Geoterminis šildymas (žemės gelmių energija).

Geoterminio šildymo veikimo principas:

Geoterminio šildymo sistema taip pat remiasi šilumos mainų dėsniais. Kad energija būtų perduodama iš vienos aplinkos į kitą, reikalingas temperatūrų skirtumas. Energija (šiluma) visada perduodama iš šiltos aplinkos į šaltą. Ypač daug energijos reikia medžiagos agregatinei būsenai pakeisti. Todėl šilumos siurblyje garuojant šilumos agentui (freonui) sugeriamas labai didelis kiekis šiluminės energijos. Toliau šis agentas kompresoriaus stipriai ir staigiai suspaudžiamas, todėl greitai pakyla jo temperatūra. Tada jau aukštoje temperatūroje iš žemės sugertą didelį energijos kiekį jis kondensuodamasis (vėl keisdamas agregatinę būseną ir dėl to prarasdamas daug šiluminės energijos) atiduoda į patalpų šildymo ar karšto buitinio vandens ruošimo sistemą.

Namo šildymui naudojama grindinio ir (arba) radiatorių šildymo sistema su vandeniu. Šilumos siurblys parenkamas pagal tai, kiek projektuojamam namui reikės šilumos energijos ir karšto vandens.

Grunto kolektorių tipai.

Grunto kolektoriai gali būti horizontalūs ir vertikalūs.

Horizontalus kolektorius klojamas 1,2–2,0 m gylyje. Juos įrengti nėra brangu, tačiau tokioje sistemoje šiluminis siurblys žiemos metu dirbs neefektyviai, nes kolektoriaus zonoje temperatūra žiemos metu artima nuliui, o visiškai išnaudojant siurblio galią – net ir minusinė.

Šiuo požiūriu vertikalūs kolektoriai turi didelį pranašumą, nes didžioji kolektoriaus dalis yra stabilios temperatūros zonoje, kurioje gana aukšta temperatūra.

Kolektorių (vertikalų) sudaro 2–3 vertikalūs 70–100 m gręžiniai su cirkuliaciniais vamzdynais. Gruntuose su mažu šilumos laidumu didesnės galios sistemai įrengti gali prireikti ir ketvirtojo gręžinio.

