Geoterminis šilumos siurblys savo rankomis namo šildymui: įrenginys, projektavimas, savarankiškas surinkimas

Organizuoti privataus namo šildymą ir karšto vandens tiekimą galima įvairiais būdais, pavyzdžiui, prisijungti prie centrinio dujų tiekimo tinklų arba perjungti šildymo sistemas į elektros energijos vartojimą. Ar sutinkate?

O galima surinkti geoterminį šilumos siurblį savo rankomis ir efektyviai naudoti žemės šilumą komfortiškoms gyvenimo sąlygoms sukurti. Be abejo, tai gana daug darbo reikalaujantis procesas, tačiau tiems, kurie nors šiek tiek išmano techniką, tai nebus didelis vargas.

Mūsų straipsnyje bus kalbama apie geoterminių įrenginių veikimo principus ir rūšis. Papasakosime, kaip iš turimų medžiagų savarankiškai pagaminti šilumos siurblį. Be to, straipsnyje rasite ekspertų patarimų, kaip pasirinkti geoagregatus. O pateikti vaizdo įrašai atskleis montavimo paslaptis ir geoterminių siurblių veikimo principus.

Kaip veikia šiluminis geoagregatas?

Geoterminio šilumos siurblio darbo algoritmas pagrįstas šilumos perdavimu iš mažo šiluminės energijos potencialo šaltinio į šilumnešį. Žemė čia vasarą atlieka radiatoriaus vaidmenį, o žiemą yra aktyvus šilumos šaltinis.

Grunto temperatūrų skirtumas padeda padidinti bendrą sistemos efektyvumą ir prisideda prie faktinių eksploatacinių išlaidų mažinimo.

Geoterminio šilumos siurblio veikimo pagrindas yra toks reiškinys kaip šiluminė inercija. Žemės temperatūra nuo 6 metrų gylio ir žemiau beveik tiksliai atitinka vidutinę metinę oro temperatūrą regione ir labai silpnai kinta per visus kalendorinius metus

Praktiškai į grunte esantį vamzdyną patenka veikiantis šilumnešis ir ten įšyla keliais laipsniais. Tada komponentas pereina į šilumokaičio mazgą (arba garintuvą) ir perduoda sukauptą šiluminę energiją vidinei sistemos grandinei.

Geoterminių įrenginių veikimo principas panašus į šaldymo sistemų veikimą. Būtent todėl kai kurie šilumos siurblių tipai vasarą sėkmingai naudojami kaip kondicionieriai ir jų pagalba vėsinamas oras gyvenamosiose patalpose

Šaltnešis, cirkuliuojantis išoriniame kontūre, įkaista garintuve, virsta dujomis ir patenka į kompresorių. Ten jis suspaudžiamas veikiant aukštam slėgiui ir tampa dar karštesnis.

Įkaitusios dujos pereina į kondensacijos įrenginį ir atiduoda šiluminę energiją vidinės sistemos, atsakingos už namo šildymą, darbiniam šilumnešiui. Proceso pabaigoje šilumos netekęs šaltnešis skystu pavidalu grįžta į pradinį tašką.

Kokie būna geoterminiai įrenginiai?

Geoterminiai šilumos siurbliai vienas nuo kito skiriasi šilumnešio rūšimi vidiniame ir išoriniame konstrukcijos kontūruose. Įrenginiai energiją gauna iš grunto, vandens (gruntinio vandens arba atviro natūralaus vandens telkinio) arba oro.

Gyvenamojoje patalpoje šilumos išteklius naudojamas kambarių šildymui, vandens šildymui ir oro kondicionavimui. Atsižvelgiant į naudojamų elementų ir funkcijų derinį, sistemos klasifikuojamos į tipus: „žemė–vanduo“, „vanduo–vanduo“ ir „oras–vanduo“.

Variantas #1. Surinkimas pagal technologiją «žemė-vanduo»

„Žemė–vanduo“ siurblys – vienas efektyviausių alternatyvaus šildymo variantų gyvenamosioms patalpoms. Jo veikimo principas pagrįstas šiluminės energijos paėmimu iš grunto zondais arba kolektoriais ir jos perdavimu į namo vandens šildymo sistemą.

