Sưởi ấm địa nhiệt: nguyên tắc hoạt động, những thuận và chống, sự tinh tế của xây dựng

Có nhiều lựa chọn khác nhau để sưởi ấm nhà cửa. Sự chú ý của người dân tự nhiên tập trung vào việc tìm ra cách tiêu thụ ít năng lượng nhất. Các tranh chấp gay gắt được gây ra bởi một phương pháp tiến bộ có được nhiệt, như việc sử dụng các nguồn dưới lòng đất.

Nguyên tắc sưởi ấm địa nhiệt liên quan đến việc sử dụng máy bơm nhiệt. Chúng hoạt động theo chu kỳ Carnot cổ điển, lấy một chất làm mát nguội ở sâu bên dưới và nhận được một dòng chất lỏng được đun nóng đến 50 độ bên trong hệ thống sưởi ấm. Các thiết bị hoạt động với hiệu quả từ 350 đến 450% (điều này không mâu thuẫn với các luật vật lý cơ bản, tại sao - nó sẽ được nói sau).Một bơm nhiệt tiêu chuẩn làm nóng một ngôi nhà hoặc một tòa nhà khác do sức nóng của trái đất hơn 100 nghìn giờ (đây là khoảng thời gian trung bình giữa các đại tu dự phòng).

Sưởi lên đến 50 độ không phải ngẫu nhiên. Theo kết quả tính toán đặc biệt và trong nghiên cứu các hệ thống thực tế được thực hiện, chỉ số này được công nhận là hiệu quả nhất. Do đó, hệ thống sưởi mặt đất, sử dụng dòng năng lượng từ các độ sâu, chủ yếu được bổ sung không phải bởi bộ tản nhiệt, mà là bởi một sàn ấm hoặc mạch không khí. Tính trung bình, mỗi 1000 W năng lượng, điều khiển động cơ bơm, có thể nâng lên khoảng 3500 W năng lượng nhiệt. Trong bối cảnh của sự gia tăng tràn lan trong chi phí của chất làm mát trong mạng chính và các phương pháp sưởi ấm khác, đây là một chỉ số rất dễ chịu.

Sưởi ấm địa nhiệt được hình thành bởi ba mạch:

• thu gom mặt đất;
• bơm nhiệt;
• trong thực tế, một khu phức hợp sưởi ấm ở nhà.

Lý do rất đơn giản - nước được tìm thấy trong một lớp đất đủ nóng nhanh chóng làm xói mòn thiết bị. Và ngay cả một chất lỏng như vậy cũng có thể được tìm thấy ở bất kỳ nơi nào tùy tiện. Việc lựa chọn một chất làm mát cụ thể được xác định bởi các quyết định thiết kế của các kỹ sư. Máy bơm được chọn tùy thuộc vào thiết bị các bộ phận còn lại của hệ thống. Vì độ sâu của giếng (mức độ của thiết bị) được xác định bởi điều kiện tự nhiên, sự khác biệt quyết định giữa các loại hệ thống địa nhiệt có liên quan với thiết bị của hồ chứa trong lòng đất.

Cấu trúc ngang ngụ ý vị trí của bộ thu dưới dòng đất bị đóng băng. Tùy thuộc vào vị trí cụ thể, điều này có nghĩa là làm sâu thêm 150-200 cm, những người thu gom này có thể được trang bị nhiều ống khác nhau, chẳng hạn như đồng (với lớp PVC bên ngoài) và được làm bằng nhựa kim loại. Để có được từ 7 đến 9 kW nhiệt, bạn sẽ phải đặt ít nhất 300 mét vuông. m collector. Kỹ thuật này không cho phép tiếp cận cây hơn 150 cm, và sau khi hoàn thành việc cài đặt, cần phải cải thiện lãnh thổ.

