Sistemi geotermalnega ogrevanja za podeželsko hišo: značilnosti samostojne namestitve

Vemo, da je geotermija toplota Zemlje, pojem 'geotermalni' pa pogosto povezujemo z vulkani in gejzirji. V Rusiji se geotermalna energija uporablja predvsem v industrijskem obsegu, na primer obstajajo daljnovzhodne elektrarne, ki delujejo na podlagi toplote našega planeta.

Mnogi so prepričani, da je izdelava geotermalnega ogrevanja hiše z lastnimi rokami nekaj iz domišljije. Ali ni tako? Vendar to sploh ni res! Z razvojem sodobnih tehnologij je domača uporaba “zelene energije” postala povsem resnična.

Povedali vam bomo o načelih delovanja alternativnega ogrevanja, njegovih prednostih in pomanjkljivostih ter ga primerjali s tradicionalnimi ogrevalnimi sistemi. Prav tako boste izvedeli o načinih namestitve toplotnega izmenjevalnika in o tem, kako sestaviti geotermalno ogrevanje z lastnimi rokami.

Nekaj zgodovinskih dejstev

Ko je v 70. letih prejšnjega stoletja izbruhnila naftna kriza, je na Zahodu nastala nujna potreba po alternativnih virih energije. Prav v tem času so začeli nastajati prvi geotermalni ogrevalni sistemi.

Danes so postali široko razširjeni v Združenih državah Amerike, Kanadi in zahodnoevropskih državah.

Na primer, na Švedskem aktivno uporabljajo vodo Baltskega morja, katere temperatura znaša +4°C. V Nemčiji je uvajanje geotermalnih ogrevalnih sistemov celo subvencionirano na državni ravni.

Ko omenjamo geotermalne vire energije, si vedno predstavljamo dolino gejzirjev ali vulkane, toda viri, ki jih potrebujemo, so veliko bližje. In pomagali nam bodo, da se pozimi ogrejemo in poleti ohladimo.

V Rusiji obratujejo Paužetska, Verhnje-Mutnovska, Okeanska in druge geotermalne elektrarne. Toda dejstev o uporabi energije Zemlje v našem zasebnem sektorju je zelo malo.

Dejanske prednosti in pomanjkljivosti

Če je v Rusiji geotermalno ogrevanje zasebnega sektorja dobilo relativno majhno razširjenost, ali to pomeni, da ideja ni vredna stroškov za njeno uresničitev? Morda se s tem vprašanjem sploh ne bi bilo vredno ukvarjati? Izkazalo se je, da temu ni tako.

Uporaba sistema geotermalnega ogrevanja stanovanja je donosna rešitev. In za to obstaja več razlogov. Med njimi je tudi hitra namestitev opreme, ki lahko dolgo časa deluje brez kakršnih koli prekinitev.

Če v ogrevalnem sistemu ne uporabimo vode, ampak kakovosten antifriz, ta ne bo zmrzoval in njegova obraba bo minimalna.

Naštejmo še druge prednosti te vrste ogrevanja.

• Postopek sežiganja goriva je izključen. Ustvarjamo popolnoma požarno varen sistem, ki med svojim delovanjem ne more povzročiti nobene škode bivališču. Poleg tega so izključeni številni drugi vidiki, povezani s prisotnostjo goriva: zdaj ni več treba iskati prostora za njegovo shranjevanje, se ukvarjati z njegovo pripravo ali dostavo.
• Precejšnja gospodarska korist. Med delovanjem sistema ne bodo potrebne nobene dodatne naložbe. Letno ogrevanje zagotavljajo naravne sile, ki jih ne kupujemo. Seveda med delovanjem toplotne črpalke porabimo električno energijo, vendar količina proizvedene energije bistveno presega porabo.
• Ekološki dejavnik. Geotermalno ogrevanje zasebne podeželske hiše je okoljsko varna rešitev. Odsotnost procesa gorenja izključuje vstop produktov zgorevanja v ozračje. Če se tega zaveda veliko ljudi in takšen sistem oskrbe s toploto dobi ustrezno vsesplošno razširjenost, se bo negativni vpliv ljudi na naravo večkrat zmanjšal.
• Kompaktnost sistema. Vam ne bo treba organizirati ločenega prostora kotlovnice v svoji hiši. Vse, kar bo potrebno, je toplotna črpalka, ki jo lahko postavite, na primer, v kleti. Najbolj obsežen krog sistema bo nameščen pod zemljo ali pod vodo, na površini vaše parcele ga ne boste videli.
• Večnamenskost. Sistem lahko deluje tako za ogrevanje v hladnem letnem času kot za hlajenje v obdobju poletne vročine. To pomeni, da vam bo v bistvu nadomestil ne samo grelnik, ampak tudi klimatsko napravo.
• Zvočno udobje. Toplotna črpalka deluje skoraj neslišno.

