Geotermálne tepelné čerpadlo svojpomocne na vykurovanie domu: konštrukcia, návrh, svojpomocná montáž

Vykurovanie a dodávku teplej vody v rodinnom dome možno zabezpečiť rôznymi spôsobmi, napríklad pripojením na centrálny plynovod alebo prechodom vykurovacích systémov na spotrebu elektrickej energie. Súhlasíte?

Ale môžete si geotermálne tepelné čerpadlo zostaviť svojpomocne a efektívne využívať teplo zeme na vytvorenie pohodlných životných podmienok. Samozrejme, je to pomerne prácny proces, ale pre tých, ktorí sa aspoň trochu vyznajú v technike, to nebude veľmi náročné.

V našom článku sa budeme venovať princípom činnosti a typom geotermálnych zariadení. Povieme vám, ako z dostupných materiálov svojpomocne zostrojiť tepelné čerpadlo. Okrem toho v článku nájdete odborné rady pri výbere geoagregátov. A priložené videá odhalia tajomstvá montáže a princípy fungovania geotermálnych čerpadiel.

Ako funguje tepelný geoagregát?

Princíp činnosti geotermálneho tepelného čerpadla je založený na prenose tepla zo zdroja s nízkym potenciálom tepelnej energie do teplonosného média. Zem tu funguje ako radiátor v lete a v zime je aktívnym zdrojom tepla.

Teplotný rozdiel pôdy pomáha zvýšiť celkovú účinnosť systému a prispieva k zníženiu skutočných prevádzkových nákladov.

Princíp fungovania geotermálneho tepelného čerpadla je založený na tepelnej zotrvačnosti. Teplota pôdy v hĺbke viac ako 6 metrov takmer presne zodpovedá priemernej ročnej teplote vzduchu v regióne a počas celého roka sa mení len veľmi mierne.

V praxi sa do potrubia uloženého v zemi privádza teplonosné médium, ktoré sa tam zohreje o niekoľko stupňov. Potom médium prechádza do výmenníka tepla (alebo výparníka) a odovzdáva naakumulovanú tepelnú energiu do vnútorného okruhu systému.

Princíp činnosti geotermálnych zariadení je podobný fungovaniu chladiacich systémov. Práve preto sa niektoré typy tepelných čerpadiel v lete úspešne používajú ako klimatizačné zariadenia a s ich pomocou ochladzujú vzduch v obytných priestoroch.

Chladivo pracujúce vo vonkajšom okruhu sa v odparovači ohrieva, mení sa na plyn a vstupuje do kompresora. Tam sa stláča vplyvom vysokého tlaku a stáva sa ešte teplejším.

Rozpálený plyn prechádza do kondenzačného zariadenia a odovzdáva tepelnú energiu pracovnému teplonosnému médiu vnútorného systému, ktorý zabezpečuje vykurovanie domu. Po skončení procesu sa chladivo, ktoré stratilo teplo, vracia do východiskového bodu v kvapalnom stave.

Aké typy geotermálnych zariadení existujú?

Geotermálne tepelné čerpadlá sa od seba líšia druhom teplonosného média na vnútornom a vonkajšom okruhu konštrukcie. Energiu zariadenia získavajú z pôdy, vody (podzemné vody alebo otvorená prírodná vodná nádrž) alebo vzduchu.

Vnútri obytného priestoru sa tepelný zdroj využíva na vykurovanie miestností, ohrev vody a klimatizáciu vzduchu. V závislosti od kombinácie použitých prvkov a funkcií sa systémy klasifikujú na typy: «zem-voda», «voda-voda» a «vzduch-voda».

Možnosť č. 1. Montáž technológiou «zem-voda»

Čerpadlo «zem-voda» – je jednou z najúčinnejších možností alternatívneho vykurovania pre obytné priestory. Princíp jeho činnosti spočíva v odbere tepelnej energie z pôdy pomocou sond alebo kolektorov a jej prenose do domáceho vodného vykurovacieho systému.