Một hồ chứa tiếp xúc theo chiều dọc ngụ ý khoan của một số giếng, với nhất thiết phải hướng vào các hướng khác nhau, và mỗi dẫn từ góc riêng của nó. Bên trong giếng là đầu dò địa nhiệt, trở về nhiệt từ 1 lần chạy. m đạt khoảng 50 watt. Có thể dễ dàng tính toán được một lượng nhiệt tương đương (7-9 kW), 150-200 m giếng phải được cung cấp. Lợi thế trong trường hợp này không chỉ trong nền kinh tế, mà còn trong thực tế là cấu trúc cảnh quan của lãnh thổ không thay đổi. Nó sẽ chỉ cần thiết để phân bổ một khu vực nhỏ cho việc lắp đặt các đơn vị caisson và để đặt một bộ thu tập trung.

Đường bao được đun nóng từ nước là thực tế nếu có thể mang một thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài vào hồ hoặc ao đến độ sâu từ 200 đến 300 cm. Nhưng điều kiện tiên quyết sẽ là vị trí của hồ chứa trong bán kính 0,1 km từ tòa nhà được làm nóng và diện tích mặt nước tối thiểu là 200 mét vuông. Ngoài ra còn có bộ trao đổi nhiệt không khí khi nhiệt được tạo ra bởi một mạch bên ngoài từ khí quyển. Một quyết định như vậy hoàn toàn thể hiện ở các vùng phía nam của đất nước và không yêu cầu bất kỳ công việc khai quật nào. Điểm yếu của hệ thống là hiệu quả thấp với sương giá 15 độ và dừng hoàn toàn nếu nhiệt độ giảm xuống 20 độ.

Sưởi ấm địa nhiệt của một ngôi nhà nông thôn, trước hết, không tiêu tốn nhiên liệu khoáng sản đắt tiền và gây ô nhiễm không khí. Đã 7 trong số 10 ngôi nhà mới được xây dựng ở Thụy Điển được làm nóng theo cách này. Vào những ngày nóng, thiết bị địa nhiệt từ lò sưởi trở thành phương tiện điều hòa thụ động. Trái với niềm tin phổ biến, hệ thống sưởi ấm như vậy không cần núi lửa hoặc mạch nước phun. Trong địa hình bằng phẳng bình thường nhất, nó hoạt động không tệ hơn.

Điều kiện duy nhất là để đạt được điểm dưới dòng đóng băng bởi các đường viền nhiệt.nơi nhiệt độ của đất luôn luôn từ 3 đến 15 độ. Hiệu quả cực cao chỉ có vẻ mâu thuẫn với luật tự nhiên; bơm nhiệt được bão hòa với freon, bốc hơi dưới tác động của nước “băng” mà dường như đối với con người. Hơi nước làm ấm mạch thứ ba. Một sơ đồ như vậy là một tủ lạnh quay vào trong. Do đó, hiệu suất bơm chỉ đề cập đến tỷ lệ định lượng của năng lượng điện và tài nguyên nhiệt. Bởi chính nó, các ổ đĩa là "như nó phải được," với sự mất mát không thể tránh khỏi của năng lượng.

Ưu điểm khách quan của hệ thống sưởi địa nhiệt có thể được xem xét:

• hiệu quả tuyệt vời;
• một thời gian phục vụ vững chắc (bơm nhiệt đã hoạt động trong 2-3 thập kỷ, và đầu dò địa chất lên đến 100 tuổi);
• ổn định công việc trong hầu hết mọi điều kiện;
• thiếu ràng buộc với các tàu sân bay năng lượng;
• toàn quyền tự chủ.

Có một vấn đề nghiêm trọng ngăn cản việc sưởi ấm địa nhiệt trở thành một giải pháp thực sự phổ biến. Điều này, như được hiển thị bởi các đánh giá của chủ sở hữu, giá cao của thiết kế được tạo ra. Để sưởi ấm ngôi nhà bình thường 200 mét vuông. m (không quá hiếm), nó sẽ là cần thiết để xây dựng một hệ thống chìa khóa trao tay cho 1 triệu rúp, lên đến 1/3 số tiền này là một máy bơm nhiệt. Cài đặt tự động rất thoải mái và nếu mọi thứ được thiết lập chính xác, chúng có thể hoạt động trong nhiều năm mà không có sự can thiệp của mọi người. Tất cả mọi thứ chỉ phụ thuộc vào sự sẵn có của quỹ. Một bất lợi khác là sự phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện của đơn vị bơm.

