Geotermiska värmesystem för lantställe: egen installation och utformning

Vi vet att geotermi är jordens värme, och begreppet 'geotermisk' associeras ofta med vulkaner och gejsrar. I Ryssland används geotermisk energi främst i industriell skala, till exempel finns det kraftverk i Fjärran Östern som drivs av vår planets värme.

Många är övertygade om att göra geotermisk uppvärmning av huset på egen hand är något ur fantasins värld. Eller hur? Men det är absolut inte så! Med utvecklingen av modern teknik har hushållsanvändning av “grön energi” blivit fullt möjlig.

Vi kommer att berätta om principerna för alternativ uppvärmning, dess fördelar och nackdelar, jämföra med traditionella värmesystem. Du kommer också att lära dig om placeringen av värmeväxlaren och hur man installerar geotermisk uppvärmning på egen hand.

Några historiska fakta

När oljekrisen bröt ut på 1970-talet uppstod en brännande behov av alternativa energikällor i väst. Just då började de första geotermiska värmesystemen skapas.

Idag är de utbredda i USA, Kanada och västeuropeiska länder.

Till exempel använder man i Sverige aktivt Östersjöns vatten, vars temperatur är +4°C. I Tyskland subventioneras införandet av geotermiska värmesystem till och med på statlig nivå.

I Ryssland finns Pauzjetskaja, Verchne-Mutnovskaja, Okeanskaja och andra geotermiska kraftverk. Men fakta om användningen av jordens energi i vår privata sektor är mycket få.

Verkliga fördelar och nackdelar

Om geotermisk uppvärmning av privata sektorn fått relativt liten spridning i Ryssland, betyder det då att idén inte är värd kostnaden att förverkliga? Kanske det inte är värt att syssla med denna fråga? Det visade sig att så inte är fallet.

Att använda ett geotermiskt värmesystem för bostaden är en lönsam lösning. Och det finns flera skäl till det. Bland annat snabb installation av utrustning som kan fungera länge utan avbrott.

Om man använder inte vatten utan kvalitetsfrostskyddsmedel i värmesystemet, kommer det inte att frysa och slitaget blir minimalt.

Låt oss räkna upp övriga fördelar med denna typ av uppvärmning.

• Förbränningsproceduren är eliminerad. Vi skapar ett helt brandsäkert system som under sin drift inte kan orsaka någon skada på bostaden. Dessutom elimineras en rad andra moment relaterade till närvaro av bränsle: nu behöver man inte leta efter plats för lagring, ägna sig åt insamling eller transport.
• Betydande ekonomisk fördel. Under systemets drift krävs inga ytterligare investeringar. Den årliga uppvärmningen tillhandahålls av naturens krafter som vi inte köper. Naturligtvis förbrukas elektrisk energi när värmepumpen är i drift, men mängden producerad energi överstiger avsevärt förbrukningen.
• Miljöfaktor. Geotermisk uppvärmning av ett privat fritidshus är en miljövänlig lösning. Frånvaron av förbränningsprocess eliminerar utsläpp av förbränningsprodukter till atmosfären. Om många inser detta och ett sådant värmeförsörjningssystem får vederbörlig utbredd spridning, kommer människors negativa påverkan på naturen att minska mångfaldigt.
• Systemets kompakthet. Du behöver inte anordna ett separat pannrum i ditt hem. Allt du behöver är en värmepump som kan placeras till exempel i källaren. Den mest voluminösa delen av systemet kommer att vara under jord eller under vatten, på ytan av din tomt kommer du inte att se den.
• Mångfunktionalitet. Systemet kan fungera både för uppvärmning under den kalla årstiden och för kylning under sommarvärmen. Det vill säga, i princip kommer det att ersätta inte bara en värmare utan även en luftkonditionering.
• Akustisk komfort. Värmepumpen arbetar nästan ljudlöst.

Att välja ett geotermiskt värmesystem är ekonomiskt fördelaktigt, trots att du måste spendera pengar på inköp och installation av utrustning.

