Riscaldamento geotermico: il principio di funzionamento, i pro e contro, le sottigliezze della costruzione

Ci sono molte opzioni diverse per il riscaldamento delle case. L'attenzione delle persone è naturalmente focalizzata sulla ricerca di modi che consumino meno energia. Le dispute feroci sono causate da un metodo così progressivo di ottenere calore, come l'uso di fonti sotterranee.

Il principio del riscaldamento geotermico comporta l'uso di pompe di calore. Operano secondo il classico ciclo di Carnot, prendendo un refrigerante freddo in profondità e ricevendo in cambio un flusso di liquido riscaldato a 50 gradi all'interno del sistema di riscaldamento. L'apparecchiatura funziona con efficienza dal 350 al 450% (questo non contraddice le leggi fisiche fondamentali, perché - si dirà in seguito).Una pompa di calore standard riscalda una casa o un altro edificio a causa del calore della terra per oltre 100 mila ore (questo è l'intervallo medio tra le revisioni preventive).

Il riscaldamento fino a 50 gradi non è casuale. Secondo i risultati di calcoli speciali e nello studio di sistemi praticamente implementati, questo indicatore è stato riconosciuto come il più efficace. Pertanto, il riscaldamento a pavimento, che utilizza il flusso di energia proveniente dalle profondità, è principalmente integrato non da radiatori, ma da un pavimento caldo o da un circuito d'aria. In media, per 1000 W di energia, che aziona la pompa, è possibile sollevare verso l'alto di circa 3500 W di energia termica. Sullo sfondo dell'aumento vertiginoso del costo del refrigerante nella rete principale e in altri metodi di riscaldamento, questo è un indicatore molto piacevole.

Il riscaldamento geotermico è formato da tre circuiti:

• collettore di terra;
• pompa di calore;
• infatti, un complesso di riscaldamento a casa.

La ragione è semplice: l'acqua che si trova in uno strato di terra sufficientemente riscaldato erode rapidamente l'attrezzatura. E anche un tale liquido può essere trovato non in qualsiasi luogo arbitrariamente occupato. La scelta di un refrigerante specifico è determinata dalle decisioni progettuali degli ingegneri. La pompa viene selezionata a seconda del dispositivo delle parti rimanenti del sistema. Poiché la profondità del pozzo (il livello dell'apparecchiatura) è determinata dalle condizioni naturali, le differenze decisive tra i tipi di sistemi geotermici sono associate al dispositivo del serbatoio nel terreno.

Struttura orizzontale indica la posizione del collettore sotto la linea di congelamento del suolo. A seconda della posizione specifica, questo significa un approfondimento di 150-200 cm. Questi collettori possono essere equipaggiati con vari tubi, come il rame (con uno strato esterno di PVC) e realizzati in metallo-plastica. Per ottenere da 7 a 9 kW di calore, dovrai posare almeno 300 metri quadrati. m collezionista. Questa tecnica non consente di avvicinarsi agli alberi di oltre 150 cm, e al termine dell'installazione è necessario migliorare il territorio.

Un giacimento esposto verticalmente implica la perforazione di diversi pozzi, necessariamente orientati in direzioni diverse, e ciascuno conduce dalla propria angolazione. All'interno dei pozzi ci sono le sonde geotermiche, il ritorno termico da 1 a corsa. m raggiunge circa 50 watt. È facile calcolare che per una quantità identica di calore (7-9 kW), dovranno essere forniti 150-200 m di pozzetti. Il vantaggio in questo caso non è solo in economia, ma anche nel fatto che la struttura paesaggistica del territorio non cambia. Sarà solo necessario allocare una piccola area per l'installazione dell'unità di cassettoni e per posizionare un collettore di concentrazione.

Un contorno riscaldato dall'acqua è pratico se è possibile portare un'unità di scambio di calore esterna in un lago o stagno a una profondità di 200 a 300 cm. Ma il prerequisito sarà la posizione del serbatoio entro un raggio di 0,1 km dall'edificio riscaldato e dalla superficie dell'acqua di almeno 200 metri quadrati. m. Ci sono anche scambiatori di calore ad aria quando il calore è generato da un circuito esterno dall'atmosfera. Tale decisione si manifesta perfettamente nelle regioni meridionali del paese e non richiede alcun lavoro di scavo. I punti deboli del sistema sono bassa efficienza con gelo di 15 gradi e un arresto completo se la temperatura scende a 20 gradi.

