Geotermisk varmepumpe til boligopvarmning: opbygning, design, selvmontering

Opvarmning og varmt vand i et privat hjem kan organiseres på flere måder, f.eks. ved at tilslutte sig til centralgasforsyning eller omstille varmesystemer til el. Enig?

Men man kan også bygge en geotermisk varmepumpe selv og udnytte jordens varme til at skabe behagelige leveforhold. Det er ganske vist en ret krævende proces, men for dem, der har bare lidt teknisk snilde, er det ikke så svært.

I denne artikel ser vi på principperne bag og typerne af geotermiske anlæg. Vi fortæller, hvordan du selv kan konstruere en varmepumpe af almindelige materialer. Derudover finder du ekspertråd om valg af geotermiske enheder. Og de vedlagte videoer afslører monteringshemmeligheder og driftsprincipper for geotermiske pumper.

Hvordan fungerer en geotermisk enhed?

Driftsalgoritmen for en geotermisk varmepumpe er baseret på overførsel af varme fra en kilde med lavt termisk energiindhold til varmebæreren. Jorden fungerer her som radiator om sommeren og er en aktiv varmekilde om vinteren.

Forskellen i jordtemperatur hjælper med at øge systemets samlede effektivitet og reducerer de faktiske driftsomkostninger.

Den geotermiske varmepumpes virkemåde er baseret på fænomenet termisk inerti. Jordtemperaturen i en dybde fra 6 meter og derunder svarer næsten nøjagtigt til den gennemsnitlige årlige lufttemperatur i regionen og ændrer sig meget lidt i løbet af kalenderåret.

I praksis tilføres det aktive varmemiddel til rørledningen, der er placeret i jorden, og det opvarmes der et par grader. Derefter overføres varmemidlet til varmeveksleren (eller fordamperen) og sender den akkumulerede termiske energi til det interne systemkredsløb.

Driftsprincippet for geotermiske anlæg ligner funktionen af kølesystemer. Derfor bruges nogle typer varmepumper om sommeren med succes som klimaanlæg til at køle luften i boliger.

Kølemidlet i den eksterne kreds opvarmes i fordamperen, omdannes til gas og føres til kompressoren. Her komprimeres det under højt tryk og bliver endnu varmere.

Den meget varme gas går ind i kondensatoren og overfører varmeenergien til varmebæreren i det indre system, der varmer huset op. Når processen er færdig, vender kølemidlet, der har mistet sin varme, tilbage til udgangspunktet i flydende form.

Hvilke typer geotermiske anlæg findes?

Geotermiske varmepumper adskiller sig fra hinanden efter typen af varmebærer i den indre og ydre kreds i konstruktionen. Anlæggets energi hentes fra jorden, vand (grundvand eller en åben naturlig vandmasse) eller luft.

Inden for boligen bruges varmeenergien til opvarmning af rum, opvarmning af vand og aircondition. Afhængigt af kombinationen af anvendte elementer og funktioner klassificeres systemerne i typer: 'jord-vand', 'vand-vand' og 'luft-vand'.

Mulighed 1. Samling efter jord-vand-teknologi

En 'jord-vand' pumpe – en af de mest effektive muligheder for alternativ opvarmning af boliger. Princippet er at udvinde varmeenergi fra jorden ved hjælp af sonder eller kollektorer og overføre den til husets vandvarmesystem.

Geotermiske varmepumper 'jord-vand' – disse er avancerede, progressive enheder. De er enestående pålidelige og viser en høj virkningsgrad. De kræver ikke konstant indgriben fra ejernes side i driften, men har brug for professionel service.

Teknologien realiseres ved hjælp af et specielt anlæg, der består af en geotermisk varmeveksler placeret under den faktiske frostdybde, og selve varmepumpen, der fungerer som et køleskab, men omvendt (omvendt Carnot-cyklus).