Geotermálne tepelné čerpadlá «zem-voda» – sú vysoko technologické progresívne zariadenia. Vyznačujú sa výnimočnou spoľahlivosťou a dosahujú vysokú úroveň účinnosti. Nevyžadujú neustály zásah majiteľov do prevádzky, ale potrebujú odborný servis.

Technológii pomáha realizovať špeciálne zariadenie pozostávajúce z geotermálneho výmenníka tepla umiestneného pod hĺbkou skutočného zamrznutia pôdy a samotného tepelného čerpadla, ktoré funguje ako chladnička, len naopak (opačný Carnotov cyklus).

Ako funguje zariadenie

Zariadenie «zem-voda», ktoré vykuruje obytné priestory vďaka obnoviteľnému teplu produkovanému pôdou, funguje podľa nasledujúceho algoritmu:

1. Pracovná kvapalina (soľanka alebo nemrznúca zmes), pohybujúca sa po geotermálnom okruhu, prijíma teplotu pôdy a pomocou čerpadla sa prenáša do výmenníka tepla – odparovača. Tam odovzdáva nazbierané teplo freónu a sama, ochladená o 2-5°C, sa vracia do východiskového bodu.
2. Freón obohatený tepelnou energiou sa vyparuje a po nadobudnutí plynného skupenstva vstupuje do kompresorovej jednotky. Tam sa teplota plynu zvyšuje vplyvom stláčania a vzniká kondenzát.
3. Tepelná energia sa odovzdáva teplonosnému médiu v domácom vykurovacom systéme a freón opäť nadobúda kvapalnú formu. Jeho tlak klesá po prechode cez expanzný ventil systému a chladivo sa vracia späť do odparovača, aby získalo ďalšiu dávku zdroja.

V dôsledku tohto postupu objem tepelnej energie odobratej z pôdy a prenesenej do vykurovacieho systému obytného domu viac ako 4-násobne prevyšuje množstvo elektriny spotrebovanej na zabezpečenie správnej činnosti kompresorovej jednotky, cirkulačného čerpadla a riadiaceho bloku.

Glykolová zmes s dobrým ukazovateľom viskozity, voda s alkoholom alebo soľný roztok – práve takéto nemrznúce kvapaliny sa používajú v systéme «zem-voda». Sú ekologicky bezpečné, účinne prijímajú teplo a transportujú ho k čerpacej stanici.

Ako ďalšie plus možno uviesť, že systém má možnosť pracovať v opačnom smere, teda na chladenie. Pravda, strata účinnosti dosahuje až 20 %, ale to sa považuje za opodstatnené vzhľadom na vysokú vykurovaciu schopnosť zariadenia.

Možnosti umiestnenia systémov «zem-voda»

Na vytvorenie vonkajšieho okruhu systému «zem-voda» sa používajú polymérové rúry s vysokou pevnosťou, ktoré majú dobré prevádzkové vlastnosti. Umiestňujú sa horizontálne, ukladajú sa na dno výkopu spôsobom pripomínajúcim budovanie komunikácií pre komplexy «teplá podlaha».

Tepeľné čerpadlo «zem-voda» je spoľahlivé, účinné a tiché v prevádzke, avšak jeho inšalácia stojí nemalé peniaze a zaberá veľa času (najmeňej 1 mesiac na sťavebno-montážne a nasťavovacie práce). Tenť momenť treba určie zoľadniť skôr, ako sa rozodnête pre vykurovacý sysťém tohľo ťpu.

Pri inšalácii sa vužíva plocha v rozsahu 25-50 m² na každý jednolivý kilowatt výkonu montovanéňo čerpadla. Hĺbku výkopu voľime pod hranicou zamrznutia a presné rozmery a krok ukladania rúr určujeme doťačným výpočom.

Majiťeľom rozsiahlych pozemkov, ktorí si na vykurovanie domu zvolili geotermálne tepelné čerpadlo typu «zem-voda», sa odporúča inštalovať horizontálne kolektory. Majiteľom malých pozemkov viac vyhovuje montáž hĺbkových sond, pretože idú hlboko do pôdy a nezaberajú užitočnú plochu pri dome.

