Geotermālais siltumsūknis pašrocīgi mājas apkurei: iekārta, projektēšana, pašrocīga salikšana

Apkuri un karstā ūdens apgādi privātmājā var organizēt dažādos veidos, piemēram, pieslēgties centralizētās gāzes apgādes tīkliem vai pāriet uz elektroenerģijas patēriņu apkures sistēmās. Vai piekrītat?

Bet var samontēt geotermālo siltumsūkni pašrocīgi un efektīvi izmantot zemes siltumu, lai radītu komfortablus dzīves apstākļus. Protams, tas ir diezgan darbietilpīgs process, bet tiem, kaut nedaudz saprot tehniku, tas nesagādās lielas grūtības.

Mūsu rakstā tiks runāts par geotermālo iekārtu darbības principiem un veidiem. Mēs pastāstīsim, kā no pieejamiem materiāliem patstāvīgi izveidot siltumsūkni. Turklāt rakstā jūs atradīsiet ekspertu padomus par ģeoagregātu izvēli. Un ievietotie video atklās uzstādīšanas noslēpumus un geotermālo sūkņu darbības principus.

Kā darbojas siltuma ģeoagregāts?

Geotermālā siltumsūkņa darbības algoritms balstās uz siltuma pārnesi no avota ar zemu siltumenerģijas potenciālu uz siltumnesēju. Zeme šeit vasarā pilda radiatora lomu un ziemas sezonā ir aktīvs siltuma avots.

Augsnes temperatūru starpība palīdz paaugstināt sistēmas kopējo efektivitāti un veicina faktisko ekspluatācijas izmaksu samazināšanos.

Geotermālā siltumsūkņa darbības pamatā ir tāda parādība kā termiskā inerce. Zemes temperatūra dziļumā no 6 metriem un dziļāk gandrīz precīzi atbilst reģiona gada vidējai gaisa temperatūrai un ļoti vāji mainās visa kalendārā gada laikā.

Praksē cauruļvadā, kas ievietots augsnē, nonāk darba siltumnesējs un tur uzsilst par dažiem grādiem. Pēc tam sastāvs nonāk siltummaiņas mezglā (vai iztvaicētājā) un nodod uzkrāto siltumenerģiju iekšējai sistēmas kontūrai.

Geotermālo iekārtu darbības princips ir līdzīgs saldēšanas sistēmu funkcionēšanai. Tieši tāpēc dažus siltumsūkņu veidus vasaras laikā veiksmīgi izmanto kā gaisa kondicionētājus un ar to palīdzību dzesē gaisu dzīvojamās telpās.

Dzesētājs, kas darbojas ārējā kontūrā, uzsilst iztvaicētājā, pārvēršas gāzē un nonāk kompresorā. Tur tas tiek saspiests augsta spiediena ietekmē un kļūst vēl karstāks.

Sakarsētā gāze nonāk kondensācijas iekārtā un atdod siltumenerģiju iekšējās sistēmas darba siltumnesējam, kas atbild par mājas apkuri. Pēc procesa beigām dzesētājs, kas zaudējis siltumu, atgriežas sākumpunktā šķidrā stāvoklī.

Kādi ir geotermālo iekārtu veidi?

Ģeotermālie siltumsūkņi atšķiras viens no otra pēc siltumnesēja veida iekšējā un ārējā konstrukcijas kontūrā. Iekārtas enerģiju iegūst no augsnes, ūdens (gruntsūdeņi vai atklāta dabiska ūdenstilpne) vai gaisa.

Dzīvojamās telpās siltuma resurss tiek izmantots telpu apkurei, ūdens uzsildīšanai un gaisa kondicionēšanai. Atkarībā no izmantoto elementu un funkciju kombinācijas sistēmas tiek klasificētas tipos: «zeme-ūdens», «ūdens-ūdens» un «gaiss-ūdens».

Variants #1. Salikšana pēc «zeme-ūdens» tehnoloģijas

Sūknis «zeme-ūdens» – viens no efektīvākajiem alternatīvās apkures variantiem dzīvojamām telpām. Tā darbības princips ir siltumenerģijas iegūšana no augsnes, izmantojot zondes vai kolektorus, un tās nodošana mājas ūdens apkures sistēmai.

