Sisteme de încălzire geotermală a casei de la țară: particularități ale amenajării pe cont propriu

Știm că geotermia este căldura Pământului, iar noțiunea «geotermal» este adesea asociată de noi cu vulcani și gheizere. În Rusia, energia geotermală se utilizează cu precădere la scară industrială; de exemplu, există centrale electrice în Extremul Orient care funcționează pe baza căldurii planetei noastre.

Mulți sunt convinși că realizarea încălzirii geotermale a casei pe cont propriu este ceva din domeniul fanteziei. Nu-i așa? Dar nu este deloc așa! Odată cu dezvoltarea tehnologiilor modeme, utilizarea casnică a “energiei verzi” a devenit pe deplin posibilă.

Vă vom povesti despre principiile de funcționare ale încălzirii alternative, avantajele și dezavantajele acesteia, comparând-o cu sistemele tradiționale de încălzire. Totodată, veți afla despre modalitățile de amplasare a schimbătorului de căldură și despre cum să montați un sistem de încălzire geotermală pe cont propriu.

Câteva fapte istorice

Când în anii '70 ai secolului trecut a izbucnit criza petrolului, în Occident a apărut o nevoie stringentă de surse alternative de energie. Tocmai atunci au început să fie create primele sisteme de încălzire geotermală.

În prezent, acestea s-au răspândit pe scară largă în Statele Unite, Canada și țările vest-europene.

De exemplu, în Suedia se utilizează în mod activ apa Mării Baltice, a cărei temperatură este de +4°C. În Germania, implementarea sistemelor de încălzire geotermală este chiar subvenționată la nivel statal.

Când menționăm sursele geotermale de energie, ne imaginăm întotdeauna o vale de gheizere sau vulcani, dar sursele de care avem nevoie sunt mult mai aproape. Și ele ne vor ajuta să ne încălzim iarna și să ne răcorim vara.

În Rusia funcționează centralele geotermale Paujețkaia, Verhne-Mutnovskaia, Okeanskaia și altele. Dar există foarte puține cazuri de utilizare a energiei Pământului în sectorul nostru privat.

Avantajele și dezavantajele reale

Dacă în Rusia încălzirea geotermală a sectorului privat a avut o răspândire relativ mică, înseamnă oare că ideea nu merită costurile pentru implementarea ei? Poate nici nu merită să ne ocupăm de această problemă? S-a dovedit că nu este așa.

Utilizarea unui sistem de încălzire geotermală a locuinței este o soluție avantajoasă. Și există mai multe motive pentru aceasta. Printre ele se numără și instalarea rapidă a echipamentului, care poate funcționa o perioadă îndelungată fără întreruperi.

Dacă se utilizează în sistemul de încălzire nu apă, ci un antigel de calitate, acesta nu va îngheța, iar uzura sa va fi minimă.

Să enumerăm și celelalte avantaje ale acestui tip de încălzire.

• Excluderea procesului de ardere a combustibilului. Creăm un sistem absolut sigur împotriva incendiilor, care, în timpul funcționării sale, nu poate cauza niciun prejudiciu locuinței. În plus, se exclud o serie de alte aspecte legate de prezența combustibilului: acum nu mai este nevoie să căutăm un loc pentru depozitarea acestuia, să ne ocupăm de aprovizionare sau de livrare.
• Beneficiu economic semnificativ. În timpul funcționării sistemului nu vor fi necesare investiții suplimentare. Încălzirea anuală este asigurată de forțele naturii, pe care nu le cumpărăm. Desigur, în funcționarea pompei de căldură se consumă energie electrică, dar cantitatea de energie produsă depășește semnificativ consumul.
• Factorul ecologic. Încălzirea geotermală a unei case private de la țară este o soluție ecologică sigură. Absența procesului de ardere exclude eliberarea produselor de combustie în atmosferă. Dacă mulți oameni conștientizează acest lucru și un astfel de sistem de alimentare cu căldură va primi o răspândire corespunzătoare, influența negativă a oamenilor asupra naturii se va reduce de mai multe ori.
• Compactitatea sistemului. Nu va trebui să organizați o încăpere separată pentru centrală termică în casa dumneavoastră. Tot ce va fi necesar este o pompă de căldură, care poate fi amplasată, de exemplu, în subsol. Cel mai voluminos circuit al sistemului va fi amplasat sub pământ sau sub apă, pe suprafața terenului dumneavoastră nu îl veți vedea.
• Multifuncționalitate. Sistemul poate funcționa atât pentru încălzire în sezonul rece, cât și pentru răcire în perioada caniculei de vară. Practic, acesta va înlocui nu numai încălzitorul, ci și aerul condiționat.
• Confort acustic. Pompa de căldură funcționează aproape silențios.

