Pompă de căldură geotermală pentru încălzirea unei case: dispozitiv, design, auto-asamblare

Puteți organiza încălzirea și alimentarea cu apă caldă pentru o casă privată în diferite moduri, de exemplu, prin conectarea la comunicațiile de alimentare cu gaz centrală sau comutarea sistemelor de încălzire la consumul de energie electrică. Sunteți de acord?

Sau puteți asambla o pompă de căldură geotermală cu propriile mâini și puteți utiliza eficient căldura pământului pentru a crea condiții confortabile de viață. Desigur, acesta este un proces destul de intensiv în muncă, dar pentru cei care sunt cel puțin puțin versați în tehnologie, nu va fi dificil.

În articolul nostru vom vorbi despre principiile de funcționare și despre tipurile de instalații geotermale. Vă vom spune cum să construiți singur o pompă de căldură din materiale vechi. În plus, în articol veți găsi sfaturi de specialitate cu privire la alegerea geoagregatelor. Iar videoclipurile postate vor dezvălui secretele instalării și principiilor de funcționare ale pompelor geotermale.

Cum funcționează o unitate geotermală?

Algoritmul de funcționare al unei pompe de căldură geotermale se bazează pe transferul de căldură de la o sursă cu un potențial de energie termică scăzut la agentul de răcire. Pământul aici joacă rolul unui radiator vara și este o sursă activă de căldură în sezonul de iarnă.

Diferența de temperatură a solului ajută la îmbunătățirea eficienței generale a sistemului și ajută la reducerea costurilor reale de operare.

Funcționarea unei pompe de căldură geotermale se bazează pe un fenomen numit inerție termică. Temperatura pământului la o adâncime de 6 metri și mai jos corespunde aproape exact cu temperatura medie anuală a aerului din regiune și variază foarte puțin pe parcursul anului calendaristic

În practică, lichidul de răcire curent intră într-o conductă situată în pământ și este încălzit acolo cu câteva grade. Apoi compoziția intră într-o unitate de schimb de căldură (sau evaporator) și transferă energia termică acumulată în circuitul intern al sistemului.

Principiul de funcționare al instalațiilor geotermale este similar cu funcționarea sistemelor frigorifice. De aceea unele tipuri de pompe de căldură sunt folosite cu succes ca aparate de aer condiționat vara și cu ajutorul lor răcesc aerul în spațiile rezidențiale

Agentul frigorific care funcționează în circuitul extern este încălzit în evaporator, transformat în gaz și trimis la compresor. Acolo se contractă sub influența presiunii mari și devine și mai fierbinte.

Gazul fierbinte trece în dispozitivul de condensare și transferă energie termică lichidului de răcire de lucru al sistemului intern responsabil cu încălzirea casei. La sfârșitul procesului, agentul frigorific, după ce și-a pierdut căldura, revine la punctul său de pornire în stare lichidă.

Care sunt tipurile de instalații geotermale?

Pompele de căldură geotermale diferă unele de altele prin tipul de lichid de răcire pe contururile interne și externe ale structurii. Energia dispozitivului este obținută din sol, apă (apă subterană sau un rezervor natural deschis) sau aer.

În interiorul spațiilor de locuit, resursa termică este utilizată pentru încălzirea încăperilor, încălzirea apei și aerul condiționat.În funcție de combinația de elemente și funcții utilizate, sistemele sunt clasificate în tipuri: „term-apă”, „apă-apă” și „aer-apă”.

Opțiunea 1. Asamblare folosind tehnologia pământ-apă

O pompă pământ-apă este una dintre cele mai eficiente opțiuni alternative de încălzire pentru spațiile rezidențiale. Principiul funcționării sale se rezumă la selectarea energiei termice din sol folosind sonde sau colectoare și transferul acesteia în sistemul de încălzire a apei din locuință.

Pompele de căldură geotermale de la sol-apă sunt dispozitive avansate de înaltă tehnologie. Sunt excepțional de fiabile și demonstrează un nivel ridicat de eficiență. Nu necesită intervenție constantă din partea proprietarilor în munca lor, dar necesită servicii profesionale

O instalație specială ajută la implementarea tehnologiei, constând dintr-un schimbător de căldură geotermal situat sub adâncimea înghețului propriu-zis al solului, și direct o pompă de căldură care funcționează ca un frigider, doar invers (ciclu Carnot invers).