Geoterminiai „žemė–vanduo“ šilumos siurbliai – tai aukštųjų technologijų pažangūs įrenginiai. Jie pasižymi išskirtiniu patikimumu ir demonstruoja aukštą naudingumo koeficientą. Jie nereikalauja nuolatinio šeimininkų įsikišimo į darbą, tačiau jiems reikia profesionalios techninės priežiūros.

Šią technologiją padeda įgyvendinti specialus įrenginys, sudarytas iš geoterminio šilumokaičio, įrengto žemiau faktinio grunto įšalimo gylio, ir paties šilumos siurblio, veikiančio kaip šaldytuvas, tik atvirkščiai (atvirkštinis Karno ciklas).

Kaip veikia įrenginys?

„Žemė–vanduo“ įrenginys, gyvenamąsias patalpas šildantis atsinaujinančia grunto šiluma, veikia pagal tokį algoritmą:

1. Darbinis skystis (sūrymas arba antifrizas), judantis geoterminiu kontūru, įgauna grunto temperatūrą ir siurblio pagalba perduodamas į šilumokaitį – garintuvą. Ten jis atiduoda surinktą šilumą freonui, o pats, atvėsęs 2–5 °C, grįžta į pradinį tašką.
2. Šilumine energija praturtintas freonas išgaruoja ir, įgavęs dujinę būseną, patenka į kompresoriaus įrenginį. Ten dėl suspaudimo dujų temperatūra pakyla ir susidaro kondensatas.
3. Šiluminė energija perduodama namo šildymo sistemos šilumnešiui, o freonas vėl įgauna skystą pavidalą. Jo slėgis sumažėja pratekėjus pro sistemos išsiplėtimo vožtuvą, ir šaltnešis grįžta atgal į garintuvą, kad surinktų naują energijos porciją.

Dėl šios procedūros šiluminės energijos kiekis, paimtas iš dirvožemio ir perduotas į gyvenamojo namo šildymo sistemą, daugiau nei 4 kartus viršija elektros energijos kiekį, sunaudotą kompresoriaus įrenginio, cirkuliacinio siurblio ir valdymo bloko teisingam darbui užtikrinti.

Glikolio mišinys su geru klampumo rodikliu, vanduo su spiritu arba druskos tirpalas – būtent tokie neužšąlantys skysčiai naudojami sistemoje „žemė-vanduo“. Jie yra ekologiškai saugūs, efektyviai priima šilumą ir transportuoja ją į siurblinę.

Papildomu privalumu galima laikyti tai, kad sistema gali veikti priešinga kryptimi, t. y. vėsinimui. Tiesa, efektyvumo nuostoliai siekia iki 20 %, tačiau tai laikoma pateisinama, atsižvelgiant į didelį įrangos šildymo pajėgumą.

Sistemų „žemė-vanduo“ išdėstymo variantai

Sistemos „žemė-vanduo“ išoriniam kontūrui sukurti naudojami didelio stiprumo polimeriniai vamzdžiai, pasižymintys geromis eksploatacinėmis savybėmis. Jie išdėstomi horizontaliai, klojant ant duobės dugno būdu, panašiu į komunikacijų įrengimą kompleksams „šiltos grindys“.

Šilumos siurblys „žemė-vanduo“ yra patikimas, efektyvus ir tylus darbe, tačiau jo įrengimas kainuoja nemažus pinigus ir užima daug laiko (ne mažiau kaip 1 mėnuo statybos-montavimo ir derinimo darbams). Į šį momentą būtina atsižvelgti prieš apsisprendžiant dėl tokio tipo šildymo sistemos.

Montuojant naudojamas plotas skaičiuojant 25-50 kv. m kiekvienam montuojamo siurblio galios kilovatui. Duobės gylis parenkamas žemiau įšalimo ribos, o tikslūs matmenys ir vamzdžių klojimo žingsnis nustatomi papildomu skaičiavimu.

Didelių žemės valdų savininkams, pasirinkusiems namo šildymui geoterminį šilumos siurblį „žemė-vanduo“, tikslinga įrengti horizontalius kolektorius. Mažų sklypų savininkams labiau tiks giliųjų zondų montavimas, nes jie giliai įsiskverbia į dirvožemį ir „nesuvalgo“ naudingo ploto prie namo.

