Geotermalna toplinska pumpa vlastitim rukama za grijanje kuće: uređaj, projektiranje, samostalna montaža

Organizirati grijanje i toplu vodu privatne kuće moguće je na različite načine, na primjer, spojiti se na komunikacije centralnog plinskog opskrbljivanja ili prebaciti sustave grijanja na potrošnju električne energije. Slažete li se?

A možete sastaviti geotermalnu toplinsku pumpu vlastitim rukama i učinkovito koristiti toplinu zemlje za stvaranje ugodnih životnih uvjeta. Naravno, to je prilično naporan proces, ali za one koji se barem malo razumiju u tehniku, to neće predstavljati veliki problem.

U našem članku govorit ćemo o principima rada i vrstama geotermalnih uređaja. Reći ćemo vam kako od dostupnih materijala samostalno izraditi toplinsku pumpu. Osim toga, u članku ćete pronaći savjete stručnjaka za odabir geoagregata. A priloženi videozapisi otkrit će tajne montaže i principe rada geotermalnih pumpi.

Kako radi toplinski geoagregat?

Algoritam rada geotermalne toplinske pumpe temelji se na prijenosu topline iz izvora s niskim potencijalom toplinske energije na toplinski medij. Zemlja ovdje igra ulogu radijatora ljeti i aktivni je izvor topline zimi.

Razlika temperatura tla pomaže povećati ukupnu učinkovitost sustava i doprinosi smanjenju stvarnih operativnih troškova.

U osnovi djelovanja geotermalne toplinske pumpe leži fenomen toplinske inercije. Temperatura tla na dubini od 6 metara i niže gotovo točno odgovara prosječnoj godišnjoj temperaturi zraka u regiji i vrlo slabo se mijenja tijekom cijele kalendarske godine

U praksi, u cjevovod smješten u tlu ulazi aktivni toplinski medij i tamo se zagrijava za nekoliko stupnjeva. Zatim medij prelazi u izmjenjivač topline (ili isparivač) i prenosi akumuliranu toplinsku energiju na unutarnji sistemski krug.

Princip rada geotermalnih instalacija sličan je radu rashladnih sustava. Upravo zato se neke vrste toplinskih pumpi ljeti uspješno koriste kao klima uređaji i pomoću njih se hladi zrak u stambenim prostorijama.

Rashladno sredstvo koje radi u vanjskom krugu zagrijava se u isparivaču, pretvara se u plin i ulazi u kompresor. Tamo se sabija pod utjecajem visokog tlaka i postaje još toplije.

Užareni plin prelazi u kondenzacijski uređaj i predaje toplinsku energiju radnom toplinskom mediju unutarnjeg sustava koji je odgovoran za grijanje kuće. Po završetku procesa rashladno sredstvo, koje je izgubilo toplinu, vraća se u početnu točku u tekućem stanju.

Koje su vrste geotermalnih instalacija?

Geotermalne toplinske crpke razlikuju se jedna od druge prema vrsti toplinskog medija u unutarnjem i vanjskom krugu konstrukcije. Energiju uređaja dobivaju iz tla, vode (podzemne vode ili otvorena prirodna vodena tijela) ili zraka.

Unutar stambenog prostora toplinski resurs koristi se za grijanje prostorija, zagrijavanje vode i klimatizaciju zraka. Ovisno o kombinaciji korištenih elemenata i funkcija, vrši se klasifikacija sustava na tipove: "tlo-voda", "voda-voda" i "zrak-voda".

Opcija #1. Montaža prema tehnologiji 'zemlja-voda'

Crpka "tlo-voda" – jedna je od najučinkovitijih opcija alternativnog grijanja za stambene prostore. Načelo njezinog djelovanja svodi se na prikupljanje pomoću sondi ili kolektora toplinske energije iz tla i njezin prijenos u kućni vodeni sustav grijanja.

Geotermalne toplinske crpke "tlo-voda" – to su visokotehnološki progresivni uređaji. Odlikuju se izuzetnom pouzdanošću i pokazuju visoku razinu učinkovitosti. Ne zahtijevaju stalnu intervenciju vlasnika u rad, ali trebaju profesionalno servisno održavanje.

Tehnologiju pomaže ostvariti posebna instalacija koja se sastoji od geotermalnog izmjenjivača topline smještenog ispod dubine stvarnog smrzavanja tla i same toplinske crpke koja funkcionira kao hladnjak, samo obrnuto (obrnuti Carnotov ciklus).