Alegerea unui sistem de încălzire geotermală este avantajoasă din punct de vedere economic, în ciuda faptului că va trebui să cheltuiți pentru achiziționarea și instalarea echipamentului.

Apropo, ca dezavantaj al sistemului sunt menționate tocmai costurile pe care va trebui să le suportați pentru a instala sistemul și a-l pregăti pentru funcționare. Va trebui să cumpărați pompa în sine și unele materiale, să efectuați lucrările de montare a colectorului exterior și a circuitului interior.

Nu este un secret că resursele se scumpesc de la an la an, așadar un sistem autonom de încălzire care se poate amortiza în câțiva ani va fi întotdeauna avantajos economic pentru proprietarul său.

Cu toate acestea, aceste cheltuieli se amortizează în doar câțiva ani de exploatare. Utilizarea ulterioară a colectorului îngropat în sol sau scufundat în apă permite economisirea unor sume considerabile.

Mai mult, procesul de montare în sine nu este atât de complicat încât să fie nevoie să invitați specialiști externi pentru a-l realiza. Dacă nu faceți foraj, tot restul poate fi făcut singur.

Trebuie remarcat că unii meșteșugari, în încercarea de a economisi, au învățat să asambleze singuri o pompă de căldură geotermală.

Despre sursele de încălzire geotermală

Pentru încălzirea geotermală se pot utiliza următoarele surse de energie termică terestră:

• de înaltă temperatură;
• de joasă temperatură.

Cele de înaltă temperatură includ, de exemplu, izvoarele termale. Acestea pot fi utilizate, dar domeniul lor de aplicare este limitat de locația efectivă a unor astfel de izvoare.

Dacă în Islanda acest tip de energie este utilizat activ, în Rusia apele termale se află departe de așezări. Ele sunt concentrate în cea mai mare parte în Kamceatka, unde apa subterană este folosită ca agent termic și furnizată în sistemele de apă caldă menajeră.

Pentru o utilizare eficientă a energiei termice a pământului nu este nevoie de un vulcan. Este suficient să folosiți resursele care se află la doar 200 de metri de suprafața pământului.

În schimb, pentru utilizarea surselor de joasă temperatură avem toate premisele necesare. În acest scop sunt potrivite masele de aer înconjurătoare, pământul sau apa.

Pentru extragerea energiei necesare se utilizează o pompă de căldură. Cu ajutorul acesteia, are loc procesul de conversie a temperaturii mediului ambiant în energie termică nu doar pentru încălzire, ci și pentru alimentarea cu apă caldă a unei locuințe particulare.

Principiul de funcționare al acestui tip de încălzire

Dacă sunteți familiarizat cu modul în care funcționează un aparat de aer condiționat sau un frigider, atunci asemănarea acestor procese cu principiul de funcționare al încălzirii geotermale este evidentă. Baza sistemului o constituie pompa de căldură, care este conectată în două circuite – exterior și interior.

Pentru a organiza un sistem tradițional de încălzire în orice casă, este necesar să se monteze în ea țevi pentru transportul agentului termic și radiatoare, la încălzirea cărora căldura va intra în încăperi. În cazul nostru, țevile și radiatoarele sunt de asemenea necesare. Ele formează circuitul interior al sistemului. În schemă pot fi adăugate podele încălzite.

Circuitul exterior arată mult mai impunător decât cel interior, deși dimensiunile sale pot fi evaluate doar în perioada de planificare și montare. În timpul exploatării, acesta este invizibil, deoarece se află sub pământ sau sub apă. În interiorul acestui circuit circulă apă obișnuită sau antigel pe bază de etilenglicol, ceea ce este mult mai preferabil.