Ģeotermālie siltumsūkņi «zeme-ūdens» – tie ir augsto tehnoloģiju progresīvi aparāti. Tie izceļas ar izcilu uzticamību un demonstrē augstu lietderības koeficientu. Tiem nav nepieciešama pastāvīga saimnieku iejaukšanās darbībā, bet tie prasa profesionālu servisa apkopi.

Tehnoloģiju palīdz īstenot īpaša iekārta, kas sastāv no ģeotermālā siltummainītāja, kas izvietots zem augsnes faktiskās sasalšanas dziļuma, un tieši siltumsūkņa, kas darbojas kā ledusskapis, tikai otrādi (Karno apgrieztais cikls).

Kā darbojas iekārta

Iekārta «zeme-ūdens», kas apsilda dzīvojamās telpas, izmantojot atjaunojamo augsnes radīto siltumu, darbojas saskaņā ar šādu algoritmu:

1. Darba šķidrums (sālījums vai antifrīzs), kas pārvietojas pa ģeotermālo kontūru, saņem augsnes temperatūru un ar sūkņa palīdzību tiek nodots siltummainītājā – iztvaicētājā. Tur tas atdod savākto siltumu freonam, un pats, kļūstot par 2-5°C aukstāks, atgriežas sākumpunktā.
2. Ar siltumenerģiju bagātināts freons iztvaiko un, pārejot gāzveida stāvoklī, nonāk kompresora iekārtā. Tur gāzes temperatūra paaugstinās saspiešanas rezultātā un veidojas kondensāts.
3. Siltumenerģija tiek nodota siltumnesējam mājas apkures sistēmā, un freons atkal iegūst šķidru formu. Tā spiediens pazeminās pēc iziešanas caur sistēmas izplešanās vārstu, un dzesētājs atgriežas atpakaļ iztvaicētājā, lai iegūtu nākamo resursa daļu.

Šīs procedūras rezultātā siltumenerģijas daudzums, kas tiek iegūts no zemes un nodots dzīvojamās mājas apkures sistēmai, vairāk nekā 4 reizes pārsniedz elektroenerģijas daudzumu, kas patērēts, lai nodrošinātu kompresoru iekārtas, cirkulācijas sūkņa un vadības bloka pareizu darbību.

Glikola maisījums ar labu viskozitātes rādītāju, ūdens ar spirtu vai sāls šķīdums – tieši šādi nesasalstošie šķidrumi tiek izmantoti sistēmā «zeme-ūdens». Tie ir ekoloģiski droši, efektīvi uzņem siltumu un transportē to uz sūkņu staciju.

Par papildu bonusu var nosaukt arī to, ka sistēmai ir iespēja darboties pretējā virzienā, proti, dzesēšanai. Tiesa, efektivitātes zudums sasniedz 20%, taču tas tiek uzskatīts par attaisnojamu, ņemot vērā iekārtas augsto sildīšanas spēju.

Sistēmu «zeme-ūdens» izvietošanas varianti

Lai izveidotu sistēmas «zeme-ūdens» ārējo kontūru, tiek izmantotas augstas izturības polimēra caurules ar labām ekspluatācijas īpašībām. Tās izvieto horizontāli, ieklājot bedres dibenā tādā veidā, kas atgādina «siltās grīdas» komunikāciju ierīkošanu.

Siltumsūknis «zeme-ūdens» ir uzticams, efektīvs un kluss darbībā, taču tā uzstādīšana izmaksā ievērojamu naudu un aizņem daudz laika (vismaz 1 mēnesis celtniecības, montāžas un regulēšanas darbiem). Šis brīdis ir noteikti jāņem vērā pirms izvēlēties šāda veida apkures sistēmu.

Uzstādot tiek izmantota platība 25-50 kv. m uz katru atsevišķu uzstādāmā sūkņa jaudas kilovatu. Bedres dziļumu izvēlas zem sasalšanas robežas, bet precīzus izmērus un cauruļu ieklāšanas soli nosaka ar papildu aprēķinu.

Lielu zemes īpašumu īpašniekiem, kuri mājas apkurei izvēlējušies ģeotermālo siltumsūkni «zeme-ūdens», ir lietderīgi uzstādīt horizontālos kolektorus. Mazo zemes gabalu īpašniekiem labāk piemērota dziļo zondes uzstādīšana, jo tās iet dziļi augsnē un «neapēd» lietderīgo platību pie mājas.

