Pompa di calore geotermica fai-da-te per il riscaldamento di una casa: dispositivo, progettazione, autoassemblaggio

È possibile organizzare il riscaldamento e la fornitura di acqua calda per una casa privata in diversi modi, ad esempio collegandosi alle comunicazioni centrali per la fornitura di gas o commutando i sistemi di riscaldamento al consumo di elettricità. Sei d'accordo?

Oppure puoi assemblare una pompa di calore geotermica con le tue mani e utilizzare efficacemente il calore della terra per creare condizioni di vita confortevoli. Naturalmente, questo è un processo piuttosto laborioso, ma per coloro che hanno almeno un po' di esperienza nella tecnologia, non sarà difficile.

Nel nostro articolo parleremo dei principi di funzionamento e delle tipologie di impianti geotermici. Ti diremo come costruire tu stesso una pompa di calore con materiali di scarto. Inoltre, nell'articolo troverai i consigli degli esperti sulla scelta dei geoaggregati. E i video pubblicati sveleranno i segreti dell'installazione e i principi di funzionamento delle pompe geotermiche.

Come funziona un'unità geotermica?

L'algoritmo di funzionamento di una pompa di calore geotermica si basa sul trasferimento di calore da una fonte a basso potenziale di energia termica al liquido di raffreddamento. La terra qui svolge il ruolo di radiatore in estate ed è una fonte attiva di calore nella stagione invernale.

La differenza nelle temperature del suolo aiuta a migliorare l'efficienza complessiva del sistema e aiuta a ridurre i costi operativi effettivi.

Il funzionamento di una pompa di calore geotermica si basa su un fenomeno chiamato inerzia termica. La temperatura della terra a una profondità di 6 metri e inferiore corrisponde quasi esattamente alla temperatura media annuale dell'aria nella regione e varia molto poco durante l'anno solare

In pratica, l'attuale liquido refrigerante entra in una tubazione situata nel terreno e lì viene riscaldato di diversi gradi. Successivamente la composizione entra in un'unità di scambio termico (o evaporatore) e trasferisce l'energia termica accumulata al circuito interno del sistema.

Il principio di funzionamento degli impianti geotermici è simile al funzionamento dei sistemi di refrigerazione. Ecco perché alcuni tipi di pompe di calore vengono utilizzati con successo come condizionatori d'aria in estate e con il loro aiuto raffreddano l'aria nei locali residenziali

Il refrigerante operante nel circuito esterno viene riscaldato nell'evaporatore, convertito in gas e inviato al compressore. Lì si contrae sotto l'influenza dell'alta pressione e diventa ancora più caldo.

Il gas caldo passa nel dispositivo di condensazione e trasferisce l'energia termica al liquido di raffreddamento di lavoro del sistema interno responsabile del riscaldamento della casa. Al termine del processo il refrigerante, avendo perso il suo calore, ritorna al punto di partenza allo stato liquido.

Quali sono le tipologie di impianti geotermici?

Le pompe di calore geotermiche differiscono l'una dall'altra per il tipo di refrigerante sui contorni interni ed esterni della struttura. L'energia del dispositivo è ottenuta dal suolo, dall'acqua (falde freatiche o da un serbatoio naturale aperto) o dall'aria.

All'interno degli edifici residenziali la risorsa termica viene utilizzata per il riscaldamento degli ambienti, il riscaldamento dell'acqua e il condizionamento dell'aria.A seconda della combinazione degli elementi e delle funzioni utilizzate, i sistemi vengono classificati in tipologie: “terra-acqua”, “acqua-acqua” e “aria-acqua”.

Opzione 1. Assemblaggio utilizzando la tecnologia terra-acqua

Una pompa terra-acqua è una delle opzioni di riscaldamento alternative più efficaci per i locali residenziali. Il principio del suo funzionamento si riduce alla selezione dell'energia termica dal suolo mediante sonde o collettori e al suo trasferimento al sistema di riscaldamento dell'acqua domestico.

Le pompe di calore geotermiche terra-acqua sono dispositivi avanzati ad alta tecnologia. Sono eccezionalmente affidabili e dimostrano un elevato livello di efficienza. Non richiedono un intervento costante da parte dei proprietari nel loro lavoro, ma necessitano di un servizio professionale

Un'installazione speciale aiuta a implementare la tecnologia, composta da uno scambiatore di calore geotermico situato al di sotto della profondità del vero congelamento del suolo, e direttamente da una pompa di calore che funziona come un frigorifero, solo al contrario (ciclo di Carnot inverso).