Sistemul de încălzire geotermală include două circuite – interior și exterior, precum și inima sistemului de încălzire – pompa de căldură, care, prin comprimarea agentului termic, îi crește temperatura (+)

Astfel, elementul cheie care animă întregul sistem este pompa de căldură. Dacă în casa dumneavoastră există o mașină de spălat obișnuită, să știți: această pompă va ocupa aproximativ aceeași suprafață.

Pentru funcționare, are nevoie de energie electrică, dar, consumând doar 1 kW, asigură producerea a 4-5 kW de căldură. Și nu este un miracol, deoarece sursa de energie «suplimentară» este cunoscută – mediul înconjurător.

Două tipuri de amplasare a schimbătorului de căldură

Există două variante de încălzire a unei case private utilizând energia de temperatură scăzută a elementelor mediului înconjurător. Baza sistemului în toate cele trei cazuri o constituie pompa geotermală.

Circuitul interior rămâne neschimbat pentru orice metodă de încălzire, iar diferența principală constă în amplasarea circuitului exterior.

Încălzirea geotermală poate fi cu schimbătorul de căldură amplasat:

• vertical – sunt amplasate în foraje, care deschid sau nu deschid stratul acvifer;
• orizontal – schimbătoarele de căldură ale sistemelor se așează într-o groapă de fundație sau într-un bazin deschis sub formă de serpentină.

Fiecare dintre tipurile de încălzire prezentate aici se caracterizează prin propriile particularități, dezavantaje și avantaje.

Dacă intenționați să creați un astfel de sistem de încălzire cu propriile mâini, vă va fi interesant să aflați mai multe despre fiecare dintre tipuri.

Varianta 1. Amplasarea verticală a colectorului extern

Acest tip de încălzire se bazează pe un fenomen natural interesant: la o adâncime de 50-100 m și mai mult de la suprafața sa, pământul are pe tot parcursul anului aceeași temperatură constantă de 10-12°C

Pentru a putea utiliza această energie a pământului, este necesar să forați puțuri verticale. Tehnologia este practic similară cu pregătirea unei surse de captare a apei

Pentru conservarea maximă a peisajului, se pot fora mai multe țevi dintr-un punct de plecare, dar sub unghiuri diferite

Circuitul extern al sistemului va fi montat direct în aceste puțuri. Acest lucru va permite extragerea eficientă a căldurii pământului. Desigur, această metodă este greu de numit simplă și cu buget redus

Pentru crearea unui sistem vertical de încălzire geotermală, trebuie să utilizați echipament de foraj a puțurilor; fără utilizarea unei instalații de foraj, rezolvarea sarcinilor de amenajare a sistemului va fi destul de laborioasă (+)

Este relevant în cazul în care teritoriul adiacent casei este deja amenajat și perturbarea peisajului său nu este oportună. Adâncimea de foraj a puțului poate ajunge de la 50 la 200 de metri

Parametrii specifici ai puțului depind de situația geologică de pe teren și de parametrii viitoarei construcții. Durata de viață a unei astfel de construcții este de aproximativ 100 de ani

Pentru amenajarea variantei verticale a sistemului cu un schimbător de căldură care extrage energia apei subterane, va fi necesar să forați două puțuri acvifere

Dintr-una dintre acestea, numită puț de debit, cu ajutorul unei pompe se extrage apa care, după cedarea căldurii, se deversează în a doua, puțul de recepție.

Dezavantajul sistemului geotermal cu două puțuri constă în eficiența insuficientă pentru încălzirea unei case de la țară. Pompa de circulație consumă prea multă energie. În schimb, pentru alimentarea circuitului de pardoseală încălzită, energia termică obținută este suficientă.

Varianta 2. Amplasarea orizontală a colectorului de sol

Pentru a instala circuitul exterior la tipul de încălzire orizontal, trebuie să știți până la ce adâncime îngheață solul în localitatea dumneavoastră.

Țevile se așează sub nivelul de îngheț în șanțuri pregătite în prealabil, ocupând un spațiu destul de mare: pentru a încălzi o casă cu o suprafață de 200-250 mp, este necesar să se utilizeze aproximativ 600 mp de schimbător de căldură. Adică șase arii.