Förresten, som en nackdel med systemet nämns just kostnaderna för att installera och förbereda det för drift. Man måste köpa själva pumpen och vissa material, utföra monteringsarbeten på den externa kollektorn och den interna kretsen.

Dessa kostnader betalar sig dock redan under de första årens drift. Den efterföljande användningen av en kollektor som är nedlagd i marken eller nedsänkt i vatten gör det möjligt att spara betydande belopp.

Dessutom är själva installationsprocessen inte så komplicerad att man behöver anlita externa specialister. Om man inte håller på med borrning kan allt annat göras på egen hand.

Det bör noteras att vissa hantverkare, i sin strävan att spara pengar, har lärt sig att montera en geotermisk värmepump på egen hand.

Om källor till geotermisk uppvärmning

För geotermisk uppvärmning kan följande källor till jordens termiska energi användas:

• högtemperaturkällor;
• lågtemperaturkällor.

Till högtemperaturkällorna hör till exempel termiska källor. De kan användas, men deras användningsområde begränsas av den faktiska platsen för sådana källor.

Om denna typ av energi aktivt används på Island, så finns termiska vatten i Ryssland långt från bebyggelse. De är mest koncentrerade på Kamchatka, där grundvatten används som värmebärare och levereras till system för varmvattenförsörjning.

Däremot har vi alla nödvändiga förutsättningar för att använda lågtemperaturkällor. För detta ändamål lämpar sig omgivande luftmassor, mark eller vatten.

För att utvinna den nödvändiga energin används en värmepump. Med dess hjälp omvandlas omgivningstemperatur till termisk energi inte bara för uppvärmning utan också för varmvattenförsörjning i ett privat hushåll.

Principen för sådan uppvärmning

Om du är bekant med hur en luftkonditionering eller ett kylskåp fungerar, är likheten mellan dessa processer och funktionsprincipen för geotermisk uppvärmning uppenbar. Systemets bas utgörs av en värmepump som ingår i två kretsar – en yttre och en inre.

För att organisera ett traditionellt värmesystem i vilket hus som helst måste man installera rör för transport av värmebäraren och radiatorer, som vid uppvärmning avger värme till rummen. I vårt fall behövs också rör och radiatorer. De utgör systemets inre krets. I systemet kan även golvvärme läggas till.

Den yttre kretsen ser mycket mer omfattande ut än den inre, även om dess storlek bara kan uppskattas under planerings- och installationsfasen. Under drift är den osynlig eftersom den ligger under jord eller under vatten. I denna krets cirkulerar vanligt vatten eller frostskyddsmedel baserat på etylenglykol, vilket är mycket att föredra.

Värmebärare i den yttre kretsen värms upp till det tillstånd som omgivningen har som den är nedsänkt i, och skickas i 'förvärmt' skick till värmepumpen. Genom den överförs den koncentrerade värmen till den inre kretsen, vilket resulterar i att vattnet i rören, radiatorerna och golvvärmen värms upp.

Således är värmepumpen den nyckelelement som ger liv åt hela systemet. Om du har en vanlig tvättmaskin i ditt hus, så vet att denna pump kommer att ta ungefär samma yta.

För sin drift behöver den elektricitet, men genom att förbruka endast 1 kW producerar den 4-5 kW värme. Och detta är inget mirakel, eftersom källan till 'extra' energi är känd – det är omgivningen.

Två typer av placering av värmeväxlaren

Det finns två alternativ för uppvärmning av ett privat hus med lågtemperatur energi från omgivningselement. Grunden i systemet i alla tre fallen är en geotermisk pump.

Den inre kretsen förblir oförändrad för alla uppvärmningssätt, medan den huvudsakliga skillnaden ligger i placeringen av den yttre kretsen.

Geotermisk uppvärmning kan ha värmeväxlaren placerad:

• vertikalt – placeras i borrhål som öppnar eller inte öppnar ett vattenförande lager;
• horisontellt – systemets värmeväxlare läggs i en schakt eller en öppen vattenförekomst i form av en serpentin.

Varje typ av uppvärmning som nämns här har sina egna egenskaper, nackdelar och fördelar.

