Geothermische verwarming: het principe van de werking, de voors en tegens, de subtiliteiten van de bouw

Er zijn veel verschillende opties voor het verwarmen van huizen. De aandacht van mensen is natuurlijk gericht op het vinden van manieren die de minste energie verbruiken. Felle geschillen worden veroorzaakt door een dergelijke progressieve methode om warmte te verkrijgen, zoals het gebruik van ondergrondse bronnen.

Het principe van geothermische verwarming omvat het gebruik van warmtepompen. Ze werken volgens de klassieke Carnot-cyclus, nemen een koude koelvloeistof diep onder en ontvangen in ruil daarvoor een vloeistofstroom die tot 50 graden wordt verwarmd in het verwarmingssysteem. De apparatuur werkt met een efficiëntie van 350 tot 450% (dit is niet in tegenspraak met de fundamentele natuurkundige wetten, waarom - het zal later worden gezegd).Een standaard warmtepomp verwarmt een huis of ander gebouw als gevolg van de hitte van de aarde meer dan 100.000 uur (dit is het gemiddelde interval tussen preventieve revisies).

Verwarmen tot 50 graden is niet toevallig. Volgens de resultaten van speciale berekeningen en in de studie van praktisch geïmplementeerde systemen, werd deze indicator als het meest effectief beschouwd. Daarom wordt grondverwarming, die de energiestroom uit de diepten gebruikt, hoofdzakelijk aangevuld met niet door radiatoren, maar door een warm vloer- of luchtcircuit. Gemiddeld kan per 1000 W energie, die de pomp aandrijft, ongeveer 3500 W aan thermische energie worden opgewekt. Tegen de achtergrond van de ongebreidelde stijging van de kosten van het koelmiddel in het hoofdnetwerk en andere verwarmingsmethoden, is dit een zeer aangename indicator.

Geothermische verwarming wordt gevormd door drie circuits:

• grond verzamelaar;
• warmtepomp;
• eigenlijk een verwarmingscomplex thuis.

De reden is simpel: het water dat zich in een voldoende verwarmde grondlaag bevindt, tast de apparatuur snel uit. En zelfs zo'n vloeistof kan niet willekeurig worden gevonden. De keuze voor een specifiek koelmiddel wordt bepaald door de ontwerpbeslissingen van ingenieurs. De pomp wordt geselecteerd, afhankelijk van het apparaat, de resterende delen van het systeem. Aangezien de diepte van de put (het niveau van de apparatuur) wordt bepaald door natuurlijke omstandigheden, zijn de beslissende verschillen tussen de typen geothermische systemen geassocieerd met de inrichting van het reservoir in de grond.

De horizontale structuur impliceert de locatie van de collector onder de vrieslijn. Afhankelijk van de specifieke locatie betekent dit een verdieping van 150-200 cm. Dergelijke collectoren kunnen worden uitgerust met verschillende pijpen, zoals koper (met een externe laag van PVC) en gemaakt van metaal-plastic. Om van 7 tot 9 kW warmte te krijgen, moet je minstens 300 vierkante meter leggen. m verzamelaar. Deze techniek staat niet toe om de bomen met meer dan 150 cm naderen, en na voltooiing van de installatie is het noodzakelijk om het grondgebied te verbeteren.

Een verticaal belicht reservoir impliceert het boren van meerdere putten, en noodzakelijkerwijs gericht in verschillende richtingen, en elk leidt vanuit zijn eigen hoek. In de putten bevinden zich geothermische sondes, de thermische retour van 1 run. m bereikt ongeveer 50 watt. Het is eenvoudig om te berekenen dat voor een identieke hoeveelheid warmte (7-9 kW) 150-200 m putten moeten worden geleverd. Het voordeel is in dit geval niet alleen in de economie, maar ook in het feit dat de landschapsstructuur van het gebied niet verandert. Het is alleen nodig om een ​​klein oppervlak toe te wijzen voor de installatie van de caissonunit en voor het plaatsen van een concentrator.

Een uit water verwarmde contour is praktisch als het mogelijk is om een ​​externe warmtewisselaar in een meer of vijver te brengen tot een diepte van 200 tot 300 cm. Maar de voorwaarde is de locatie van het reservoir binnen een straal van 0,1 km van het verwarmde gebouw en het wateroppervlak van ten minste 200 vierkante meter. m. Er zijn ook luchtwarmtewisselaars wanneer warmte wordt opgewekt door een extern circuit uit de atmosfeer. Een dergelijk besluit manifesteert zich perfect in de zuidelijke regio's van het land en vereist geen graafwerk. De zwakte van het systeem is laag rendement met een vorst van 15 graden en een volledige stop als de temperatuur tot 20 graden daalt.