Khá nhiều người đang cố gắng tạo ra sưởi ấm địa nhiệt bằng tay của chính họ. Nhưng để một hệ thống như vậy hoạt động, các tính toán cẩn thận phải được thực hiện, và bố trí của hệ thống đường ống cũng được yêu cầu. Không thể mang giếng đến gần nhà hơn 2-3m, độ sâu khoan tối đa cho phép đạt 200 m, tuy nhiên, giếng đạt hiệu quả tốt 50 km.

Các thông số chính được tính đến trong bất kỳ phép tính nào là:

• nhiệt độ (độ sâu từ 15-20 m trở lên nóng lên từ 8 đến 100 độ tùy theo điều kiện tạo ra);
• giá trị công suất có thể phục hồi (trung bình - 0,05 kW trên 1 m);
• ảnh hưởng của khí hậu, độ ẩm và tiếp xúc với nước ngầm khi truyền nhiệt.

Điều gì là rất thú vị, đá hoàn toàn khô cho không quá 25 W với 1 mvà nếu có nước ngầm, con số này tăng lên 100-110 watt. Chúng ta không được quên rằng thời gian vận hành tiêu chuẩn của bơm nhiệt là 1800 giờ mỗi năm.Nếu chỉ số này bị vượt quá, hệ thống sẽ không trở nên hiệu quả hơn, nhưng độ mòn của nó sẽ tăng nhanh. Điều gì là tồi tệ hơn nhiều, khai thác quá mức tài nguyên nhiệt của tầng đất ngầm dẫn đến làm mát và thậm chí đóng băng đá ở độ sâu làm việc. Sau đó, đất có thể chìm, đôi khi ống làm việc và kết cấu trên mặt đất bị hư hỏng.

Việc cung cấp nhiệt với chi phí của các nguồn dưới lòng đất phải được tạo ra theo một thuật toán phát triển nghiêm ngặt. Vì hệ thống nước và không khí bị giới hạn, hầu hết các lựa chọn thực tế đều liên quan đến các giếng khoan.Và đây là một lý do khác để không làm mọi thứ bằng tay của chính bạn. Chỉ có thiết bị đặc biệt cho phép thâm nhập tới độ sâu 20-100 m, nơi các điều kiện cần thiết để sưởi ấm được tạo ra. Việc sử dụng ống nhựa được thiết kế cho áp suất khoảng 6 bar được cho phép như đầu dò.

Để cải thiện hiệu suất của hệ thống, sử dụng đóng đai 3 hoặc 4 dòngCác phần cuối cùng được kết nối dưới dạng chữ U. Hệ thống sưởi dọc theo đường bao là rất quan trọng, nhờ đó, nứt ống trong sương giá nặng được loại bỏ. Việc gia nhiệt này được thực hiện thông qua một sợi dây kéo dài đến trung tâm của kênh mà qua đó dòng điện được áp dụng. Nếu không thể áp dụng cọc năng lượng, phải sử dụng máy thu ngang. Đối với họ, mặt đất đang được chuẩn bị với kích thước 15x15 m, đất được lấy ra từ độ sâu 0,5 m.

Toàn bộ khu vực này là cần thiết để đặt đầu dò tương tự. Thảm điện hoặc ống trao đổi nhiệt thường được sử dụng. Để cải thiện hiệu quả của hệ thống sưởi, áp dụng cách bố trí của ống trong hình xoắn ốc hoặc dưới dạng "con rắn". Không thể nói chính xác những gì là tốt hơn - phức hợp làm sẵn, sản xuất hàng loạt, hoặc tự lắp ráp.Trong trường hợp đầu tiên, vấn đề tương thích được giải quyết tự động, nhưng trong lần thứ hai, sự linh hoạt tăng lên, tiềm năng để hiện đại hóa tăng (mặc dù cần chú ý nhiều hơn đến thiết kế).