Teritorijas, kurās ir izbūvētas ģeotermālo sistēmu «zeme-ūdens» komunikācijas, lauksaimniecības vajadzībām vairs neizmanto. Tajās var iekārtot skaistu zāles zālienu vai puķu dobi ar ziedošiem viengadīgajiem augiem.

Vertikāla montāža ir daudz problemātiskāka un ietver sevī profesionālās tehnikas izmantošanu. Uz zemes gabala ar urbšanas iekārtu tiek urbta aka 20 līdz 150 m dziļumā, tajā nolaiž speciālu ģeotermālo zondi un pievieno to sūknim, kas piegādā darba šķidrumu mājas apkures sistēmā.

Vertikālais zonds ģeotermālajai sistēmai «zeme-ūdens» ir galva ar pievienotām caurulēm. To iegremdē akā, kuras dziļums ir 18 m un vairāk. Precīzu aku un zondu skaitu, nepieciešamo iegremdēšanas dziļumu un faktisko cauruļvada diametru aprēķina atsevišķi katram konkrētajam gadījumam, pamatojoties uz informāciju, kas iegūta ģeoloģiskās izpētes rezultātā, ko veikuši speciālisti objektā.

Zondu caurules, kas atiet no izurbtajām akām, ieiet kolektora akā. No tās uz siltumsūkni iet 2 maģistrālās līnijas (resursa padeve un atgrieze), kas aprīkotas ar izolācijas pārklājumu. Maģistrāles diametrs ir atkarīgs no kopējās sistēmas apjoma un telpas, kuru nepieciešams apsildīt. Dažreiz parametri sasniedz 160 mm.

Saskaņā ar aptuveniem aprēķiniem, lai apsildītu dzīvojamo māju ar platību aptuveni 100 m², būs nepieciešams apmēram 7.5 kWh enerģijas. Vertikālie zondi, lai izveidotu apsildes sistēmu «zeme-ūdens», šajā gadījumā būs jāiegremdē augsnē 110-115 metru dziļumā, vai arī jāaizņem horizontālajām komunikācijām 250 m² no piegulošā zemes gabala (+)

Pateicoties tam, ka dziļumā augsnes temperatūra vienmēr ir augstāka un stabilāka, pateicoties Zemes kodola ietekmei, vertikālā apsildes sistēmas ierīkošanas metode tiek atzīta par maksimāli efektīvu. Tā demonstrē augstu efektivitātes līmeni un uzticami darbojas daudzus gadus bez traucējumiem un bojājumiem.

Variants #2. Siltumsūkņu «ūdens-ūdens» īpatnības

Ģeotermālā sistēma «ūdens-ūdens» savā darbā izmanto ūdens resursa siltumenerģiju. Tas ir iespējams tāpēc, ka lielā dziļumā ūdens temperatūra, tāpat kā augsnes, saglabājas diezgan augsta un visu gadu uztur stabilus nemainīgus rādītājus.

Lai ierīkotu sistēmu «ūdens-ūdens» un iegūtu zemas potenciāla siltumenerģiju, var izmantot atklātas ūdenstilpes (ezerus, upes), akas, urbumus un pat rūpniecisko ražošanas tehnoloģisko ciklu notekūdeņus (pretējā tipa ūdensapgāde)

Principiālas konstruktīvas atšķirības starp siltumsūkni «zeme-ūdens» un «ūdens-ūdens» nav. Bet vismazākās finansiālās un darba izmaksas prasa komplekss, kas ierīkots uz atklātas ūdenstilpes bāzes. Uzstādīšanai nav nepieciešami plaši urbšanas pasākumi.

Cauruļu materiālu ar siltumnesēju vienkārši aprīko ar svaru, iegremdē ūdenī un ar savienojošo komunikāciju starpniecību pieslēdz mājas apkures sistēmai.

Tomēr šāds variants iespējams tikai tad, ja zemes gabals cieši piekļaujas ūdenim un visas sistēmas komunikāciju daļas atrodas īpašnieku kontrolē. Ja piekļūšana atklātai ūdenstilpei nav iespējama, izmanto gruntsūdeņu potenciālu.

