Systémy geotermálního vytápění venkovského domu: specifikace instalace svépomocí

Víme, že geotermie je teplo Země, a pojem „geotermální“ si často spojujeme s vulkány a gejzíry. V Rusku se geotermální energie využívá převážně v průmyslovém měřítku, například existují dálněvýchodní elektrárny pracující na základě tepla naší planety.

Mnozí jsou přesvědčeni, že udělat geotermální vytápění domu svépomocí – to je něco z oblasti fantazie. Není-liž pravda? Ale to vůbec není pravda! S rozvojem moderních technologií se domácí využití “zelené energie” stalo zcela reálným.

Povíme vám o principech práce alternativního vytápění, jeho výhodách a nevýhodách, srovnáme s tradičními systémy vytápění. Také se dozvíte o způsobech umístění výměníku tepla a o tom, jak smontovat geotermální vytápění svépomocí.

Několik historických faktů

Když v 70. letech minulého století vypukla ropná krize, na Západě vznikla palčivá potřeba alternativních zdrojů energie. Právě v té době se začaly vytvářet první geotermální topné systémy.

Dnes se rozšířily ve Spojených státech, v Kanadě a v západoevropských státech.

Například ve Švédsku aktivně využívají vodu Baltského moře, jejíž teplota je +4°C. V Německu je zavádění geotermálních topných systémů dokonce sponzorováno na státní úrovni.

Při zmínce o geotermálních zdrojích energie si vždy představujeme údolí gejzírů nebo sopky, ale potřebné zdroje jsou mnohem blíže. A pomohou nám v zimě zahřát a v létě ochladit.

V Rusku fungují Paužetská, Verchně-Mutnovská, Okeánská a další geotermální elektrárny. Ale faktů o využívání energie Země v našem soukromém sektoru je velmi málo.

Skutečné výhody a nevýhody

Pokud v Rusku geotermální vytápění soukromého sektoru získalo poměrně malé rozšíření, znamená to, že nápad nestojí za náklady na jeho realizaci? Možná se touto otázkou ani nemá cenu zabývat? Ukázalo se, že to tak není.

Využití systému geotermálního vytápění obydlí je výhodné řešení. A je k tomu několik důvodů. Patří mezi ně rychlá instalace zařízení, které je schopno dlouhodobě pracovat bez jakýchkoli přerušení.

Pokud v topném systému použijete místo vody kvalitní nemrznoucí kapalinu, nezamrzne a její opotřebení bude minimální.

Uveďme i další výhody tohoto typu vytápění.

• Postup spalování paliva je vyloučen. Vytváříme absolutně protipožární systém, který během svého provozu nemůže způsobit žádné škody na obydlí. Kromě toho je vyloučena řada dalších aspektů souvisejících s přítomností paliva: nyní není třeba hledat místo pro jeho skladování, zabývat se jeho přípravou nebo dopravou.
• Značná ekonomická výhoda. Během provozu systému nebudou vyžadovány žádné další investice. Roční vytápění zajišťují přírodní síly, které nekupujeme. Samozřejmě při provozu tepelného čerpadla se spotřebovává elektrická energie, ale množství vyrobené energie výrazně převyšuje spotřebu.
• Ekologický faktor. Geotermální vytápění soukromého venkovského domu je ekologicky bezpečné řešení. Absence spalovacího procesu vylučuje vstup spalin do atmosféry. Pokud si to mnozí uvědomí a takový systém zásobování teplem získá řádné plošné rozšíření, negativní vliv lidí na přírodu se mnohonásobně sníží.
• Kompaktnost systému. Nebudete muset ve svém domě organizovat samostatnou místnost kotelny. Vše, co bude potřeba, je tepelné čerpadlo, které lze umístit například do sklepa. Nejobjemnější okruh systému bude umístěn pod zemí nebo pod vodou, na povrchu Vašeho pozemku ho neuvidíte.
• Multifunkčnost. Systém může pracovat jak na vytápění v chladném období, tak na chlazení v období letních veder. To znamená, že Vám v podstatě nahradí nejen topení, ale i klimatizaci.
• Akustický komfort. Tepelné čerpadlo pracuje prakticky tiše.

