Geothermische warmtepomp zelf bouwen voor woningverwarming: constructie, ontwerp, zelfmontage

U kunt de verwarming en warmwatervoorziening van een privéwoning op verschillende manieren organiseren, bijvoorbeeld door aan te sluiten op het centrale gasnet of door de verwarmingssystemen over te schakelen op elektriciteitsverbruik. Bent u het ermee eens?

U kunt ook zelf een geothermische warmtepomp bouwen en de warmte van de aarde effectief gebruiken om comfortabele woonomstandigheden te creëren. Dit is ongetwijfeld een vrij arbeidsintensief proces, maar voor wie enigszins technisch onderlegd is, vormt het geen al te grote uitdaging.

In ons artikel bespreken we de werkingsprincipes en soorten geothermische installaties. We leggen uit hoe u zelf een warmtepomp kunt maken van alledaagse materialen. Daarnaast vindt u in het artikel deskundige tips voor het kiezen van geo-apparaten. En de bijgevoegde video's onthullen de geheimen van de installatie en de werkingsprincipes van geothermische pompen.

Hoe werkt een geothermische warmtepomp?

Het werkingsprincipe van een geothermische warmtepomp is gebaseerd op de overdracht van warmte van een bron met een laag thermisch potentieel naar een warmtedrager. De aarde fungeert hier in de zomer als een radiator en is in de winter een actieve warmtebron.

Het temperatuurverschil in de bodem helpt de algehele efficiëntie van het systeem te verhogen en draagt bij aan lagere daadwerkelijke operationele kosten.

De werking van een geothermische warmtepomp is gebaseerd op het fenomeen thermische inertie. De temperatuur van de aarde op een diepte van 6 meter en dieper komt vrijwel exact overeen met de gemiddelde jaarlijkse luchttemperatuur in de regio en verandert zeer weinig gedurende het kalenderjaar.

In de praktijk stroomt er een werkend koelmiddel in de in de grond geplaatste leiding en wordt daar enkele graden verwarmd. Vervolgens gaat het mengsel naar de warmtewisselaar (of verdamper) en geeft de opgeslagen thermische energie door aan het interne systeemcircuit.

Het werkingsprincipe van geothermische installaties is vergelijkbaar met dat van koelsystemen. Daarom worden sommige types warmtepompen in de zomer succesvol gebruikt als airconditioners om de lucht in woonruimtes te koelen.

Het koelmiddel dat in het externe circuit werkt, wordt in de verdamper verwarmd, verandert in gas en komt in de compressor. Daar wordt het samengeperst onder hoge druk en wordt nog heter.

Het gloeiende gas gaat naar het condensatieapparaat en geeft thermische energie af aan de werkvloeistof van het interne systeem dat verantwoordelijk is voor de verwarming van het huis. Na het proces keert het koelmiddel, dat zijn warmte heeft verloren, terug naar het beginpunt in vloeibare toestand.

Wat zijn de verschillende soorten geothermische installaties?

Geothermische warmtepompen verschillen van elkaar in het type warmtedrager in de interne en externe circuits van de constructie. De energie van de apparaten wordt verkregen uit de grond, water (grondwater of een open natuurlijk waterlichaam) of lucht.

Binnen de woonruimte wordt de warmtebron gebruikt voor het verwarmen van kamers, het verwarmen van water en airconditioning. Afhankelijk van de combinatie van gebruikte elementen en functies worden systemen geclassificeerd in typen: 'grond-water', 'water-water' en 'lucht-water'.

Optie #1. Montage volgens de «grond-water»-technologie

De 'grond-water'-pomp – is een van de meest efficiënte opties voor alternatieve verwarming van woonruimtes. Het werkingsprincipe komt neer op het onttrekken van thermische energie uit de grond met behulp van sondes of collectoren en het overdragen ervan aan het huishoudelijke waterverwarmingssysteem.