Územia, na ktorých sú vybudované komunikácie geotermálnych systémov «zem-voda», sa už na poľnohospodárske účely nepoužívajú. Na nich možno založiť pekný trávnik alebo záhon s kvitnúcimi jednoročnými rastlinami.

Vertikálna montáž je oveľa problematickejšia a vyžaduje si použitie profesionálnej techniky. Na pozemku sa pomocou vŕtacej súpravy vŕta studňa hĺbky 20 až 150 m, do nej sa spúšťa špeciálna geotermálna sonda a pripája sa k čerpadlu, ktoré dodáva pracovnú kvapalinu do domáceho vykurovacieho systému.

Vertikálna sonda pre geotermálny systém „zem-voda“ predstavuje hlavicu s pripojenými rúrkami. Ponorí sa do vrtu s hĺbkou od 18 m a viac. Presný počet vrtov a sond, hĺbku požadovaného ponoru a skutočný priemer potrubia sa vypočítava osobitne pre každý konkrétny prípad na základe informácií získaných z geologického prieskumu, ktorý vykonali odborníci na pozemku.

Sondové rúry odchádzajúce z vyvŕtaných vrtov vstupujú do zberného kolodca. Od neho k tepelnému čerpadlu vedú 2 hlavné vedenia (prívodné a spätné), vybavené izolačným obalom. Priemer hlavného vedenia závisí od celkového objemu systému a miestnosti, ktorú je potrebné vykurovať. Niekedy parametre dosahujú až 160 mm.

Podľa približných výpočtov, na vykurovanie obytného domu s rozlohou približne 100 m² bude potrebných asi 7,5 kWh energie. Vertikálne sondy na vytvorenie vykurovacieho systému „zem-voda“ bude v tomto prípade potrebné spustiť do zeme do hĺbky 110 – 115 metrov, alebo zabrať 250 m² priľahlého pozemku pre horizontálne komunikácie (+)

Vďaka tomu, že v hĺbke je teplota pôdy vždy vyššia a stabilnejšia vplyvom zemského jadra, je vertikálny spôsob ukladania vykurovacieho systému považovaný za maximálne efektívny. Vykazuje vysokú úroveň účinnosti a spoľahlivo funguje po mnoho rokov bez porúch a závad.

Možnosť č. 2. Osobitosti tepelných čerpadiel «voda-voda»

Geotermálny systém „voda-voda“ využíva pri svojej činnosti tepelnú energiu vodného zdroja. Je to možné preto, že vo veľkých hĺbkach zostáva teplota vody, rovnako ako pôdy, pomerne vysoká a celoročne si udržiava stabilné konštantné hodnoty.

Na vybudovanie systému „voda-voda“ a získavanie nízkopotenciálnej tepelnej energie možno využiť otvorené vodné plochy (jazerá, rieky), studne, vrty a dokonca aj odpadové vody z technologických cyklov priemyselných výrob (spätné vodovodné zásobovanie).

Konštrukčný rozdiel medzi tepelným čerpadlom „zem-voda“ a „voda-voda“ v zásade neexistuje. Najmenšie finančné a pracovné náklady si však vyžaduje systém vybudovaný na báze otvorenej vodnej plochy. Na jeho montáž nie sú potrebné rozsiahle vrtné práce.

Rúrkový materiál s teplonosnou kvapalinou sa jednoducho vybaví závažím, ponorí do vody a prostredníctvom spojovacích komunikácií sa pripojí k domácemu vykurovaciemu systému.

Tento variant je však možný len vtedy, ak pozemok priamo susedí s vodou a všetky komunikačné časti systému sú pod kontrolou majiteľov. Ak nie je prístup k otvorenej vodnej ploche, využíva sa potenciál podzemnej vody.

Pravdou je, že to so sebou prináša vážne zemné práce a budovanie zložitých konštrukcií, napríklad dodatočnej studne určenej na vypúšťanie vody prechádzajúcej cez výmenník tepla.