Volba geotermálního topného systému je ekonomicky výhodná, přestože bude nutné vynaložit náklady na nákup a instalaci zařízení.

Mimochodem, jako nevýhoda systému jsou zmiňovány právě náklady, které bude nutné vynaložit na instalaci systému a jeho přípravu k provozu. Bude potřeba zakoupit samotné čerpadlo a některé materiály, provést práce na montáži vnějšího kolektoru a vnitřního okruhu.

Není tajemstvím, že zdroje rok od roku zdražují, proto autonomní systém vytápění, který se dokáže zaplatit během několika let, bude vždy ekonomicky výhodný pro svého majitele.

Tyto výdaje se však vrátí již během prvních několika let provozu. Následné používání kolektoru uloženého v půdě nebo ponořeného do vody umožňuje ušetřit značné prostředky.

Navíc samotný proces instalace není natolik složitý, aby bylo nutné zvát externí odborníky. Pokud se nezabýváte vrtáním, vše ostatní lze provést svépomocí.

Je třeba poznamenat, že někteří kutilové se ve snaze ušetřit naučili sestavovat geotermální tepelné čerpadlo vlastnoručně.

O zdrojích geotermálního vytápění

Pro geotermální vytápění lze využít následující zdroje zemské tepelné energie:

• vysokoteplotní;
• nízkoteplotní.

Mezi vysokoteplotní patří například termální prameny. Používat je sice lze, ale jejich oblast použití se omezuje na skutečné místo výskytu těchto zdrojů.

Zatímco na Islandu se tento druh energie aktivně využívá, v Rusku se termální vody nacházejí daleko od sídel. Maximálně jsou koncentrovány na Kamčatce, kde se podzemní voda používá jako nosič tepla a dodává se do systémů TUV.

Pro efektivní využití tepelné energie země není potřeba sopka. Stačí využít ty zdroje, které se nacházejí pouhých 200 metrů od zemského povrchu

Pro využití nízkoteplotních zdrojů máme naopak všechny potřebné předpoklady. Pro tento účel postačí okolní vzduchové hmoty, země nebo voda.

Pro získání potřebné energie se používá tepelné čerpadlo. S jeho pomocí probíhá proces přeměny teploty okolního prostředí na tepelnou energii nejen pro vytápění, ale i pro ohřev teplé vody v soukromém domě.

Princip fungování takového vytápění

Pokud jste obeznámeni s tím, jak funguje klimatizace nebo lednička, pak je podobnost těchto procesů s principem fungování geotermálního vytápění zřejmá. Základ systému tvoří tepelné čerpadlo, které je zapojeno do dvou okruhů – vnějšího a vnitřního.

Chcete-li v jakémkoli domě zorganizovat tradiční systém vytápění, je nutné v něm nainstalovat potrubí pro dopravu nosiče tepla a radiátory, při jejichž ohřevu bude teplo pronikat do místností. V našem případě jsou trubky a radiátory také potřeba. Ty tvoří vnitřní okruh systému. Do schématu mohou být přidány podlahové topení.

Vnější okruh vypadá mnohem rozsáhlejší než vnitřní, i když jeho rozměry lze posoudit pouze v období plánování a instalace. Během provozu není vidět, protože je umístěn pod zemí nebo pod vodou. Uvnitř tohoto okruhu cirkuluje běžná voda nebo nemrznoucí směs na bázi etylenglykolu, což je mnohem výhodnější.

Geotermální topný systém se skládá ze dvou okruhů – vnitřního a vnějšího, a také ze srdce topného systému – tepelného čerpadla, které stlačováním teplonosné látky zvyšuje její teplotu (+)

Klíčovým prvkem, který oživuje celý systém, je tedy tepelné čerpadlo. Pokud máte doma běžnou pračku, vězte, že toto čerpadlo zabere přibližně stejnou plochu.