Come funziona il dispositivo

L’impianto “ad acqua sotterranea”, che riscalda i locali residenziali utilizzando il calore rinnovabile prodotto dal suolo, funziona secondo il seguente algoritmo:

1. Il fluido di lavoro (salamoia o antigelo), muovendosi lungo il circuito geotermico, prende la temperatura del terreno e viene trasferito tramite una pompa ad uno scambiatore di calore - evaporatore. Lì cede il calore raccolto al freon e, divenuto più freddo di 2-5°C, ritorna al punto di partenza.
2. Il freon arricchito di energia termica evapora e, avendo assunto lo stato gassoso, entra nell'unità di compressione. Lì la temperatura del gas aumenta a causa delle forme di compressione e condensazione.
3. L'energia termica viene trasferita al liquido di raffreddamento dell'impianto di riscaldamento domestico e il freon assume nuovamente la forma liquida. La sua pressione diminuisce dopo aver attraversato la valvola di espansione del sistema e il refrigerante ritorna all'evaporatore per guadagnare un'altra porzione della risorsa.

Come risultato di questa procedura, il volume di energia termica prelevata dal suolo e trasferita all'impianto di riscaldamento di un edificio residenziale è più di 4 volte maggiore della quantità di elettricità spesa per garantire il corretto funzionamento dell'unità compressore, pompa di circolazione e unità di controllo.

Una miscela di glicole con un buon indice di viscosità, acqua con alcol o una soluzione salina: questi sono i liquidi non congelanti utilizzati nel sistema terra-acqua. Sono rispettosi dell'ambiente, ricevono in modo efficiente il calore e lo trasportano alla stazione di pompaggio

Un ulteriore vantaggio è che il sistema ha la capacità di funzionare nella direzione opposta, ovvero per il raffreddamento. È vero, la perdita di efficienza raggiunge il 20%, ma ciò è considerato giustificato data l'elevata capacità di riscaldamento dell'apparecchiatura.

Opzioni per il posizionamento dei sistemi di falda acquifera

Per creare il contorno esterno del sistema terra-acqua, vengono utilizzati tubi polimerici ad alta resistenza con buone caratteristiche prestazionali. Sono disposti orizzontalmente, adagiati sul fondo della fossa in un modo che ricorda la disposizione delle comunicazioni dei complessi a “pavimento caldo”.

La pompa di calore terra-acqua è affidabile, efficiente e silenziosa nel funzionamento, ma la sua installazione costa molto denaro e richiede molto tempo (almeno 1 mese per le attività di costruzione, installazione e regolazione).Questo punto deve essere preso in considerazione prima di scegliere un sistema di riscaldamento di questo tipo.

Durante l'installazione viene utilizzata un'area di 25-50 metri quadrati. m per ogni singolo kilowatt di potenza della pompa installata. La profondità della fossa viene scelta al di sotto della linea di congelamento e le dimensioni esatte e il passo della posa del tubo sono determinate da calcoli aggiuntivi.

Per i proprietari di grandi proprietà terriere che hanno scelto una pompa di calore geotermica terra-acqua per riscaldare la propria casa, è consigliabile installare collettori orizzontali. Per i proprietari di piccoli appezzamenti è più adatta l'installazione di sonde di profondità, poiché penetrano in profondità nel terreno e non “divorano” l'area utilizzabile vicino alla casa

I territori in cui sono organizzate le comunicazioni dei sistemi geotermici terra-acqua non sono più utilizzati per esigenze agricole. Possono essere utilizzati per creare un bellissimo prato erboso o un'aiuola con piante annuali in fiore.

L'installazione verticale è molto più problematica e comporta l'utilizzo di attrezzature professionali. Nel sito, utilizzando una piattaforma di perforazione, viene perforato un pozzo a una profondità compresa tra 20 e 150 m, al suo interno viene calata una speciale sonda geotermica e collegata a una pompa che fornisce il fluido di lavoro all'impianto di riscaldamento domestico.

Una sonda verticale per un sistema geotermico terra-acqua è costituita da una testa con tubi collegati. È immerso in un pozzo con una profondità di 18 mo più. Il numero esatto di pozzi e sonde, la profondità di immersione richiesta e il diametro effettivo della tubazione vengono calcolati separatamente per ciascun caso particolare, sulla base delle informazioni ottenute a seguito dell'esplorazione geologica effettuata dagli specialisti sul posto

I tubi sonda che si estendono dai pozzi perforati entrano nel pozzo di raccolta. Da esso alla pompa di calore ci sono 2 linee principali (mandata e ritorno della risorsa), dotate di rivestimento isolante. Il diametro della linea dipende dal volume totale dell'impianto e dell'ambiente da riscaldare. A volte i parametri raggiungono 160 mm.