Pri inštalácii tepelného čerpadla „voda-voda“ sa zriaďujú nie jeden, ale dva vrty. Cez jeden sa odoberá pracovná voda a po prejdení výmenníka tepla sa presmeruje do druhého, ktorý je umiestnený v smere prúdenia podzemnej vody. Pri umiestňovaní je potrebné zohľadniť, že prijímací vrt musí byť od odovzdávacieho vzdialený najmenej 6 metrov a musí byť vždy nižšie po prúde.

Zvyčajne zariadenia typu „voda-voda“ montujú tam, kde nie je možné pripojiť centrálne komunikácie alebo použiť iné druhy nosičov tepla.

Odborníci tvrdia, že alternatívne vykurovanie tohto typu je mimoriadne účinné v moderných budovách, ktoré majú minimálne tepelné straty.

Pri výrobe a pokládke geotermálnych vykurovacích systémov „voda-voda“ vlastnými rukami je veľmi dôležité používať materiály s vysokou odolnosťou voči korózii, zamrznutiu a iným agresívnym vplyvom prostredia. Potom bude zariadenie slúžiť dlho a nespôsobí majiteľovi žiadne starosti.

Ak je dom dobre zateplený, chránený pred prievanom, vlhkosťou a prienikom mrazivého vzduchu alebo postavený s využitím moderných tepelnoizolačných technológií, náklady na vykurovací systém sa výrazne znižujú vďaka možnosti zakúpiť čerpadlové zariadenie s oveľa menším výkonom.

Možnosť č. 3. Inštalácia systémov «vzduch-voda»

Tepelné čerpadlo „vzduch-voda“ využíva na prácu najdostupnejší, neobmedzený a obnoviteľný prírodný energetický zdroj – vzduch. Zariadenie funguje pomocou ventilátorov a výparníkov, ktoré sú spojené do jedného komplexu.

Najväčšiu účinnosť vykazuje pri teplote do -15 °C. Pri agresívnejších hodnotách stráca podstatnú časť výkonu.

Tepelné čerpadlo „vzduch-voda“ stojí výrazne menej ako modely „voda-voda“ a „zem-voda“. Modul je vhodný pre regióny s relatívne teplými zimami. V studených severných oblastiach, kde mrazy presahujú -20…25 °C, sa inštalácia vzduchového zariadenia považuje za neekonomickú.

Agregát je mimoriadne pohodlný tým, že od majiteľov rodinného domu nevyžaduje prítomnosť špeciálnej techniky na montáž a vykonávanie zložitých inštalačných prác.

Nevyžaduje výkop zeminy, vŕtanie studní a iné náročné činnosti. Ľahko sa montuje a nezaberá veľa miesta. Môže správne fungovať, ak je umiestnený na streche obytnej miestnosti.

Geotermálne čerpadlo vzduch-voda možno inštalovať na pozemku priamo pri obytných budovách. Pracuje ticho a má moderný atraktívny vzhľad, ktorý nekazí celkový dizajn územia.

Medzi hlavné výhody zariadenia patrí takmer bezhlučná prevádzka a možnosť opätovného využitia tepla, ktoré uniklo z vykurovanej miestnosti vo forme odpadového vzduchu, vody, plynu, dymu a pod.

Údržbu systému vykonávajú majitelia sami:

• čistia lopatky ventilátora a ochranné mriežky na odparovacom zariadení od prachu, drobných nečistôt a listov;
• mažú kompresor špeciálnym prostriedkom uvedeným v návode výrobcu;
• menia olej v silových uzloch (ventilátor, kompresor) s určitou periodicitou;
• kontrolujú celistvosť napájacieho kábla a medeného potrubia, ktorým cirkuluje chladivo v systéme.

Okrem týchto úkonov výrobcovia čerpadlového zariadenia dôrazne odporúčajú zákazníkom kontrolovať stav tepelných senzorov, ktoré odrážajú fungovanie riadiacej jednotky.