Geothermische verwarming van een landhuis kost in de eerste plaats geen dure en vervuilende lucht-minerale brandstof. Al 7 van de 10 nieuwe huizen die in Zweden zijn gebouwd, worden op deze manier verwarmd. Op warme dagen wordt geothermische apparatuur van een verwarming een middel tot passieve conditionering. In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, heeft zo'n verwarmingssysteem geen vulkanen of geisers nodig. In het meest gewone vlakke terrein werkt het niet slechter.

De enige voorwaarde is om het punt onder de vrieslijn te bereiken door de thermische contour.waar de temperatuur van de grond altijd van 3 tot 15 graden is. Ultrahoge efficiëntie lijkt alleen in tegenspraak met de natuurwetten; de warmtepomp is verzadigd met freon, die verdampt onder de werking van zelfs "ijs" water dat mensen lijkt. Stoom verwarmt het derde circuit. Zo'n schema is een koelkast die binnenstebuiten gekeerd is. Daarom verwijst pompefficiëntie alleen naar de kwantitatieve verhouding van elektrische energie en thermische bronnen. Op zichzelf is de drive "zoals het zou moeten zijn", met onvermijdelijk verlies aan energie.

Objectieve voordelen van geothermische verwarming kunnen worden overwogen:

• uitstekende efficiëntie;
• een solide diensttijd (de warmtepomp heeft 2-3 decennia gewerkt en geologische sondes zijn tot 100 jaar oud);
• stabiliteit van het werk onder bijna alle omstandigheden;
• gebrek aan binding aan energiedragers;
• volledige autonomie.

Er is één ernstig probleem dat voorkomt dat geothermische verwarming een veelvoorkomende oplossing is. Dit, zoals blijkt uit de beoordelingen van de eigenaren, de hoge prijs van het gemaakte ontwerp. Om het gebruikelijke huis van 200 vierkante meter te verwarmen. m (niet zo zeldzaam), zal het nodig zijn om een ​​kant-en-klaar systeem te bouwen voor 1 miljoen roebel, tot 1/3 van deze hoeveelheid is een warmtepomp. Geautomatiseerde installaties zijn zeer comfortabel en als alles correct is opgezet, kunnen ze jarenlang werken zonder tussenkomst van mensen. Alles hangt alleen af ​​van de beschikbaarheid van fondsen. Een ander nadeel is de afhankelijkheid van de voeding van de pompeenheid.

Heel wat mensen proberen met hun eigen handen geothermische verwarming te maken. Maar om een ​​dergelijk systeem te laten werken, moeten zorgvuldige berekeningen worden gemaakt en is de lay-out van de leidingbedrading ook vereist. Het is onmogelijk om de bron dichter bij het huis te brengen met meer dan 2-3 m. De maximaal toelaatbare boordiepte bedraagt ​​200 m, maar putten die een goede 50 km bereiken, vertonen een goed rendement.

De belangrijkste parameters waarmee bij berekeningen rekening wordt gehouden, zijn:

• temperatuur (diepte van 15-20 m en meer opwarmt van 8 tot 100 graden afhankelijk van de gecreëerde omstandigheden);
• de waarde van het herstelbare vermogen (gemiddeld - 0,05 kW per 1 m);
• invloed van klimaat, vochtigheid en contact met grondwater op warmteoverdracht.

Wat is zeer interessant, volledig droge rotsen geven niet meer dan 25 W met 1 men als er grondwater is, stijgt dit cijfer tot 100 - 110 watt. We mogen niet vergeten dat de standaard bedrijfstijd van de warmtepomp 1800 uur per jaar is.Als deze indicator wordt overschreden, wordt het systeem niet efficiënter, maar de slijtage zal snel toenemen. Wat veel erger is, overexploitatie van de thermische bron van de ondergrond leidt tot hun afkoeling en zelfs tot het bevriezen van rotsen op de werkdiepte. Hierna kan de grond zinken, soms werken leidingen en bovengrondse constructies zijn beschadigd.

Warmtelevering ten koste van ondergrondse bronnen moet worden gemaakt volgens een strikt ontwikkeld algoritme. Omdat water- en luchtsystemen beperkt zijn, zijn de meeste praktische opties boorputten.En dit is nog een reden om niet alles met uw eigen handen te doen. Alleen speciale apparatuur maakt het mogelijk om door te dringen tot een diepte van 20-100 m, waar de noodzakelijke voorwaarden voor verwarming worden gecreëerd. Het gebruik van plastic buizen ontworpen voor een druk van ongeveer 6 bar is toegestaan ​​als sondes.