Dezavantajul acestei construcții este suprafața mare pe care o ocupă. Dacă aveți nevoie de o peluză acoperită cu iarbă și flori pe teren – aceasta este varianta dumneavoastră. Iar de pomii fructiferi, țevile colectorului este mai bine să fie ținute la distanță (+)

Este evident că, în aceste condiții, volumul lucrărilor de terasament va fi considerabil. În plus, în plan trebuie să se țină cont de amplasarea pomilor și a altor plante pe teren, pentru a nu le îngheța. De exemplu, nu se pot amplasa țevile colectorului mai aproape de un metru și jumătate de pomi.

Această metodă de montaj se utilizează, de regulă, în cazurile în care terenul abia este amenajat pentru construcții. Toate calculele și planurile pentru construirea vilei, organizarea încălzirii acesteia și amenajarea terenului este mai bine să fie realizate simultan.

Scufundarea schimbătorului de căldură orizontal într-un bazin de apă

Această metodă necesită o amplasare specială a proprietății – la o distanță de aproximativ 100 m de un corp de apă suficient de adânc. În plus, respectivul corp de apă nu trebuie să înghețe până la fund, acolo unde va fi amplasat circuitul exterior al sistemului. Pentru aceasta, suprafața corpului de apă nu poate fi mai mică de 200 mp.

Această variantă de amplasare a schimbătorului de căldură este considerată cea mai puțin costisitoare, dar o astfel de amplasare a proprietății totuși nu este foarte frecventă. În plus, pot apărea dificultăți dacă respectivul corp de apă face parte din bunurile publice.

Avantajul evident al acestei metode este absența lucrărilor obligatorii de terasament, deși amenajarea subacvatică a colectorului va necesita totuși efort. De asemenea, va fi necesară și o autorizație specială pentru efectuarea acestor lucrări.

Cu toate acestea, instalația geotermală care utilizează energia apei este totuși cea mai economică.

Pe cont propriu: ce și cum

Dacă tot instalați singuri încălzirea geotermală, atunci circuitul exterior este mai bine să îl cumpărați gata făcut. Desigur, luăm în considerare doar metodele de amplasare orizontală a schimbătorului de căldură exterior: sub suprafața solului sau sub apă.

Un colector vertical în puț este mult mai dificil de instalat de unul singur, dacă nu dispuneți de echipamentul și abilitățile de foraj.

Pompa de căldură nu este un echipament prea voluminos. În casa dumneavoastră nu va ocupa mult spațiu. Căci, ca dimensiune, este comparabilă, de exemplu, cu o centrală obișnuită pe combustibil solid. Conectarea circuitului interior al casei dumneavoastră la ea este o sarcină simplă.

De fapt, totul se face exact la fel ca la organizarea și distribuția încălzirii utilizând surse tradiționale de căldură. Principala dificultate este amenajarea circuitului exterior.

O astfel de amplasare a casei în raport cu iazul este mai frecventă. Principalul este ca bazinul de apă să fie la cel mult 100 de metri de cabană.

Cea mai bună opțiune este utilizarea unui corp de apă, dacă unul se găsește la o distanță de cel mult 100 m. Este necesar ca suprafața lui să depășească 200 mp, iar adâncimea – 3 m (parametrul mediu de îngheț). Dacă acest corp de apă nu vă aparține, atunci obținerea autorizației de utilizare poate fi o problemă.

Dacă acest corp de apă este un iaz pe care îl dețineți, atunci lucrurile se simplifică. Apa din iaz poate fi pompată temporar. Atunci lucrările pe fundul acestuia se pot efectua cu ușurință: va fi necesar să așezați țevile în spirală, fixându-le în această poziție.

Lucrările de terasament vor fi necesare doar pentru săparea unui șanț care va fi necesar pentru conectarea circuitului exterior la pompa de căldură.

După finalizarea tuturor lucrărilor, iazul poate fi reumplut cu apă. În următorii aproximativ o sută de ani, schimbătorul de căldură extern ar trebui să funcționeze corect și să nu cauzeze probleme proprietarului său.

Dacă dispuneți de un teren pe care urmează să construiți o locuință și să cultivați o grădină, are sens să planificați un schimbător de căldură orizontal de tip sol.

Pentru aceasta, trebuie să faceți un calcul preliminar al suprafeței viitorului colector, pe baza parametrilor deja menționați mai sus: 250-300 mp de colector la 100 mp de suprafață încălzită a casei.