Tiesa, tas rada nopietnus zemes darbus un sarežģītu konstrukciju izbūvi, piemēram, papildu aku, kas paredzēta ūdens novadīšanai, kas iet caur siltumapmaiņas mezglu.

Uzstādot ūdens-ūdens siltumsūkni, tiek ierīkotas nevis viena, bet divas akas. Caur vienu tiek paņemts darba ūdens un, izgājis caur siltummaini, tiek novirzīts uz otro, kas atrodas grunts plūsmas virzienā. Izvietojot, jāņem vērā, ka uztverošajai akai jāatrodas vismaz 6 metru attālumā no došanas akas un obligāti jābūt lejup pa straumi.

Parasti ūdens-ūdens tipa iekārtas tiek uzstādītas tur, kur nav iespējams pieslēgt centrālās komunikācijas vai izmantot citus siltumnesēju veidus.

Speciālisti apgalvo, ka šāda veida alternatīvā apkure ir ārkārtīgi efektīva mūsdienu ēkās, kurām ir minimāls siltuma zudumu rādītājs.

Izgatavojot un ieklājot pašrocīgi ūdens-ūdens ģeotermālās apkures sistēmas, ir ļoti svarīgi izmantot materiālus ar augstu izturību pret koroziju, aizsalšanu un citām agresīvām ārējās vides izpausmēm. Tad iekārta kalpos ilgi un nesagādās īpašniekam nekādas raizes.

Ja māja ir labi siltināta, aizsargāta no caurvēja, mitruma un sala gaisa iekļūšanas vai celta, izmantojot mūsdienīgas siltumizolācijas tehnoloģijas, apkures sistēmas izmaksas ievērojami samazinās, jo rodas iespēja iegādāties daudz mazākas jaudas sūkņu iekārtu.

Variants #3. «Gaiss-ūdens» sistēmu iekārtošana

«Gaiss-ūdens» siltumsūknis darbam izmanto vispieejamāko, neierobežoto un atjaunojamo dabas enerģijas resursu – gaisu. Iekārta darbojas ar ventilatoru un iztvaicētāju palīdzību, kas apvienoti vienotā kompleksā.

Vislielāko efektivitāti tas parāda temperatūrā līdz -15°C. Pie agresīvākiem rādītājiem tas zaudē ievērojamu jaudas daļu.

«Gaiss-ūdens» siltumsūknis ir ievērojami lētāks nekā «ūdens-ūdens» un «zeme-ūdens» modeļi. Modulis ir piemērots reģioniem ar samērā siltām ziemām. Aukstos ziemeļu rajonos, kur sals pārsniedz -20…25°C, gaisa iekārtu uzstādīšana tiek uzskatīta par nelietderīgu.

Agregāts ir ārkārtīgi ērts ar to, ka neprasa privātmājas īpašniekiem speciālas tehnikas klātbūtni montāžai un sarežģītu uzstādīšanas darbu veikšanai.

Tam nav nepieciešama zemes izrakšana, aku urbšana un citi darbietilpīgi pasākumi. Tas viegli montējas un neaizņem daudz vietas. Tas var korekti funkcionēt, atrodoties uz dzīvojamās telpas jumta.

Ģeotermālo sūkni «gaiss-ūdens» var uzstādīt uz zemesgabala tieši pie dzīvojamām ēkām. Tas strādā klusi un ir ar modernu, pievilcīgu izskatu, kas nebojā teritorijas kopējo dizainu.

Pie galvenajām iekārtas priekšrocībām pieder praktiski klusa darbība un iespēja atkārtoti izmantot siltumu, kas izplūst no apsildāmās telpas izlietotā gaisa, ūdens, gāzes, dūmu u.c. veidā.

Sistēmas apkopi īpašnieki veic paši:

• tīra ventilatora lāpstiņas un aizsargrežģus uz iztvaicētāja iekārtas no putekļiem, sīkiem gružiem un lapām;
• ieeļļo kompresoru ar speciālu sastāvu, ko ražotājs norādījis instrukcijā;
• maina eļļu jaudas mezglos (ventilators, kompresors) ar noteiktu periodiskumu;
• pārbauda barošanas sprieguma kabeļa un vara cauruļvada, pa kuru aukstumaģents cirkulē sistēmā, integritāti.