Sådan fungerer enheden

'Jord-vand'-anlægget, som opvarmer boliger med vedvarende varme fra jorden, fungerer efter følgende algoritme:

1. Arbejdsvæsken (saltlage eller frostvæske), der cirkulerer i den geotermiske kreds, optager jordens temperatur og føres via pumpen til en varmeveksler – fordamperen. Her afgiver den den opsamlede varme til freon, bliver selv 2-5°C koldere og vender tilbage til udgangspunktet.
2. Freon, der er beriget med varmeenergi, fordamper og går i gasform ind i kompressorenheden. Der stiger gastemperaturen på grund af kompression, og der dannes kondensat.
3. Varmeenergien overføres til varmebæreren i husets varmesystem, og freon antager igen flydende form. Dets tryk falder efter passage gennem systemets ekspansionsventil, og kølemidlet vender tilbage til fordamperen for at opnå en ny portion energi.

Som et resultat af denne procedure er mængden af termisk energi, der tages fra jorden og overføres til varmesystemet i et bolighus, mere end 4 gange større end den mængde elektricitet, der er forbrugt for at sikre korrekt drift af kompressoranlægget, cirkulationspumpen og styreenheden.

Glykolblanding med god viskositet, vand med alkohol eller saltopløsning – det er netop sådanne frostvæsker, der anvendes i systemet 'jord-vand'. De er miljøvenlige, optager effektivt varme og transporterer den til pumpestationen.

En ekstra bonus er, at systemet har mulighed for at køre i den modsatte retning, dvs. til køling. Ganske vist når effektivitetstabet op til 20%, men det anses for at være acceptabelt i betragtning af udstyrets høje varmeeffekt.

Placeringsmuligheder for systemer 'jord-vand'

Til at skabe den ydre kreds i systemet 'jord-vand' anvender man polymerrør med høj styrke og gode driftsegenskaber. De placeres vandret, lagt på bunden af en grav, på en måde der minder om installation af kommunikation til 'varmt gulv'-systemer.

Varmepumpen 'jord-vand' er pålidelig, effektiv og støjsvag i drift, men dens installation koster en pæn sum penge og tager lang tid (mindst 1 måned til bygge-, monterings- og justeringsaktiviteter). Dette skal man bestemt tage i betragtning, før man vælger et varmesystem af denne type.

Ved installation anvendes et areal på 25-50 m² for hver enkelt kilowatt effekt for den monterede pumpe. Dybden af graven vælges under frysegrænsen, og de nøjagtige mål og rørlægningsafstand fastlægges ved yderligere beregning.

Ejere af store jordbesiddelser, der har valgt en geotermisk varmepumpe af typen 'jord-vand' til opvarmning af huset, bør installere horisontale samlere. Ejere af små grunde vil have mere gavn af installation af dybe sonder, da de går langt ned i jorden og ikke 'spiser' den nyttige plads nær huset.

Arealer, hvor kommunikationen for geotermiske systemer 'jord-vand' er etableret, anvendes ikke længere til landbrugsformål. På dem kan man anlægge en smuk græsplæne eller et blomsterbed med blomstrende etårige planter.

Vertikal installation er langt mere problematisk og kræver brug af professionelt udstyr. På grunden bores et hul med en borerig til en dybde på 20 til 150 m, hvori man sænker en speciel geotermisk sonde og forbinder den til pumpen, der leverer arbejdsvæsken til husets varmesystem.

En vertikal sonde til et geotermisk jord-vand-system består af en top med tilsluttede rør. Den sænkes ned i et borehul med en dybde på 18 m eller mere. Det nøjagtige antal borehuller og sonder, den nødvendige nedsænkningsdybde og den faktiske rørdiameter beregnes separat for hvert enkelt tilfælde baseret på oplysninger fra en geologisk undersøgelse udført af specialister på stedet.

Sonderørene, der går fra de borede huller, går ind i en opsamlingsbrønd. Fra den går der to hovedledninger (fremløb og retur) til varmepumpen, forsynet med isolerende beklædning. Hovedledningens diameter afhænger af systemets samlede volumen og det rum, der skal opvarmes. Nogle gange når parametrene op på 160 mm.