Ke svému provozu potřebuje elektrickou energii, ale při spotřebě pouhého 1 kW zajišťuje výrobu 4-5 kW tepla. A to není zázrak, protože zdroj „dodatečné“ energie je znám – je jím okolní prostředí.

Dva typy umístění výměníku tepla

Existují dvě varianty vytápění rodinného domu s využitím nízkoteplotní energie prvků okolního prostředí. Základ systému ve všech třech případech tvoří geotermální čerpadlo.

Vnitřní okruh zůstává beze změn pro jakýkoli způsob vytápění, hlavní rozdíl spočívá v umístění vnějšího okruhu.

Geotermální vytápění může mít výměník tepla umístěný:

• vertikálně – jsou umístěny ve vrtech, které otevírají nebo neotevírají zvodně;
• horizontálně – výměníky tepla systémů se pokládají do výkopu nebo otevřené vodní nádrže ve tvaru hada.

Každý z uvedených typů vytápění se vyznačuje svými vlastnostmi, nedostatky a výhodami.

Pokud hodláte vytvořit takový topný systém vlastníma rukama, bude vás zajímat, abyste se o každém z typů dozvěděli více.

Varianta #1. Vertikální umístění vnějšího kolektoru

Tento typ vytápění je založen na zajímavém přírodním jevu: v hloubce 50–100 m a více od svého povrchu má země celoročně stejnou a stálou teplotu 10–12 °C.

Aby bylo možné tuto energii země využít, je nutné vrtat svislé vrty. Technologie je prakticky podobná přípravě vodního zdroje.

Za účelem maximálního zachování krajiny lze vyvrtat několik trubek z jednoho výchozího bodu, ale pod různými úhly.

Venkovní okruh systému bude namontován přímo v těchto vrtech. To umožní efektivně odebrat zemi její teplo. Samozřejmě tuto metodu lze jen těžko označit za jednoduchou a levnou.

Pro vytvoření vertikálního systému geotermálního vytápění je třeba použít zařízení pro vrtání vrtů; bez použití vrtné soupravy bude řešení úkolů při instalaci systému poměrně pracné (+).

Je relevantní v případě, kdy je přilehlé území domu již upraveno a narušení jeho krajiny není vhodné. Hloubka vrtu může dosahovat od 50 do 200 metrů.

Konkrétní parametry vrtu závisí na geologických podmínkách na pozemku a parametrech budoucí stavby. Životnost takové konstrukce je přibližně 100 let.

Pro instalaci vertikální varianty systému s tepelným výměníkem, který získává energii z podzemní vody, bude třeba vyvrtat dva vodonosné vrty.

Z jednoho z nich, označovaného jako debetní, se pomocí čerpadla odebírá voda, která po předání tepla odtéká do druhého, přijímacího vrtu.

Nevýhoda geotermálního systému se dvěma vrty spočívá v nedostatečné účinnosti pro vytápění venkovského domu. Cirkulační čerpadlo spotřebovává příliš mnoho energie. Avšak pro dodávku teplonosného média do okruhu podlahového vytápění je získané tepelné energie zcela dostačující.

Varianta #2. Horizontální umístění zemního kolektoru

Pro uložení vnějšího okruhu při horizontálním typu vytápění je nutné znát hloubku promrzání půdy ve vaší lokalitě.

Trubky se ukládají pod úroveň promrzání do předem připravených rýh, přičemž zabírají poměrně velký prostor: k vytápění domu o ploše 200–250 m² je potřeba použít přibližně 600 m² výměníku tepla. To je šest set metrů čtverečních.

Nevýhodou této konstrukce je velká plocha, kterou zabírá. Pokud na pozemku potřebujete trávník pokrytý trávou a květinami – je to vaše volba. Od plodonosných stromů je však lepší trubky kolektoru držet dál (+).