Geothermische warmtepompen 'grond-water' – zijn hoogtechnologische, geavanceerde apparaten. Ze kenmerken zich door uitzonderlijke betrouwbaarheid en vertonen een hoog rendement. Ze vereisen geen constante tussenkomst van de eigenaren, maar hebben wel professioneel onderhoud nodig.

Een speciale installatie helpt de technologie te realiseren, bestaande uit een geothermische warmtewisselaar, geplaatst onder de diepte van de werkelijke vorst in de grond, en de warmtepomp zelf, die werkt als een koelkast, maar dan omgekeerd (omgekeerde Carnot-cyclus).

Hoe het apparaat werkt

De 'grond-water'-installatie, die woonruimtes verwarmt met behulp van hernieuwbare warmte uit de bodem, werkt volgens het volgende algoritme:

1. De werkvloeistof (pekel of antivries) die door het geothermische circuit beweegt, neemt de temperatuur van de bodem aan en wordt via een pomp naar de warmtewisselaar – de verdamper – overgebracht. Daar geeft het de verzamelde warmte af aan het koelmiddel, en wordt zelf 2-5°C kouder en keert terug naar het beginpunt.
2. Het met thermische energie verrijkte koelmiddel verdampt en komt, na in gasvormige toestand te zijn overgegaan, in de compressorinstallatie. Daar stijgt de temperatuur van het gas door compressie en wordt condensaat gevormd.
3. Thermische energie wordt overgedragen aan het warmteoverdrachtsmedium in het huishoudelijke verwarmingssysteem, en het freon neemt weer vloeibare vorm aan. De druk daalt na passage door de expansieklep van het systeem en het koelmiddel keert terug naar de verdamper om een nieuwe portie hulpbron op te nemen.

Als gevolg van deze procedure is de hoeveelheid thermische energie die uit de bodem wordt gehaald en aan het verwarmingssysteem van een woongebouw wordt overgedragen, meer dan 4 keer groter dan de hoeveelheid elektriciteit die wordt verbruikt om de correcte werking van de compressorinstallatie, de circulatiepomp en de regelmodule te waarborgen.

Een glycolmengsel met een goede viscositeit, water met alcohol of een zoutoplossing - dit zijn de antivriesvloeistoffen die in het systeem 'grond-water' worden gebruikt. Ze zijn milieuvriendelijk, nemen effectief warmte op en transporteren deze naar het pompstation.

Een extra voordeel is dat het systeem ook in omgekeerde richting kan werken, namelijk voor koeling. Het rendementsverlies bedraagt wel tot 20%, maar dit wordt als gerechtvaardigd beschouwd gezien het hoge verwarmingsvermogen van de apparatuur.

Plaatsingsopties voor systemen 'grond-water'

Voor het creëren van de externe kring van het systeem 'grond-water' worden polymeerbuizen met hoge sterkte en goede gebruikseigenschappen gebruikt. Ze worden horizontaal geplaatst, op de bodem van de put, op een manier die lijkt op het aanleggen van leidingen voor 'vloerverwarming' systemen.

De warmtepomp 'grond-water' is betrouwbaar, efficiënt en stil in werking, maar de installatie ervan kost aanzienlijk geld en neemt veel tijd in beslag (minstens 1 maand voor bouw-, montage- en inregelwerkzaamheden). Dit moet u zeker in overweging nemen voordat u uw keuze op een dergelijk type verwarmingssysteem laat vallen.

Bij de installatie wordt een oppervlakte gebruikt van 25-50 vierkante meter per afzonderlijke kilowatt vermogen van de te monteren pomp. De diepte van de put wordt gekozen onder de vorstgrens, en de exacte afmetingen en buisafstand worden bepaald door middel van een aanvullende berekening.

Eigenaren van grote percelen grond die voor de verwarming van hun huis een geothermische warmtepomp van het type 'grond-water' hebben gekozen, kunnen het beste horizontale collectoren installeren. Eigenaren van kleine percelen zijn beter af met de installatie van dieptesondes, omdat deze ver de grond in gaan en geen nuttige ruimte rond het huis 'opslokken'.

