Geothermische Heizung: das Prinzip der Operation, die Vor- und Nachteile, die Feinheiten der Konstruktion

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Häuser zu heizen. Die Aufmerksamkeit der Menschen konzentriert sich natürlich darauf, Wege zu finden, die die geringste Energie verbrauchen. Heftige Streitigkeiten werden durch eine so fortschrittliche Methode der Wärmegewinnung verursacht, wie die Verwendung unterirdischer Quellen.

Das Prinzip der geothermischen Heizung beinhaltet den Einsatz von Wärmepumpen. Sie arbeiten nach dem klassischen Carnot-Zyklus, indem sie ein kaltes Kühlmittel tief unter sich aufnehmen und im Gegenzug einen auf 50 Grad erhitzten Flüssigkeitsstrom im Heizsystem erhalten. Die Anlage arbeitet mit einem Wirkungsgrad von 350 bis 450% (dies widerspricht nicht den grundlegenden physikalischen Gesetzen, warum - es wird später gesagt werden).Eine Standardwärmepumpe heizt ein Haus oder ein anderes Gebäude aufgrund der Erdwärme über 100 000 Stunden auf (das ist der mittlere Abstand zwischen vorbeugenden Überholungen).

Aufheizen bis zu 50 Grad ist kein Zufall. Nach den Ergebnissen spezieller Berechnungen und der Untersuchung praktisch implementierter Systeme wurde dieser Indikator als der effektivste anerkannt. Daher wird die Bodenheizung, die den Energiefluss aus der Tiefe nutzt, hauptsächlich nicht durch Heizkörper, sondern durch einen warmen Boden- oder Luftkreislauf ergänzt. Im Durchschnitt kann pro 1000 W Energie, die die Pumpe antreibt, eine Wärmeenergie von etwa 3500 W erreicht werden. Vor dem Hintergrund der steigenden Kosten für das Kühlmittel im Hauptnetz und anderer Heizmethoden ist dies ein sehr angenehmer Indikator.

Die Erdwärme wird durch drei Kreisläufe gebildet:

• Erdkollektor;
• Wärmepumpe;
• in der Tat, ein Heizungskomplex zu Hause.

Der Grund ist einfach - das Wasser, das in einer ausreichend erhitzten Bodenschicht gefunden wird, erodiert schnell die Ausrüstung. Und selbst solch eine Flüssigkeit kann nicht willkürlich gefunden werden. Die Wahl eines spezifischen Kühlmittels wird durch die Konstruktionsentscheidungen der Ingenieure bestimmt. Die Pumpe wählt abhängig vom Gerät die übrigen Teile des Systems aus. Da die Tiefe des Brunnens (das Niveau der Ausrüstung) durch natürliche Bedingungen bestimmt wird, sind die entscheidenden Unterschiede zwischen den Arten von geothermischen Systemen mit der Vorrichtung des Reservoirs im Boden verbunden.

Die horizontale Struktur impliziert die Lage des Kollektors unter der Gefriergrenze des Bodens. Dies bedeutet je nach Standort eine Vertiefung von 150-200 cm, die mit verschiedenen Rohren, wie Kupfer (mit einer Außenschicht aus PVC) und Metall-Kunststoff, ausgestattet werden kann. Um von 7 bis 9 kW Wärme zu bekommen, müssen Sie mindestens 300 Quadratmeter verlegen. m Sammler. Diese Technik erlaubt es nicht, sich den Bäumen um mehr als 150 cm zu nähern, und nach Abschluss der Installation ist es notwendig, das Territorium zu verbessern.

Ein vertikal freigelegtes Reservoir impliziert das Bohren von mehreren Vertiefungen, die notwendigerweise in verschiedene Richtungen gerichtet sind, und jede führt von ihrem eigenen Winkel aus. Im Inneren der Brunnen sind Erdwärmesonden, die thermische Rückkehr von 1 läuft. m erreicht etwa 50 Watt. Es ist leicht zu berechnen, dass für eine identische Wärmemenge (7-9 kW) 150-200 m Brunnen geliefert werden müssen. Der Vorteil ist in diesem Fall nicht nur in der Wirtschaft, sondern auch darin, dass sich die Landschaftsstruktur des Territoriums nicht ändert. Es muss nur eine kleine Fläche für die Installation der Senkkasteneinheit und für das Aufstellen eines konzentrierenden Kollektors zugewiesen werden.

Eine aus Wasser erwärmte Kontur ist praktisch, wenn es möglich ist, eine externe Wärmeaustauscheinheit bis zu einer Tiefe von 200 bis 300 cm in einen See oder Teich zu bringen. Voraussetzung ist jedoch die Lage des Stausees im Umkreis von 0,1 km vom beheizten Gebäude und die Wasserfläche von mindestens 200 Quadratmetern. m) Es gibt auch Luftwärmetauscher, wenn Wärme von einem externen Stromkreis aus der Atmosphäre erzeugt wird. Solch eine Entscheidung manifestiert sich perfekt in den südlichen Regionen des Landes und erfordert keine Ausgrabungsarbeiten. Die Schwäche des Systems ist ein niedriger Wirkungsgrad bei einem Frost von 15 Grad und ein vollständiger Stopp, wenn die Temperatur auf 20 Grad fällt.