Teritorijos, kuriose įrengtos geoterminių sistemų „žemė-vanduo“ komunikacijos, žemės ūkio reikmėms nebe naudojamos. Ant jų galima įkurti gražią veją arba gėlyną su žydinčiais vienmečiais augalais.

Vertikalus montavimas yra daug problemiškesnis ir reikalauja profesionalios technikos naudojimo. Sklype gręžimo įrenginiu išgręžiamas 20–150 m gylio gręžinys, į jį nuleidžiamas specialus geoterminis zondas ir prijungiamas prie siurblio, tiekiančio darbinį skystį į namo šildymo sistemą.

Vertikalus zondas geoterminei sistemai «žemė-vanduo» yra galvutė su prijungtais vamzdžiais. Jis panardinamas į gręžinį, kurio gylis yra 18 m ir daugiau. Tikslus gręžinių ir zondų skaičius, reikalingo panardinimo gylis ir faktinis vamzdyno skersmuo apskaičiuojami kiekvienam konkrečiam atvejui atskirai, remiantis informacija, gauta atlikus geologinius tyrimus, kuriuos atliko specialistai sklype.

Zondiniai vamzdžiai, išeinantys iš išgręžtų gręžinių, patenka į kolektoriaus šulinį. Nuo jo iki šilumos siurblio eina 2 magistralinės linijos (tiekiamoji ir grįžtamoji), turinčios šiltinimo dangą. Magistralės skersmuo priklauso nuo bendros sistemos apimties ir patalpos, kurią reikia šildyti. Kartais parametrai siekia 160 mm.

Remiantis apytiksliais skaičiavimais, gyvenamajam namui, kurio plotas apie 100 m², šildyti prireiks maždaug 7,5 kWh energijos. Vertikalius zondus, skirtus šildymo sistemai «žemė-vanduo» sukurti, šiuo atveju teks nuleisti į gruntą 110-115 metrų gylyje arba užimti po horizontalias komunikacijas 250 m² gretimo sklypo (+).

Dėl to, kad gylyje grunto temperatūra visada yra aukštesnė ir stabilesnė dėl žemės branduolio poveikio, vertikalus šildymo sistemos klojimo būdas pripažintas maksimaliai efektyviu. Jis demonstruoja aukštą naudingumo koeficientą ir patikimai veikia daugelį metų, nedarydamas gedimų ir nepatirdamas lūžių.

Variantas #2. Šilumos siurblių «vanduo-vanduo» ypatybės

Geoterminė sistema «vanduo-vanduo» savo darbe naudoja vandens išteklių šiluminę energiją. Tai yra įmanoma, nes dideliame gylyje vandens, kaip ir grunto, temperatūra išlieka gana aukšta ir ištisus metus išlaiko stabilius pastovius rodiklius.

Sistemai «vanduo-vanduo» įrengti ir žemo potencialo šiluminei energijai gauti galima naudoti atvirus vandens telkinius (ežerus, upes), šulinius, gręžinius ir net pramoninių gamybų technologinių ciklų nuotekas (atvirkštinio tipo vandentiekį).

Principinio konstrukcinio skirtumo tarp šilumos siurblio «gruntas-vanduo» ir «vanduo-vanduo» nėra. Tačiau mažiausių finansinių ir darbo sąnaudų reikalauja kompleksas, įrengtas atviro vandens telkinio pagrindu. Montavimui nereikia didelės apimties gręžimo darbų.

Vamzdžių medžiagą su šilumnešiu tiesiog aprūpina kroviniu, panardina į vandenį ir per jungiamąsias komunikacijas prijungia prie namo šildymo sistemos.

Tačiau toks variantas įmanomas tik tuo atveju, kai žemės sklypas glaudžiai ribojasi su vandeniu ir visos sistemos komunikacinės dalys yra savininkų kontrolėje. Jei prie atviro vandens telkinio prieigos nėra, naudojamas gruntinio vandens potencialas.