Om du tänker skapa ett sådant värmesystem med egna händer, kommer du att vara intresserad av att lära dig mer om varje typ.

Alternativ #1. Vertikal placering av den externa kollektorn

Denna uppvärmningstyp bygger på ett intressant naturfenomen: på ett djup av 50-100 m och mer från ytan har jorden året runt en jämn och konstant temperatur på 10-12°C.

För att kunna använda denna jordenergi är det nödvändigt att borra vertikala brunnar. Tekniken är i stort sett densamma som förberedelsen av en vattenkälla.

För att maximera bevarandet av landskapet kan man borra flera rör från samma startpunkt, men i olika vinklar.

Systemets yttre krets kommer att monteras direkt i dessa brunnar. Detta gör det möjligt att effektivt ta tillvara jordens värme. Naturligtvis är denna metod svår att kalla enkel och billig.

Det är aktuellt när området intill huset redan är anlagt och det inte är lämpligt att störa dess landskap. Borrdjupet för brunnen kan vara från 50 till 200 meter.

Brunnens specifika parametrar beror på de geologiska förhållandena på platsen och parametrarna för den framtida anläggningen. Livslängden för en sådan konstruktion är cirka 100 år.

För att installera en vertikal version av systemet med en värmeväxlare som utvinner energi från grundvatten, krävs att man borrar två vattenförande brunnar.

Från en av dem, kallad produktionsbrunnen, tas vatten upp med hjälp av en pump, som efter värmeöverföring släpps ut i den andra, mottagande brunnen.

Alternativ #2. Horisontell placering av markkollektorn

För att lägga yttre kretsen vid horisontell uppvärmning måste du veta hur djupt marken fryser i ditt område.

Rören läggs under frysnivån i förberedda diken och tar upp ganska stor yta: för att värma ett hus med en area på 200-250 kvm behövs en värmeväxlare på cirka 600 kvm. Det vill säga sex ar.

Det är uppenbart att under sådana förhållanden blir jordarbetet omfattande. Dessutom måste man i planen ta hänsyn till placeringen av träd och annan växtlighet på tomten för att inte frysa dem. Till exempel får kollektorrören inte placeras närmare än en och en halv meter från träd.

Denna installationsmetod används vanligtvis när tomten precis håller på att utvecklas för byggnation. Alla beräkningar och planer för byggandet av villan, organiseringen av dess uppvärmning och planeringen av tomten bör göras samtidigt.

Nedsänkning av den horisontella värmeväxlaren i en vattenmassa

Denna metod kräver att huset ligger på ett visst avstånd – cirka 100 meter från ett vattendrag med tillräckligt djup. Dessutom får vattendraget inte frysa till botten, där systemets yttre krets kommer att placeras. För att uppnå detta får vattendragets area inte vara mindre än 200 kvm.

Den uppenbara fördelen med denna metod är att det inte krävs några obligatoriska och tidskrävande markarbeten, även om undervattensplaceringen av kollektorn ändå kommer att kräva en del arbete. Och ett särskilt tillstånd för sådana arbeten kommer också att behövas.

Emellertid är en geotermisk anläggning som använder vattenenergi ändå den mest ekonomiska.

På egen hand: vad och hur

Om du verkligen ska installera geotermisk uppvärmning själv, är det bättre att köpa den yttre kretsen färdig. Naturligtvis överväger vi bara metoder för horisontell placering av den yttre värmeväxlaren: under markytan eller under vatten.

En vertikal brunnskollektor är mycket svårare att montera på egen hand om du inte har utrustning och borrkunskaper.

Värmepumpen är inte alltför stor utrustning. Den tar inte mycket plats i ditt hem. Storleksmässigt är den jämförbar med till exempel en vanlig fastbränslepanna. Att ansluta den inre kretsen i ditt hem är en enkel uppgift.

I princip görs allt precis på samma sätt som vid organisering och distribution av uppvärmning med traditionella värmekällor. Huvudsvårigheten är konstruktionen av den yttre kretsen.