Kako radi uređaj

Instalacija "tlo-voda", koja grije stambene prostore putem obnovljive topline koju proizvodi tlo, djeluje prema sljedećem algoritmu:

1. Radna tekućina (salamura ili antifriz) koja se kreće geotermalnim krugom, prima temperaturu tla i putem crpke prenosi se u izmjenjivač topline – isparivač. Tamo predaje prikupljenu toplinu freonu, a sama, postavši hladnija za 2-5 °C, vraća se u početnu točku.
2. Obogaćen toplinskom energijom freon isparava i, primivši plinovito stanje, ulazi u kompresorsku instalaciju. Tamo se temperatura plina povećava sabijanjem i stvara se kondenzat.
3. Toplinska energija prenosi se toplinskom mediju u kućnom sustavu grijanja, a freon ponovno poprima tekući oblik. Njegov tlak pada nakon prolaska kroz ekspanzijski ventil sustava i rashladno sredstvo vraća se natrag u isparivač kako bi prikupilo sljedeću količinu resursa.

Kao rezultat ovog postupka, količina toplinske energije preuzete iz tla i prenesene u sustav grijanja stambene zgrade više je od 4 puta veća od količine električne energije utrošene za osiguravanje ispravnog rada kompresorske jedinice, cirkulacijske pumpe i upravljačkog bloka.

Glikolna smjesa s dobrim indeksom viskoznosti, voda s alkoholom ili slana otopina – upravo takve tekućine koje se ne smrzavaju koriste se u sustavu 'tlo-voda'. Ekološki su sigurne, učinkovito primaju toplinu i prenose je do crpne stanice.

Dodatni bonus je što sustav može raditi i u obrnutom smjeru, odnosno za hlađenje. Doduše, gubitak učinkovitosti doseže 20%, ali to se smatra opravdanim s obzirom na visoku sposobnost grijanja opreme.

Opcije smještaja sustava 'tlo-voda'

Za stvaranje vanjskog kruga sustava 'tlo-voda' koriste se visokočvrste polimerne cijevi dobrih radnih karakteristika. Postavljaju se vodoravno, polažući na dno iskopa na način koji podsjeća na uređenje komunikacija za sustave 'podno grijanje'.

Toplinska pumpa 'tlo-voda' pouzdana je, učinkovita i tiha u radu, no njezina instalacija stoji pozamašan novac i traje dugo (najmanje 1 mjesec za građevinsko-montažne i podešavajuće radove). Ovu točku svakako treba uzeti u obzir prije nego što se odlučite za sustav grijanja takvog tipa.

Prilikom instalacije koristi se površina od 25-50 m2 po svakom pojedinom kilovatu snage ugrađene pumpe. Dubina iskopa odabire se ispod granice smrzavanja, a točne dimenzije i razmak polaganja cijevi određuju se dodatnim proračunom.

Vlasnicima velikih zemljišnih posjeda koji su odabrali geotermalnu toplinsku pumpu tipa 'tlo-voda' za grijanje kuće, preporučuje se ugradnja horizontalnih kolektora. Vlasnicima malih parcela više odgovara montaža dubinskih sondi jer one idu duboko u tlo i ne 'jedu' korisnu površinu uz kuću.

Područja na kojima su uređene komunikacije geotermalnih sustava 'tlo-voda' više se ne koriste za poljoprivredne potrebe. Na njima se može urediti lijepi travnjak ili cvjetnjak s cvjetajućim jednogodišnjim biljkama.

Vertikalna montaža je mnogo problematičnija i zahtijeva korištenje profesionalne opreme. Na parceli se pomoću bušaćeg uređaja buši bušotina dubine od 20 do 150 m, u nju se spušta posebna geotermalna sonda i spaja se na pumpu koja dovodi radnu tekućinu u kućni sustav grijanja.

Vertikalna sonda za geotermalni sustav "zemlja-voda" predstavlja glavu s priključenim cijevima. Uranja se u bušotinu dubine od 18 m ili više. Točan broj bušotina i sondi, dubina potrebnog uranjanja i stvarni promjer cjevovoda izračunavaju se zasebno za svaki pojedinačni slučaj na temelju informacija dobivenih geološkim istraživanjem koje su proveli stručnjaci na lokaciji.

Sondne cijevi koje odlaze od izbušenih bušotina ulaze u kolektorski bunar. Od njega prema toplinskoj crpki vode 2 glavne linije (dovodna i povratna), opremljene izolacijskim pokrovom. Promjer glavnog voda ovisi o ukupnom volumenu sustava i prostorije koju treba grijati. Ponekad parametri dosežu 160 mm.