Tačiau tai sukelia rimtus žemės darbus ir sudėtingų konstrukcijų statybą, pavyzdžiui, papildomo šulinio, skirto per šilumokaičio mazgą tekančiam vandeniui išleisti.

Montuojant vandens-vandens šilumos siurblį, įrengiami ne vienas, o du gręžiniai. Per vieną paimamas darbinis vanduo ir, praėjęs šilumokaitį, nukreipiamas į antrąjį, kuris yra išdėstytas pagal požeminio vandens tėkmės kryptį. Išdėstant reikia atsižvelgti, kad priimantis gręžinys turėtų būti ne mažesniu kaip 6 metrų atstumu nuo siunčiančiojo ir būtinai žemiau pagal tėkmę.

Paprastai vandens-vandens tipo įrenginiai montuojami ten, kur nėra galimybės prisijungti prie centrinių komunikacijų arba naudoti kitų rūšių šilumnešius.

Specialistai teigia, kad tokio tipo alternatyvus šildymas yra itin efektyvus moderniuose pastatuose, kuriuose yra minimalus šilumos nuostolių rodiklis.

Gaminant ir savo jėgomis įrengiant geotermines šildymo sistemas „vanduo-vanduo“, labai svarbu naudoti medžiagas, turinčias aukštą atsparumo korozijai, užšalimui ir kitiems agresyviems išorinės aplinkos poveikiams lygį. Tada įranga tarnaus ilgai ir nesukels savininkui jokių rūpesčių.

Jei namas gerai apšiltintas, apsaugotas nuo skersvėjų, drėgmės ir šalto oro skverbimosi arba pastatytas naudojant modernias šilumos izoliacijos technologijas, šildymo sistemos kaina žymiai sumažėja dėl atsivėrusios galimybės įsigyti daug mažesnės galios siurblinę įrangą.

Variantas #3. Sistemų «oras-vanduo» įrengimas

Oro-vandens šilumos siurblys savo darbui naudoja prieinamiausią, neribotą ir atsinaujinantį gamtos energijos išteklių – orą. Įranga veikia naudodama ventiliatorius ir garintuvus, sujungtus į bendrą kompleksą.

Didžiausią efektyvumą rodo iki -15 °C temperatūroje. Esant agresyvesniems rodikliams, praranda didelę dalį galios.

Oro-vandens šilumos siurblys kainuoja žymiai pigiau nei vandens-vandens ir žemės-vandens modeliai. Modulis tinka regionuose su gana šiltomis žiemomis. Šaltuose šiauriniuose rajonuose, kur šalčiai viršija -20…25 °C, oro įrangos montavimas laikomas netikslingu.

Agregatas ypač patogus tuo, kad nereikalauja iš privačių namų savininkų specialios technikos montavimui ir sudėtingų montavimo darbų atlikimo.

Nereikia žemės kasimo, gręžinių gręžimo ir kitų daug darbo reikalaujančių darbų. Lengvai montuojamas ir neužima daug vietos. Gali tinkamai veikti, būdamas ant gyvenamojo pastato stogo.

Geoterminį siurblį „oras–vanduo“ galima įrengti sklype tiesiai prie gyvenamųjų pastatų. Jis veikia tyliai ir turi modernią patrauklią išvaizdą, nepažeidžiančią bendros teritorijos dizaino.

Prie pagrindinių įrangos privalumų priskiriamas beveik tylus darbas ir galimybė pakartotinai naudoti šilumą, išėjusią iš šildomos patalpos kaip panaudotas oras, vanduo, dujos, dūmai ir kt.

Sistemos priežiūrą savininkai atlieka patys:

• valo ventiliatoriaus mentes ir apsaugines groteles ant garintuvo įrenginio nuo dulkių, smulkių šiukšlių ir lapų;
• tepa kompresorių specialiu mišiniu, nurodytu gamintojo instrukcijoje;
• keičia alyvą jėgos mazguose (ventiliatorius, kompresorius) tam tikru periodiškumu;
• tikrina maitinimo kabelio ir varinio vamzdyno, kuriuo šaltnešis cirkuliuoja sistemoje, vientisumą.

Be šių veiksmų siurblinės įrangos gamintojai primygtinai rekomenduoja klientams stebėti šilumos jutiklių, atspindinčių valdymo bloko veikimą, būklę.