Gebieden waar de leidingen van geothermische systemen 'grond-water' zijn aangelegd, worden niet meer voor landbouwdoeleinden gebruikt. Men kan er een mooi grasveld of een bloembed met bloeiende eenjarigen aanleggen.

Verticale installatie is veel problematischer en vereist het gebruik van professionele apparatuur. Op het terrein wordt met behulp van een boorinstallatie een boorgat geboord met een diepte van 20 tot 150 m, waarin een speciale geothermische sonde wordt neergelaten en aangesloten op een pomp die de werkvloeistof naar het huishoudelijke verwarmingssysteem voert.

De verticale sonde voor een geothermisch 'grond-water' systeem is een kop met aangesloten buizen. Deze wordt in een boorgat neergelaten met een diepte van 18 m of meer. Het exacte aantal boorgaten en sondes, de vereiste neerlaatdiepte en de werkelijke diameter van de leiding worden voor elk individueel geval apart berekend, op basis van informatie verkregen uit geologisch onderzoek dat door specialisten op het terrein is uitgevoerd.

De sondebuizen die van de geboorde boorgaten komen, komen uit in een verzamelput. Vanaf daar lopen twee hoofdleidingen (toevoer- en retourleiding) naar de warmtepomp, voorzien van isolerende bekleding. De diameter van de hoofdleiding hangt af van het totale volume van het systeem en de ruimte die verwarmd moet worden. Soms bereiken de afmetingen 160 mm.

Volgens ruwe berekeningen is voor het verwarmen van een woonhuis met een oppervlakte van ongeveer 100 m² ongeveer 7,5 kWh energie nodig. In dat geval moeten de verticale sondes voor het creëren van een 'grond-water' verwarmingssysteem 110-115 meter de grond in worden neergelaten, of moet 250 m² van het aangrenzende terrein worden ingenomen door horizontale leidingen (+).

Doordat de grondtemperatuur op diepte altijd hoger en stabieler is dankzij de invloed van de aardkern, wordt de verticale manier van aanleggen van het verwarmingssysteem als het meest effectief beschouwd. Het vertoont een hoog rendement en werkt jarenlang betrouwbaar, zonder storingen of defecten.

Optie #2. Kenmerken van warmtepompen «water-water»

Het geothermische 'water-water' systeem gebruikt de thermische energie van waterbronnen. Dit is mogelijk omdat de watertemperatuur op grote diepte, net als die van de grond, vrij hoog blijft en het hele jaar door stabiele constante waarden behoudt.

Voor de aanleg van een 'water-water' systeem en het verkrijgen van laagwaardige thermische energie kunnen open waterlichamen (meren, rivieren), putten, boorgaten en zelfs afvalwater van technologische cycli van industriële productie (omgekeerde watervoorziening) worden gebruikt.

Er is geen principieel constructief verschil tussen de warmtepomp 'grond-water' en 'water-water'. Maar het minste financiële en arbeidsinspanning vereist een systeem dat is ingericht op basis van een open waterlichaam. Voor de installatie zijn geen grootschalige boorwerkzaamheden nodig.

Het buismateriaal met warmtedrager wordt eenvoudigweg van een gewicht voorzien, in water ondergedompeld en via verbindingsleidingen op het huishoudelijke verwarmingssysteem aangesloten.

Echter, deze optie is alleen mogelijk wanneer het perceel direct aan het water grenst en alle communicatieonderdelen van het systeem onder controle van de eigenaren staan. Als er geen toegang tot open water is, wordt het potentieel van grondwater benut.

Wel brengt dit serieuze grondwerk en de bouw van complexe constructies met zich mee, bijvoorbeeld een extra put bestemd voor het lozen van het water dat door de warmtewisselaar stroomt.