Die geothermische Heizung eines Landhauses verbraucht zuallererst keinen teuren und umweltverschmutzenden Luftmineraltreibstoff. Bereits 7 der 10 in Schweden gebauten neuen Häuser werden auf diese Weise beheizt. An heißen Tagen wird die geothermische Ausrüstung von einem Heizgerät zu einem Mittel zur passiven Konditionierung. Entgegen der landläufigen Meinung braucht ein solches Heizsystem keine Vulkane oder Geysire. Im gewöhnlichen flachen Gelände wirkt es nicht schlechter.

Die einzige Bedingung ist, den Punkt unterhalb der Gefrierlinie durch die thermische Kontur zu erreichen.wo die Temperatur des Bodens immer von 3 bis 15 Grad ist. Ultra-hohe Effizienz scheint nur den Naturgesetzen zu widersprechen; Die Wärmepumpe ist mit Freon gesättigt, das unter der Wirkung von sogar "Eiswasser" verdampft, das den Menschen erscheint. Dampf wärmt den dritten Kreislauf. Ein solches Schema ist ein nach innen gekehrter Kühlschrank. Die Pumpeneffizienz bezieht sich daher nur auf das Mengenverhältnis von elektrischer Energie und thermischen Ressourcen. An sich ist der Antrieb "wie es sein sollte", mit unvermeidlichem Energieverlust.

Objektive Vorteile der Erdwärmeheizung können in Betracht gezogen werden:

• ausgezeichnete Effizienz;
• eine solide Betriebszeit (die Wärmepumpe war zwei bis drei Jahrzehnte in Betrieb und geologische Sonden sind bis zu 100 Jahre alt);
• Stabilität der Arbeit unter fast allen Bedingungen;
• fehlende Bindung an Energieträger;
• volle Autonomie.

Es gibt ein ernstes Problem, das verhindert, dass Erdwärme eine wirklich übliche Lösung ist. Dies, wie die Bewertungen der Eigentümer zeigen, ist der hohe Preis für das Design. Um das übliche Haus von 200 Quadratmetern zu erwärmen. m (nicht so selten), wird es notwendig sein, ein schlüsselfertiges System für 1 Million Rubel zu bauen, bis zu 1/3 dieser Menge ist eine Wärmepumpe. Automatisierte Installationen sind sehr komfortabel, und wenn alles richtig eingerichtet ist, können sie jahrelang arbeiten, ohne dass Menschen eingreifen müssen. Alles hängt nur von der Verfügbarkeit von Mitteln ab. Ein weiterer Nachteil ist die Abhängigkeit von der Stromversorgung der Pumpeinheit.

Nicht wenige versuchen mit eigenen Händen Erdwärme zu erzeugen. Damit ein solches System funktioniert, müssen jedoch sorgfältige Berechnungen durchgeführt werden, und auch das Layout der Rohrverdrahtung ist erforderlich. Es ist unmöglich, den Brunnen um mehr als zwei bis drei Meter näher an das Haus heranzubringen, die maximal zulässige Bohrtiefe beträgt 200 m, aber Brunnen, die gut 50 km erreichen, zeigen eine gute Effizienz.

Die wichtigsten Parameter, die bei Berechnungen berücksichtigt werden, sind:

• Temperatur (Tiefe von 15-20 m und mehr erwärmt sich je nach den Bedingungen zwischen 8 und 100 Grad);
• der Wert der rückgewinnbaren Leistung (durchschnittlich - 0,05 kW pro 1 m);
• Einfluss von Klima, Feuchtigkeit und Kontakt mit Grundwasser auf Wärmeübertragung.

Was sehr interessant ist, sind völlig trockene Gesteine, die nicht mehr als 25 W mit 1 m ergebenund wenn es Grundwasser gibt, steigt diese Zahl auf 100-110 Watt. Wir dürfen nicht vergessen, dass die Standardbetriebszeit der Wärmepumpe 1800 Stunden pro Jahr beträgt.Wenn dieser Indikator überschritten wird, wird das System nicht effizienter, aber sein Verschleiß wird schnell wachsen. Was viel schlimmer ist, die Überausbeutung der thermischen Ressource des Untergrundes führt zu deren Abkühlung und sogar zum Einfrieren von Steinen in der Arbeitstiefe. Danach kann Erde absinken, manchmal werden Arbeitsrohre und oberirdische Strukturen beschädigt.

Die Wärmeversorgung auf Kosten unterirdischer Quellen sollte nach einem streng entwickelten Algorithmus erfolgen. Da Wasser- und Luftsysteme begrenzt sind, umfassen die meisten praktischen Optionen das Bohren von Bohrlöchern.Und das ist ein weiterer Grund, nicht alles mit eigenen Händen zu machen. Nur spezielle Geräte ermöglichen das Eindringen in eine Tiefe von 20-100 m, wo die notwendigen Bedingungen für die Heizung geschaffen werden. Die Verwendung von Kunststoffrohren, die für einen Druck von etwa 6 bar ausgelegt sind, ist als Sonden zulässig.

