Sabemos que a geotérmica é o calor da Terra, e o termo "geotérmica" é frequentemente associado a vulcões e gêiseres em nosso país. Na Rússia, a energia geotérmica é usada principalmente em escala industrial, por exemplo, existem usinas do Extremo Oriente operando com base no calor do nosso planeta.
Muitas pessoas têm certeza de que fazer o aquecimento geotérmico em casa com suas próprias mãos é algo do reino da fantasia. Não é? Mas isso está completamente errado! Com o desenvolvimento da tecnologia moderna, o uso doméstico de "energia verde" tornou-se bastante real.
Falaremos sobre os princípios do aquecimento alternativo, suas vantagens e desvantagens, comparáveis aos sistemas de aquecimento tradicionais. Você também aprenderá sobre a localização do trocador de calor e como montar o aquecimento geotérmico por conta própria.
Alguns fatos históricos
Quando a crise do petróleo eclodiu nos anos 70 do século passado, surgiu uma necessidade crescente no Ocidente por fontes alternativas de energia. Foi nessa época que os primeiros sistemas de aquecimento geotérmico começaram a ser criados.
Hoje, eles são amplamente utilizados nos Estados Unidos, Canadá e países da Europa Ocidental.
Galeria de imagens
Foto de
O uso de energia do interior da Terra tem uma vantagem significativa: os recursos utilizados estão disponíveis gratuitamente e são restaurados espontaneamente
O bloco interno do sistema geotérmico ocupa pouco espaço, lembrando externamente os eletrodomésticos convencionais
Os investimentos iniciais no projeto de um sistema que utiliza energia geotérmica são mais altos do que na instalação de uma caldeira, mas os fundos mínimos para manutenção e operação justificam e pagam rapidamente pelo projeto
O equipamento que processa a energia da terra em calor não emite produtos de combustão, não queima irrecuperavelmente lenha, carvão, turfa, gás
Perspectivas para aquecimento geotérmico
Dimensões do bloco interno do sistema geotérmico
O custo da instalação e operação de uma bomba de calor
Prioridades ambientais para bombas de calor
Por exemplo, na Suécia, a água do Mar Báltico é usada ativamente, cuja temperatura é + 4 ° C. Na Alemanha, a introdução de sistemas de aquecimento geotérmico é ainda patrocinada em nível estadual.
À menção de fontes de energia geotérmica, sempre imaginamos um vale de gêiseres ou vulcões, mas as fontes de que precisamos estão muito mais próximas. E eles nos ajudarão a manter-se quente no inverno e fresco no verão
Na Rússia, existem Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya e outras usinas geotérmicas. Mas os fatos do uso da energia da Terra em nosso setor privado são muito poucos.
As reais vantagens e desvantagens
Se na Rússia o aquecimento geotérmico do setor privado é relativamente pequeno, isso significa que a idéia não vale o custo de sua implementação? Talvez você não deva lidar com esse problema? Descobriu-se que não é assim.
Usar um sistema de aquecimento geotérmico é uma solução lucrativa. Há várias razões para isso. Entre eles está a rápida instalação de equipamentos capazes de trabalhar por um longo período sem interrupções.
Se você não usar água, mas o anticongelante de alta qualidade no sistema de aquecimento, ele não congelará e seu desgaste será mínimo.
Listamos outras vantagens desse tipo de aquecimento.
- O procedimento para queima de combustível está excluído. Estamos criando um sistema absolutamente à prova de fogo que, durante sua operação, não poderá causar danos à caixa. Além disso, vários outros aspectos relacionados à presença de combustível são excluídos: agora não há necessidade de procurar um local para seu armazenamento, para se engajar em sua preparação ou entrega.
- Benefícios econômicos significativos. Durante a operação do sistema, nenhum investimento adicional é necessário. O aquecimento anual é fornecido pelas forças da natureza, que não compramos. Obviamente, durante a operação da bomba de calor, a energia elétrica é gasta, mas, ao mesmo tempo, o volume de energia produzido excede significativamente o consumo.
- O fator ambiental. O aquecimento geotérmico de uma casa de campo privada é uma solução ecológica. A ausência de um processo de combustão exclui a entrada de produtos de combustão na atmosfera. Se muitas pessoas perceberem isso, e esse sistema de fornecimento de calor receber uma ampla distribuição devido, o impacto negativo das pessoas na natureza será bastante reduzido.
- Sistema compacto. Você não precisa organizar uma sala de aquecimento separada em sua casa. Tudo o que será necessário é uma bomba de calor, que pode ser colocada, por exemplo, no porão. O contorno mais volumoso do sistema estará localizado no subsolo ou debaixo d'água, na superfície do seu site você não o verá.