Gebruik een omsnoeringsband van 3 of 4 lijnen om de prestaties van het systeem te verbeterenDe eindsecties zijn verbonden in de vorm van de letter U. Het verwarmen langs de contour is erg belangrijk, dankzij dit wordt het kraken van pijpen tijdens strenge vorst geëlimineerd. Deze verwarming wordt uitgevoerd door een draad die is uitgerekt tot het midden van het kanaal, waardoor stroom wordt aangelegd. Als energiepalen niet kunnen worden toegepast, moeten horizontale ontvangers worden gebruikt. Er wordt een platform met afmetingen van 15x15 m voor hen voorbereid en de bodem wordt daarvan tot een diepte van maximaal 0,5 m verwijderd.

Dit hele gebied is nodig voor het leggen van vergelijkbare sondes. Elektrische matten of pijpen die warmte uitwisselen, worden vaak gebruikt. Om de efficiëntie van het verwarmingssysteem te verbeteren, past u de lay-out van de buis toe in een spiraal of in de vorm van een "slang". Het is onmogelijk om precies te zeggen wat beter is - kant-en-klare complexen, massaproductie of zelfassemblage.In het eerste geval wordt het compatibiliteitsprobleem automatisch opgelost, maar in de tweede fase neemt de flexibiliteit toe, het potentieel voor modernisering neemt toe (hoewel er meer aandacht moet worden besteed aan ontwerp).

Amateurbouwers kunnen ontsnappen aan een typische warmte-accumulator en deze vervangen door een betonnen dekvloer. Geothermische verwarming in een dergelijk systeem elimineert de noodzaak van aanzienlijke temperatuurschokken. Het is mogelijk om experimenten uit te voeren met verschillende warmteoverdrachtsvloeistoffen en om compressoren met variërende capaciteit te monteren. Door de belasting op de juiste manier te berekenen en de warmte langs de verbruikscircuits te verdelen, kunt u het systeem met 15-20% efficiënter maken. Tegelijkertijd worden de energiekosten aanzienlijk verlaagd.

Horizontaal geplaatste buizen worden gelegd op een diepte van 50-300 cm. Naar het gebied van snelwegen was de kleinste, ze zijn gemaakt in de vorm van bochten. Maar tussen de afzonderlijke twee snelwegen moet minstens 200 mm zijn. Elk bouwwerk moet worden voorafgegaan door een bepaling van de thermische opbrengst van de grond. Als het minder is dan 20 watt per 1 vierkant. m, het heeft geen zin in de geothermische contour. Om de afvoer van grondwater te verzekeren, is de bodem van de put bedekt met een laag zand.Pijpen op basis van cross-linked polyethyleen werken goed.

De meest efficiënte werking van de warmtepomp wordt geboden in ruimten met een luchttemperatuur tussen 14 graden Celsius. Indien mogelijk, zou u verticale uitlijning van contouren de voorkeur moeten geven boven horizontaal, omdat dit het meest efficiënte is. Afgaande op de beoordelingen is geothermische verwarming in zijn pure vorm irrationeel, het verwarmt het water te lang omdat in veel gevallen een dergelijk systeem een ​​puur ondersteunende rol vervult. Om de hoogste prestaties te bereiken, moet u zich richten op de maximaal toelaatbare intensiteit van de betrokkenheid van de thermische hulpbron en de geschatte stroomsnelheden van de put.

Als de bodem geen droge rotsen en heet water is, is dit bijna de optimale situatie. Dan is het mogelijk om geld te besparen en het maximale voordeel te behalen. Maar we moeten niet vergeten dat als het de bedoeling is om tegelijkertijd hete ondergrondse bronnen voor de watervoorziening te gebruiken, het water erin moet voldoen aan de standaard sanitaire eisen. Wanneer chemische analyse de aanwezigheid van agressieve componenten aantoont, is het raadzaam om twee autonome circuits te organiseren, waarbij de vloeistof niet mengt, maar alleen de warmte-uitwisseling plaatsvindt.Compressoren worden op de wanden bevestigd, hetzij van koelkasten of airconditioners.

Als de huisbedrading nogal zwak is, is het de moeite waard om een ​​paar compressoren te gebruiken om de startstroom als gevolg van de serieverbinding te verminderen. Bij het installeren moeten condensatoren zorg dragen voor de beweging van freon erin van het toppunt naar de bodem, en niet omgekeerd. Om ervoor te zorgen dat de collector stabiel werkt en de kamer verwarmt, moet de oppervlakte ervan (voor een woonhuis van 100 m²) 200-250 m2 zijn. Horizontaal verwarmingsschema mag niet worden gebruikt als u van plan bent om later de tuin of moestuin te splitsen. Zelfs een conventionele boorputpomp kan worden gebruikt om het systeem te voltooien.

Over wat geothermische verwarming is en hoe het te installeren, zie de volgende video.