Izbira geotermalnega ogrevalnega sistema je ekonomsko ugodna, kljub temu da bo treba porabiti denar za nakup in namestitev opreme.

Mimogrede, kot pomanjkljivost sistema navajajo prav stroške, ki jih bo treba imeti, da sistem namestite in pripravite za delovanje. Kupiti bo treba črpalko in nekaj materialov, opraviti dela za montažo zunanjega kolektorja in notranjega kroga.

Ni skrivnost, da viri energije iz leta v leto dražijo, zato bo avtonomni ogrevalni sistem, ki se lahko povrne v nekaj letih, vedno ekonomsko ugoden za njegovega lastnika.

Vendar se ti stroški povrnejo že v prvih nekaj letih uporabe. Nadaljnja uporaba kolektorja, položenega v zemljo ali potopljenega v vodo, omogoča prihranek znatnih sredstev.

Poleg tega sam postopek montaže ni tako zapleten, da bi za njegovo izvedbo morali vabiti zunanje strokovnjake. Če se ne ukvarjate z vrtanjem, lahko vse ostalo naredite sami.

Treba je omeniti, da so se nekateri mojstri, v želji po varčevanju, naučili sestaviti geotermalno toplotno črpalko sami.

O virih geotermalnega ogrevanja

Za geotermalno ogrevanje lahko uporabimo naslednje vire zemeljske toplotne energije:

• visokotemperaturne;
• nizkotemperaturne.

Med visokotemperaturne spadajo na primer termalni izviri. Uporabiti jih sicer je mogoče, vendar je njihovo področje uporabe omejeno na dejansko lokacijo takih virov.

Če na Islandiji to vrsto energije aktivno uporabljajo, so v Rusiji termalne vode daleč od naselij. Najbolj so skoncentrirane na Kamčatki, kjer podzemno vodo uporabljajo kot nosilec toplote in jo dovajajo v sisteme za oskrbo s toplo vodo.

Za učinkovito uporabo toplotne energije zemlje ni potreben vulkan. Dovolj je uporabiti vire, ki so le 200 metrov od zemeljskega površja.

Po drugi strani pa imamo za uporabo nizkotemperaturnih virov vse potrebne predpogoje. Za ta namen so primerni okoliške zračne mase, zemlja ali voda.

Za pridobivanje potrebne energije uporabljamo toplotno črpalko. Z njeno pomočjo poteka postopek pretvorbe temperature okolice v toplotno energijo ne le za ogrevanje, ampak tudi za oskrbo s toplo vodo zasebnega doma.

Načelo delovanja takšnega ogrevanja

Če ste seznanjeni s tem, kako deluje klimatska naprava ali hladilnik, potem je podobnost teh procesov z načelom delovanja geotermalnega ogrevanja očitna. Osnovo sistema predstavlja toplotna črpalka, ki je vključena v dva kroga – zunanjega in notranjega.

Za organizacijo tradicionalnega ogrevalnega sistema v kateri koli hiši je treba v njej namestiti cevi za transport nosilca toplote in radiatorje, ob segrevanju katerih bo toplota prihajala v prostore. V našem primeru so potrebne tudi cevi in radiatorji. Ti tvorijo notranji krog sistema. V shemo so lahko dodana talna ogrevanja.

Zunanji krog je videti veliko večji od notranjega, čeprav je njegove velikosti mogoče oceniti le v obdobju načrtovanja in montaže. Med obratovanjem ni viden, saj je pod zemljo ali pod vodo. Znotraj tega kroga kroži navadna voda ali antifriz na osnovi etilen glikola, kar je veliko bolj zaželeno.

