Geotermisk värmepump för husuppvärmning – gör det själv: konstruktion, projektering, egen montering

Man kan organisera uppvärmning och varmvattenförsörjning för ett privat hus på olika sätt, till exempel genom att ansluta till central gasförsörjning eller genom att överföra värmesystemen till elanvändning. Håller du med?

Och man kan bygga en geotermisk värmepump själv och effektivt använda jordens värme för att skapa bekväma levnadsförhållanden. Visst, det är en ganska tidskrävande process, men för den som har lite teknisk kunskap är det inte alltför svårt.

I vår artikel kommer vi att prata om arbetsprinciper och typer av geotermiska installationer. Vi berättar hur man själv bygger en värmepump av tillgängliga material. Dessutom hittar du expertråd om val av geoaggregat. Och videoklippen avslöjar monteringshemligheter och arbetsprinciper för geotermiska pumpar.

Hur fungerar ett geotermiskt aggregat?

Arbetsalgoritmen för en geotermisk värmepump bygger på överföring av värme från en källa med låg värmepotential till värmebäraren. Jorden fungerar här som en radiator på sommaren och är en aktiv värmekälla på vintern.

Temperaturskillnaden i marken hjälper till att öka systemets totala effektivitet och bidrar till sänkta faktiska driftskostnader.

Grunden för en geotermisk värmepumps funktion är fenomenet termisk tröghet. Marktemperaturen på djup från 6 meter och nedåt är nästan exakt densamma som den genomsnittliga årliga lufttemperaturen i regionen och förändras mycket lite under hela kalenderåret.

I praktiken kommer den aktiva värmebäraren in i rörledningen som är placerad i marken och värms upp där med några grader. Sedan går blandningen till värmeväxlingsenheten (eller förångaren) och överför den ackumulerade värmeenergin till den interna systemkretsen.

Principen för geotermiska anläggningar liknar funktionen hos kylsystem. Därför används vissa typer av värmepumpar framgångsrikt som luftkonditionering på sommaren för att kyla luften i bostäder.

Köldmediet i yttre kretsen värms upp i förångaren, omvandlas till gas och går in i kompressorn. Där komprimeras det under högt tryck och blir ännu hetare.

Den heta gasen går till kondensorn och avger värmeenergi till arbetsmediet i det interna systemet som ansvarar för husets uppvärmning. Efter processen återvänder det värmeförlorade köldmediet i flytande form till startpunkten.

Vilka typer av geotermiska installationer finns?

Geotermiska värmepumpar skiljer sig åt beroende på typen av värmebärare i de interna och externa kretsarna. Energin hämtas från marken, vatten (grundvatten eller öppet naturligt vattendrag) eller luft.

Inne i bostaden används värmen för uppvärmning av rum, vattenuppvärmning och luftkonditionering. Beroende på kombinationen av element och funktioner klassificeras systemen i typer: 'jord-vatten', 'vatten-vatten' och 'luft-vatten'.

Alternativ 1. Montering enligt tekniken ”jord-vatten”

Pumpen 'jord-vatten' – ett av de mest effektiva alternativen för alternativ uppvärmning av bostäder. Dess funktion går ut på att med hjälp av sonder eller kollektorer ta värmeenergi från marken och överföra den till husets vattenburna värmesystem.

Geotermiska värmepumpar 'jord-vatten' – är högteknologiska, progressiva enheter. De utmärker sig genom exceptionell tillförlitlighet och hög verkningsgrad. De kräver inte ständig inblandning av ägarna, men behöver professionell service.

Tekniken realiseras med hjälp av en speciell installation bestående av en geotermisk värmeväxlare placerad under den faktiska tjälgränsen, och själva värmepumpen som fungerar som ett kylskåp, fast tvärtom (omvänd Carnotcykel).