Ifølge omtrentlige beregninger kræves der omkring 7,5 kWh energi for at opvarme et beboelseshus på ca. 100 m2. I dette tilfælde skal vertikale sonder til et jord-vand varmesystem sænkes ned i jorden i 110-115 meter, eller der skal afsættes 250 m2 af den tilstødende grund til horisontale ledninger (+)

Fordi jordtemperaturen i dybden altid er højere og mere stabil på grund af jordens kerne, anses den vertikale metode til installation af varmesystemet for at være mest effektiv. Den viser et højt virkningsgradsniveau og fungerer pålideligt i mange år uden fejl og nedbrud.

Mulighed 2. Funktioner ved vand-vand-varmepumper

Et geotermisk vand-til-vand system bruger vandets termiske energi. Dette er muligt, fordi vandtemperaturen i stor dybde, ligesom jordtemperaturen, forbliver ret høj og opretholder stabile konstante værdier året rundt.

Til etablering af et vand-til-vand system og til at opnå lavenergi termisk energi kan åbne vandområder (søer, floder), brønde, borehuller og endda spildevand fra industrielle produktionscyklusser (vandforsyning af returtype) anvendes.

Der er ingen grundlæggende konstruktionsmæssig forskel mellem en jord-til-vand varmepumpe og en vand-til-vand varmepumpe. Men anlægget, der er baseret på et åbent vandområde, kræver de mindste økonomiske og arbejdsmæssige omkostninger. Der kræves ingen omfattende borearbejder til installationen.

Rørmaterialet med varmebæreren udstyres simpelthen med en vægt, sænkes ned i vandet og tilsluttes via forbindelsesledninger til husets varmesystem.

Denne mulighed er dog kun mulig, hvis grunden ligger tæt op ad vandet, og alle systemets kommunikationsdele er under ejerens kontrol. Hvis der ikke er adgang til et åbent vandområde, bruges grundvandets potentiale.

Det medfører dog omfattende jordarbejde og konstruktion af komplekse strukturer, f.eks. en ekstra brønd til bortskaffelse af vand, der passerer gennem varmevekslerenheden.

Ved installation af en vand-til-vand varmepumpe etableres ikke én, men to brønde. Den ene brønd indtager arbejdsvandet, som efter at have passeret varmeveksleren ledes til den anden brønd, som er placeret i grundvandsstrømmens retning. Ved placeringen skal man tage højde for, at modtagebrønden skal være mindst 6 meter fra afgivelsesbrønden og helt sikkert nedstrøms.

Normalt installeres vand-til-vand anlæg der, hvor det ikke er muligt at tilslutte sig centralforsyning eller bruge andre former for varmebærere.

Eksperter hævder, at alternativ opvarmning af denne type er yderst effektiv i moderne bygninger med minimalt varmetab.

Ved fremstilling og lægning af geotermiske varmesystemer af typen 'vand-til-vand' er det meget vigtigt at bruge materialer med høj modstandsdygtighed over for korrosion, frostskader og andre aggressive påvirkninger fra omgivelserne. Så vil udstyret holde længe og give ejeren ingen problemer.

Hvis huset er godt isoleret, beskyttet mod træk, fugt og indtrængen af frostluft, eller bygget med moderne isoleringsteknologi, falder prisen på varmesystemet betydeligt, fordi man kan købe pumpeudstyr med meget lavere effekt.

Mulighed 3. Opsætning af luft-vand-systemer

En luft-til-vand varmepumpe bruger den mest tilgængelige, uendelige og vedvarende naturlige energiressource – luft. Udstyret fungerer ved hjælp af ventilatorer og fordampere, der er samlet i én enhed.

Den viser størst effektivitet ved temperaturer ned til -15°C. Ved mere ekstreme forhold mister den en væsentlig del af sin kapacitet.

En luft-til-vand varmepumpe er betydeligt billigere end modellerne vand-til-vand og jord-til-vand. Modulet egner sig til regioner med relativt milde vintre. I kolde nordlige områder, hvor frosten overstiger -20...25°C, anses installation af luftbaseret udstyr for at være uhensigtsmæssigt.

Enheden er ekstremt praktisk, fordi den ikke kræver, at ejeren af et privat hus har specialudstyr til montering og komplicerede installationsarbejder.

