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Actualmente, la energía de la Tierra rara vez se utiliza para calentar una casa; la mayoría de la gente prefiere utilizar fuentes de energía tradicionales. Pero los precios del combustible aumentan constantemente y las reservas de gas, carbón y petróleo acabarán agotándose, incluso después de muchos años. Por esta razón, es necesario buscar fuentes de calor alternativas, en particular el calor de la tierra, para calentar una casa.
Calentar una casa con el calor de la tierra es más preferible que la energía solar y eólica. En Europa ya están muy extendidos los sistemas solares que permiten utilizar los rayos del sol para calentar una casa y calentar agua (leer también: " "). Sin embargo, su uso es limitado: si en países con un clima cálido son suficientes para calentar completamente una casa, en regiones con un clima templado hay demasiados días nublados. Además, los colectores solares deben tener una gran superficie y un acumulador de calor de gran capacidad y, como resultado, crear un sistema de calefacción cuesta una gran cantidad (léase: "").
Tampoco está de más disponer de una fuente de calor adicional en caso de mal tiempo prolongado. La energía eólica tampoco es la mejor opción: su fuerza varía y los pliegues del relieve contribuyen a la formación de lugares con una calma constante.
Si utiliza el calor de la tierra para calentar su casa, no necesitará una fuente adicional de energía: cualquier día, el suelo a una profundidad de varios metros mantiene una temperatura constante. Cuanto mayor sea la profundidad de inmersión de la bomba geotérmica, mayor será la temperatura del suelo y, en consecuencia, la eficiencia de calefacción (más detalles: " "). Sin embargo, es necesario recordar la profundidad de congelación: difiere en diferentes regiones.
Bombas geotérmicas que utilizan el calor de la tierra para calentar una casa
El calentamiento con la energía de la tierra se produce gracias a un dispositivo especial: una bomba geotérmica.El principio de funcionamiento es similar al de un frigorífico:
- el compresor comprime el refrigerante gaseoso y al mismo tiempo se calienta mucho;
- el refrigerante pasa a través del intercambiador de calor, liberando el exceso de calor y enfriándose a temperatura ambiente;
- Después del enfriamiento, esta sustancia ingresa al circuito de refrigeración del congelador, donde luego se expande. Como resultado de un cambio en el estado de agregación de líquido a gaseoso, el refrigerante se enfría bruscamente y enfría todo lo que lo rodea;
- luego regresa al compresor y el ciclo se repite nuevamente.
Calentar una casa con energía terrestre se produce de forma similar. Por ejemplo, un refrigerador toma calor de un objeto frío y lo transfiere a un objeto cálido, transfiriendo así calor de un congelador con una temperatura bajo cero a la habitación. La cantidad de energía bombeada es varias veces mayor que la electricidad consumida por el compresor.
El calentamiento a partir del calor de la tierra es muy eficiente: la potencia térmica es tres veces la cantidad de electricidad consumida. Si comparamos una bomba de calor con un refrigerador, en este caso el suelo, que tiene una temperatura constante, reemplaza al congelador.
Al crear un sistema de calefacción, es necesario instalar no solo radiadores para liberar calor, sino también un intercambiador de calor en el segundo lado del circuito, que tomará calor del suelo.
Hay dos tipos de coleccionistas:
- vertical;
- horizontal.
Colectores verticales para calentar una casa desde el suelo.
Este tipo de colectores se utilizan con mayor frecuencia: se sumergen en el suelo a una profundidad de varias decenas de metros. Para hacer esto, se perfora la cantidad requerida de pozos a poca distancia de la casa y luego se colocan en ellos tuberías (generalmente de polietileno reticulado). A tal profundidad, la temperatura del suelo permanece alta y estable, por lo que calentar una casa privada con el calor de la tierra es muy eficaz; Con esta opción, los colectores no requieren una gran superficie.
Sin embargo, hay que tener en cuenta un inconveniente importante de este esquema: calentar desde las entrañas de la tierra es caro. Por supuesto, los costes iniciales se amortizarán más adelante, pero todavía no todas las familias pueden afrontar esos gastos. El coste de la perforación es elevado y se necesitará mucho dinero para hacer varios pozos de 50 metros de profundidad.
Colectores horizontales para calentar una casa con el calor de la tierra.
Se utilizan en regiones con un clima relativamente cálido, donde la profundidad de congelación del suelo no supera los 1-1,5 metros. En este caso, organizar la calefacción de una casa desde el suelo es mucho más fácil, porque usted mismo puede cavar zanjas y el costo del trabajo se reducirá significativamente.Pero este esquema también tiene sus inconvenientes. En primer lugar, calentar desde el suelo con sus propias manos no es tan fácil: por ejemplo, para una casa con un área de 275 metros cuadrados, deberá colocar 1200 metros de tuberías en zanjas. Además del hecho de que tendrás que dedicar mucho tiempo a cavar zanjas, las tuberías también ocuparán una gran superficie. Esta zona no se puede utilizar, por ejemplo, para un jardín o un huerto: las raíces de las plantas se congelarán debido al funcionamiento del recolector.