Cum funcționează dispozitivul

Instalația „apelor subterane”, care încălzește spațiile rezidențiale folosind căldura regenerabilă produsă de sol, funcționează după următorul algoritm:

1. Fluidul de lucru (saramură sau antigel), care se deplasează de-a lungul circuitului geotermal, preia temperatura solului și este transferat printr-o pompă într-un schimbător de căldură - evaporator. Acolo, eliberează freonul căldurii colectate și el însuși, devenind mai rece cu 2-5°C, revine la punctul său de pornire.
2. Freonul îmbogățit cu energie termică se evaporă și, după ce a asumat o stare gazoasă, intră în unitatea compresorului. Acolo, temperatura gazului crește din cauza formelor de compresie și condensare.
3. Energia termică este transferată lichidului de răcire din sistemul de încălzire a locuinței, iar freonul capătă din nou formă lichidă. Presiunea sa scade după ce trece prin supapa de expansiune a sistemului, iar agentul frigorific se întoarce înapoi în evaporator pentru a câștiga o altă parte din resursă.

Ca urmare a acestei proceduri, volumul de energie termică preluat din sol și transferat în sistemul de încălzire al unei clădiri rezidențiale este de peste 4 ori mai mare decât cantitatea de energie electrică cheltuită pentru a asigura funcționarea corectă a unității de compresor, a pompei de circulație. si unitatea de control.

Un amestec de glicol cu ​​un indice de vâscozitate bun, apă cu alcool sau o soluție salină - acestea sunt lichidele care nu îngheață care sunt utilizate în sistemul pământ-apă. Sunt prietenoase cu mediul, primesc eficient căldura și o transportă la stația de pompare

Un bonus suplimentar este că sistemul are capacitatea de a funcționa în direcția opusă, adică pentru răcire. Adevărat, pierderea de eficiență ajunge la 20%, dar acest lucru este considerat justificat, având în vedere capacitatea mare de încălzire a echipamentului.

Opțiuni pentru amplasarea sistemelor de apă subterană

Pentru a crea conturul exterior al sistemului pământ-apă, se folosesc țevi polimerice de înaltă rezistență, cu caracteristici bune de performanță. Ele sunt așezate orizontal, așezate pe fundul gropii într-un mod care amintește de aranjarea comunicațiilor pentru complexele „podeu cald”.

Pompa de căldură sol-apă este fiabilă, eficientă și silențioasă în funcționare, dar instalarea ei costă foarte mulți bani și necesită mult timp (cel puțin 1 lună pentru activități de construcție, instalare și reglare).Acest punct trebuie luat în considerare înainte de a alege un sistem de încălzire de acest tip.

La instalare, se folosește o suprafață de 25-50 de metri pătrați. m pentru fiecare kilowatt individual de putere instalată a pompei. Adâncimea gropii este aleasă sub linia de îngheț, iar dimensiunile exacte și pasul de așezare a conductelor sunt determinate prin calcule suplimentare.

Pentru proprietarii de terenuri mari care au ales o pompă de căldură geotermală sol-apă pentru încălzirea locuinței, este recomandabil să instaleze colectoare orizontale. Pentru proprietarii de parcele mici, instalarea sondelor de adâncime este mai potrivită, deoarece acestea merg departe în sol și nu „mâncă” suprafața utilă din apropierea casei.

Teritoriile în care sunt amenajate comunicațiile sistemelor geotremale pământ-apă nu mai sunt folosite pentru nevoile agricole. Ele pot fi folosite pentru a crea un gazon frumos de iarbă sau un pat de flori cu plante anuale înflorite.

Instalarea verticală este mult mai problematică și presupune utilizarea de echipamente profesionale. La fața locului, folosind o instalație de foraj, un puț este forat la o adâncime de 20 până la 150 m, o sondă geotermală specială este coborâtă în el și conectată la o pompă care furnizează fluid de lucru sistemului de încălzire a casei.

O sondă verticală pentru un sistem geotermal sol-apă constă dintr-un cap cu conducte conectate. Este scufundat într-o fântână cu o adâncime de 18 m sau mai mult. Numărul exact de puțuri și sonde, adâncimea necesară de scufundare și diametrul real al conductei sunt calculate separat pentru fiecare caz particular, pe baza informațiilor obținute ca urmare a explorării geologice efectuate de specialiști la fața locului.

Conductele de sondare care se extind din puțurile forate intră în puțul de colectare. De la aceasta până la pompa de căldură există 2 linii principale (alimentare și retur cu resurse), echipate cu un strat izolator. Diametrul liniei depinde de volumul total al sistemului și de încăperea care trebuie încălzită. Uneori, parametrii ajung la 160 mm.