Jas reikia nuvalyti, atsargiai pašalinant nuo paviršiaus dulkes ir riebalų dėmes. Tai prailgins „gyvenimą“ sistemos oras–oras ir padarys eksploatacijos procesą paprastesnį ir patogesnį.

Kaip pasigaminti agregatą savo rankomis?

Nepriklausomai nuo to, koks resurso variantas (žemė, vanduo ar oras) pasirinktas šildymui, tinkamam sistemos funkcionavimui reikės siurblio.

Šis įrenginys susideda iš tokių elementų kaip:

• kompresoriaus mazgas (tarpinis komplekso elementas);
• garintuvas, perduodantis žemo potencialo energiją šilumnešiui;
• droselynės vožtuvas, per kurį šaltnešis grįžta atgal į garintuvą;
• kondensatorius, kur freonas atiduoda šiluminę energiją ir atšąla iki pradinės temperatūros.

Galima įsigyti vientisą sistemą iš gamintojo, tačiau tai kainuos nemažą sumą. Kai laisvų pinigų po ranka nėra, verta pasigaminti šilumos siurblį savo rankomis iš turimų dalių ir prireikus įsigyti trūkstamas atsargines dalis.

Planuojant įrengti privačiame name geoterminę šildymo sistemą, pirmiausia reikia pasirūpinti šilumos nuostolių lygio sumažinimu. Tam sienas reikia apšiltinti specialia medžiaga, duris ir langų rėmus aprūpinti poroloninėmis tarpinėmis, o grindis ir lubas apsaugoti putplasčio plokštėmis. Tada siurblio išskirta šiluma maksimaliu kiekiu liks patalpos viduje.

Kai sprendimas dėl šilumos siurblio pagaminimo savo jėgomis yra priimtas, būtinai reikia patikrinti namuose esančios elektros instaliacijos ir elektros skaitiklio būklę.

Jei šie elementai yra susidėvėję ir seni, būtina peržiūrėti visas vietas, aptikti galimus defektus ir juos pašalinti dar prieš pradedant darbus. Tada sistema iš karto po paleidimo veiks nepriekaištingai ir netrukdys šeimininkams trumpaisiais jungimais, laidų užsidegimu ir kištukų išmušimu.

Būdas #1. Surinkimas iš šaldytuvo

Norint surinkti šilumos siurblį savo rankomis, iš seno šaldytuvo nuimamas gale esantis ritinis šilumokaitis. Ši detalė naudojama kaip kondensatorius ir dedama į itin tvirtą talpyklą, atsparią agresyvioms temperatūroms. Prie jos tvirtinamas tinkamai veikiantis kompresorius, o kaip garintuvas naudojama paprasta plastikinė statinė.

Jei siurbliui sukurti naudojamas labai senas šaldytuvas, geriau pakeisti jame esantį freoną nauju. To padaryti savarankiškai nepavyks, todėl teks pakviesti meistrą su specialia įranga. Jis greitai pakeis darbinį skystį, ir sistema pradės veikti reikiamu režimu.

Paruošti elementai sujungiami tarpusavyje, o tada sukurtas agregatas polimeriniais vamzdžiais prijungiamas prie šildymo sistemos ir pradedama naudoti įrangą.

Žingsnis po žingsnio instrukcija, kaip surinkti šilumos siurblį iš šaldytuvo, aprašyta šiame straipsnyje.

Būdas #2. Šilumos siurblys iš kondicionieriaus

Kad būtų pagamintas šilumos siurblys, oro kondicionierius modifikuojamas ir pertvarkomi keli pagrindiniai mazgai. Pirmiausia išorinis ir vidinis blokai sukeičiami vietomis.

Garintuvas, atsakingas už žematemperatūrinės šilumos perdavimą, papildomai nestatomas, nes jis yra agregato vidiniame bloke, o šiluminę energiją perduodantis kondensatorius yra išoriniame bloke. Kaip šilumnešis tinka tiek oras, tiek vanduo.

Jei šis montavimo variantas nėra patogus, kondensatorius įrengiamas atskiroje talpykloje, skirtoje tinkamam šilumos mainui tarp šildančio resurso ir šilumnešio.