Den kræver ikke jordudgravning, boring af brønde eller andre arbejdskrævende opgaver. Den er let at installere og optager ikke meget plads. Den kan fungere korrekt, når den placeres på taget af en boligbygning.

En geotermisk luft-til-vand varmepumpe kan installeres på grunden direkte ved siden af beboelsesbygninger. Den arbejder stille og har et moderne, attraktivt udseende, der ikke forstyrrer områdets overordnede design.

Blandt udstyrets største fordele er den næsten lydløse drift og muligheden for at genbruge varme, der forlader det opvarmede rum i form af udsugningsluft, vand, gas, røg osv.

Ejerne udfører vedligeholdelsen af systemet selv:

• Renser ventilatorblade og beskyttelsesgitre på fordamperen for støv, småaffald og blade;
• Smører kompressoren med et specielt smøremiddel, der er angivet i producentens instruktioner;
• Skifter olie i kraftenhederne (ventilator, kompressor) med en bestemt hyppighed;
• Kontrollerer integriteten af strømkablet og kobberrøret, som kølemidlet cirkulerer i systemet.

Ud over disse handlinger anbefaler producenterne af pumpeudstyret kraftigt, at kunderne overvåger tilstanden af varmesensorerne, som afspejler styringsenhedens funktion.

De skal aftørres, og støv og oliepletter fjernes forsigtigt fra overfladen. Dette forlænger "levetiden" for luft-til-luft-systemet og gør driftsprocessen enklere og mere komfortabel.

Sådan bygger du en selv

Uanset hvilken ressource (jord, vand eller luft) der vælges til opvarmning, vil der være brug for en pumpe for at systemet fungerer korrekt.

Enheden består af følgende elementer:

• Kompressorenhed (mellemled i komplekset);
• Fordamper, som overfører lavtemperatur energi til varmebæreren;
• Drosselventil, som kølemidlet passerer på vej tilbage til fordamperen;
• Kondensator, hvor freon afgiver varmeenergi og afkøles til sin oprindelige temperatur.

Man kan købe et komplet system hos producenten, men det vil koste en pæn sum. Hvis man ikke har penge ved hånden, bør man lave en varmepumpe selv af de tilgængelige dele og om nødvendigt købe de manglende reservedele.

Når man planlægger installation af et geotermisk varmesystem i et privat hus, skal man først og fremmest sørge for at reducere varmetabet. Til dette formål skal væggene isoleres med et specielt materiale, døre og vinduesrammer forsynes med skumgummipakninger, og gulv og loft beskyttes med skumplastpaneler. Så vil den varme, pumpen producerer, forblive i rummet i maksimalt omfang.

Når beslutningen om at lave en varmepumpe selv er truffet, skal man huske at kontrollere tilstanden af den eksisterende elektriske ledning og elmåler i huset.

Hvis disse elementer er slidte og gamle, skal man gennemgå alle områder, opdage mulige fejl og udbedre dem, inden arbejdet påbegyndes. Så vil systemet umiddelbart efter opstart fungere fejlfrit og ikke genere ejerne med kortslutninger, ledningsbrande og sikringer, der springer.

Metode 1. Samling af et køleskab

Til at samle en varmepumpe selv fra et gammelt køleskab fjerner man den spole, der sidder bagpå. Denne del bruges som kondensator og placeres i en stærk beholder, der er modstandsdygtig over for ekstreme temperaturer. Der monteres en velfungerende kompressor på den, og en simpel plastiktønde bruges som fordamper.

Hvis der bruges et meget gammelt køleskab til at lave pumpen, er det bedre at udskifte freonen med en ny. Det kan man ikke gøre selv, så man må tilkalde en fagmand med specialudstyr. Han vil hurtigt udskifte arbejdsvæsken, og systemet vil fungere i den ønskede tilstand.

De forberedte elementer forbindes med hinanden, og derefter tilsluttes den fremstillede enhed til varmesystemet via polymerrør, og man begynder at bruge udstyret.