- Multifuncionalidade. O sistema pode funcionar tanto para aquecimento na estação fria quanto para refrigeração durante o calor do verão. Na verdade, ele substituirá não apenas um aquecedor, mas também um ar condicionado.
- Conforto acústico. A bomba de calor funciona quase silenciosamente.
A escolha de um sistema de aquecimento geotérmico é economicamente rentável, apesar de você ter que gastar dinheiro na compra e instalação de equipamentos.
A propósito, a desvantagem do sistema são precisamente os custos necessários para instalar o sistema e prepará-lo para o trabalho. Será necessário comprar a própria bomba e alguns materiais para concluir a instalação do coletor externo e do circuito interno.
Não é segredo que os recursos estão se tornando mais caros ano a ano, portanto, um sistema de aquecimento autônomo que possa se pagar em alguns anos sempre será economicamente benéfico para o proprietário.
No entanto, esses custos são compensados apenas nos primeiros anos de operação. O uso subsequente de um coletor deitado no chão ou imerso em água pode economizar custos significativos.
Além disso, o processo de instalação em si não é tão complicado que convide especialistas externos para sua implementação. Se você não perfurar, tudo o mais poderá ser feito independentemente.
Galeria de imagens
Foto de
A unidade interna de um sistema que utiliza o calor das entranhas da terra inclui a própria bomba de calor, um aquecedor de água instalado ou integrado separadamente na bomba e um tanque-tampão
A energia térmica das rochas e das águas subterrâneas é suficiente para organizar o aquecimento e o suprimento de água quente de uma casa de campo
Apesar dos benefícios reais do uso de bombas de calor, o aquecimento de uma casa usando uma caldeira a gás é mais barato, mas a energia geotérmica ainda é usada, por exemplo, para aquecer a água em uma piscina
No entanto, em áreas não gaseificadas, locais onde a eletricidade não é fornecida, uma bomba de calor com entrada de energia no solo e na água pode se tornar uma unidade que fornece sistemas de aquecimento e água quente
É razoável usar energia livre de água subterrânea e rochas para fornecer calor a edifícios domésticos, estufas, complexos esportivos
Bombas de calor com entrada de energia proveniente das entranhas da terra podem servir como fontes de energia adicionais necessárias em caso de falta de energia
No caso de transição da casa completamente para aquecimento geotérmico, na maioria das vezes é necessário construir vários circuitos, para atender a certos anéis, por exemplo, para aquecimento de radiadores e piso quente, é melhor usar duas bombas de calor e água quente sanitária
Os circuitos geotérmicos do dispositivo de aquecimento são perfeitamente combinados com as opções tradicionais e outros tipos de fontes alternativas: painéis solares, geradores eólicos e outros
Unidade interior do sistema de aquecimento geotérmico
Fontes geotérmicas no aquecimento de uma casa particular
Bomba de calor terra-água para aquecer a água da piscina
Sistemas geotérmicos na organização de edifícios suburbanos
Dispositivo de aquecimento geotérmico em estufa
Bomba de calor como complemento do circuito de aquecimento principal
Sistema geotérmico de múltiplos circuitos em uma casa particular
Aquecimento geotérmico emparelhado com painéis solares
Note-se que alguns artesãos, em um esforço para economizar dinheiro, aprenderam a montar uma bomba de calor geotérmica com as próprias mãos.
Sobre fontes de aquecimento geotérmico
Para aquecimento geotérmico, você pode usar as seguintes fontes de energia térmica terrestre:
- Temperatura alta;
- temperatura baixa.
As fontes de alta temperatura incluem, por exemplo, fontes termais. Você pode usá-los, mas o escopo de seu aplicativo é limitado à localização real dessas fontes.
Se esse tipo de energia é usado ativamente na Islândia, na Rússia as águas termais estão longe de serem assentadas. Tanto quanto possível, eles estão concentrados em Kamchatka, onde a água subterrânea é usada como transportador de calor e entregue aos sistemas de abastecimento de água quente.
Para o uso eficiente da energia térmica da terra não precisa de um vulcão. Basta usar os recursos que estão a apenas 200 metros da superfície da Terra.
Mas para o uso de fontes de baixa temperatura, temos todos os pré-requisitos necessários. Para este fim, as massas de ar circundantes, terra ou água são adequadas.
Para extrair a energia necessária usando uma bomba de calor. Com sua ajuda, existe um procedimento para converter a temperatura ambiente em energia térmica, não apenas do aquecimento, mas também do fornecimento de água quente a uma família particular.