Il riscaldamento geotermico di una casa di campagna, prima di tutto, non consuma carburante minerale costoso e inquinante. Già 7 delle 10 nuove case costruite in Svezia vengono riscaldate in questo modo. Nei giorni caldi, l'apparecchiatura geotermica di un riscaldatore diventa un mezzo di condizionamento passivo. Contrariamente alla credenza popolare, un tale sistema di riscaldamento non ha bisogno di vulcani o geyser. Nel terreno pianeggiante più comune, non si comporta peggio.

L'unica condizione è quella di raggiungere il punto sotto la linea di congelamento dal contorno termico.dove la temperatura del terreno è sempre da 3 a 15 gradi. L'alta efficienza sembra contraddire solo le leggi della natura; la pompa di calore è satura di freon, che evapora sotto l'azione di acqua anche "ghiacciata" che sembra alle persone. Steam riscalda il terzo circuito. Un tale schema è un frigorifero rovesciato. Pertanto, l'efficienza della pompa si riferisce solo al rapporto quantitativo di energia elettrica e risorse termiche. Di per sé, l'unità è "come dovrebbe essere", con inevitabile perdita di energia.

I vantaggi oggettivi del riscaldamento geotermico possono essere considerati:

• eccellente efficienza;
• un solido periodo di servizio (la pompa di calore ha operato per 2-3 decenni e le sonde geologiche hanno fino a 100 anni);
• stabilità del lavoro in quasi tutte le condizioni;
• mancanza di legame con i vettori energetici;
• piena autonomia.

C'è un problema serio che impedisce al riscaldamento geotermico di essere una soluzione veramente comune. Questo, come dimostrano le recensioni dei proprietari, l'alto prezzo del design in fase di creazione. Per riscaldare la solita casa di 200 metri quadrati. m (non così raro), sarà necessario costruire un sistema chiavi in ​​mano per 1 milione di rubli, fino a 1/3 di questa quantità è una pompa di calore. Le installazioni automatizzate sono molto confortevoli e, se tutto è impostato correttamente, possono funzionare per anni senza l'intervento di persone. Tutto dipende solo dalla disponibilità di fondi. Un altro svantaggio è la dipendenza dall'alimentazione elettrica dell'unità di pompaggio.

Molte persone stanno cercando di creare il riscaldamento geotermico con le proprie mani. Ma affinché un tale sistema funzioni, devono essere fatti accurati calcoli e anche il layout del cablaggio del tubo. È impossibile avvicinare il pozzo alla casa di oltre 2-3 metri, la profondità massima consentita per la perforazione raggiunge i 200 m, tuttavia i pozzi che raggiungono i 50 km buoni mostrano una buona efficienza.

I principali parametri che vengono presi in considerazione in qualsiasi calcolo sono:

• temperatura (profondità da 15-20 m e più si riscalda da 8 a 100 gradi a seconda delle condizioni create);
• il valore della potenza recuperabile (media - 0,05 kW per 1 m);
• influenza del clima, dell'umidità e del contatto con le acque sotterranee durante il trasferimento di calore.

Ciò che è molto interessante, le rocce completamente asciutte non danno più di 25 W con 1 me se c'è acqua freatica, questa cifra sale a 100-110 watt. Non dobbiamo dimenticare che il tempo di funzionamento standard della pompa di calore è di 1800 ore all'anno.Se questo indicatore viene superato, il sistema non diventerà più efficiente, ma la sua usura aumenterà rapidamente. Ciò che è molto peggio, l'eccessivo sfruttamento delle risorse termiche del sottosuolo porta al loro raffreddamento e persino al congelamento delle rocce alla profondità di lavoro. In seguito, il terreno può affondare, a volte le tubazioni funzionanti e le strutture fuori terra sono danneggiate.

L'approvvigionamento di calore a spese delle fonti sotterranee dovrebbe essere creato secondo un algoritmo rigorosamente sviluppato. Poiché i sistemi di acqua e aria sono limitati, la maggior parte delle opzioni pratiche comportano la perforazione dei pozzi.E questa è un'altra ragione per non fare tutto con le tue mani. Solo un'attrezzatura speciale consente di penetrare a una profondità di 20-100 m, dove vengono create le condizioni necessarie per il riscaldamento. L'uso di tubi di plastica progettati per una pressione di circa 6 bar è consentito come sonde.