Bij het installeren van een 'water-water' warmtepomp worden niet één, maar twee boorgaten aangelegd. Via het ene wordt werkwater onttrokken en na de warmtewisselaar wordt het naar het tweede geleid, dat stroomafwaarts in de richting van de grondwaterstroming ligt. Tijdens de plaatsing moet u er rekening mee houden dat de opvangput zich op minstens 6 meter afstand van de leverende put moet bevinden en stroomafwaarts moet liggen.

Gewoonlijk worden installaties van het type 'water-water' geplaatst waar er geen mogelijkheid is om centrale voorzieningen aan te sluiten of andere soorten warmtedragers te gebruiken.

Deskundigen beweren dat alternatieve verwarming van dit type bijzonder efficiënt is in moderne gebouwen met een minimale warmteverliesindicator.

Bij het zelf vervaardigen en aanleggen van geothermische verwarmingssystemen 'water-water' is het erg belangrijk om materialen te gebruiken met een hoge weerstand tegen corrosie, bevriezing en andere agressieve uitingen van de omgeving. Dan zal de apparatuur lang meegaan en de eigenaar geen problemen bezorgen.

Als het huis goed geïsoleerd is, beschermd tegen tocht, vocht en binnendringende vrieslucht of gebouwd met moderne thermische isolatietechnieken, dan daalt de kostprijs van het verwarmingssysteem aanzienlijk doordat u de mogelijkheid heeft om pompapparatuur met een veel lagere vermogen aan te schaffen.

Optie #3. Inrichting van systemen «lucht-water»

De 'lucht-water' warmtepomp gebruikt voor zijn werking de meest toegankelijke, onbeperkte en hernieuwbare natuurlijke energiebron: lucht. De apparatuur functioneert door middel van ventilatoren en verdampers die in één geheel zijn verenigd.

De grootste efficiëntie wordt bereikt bij temperaturen tot -15°C. Bij agressievere omstandigheden verliest het een aanzienlijk deel van zijn vermogen.

Een lucht-water warmtepomp is aanzienlijk goedkoper dan modellen van water-water en grond-water. De module is geschikt voor regio's met relatief milde winters. In koude noordelijke gebieden waar de vorst hoger is dan -20 tot -25°C, wordt installatie van luchtapparatuur als ondoelmatig beschouwd.

Het apparaat is bijzonder handig omdat het van de eigenaren van een vrijstaande woning geen speciaal materieel vereist voor montage en het uitvoeren van complexe installatiewerkzaamheden.

Het heeft geen grondverzet, boren van putten en andere arbeidsintensieve activiteiten nodig. Het is eenvoudig te monteren en neemt niet veel ruimte in beslag. Het kan correct functioneren wanneer het op het dak van een woonruimte wordt geplaatst.

Een geothermische lucht-water warmtepomp kan worden geïnstalleerd op het terrein direct naast woongebouwen. Hij werkt stil en heeft een moderne aantrekkelijke uitstraling die het algemene ontwerp van het terrein niet verstoort.

Tot de belangrijkste voordelen van de apparatuur behoren de vrijwel geruisloze werking en de mogelijkheid om warmte die uit de verwarmde ruimte komt in de vorm van afvoerlucht, water, gas, rook enz. opnieuw te gebruiken.

Het onderhoud van het systeem wordt door de eigenaren zelf uitgevoerd:

• de ventilatorbladen reinigen en de beschermroosters op de verdampingsinstallatie van stof, klein vuil en bladeren;
• de compressor smeren met een speciale samenstelling die door de fabrikant in de instructies is aangegeven;
• de olie verversen in de krachtcomponenten (ventilator, compressor) met een bepaalde frequentie;
• de integriteit van de stroomkabel en de koperen leiding waar het koelmiddel doorheen circuleert controleren.

Naast deze acties raden de fabrikanten van pompapparatuur klanten ten zeerste aan om de staat van de temperatuursensoren te controleren, die de werking van de regeleenheid weergeven.