Je zřejmé, že za těchto podmínek bude objem zemních prací značný. Kromě toho je třeba v plánu zohlednit umístění stromů a další vegetace na pozemku, aby nedošlo k jejich zamrznutí. Například trubky kolektoru nelze umístit blíže než jeden a půl metru od stromů.

Tento způsob montáže se obvykle používá v případech, kdy je pozemek teprve připravován na výstavbu. Veškeré výpočty a plány týkající se stavby chaty, organizace jejího vytápění a plánování pozemku je nejlepší provádět současně.

Ponoření horizontálního výměníku tepla do vodní nádrže

Tato metoda vyžaduje zvláštní umístění nemovitosti – ve vzdálenosti přibližně 100 m od vodní plochy, která má dostatečnou hloubku. Kromě toho tato vodní plocha nesmí promrzat až na dno, kde bude umístěn vnější okruh systému. A k tomu musí být plocha vodní plochy alespoň 200 m².

Tento způsob umístění výměníku tepla je považován za nejméně nákladný, ale takové umístění nemovitosti se stále vyskytuje jen zřídka. Kromě toho mohou nastat potíže, pokud vodní plocha patří k veřejným objektům.

Zřejmou výhodou této metody je absence povinných náročných zemních prací, i když s podvodním umístěním kolektoru si přece jen užijete. A bude také potřeba zvláštní povolení k provádění těchto prací.

Nicméně geotermální zařízení využívající energii vody je přesto nejekonomičtější.

Svépomocí: co a jak

Pokud už montovat geotermální vytápění svépomocí, pak je lepší koupit vnější okruh hotový. Samozřejmě uvažujeme pouze způsoby horizontálního uložení vnějšího výměníku tepla: pod povrchem půdy nebo pod vodou.

Sestavit vertikální vrtaný kolektor svépomocí je mnohem obtížnější, pokud nemáte vybavení a dovednosti pro vrtání.

Tepelné čerpadlo není příliš rozměrné zařízení. Ve vašem domě nezabere mnoho místa. Velikostí je srovnatelné například s běžným kotlem na tuhá paliva. Připojit k němu vnitřní okruh vašeho domu není složitý úkol.

Obecně se vše dělá úplně stejně jako při organizaci a rozvodu topení s využitím tradičních zdrojů tepla. Hlavní obtíž je uspořádání vnějšího okruhu.

Takové umístění domu vzhledem k rybníku se vyskytuje častěji. Hlavní je, aby vodní plocha nebyla dále než 100 metrů od chaty.

Nejlepší možností bude využít vodní plochu, pokud se taková nachází ve vzdálenosti nejvýše 100 m. Je nutné, aby její plocha přesahovala 200 m² a hloubka 3 m (průměrný parametr promrzání). Pokud vám tato vodní plocha nepatří, může být problém získat povolení k jejímu využití.

Pokud je vodní plocha rybník, který je ve vašem vlastnictví, pak se věc zjednodušuje. Vodu z rybníka lze dočasně odčerpat. Pak lze práce na jeho dně snadno provádět: bude třeba uložit trubky do spirály a upevnit je v této poloze.

Zemní práce budou potřeba pouze pro vyhloubení příkopu, který bude potřebný pro připojení vnějšího okruhu k tepelnému čerpadlu.

Po provedení všech prací lze jezírko opět naplnit vodou. V příštích zhruba sto letech by měl venkovní výměník tepla fungovat bez problémů a nezpůsobovat svému majiteli starosti.

Pokud máte k dispozici pozemek, na kterém teprve budete stavět dům a pěstovat zahradu, má smysl naplánovat horizontální zemní výměník tepla.

K tomu je třeba provést předběžný výpočet plochy budoucího kolektoru na základě parametrů uvedených výše: 250-300 m² kolektoru na 100 m² vytápěné plochy domu.