Secondo calcoli approssimativi, per riscaldare un edificio residenziale con una superficie di circa 100 m2 saranno necessari circa 7,5 kW/h di energia. In questo caso, le sonde verticali per creare un sistema di riscaldamento terra-acqua dovranno essere abbassate nel terreno per 110-115 metri, oppure dovranno essere occupati 250 m2 dell'area adiacente per le comunicazioni orizzontali (+)

A causa del fatto che in profondità la temperatura del suolo è sempre più elevata e più stabile a causa dell'influenza del nucleo terrestre, il metodo di posa verticale del sistema di riscaldamento è riconosciuto come il più efficace. Dimostra un elevato livello di efficienza e funziona in modo affidabile per molti anni senza guasti o guasti.

Opzione 2. Caratteristiche delle pompe di calore acqua-acqua

Un sistema geotermico acqua-acqua utilizza l'energia termica di una risorsa idrica nel suo funzionamento. Ciò è possibile perché a grandi profondità la temperatura dell'acqua, così come quella del suolo, si mantiene piuttosto elevata e si mantiene su valori costanti stabili tutto l'anno.

Per realizzare un sistema acqua-acqua e ottenere energia termica a basso potenziale, è possibile utilizzare serbatoi aperti (laghi, fiumi), pozzi, pozzi trivellati e persino acque reflue provenienti da cicli tecnologici di produzione industriale (approvvigionamento idrico inverso)

Non esiste alcuna differenza strutturale fondamentale tra le pompe di calore terra-acqua e acqua-acqua. Ma per un complesso costruito su un bacino idrico aperto sono necessari i costi finanziari e di manodopera minimi.Per l'installazione non sono necessarie attività di perforazione su larga scala.

Il materiale del tubo con il liquido refrigerante viene semplicemente dotato di un peso, immerso nell'acqua e collegato all'impianto di riscaldamento domestico tramite linee di collegamento.

Tuttavia, questa opzione è possibile solo se il terreno è strettamente adiacente all'acqua e tutte le parti di comunicazione del sistema sono sotto il controllo dei proprietari. Se non c'è accesso alle acque libere, viene utilizzato il potenziale delle acque sotterranee.

È vero, ciò comporta seri lavori di scavo e la costruzione di strutture complesse, ad esempio un pozzo aggiuntivo progettato per scaricare l'acqua che passa attraverso l'unità di scambio di calore.

Quando si installa una pompa di calore acqua-acqua, non vengono installati uno, ma due pozzi. L'acqua di lavoro viene convogliata attraverso uno e, dopo essere passata attraverso uno scambiatore di calore, viene reindirizzata al secondo, che si trova nella direzione di movimento dei flussi di terreno. In fase di posizionamento è necessario tenere conto che il pozzo ricevente deve essere situato ad almeno 6 metri dal pozzo effluente e deve essere a valle

Generalmente impianti acqua-acqua installato dove non è possibile collegare le comunicazioni centrali o utilizzare altri tipi di refrigeranti.

Gli esperti affermano che il riscaldamento alternativo di questo tipo è estremamente efficace negli edifici moderni che hanno una perdita di calore minima.

Quando si realizzano e si installano sistemi di riscaldamento geotermico acqua-acqua con le proprie mani, è molto importante utilizzare materiali con un elevato livello di resistenza alla corrosione, al gelo e ad altre manifestazioni aggressive dell'ambiente esterno. Quindi l'attrezzatura durerà a lungo e non causerà alcun problema al proprietario

Se la casa è ben isolata, protetta da correnti d'aria, umidità e penetrazione di aria gelata, o costruita con moderne tecnologie di isolamento termico, il costo dell'impianto di riscaldamento è notevolmente ridotto grazie alla possibilità di acquistare apparecchiature di pompaggio di potenza molto inferiore.

Opzione n.3. Disposizione dei sistemi aria-acqua

La pompa di calore aria-acqua utilizza la risorsa energetica naturale più accessibile, illimitata e rinnovabile: l'aria. L'apparecchiatura funziona tramite ventilatori ed evaporatori combinati in un unico complesso.

È più efficace a temperature fino a -15°C. Con prestazioni più aggressive perde una parte significativa della potenza.

Una pompa di calore aria-acqua costa molto meno dei modelli acqua-acqua e terra-acqua. Il modulo è adatto per regioni con inverni relativamente caldi. Nelle fredde regioni settentrionali, dove le gelate superano i -20...25°C, l'installazione di apparecchiature ad aria compressa è considerata poco pratica

L'unità è estremamente conveniente in quanto non richiede che i proprietari di una casa privata dispongano di attrezzature speciali per l'installazione e lavori di installazione complessi.