Det bästa alternativet är att använda en vattenförekomst om en sådan finns inom 100 meters avstånd. Det krävs att dess yta överstiger 200 kvm och djupet 3 m (genomsnittlig frostnivå). Om denna vattenförekomst inte tillhör dig kan det bli ett problem att få tillstånd att använda den.

Om vattendraget är en damm som du äger, förenklas saken. Vattnet från dammen kan tillfälligt pumpas bort. Då kan arbetet på dess botten utföras enkelt: du måste lägga rören i spiral och fästa dem i detta läge.

Markarbeten kommer endast att behövas för att gräva en dike som behövs för att ansluta den yttre kretsen till värmepumpen.

Efter att allt arbete är utfört kan dammen åter fyllas med vatten. Under de närmaste hundra åren bör den yttre värmeväxlaren fungera korrekt och inte orsaka problem för ägaren.

Om du har en tomt där du bara ska bygga bostad och odla en trädgård, är det vettigt att planera en horisontell markvärmeväxlare.

För detta bör du göra en preliminär beräkning av den framtida kollektorns area, baserat på de parametrar som redan angivits ovan: 250-300 kvadratmeter kollektor per 100 kvadratmeter uppvärmd bostadsyta.

Dikena där konturens rör ska läggas måste grävas under markens frysnivå.

Ännu bättre är att helt enkelt ta bort jorden till frostens djup, lägga rören och sedan återföra jorden på plats. Arbetet är tidskrävande och komplicerat, men med stor vilja och målmedvetenhet kan du utföra det.

Kostnader och återbetalningsutsikter

Kostnaderna för utrustning och installation under byggandet av geotermisk uppvärmning beror på enhetens effekt och tillverkaren.

Var och en väljer tillverkare baserat på egna överväganden och information om respektive varumärkes rykte och tillförlitlighet. Effekten beror däremot på den yta som ska betjänas.

Om man tar hänsyn till just effekten, så varierar kostnaden för värmepumpar inom följande intervall:

• på 4-5 kW – 3000-7000 konventionella enheter;
• på 5-10 kW – 4000-8000 konventionella enheter;
• på 10-15 kW – 5000-10000 konventionella enheter.

Om vi lägger till kostnaderna för installationsarbetet (20-40%) till denna summa, får vi en summa som för många kommer att verka helt orealistisk.

Men alla dessa kostnader kommer att betala sig inom helt acceptabla tidsramar. I framtiden behöver du bara betala de mindre elkostnaderna som krävs för pumpens drift. Och det är allt!

Som praxis visar är geotermisk uppvärmning särskilt fördelaktig för hus vars totala uppvärmda yta är 150 kvadratmeter. Inom fem till åtta år är alla kostnader för installation av värmesystem i dessa hus helt återbetalda.

Om geotermisk uppvärmning inte är särskilt efterfrågad bland villaägare, så har invånarna i södra regioner redan uppskattat effektiviteten hos solfångarsystem. Tekniken för byggande av solvärme är ganska enkel, och dess ekonomi och praktiska användning har bekräftats av många års erfarenhet från både västerländska länder och våra landsmän.

Ytterligare information om alternativa energikällor finns i den här artikeln.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Om du lättare tar till dig visuell information, så låter den här videon dig se med egna ögon hur ett geotermiskt system fungerar, och även lära dig mer om vem och varför denna uppvärmningsform är fördelaktig.

Vi föreslår att du tittar på en kort video där ägaren av en horisontell markkollektor berättar om sina erfarenheter av dess användning. Dessutom, genom att se den här videon, får du veta om de löpande kostnaderna för att driva ett geotermiskt värmesystem.

Varje villaägare väljer själv om han vill köpa tjänster från resursleverantörer eller bara lita på sig själv. Därvid låter han sig vägledas av en hel lista med överväganden.

Målet vi har satt upp är inte att pressa dig till en färdig slutsats, utan att dela information om lösningsalternativ för den uppgift du står inför.

Har du något att tillägga eller frågor om ämnet geotermisk uppvärmning av villa? Du kan lämna kommentarer till inlägget. Kontaktformuläret finns i det nedre blocket.