V sestavo geotermalnega ogrevalnega sistema vključujeta dva kroga – notranji in zunanji, ter srce ogrevalnega sistema – toplotna črpalka, ki s stiskanjem nosilca toplote poviša njegovo temperaturo (+)

Tako je ključni element, ki oživi celoten sistem, toplotna črpalka. Če imate v vašem domu običajen pralni stroj, vedite: ta črpalka bo zasedla približno podobno površino.

Za delovanje potrebuje električno energijo, vendar s porabo le 1 kW zagotavlja proizvodnjo 4–5 kW toplote. In to ni čudež, saj je vir »dodatne« energije znan – to je okolje.

Dve vrsti namestitve toplotnega izmenjevalnika

Obstajata dve možnosti ogrevanja zasebne hiše z uporabo nizkotemperaturne energije elementov okolja. Osnovo sistema v vseh treh primerih predstavlja geotermalna črpalka.

Notranji krog ostane nespremenjen za kateri koli način ogrevanja, glavna razlika pa je v namestitvi zunanjega kroga.

Geotermalno ogrevanje je s toplotnim izmenjevalnikom, nameščenim:

• navpično – se nahajajo v vrtinah, ki odpirajo ali ne odpirajo vodonosnega sloja;
• vodoravno – toplotne izmenjevalnike sistemov polagajo v gradbeno jamo ali odprto vodno telo v obliki nekakšnega spirala.

Vsaka od tukaj navedenih vrst ogrevanja se odlikuje po svojih značilnostih, pomanjkljivostih in prednostih.

Če nameravate ustvariti tak ogrevalni sistem z lastnimi rokami, vas bo zanimalo izvedeti več o vsaki vrsti podrobneje.

Možnost #1. Navpična namestitev zunanjega kolektorja

Ta vrsta ogrevanja temelji na zanimivem naravnem pojavu: na globini 50–100 m in več od površine ima zemlja skozi vse leto enako in stalno temperaturo 10–12 °C.

Da bi lahko uporabili to energijo zemlje, je treba vrtati navpične vrtine. Tehnologija je skoraj enaka pripravi vodnega vira.

Z namenom čim večjega ohranjanja krajine je mogoče izvrtati več cevi z ene izhodiščne točke, vendar pod različnimi koti.

Zunanji krog sistema bo nameščen neposredno v teh vrtinah. To bo omogočilo učinkovito odvajanje toplote iz zemlje. Seveda je težko imenovati to metodo preprosto in poceni.

Za ustvarjanje navpičnega sistema geotermalnega ogrevanja je treba uporabiti opremo za vrtanje vrtin; brez uporabe vrtalnega stroja bo reševanje nalog za ureditev sistema precej zamudno.

Aktualen je v primeru, ko je območje ob hiši že urejeno in njegovo krajino ni smiselno motiti. Globina vrtanja vrtine lahko doseže od 50 do 200 metrov.

Natančni parametri vrtine so odvisni od geoloških razmer na parceli in parametrov bodoče gradnje. Življenjska doba takšne konstrukcije je približno 100 let.

Za ureditev navpične različice sistema s toplotnim izmenjevalnikom, ki črpa energijo podzemne vode, bo potrebno izvrtati dve vodonosni vrtini.

Iz ene od njih, imenovane debetna, se s pomočjo črpalke črpa voda, ki se po prenosu toplote izlije v drugo, sprejemno vrtino.

Pomanjkljivost geotermalnega sistema z dvema vrtinama je v nezadostni učinkovitosti za ogrevanje podeželske hiše. Preveč energije porabi obtočna črpalka. Vendar pa je za dobavo toplotnega nosilca tokokrogu talnega ogrevanja pridobljene toplotne energije povsem dovolj.

Možnost #2. Vodoravna namestitev talnega kolektorja

Da bi položili zunanji tokokrog pri vodoravnem tipu ogrevanja, morate vedeti, do kakšne globine zemlja zmrzuje na vašem območju.

Cevi položite pod mejo zmrzovanja v vnaprej pripravljene jarke, pri tem pa zavzamete precej velik prostor: za ogrevanje hiše s površino 200–250 m² morate uporabiti približno 600 m² toplotnega izmenjevalnika. To je šest arov.