Pati sistema aprūpinama keturių krypčių vožtuvu. Šiam darbui paprastai kviečiamas specialistas, turintis profesinių įgūdžių ir patirties atlikti tokio pobūdžio veiksmus.

Šiuolaikinės split sistemos yra mažai efektyvios esant žemoms temperatūroms, todėl profesionalai nerekomenduoja jų naudoti savarankiškai gaminant šilumos siurblius

Trečiuoju variantu oro kondicionierius visiškai išardomas į sudedamąsias dalis, o tada iš jų sukomplektuojamas siurblys pagal tradicinę visuotinai priimtą schemą: garintuvas, kompresorius, kondensatorius. Paruoštas prietaisas prijungiamas prie namą šildančios įrangos ir pradedamas naudoti.

Svetainėje yra straipsnių serija apie šilumos siurblių gamybą savo rankomis, rekomenduojame susipažinti:

1. Kaip pasidaryti šilumos siurblį namų šildymui savo rankomis: veikimo principas ir surinkimo schemos
2. Kaip pasigaminti oras-vanduo šilumos siurblį: prietaiso schemos ir savarankiškas surinkimas

Patarimai renkantis sistemą

Įrangos tipo „žemė–vanduo“ montavimas kainuoja brangiau nei visi kiti variantai, nes reikalauja gilių žemės darbų, kai įranga įrengiama vertikaliai, arba didelio laisvo ploto sklype, kai komunikacijos tiesiamos horizontaliai.

Šie parametrai riboja sistemos naudojimą ir žymiai mažina jos patrauklumą.

Vandens-vandens siurblio įrengimas taip pat turi tam tikrų apribojimų. Jei netoliese yra prieinamas vandens telkinys, sistemą galima įrengti jame. Atvirų vandenų nebuvimas reikš gręžinių ir drenažo šulinių gręžimą, o tai taip pat kainuoja nemažai.

Oro-vandens siurblys nekelia problemų montuojant ir gali tinkamai veikti net daugiabučiuose namuose, tačiau atšiauriomis žiemomis su žemomis temperatūromis jo efektyvumas mažėja, o jam palaikyti reikalingas lygiagretus energijos šaltinis.

Tačiau geoterminio šildymo įrengimas galiausiai atsiperka ir pradeda gaminti nemokamą išteklių, leisdamas savininkams gyventi kuo patogesnėmis, malonesnėmis ir komfortiškesnėmis sąlygomis, neišleidžiant didelių sumų komunalinėms paslaugoms.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Vaizdo įraše aiškiai parodyta, kaip dideliame name iš dujų silikato bloko įrengta šildymo sistema, pagrįsta geotermine oro-vandens šilumos įranga. Atskleidžiami kai kurie įdomūs niuansai, susiję su įrangos montavimu, ir pateikiami realūs mėnesinių komunalinių mokesčių skaičiai.

Kaip veikia žemės-vandens įranga. Išsamus geoterminių šilumos katilų montavimo specialisto aprašymas, rekomendacijos ir naudingi patarimai namų meistrams iš savo srities profesionalo.

Savo įspūdžiais apie geoterminį šilumos siurblį dalijasi tikras įrangos naudotojas.

Profesionalus šaltkalvis pasakoja, kaip namų sąlygomis pasigaminti šilumos siurblį, pagrįstą galingu kompresoriumi ir vamzdinėmis šilumokaičio detalėmis. Išsami nuosekli instrukcija.

Geoterminis siurblys privačiam namui šildyti – sėkmingas būdas sukurti patogias gyvenimo sąlygas net ten, kur nėra centralizuotų komunikacijų sistemų ir įprastesnių energijos išteklių šaltinių.

Sistemos pasirinkimas priklauso nuo nekilnojamojo turto teritorinės padėties ir savininkų finansinių galimybių.

Turite patirties gaminant geoterminį šilumos siurblį? Prašome pasidalinti informacija su mūsų skaitytojais, pasiūlykite savo surinkimo variantą. Komentarus ir savo rankų darbo nuotraukas galite palikti žemiau esančioje formoje.