Ze moeten worden afgeveegd, waarbij stof en olievlekken voorzichtig van het oppervlak worden verwijderd. Dit verlengt de 'levensduur' van het lucht-luchtsysteem en maakt het gebruiksproces eenvoudiger en comfortabeler.

Hoe maakt u zelf een warmtepomp?

Ongeacht welke bron (grond, water of lucht) is gekozen voor verwarming, voor een correcte werking van het systeem is een pomp nodig.

Dit apparaat bestaat uit de volgende onderdelen:

• compressorunit (tussenliggend element van het complex);
• verdamper, die laagwaardige energie overdraagt aan de warmtedrager;
• expansieklep, waardoor het koelmiddel de weg terug naar de verdamper vindt;
• condensor, waar het freon warmte-energie afgeeft en afkoelt tot de oorspronkelijke temperatuur.

U kunt een compleet systeem bij de fabrikant kopen, maar dat kost een behoorlijk bedrag. Als u geen vrije geldmiddelen bij de hand heeft, kunt u overwegen om zelf een warmtepomp te maken van beschikbare onderdelen en indien nodig ontbrekende reserveonderdelen bij te kopen.

Wanneer u de installatie van een geothermisch verwarmingssysteem in een woonhuis plant, moet u in de eerste plaats zorgen voor het verminderen van warmteverlies. Hiervoor moeten de muren worden geïsoleerd met speciaal materiaal, deuren en raamkozijnen worden voorzien van schuimrubberen afdichtingen, en de vloer en het plafond worden beschermd met piepschuim panelen. Dan blijft de door de pomp gegenereerde warmte in maximale mate in de ruimte.

Wanneer het besluit om zelf een warmtepomp te maken is genomen, moet u de staat van de aanwezige elektrische bedrading en de elektriciteitsmeter in het huis controleren.

Als deze elementen versleten en oud zijn, moet u alle delen inspecteren, mogelijke storingen opsporen en deze verhelpen voordat u met de werkzaamheden begint. Dan zal het systeem direct na het opstarten perfect werken en de eigenaren niet storen met kortsluitingen, brandende bedrading en het uitslaan van zekeringen.

Methode #1. Montage uit een koelkast

Voor het zelf monteren van een warmtepomp wordt de aan de achterkant van een oude koelkast geplaatste spiraal verwijderd. Dit onderdeel wordt als condensator gebruikt en in een zeer sterke, tegen hoge temperaturen bestendige container geplaatst. Hierop wordt een goed werkende compressor bevestigd, en als verdamper wordt een eenvoudige plastic vat gebruikt.

Als er een zeer oude koelkast wordt gebruikt om de pomp te maken, is het beter om de freon erin te vervangen door nieuwe. U kunt dit niet zelf doen, dus u zult een vakman met speciale apparatuur moeten uitnodigen. Hij zal snel de werkvloeistof vervangen en het systeem zal in de gewenste modus werken.

De voorbereide elementen worden met elkaar verbonden, waarna de gemaakte eenheid via polymeerbuizen aan het verwarmingssysteem wordt gekoppeld en de apparatuur in gebruik wordt genomen.

Stapsgewijze instructies voor het monteren van een warmtepomp uit een koelkast worden beschreven in dit artikel.

Methode #2. Warmtepomp uit een airconditioner

Om een warmtepomp te maken, wordt de airconditioner gemodificeerd en worden sommige hoofcomponenten herschikt. Eerst worden de buiten- en binnenunit omgewisseld.

De verdamper, die verantwoordelijk is voor het overbrengen van laagwaardige warmte, wordt niet extra geplaatst, omdat deze zich in de binnenunit van het apparaat bevindt, terwijl de condensor, die thermische energie overdraagt, in de buitenunit staat. Zowel lucht als water zijn geschikt als warmtedrager.

Als deze installatieoptie niet handig is, wordt de condensor in een aparte tank geplaatst, bedoeld voor een juiste warmte-uitwisseling tussen de verwarmingsbron en de warmtedrager.