Por tanto, calentar con la energía terrestre es una buena idea, pero muy difícil de implementar. La situación es similar con la calefacción solar. Es por esta razón que las fuentes de energía alternativas no están muy extendidas en la actualidad.
Colectores de aire
La calefacción subterránea de una casa privada también se puede realizar mediante colectores de aire. Este es un método más sencillo en comparación con los dos anteriores.Para calentar el aire de una habitación a una temperatura confortable, se requiere una cierta cantidad de calor. Cuanto menor sea la temperatura inicial, mayores serán los costos. Con la ayuda de un sistema de ventilación y el calor obtenido del suelo, podrás aumentar la temperatura del aire en tu hogar de forma gratuita. Calentar la tierra con calor en este caso es muy sencillo.
Para organizar un sistema de calefacción necesita:
- llevar la entrada de aire de ventilación por debajo del nivel de congelación del suelo;
- coloque un colector curvo, recto o de múltiples tubos utilizando tuberías de alcantarillado comunes (la forma se selecciona según el sitio, por cada metro cuadrado de la casa debe haber 1,5 metros de colector);
- Haga una salida de aire en el extremo del colector más alejado de la casa, llevando la tubería a una altura de al menos 1,5 metros del suelo y equipándola con una sombrilla deflectora (por supuesto, el flujo de aire hacia la casa será forzado).
En este caso, la calefacción de tierra no podrá proporcionar calor completo a la casa.
Sin embargo, permite implementar dos ideas:
- El aire que entra por la ventilación se puede calentar con cualquier calentador (generador de calor de gas, solar, eléctrico, etc.) y luego distribuirlo por las habitaciones mediante conductos de ventilación. Este tipo de calefacción desde el suelo no será completamente gratuita, pero los costes seguirán disminuyendo: no se calentará el aire frío de la calle, sino el aire que ya se ha calentado a unos +10 grados. Puedes ahorrar dinero especialmente si los inviernos en la región son fríos.
- El aire calentado por el calor de la tierra se puede utilizar para soplar la unidad exterior de un aire acondicionado convencional o una bomba de calor aire-aire. Cualquier dispositivo de esta clase puede funcionar eficazmente a una temperatura de aproximadamente +10 grados. La dificultad de implementación radica únicamente en asegurar el flujo de aire requerido. Como resultado, el aire se calienta con el calor del suelo, ingresa a la bomba de calor y se descarga fuera de la casa.
Tampoco debemos olvidar que esta opción de calefacción es respetuosa con el medio ambiente y muy eficiente, ya que la temperatura del suelo a una profundidad de varias decenas de metros permanece constante.
Vídeo sobre cómo aprovechar el calor de la tierra para calentar una casa:
No todo el mundo sabe que crear calefacción geotérmica en casa no requiere conocimientos ni habilidades específicas. Pero en comparación con los tipos alternativos de calefacción, la geotermia no es tan popular y la razón es extremadamente simple: grandes costos financieros que se amortizarán solo después de ocho años. En tales condiciones, pocos quieren invertir dinero, y en vano.
En una palabra, echemos un vistazo más de cerca a la calefacción geotérmica, sobre todo porque el coste de la electricidad y el gas aumenta constantemente y no está claro qué fuente de energía será más barata de utilizar dentro de unos años.
¡Prestar atención! Este método de calefacción se utilizó por primera vez en Estados Unidos durante la crisis financiera de los años ochenta. Con el tiempo, la novedad se hizo popular en Europa. En Suecia, por ejemplo, hoy en día ¾ de todo el calor se sintetiza mediante bombas de calor.
Incluso por el nombre queda claro que la esencia de este tipo de calefacción es utilizar la energía de la tierra. Según el principio de funcionamiento, se parece vagamente a acondicionadores de aire o refrigeradores.
El elemento principal es una bomba de calor conectada a dos circuitos.
- Bajo contorno interno Es decir, el sistema de calefacción que conocemos se compone de radiadores y tuberías;
- El externo es un intercambiador de calor muy grande instalado bajo tierra o en un depósito. En él, el refrigerante (y puede ser simple agua o anticongelante), habiendo aceptado la temperatura ambiente, se suministra a la bomba de calor, desde donde el calor acumulado ingresa al circuito interno. Así se calientan los aparatos de calefacción de la casa.
El elemento principal del sistema es la bomba de calor, un dispositivo que no ocupa más espacio que una estufa de gas. El rendimiento de la bomba de calor es bastante alto: por cada kilovatio de energía utilizada, produce hasta cinco kilovatios de calor.
¡Prestar atención! Un aire acondicionado convencional, cuyo principio de funcionamiento es muy similar, produce exactamente tanta energía como consume, es decir, una a una.