Jeigu gruntiniai vandenys yra negiliai, o grunto šilumos laidumas geras, galima rinktis horizontalų kolektorių. Svarbu ne tik instaliavimo gylis, bet ir atstumas tarp kolektoriaus vamzdžių. Jis turi būti ne mažesnis kaip 50 cm. Iš vieno metro kolektoriaus galima gauti 30–70 W galią. Pirminiame kontūre dažniausiai naudojamas ekologiškas neužšąlantis skystis, rečiau – druskos tirpalas.
Šilumos gavimo iš grunto sistemų šiluminė galia gali siekti 50 kW ir daugiau. Apie trečdalis tiekiamos energijos paprastai imama iš elektros tinklo. Beveik visose sistemose su šilumos siurbliais maksimali temperatūra antriniame kontūre sudaro +50–55°C, todėl vandenį galima pašildyti tik iki 45–50oC. Taigi vandeniui pašildyti ir sistemai periodiškai pakaitinti iki +65–75°C, teks naudoti elektros energiją. Kraštutiniais atvejais, energijos trūkumui kompensuoti, reikės naudoti elektros arba kitų šaltinių energiją.
Siurbliui intensyviai dirbant, gruntas prie vamzdžių gali būti atšaldytas iki žemesnės negu +0°C temperatūros. Nors tai nepablogina šilumos pernešimo grunte, tačiau labai sumažėja šilumos siurblio efektyvumas. Grunto atšaldymo efektas mažesnis, kai šilumos siurblys dirba ciklais, nes pauzių metu gruntas atšyla. Įjungiant siurblį naktį, kai elektros energijos tarifas mažesnis, sistema veikia ekonomiškiau, tačiau tokiu atveju reikia sumontuoti akumuliacinę talpyklą. Joje galima akumuliuoti šilumą ir iš kitų šaltinių – saulės kolektorių, kieto kuro katilo. Grunto kolektoriaus perkrovimas nesudaro didelių problemų, bet sistemą reikia eksploatuoti tokiu režimu, kad šilumos siurblio transformavimo koeficientas būtų kuo didesnis.
Žemos temperatūros šaltiniu gali būti vanduo. Tiesioginis vandens tiekimas į šilumos siurblio garintuvą nesukelia problemų, tik esant mažai mineralizuotam vandeniui. Priešingu atveju garintuvo šilumokaityje kaupiasi karbonatai. Sistemą reikia periodiškai plauti. Nepatartina naudoti nefiltruoto vandens iš atvirų vandens telkinių.
Eksploatuojant tokią sistemą, reikia kontroliuoti ištekančio iš šilumos siurblio vandens temperatūrą. Esant nepakankamam vandens debitui ir dideliam energijos poreikiui, gali užšalti pirminis sistemos kontūras. Minėtų trūkumų neturi uždaros sistemos su tarpiniu šilumos nešikliu. Tarpiniame kontūre cirkuliuoja neužšąlantis skystis. Žemos temperatūros kolektorius įrengiamas tokiu pat principu, kaip ir imant šilumą iš grunto. Tokiose sistemose taip pat ribojama šilumos nešėjo temperatūra, kad nesusidarytų ledas ar kontūras neužšaltų.
Dar viena galimybė ― kolektorių įrengti tvenkinio ar ežero dugne.To daryti negalima, jei vandens telkinys nėra privatus. Kolektoriaus vamzdžiai guldomi apie 1,5 m gylyje ir kas 2 m prispaudžiami 4 kg svarsčiais. Vanduo energiją atiduoda daug lengviau nei žemė, todėl šilumos siurblio eksploatacijos išlaidos tokiu atveju būtų mažesnės nei naudojant grunto energiją.

Šilumos siurblys, jo veikimo principas.

Šilumos perdavimas iš aukštos temperatūros į žemą vyksta savaime.Šaldytuvas arba šilumos siurblys kaip įrenginys, perkelia šilumą iš žemesnio temperatūros lygio į aukštesnį , reiškia kad įrenginiui reikalinga energija. Šilumą apsorbuojantis įrenginys yra garintuvas, kuriam šiluma perduodama iš aplinkos., pvz. iš šaldomos patalpos oro. Šiluminė energija perduodama į darbo aplinką –šaldymo agentą, kuris cirkuliuoja šaldymo sistemoje. Temperatūra garintuve-garinimo temperatūra -10°C gali šaldymo patalpą atšaldyti iki 0°C. Šiluma yra „siurbiama“ šaldytuvo kompresoriumi į aukštesnės temperatūros lygį-kondensavimosi temperatūrą. Jeigu kondensavimosi temperatūra yra+40°C, šiluma kondensatoriuje atiduodama į šaldantį vandenį arba orą. Tam, kad pakelti temperatūrą nuo -10°C iki +40°C, į kompresorių reikia paduotų energiją-elektros energiją. Pašildytas (šaldymo) vanduo arba oras gali būti naudojamas šildymui. Jei šildymas yra pagrindinis tikslas, tai šaldytuvas yra vadinamas šilumos siurbliu.
Reiškia, vamzdyne cirkuliuoja skystis, kurį sušildo vanduo, oras arba žemė. Moksliškai visi kūnai turi tam tikrą kiekį šilumos. Taigi specialiame šilumokaityje skystis yra sušildomas ir virsta dujomis. Kompresorius suspaudžia šaldymo medžiagą ir jos temperatūra stipriai pakyla. Toliau šiluma perduodama į namo šildymo ir karšto vandens sistemas. Vėliau slėgis sumažinamas, o skystis grįžta atgal į šilumokaitį, ir ciklas tęsiasi toliau.