Je potrebné ich utierať, jemne odstraňovať prach a mastné škvrny z povrchu. To predĺži „životnosť“ systému vzduch-vzduch a urobí proces prevádzky jednoduchším a pohodlnejším.

Ako vyrobiť agregát svojpomocne?

Bez ohľadu na to, ktorá varianta zdroja (zem, voda alebo vzduch) je vybraná na vykurovanie, pre správne fungovanie systému bude potrebné čerpadlo.

Toto zariadenie pozostáva z týchto prvkov:

• kompresorový uzol (medzičlánok komplexu);
• odparovač, ktorý odovzdáva nízkopotenciálnu energiu teplonosnému médiu;
• škrtiaci ventil, cez ktorý sa chladivo vracia späť do odparovača;
• kondenzátor, kde chladivo (freón) odovzdáva tepelnú energiu a ochladzuje sa na pôvodnú teplotu.

Je možné kúpiť ucelený systém od výrobcu, ale to vyjde na slušnú sumu. Keď nie sú k dispozícii voľné peniaze, oplatí sa vyrobiť tepelné čerpadlo vlastnými rukami z dostupných dielov a v prípade potreby dokúpiť chýbajúce súčiastky.

Pri plánovaní inštalácie geotermálneho vykurovacieho systému v rodinnom dome je potrebné v prvom rade postarať sa o zníženie úrovne tepelných strát. Na to je potrebné izolovať steny špeciálnym materiálom, dvere a okenné rámy vybaviť penovými tesneniami a podlahu a strop chrániť polystyrénovými panelmi. Potom teplo vyrobené čerpadlom zostane v maximálnej miere vnútri miestnosti.

Keď je prijaté rozhodnutie o vlastnoručnej výrobe tepelného čerpadla, je potrebné určite skontrolovať stav existujúceho elektrického vedenia a elektromera v dome.

Ak sú tieto prvky opotrebované a staré, je potrebné skontrolovať všetky úseky, odhaliť prípadné poruchy a odstrániť ich ešte pred začatím prác. Potom bude systém hneď po spustení bezchybne fungovať a nebude majiteľov obťažovať skratmi, vznietením vedenia a vybíjaním poistiek.

Spôsob č. 1. Montáž z chladničky

Na montáž tepelného čerpadla vlastnými rukami sa zo starého chladničky odstráni špirálový výmenník umiestnený vzadu. Tento diel sa používa ako kondenzátor a umiestňuje sa do vysoko odolnej nádoby, ktorá je odolná voči agresívnym teplotám. Na ňu sa pripevní správne fungujúci kompresor a ako výparník sa použije jednoduchý plastový sud.

Ak sa na vytvorenie čerpadla používa veľmi stará chladnička, je lepšie vymeniť v nej freón za nový. Samostatne to nie je možné urobiť, preto bude potrebné pozvať odborníka so špeciálnym vybavením. Ten rýchlo vymení pracovnú kvapalinu a systém začne pracovať v požadovanom režime.

Pripravené prvky sa spoja medzi sebou a potom sa vytvorený agregát prostredníctvom polymérových rúr pripojí k vykurovaciemu systému a pristúpi sa k prevádzke zariadenia.

Podrobný návod na montáž tepelného čerpadla z chladničky je popísaný v tomto článku.

Spôsob č. 2. Tepelné čerpadlo z klimatizácie

Na to, aby sa vyrobilo tepelné čerpadlo, sa klimatizácia upraví a preusporiadajú sa niektoré hlavné komponenty. Najprv sa vonkajší a vnútorný blok vymenia.

Výparník, ktorý je zodpovedný za prenos nízkopotenciálneho tepla, sa dodatočne neinštaluje, pretože je už vo vnútornom bloku agregátu, a kondenzátor, ktorý odovzdáva tepelnú energiu, je umiestnený vo vonkajšom bloku. Ako teplonosné médium je vhodný vzduch aj voda.

Ak tento spôsob montáže nie je vhodný, kondenzátor sa umiestni do samostatnej nádrže určenej na správnu výmenu tepla medzi vykurovacím zdrojom a teplonosným médiom.

