativou, ale jedinou možnou.

VIDEO: Geotermální tepelná čerpadla

Geotermální vytápění: vysvětlení jeho fungování

Princip tohoto typu vytápění je poměrně jednoduchý a spočívá ve vlastnosti půdy nezamrzat ani při poměrně nízkých teplotách. Například při teplotě vzduchu kolem minus patnácti stupňů Celsia zmrzne půda jen na pět až sedm stupňů. A nyní si odpovězme na otázku, zda můžeme poměrně úspěšně využívat výhod této vlastnosti země a vytápět dům takovým zdrojem? Odpověď je zřejmá: samozřejmě že ano, tak proč to neudělat? Skutečnost je taková, že to není tak jednoduché. Pro instalaci takového vytápění je třeba vyřešit drobné problémy s ním spojené, které jsou uvedeny níže.

Instalace geotermálního vytápění

• Abyste ze země získali co nejvíce tepla, musíte tuto tepelnou energii uložit a soustředit ji na vytápění domu, což stojí určité úsilí.
• Musíte udržovat teplotu vodiče. Vyhřívané stoupací potrubí musí odvádět teplo do kapalin, které budou proudit systémem ústředního vytápění.
• Pokud se však tento vodič ochladí, je třeba jeho teplotu okamžitě obnovit zahřátím. K vyřešení tohoto problému byla vynalezena speciální geotermální tepelná čerpadla. Toto zařízení pomáhá získat potřebné množství tepla pro běžné vytápění domu, které lze využít pro různé potřeby. Mimochodem, taková čerpadla jsou schopna zvládnout poměrně velké množství práce. Možnosti konstrukce přímo závisí na jejím umístění v domě.

Jestliže v minulosti se s takovým fenoménem, jako je vytápění domu pomocí zemního tepla, setkávali jen mimo naši zemi, dnes taková zařízení nejsou žádným zázrakem a nejsou neobvyklá.

Fungování tepelných struktur

Všimněte si však, že se neinstalují pouze v jižních, teplých oblastech země, jak byste si mohli myslet. Ještě častější je v severních oblastech

Podívejme se na schéma fungování těchto struktur podrobněji. Kdysi dávno si lidé kladli otázku, proč se z nějakého povrchu odpařují určité kapaliny a povrch se pak ochlazuje a proč se mu odebírá energie. Jakmile byla na tuto otázku dána odpověď, vznikl nápad, proč tento mechanismus nespustit obráceně, tj. proč místo ledového vzduchu nezískat teplý. Příkladem jsou moderní klimatizační systémy: mnohé z nich mohou vzduch nejen ochlazovat, ale také ohřívat. Jedinou nevýhodou těchto zařízení je jejich omezená schopnost fungovat při nízkých teplotách. Při určité teplotě prostě nemohou fungovat. Naproti tomu geotermální vytápění venkovského domu tuto nevýhodu zcela postrádá, přestože princip fungování je u obou i u výše zmíněného zařízení přibližně stejný.

Geotermální vytápění venkovského domu

Instalace výměníku tepla

Skutečné typy instalace jsou následující:

• vertikální, kde je třeba provést několik vrtů;
• Horizontální, kdy se výkopy kopou pod hloubkou mrazu;
• Pod vodou, kdy se pokládka provádí na dně nejbližší vodní plochy.

To je zajímavé: Podívejme se společně - jaký je nejúčinnější jednotrubkový nebo dvoutrubkový topný systém?

Instalace systému

Geotermální vytápění venkovského domu vyžaduje značné finanční investice. Vysoké konečné náklady na systém jsou z velké části způsobeny velkým množstvím zemních prací spojených s instalací topného okruhu.

Časem se finanční náklady vrátí, protože tepelná energie využívaná v topné sezóně se získává z hlubin země s minimálními energetickými vstupy.

• hlavní část musí být umístěna pod zemí nebo na dně vodní nádrže;
• V samotném domě je instalováno pouze dostatečně kompaktní zařízení a je položen radiátorový nebo podlahový topný okruh. Zařízení umístěné uvnitř domu umožňuje regulaci topného média.

Při plánování zemního vytápění je nutné rozhodnout o možnosti instalace pracovního okruhu a typu kolektoru.

Existují dva typy sběračů:

1. Vertikální - je ponořena do země na několik desítek metrů. To vyžaduje vyvrtání několika vrtů v malé vzdálenosti od domu. Okruh je zapuštěn do vrtů (nejspolehlivější variantou jsou trubky ze zesítěného polyethylenu).