Pomanjkljivost te konstrukcije je velika površina, ki jo zavzema. Če na parceli potrebujete travnik, pokrit s travo in rožami – to je vaša možnost. Od plodonosnih dreves pa je bolje cevi kolektorja držati dlje stran (+).

Jasno je, da bo pri takšnih pogojih obseg zemeljskih del precejšen. Poleg tega morate v načrtu upoštevati lokacijo dreves in drugega rastlinja na parceli, da jih ne zamrznete. Na primer, cevi kolektorja ne smete postaviti bližje kot meter in pol od dreves.

Ta način montaže se praviloma uporablja v primerih, ko se parcela šele ureja za gradnjo. Vse izračune in načrte za gradnjo hiše, organizacijo njenega ogrevanja in načrtovanje zemljišča je najbolje opraviti sočasno.

Potopitev vodoravnega toplotnega izmenjevalnika v vodno telo

Ta način zahteva posebno lokacijo stanovanjske hiše – na razdalji približno 100 m od vodnega telesa, ki ima zadostno globino. Poleg tega se navedeno vodno telo ne sme zamrzniti do samega dna, kjer bo nameščen zunanji tokokrog sistema. Za to pa površina vodnega telesa ne sme biti manjša od 200 m².

Ta način namestitve toplotnega izmenjevalnika velja za najcenejšega, vendar se takšna lega hiše vseeno ne pojavlja pogosto. Poleg tega lahko pride do težav, če vodno telo spada med objekte v splošni rabi.

Očitna prednost te metode je odsotnost obveznih zahtevnih zemeljskih del, čeprav se bo treba s podvodno namestitvijo kolektorja vseeno potruditi. Potrebno bo tudi posebno dovoljenje za izvedbo takšnih del.

Vendar je geotermalna naprava, ki uporablja energijo vode, vseeno najbolj ekonomična.

Z lastnimi rokami: kaj in kako

Če že želite geotermalno ogrevanje montirati z lastnimi rokami, je zunanji krog vseeno bolje kupiti že pripravljenega. Seveda obravnavamo le načine vodoravne namestitve zunanjega toplotnega izmenjevalnika: pod površino tal ali pod vodo.

Samonamestitev vrtinskega vertikalnega kolektorja je veliko težja, če nimate opreme in veščin vrtanja.

Toplotna črpalka ni preveč obsežna oprema. V vašem domu ne bo zavzela veliko prostora. Saj je po velikosti primerljiva na primer z običajnim kotlom na trda goriva. Priklop notranjega kroga vašega doma nanjo ni zahtevna naloga.

Pravzaprav se vse naredi popolnoma enako kot pri organizaciji in razvodu ogrevanja z uporabo tradicionalnih virov toplote. Glavna težava je postavitev zunanjega kroga.

Takšna lega hiše glede na ribnik je pogostejša. Pomembno je, da vodno telo ni oddaljeno več kot 100 metrov od hiše.

Najboljša možnost je uporaba vodnega telesa, če se nahaja na razdalji največ 100 m. Potrebno je, da njegova površina presega 200 kvadratnih metrov, globina pa 3 m (povprečni parameter zmrzovanja). Če to vodno telo ni vaše, je lahko težava pridobitev dovoljenja za njegovo uporabo.

Če pa je vodno telo ribnik, ki je v vaši lasti, se zadeva poenostavi. Vodo iz ribnika je mogoče začasno izčrpati. Takrat bo dela na njegovem dnu mogoče izvajati zlahka: cevi bo treba položiti spiralno in jih pritrditi v tem položaju.

Zemeljska dela bodo potrebna le za kopanje jarka, ki bo potreben za priključitev zunanjega kroga na toplotno črpalko.

Po opravljenih vseh delih se lahko ribnik ponovno napolni z vodo. V naslednjih približno sto letih bi moral zunanji toplotni izmenjevalnik delovati brezhibno in ne povzročati skrbi lastniku.

Če ste v posesti zemljišča, na katerem šele nameravate zgraditi hišo in urediti vrt, je smiselno načrtovati vodoravni toplotni izmenjevalnik talnega tipa.

Za to je treba narediti predhodni izračun površine bodočega kolektorja na podlagi parametrov, ki so že navedeni zgoraj: 250–300 m² kolektorja na 100 m² ogrevane površine hiše.