Samotný systém je vybavený štvorcestným ventilom. Na túto prácu sa zvyčajne pozýva odborník, ktorý má profesionálne zručnosti a skúsenosti s vykonávaním takýchto činností.

Moderné split-systémy sú málo účinné pri nízkych teplotách, preto odborníci neodporúčajú používať ich na vlastnú výrobu tepelných čerpadiel.

V treťom variante sa klimatizácia úplne rozloží na jednotlivé časti a potom sa z nich zostaví čerpadlo podľa tradičnej všeobecne uznávanej schémy: výparník, kompresor, kondenzátor. Hotové zariadenie sa pripojí k vykurovaciemu zariadeniu domu a začne sa používať.

Na stránke je séria článkov o výrobe tepelných čerpadiel vlastnými rukami, odporúčame sa s nimi oboznámiť:

1. Ako vyrobiť tepelné čerpadlo na vykurovanie domu svojpomocne: princíp činnosti a schémy montáže
2. Ako vyrobiť tepelné čerpadlo vzduch-voda: schémy zariadenia a svojpomocná montáž

Rady pri výbere systému

Montáž zariadenia typu «zem-voda» je drahšia ako všetky ostatné možnosti, pretože vyžaduje hĺbkové výkopové práce pri vertikálnom umiestnení zariadenia alebo veľkú voľnú plochu pozemku pri horizontálnom vedení komunikácií.

Tieto parametre obmedzujú používanie systému a výrazne znižujú jeho atraktívnosť.

Inštalácia čerpadla «voda-voda» má tiež určité obmedzenia. Ak je v blízkosti dostupná vodná plocha, systém je možné umiestniť do nej. Nedostatok otvorených vôd si vyžiada vŕtanie studní a odvodňovacích šácht, čo tiež nie je lacné.

Čerpadlo «vzduch-voda» nepredstavuje problémy s inštaláciou a môže správne fungovať aj v bytových domoch, ale počas tuhých zím s nízkymi teplotnými hodnotami jeho účinnosť klesá a na jej podporu je potrebný paralelný zdroj energie.

Avšak, zriadenie geotermálneho vykurovania sa nakoniec preplatí a začne produkovať bezplatný zdroj, čo majiteľom umožňuje žiť v maximálne pohodlných, príjemných a komfortných podmienkach bez vynakladania veľkých prostriedkov na komunálne služby.

Závery a užitočné video k téme

Vo videu je názorne ukázané, ako je vo veľkom dome z plynosilikátového bloku zriadený vykurovací systém na báze geotermálneho tepelného zariadenia «vzduch-voda». Sú odhalené niektoré zaujímavé nuansy týkajúce sa montáže zariadenia a sú uvedené reálne čísla komunálnych platieb za mesiac.

Ako funguje zariadenie «zem-voda». Podrobný popis od špecialistu na inštaláciu geotermálnych tepelných kotlov, odporúčania a užitočné rady pre domácich majstrov od profesionála vo svojom odbore.

Svojimi dojmami o tepelnom geotermálnom čerpadle sa delí reálny používateľ zariadenia.

Profesionálny zámočník rozpráva, ako v domácich podmienkach vyrobiť tepelné čerpadlo na báze výkonného kompresora a rúrkových teplovýmenných súčiastok. Podrobný návod v krokovom režime.

Geotermálne čerpadlo na vykurovanie súkromného domu – úspešný spôsob vytvorenia komfortných životných podmienok aj tam, kde nie sú dostupné centralizované komunálne siete a bežnejšie zdroje energie.

Výber systému závisí od územného umiestnenia nehnuteľnosti a finančných možností majiteľov.

Máte skúsenosti s výrobou geotermálneho tepelného čerpadla? Prosím, podeľte sa o informácie s našimi čitateľmi, ponúknite svoj variant montáže. Zanechávať komentáre a pripájať fotografie svojich vlastných výrobkov môžete vo formulári umiestnenom nižšie.