Papildus šīm darbībām sūkņa aprīkojuma ražotāji stingri iesaka klientiem kontrolēt siltuma sensoru stāvokli, kas atspoguļo vadības bloka darbību.

Tie ir jānoslauka, rūpīgi noņemot putekļus un eļļas traipus no virsmas. Tas pagarinās «dzīvi» sistēmai gaiss-gaiss un padarīs ekspluatācijas procesu vienkāršāku un ērtāku.

Kā izgatavot agregātu pašrocīgi?

Neatkarīgi no tā, kurš resursa variants (zeme, ūdens vai gaiss) ir izvēlēts apkurei, sistēmas pareizai darbībai būs nepieciešams sūknis.

Šī ierīce sastāv no šādiem elementiem:

• kompresora mezgls (kompleksa starpelements);
• iztvaicētājs, kas nodod zema potenciāla enerģiju siltumnesējam;
• droseles vārsts, caur kuru aukstumaģents atrod ceļu atpakaļ uz iztvaicētāju;
• kondensators, kur freons atdod siltumenerģiju un atdziest līdz sākotnējai temperatūrai.

Var iegādāties integrētu sistēmu no ražotāja, bet tas izmaksās ievērojamu summu. Ja pa rokai nav brīvas naudas, ir vērts izgatavot siltumsūkni pašu spēkiem no pieejamajām detaļām un nepieciešamības gadījumā iegādāties trūkstošās rezerves daļas.

Plānojot ģeotermālās apkures sistēmas uzstādīšanu privātmājā, vispirms jārūpējas par siltuma zudumu līmeņa samazināšanu. Šim nolūkam sienas jāsiltina ar speciālu materiālu, durvis un logu rāmji jāaprīko ar putuplasta blīvēm, bet grīda un griesti jāaizsargā ar putupolistirola paneļiem. Tad sūkņa radītais siltums maksimālā apjomā paliks telpās.

Kad pieņemts lēmums par siltumsūkņa pašrocīgu izgatavošanu, obligāti jāpārbauda mājā esošās elektroinstalācijas un elektroskaitītāja stāvoklis.

Ja šie elementi ir nolietoti un veci, ir nepieciešams pārskatīt visas zonas, atklāt iespējamos defektus un novērst tos jau pirms darbu uzsākšanas. Tad sistēma tūlīt pēc palaišanas darbosies nevainojami un netraucēs īpašniekiem ar īssavienojumiem, vadu aizdegšanos un drošinātāju izsišanu.

Paņēmiens #1. Salikšana no ledusskapja

Lai pašrocīgi saliktu siltumsūkni no veca ledusskapja, no tā noņem aizmugurē izvietoto spoli. Šo detaļu izmanto kā kondensatoru un ievieto augstas izturības traukā, kas ir izturīgs pret agresīvām temperatūrām. Tam piestiprina pareizi funkcionējošu kompresoru, bet kā iztvaicētāju izmanto vienkāršu plastmasas mucu.

Ja sūkņa izveidošanai tiek izmantots ļoti vecs ledusskapis, labāk tajā nomainīt freonu pret jaunu. Pašu spēkiem to izdarīt neizdosies, tāpēc būs jāaicina meistars ar īpašu aprīkojumu. Viņš ātri nomainīs darba šķidrumu, un sistēma sāks darboties vajadzīgajā režīmā.

Sagatavotos elementus savieno savā starpā, un pēc tam izveidoto agregātu caur polimēru caurulēm pieslēdz apkures sistēmai un uzsāk iekārtas ekspluatāciju.

Soli pa solim sniegtā instrukcija siltumsūkņa salikšanai no ledusskapja ir aprakstīta šajā rakstā.

Paņēmiens #2. Siltumsūknis no gaisa kondicionētāja

Lai izgatavotu siltumsūkni, kondicionieri modificē un veic dažu galveno mezglu pārplānošanu. Vispirms āra un iekšējo bloku apmaina vietām.

Iztvaicētāju, kas atbild par zemas potenciāles siltuma pārnesi, papildus neuzstāda, jo tas atrodas iekšējā blokā, bet siltumenerģiju nododošais kondensators atrodas ārējā blokā. Kā siltumnesējs der gan gaiss, gan ūdens.