Pokud jste získali pozemek bez staveb a vegetace, kterou byste chtěli zachovat, lze půdu při stavbě vnějšího horizontálního zemního okruhu jednoduše odstranit: je to snazší než kopat příkopy.

Příkopy, do kterých se budou ukládat trubky okruhu, je třeba vykopat pod úrovní promrzání půdy.

A ještě lépe – jednoduše odstranit půdu do hloubky jejího promrzání, položit trubky a poté půdu vrátit na místo. Práce je náročná a složitá, ale s velkou chutí a odhodláním ji zvládnete.

Náklady a perspektivy návratnosti

Výdaje na zařízení a jeho instalaci při stavbě geotermálního vytápění závisí na výkonu agregátu a na výrobci.

Výrobce si každý vybírá podle vlastních úvah a informací o pověsti a spolehlivosti dané značky. Výkon pak závisí na ploše místnosti, kterou je třeba obsluhovat.

Tento obrázek stručně odráží celou podstatu výhody plynoucí z použití geotermálního topného systému. Právě takový poměr vstupní a výstupní energie umožňuje systému, aby se nejprve rychle zaplatil a poté šetřil prostředky svého majitele (+)

Pokud vezmeme v úvahu právě výkon, pak se cena tepelných čerpadel pohybuje v následujících rozmezích:

• na 4-5 kW – 3000-7000 běžných jednotek;
• na 5-10 kW – 4000-8000 běžných jednotek;
• na 10-15 kW – 5000-10000 běžných jednotek.

Pokud k této částce připočteme náklady potřebné na provedení montážních prací (20-40%), dostaneme částku, která se mnohým bude zdát naprosto nereálná.

Všechny tyto náklady se však vrátí v celkem přijatelných lhůtách. V budoucnu pak budete muset platit jen nepatrné výdaje za elektřinu potřebnou pro provoz čerpadla. A to je vše!

Kvůli nedostatečné účinnosti geotermálních systémů pro vytápění obytných budov se používají jako doplněk k hlavním topným sítím nebo se budují komplexně se dvěma a více výměníky tepla.

Jak ukazuje praxe, geotermální vytápění je výhodné zejména pro domy, jejichž celková vytápěná plocha je 150 m². Během pěti až osmi let se veškeré náklady na instalaci topných systémů v těchto domech plně vrátí.

Pokud geotermální vytápění není příliš žádané mezi majiteli soukromých domů, pak účinnost solárních systémů již ocenili obyvatelé jižních regionů. Technologie budování solárního vytápění je poměrně jednoduchá a její hospodárnost a praktičnost je potvrzena dlouholetými zkušenostmi západních zemí a našich spoluobčanů.

Další informace o alternativních zdrojích energie jsou uvedeny v tomto článku.

Závěry a užitečné video k tématu

Pokud vám lépe vyhovuje vnímání názorných informací, toto video vám umožní na vlastní oči vidět, jak geotermální systém přesně funguje, a také se dozvědět více o tom, komu a proč je tento typ vytápění výhodný.

Nabízíme vám zhlédnout krátké video, ve kterém majitel horizontálního podpovrchového kolektoru vypráví o svých dojmech z jeho provozu. Kromě toho se po zhlédnutí tohoto videa dozvíte o běžných nákladech spojených s provozem systému geotermálního vytápění.

Každý majitel soukromého domu si sám vybírá, zda si koupí služby organizací dodávajících zdroje, nebo se bude spoléhat jen sám na sebe. Přitom se řídí celým seznamem úvah.

Cíl, který jsme si stanovili, nespočívá v tom, abychom vás donutili k hotovému závěru, ale v tom, abychom se podělili o informace o možnostech řešení úkolu, který před vámi stojí.

Máte co doplnit, nebo máte dotazy k tématu geotermálního vytápění rodinného domu? Můžete zanechat komentáře k publikaci. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.