Các nhà xây dựng nghiệp dư có thể thoát khỏi một bộ tích lũy nhiệt điển hình, thay thế nó bằng một lớp vữa bê tông. Sưởi ấm địa nhiệt trong một hệ thống như vậy giúp loại bỏ sự cần thiết cho những cơn giật nhiệt độ đáng kể. Có thể tiến hành các thí nghiệm với các chất lỏng truyền nhiệt khác nhau, cũng như gắn các máy nén với công suất khác nhau. Bằng cách tính toán tải đúng và phân phối chính xác nhiệt dọc theo các mạch tiêu thụ, bạn có thể làm cho hệ thống hiệu quả hơn 15-20%. Song song, chi phí điện năng giảm đáng kể.

Các đường ống được đặt theo chiều ngang được đặt ở độ sâu 50-300 cm, với diện tích đường cao tốc nhỏ nhất, chúng được tạo thành ở dạng quay. Nhưng giữa hai đường cao tốc riêng lẻ phải có ít nhất 200 mm. Bất kỳ công trình xây dựng nào đều phải được xác định trước bằng cách xác định độ hồi nhiệt của đất. Nếu nó nhỏ hơn 20 watt cho mỗi 1 hình vuông. m, không có điểm nào trong đường bao địa nhiệt. Để đảm bảo xả nước ngầm, đáy hố được phủ một lớp cát.Ống dựa trên polyethylene liên kết ngang hoạt động tốt.

Hoạt động hiệu quả nhất của bơm nhiệt được cung cấp trong các phòng có nhiệt độ không khí từ 14 độ C. Bất cứ khi nào có thể, bạn nên thích canh thẳng đứng các đường bao theo chiều ngang, bởi vì nó là hiệu quả nhất của tất cả. Đánh giá bởi các đánh giá, ở dạng tinh khiết của nó, sưởi ấm địa nhiệt là không hợp lý, nó làm ấm nước quá lâu, bởi vì trong nhiều trường hợp hệ thống như vậy thực hiện một vai trò hoàn toàn phụ trợ. Để đạt được hiệu suất cao nhất, bạn nên tập trung vào cường độ cho phép tối đa của sự tham gia của tài nguyên nhiệt và tốc độ dòng chảy ước tính của giếng.

Nếu đáy không phải là đá khô và nước nóng thì đây gần như là tình huống tối ưu. Sau đó, có thể tiết kiệm tiền và nhận được lợi ích tối đa. Nhưng chúng ta phải nhớ rằng nếu nó được lên kế hoạch đồng thời sử dụng các nguồn nước ngầm nóng để cung cấp nước, thì nước trong chúng phải đáp ứng các yêu cầu vệ sinh tiêu chuẩn. Khi phân tích hóa học cho thấy sự hiện diện của các thành phần tích cực, nó được khuyến khích để tổ chức hai mạch tự trị, trong đó chất lỏng không pha trộn, nhưng chỉ trao đổi nhiệt xảy ra.Máy nén được cố định trên tường hoặc từ tủ lạnh hoặc máy điều hòa không khí.

Nếu hệ thống dây điện của nhà khá yếu, bạn nên sử dụng một cặp máy nén để giảm dòng khởi động do kết nối loạt. Khi lắp đặt bình ngưng, cần phải quan tâm đến sự di chuyển của freon trong chúng từ điểm trên xuống đáy và không ngược lại. Để cho người thu gom hoạt động ổn định và làm nóng căn phòng, khu vực của nó (đối với một căn nhà riêng có diện tích 100 mét vuông) phải là 200-250 m2. Đề án sưởi ấm theo chiều ngang không nên được sử dụng nếu bạn có kế hoạch sau đó chia vườn hoặc vườn rau. Ngay cả một máy bơm giếng khoan thông thường cũng có thể được sử dụng để hoàn thành hệ thống.

Về việc sưởi ấm địa nhiệt là gì và cách cài đặt nó, hãy xem video sau đây.