Ja šī montāžas iespēja nav ērta, kondensatoru uzstāda atsevišķā rezervuārā, kas paredzēts pareizai siltuma apmaiņai starp sildošo resursu un siltumnesēju.

Pašu sistēmu aprīko ar četrvirzienu vārstu. Šim darbam parasti aicina speciālistu ar profesionālām iemaņām un pieredzi šāda veida pasākumu veikšanā.

Mūsdienu split-sistēmas ir mazefektīvas zemās temperatūrās, tāpēc profesionāļi neiesaka tās izmantot siltumsūkņu pašrocīgai izgatavošanai.

Trešajā variantā kondicionieri pilnībā izjauc detaļās, un pēc tam no tām komplektē sūkni pēc tradicionālās vispārpieņemtās shēmas: iztvaicētājs, kompresors, kondensators. Gatavo ierīci pievieno māju apkures iekārtai un uzsāk lietošanu.

Vietnē ir sērija rakstu par siltumsūkņu izgatavošanu pašrocīgi, iesakām iepazīties:

1. Kā izgatavot siltumsūkni mājas apkurei pašrocīgi: darbības princips un montāžas shēmas
2. Kā izgatavot gaisa-ūdens siltumsūkni: ierīces shēmas un pašrocīga montāža

Padomi sistēmas izvēlē

Zemes-ūdens tipa iekārtu montāža ir dārgāka nekā visas pārējās iespējas, jo tā prasa dziļus zemes darbus vertikāla iekārtu izvietojuma gadījumā vai lielu brīvu platību horizontālas komunikāciju ierīkošanas gadījumā.

Šie parametri ierobežo sistēmas lietošanu un būtiski samazina tās pievilcību.

Sūkņa «ūdens-ūdens» uzstādīšanai arī ir daži ierobežojumi. Ja tuvumā ir pieejama ūdenstilpne, sistēmu var izvietot tajā. Atklātu ūdeņu trūkums nozīmēs urbumu un novadīšanas aku izveidi, kas arī nav lēti.

Sūknis «gaiss-ūdens» nerada problēmas uzstādīšanā un var pareizi darboties pat daudzdzīvokļu mājās, bet bargās ziemās ar zemām temperatūrām tā efektivitāte samazinās, un tās uzturēšanai nepieciešams paralēls enerģijas avots.

Tomēr ģeotermālās apkures iekārtošana galu galā atmaksājas un sāk ražot bezmaksas resursu, ļaujot īpašniekiem dzīvot maksimāli ērtos, patīkamos un komfortablos apstākļos, netērējot lielus līdzekļus komunālajiem pakalpojumiem.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Videoklipā uzskatāmi parādīts, kā lielā mājā no gāzes silikāta bloka ierīkota apkures sistēma, kuras pamatā ir ģeotermālā siltuma iekārta «gaiss-ūdens». Atklātas dažas interesantas nianses attiecībā uz iekārtu montāžu un nosaukti reāli komunālo maksājumu skaitļi mēnesī.

Kā darbojas iekārta «zeme-ūdens». Detalizēts apraksts no speciālista, kas uzstāda ģeotermālos siltuma katlus, ieteikumi un noderīgi padomi mājas meistariem no sava amata profesionāļa.

Ar saviem iespaidiem par ģeotermālo siltumsūkni dalās reāls iekārtas lietotājs.

Profesionāls atslēdznieks stāsta, kā mājas apstākļos izgatavot siltumsūkni, kura pamatā ir jaudīgs kompresors un cauruļveida siltummaiņa detaļas. Detalizēta instrukcija soli pa solim.

Ģeotermālais sūknis privātmājas apkurei – veiksmīgs veids, kā radīt komfortablus dzīves apstākļus pat tur, kur nav pieejamas centralizētās komunikāciju sistēmas un ierastākie enerģijas resursu avoti.

Sistēmas izvēle ir atkarīga no īpašuma teritoriālā izvietojuma un saimnieku finansiālajām iespējām.

Vai Jums ir pieredze ģeotermālā siltumsūkņa izgatavošanā? Lūdzu, dalieties ar informāciju ar mūsu lasītājiem, piedāvājiet savu montāžas variantu. Komentārus un savu pašdarinājumu fotogrāfijas varat atstāt zemāk esošajā formā.