Trin-for-trin vejledning til samling af en varmepumpe fra et køleskab er beskrevet i denne artikel.

Metode 2. Varmepumpe fra et klimaanlæg

For at lave en varmepumpe modificeres klimaanlægget, og nogle hovedkomponenter omstruktureres. Først bytter man om på udendørs- og indendørsenhederne.

Fordamperen, der står for overførsel af lavtemperaturvarme, installeres ikke ekstra, da den findes i indendørsenheden, og kondensatoren, der overfører termisk energi, sidder i udendørsenheden. Både luft og vand er velegnede som varmebærer.

Hvis denne installationsmulighed ikke er praktisk, installeres kondensatoren i en separat beholder, der er beregnet til korrekt varmeveksling mellem varmekilden og varmebæreren.

Selve systemet forsynes med en firevejsventil. Til dette arbejde tilkalder man normalt en specialist med professionelle færdigheder og erfaring med denne type opgaver.

Moderne split-systemer er ineffektive ved lave temperaturer, derfor anbefaler fagfolk ikke at bruge dem til selv at lave varmepumper.

I den tredje mulighed skilles klimaanlægget helt ad i sine bestanddele, og derefter samles en pumpe af dem efter den traditionelle, almindeligt accepterede ordning: fordamper, kompressor, kondensator. Det færdige apparat tilsluttes husets varmeudstyr, og man begynder at bruge det.

På hjemmesiden er der en serie artikler om at lave varmepumper selv, vi anbefaler at tage et kig:

1. Sådan bygger du en varmepumpe til husopvarmning selv: arbejdsprincip og monteringsdiagrammer
2. Sådan bygger du en luft-til-vand varmepumpe: diagrammer over enheden og selvmontering

Råd til valg af system

Montering af jord-til-vand udstyr er dyrere end alle andre løsninger, fordi det kræver dybdegående jordarbejde ved vertikal placering eller et stort frit areal ved horisontal lægning af rør.

Disse parametre begrænser systemets anvendelse og reducerer dets tiltrækningskraft betydeligt.

Installation af en vand-til-vand pumpe har også nogle begrænsninger. Hvis der er en tilgængelig vandmasse i nærheden, kan systemet placeres i den. Mangel på åbent vand vil medføre boring af brønde og drænbrønde, hvilket heller ikke er billigt.

Luft-til-vand pumpen giver ingen installationsproblemer og kan fungere korrekt selv i etageejendomme, men ved strenge vintre med lave temperaturer falder dens effektivitet, og der kræves en parallel energikilde for at støtte den.

Men etablering af geotermisk opvarmning betaler sig i sidste ende og begynder at producere en gratis ressource, hvilket giver ejerne mulighed for at leve under de mest bekvemme, behagelige og komfortable forhold uden at bruge store beløb på forbrugsregninger.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Videoen viser tydeligt, hvordan et stort hus af gasbetonblokke har et varmesystem baseret på geotermisk luft-til-vand udstyr. Nogle interessante detaljer om installationen afsløres, og de faktiske månedlige forbrugsregninger nævnes.

Hvordan jord-til-vand udstyr fungerer. Detaljeret beskrivelse fra en specialist i installation af geotermiske varmekedler, anbefalinger og nyttige tips til gør-det-selv folk fra en professionel.

En rigtig bruger af udstyret deler sine indtryk af den geotermiske varmepumpe.

En professionel smed fortæller, hvordan man laver en varmepumpe derhjemme baseret på en kraftig kompressor og rørformede varmevekslerdele. Trinvise instruktioner.

En geotermisk varmepumpe til opvarmning af et privat hjem er en vellykket måde at skabe komfortable levevilkår, selv hvor centraliserede kommunikationssystemer og mere almindelige energikilder ikke er tilgængelige.

Valget af system afhænger af ejendommens beliggenhed og ejernes økonomiske muligheder.

Har du erfaring med at bygge en geotermisk varmepumpe? Del venligst informationen med vores læsere, foreslå din egen samlemetode. Kommentarer og billeder af dine gør-det-selv projekter kan tilføjes i formularen nedenfor.