Non richiede scavi di terreni, perforazione di pozzi e altre attività ad alta intensità di manodopera. Facile da installare e non occupa molto spazio. Può funzionare correttamente se posizionato sul tetto di uno spazio abitativo.

È possibile installare una pompa geotermica aria-acqua in un sito direttamente accanto agli edifici residenziali. Funziona silenziosamente e ha un aspetto moderno e attraente che non rovina il design generale dell'area

I principali vantaggi dell'apparecchiatura comprendono il funzionamento quasi silenzioso e la possibilità di riutilizzare il calore rilasciato dall'ambiente riscaldato sotto forma di aria di scarico, acqua, gas, fumo, ecc.

I proprietari effettuano personalmente la manutenzione dell'impianto:

• pulire le pale del ventilatore e griglie di protezione dell'unità evaporante da polvere, piccoli detriti e foglie;
• lubrificare il compressore composizione speciale specificata nelle istruzioni del produttore;
• cambiare l'olio nelle unità di potenza (ventilatore, compressore) con una certa frequenza;
• verificare l'integrità del cavo di alimentazione alimentazione elettrica e tubazioni in rame attraverso le quali il refrigerante circola nel sistema.

Oltre a queste azioni, i produttori di apparecchiature di pompaggio consigliano vivamente ai clienti di monitorare le condizioni dei sensori termici che riflettono il funzionamento dell'unità di controllo.

Devono essere puliti, rimuovendo accuratamente polvere e macchie di olio dalla superficie. Ciò prolungherà la "vita" dasistemi aria-aria e renderà il processo operativo più semplice e comodo.

Come creare un'unità con le tue mani?

Indipendentemente dalla risorsa scelta per il riscaldamento (terra, acqua o aria), sarà necessaria una pompa affinché il sistema funzioni correttamente.

Questo dispositivo è costituito dai seguenti elementi:

• unità compressore (elemento intermedio del complesso);
• evaporatore, trasferendo energia a basso potenziale al liquido di raffreddamento;
• valvola a farfalla, attraverso il quale il refrigerante ritorna all'evaporatore;
• condensatore, dove il freon rilascia energia termica e viene raffreddato alla sua temperatura originale.

Puoi acquistare un sistema completo dal produttore, ma costerà una cifra decente.Quando non hai soldi gratis a portata di mano, vale la pena realizzare una pompa di calore con le tue mani dalle parti a tua disposizione e, se necessario, acquistare i pezzi di ricambio mancanti.

Quando si pianifica l'installazione di un sistema di riscaldamento geotermico in una casa privata, è necessario innanzitutto fare attenzione a ridurre il livello di perdita di calore. Per fare ciò, le pareti devono essere isolate con materiale speciale, le porte e gli infissi devono essere dotati di cuscinetti in schiuma e il pavimento e il soffitto devono essere protetti con pannelli in schiuma. Quindi la massima quantità di calore rilasciata dalla pompa rimarrà all'interno della stanza.

Quando si decide di realizzare la propria pompa di calore, è necessario verificare assolutamente le condizioni del cablaggio elettrico e del contatore elettrico della casa.

Se questi elementi sono usurati e vecchi è necessario ispezionare tutte le zone, individuare eventuali guasti ed eliminarli prima di iniziare i lavori. Quindi il sistema funzionerà perfettamente immediatamente dopo l'avvio e non disturberà i proprietari con cortocircuiti, incendi nel cablaggio o spine staccate.

Metodo n. 1. Assemblaggio dal frigorifero

Per assemblare la pompa di calore con le proprie mani, rimuovere la serpentina situata nella parte posteriore del vecchio frigorifero. Questa parte viene utilizzata come condensatore ed è collocata in un contenitore altamente durevole che resiste alle temperature aggressive. Ad esso è collegato un compressore correttamente funzionante e un semplice barile di plastica viene utilizzato come evaporatore.

Se per creare una pompa viene utilizzato un frigorifero molto vecchio, è meglio sostituire il freon con uno nuovo. Non sarai in grado di farlo da solo, quindi dovrai invitare uno specialista con attrezzature speciali. Sostituirà rapidamente il fluido di lavoro e il sistema funzionerà nella modalità desiderata

Gli elementi preparati vengono collegati tra loro, quindi l'unità creata viene collegata al sistema di riscaldamento tramite tubi polimerici e inizia il funzionamento dell'apparecchiatura.