Conform calculelor brute, încălzirea unei clădiri rezidențiale cu o suprafață de aproximativ 100 m2 va necesita aproximativ 7,5 kW/h de energie. În acest caz, sondele verticale pentru a crea un sistem de încălzire a apei pământului vor trebui coborâte în pământ 110-115 metri, sau 250 m2 din zona adiacentă vor trebui ocupați pentru comunicații orizontale (+)

Datorită faptului că la adâncime temperatura solului este întotdeauna mai mare și mai stabilă datorită influenței miezului pământului, metoda verticală de așezare a sistemului de încălzire este recunoscută ca fiind cea mai eficientă. Demonstrează un nivel ridicat de eficiență și funcționează fiabil timp de mulți ani, fără defecțiuni sau defecțiuni.

Opțiunea #2. Caracteristicile pompelor de căldură apă-apă

Un sistem geotermal apă-apă utilizează energia termică a unei resurse de apă în funcționarea sa. Acest lucru este posibil deoarece la adâncimi mari temperatura apei, precum și a solului, rămâne destul de ridicată și menține valori constante stabile pe tot parcursul anului.

Pentru a instala un sistem apă-apă și pentru a obține energie termică cu potențial scăzut, puteți folosi rezervoare deschise (lacuri, râuri), puțuri, foraje și chiar apă uzată din ciclurile tehnologice de producție industrială (alimentare inversă cu apă)

Nu există nicio diferență structurală fundamentală între pompele de căldură sol-apă și apă-apă. Dar cele mai mici costuri financiare și de muncă sunt necesare pentru un complex construit pe un rezervor deschis.Pentru instalare nu sunt necesare activități de foraj la scară largă.

Materialul conductei cu lichid de răcire este pur și simplu echipat cu o greutate, scufundat în apă și conectat la sistemul de încălzire a locuinței prin linii de legătură.

Cu toate acestea, această opțiune este posibilă numai dacă terenul este aproape de apă și toate părțile de comunicare ale sistemului sunt sub controlul proprietarilor. Dacă nu există acces la apă deschisă, se utilizează potențialul apei subterane.

Adevărat, acest lucru implică lucrări serioase de excavare și construirea de structuri complexe, de exemplu, un puț suplimentar proiectat pentru a evacua apa care trece prin unitatea de schimb de căldură.

Când instalați o pompă de căldură apă-apă, nu sunt instalate una, ci două puțuri. Apa de lucru este preluată printr-unul și, după ce trece printr-un schimbător de căldură, este redirecționată către al doilea, care este situat în direcția de mișcare a fluxurilor de pământ. În timpul amplasării, este necesar să se țină cont de faptul că puțul de recepție trebuie să fie situat la cel puțin 6 metri de puțul de ieșire și trebuie să fie în aval.

De obicei instalatii apa-apa instalat acolo unde nu este posibilă conectarea comunicațiilor centrale sau utilizarea altor tipuri de lichide de răcire.

Experții spun că încălzirea alternativă de acest tip este extrem de eficientă în clădirile moderne care au pierderi minime de căldură.

Atunci când realizați și instalați sisteme geotermale de încălzire apă-apă cu propriile mâini, este foarte important să utilizați materiale cu un nivel ridicat de rezistență la coroziune, îngheț și alte manifestări agresive ale mediului extern. Apoi echipamentul va dura mult timp și nu va cauza nicio problemă proprietarului

Dacă casa este bine izolată, protejată de curenți, umiditate și pătrunderea aerului înghețat sau construită folosind tehnologii moderne de izolare termică, costul sistemului de încălzire este semnificativ redus datorită oportunității de a achiziționa echipamente de pompare cu o putere mult mai mică.

Opțiunea #3. Amenajarea sistemelor aer-apă

Pompa de căldură aer-apă utilizează cea mai accesibilă, nelimitată și regenerabilă resursă de energie naturală - aerul. Echipamentul funcționează prin ventilatoare și evaporatoare combinate într-un singur complex.

Este cel mai eficient la temperaturi de până la -15°C. Cu o performanță mai agresivă, își pierde o parte semnificativă din putere.

O pompă de căldură aer-apă costă mult mai puțin decât modelele apă-apă și sol-apă. Modulul este potrivit pentru regiunile cu ierni relativ calde. În regiunile nordice reci, unde înghețurile depășesc -20...25°C, instalarea echipamentelor de aer este considerată nepractică

Unitatea este extrem de convenabilă, deoarece nu necesită proprietarilor unei case private să aibă echipamente speciale pentru instalare și lucrări complexe de instalare.