Het systeem zelf wordt voorzien van een vierwegklep. Voor deze werkzaamheden wordt meestal een specialist uitgenodigd die over professionele vaardigheden en ervaring met dergelijke activiteiten beschikt.

Moderne split-systemen zijn weinig effectief bij lage temperaturen, daarom raden professionals af om ze te gebruiken voor het zelf maken van warmtepompen.

Bij de derde optie wordt de airconditioner volledig gedemonteerd in zijn onderdelen, en vervolgens wordt daaruit een pomp samengesteld volgens het traditionele schema: verdamper, compressor, condensor. Het voltooide apparaat wordt aangesloten op de verwarmingsapparatuur van het huis en men begint met het gebruik.

Op de website is een serie artikelen over het zelf maken van warmtepompen, wij raden u aan er kennis van te nemen:

1. Hoe maakt u een warmtepomp voor huisverwarming zelf: werkingsprincipe en bouwschema's
2. Hoe maakt u een lucht-water warmtepomp: schema's van het apparaat en zelfbouw

Tips voor het kiezen van een systeem

De installatie van apparatuur van het type 'grond-water' is duurder dan alle andere opties, omdat het diepgravende grondwerk vereist bij verticale plaatsing van de apparatuur of een grote vrije oppervlakte van het perceel bij horizontale aanleg van leidingen.

Deze parameters beperken het gebruik van het systeem en verminderen de aantrekkelijkheid ervan aanzienlijk.

De installatie van een 'water-water'-pomp kent ook enkele beperkingen. Als er een toegankelijk waterlichaam in de buurt is, kan het systeem daarin worden geplaatst. Het ontbreken van open water zal leiden tot het boren van putten en afvoerputten, wat ook niet goedkoop is.

De 'lucht-water'-pomp levert geen problemen op bij installatie en kan correct werken, zelfs in appartementsgebouwen, maar bij strenge winters met lage temperaturen daalt de efficiëntie en is een parallelle energiebron nodig om deze te ondersteunen.

Echter, de inrichting van geothermische verwarming verdient uiteindelijk zijn kosten terug en begint een gratis hulpbron te genereren, waardoor eigenaren in maximaal comfortabele, plezierige en aangename omstandigheden kunnen leven, zonder daarbij grote bedragen aan nutsvoorzieningen te besteden.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

In de video wordt duidelijk getoond hoe in een groot huis van gas-silicaatblokken een verwarmingssysteem is ingericht op basis van geothermische warmteapparatuur 'lucht-water'. Enkele interessante nuances met betrekking tot de installatie van de apparatuur worden onthuld en de werkelijke cijfers van de maandelijkse nutsvoorzieningen worden genoemd.

Hoe de 'grond-water'-apparatuur werkt. Een gedetailleerde beschrijving van een specialist in de installatie van geothermische warmteketels, aanbevelingen en nuttige tips voor thuisklussers van een professional in zijn vak.

Een echte gebruiker van de apparatuur deelt zijn ervaringen met de geothermische warmtepomp.

Een professionele monteur vertelt hoe u thuis een warmtepomp kunt maken op basis van een krachtige compressor en buisvormige warmtewisselaaronderdelen. Gedetailleerde instructies stap voor stap.

Een geothermische pomp voor de verwarming van een particulier huishouden is een gelukkige manier om comfortabele leefomstandigheden te creëren, zelfs waar centrale communicatiesystemen en meer gebruikelijke energiebronnen niet beschikbaar zijn.

De keuze van het systeem hangt af van de geografische ligging van het onroerend goed en de financiële mogelijkheden van de eigenaren.

Heeft u ervaring met het maken van een geothermische warmtepomp? Deel dan uw informatie met onze lezers en stel uw eigen montagevariant voor. U kunt reacties achterlaten en foto's van uw zelfgemaakte projecten toevoegen in het formulier hieronder.