Hur enheten fungerar

Installationen 'jord-vatten', som värmer bostäder med förnybar värme från marken, fungerar enligt följande algoritm:

1. Arbetsvätskan (saltlösning eller frostskyddsmedel) som cirkulerar i den geotermiska kretsen antar markens temperatur och förs med hjälp av en pump till värmeväxlaren – förångaren. Där avger den den insamlade värmen till köldmediet och återvänder, efter att ha blivit 2-5°C kallare, till startpunkten.
2. Det värmeladdade köldmediet förångas och, i gasform, går in i kompressorenheten. Där höjs gastemperaturen genom kompression och kondensat bildas.
3. Värmeenergi överförs till värmebäraren i hemmets värmesystem, och freon återgår till flytande form. Dess tryck sjunker efter passage genom systemets expansionsventil och köldmediet återvänder till förångaren för att ta nästa omgång resurs.

Som ett resultat av denna procedur är mängden värmeenergi som tas från marken och överförs till bostadens värmesystem mer än 4 gånger större än mängden el som förbrukats för att säkerställa korrekt drift av kompressoranläggningen, cirkulationspumpen och styrenheten.

Glykolblandning med god viskositet, vatten med alkohol eller saltlösning – det är sådana frostskyddsvätskor som används i systemet 'jord-vatten'. De är miljövänliga, effektivt tar upp värme och transporterar den till pumpstationen.

En extra bonus är att systemet kan arbeta i motsatt riktning, det vill säga för kylning. Visserligen kan effektivitetsförlusten uppgå till 20 %, men detta anses vara motiverat med tanke på utrustningens höga värmekapacitet.

Placeringsalternativ för system 'jord-vatten'

För att skapa den yttre kretsen i systemet 'jord-vatten' används polymerrör med hög hållfasthet och goda driftegenskaper. De placeras horisontellt och läggs på botten av schaktet på ett sätt som liknar anläggning av ledningar för 'golvvärme'-system.

Värmepumpen 'jord-vatten' är pålitlig, effektiv och tyst i drift, men installationen kostar en hel del pengar och tar mycket tid (minst 1 månad för bygg-, installations- och injusteringsarbeten). Detta måste du definitivt ta hänsyn till innan du bestämmer dig för ett värmesystem av denna typ.

Vid installationen används en area på 25-50 kvm per installerad kilowatt effekt. Schaktdjupet väljs under frostgränsen, och exakta mått och rörläggningsavstånd bestäms genom ytterligare beräkning.

För ägare av stora markområden som valt en geotermisk värmepump av typen 'jord-vatten' för uppvärmning av huset är det lämpligt att installera horisontella kollektorer. För ägare av små tomter passar installation av djupa sonder bättre, eftersom de går långt ner i marken och inte 'äter upp' den användbara ytan nära huset.

Områden där ledningar för geotermiska system 'jord-vatten' har anlagts används inte längre för jordbruksändamål. På dem kan du anlägga en vacker gräsmatta eller en rabatt med blommande ettåriga växter.

Vertikal installation är mycket mer problematisk och kräver användning av professionell utrustning. På tomten borrar man med hjälp av en borrigg ett hål på 20 till 150 meters djup, sänker ner en speciell geotermisk sond och ansluter den till en pump som förmedlar arbetsvätskan till hemmets värmesystem.

En vertikal sond för ett geotermiskt system 'jord-vatten' består av en topp med anslutna rör. Den sänks ner i ett borrhål på minst 18 meters djup. Exakt antal borrhål och sonder, nödvändigt nedsänkningsdjup och faktisk rördiameter beräknas separat för varje enskilt fall baserat på information från en geologisk undersökning utförd av specialister på platsen.

Sondrören som går från de borrade hålen går in i en kollektorbrunn. Därifrån går två huvudledningar (matande och retur) till värmepumpen, försedda med isoleringsmaterial. Huvudledningens diameter beror på systemets totala volym och det rum som ska värmas upp. Ibland når parametrarna 160 mm.