Prema približnim izračunima, za grijanje stambene kuće površine od oko 100 m2 bit će potrebno oko 7,5 kWh energije. Vertikalne sonde za stvaranje sustava grijanja "zemlja-voda" u ovom će slučaju trebati spustiti u tlo na 110-115 metara, ili zauzeti 250 m2 susjednog zemljišta za horizontalne komunikacije (+).

Zbog činjenice da je na dubini temperatura tla uvijek viša i stabilnija zbog utjecaja Zemljine jezgre, vertikalni način polaganja sustava grijanja prepoznat je kao maksimalno učinkovit. On pokazuje visoku razinu učinkovitosti i pouzdano radi dugi niz godina, bez kvarova i smetnji.

Opcija #2. Značajke toplinskih pumpi 'voda-voda'

Geotermalni sustav "voda-voda" koristi toplinsku energiju vodenog resursa. To je moguće jer na velikoj dubini temperatura vode, kao i tla, ostaje prilično visoka i tijekom cijele godine zadržava stabilne konstantne vrijednosti.

Za uređenje sustava "voda-voda" i dobivanje niskopotencijalne toplinske energije mogu se koristiti otvorene vodene površine (jezera, rijeke), bunari, bušotine, pa čak i otpadne vode tehnoloških ciklusa industrijskih proizvodnih procesa (vodoopskrba obrnutog tipa).

Načelne konstrukcijske razlike između toplinske crpke "tlo-voda" i "voda-voda" nema. No, najmanje financijske i radne troškove zahtijeva sustav uređen na temelju otvorenog vodnog tijela. Za montažu nisu potrebni veliki radovi bušenja.

Cijevni materijal s toplinskim medijem jednostavno se opremi teretom, uroni u vodu i putem spojnih komunikacija priključi na kućni sustav grijanja.

Međutim, takva je opcija moguća samo u slučaju kada se zemljišna parcela neposredno naslanja na vodu i svi komunikacijski dijelovi sustava su pod nadzorom vlasnika. Ako nema pristupa otvorenom vodnom tijelu, koristi se potencijal podzemnih voda.

Istina, to povlači za sobom ozbiljne zemljane radove i izgradnju složenih konstrukcija, primjerice dodatnog bunara namijenjenog za ispuštanje vode koja prolazi kroz izmjenjivač topline.

Pri instalaciji dizalice topline voda-voda postavljaju se ne jedna, već dvije bušotine. Kroz jednu se uzima radna voda i, nakon prolaska kroz izmjenjivač topline, preusmjerava u drugu, koja se nalazi u smjeru toka podzemne vode. Tijekom postavljanja treba uzeti u obzir da prihvatna bušotina mora biti udaljena od dovodne bušotine najmanje 6 metara i obavezno nizvodno.

Obično se instalacije tipa voda-voda postavljaju tamo gdje nije moguće priključiti centralne komunikacije ili koristiti druge vrste toplinskih medija.

Stručnjaci tvrde da je alternativno grijanje ovog tipa izuzetno učinkovito u modernim građevinama koje imaju minimalni pokazatelj gubitaka topline.

Pri izradi i postavljanju vlastitim rukama geotermalnih sustava grijanja voda-voda vrlo je važno koristiti materijale s visokom razinom otpornosti na koroziju, smrzavanje i druge agresivne vanjske utjecaje. Tada će oprema dugo trajati i neće uzrokovati nikakve probleme vlasniku.

Ako je kuća dobro izolirana, zaštićena od propuha, vlage i prodora smrznutog zraka ili izgrađena korištenjem suvremenih tehnologija toplinske izolacije, trošak sustava grijanja značajno se smanjuje zbog otvorene mogućnosti nabave crpne opreme znatno manje snage.

Opcija #3. Uređenje sustava 'zrak-voda'

Dizalica topline zrak-voda za rad koristi najpristupačniji, neograničeni i obnovljivi prirodni energetski resurs – zrak. Oprema funkcionira pomoću ventilatora i isparivača, ujedinjenih u jedinstveni sklop.

Najveću učinkovitost pokazuje pri temperaturama do -15°C. Pri agresivnijim vrijednostima gubi znatan dio snage.

Dizalica topline zrak-voda stoji znatno jeftinije nego modeli voda-voda i zemlja-voda. Modul je prikladan za regije s relativno blagim zimama. U hladnim sjevernim područjima, gdje mrazevi prelaze -20…25°C, instalacija zračne opreme smatra se neisplativom.