Galeria de imagens
Foto de
Cerca de águas subterrâneas livres e calor das rochas
Trocador de calor externo
Trocador de calor ao ar livre em uma lagoa natural
Poço geotérmico de bomba de calor
O princípio de funcionamento desse aquecimento
Se você estiver familiarizado com o funcionamento de um ar-condicionado ou refrigerador, a semelhança desses processos com o princípio de funcionamento do aquecimento geotérmico é óbvia. A base do sistema é uma bomba de calor, incluída em dois circuitos - externo e interno.
Para organizar um sistema de aquecimento tradicional em qualquer casa, é necessário montar tubos para transportar o líquido de arrefecimento e os radiadores, quando aquecidos, o calor entra nas instalações. No nosso caso, também são necessários tubos e radiadores. Eles formam o circuito interno do sistema. O piso radiante pode ser adicionado ao circuito.
O circuito externo parece muito maior que o interno, embora suas dimensões só possam ser estimadas durante o período de planejamento e instalação. Durante a operação, é invisível porque está no subsolo ou debaixo d'água. Anticongelante comum à base de água ou de etileno glicol circula dentro deste circuito, o que é muito preferível.
A estrutura do sistema de aquecimento geotérmico inclui dois circuitos - internos e externos, bem como o coração do sistema de aquecimento - uma bomba de calor que, comprimindo o líquido de refrigeração, aumenta sua temperatura (+)
O líquido de refrigeração no circuito externo é aquecido até o estado do meio em que está imerso e enviado de forma "aquecida" para a bomba de calor. Por meio dele, o calor concentrado é comunicado ao circuito interno, pelo que a água dos tubos, radiadores e piso radiante é aquecida.
Assim, o elemento chave que revitaliza todo o sistema é a bomba de calor. Se sua casa possui uma máquina de lavar comum, saiba: esta bomba ocupará aproximadamente a mesma área.
Para trabalhar, ele precisa de eletricidade, mas, consumindo apenas 1 kW, ele fornece a geração de 4-5 kW de calor. E isso não é um milagre, pois a fonte de energia "adicional" é conhecida - este é o meio ambiente.
Dois tipos de disposição do trocador de calor
Existem duas opções para aquecer uma casa particular usando energia de baixa temperatura de elementos ambientais. A base do sistema nos três casos é uma bomba geotérmica.
O circuito interno permanece inalterado para qualquer método de aquecimento, e a principal diferença é a localização do circuito externo.
O aquecimento geotérmico ocorre com um trocador de calor localizado:
- na posição vertical - localizado em poços que revelam ou não abrem o aqüífero;
- horizontalmente - os permutadores de calor dos sistemas são colocados em um poço ou tanque aberto na forma de uma espécie de bobina.
Cada um dos tipos de aquecimento apresentados aqui é caracterizado por suas características, desvantagens e vantagens.
Se você pretende criar esse sistema de aquecimento com suas próprias mãos, estará interessado em aprender mais sobre cada um dos tipos.
Galeria de imagens
Foto de
Maneira vertical de colocar o coletor
Grupo de loops verticais de um coletor de bomba de calor
Coletor externo da bomba de calor para uma casa grande
Bomba de água subterrânea de entrada na bomba de calor horizontal
Colocar o coletor da unidade externa em uma vala
Instalação de um trocador de calor como um grupo de cestas
Colocando o oleoduto ao longo das paredes e no fundo do poço
Área de encolhimento compensando a conclusão dos poços
Opção 1. Colocação vertical de um coletor externo
Esse tipo de aquecimento é baseado em um fenômeno natural interessante: a uma profundidade de 50 a 100 me mais da superfície, a Terra tem a mesma e constante temperatura de 10 a 12 ° C durante o ano todo.
Para poder usar essa energia da terra, é necessário perfurar poços verticais. A tecnologia é quase a mesma que preparar uma fonte de água.
Para maximizar a preservação da paisagem, você pode perfurar vários tubos do mesmo ponto inicial, mas de diferentes ângulos.
O circuito externo do sistema será montado diretamente nesses poços. Isso efetivamente tira o calor da terra. Obviamente, esse método dificilmente pode ser chamado de simples e de baixo orçamento.
Para criar um sistema vertical de aquecimento geotérmico, é necessário o uso de equipamentos para perfuração de poços, sem o uso de uma plataforma de perfuração, resolver os problemas de instalação do sistema será bastante trabalhoso (+)
É relevante no caso em que o território adjacente à casa já esteja equipado e a violação de sua paisagem seja inadequada. A profundidade da perfuração do poço pode atingir de 50 a 200 metros.