Enligt ungefärliga beräkningar behövs cirka 7,5 kWh energi för att värma ett bostadshus på cirka 100 m2. Vertikala sonder för att skapa ett 'jord-vatten' värmesystem måste i detta fall sänkas ner i marken 110-115 meter, eller så måste 250 m2 av den intilliggande tomten användas för horisontella kommunikationer (+)

Tack vare att marktemperaturen på djupet alltid är högre och mer stabil på grund av jordkärnans påverkan, anses det vertikala sättet att installera värmesystemet vara mest effektivt. Det visar hög verkningsgrad och fungerar tillförlitligt i många år utan avbrott eller haverier.

Alternativ 2. Egenskaper hos värmepumpar ”vatten-vatten”

Ett geotermiskt system 'vatten-vatten' använder termisk energi från vattenresurser. Detta är möjligt eftersom vattentemperaturen på stora djup, precis som markens, förblir ganska hög och året runt håller stabila konstanta nivåer.

För att installera ett 'vatten-vatten' system och få lågvärdig termisk energi kan man använda öppna vattendrag (sjöar, floder), brunnar, borrhål och till och med avloppsvatten från industriella processer (omvänd vattenförsörjning).

Det finns i princip ingen konstruktionsskillnad mellan en 'jord-vatten' och en 'vatten-vatten' värmepump. Men det system som bygger på en öppen vattenkälla kräver minst ekonomiska och arbetsmässiga insatser. För installationen behövs inga omfattande borrningsarbeten.

Rörmaterialet med värmebärare utrustas helt enkelt med en vikt, sänks ned i vatten och kopplas via anslutningsledningar till hemmets värmesystem.

Detta alternativ är dock endast möjligt om tomten ligger omedelbart intill vatten och alla systemets kommunikationsdelar är under ägarnas kontroll. Om det inte finns tillgång till en öppen vattenkälla, används grundvattnets potential.

Visserligen medför detta omfattande markarbeten och byggande av komplexa konstruktioner, till exempel en extra brunn avsedd för avledning av vattnet som passerar genom värmeväxlaren.

Vid installation av en vatten-vatten värmepump anlägger man inte en utan två brunnar. Genom den ena tas arbetsvattnet upp och efter att ha passerat värmeväxlaren leds det vidare till den andra, som är placerad i riktning mot grundvattenflödet. Vid placeringen måste man ta hänsyn till att den mottagande brunnen ska vara minst 6 meter från den avgivande brunnen och alltid ligga nedströms.

Vanligtvis installeras vatten-vatten anläggningar där det inte finns möjlighet att ansluta till centrala kommunikationer eller använda andra typer av värmebärare.

Experter hävdar att alternativ uppvärmning av denna typ är extremt effektiv i moderna byggnader med minimal värmeförlust.

Vid tillverkning och installation av geotermiska värmesystem av typen vatten-vatten är det mycket viktigt att använda material med hög motståndskraft mot korrosion, frost och andra aggressiva miljöpåverkningar. Då kommer utrustningen att hålla länge och inte orsaka ägaren några problem.

Om huset är välisolerat, skyddat mot drag, fukt och inträngning av kall luft, eller byggt med modern värmeisoleringsteknik, minskar kostnaden för värmesystemet avsevärt på grund av möjligheten att köpa en mycket mindre kraftfull pump.

Alternativ 3. Utformning av system ”luft-vatten”

Värmepumpen luft-vatten använder den mest tillgängliga, obegränsade och förnybara naturliga energiresursen - luft. Utrustningen fungerar med hjälp av fläktar och förångare som är sammanförda i en enhet.

Den visar störst effektivitet vid temperaturer ner till -15°C. Vid mer extrema värden förlorar den en betydande del av sin effekt.

En luft-vatten värmepump kostar betydligt mindre än modeller som vatten-vatten och mark-vatten. Modulen är lämplig för regioner med relativt milda vintrar. I kalla nordliga områden där frost överstiger -20…25°C anses installation av luftutrustning inte vara ändamålsenlig.

Apparaten är extremt praktisk eftersom den inte kräver att ägaren av ett privat hus har specialutrustning för installation och utförande av komplexa installationsarbeten.