Agregat je izuzetno zgodan po tome što ne zahtijeva od vlasnika privatne kuće posjedovanje specijalne opreme za montažu i provođenje složenih instalacijskih radova.

Ne zahtijeva iskop zemlje, bušenje bušotina i druge naporne radnje. Lako se montira i ne zauzima puno prostora. Može ispravno funkcionirati smješten na krovu stambenog prostora.

Geotermalnu dizalicu topline zrak-voda moguće je instalirati na parceli neposredno uz stambene objekte. Radi tiho i ima moderan privlačan izgled koji ne narušava cjelokupni dizajn terena.

Glavne prednosti opreme uključuju gotovo bešuman rad i mogućnost ponovne upotrebe topline koja izlazi iz grijanog prostora u obliku otpadnog zraka, vode, plina, dima i sl.

Održavanje sustava vlasnici obavljaju samostalno:

• čiste lopatice ventilatora i zaštitne rešetke na isparivačkoj jedinici od prašine, sitnog otpada i lišća;
• podmazuju kompresor posebnim sredstvom navedenim u uputama proizvođača;
• mijenjaju ulje u pogonskim jedinicama (ventilator, kompresor) s određenom periodičnošću;
• provjeravaju cjelovitost napojnog kabela i bakrenog cjevovoda kroz koji rashladno sredstvo cirkulira u sustavu.

Osim ovih radnji, proizvođači opreme za dizalice topline snažno savjetuju klijentima da kontroliraju stanje toplinskih senzora koji odražavaju funkcioniranje upravljačke jedinice.

Potrebno ih je brisati, pažljivo uklanjajući prašinu i masne mrlje s površine. To će produžiti «život» sustava zrak-zrak i učiniti proces rada jednostavnijim i udobnijim.

Kako napraviti agregat vlastitim rukama?

Bez obzira na to koji je izvor resursa (tlo, voda ili zrak) odabran za grijanje, za ispravno funkcioniranje sustava bit će potrebna dizalica topline.

Ovaj uređaj sastoji se od sljedećih elemenata:

• kompresorska jedinica (međuelement kompleksa);
• isparivač, koji prenosi niskopotencijalnu energiju toplinskom mediju;
• prigušni ventil kroz koji rashladno sredstvo pronalazi povratni put u isparivač;
• kondenzator gdje freon predaje toplinsku energiju i hladi se na početnu temperaturu.

Cjeloviti sustav može se kupiti od proizvođača, ali to će koštati popriličan iznos. Kada nemate slobodnog novca pri ruci, isplati se napraviti toplinsku dizalicu vlastitim rukama od dostupnih dijelova i po potrebi dokupiti nedostajuće rezervne dijelove.

Planirajući ugradnju geotermalnog sustava grijanja u privatnoj kući, prije svega treba voditi računa o smanjenju razine toplinskih gubitaka. Za to je potrebno izolirati zidove posebnim materijalom, vrata i prozorske okvire opremiti pjenastim brtvama, a pod i strop zaštititi polistirenskim pločama. Tada će toplina koju je proizvela dizalica u maksimalnoj mjeri ostati unutar prostorije.

Kada je donesena odluka o vlastoručnoj izradi toplinske dizalice, potrebno je obavezno provjeriti stanje postojeće električne instalacije i električnog brojila u kući.

Ako su ovi elementi istrošeni i stari, potrebno je pregledati sva područja, otkriti moguće kvarove i otkloniti ih još prije početka radova. Tada će sustav odmah nakon pokretanja besprijekorno raditi i neće uznemiravati vlasnike kratkim spojevima, paljenjem instalacije i ispadanjem osigurača.

Način #1. Montaža iz hladnjaka

Za sastavljanje toplinske pumpe vlastitim rukama, sa starog hladnjaka skida se zavojnica smještena straga. Ovaj dio koristi se kao kondenzator i stavlja u izdržljivi spremnik otporan na visoke temperature. Na njega se pričvrsti ispravno radni kompresor, a kao isparivač koristi se jednostavna plastična bačva.

Ako se za izradu pumpe koristi vrlo stari hladnjak, bolje je zamijeniti freon u njemu novim. To se ne može učiniti samostalno, pa će se morati pozvati majstor s posebnom opremom. On će brzo zamijeniti radnu tekućinu i sustav će raditi u željenom režimu.

Pripremljeni elementi se međusobno spajaju, a zatim se stvoreni agregat putem polimernih cijevi spaja na sustav grijanja i pristupa se radu opreme.

Detaljne upute za sastavljanje toplinske pumpe iz hladnjaka opisane su u ovom članku.