Nu necesită excavarea terenului, forarea puțurilor și alte activități care necesită forță de muncă. Ușor de instalat și nu ocupă mult spațiu. Poate funcționa corect atunci când este plasat pe acoperișul unui spațiu de locuit.

Puteți instala o pompă geotermală aer-apă pe un șantier chiar lângă clădiri rezidențiale. Funcționează liniștit și are un aspect modern, atractiv, care nu strica designul general al zonei

Principalele avantaje ale echipamentului includ funcționarea aproape silențioasă și posibilitatea de reutilizare a căldurii degajate din încăperea încălzită sub formă de aer evacuat, apă, gaz, fum etc.

Proprietarii efectuează ei înșiși întreținerea sistemului:

• curata paletele ventilatorului și grile de protecție pe unitatea de evaporare împotriva prafului, resturilor mici și frunzelor;
• ungeți compresorul compoziția specială specificată în instrucțiunile producătorului;
• schimba uleiul în unități de putere (ventilator, compresor) cu o anumită frecvență;
• verificați integritatea cablului de alimentare sursă de alimentare și conducte de cupru prin care circulă agentul frigorific prin sistem.

Pe lângă aceste acțiuni, producătorii de echipamente de pompare sfătuiesc cu tărie clienții să monitorizeze starea senzorilor termici care reflectă funcționarea unității de control.

Acestea trebuie sterse, indepartand cu grija praful si petele de ulei de pe suprafata. Acest lucru va prelungi „viața” de lasisteme aer-aer și va face procesul de operare mai simplu și mai confortabil.

Cum să faci o unitate cu propriile mâini?

Indiferent de opțiunea de resursă (pământ, apă sau aer) este aleasă pentru încălzire, va fi necesară o pompă pentru ca sistemul să funcționeze corect.

Acest dispozitiv este format din următoarele elemente:

• unitate compresor (element intermediar al complexului);
• evaporator, transferând energie cu potențial scăzut la lichidul de răcire;
• clapetei de accelerație, prin care agentul frigorific își găsește drumul înapoi către evaporator;
• condensator, unde freonul eliberează energie termică și este răcit la temperatura sa inițială.

Puteți achiziționa un sistem complet de la producător, dar acesta va costa o sumă decentă.Când nu există bani gratuit la îndemână, merită să faci o pompă de căldură cu mâinile tale din piesele pe care le ai la dispoziție și, dacă este necesar, să achiziționezi piesele de schimb lipsă.

Când plănuiți să instalați un sistem de încălzire geotermal într-o casă privată, trebuie mai întâi să aveți grijă să reduceți nivelul pierderilor de căldură. Pentru a face acest lucru, pereții trebuie izolați cu material special, ușile și tocurile ferestrelor trebuie să fie echipate cu plăcuțe de spumă, iar podeaua și tavanul trebuie protejate cu panouri din spumă. Apoi, cantitatea maximă de căldură eliberată de pompă va rămâne în interiorul încăperii.

Când se ia decizia de a-ți realiza propria pompă de căldură, trebuie neapărat să verifici starea cablajului electric și a contorului electric din casă.

Dacă aceste elemente sunt uzate și vechi, este necesar să se inspecteze toate zonele, să se identifice eventualele defecte și să le elimine înainte de a începe lucrul. Apoi, sistemul va funcționa impecabil imediat după pornire și nu va deranja proprietarii cu scurtcircuite, incendii în cablaj sau prize deconectate.

Metoda #1. Asamblare de la frigider

Pentru a asambla pompa de căldură cu propriile mâini, scoateți serpentina situată în spate din vechiul frigider. Această piesă este folosită ca condensator și este plasată într-un recipient foarte durabil, care este rezistent la temperaturi agresive. Un compresor care funcționează corespunzător este atașat la el și un butoi simplu din plastic este folosit ca evaporator.

Dacă se folosește un frigider foarte vechi pentru a crea o pompă, este mai bine să înlocuiți freonul din el cu unul nou. Nu veți putea face acest lucru pe cont propriu, așa că va trebui să invitați un specialist cu echipament special. Acesta va înlocui rapid fluidul de lucru, iar sistemul va funcționa în modul dorit

Elementele pregătite sunt conectate între ele, iar apoi unitatea creată este conectată la sistemul de încălzire prin țevi de polimer și începe funcționarea echipamentului.

Instrucțiunile pas cu pas pentru asamblarea unei pompe de căldură dintr-un frigider sunt descrise în Acest articol.

