Sistemas de aquecimento geotérmico de uma casa de campo: características de fazer você mesmo

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 aquecimento geotérmico em casa é algo do reino da fantasia. Certo? 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 ardente no Ocidente fontes de energia alternativas. 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.

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, Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya e outras usinas geotérmicas operam. 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. Existem várias razões para isso. Entre eles está a instalação rápida 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 envolver 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.
• 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 suprimento 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. Ou seja, ele substituirá não apenas o aquecedor, mas também o ar condicionado.
• Conforto acústico. A bomba de calor funciona quase silenciosamente.

A escolha de um sistema de aquecimento geotérmico é economicamente viável, 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 a ponto de convidar especialistas externos para sua implementação. Se você não perfurar, tudo o mais poderá ser feito independentemente.

Note-se que alguns artesãos, em um esforço para economizar dinheiro, aprenderam a coletar geotérmica própria bomba de calor.

Sobre fontes de aquecimento geotérmico

Para aquecimento geotérmico, você pode usar as seguintes fontes de energia térmica terrestre:

• alta temperatura;
• baixa temperatura.

As fontes de alta temperatura incluem, por exemplo, fontes termais. Você pode usá-los, mas o escopo do aplicativo é limitado ao local real de tais 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 refrigerante 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 esses 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, ocorre o procedimento de conversão da temperatura ambiente em energia térmica, não apenas do aquecimento, mas também do abastecimento de água quente de uma casa particular.

O princípio de funcionamento desse aquecimento

Se você conhece como funciona ar condicionado ou geladeira, então 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. Pode ser adicionado ao circuito pisos quentes.

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 etilenoglicol 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 (+)

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 elementos de energia de baixa temperatura do ambiente. 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 trocadores 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 tipo.

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 m ou mais de sua superfície, a Terra tem a mesma e constante temperatura de 10 a 12 ° C durante o ano todo.

Para poder usar esta energia da terra, é necessário perfurar poços verticais. A tecnologia é quase a mesma que preparar uma fonte de água.

Para maximizar a conservação 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 definir o contorno externo com um tipo de aquecimento horizontal, você precisa saber o quão profundo o solo congela em sua área.

As tubulações são colocadas abaixo do nível de congelamento em valas pré-preparadas, enquanto capturam um espaço bastante grande: 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, regra geral, nos casos em que o site está sendo dominado apenas para construção. Todos os cálculos e planos para a construção da cabana, a organização de seu aquecimento e o planejamento do terreno são melhor realizados simultaneamente.

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 um arranjo semelhante de propriedade da casa ainda não é comum. 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 seu próprio aquecimento geotérmico, o circuito externo ainda é melhor para comprar pronto. Obviamente, consideramos apenas formas de disposição horizontal do 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 contorno interno da sua casa a ela é uma tarefa simples.

De fato, tudo é feito exatamente da mesma maneira que na organização e fiação de 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 de congelamento médio). Se este reservatório não pertencer a você, um problema pode estar obtendo permissão para usá-lo.

Se o reservatório é um lago 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 com facilidade: será necessário colocar os tubos em espiral, fixando-os nessa posição.

A terraplenagem será necessária apenas para cavar uma vala, 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 para 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 concluí-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 primeiro e depois economize o dinheiro de seu proprietário (+)

Se considerarmos precisamente 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 concluir 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 o funcionamento da bomba. E isso é tudo!

Devido à eficiência insuficiente dos sistemas geotérmicos para o aquecimento de edifícios residenciais, eles são usados ​​como complemento das principais redes de aquecimento ou 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 pelos proprietários de casas particulares, a eficiência dos sistemas de gel já foi apreciada pelos moradores das regiões sul. Tecnologia instalações de aquecimento solar bastante simples, e sua relação custo-benefício 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 em este artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

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 operacionais associados à operação de um 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 opções para resolver o problema que você está enfrentando.

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