Če imate parcelo brez objektov in vegetacije, ki bi jo želeli ohraniti, lahko zemljo pri gradnji zunanjega horizontalnega talnega kroga preprosto odstranite: to je lažje kot kopati jarke.

Jarke, v katere bo treba položiti cevi kroga, je treba izkopati pod globino zmrzovanja tal.

Še bolje pa je preprosto odstraniti zemljo do globine zmrzovanja, položiti cevi in nato zemljo vrniti na prvotno mesto. Delo je zamudno in zahtevno, vendar ga boste lahko opravili, če imate veliko želje in odločnosti.

Stroški in možnosti vračila

Stroški opreme in njene montaže pri gradnji geotermalnega ogrevanja so odvisni od moči naprave in proizvajalca.

Vsakdo izbere proizvajalca na podlagi lastnih premislekov in informacij o ugledu in zanesljivosti posamezne blagovne znamke. Moč pa je odvisna od površine prostora, ki ga bo treba oskrbovati.

Ta slika na kratko prikazuje bistvo koristi, ki jo prinaša uporaba geotermalnega ogrevalnega sistema. Prav takšno razmerje med vhodno in izhodno energijo omogoča sistemu, da se najprej hitro povrne, nato pa prihrani denar svojega lastnika (+)

Če upoštevamo samo moč, se cena toplotnih črpalk giblje v naslednjih razponih:

• za 4–5 kW – 3000–7000 denarnih enot;
• za 5–10 kW – 4000–8000 denarnih enot;
• za 10–15 kW – 5000–10000 denarnih enot.

Če k temu znesku prištejemo stroške, ki so potrebni za izvedbo montažnih del (20–40 %), dobimo znesek, ki se bo mnogim zdel popolnoma neresničen.

Vendar se bodo vsi ti stroški povrnili v povsem sprejemljivem času. V nadaljevanju boste morali plačevati le manjše stroške za elektriko, potrebno za delovanje črpalke. In to je vse!

Zaradi nezadostne učinkovitosti geotermalnih sistemov za ogrevanje stanovanjskih stavb se uporabljajo kot dodatek k glavnim ogrevalnim omrežjem ali pa se gradijo kompleksno z dvema ali več toplotnimi izmenjevalniki.

Kot kaže praksa, je geotermalno ogrevanje še posebej ugodno za hiše, katerih skupna ogrevana površina znaša 150 m². V petih do osmih letih se vsi stroški za ureditev ogrevalnih sistemov v teh hišah v celoti povrnejo.

Če geotermalno ogrevanje ni posebej priljubljeno med lastniki zasebnih hiš, so učinkovitost heliosistemov že ocenili prebivalci južnih regij. Tehnologija gradnje sončnega ogrevanja je dokaj preprosta, njena ekonomičnost in praktičnost sta potrjeni z večletnimi izkušnjami uporabe v zahodnih državah in pri naših rojakih.

Dodatne informacije o alternativnih virih energije so predstavljene v tem članku.

Zaključki in koristen video na to temo

Če vam je lažje dojemati nazorne informacije, vam bo ta videoposnetek omogočil, da na lastne oči vidite, kako deluje geotermalni sistem, in tudi več izveste o tem, komu in zakaj je ta vrsta ogrevanja ugodna.

Predlagamo vam, da si ogledate kratek videoposnetek, v katerem vam bo lastnik horizontalnega podtalnega kolektorja povedal o svojih vtisih o njegovem delovanju. Poleg tega boste po ogledu tega videa izvedeli o tekočih stroških, povezanih z delovanjem sistema geotermalnega ogrevanja.

Vsak lastnik zasebne hiše se sam odloči, ali naj kupi storitve organizacij za oskrbo z viri ali naj se zanaša samo nase. Pri tem ga vodi cel seznam premislekov.

Cilj, ki smo si ga zastavili, ni v tem, da bi vas potisnili k vnaprej pripravljenemu zaključku, ampak da z vami delimo informacije o možnostih rešitve naloge, ki stoji pred vami.

Imate kaj dodati ali so se pojavila vprašanja na temo geotermalnega ogrevanja zasebne hiše? Lahko pustite komentarje k objavi. Obrazec za stik se nahaja v spodnjem bloku.