Um die Leistung des Systems zu verbessern, verwenden Sie eine Umreifung von 3 oder 4 LinienDie Endabschnitte sind in der Form des Buchstabens U verbunden. Die Erwärmung entlang der Kontur ist sehr wichtig, dadurch wird das Reißen der Rohre bei starkem Frost beseitigt. Diese Erwärmung wird durch einen Draht ausgeführt, der in die Mitte des Kanals gestreckt ist, durch den Strom angelegt wird. Wenn keine Energiepfähle angelegt werden können, müssen horizontale Empfänger verwendet werden. Für sie wird der Boden mit Abmessungen von 15x15 m vorbereitet, der Boden wird bis zu einer Tiefe von 0,5 m entfernt.

Dieses ganze Gebiet wird benötigt, um ähnliche Sonden zu legen. Häufig werden elektrische Matten oder Rohre verwendet, die Wärme austauschen. Um die Effizienz des Heizsystems zu verbessern, wenden Sie das Layout des Rohres in einer Spirale oder in Form einer "Schlange" an. Es ist unmöglich, genau zu sagen, was besser ist - fertige Komplexe, Massenproduktion oder Selbstorganisation.Im ersten Fall wird das Kompatibilitätsproblem automatisch gelöst, aber im zweiten Fall erhöht sich die Flexibilität, das Modernisierungspotenzial steigt (obwohl dem Design mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte).

Hobbybauer können sich von einem typischen Wärmespeicher lösen und ihn durch einen Betonestrich ersetzen. Die geothermische Heizung in einem solchen System beseitigt die Notwendigkeit signifikanter Temperaturstöße. Es ist möglich, Experimente mit verschiedenen Wärmeübertragungsflüssigkeiten durchzuführen, sowie Kompressoren mit unterschiedlicher Kapazität zu montieren. Durch die richtige Berechnung der Last und die korrekte Verteilung der Wärme entlang der Verbraucherschaltkreise können Sie das System um 15-20% effizienter machen. Parallel dazu werden die Stromkosten erheblich gesenkt.

Horizontal verlegte Rohre werden in einer Tiefe von 50-300 cm verlegt, im Bereich der Autobahnen sind sie am kleinsten, sie sind in Form von Windungen ausgeführt. Aber zwischen den einzelnen zwei Autobahnen sollte mindestens 200 mm sein. Bei allen Bauarbeiten muss die thermische Rückführung des Bodens ermittelt werden. Wenn es weniger als 20 Watt pro 1 Quadrat ist. m, die geothermische Kontur hat keinen Sinn. Um den Grundwasserabfluss zu gewährleisten, ist der Boden der Gruben mit einer Sandschicht bedeckt.Rohre auf der Basis von vernetztem Polyethylen funktionieren gut.

Der effizienteste Betrieb der Wärmepumpe wird in Räumen mit einer Lufttemperatur zwischen 14 Grad Celsius gewährleistet. Wann immer möglich, sollten Sie die vertikale Ausrichtung der Konturen zur Horizontalen bevorzugen, da sie die effizienteste ist. Gemessen an den Bewertungen, reine Erdwärme ist irrational, es das Wasser zu lange erhitzt, weil in vielen Fällen ein solches System eine rein unterstützende Rolle ausführt. Um die höchste Leistung zu erzielen, sollten Sie sich auf die maximal zulässige Intensität der Beteiligung der thermischen Ressource und die geschätzten Flussraten der Quelle konzentrieren.

Wenn der Boden nicht trockenes Gestein und heißes Wasser ist, ist dies fast die optimale Situation. Dann ist es möglich, Geld zu sparen und den maximalen Nutzen zu erzielen. Aber wir müssen uns daran erinnern, dass, wenn geplant ist, gleichzeitig heiße unterirdische Quellen für die Wasserversorgung zu nutzen, das Wasser in ihnen die hygienischen Standardanforderungen erfüllen muss. Wenn chemische Analyse die Anwesenheit von korrosiven Komponenten zeigt, ist es zweckmäßig, zwei unabhängige Schaltungen anzuordnen, in der die Flüssigkeit nicht gerührt wird, und es gibt nur Wärmeaustausch.Die Kompressoren sind an den Wänden entweder von Kühlschränken oder Klimaanlagen befestigt.

Wenn die Hausverkabelung eher schwach ist, lohnt es sich, ein paar Kompressoren zu verwenden, um den Anlaufstrom durch die Reihenschaltung zu reduzieren. Bei der Installation von Kondensatoren sollte die Bewegung von Freon in ihnen von der Spitze nach unten und nicht umgekehrt. Damit der Kollektor stabil arbeiten und den Raum heizen kann, muss seine Fläche (für ein privates Haus von 100 m2) 200-250 m2 betragen. Ein horizontales Heizsystem sollte nicht verwendet werden, wenn Sie planen, den Garten oder Gemüsegarten später aufzuteilen. Sogar eine herkömmliche Bohrlochpumpe kann verwendet werden, um das System zu vervollständigen.

Über welche geothermische Heizung und wie man es installiert, siehe das folgende Video.