Metoda #2. Pompa de caldura de la aparatul de aer conditionat

Pentru realizarea unei pompe de caldura, aparatul de aer conditionat este modificat si unele componente principale sunt reproiectate. În primul rând, unitățile exterioare și interioare sunt schimbate.

Evaporatorul, care este responsabil pentru transferul căldurii de calitate scăzută, nu este instalat suplimentar, deoarece este situat în blocul intern al unității, iar condensatorul care transmite energia termică este situat în blocul extern. Atât aerul, cât și apa sunt potrivite ca lichide de răcire.

Dacă această opțiune de instalare nu este convenabilă, condensatorul este instalat într-un rezervor separat proiectat pentru schimbul corect de căldură între resursa de încălzire și lichidul de răcire.

Sistemul în sine este echipat cu o supapă cu patru căi. Pentru această muncă este invitat de obicei un specialist cu abilități profesionale și experiență în desfășurarea de evenimente de acest gen.

Sistemele moderne split sunt ineficiente la temperaturi scăzute, așa că profesioniștii nu recomandă utilizarea lor pentru a face singuri pompe de căldură

În cea de-a treia opțiune, aparatul de aer condiționat este complet dezasamblat în părțile sale componente și apoi o pompă este asamblată din acestea conform schemei tradiționale general acceptate: evaporator, compresor, condensator. Dispozitivul finit este conectat la echipamentul de încălzire a casei și a început să fie utilizat.

Site-ul are o serie de articole despre realizarea pompelor de căldură cu propriile mâini, vă recomandăm să citiți:

1. Cum să faci o pompă de căldură pentru încălzirea unei case cu propriile mâini: principiu de funcționare și diagrame de asamblare
2. Cum se face o pompă de căldură aer-apă: diagrame dispozitiv și auto-asamblare

Sfaturi pentru alegerea unui sistem

Instalarea echipamentelor de la sol la apă este mai costisitoare decât toate celelalte opțiuni, deoarece necesită excavare adâncă atunci când echipamentul este amplasat vertical sau o zonă liberă mare când se așează comunicațiile pe orizontală.

Acești parametri limitează utilizarea sistemului și reduc semnificativ atractivitatea acestuia.

Instalarea unei pompe apă-apă are, de asemenea, unele limitări. Dacă în apropiere există un corp de apă accesibil, puteți plasa sistemul în el. Lipsa apei deschise va presupune forarea puțurilor și puțurilor de drenaj, ceea ce nu este nici ieftin.

O pompă aer-apă nu pune probleme de instalare și poate funcționa corect chiar și în blocurile de locuințe, dar în ierni grele cu temperaturi scăzute, eficiența acesteia scade și este necesară o sursă de energie paralelă pentru a o susține.

In orice caz, amenajarea încălzirii geotermale Drept urmare, își plătește costurile și începe să producă o resursă gratuită, permițând proprietarilor să trăiască în cele mai convenabile, plăcute și confortabile condiții, fără a cheltui mulți bani pe utilități.

Concluzii și video util pe această temă

Videoclipul arată clar modul în care un sistem de încălzire bazat pe un echipament de încălzire geotermală aer-apă este instalat într-o casă mare realizată dintr-un bloc de silicat de gaz. Sunt dezvăluite câteva nuanțe interesante în ceea ce privește instalarea echipamentelor și se anunță cifre reale ale facturilor de utilități pe lună.

Cum funcționează echipamentele terestre-apă.O descriere detaliată de la un specialist în instalarea cazanelor termice geotermale, recomandări și sfaturi utile pentru meșteri de acasă de la un profesionist din domeniul său.

Un utilizator real al echipamentului își împărtășește impresiile despre pompa de căldură geotermală.

Un mecanic profesionist spune cum să faci o pompă de căldură acasă folosind un compresor puternic și piese tubulare de schimb de căldură. Instrucțiuni detaliate în modul pas cu pas.

O pompă geotermală pentru încălzirea unei gospodării private este o modalitate de succes de a crea condiții confortabile de viață chiar și acolo unde nu sunt disponibile sisteme de comunicații centralizate și surse mai convenționale de resurse energetice.

Alegerea sistemului depinde de localizarea teritorială a proprietății și de capacitățile financiare ale proprietarilor.

Ai experienta in realizarea unei pompe de caldura geotermala? Vă rugăm să împărtășiți informații cu cititorii noștri și să sugerați opțiunea dvs. de asamblare. Poți lăsa comentarii și atașa fotografii cu produsele tale de casă în formularul de mai jos.