Način #2. Toplinska pumpa iz klima uređaja

Kako bi se napravila toplinska pumpa, klima uređaj se modificira i provodi se preuređenje nekih glavnih sklopova. Prvo se vanjski i unutarnji blokovi zamijene mjestima.

Isparivač, koji prenosi niskotemperaturnu toplinu, ne postavlja se dodatno jer se već nalazi u unutarnjem bloku uređaja, a kondenzator koji prenosi toplinsku energiju nalazi se u vanjskom bloku. Kao prijenosnik topline prikladni su i zrak i voda.

Ako ova opcija montaže nije prikladna, kondenzator se ugrađuje u zasebni spremnik namijenjen pravilnoj izmjeni topline između izvora grijanja i prijenosnika topline.

Sam sustav opremljen je četverosmjernim ventilom. Za ovaj posao obično se poziva stručnjak s profesionalnim vještinama i iskustvom u provedbi takvih radnji.

Suvremeni split sustavi slabo su učinkoviti pri niskim temperaturama, stoga stručnjaci ne preporučuju njihovu upotrebu za samostalnu izradu toplinskih pumpi.

U trećoj varijanti klima uređaj se potpuno rastavlja na sastavne dijelove, a zatim se od njih sastavlja pumpa prema uobičajenoj shemi: isparivač, kompresor, kondenzator. Gotovi uređaj spaja se na opremu za grijanje kuće i pristupa se korištenju.

Na web stranici postoji niz članaka o izradi toplinskih pumpi vlastitim rukama, preporučujemo da se upoznate:

1. Kako napraviti dizalicu topline za grijanje doma vlastitim rukama: princip rada i sheme montaže
2. Kako napraviti dizalicu topline zrak-voda: sheme uređaja i samostalna montaža

Savjeti za odabir sustava

Montaža opreme tipa 'zemlja-voda' skuplja je od svih ostalih opcija jer zahtijeva duboke zemljane radove pri vertikalnom postavljanju opreme ili veliku slobodnu površinu parcele pri horizontalnom polaganju komunikacija.

Ti parametri ograničavaju korištenje sustava i bitno smanjuju njegovu privlačnost.

Ugradnja pumpe 'voda-voda' također ima određena ograničenja. Ako se u blizini nalazi dostupno vodno tijelo, sustav se može smjestiti u njega. Nedostatak otvorenih voda povući će bušenje bunara i odvodnih zdenaca, što također nije jeftino.

Pumpa 'zrak-voda' ne predstavlja probleme s ugradnjom i može ispravno raditi čak i u višestambenim zgradama, ali kod oštrih zima s niskim temperaturnim vrijednostima njena učinkovitost opada i za njezino održavanje potreban je paralelni izvor energije.

Međutim, uređenje geotermalnog grijanja na kraju vraća svoje troškove i počinje proizvoditi besplatni resurs, omogućujući vlasnicima da žive u maksimalno ugodnim, prijatnim i komfornim uvjetima, bez trošenja velikih sredstava na komunalne usluge.

Zaključci i koristan video na temu

U videu je jasno prikazano kako je u velikoj kući od plinskog silikatnog bloka uređen sustav grijanja na temelju geotermalne toplinske opreme 'zrak-voda'. Otkrivene su neke zanimljive nijanse u vezi montaže opreme i iznesene su stvarne brojke komunalnih troškova za mjesec dana.

Kako radi oprema 'zemlja-voda'. Detaljan opis od stručnjaka za ugradnju geotermalnih toplinskih kotlova, preporuke i korisni savjeti za kućne majstore od profesionalca svoga zanata.

Svojim dojmovima o toplinskoj geotermalnoj pumpi dijeli stvarni korisnik opreme.

Profesionalni vodoinstalater priča kako u domaćim uvjetima izraditi toplinsku pumpu na temelju snažnog kompresora i cjevastih izmjenjivača topline. Detaljna uputa u korak-po-korak načinu.

Geotermalna pumpa za grijanje privatnog kućanstva – uspješan način stvaranja ugodnih životnih uvjeta čak i tamo gdje su nedostupni centralizirani komunikacijski sustavi i uobičajeniji izvori energetskog resursa.

Odabir sustava ovisi o teritorijalnom položaju nekretnine i financijskim mogućnostima vlasnika.

Imate iskustva u izradi geotermalne toplinske pumpe? Molimo podijelite informacije s našim čitateljima, predložite svoju verziju montaže. Komentare i prilaganje fotografija svojih rukotvorina možete ostaviti u obrascu koji se nalazi ispod.