Os parâmetros específicos do poço dependem da situação geológica no local e dos parâmetros da estrutura futura. A vida útil deste projeto é de aproximadamente 100 anos.
Para instalar uma versão vertical de um sistema com um trocador de calor que extrai a energia da água subterrânea, será necessário perfurar dois aqüíferos.
De um deles, chamado débito, com a ajuda de uma bomba, é retirada água, que após a transferência de calor se funde na segunda, recebendo geração.
O menos do sistema geotérmico com dois poços é insuficiente para aquecer uma casa de campo. A bomba de circulação gasta muita energia. Mas, para o suprimento de refrigerante, o contorno do piso quente recebido pela energia térmica é suficiente
Opção 2. Arranjo horizontal do coletor de solo
Para colocar o circuito externo com o tipo horizontal de aquecimento, você precisa saber o quão profundo o solo congela em sua área.
Os tubos são colocados abaixo do nível de congelamento em valas pré-preparadas, enquanto capturam um espaço bastante grande: para aquecer uma casa com uma área de 200 a 250 metros quadrados. m, você precisa usar cerca de 600 metros quadrados. m de trocador de calor. São seiscentas partes.
A desvantagem desse design é a grande área que ocupa. Se você precisar de um gramado coberto de grama e flores no terreno, esta é a sua opção.E é melhor manter os tubos coletores longe das árvores frutíferas (+)
É claro que, nessas condições, o volume de terraplenagem será significativo. Além disso, é necessário considerar em termos de localização de árvores e outra vegetação no local, para não congelá-las. Por exemplo, é impossível colocar os tubos coletores a mais de um metro e meio das árvores.
Esse método de instalação é usado, como regra, nos casos em que o site está sendo dominado apenas para construção. Todos os cálculos e planos para a construção da casa de campo, a organização de seu aquecimento e o planejamento do terreno são melhor realizados simultaneamente.
Galeria de imagens
Foto de
Colocando o coletor de admissão de calor no poço
Conexão do coletor aos canos da saída e entrada da casa
Conexão a um aquecedor de água de armazenamento
Arranjo do site com um coletor externo
Imersão de um trocador de calor horizontal em uma lagoa
Este método requer um arranjo especial da propriedade da casa - a uma distância de cerca de 100 m de um reservatório de profundidade suficiente. Além disso, o reservatório especificado não deve congelar até o fundo, onde o circuito externo do sistema estará localizado. E para isso, a área do reservatório não pode ser inferior a 200 metros quadrados. m
Essa opção para a colocação de um trocador de calor é considerada a menos dispendiosa, mas ainda não é comum um acordo semelhante sobre a propriedade da casa. Além disso, podem surgir dificuldades se o reservatório pertencer a estabelecimentos públicos
A vantagem óbvia desse método é a falta de escavação obrigatória de mão-de-obra intensiva, embora você ainda precise mexer na localização subaquática do coletor. E também será necessária uma permissão especial para esse trabalho.
No entanto, uma instalação geotérmica usando energia da água ainda é a mais econômica.
Faça você mesmo: o que e como
Se você já instala o aquecimento geotérmico, o circuito externo ainda é melhor para comprar pronto. Obviamente, consideramos apenas formas de arranjo horizontal de um trocador de calor externo: sob a superfície do solo ou sob a água.
É muito mais difícil montar um coletor de poço vertical se você não tiver o equipamento e as habilidades de perfuração.
A bomba de calor não é um equipamento muito grande. Em sua casa, não ocupa muito espaço. Afinal, em tamanho é comparável, por exemplo, a uma caldeira convencional de combustível sólido. Conectar o circuito interno da sua casa a ele é uma tarefa simples.
De fato, tudo é feito exatamente da mesma maneira que ao organizar e distribuir o aquecimento usando fontes de calor tradicionais. A principal dificuldade é a disposição do circuito externo.
Esse arranjo da casa em relação à lagoa é mais comum. O principal é que o reservatório não deve estar a mais de 100 metros da cabana
A melhor opção seria usar um corpo de água se houver um a uma distância não superior a 100 m. É necessário que sua área exceda 200 m². me profundidade - 3 m (parâmetro médio de congelamento). Se este reservatório não pertencer a você, um problema pode estar obtendo permissão para usá-lo.