Le istruzioni dettagliate per l'assemblaggio di una pompa di calore da un frigorifero sono descritte in Questo articolo.

Metodo n.2. Pompa di calore dal condizionatore

Per realizzare una pompa di calore viene modificato il condizionatore e vengono riprogettati alcuni componenti principali. Innanzitutto, le unità esterne ed interne vengono scambiate.

L'evaporatore, responsabile del trasferimento del calore di bassa qualità, non è installato ulteriormente, poiché si trova nel blocco interno dell'unità, e il condensatore che trasmette l'energia termica si trova nel blocco esterno. Sia l'aria che l'acqua sono adatte come refrigeranti.

Se questa opzione di installazione non è conveniente, il condensatore viene installato in un serbatoio separato progettato per il corretto scambio termico tra la risorsa di riscaldamento e il liquido di raffreddamento.

Il sistema stesso è dotato di una valvola a quattro vie. Per questo lavoro viene solitamente invitato uno specialista con competenze professionali ed esperienza nella conduzione di eventi di questo tipo.

I moderni sistemi split sono inefficaci a basse temperature, quindi i professionisti sconsigliano di utilizzarli per realizzare da soli pompe di calore

Nella terza opzione, il condizionatore d'aria viene completamente smontato nei suoi componenti, quindi da essi viene assemblata una pompa secondo lo schema tradizionale generalmente accettato: evaporatore, compressore, condensatore. Il dispositivo finito viene collegato all'apparecchiatura che riscalda la casa e inizia ad essere utilizzato.

Il sito contiene una serie di articoli su come realizzare pompe di calore con le proprie mani, ti consigliamo di leggere:

1. Come realizzare una pompa di calore per riscaldare una casa con le proprie mani: principio di funzionamento e schemi di montaggio
2. Come realizzare una pompa di calore aria-acqua: schemi del dispositivo e autoassemblaggio

Suggerimenti per la scelta di un sistema

L'installazione di apparecchiature terra-acqua è più costosa di tutte le altre opzioni, poiché richiede uno scavo profondo quando l'apparecchiatura è posizionata verticalmente o un'ampia area libera quando si posano le comunicazioni orizzontalmente.

Questi parametri limitano l'utilizzo del sistema e ne riducono significativamente l'attrattiva.

Anche l’installazione di una pompa acqua-acqua presenta alcune limitazioni. Se nelle vicinanze è presente uno specchio d'acqua accessibile, è possibile posizionare il sistema al suo interno. La mancanza di acqua aperta comporterà la perforazione di pozzi e pozzi di drenaggio, il che non è economico.

Una pompa aria-acqua non presenta problemi di installazione e può funzionare correttamente anche in condomini, ma negli inverni rigidi con temperature basse la sua efficienza diminuisce ed è necessaria una fonte di energia parallela per sostenerla.

Tuttavia, predisposizione del riscaldamento geotermico Di conseguenza, ripaga i suoi costi e inizia a produrre una risorsa gratuita, consentendo ai proprietari di vivere nelle condizioni più convenienti, piacevoli e confortevoli, senza spendere molti soldi per i servizi pubblici.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Il video mostra chiaramente come un sistema di riscaldamento basato su apparecchiature di riscaldamento geotermico aria-acqua viene installato in una grande casa costituita da un blocco di silicato di gas. Vengono rivelate alcune sfumature interessanti riguardanti l'installazione delle apparecchiature e vengono annunciati i dati reali sulle bollette del mese.

Come funziona l'attrezzatura terra-acqua.Una descrizione dettagliata di uno specialista nell'installazione di caldaie termiche geotermiche, raccomandazioni e consigli utili per gli artigiani domestici di un professionista nel suo campo.

Un vero utente dell'attrezzatura condivide le sue impressioni sulla pompa di calore geotermica.

Un meccanico professionista spiega come realizzare una pompa di calore a casa utilizzando un potente compressore e parti tubolari per lo scambio di calore. Istruzioni dettagliate in modalità passo passo.

Una pompa geotermica per il riscaldamento di un'abitazione privata è un modo efficace per creare condizioni di vita confortevoli anche dove non sono disponibili sistemi di comunicazione centralizzati e fonti di risorse energetiche più convenzionali.

La scelta del sistema dipende dall'ubicazione territoriale dell'immobile e dalle capacità finanziarie dei proprietari.

Hai esperienza nella realizzazione di una pompa di calore geotermica? Si prega di condividere le informazioni con i nostri lettori e suggerire la propria opzione di assemblaggio. Puoi lasciare commenti e allegare foto dei tuoi prodotti fatti in casa nel modulo sottostante.