2. Nevýhody: Vysoké finanční náklady na vyvrtání několika vrtů do země z hloubky 50 metrů.

   Výhody: Podzemní umístění potrubí v hloubce, kde je stabilní teplota půdy, zajišťuje vysokou účinnost systému. Vertikální kolektor navíc zabírá malou plochu.

3. Horizontální. Tento kolektor lze použít v oblastech s teplým a mírným podnebím, protože hloubka promrznutí půdy nesmí překročit 1,5 metru.

4. Nevýhody: Nutnost využití velké plochy pozemku (hlavní nevýhoda). Tento pozemek nelze po instalaci okruhu využívat jako zahradu nebo zeleninovou zahrádku, protože systém pracuje se studeným transportem chladiva, což způsobuje přemrznutí kořenů rostlin.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   Výhody: Levnější práce na pozemku, které můžete provádět i sami.

Geotermální energii lze získat položením horizontálního geotermálního okruhu na dně nezamrzajícího vodního útvaru. To je však v praxi obtížně realizovatelné: nádrž může být umístěna mimo soukromý pozemek a pak je třeba schválit instalaci výměníku tepla. Vzdálenost od vytápěného objektu k vodní nádrži nesmí překročit 100 metrů.

Požadavky na geotermální vytápění domu vlastníma rukama

Na první pohled se může zdát, že náklady na uspořádání jsou příliš vysoké, ale při dlouhodobém používání instalace každý vidí, že se toto vytápění rychle vyplatí a nevyžaduje žádné investice.

Geotermální vytápění vyžaduje:

• Jednorázová investice velké částky peněz;
• Vynaložení velkého úsilí;
• Správná a náležitá příprava.

Kromě toho dochází k pravidelnému zvyšování cen zdrojů, jako je plyn a elektřina, téměř každý měsíc, ale geotermální systém není těmito cenami ovlivněn.

Část systému je umístěna pod zemí, a proto se jako zdroj tepla používá zem. Tento typ ohřevu vyžaduje studnu, sondu a výměník tepla. V domě je instalováno pouze zařízení, které vyrábí teplo, a zpravidla nezabírá příliš mnoho místa. Toto zařízení reguluje teplotu a dodává tepelnou energii. Při instalaci systému je nutné malé rozvětvení potrubí a radiátor, a pokud je budova malá, je generátor instalován ve sklepě.

Samostatná instalace geotermálního vytápění

Náklady na projekt a práce spojené s instalací geotermální stavby jsou poměrně značné, nákup veškerého potřebného vybavení, zapojení týmu odborníků a nutnost dlouhých výkopových prací nemohou být levné.

Vzhledem k rentabilitě instalace tohoto typu vytápění v domě je však doba návratnosti poměrně rychlá. K úsporám přispěje i instalace dalších zdrojů alternativní výroby energie, jako jsou solární panely, které mohou napájet geotermální síť. I kdyby došlo k výraznému nárůstu cen fosilních paliv a plynu, neovlivní to náklady na vytápění.

Hlavní část elektroinstalace je ukryta hluboko pod zemí, palivo do domu dodává nádrž s chladivem, která je umístěna ve vrtu. Ve sklepě nebo jiné technické místnosti bude třeba umístit generátor tepla. Většina těchto jednotek je poměrně kompaktní. Pro udržení tepla v místnostech bude nutné instalovat několik radiátorů.

Na instalovaném generátoru je možné regulovat teplotu v domě a spotřebu energie. Součástí instalace je i instalace zařízení pro vytápění místností a potrubí. Ve většině místností je generátor tepla přemístěn do samostatné místnosti, aby hluk z práce nerušil činnost obyvatel.

Jak si doma vyrobit geotermální vytápění vlastníma rukama

Schéma instalace geotermálního čerpadla.

Jedná se o jeden z nejdražších a časově nejnáročnějších typů vytápění. Budete muset provést rozsáhlé výkopové práce a většinu nákladů budou tvořit náklady na vybavení. Než začnete takové vytápění vytvářet vlastníma rukama, musíte pochopit, jaké systémy se používají a jaké jsou vlastnosti jejich uspořádání.

Materiály potřebné pro instalaci geotermálního vytápění:

• polyethylenové trubky;
• tepelné čerpadlo;
• topná tělesa.

Klasifikace podle typu:

• Nejčastěji se používá horizontální výměník tepla, jehož trubky jsou uloženy v zemi v hloubce větší, než je úroveň zamrznutí půdy ve vaší oblasti. Tento typ ohřevu má tu podstatnou nevýhodu, že okruh zabírá velkou plochu. Pokud má váš dům 250 metrů čtverečních, museli byste položit potrubí na ploše přibližně 600 metrů čtverečních, což nemusí být na každém místě proveditelné. To je obzvláště nepříjemné, pokud je oblast již upravena, např. kolektor by neměl být blíže než 1,5 metru od stromu;
• Svislý výměník tepla je mnohem menší, ale stojí více. K instalaci potřebujete trochu místa, ale budete muset použít vrtací zařízení.