Se o reservatório é uma lagoa que está em sua posse, então o assunto é simplificado. A água da lagoa pode ser temporariamente bombeada para fora. Em seguida, o trabalho no fundo pode ser feito facilmente: será necessário colocar os tubos em espiral, fixando-os nessa posição.
A terraplenagem será necessária apenas para cavar a vala, que será necessária para conectar o circuito externo à bomba de calor.
Depois que todo o trabalho estiver concluído, o lago poderá ser enchido novamente com água. Nos próximos anos, um trocador de calor externo deve funcionar corretamente e não causar problemas ao seu proprietário.
Se você tem à sua disposição um terreno no qual você só precisa construir moradias e cultivar um jardim, faz sentido planejar um trocador de calor horizontal do tipo solo.
Para isso, deve ser feito um cálculo preliminar da área do coletor futuro, com base nos parâmetros já indicados acima: 250-300 sq. m de coletor por 100 metros quadrados. m de área aquecida da casa.
Se você tem um local sem edifícios e vegetação que gostaria de preservar, basta remover o solo durante a construção do contorno horizontal horizontal do solo: isso é mais fácil do que cavar trincheiras
As trincheiras nas quais colocar os canos do circuito devem ser cavadas abaixo do nível de congelamento do solo.
E melhor ainda - basta remover o solo até a profundidade de seu congelamento, colocar os canos e, em seguida, retornar o solo ao seu lugar. O trabalho é demorado, difícil, mas com um grande desejo e determinação, você pode fazê-lo.
Custos e perspectivas de retorno
Os custos do equipamento e sua instalação durante a construção do aquecimento geotérmico dependem da capacidade da unidade e do fabricante.
Todo mundo escolhe um fabricante, guiado por suas próprias considerações e informações sobre a reputação e a confiabilidade de uma determinada marca. Mas a energia depende da área da sala a ser atendida.
Esta figura reflete brevemente a essência dos benefícios derivados do uso de um sistema de aquecimento geotérmico. É essa proporção de energia de entrada e saída que permite que o sistema pague rapidamente rapidamente e economize o dinheiro de seu proprietário (+)
Se considerarmos exatamente a potência, o custo das bombas de calor varia nas seguintes faixas:
- 4-5 kW - 3000-7000 unidades convencionais;
- 5-10 kW - 4000-8000 unidades convencionais;
- 10-15 kW - 5000-10000 unidades convencionais.
Se adicionarmos a essa quantia os custos necessários para o trabalho de instalação (20-40%), obteremos uma quantia que para muitos parece completamente irrealista.
Mas todos esses custos serão pagos em termos razoáveis. No futuro, você terá que pagar apenas despesas insignificantes pela eletricidade necessária para a operação da bomba. E é tudo!
Devido à eficiência insuficiente dos sistemas geotérmicos para aquecimento de edifícios residenciais, eles são usados como complemento das principais redes de aquecimento ou são construídos em combinação com dois ou mais trocadores de calor
Como mostra a prática, o aquecimento geotérmico é especialmente benéfico para residências com uma área total de aquecimento de 150 metros quadrados. m) Durante cinco a oito anos, todos os custos de instalação de sistemas de aquecimento nessas casas são totalmente compensados.
Se o aquecimento geotérmico não é particularmente procurado entre os proprietários de casas particulares, a eficiência dos sistemas de gel já foi apreciada pelos moradores das regiões sul. A tecnologia para a construção de aquecimento solar é bastante simples e sua eficiência e praticidade são confirmadas por muitos anos de experiência em uso pelos países ocidentais e nossos compatriotas.
Informações adicionais sobre fontes alternativas de energia são fornecidas neste artigo.
Se for mais fácil perceber informações visuais, este vídeo permitirá que você veja por si mesmo como o sistema geotérmico funciona, além de aprender mais sobre quem e por que esse tipo de aquecimento é benéfico.
Convidamos você a assistir a um pequeno vídeo em que o proprietário de um coletor de subsolo horizontal contará suas impressões sobre a operação. Além disso, assistindo a este vídeo, você aprenderá sobre os custos contínuos associados à operação do sistema de aquecimento geotérmico.
Cada proprietário de uma casa particular decide por si mesmo comprar os serviços de organizações que fornecem recursos ou confiar apenas em si mesmo. Ao fazer isso, ele é guiado por uma lista de considerações.
O objetivo que estabelecemos para nós mesmos não é levar você a uma conclusão pronta, mas compartilhar informações sobre as opções para resolver o problema que você está enfrentando.
Tem algo a complementar ou tem perguntas sobre o aquecimento geotérmico de uma casa particular? Você pode deixar comentários na publicação. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.