Dacă ați primit un teren fără construcții și vegetație pe care ați dori să o păstrați, solul la construirea circuitului orizontal exterior poate fi pur și simplu îndepărtat: este mai ușor decât să săpați șanțuri.

Șanțurile în care urmează să fie așezate țevile circuitului trebuie să fie săpate sub nivelul de îngheț al solului.

Și chiar mai bine – pur și simplu îndepărtați solul până la adâncimea de îngheț, așezați țevile, apoi readuceți solul la loc. Munca este laborioasă, dificilă, dar având o dorință și o determinare puternică, veți putea să o realizați.

Costurile și perspectiva recuperării investiției

Cheltuielile pentru echipament și montajul acestuia în procesul de construire a încălzirii geotermale depind de puterea agregatului și de producător.

Fiecare alege producătorul, bazându-se pe propriile considerații și informații despre reputația și fiabilitatea unui anumit brand. Iar puterea depinde de suprafața încăperii care urmează să fie deservită.

În această imagine este reflectată pe scurt esența avantajului obținut din aplicarea sistemului de încălzire geotermal. Tocmai acest raport al energiei de intrare și de ieșire permite sistemului să se amortizeze rapid mai întâi, iar apoi să economisească banii proprietarului său (+)

Dacă luăm în calcul doar puterea, costul pompelor de căldură variază în următoarele intervale:

• pentru 4-5 kW – 3000-7000 unități convenționale;
• pentru 5-10 kW – 4000-8000 unități convenționale;
• pentru 10-15 kW – 5000-10000 unități convenționale.

Dacă la această sumă adăugăm costurile necesare pentru efectuarea lucrărilor de montaj (20-40%), atunci obținem o sumă care multora li se va părea absolut nerealistă.

Dar toate aceste costuri se vor amortiza în termene destul de acceptabile. În continuare, va trebui să plătiți doar cheltuielile neglijabile pentru electricitatea necesară funcționării pompei. Și asta e tot!

Din cauza eficienței insuficiente a sistemelor geotermale pentru încălzirea locuințelor, acestea sunt folosite ca supliment la rețelele principale de încălzire sau sunt amenajate în complex cu doi sau mai mulți schimbători de căldură.

După cum arată practica, încălzirea geotermală este deosebit de avantajoasă pentru casele a căror suprafață totală încălzită este de 150 mp. În cinci până la opt ani, toate costurile pentru amenajarea sistemelor de încălzire din aceste case se amortizează complet.

Dacă încălzirea geotermală nu este deosebit de solicitată printre proprietarii de case particulare, atunci eficiența sistemelor solare a fost deja apreciată de locuitorii regiunilor sudice. Tehnologia construirii încălzirii solare este destul de simplă, iar economia și practicitatea sa sunt confirmate de experiența de mulți ani de utilizare în țările occidentale și de către conaționalii noștri.

Informații suplimentare despre sursele alternative de energie sunt prezentate în acest articol.

Concluzii și material video util pe această temă

Dacă vă este mai ușor să percepeți informațiile vizuale, atunci acest videoclip vă va permite să vedeți cu ochii dumneavoastră cum funcționează exact sistemul geotermal, precum și să aflați mai multe despre cine și de ce acest tip de încălzire este avantajos.

Vă sugerăm să vizionați un scurt videoclip în care proprietarul unui colector orizontal subteran va vorbi despre impresiile sale legate de exploatarea acestuia. În plus, vizionând acest videoclip, veți afla despre costurile curente asociate cu exploatarea sistemului de încălzire geotermală.

Fiecare proprietar al unei case particulare alege singur dacă să cumpere serviciile organizațiilor furnizoare de resurse sau să se bazeze doar pe el însuși. În acest sens, el se ghidează după o întreagă listă de considerații.

Scopul pe care ni l-am propus nu este acela de a vă împinge spre o concluzie gata făcută, ci de a împărtăși informații despre variantele de soluționare a sarcinii care vă stă în față.

Aveți ceva de adăugat sau aveți întrebări pe tema încălzirii geotermale a unei case particulare? Puteți lăsa comentarii la publicație. Formularul de contact se află în partea inferioară.