Vrt může být dlouhý 50 až 200 metrů, ale vydrží až 100 let. Tato metoda je vhodná, když je plocha venkovského domu již uspořádána, není třeba měnit stávající krajinu. Tento typ geotermálního vytápění není možné instalovat zcela vlastníma rukama, protože je zapotřebí speciální vybavení pro vrtání studny - nejhospodárnějším způsobem je výměník s vodním výplachem, který využívá tepelnou energii vody. Lze ji použít, pokud je vzdálenost k vodě kratší než 100 metrů. Vytvoří se spirálový okruh potrubí, který se položí v hloubce větší, než je mrazová zóna; vodní plocha by měla mít rozlohu větší než 200 m². Při této metodě nejsou potřeba rozsáhlé zemní práce, a proto lze vše provést vlastníma rukama.

Složitost tohoto projektu je poměrně vysoká, a pokud se rozhodnete provést jej sami, je třetí metoda cenově nejdostupnější. Pokud si koupíte drahé zařízení, musí být instalace provedena dobře, jinak systém nebude správně fungovat.

Zdroje geotermálního vytápění

Pro geotermální vytápění lze využít následující zdroje zemské tepelné energie:

• vysoké teploty;
• Nízká teplota.

Mezi vysokoteplotní zdroje patří například termální prameny. Lze je použít, ale rozsah jejich použití je omezen skutečným umístěním těchto zdrojů. Jestliže na Islandu se tento typ energie aktivně využívá, v Rusku se termální vody nacházejí daleko od obydlených oblastí. Většina z nich je soustředěna na Kamčatce, kde se podzemní voda používá jako chladivo a dodává se do systémů teplé vody.

K efektivnímu využití tepelné energie Země nepotřebujete sopku. Stačí využívat tyto zdroje, které jsou vzdáleny pouhých 200 metrů od zemského povrchu.

Pro nízkoteplotní aplikace však máme všechny předpoklady. K tomuto účelu jsou vhodné okolní vzdušné masy, půda nebo voda. K získání potřebné energie se používá tepelné čerpadlo. Ta slouží k přeměně okolní teploty na tepelnou energii, a to nejen pro vytápění, ale také pro přípravu teplé vody v domácnostech.

Výhody

Funkce těchto topných systémů je založena na zcela novém a neobvyklém palivu - energie z podzemí se využívá jak pro klimatizaci, tak pro vytápění soukromého domu. Tato energie zajišťuje optimální a pohodlné životní prostředí a neznečišťuje životní prostředí škodlivými látkami a odpady. Dům je vytápěn volnou energií; za 1 kW elektřiny systém vrátí 4-5 kW tepla.

Stejně tak je důležité, že není nutné pořizovat další digestoře a komíny, které mohou být nezbytné pro zajištění bezproblémového provozu jiných typů topných systémů. Při vytápění se ze země neuvolňují žádné škodlivé výpary ani zápachy, systém neprodukuje zbytečný hluk a nezabírá mnoho místa. Geotermální jednotky jsou na rozdíl od systémů na tuhá a kapalná paliva pro lidi prakticky neviditelné, nenarušují celistvost fasády a interiéru domu.

Není třeba investovat čas do skladování, dodávek a nákupu paliva, protože energie Země je nevyčerpatelná.

Geotermální jednotky nejsou na rozdíl od systémů na tuhá nebo kapalná paliva pro obyvatele domu příliš viditelné a nenarušují celistvost fasády ani interiéru domu. Nebudete muset trávit čas přemýšlením o otázkách, jako je skladování, dodávka a nákup paliva, protože energie planety je nevyčerpatelná.

Pokud potřebujete vytápět svůj dům zemním teplem, stojí za to zvážit i jeho finanční stránku. Hned na začátku je třeba zdůraznit, že instalace takového systému bude dražší než instalace naftového nebo plynového systému.

V kontrastu s tím můžeme konstatovat, že úroveň spotřeby elektrické energie je mnohem nižší, takže z dlouhodobého hlediska je ekonomická výhodnost nákupu právě geotermálního zařízení viditelná pouhým okem. Podle vývojářů se za každý spotřebovaný kilowatt elektrické energie vrátí až pět kilowattů tepelné energie.