Per migliorare le prestazioni del sistema, utilizzare la reggiatura di 3 o 4 lineeLe sezioni terminali sono collegate sotto forma di lettera U. Il riscaldamento lungo il profilo è molto importante, grazie al quale viene eliminata la rottura dei tubi durante il gelo grave. Questo riscaldamento viene effettuato attraverso un filo teso al centro del canale, attraverso il quale viene applicata corrente. Se non è possibile applicare pile di energia, devono essere utilizzati ricevitori orizzontali. Una piattaforma con dimensioni di 15x15 m viene preparata per loro e il terreno viene rimosso da esso fino a una profondità di 0,5 m.

Questa intera area è necessaria per la posa di sonde simili. Spesso vengono utilizzati tappetini elettrici o tubi che scambiano calore. Per migliorare l'efficienza del sistema di riscaldamento, applicare la disposizione del tubo a spirale o nella forma di un "serpente". È impossibile dire esattamente cosa è meglio: complessi già pronti, prodotti in serie o auto-assemblati.Nel primo caso, il problema di compatibilità viene risolto automaticamente, ma nel secondo, aumenta la flessibilità, aumenta il potenziale di ammodernamento (anche se occorre prestare maggiore attenzione alla progettazione).

I costruttori dilettanti possono allontanarsi da un tipico accumulatore di calore, sostituendolo con un massetto di cemento. Il riscaldamento geotermico in un tale sistema elimina la necessità di significativi scatti di temperatura. È possibile condurre esperimenti con diversi fluidi di trasferimento del calore, nonché montare compressori con capacità variabile. Calcolando correttamente il carico e distribuendo correttamente il calore lungo i circuiti di consumo, è possibile rendere il sistema più efficiente del 15-20%. Parallelamente, il costo della potenza viene significativamente ridotto.

I tubi disposti orizzontalmente sono posati a una profondità di 50-300 cm, mentre l'area delle autostrade era la più piccola, fatta in forma di curve. Ma tra le singole due autostrade dovrebbe essere di almeno 200 mm. Qualsiasi lavoro di costruzione deve essere preceduto da una determinazione del ritorno termico del terreno. Se è inferiore a 20 watt per 1 quadrato. m, non c'è alcun punto nel contorno geotermico. Per garantire lo scarico delle acque sotterranee, il fondo delle fosse è coperto da uno strato di sabbia.I tubi a base di polietilene reticolato funzionano bene.

Il funzionamento più efficiente della pompa di calore viene fornito in ambienti in cui la temperatura dell'aria è compresa tra 14 gradi Celsius. Quando possibile, dovresti preferire l'allineamento verticale dei contorni a quello orizzontale, perché è il più efficiente di tutti. A giudicare dalle recensioni, nella sua forma pura, il riscaldamento geotermico è irrazionale, riscalda l'acqua troppo a lungo, perché in molti casi tale sistema svolge un ruolo puramente ausiliario. Per ottenere le massime prestazioni, è necessario concentrarsi sull'intensità massima ammissibile del coinvolgimento della risorsa termica e sulla portata stimata del pozzo.

Se il fondo non è rocce secche e acqua calda, questa è quasi la situazione ottimale. Quindi è possibile risparmiare denaro e ottenere il massimo beneficio. Ma dobbiamo ricordare che se si prevede di utilizzare contemporaneamente fonti di acqua calda per l'approvvigionamento idrico, l'acqua in esse deve soddisfare i requisiti sanitari standard. Quando l'analisi chimica mostra la presenza di componenti aggressivi, è consigliabile organizzare due circuiti autonomi, in cui il liquido non si mescola, ma si verifica solo lo scambio di calore.I compressori sono fissati alle pareti sia da frigoriferi o condizionatori d'aria.

Se il cablaggio della casa è piuttosto debole, vale la pena utilizzare una coppia di compressori per ridurre la corrente di avviamento a causa della connessione in serie. All'installazione dei condensatori è necessario fare attenzione al movimento del freon in essi dal punto più alto al fondo, e non viceversa. Affinché il collezionista lavori in modo stabile e riscaldi la stanza, la sua area (per una casa privata di 100 metri quadrati) deve essere di 200-250 m2. Lo schema di riscaldamento orizzontale non deve essere utilizzato se si prevede di dividere successivamente il giardino o l'orto. Perfino una pompa da pozzo convenzionale può essere utilizzata per completare il sistema.

A proposito di cosa sia il riscaldamento geotermico e come installarlo, vedere il seguente video.