Den kräver ingen schaktning, borrning av brunnar eller andra arbetskrävande åtgärder. Den monteras enkelt och tar inte mycket plats. Den kan fungera korrekt när den är placerad på taket av ett bostadshus.

En geotermisk luft-vatten-pump kan installeras på tomten direkt intill bostadshus. Den arbetar tyst och har ett modernt tilltalande utseende som inte förstör områdets övergripande design.

Bland de främsta fördelarna med utrustningen är nästan ljudlös drift och möjligheten att återanvända värme som lämnar det uppvärmda rummet i form av frånluft, vatten, gas, rök och så vidare.

Systemunderhållet utförs av ägarna själva:

• rengör fläktbladen och skyddsgallren på förångaren från damm, små skräp och löv;
• smörjer kompressorn med en speciell blandning som anges i tillverkarens instruktioner;
• byter olja i kraftenheterna (fläkt, kompressor) med jämna mellanrum;
• kontrollerar integriteten hos strömkabeln och kopparröret genom vilket köldmediet cirkulerar i systemet.

Förutom dessa åtgärder rekommenderar tillverkarna av pumputrustning starkt att kunderna övervakar tillståndet hos temperatursensorerna som återspeglar styrenhetens funktion.

De måste torkas av, försiktigt ta bort damm och oljefläckar från ytan. Detta förlänger livslängden på luft-luft-systemet och gör driften enklare och bekvämare.

Hur gör man aggregatet själv?

Oavsett vilken resurs (mark, vatten eller luft) som väljs för uppvärmning, kommer en pump att behövas för att systemet ska fungera korrekt.

Denna enhet består av följande komponenter:

• kompressorenhet (mellanliggande element i komplexet);
• förångare som överför lågvärdig energi till värmebäraren;
• strypventil genom vilken köldmediet återvänder till förångaren;
• kondensor där freon avger värmeenergi och kyls ner till ursprunglig temperatur.

Man kan köpa ett komplett system från tillverkaren, men det kommer att kosta en rejäl summa. Om man inte har tillräckligt med pengar till hands, är det värt att bygga en värmepump själv med tillgängliga delar och vid behov köpa de saknade reservdelarna.

När du planerar att installera ett geotermiskt värmesystem i ett privat hus, måste du först och främst se till att minska värmeförlusten. För detta måste väggarna isoleras med ett speciellt material, dörrar och fönsterkarmar förses med skumgummitätningar, och golv och tak skyddas med frigolitskivor. Då kommer den värme som pumpen genererar att stanna kvar inne i rummet i så stor utsträckning som möjligt.

När du har bestämt dig för att tillverka värmepumpen själv, måste du kontrollera skicket på den elektriska ledningen och elmätaren i huset.

Om dessa element är slitna och gamla, måste du gå igenom alla delar, upptäcka möjliga fel och åtgärda dem innan arbetet påbörjas. Då kommer systemet att fungera felfritt direkt efter start och inte oroa ägarna med kortslutningar, ledningsbrand och säkringsutlösningar.

Metod 1. Montering från ett kylskåp

För att montera en värmepump själv från ett gammalt kylskåp tar man bort den bakre slingan. Denna del används som kondensor och placeras i en stark behållare som tål aggressiva temperaturer. Man fäster en fungerande kompressor på den och använder en enkel plasttunna som förångare.

Om ett mycket gammalt kylskåp används för att skapa pumpen, är det bättre att byta ut freonet mot ett nytt. Det går inte att göra detta själv, så du måste anlita en tekniker med specialutrustning. Han kommer snabbt att byta ut arbetsvätskan, och systemet kommer att fungera i önskat läge.

De förberedda elementen ansluts till varandra, och sedan ansluts den skapade enheten till värmesystemet med polymerrör och man börjar använda utrustningen.

Steg-för-steg-instruktioner för montering av värmepump från kylskåp beskrivs i denna artikel.

Metod 2. Värmepump från en luftkonditionering

För att göra en värmepump modifieras luftkonditioneringen och några grundläggande delar omstruktureras. Först byter man plats på utomhus- och inomhusenheterna.

Förångaren, som ansvarar för överföring av lågpotentiell värme, installeras inte separat eftersom den finns i enhetens inomhusblock, medan kondensorn som överför värmeenergi finns i utomhusblocket. Både luft och vatten fungerar som värmebärare.

Om denna monteringsvariant inte är bekväm, installeras kondensorn i en separat tank som är avsedd för korrekt värmeväxling mellan värmekällan och värmebäraren.

Själva systemet förses med en fyrvägsventil. För detta arbete anlitar man vanligtvis en specialist med professionella färdigheter och erfarenhet av sådana åtgärder.

Moderna split-system är ineffektiva vid låga temperaturer, därför rekommenderar professionella inte att använda dem för egentillverkning av värmepumpar.

I det tredje alternativet demonteras luftkonditioneringen helt i sina komponenter, och sedan sätts en pump ihop från dem enligt det traditionella standardschemat: förångare, kompressor, kondensor. Den färdiga apparaten ansluts till husets värmesystem och börjar användas.

På webbplatsen finns en serie artiklar om att tillverka värmepumpar själv, vi rekommenderar att du tar del av dem:

1. Så bygger du en värmepump för husuppvärmning själv: arbetsprincip och monteringsscheman
2. Så här bygger du en luft-vatten värmepump: konstruktionsscheman och egen montering

Råd vid val av system

Installation av utrustning av typen 'jord-vatten' är dyrare än alla andra alternativ, eftersom det kräver djup schaktning vid vertikal installation eller stor fri yta vid horisontell dragning av ledningar.

Dessa parametrar begränsar användningen av systemet och minskar dess attraktivitet avsevärt.

Installation av en 'vatten-vatten'-pump har också vissa begränsningar. Om det finns en tillgänglig vattenmassa i närheten kan systemet placeras i den. Avsaknad av öppet vatten innebär borrning av brunnar och avloppsbrunnar, vilket inte heller är billigt.

En 'luft-vatten'-pump innebär inga installationsproblem och kan fungera korrekt även i flerbostadshus, men vid stränga vintrar med låga temperaturer sjunker dess effektivitet och för att upprätthålla den krävs en parallell energikälla.

Men anläggningen av geotermisk uppvärmning lönar sig i slutändan och börjar producera en gratis resurs, vilket gör att ägarna kan leva under maximalt bekväma, trevliga och komfortabla förhållanden, utan att spendera stora summor på allmännyttiga tjänster.

Slutsatser och användbar video om ämnet

I videon visas tydligt hur ett stort hus byggt av gassilikatblock har utrustats med ett värmesystem baserat på geotermisk 'luft-vatten'-utrustning. Några intressanta detaljer om installationen av utrustningen avslöjas och verkliga siffror för månatliga elräkningar presenteras.

Hur 'jord-vatten'-utrustning fungerar. En detaljerad beskrivning från en specialist på installation av geotermiska värmepannor, rekommendationer och användbara tips för hemmafixare från en expert på området.

En verklig användare av utrustningen delar med sig av sina intryck av den geotermiska värmepumpen.

En professionell rörmokare berättar hur man hemma kan tillverka en värmepump baserad på en kraftfull kompressor och rörformade värmeväxlardelar. En detaljerad steg-för-steg-instruktion.

En geotermisk pump för uppvärmning av ett privat hus är ett lyckat sätt att skapa bekväma levnadsförhållanden även där centraliserade kommunikationssystem och mer vanliga energikällor inte är tillgängliga.

Valet av system beror på fastighetens geografiska läge och ägarnas ekonomiska möjligheter.

Har du erfarenhet av att tillverka en geotermisk värmepump? Vänligen dela informationen med våra läsare, föreslå din egen monteringslösning. Kommentarer och bilder på dina egna byggen kan lämnas i formuläret nedan.