Por supuesto, la calefacción geotérmica es la que requiere más mano de obra y es más cara en la actualidad. La mayor parte del dinero deberá gastarse en trabajos de excavación y equipos relacionados, incluida una bomba de calor. Y mucha gente se pregunta si es posible ahorrar dinero en esto y construir, digamos, una bomba de calor casera. Para saberlo, es necesario comprender los tipos y características del equipo.
Pros y contras del sistema.
Estas son las principales ventajas de este método de calentamiento:
- aprovechamiento de la energía inagotable de la tierra;
- factor de alta productividad;
- sin riesgo de incendio;
- eficiencia;
- facilidad de mantenimiento y operación;
- sin necesidad de almacenamiento de combustible;
- autonomía;
- respeto al medio ambiente y seguridad.
Las únicas desventajas incluyen el alto costo de instalación, pero, como ya se mencionó, estos costos ciertamente se amortizarán.
¡Prestar atención! La calefacción geotérmica es más beneficiosa junto con los "suelos cálidos", así como en casas cuya superficie no supere los 150 metros cuadrados.
Uno de los elementos más importantes es el circuito termal. En posición vertical, puede encontrarse a una profundidad de 20 ma 150 m, dependiendo de la circulación geológica del calor. Los circuitos horizontales se instalan a una profundidad de hasta 2,5 m y se calientan debido a las fluctuaciones de temperatura debidas a la calefacción solar o a la pérdida de calor.
Los dispositivos térmicos con intercambio directo de calor están en contacto directo con el suelo. El refrigerante sale del cuerpo del dispositivo, se mueve a lo largo de una línea de cobre subterránea, intercambia energía térmica y regresa.
Este intercambio de calor se denomina directo porque el líquido está en contacto con el suelo sin ningún "intermediario". Por supuesto, no interactúa directamente con el suelo, sino que solo intercambia calor con él a través de las paredes de las tuberías. Hoy en día, estas bombas se utilizan raramente; no deben confundirse con dispositivos en los que el intercambio de calor se produce a través de circuitos intermedios.
Sea como fuere, la eficiencia del intercambio de calor directo es bastante alta y los costes económicos de instalación son menores que en la mayoría de los sistemas cerrados. En esto también juega un papel importante la conductividad térmica del cobre, así como la ausencia de una bomba de agua eléctrica y de un intercambiador entre el refrigerante y el agua, que, como se sabe, es la principal fuente de pérdida de calor.
También vale la pena señalar que las tuberías de cobre son caras y se requiere más refrigerante que para otros tipos de sistemas.
2. Sistemas cerrados
La mayoría de estos sistemas constan de un circuito primario lleno de refrigerante y un circuito secundario lleno de agua e instalado bajo tierra. Para realizar el circuito secundario se utilizan principalmente tuberías de polipropileno, y se rellena con agua y una pequeña cantidad de anticongelante.
El agua sale del intercambiador de calor, se mueve por el circuito exterior, intercambia energía térmica con el suelo y regresa. Es característico que el contorno exterior esté por debajo del nivel de congelación del suelo, donde la temperatura es estable; también lo sumergen en el cuerpo de agua más cercano.
¡Prestar atención! Los sistemas sumergidos en agua o ubicados en suelo húmedo son mucho más productivos que los circuitos secos. Por ello, en suelo seco junto al circuito, es recomendable instalar una manguera de drenaje que lo humedezca.
Los sistemas cerrados son menos eficientes que la opción anterior porque requieren una perforación que requiere mucha mano de obra y un sistema de tuberías largas. También tenga en cuenta que los circuitos cerrados se instalan de dos maneras: vertical y horizontalmente.
El circuito vertical consta de dos tuberías que discurren bajo tierra en ángulo recto hasta una profundidad de 20 a 120 m. Sus partes inferiores están conectadas entre sí mediante un conector en forma de U. Los pozos excavados para tuberías suelen llenarse con una solución especial que mejora la transferencia de calor y protege los acuíferos subterráneos de la contaminación.
Si el sistema se coloca horizontalmente, las tuberías quedan enterradas por debajo del nivel de congelación del suelo. Naturalmente, corren horizontalmente. Por razones obvias, este método es más económico que la colocación vertical (léase: perforación), por lo que se utiliza siempre que haya suficiente espacio en el sitio.
Una alternativa a las dos opciones anteriores puede ser realizar el contorno mediante perforación horizontal. Esto permite instalar tuberías debajo de un jardín, patio, carretera y otros objetos sin destruirlos.
En términos de coste, un sistema de este tipo se sitúa entre la instalación horizontal y la vertical. Su característica distintiva es que los bucles se pueden conectar a una sola cámara, lo que reduce el área requerida para la instalación.
¡Prestar atención! Los contornos mediante perforación horizontal se instalan una vez construido el edificio.
Los circuitos cerrados que se sumergen en embalses son tuberías tendidas en bucles. Se pueden colocar en cualquier lago o estanque que se encuentre muy cerca de la casa.
5. Sistemas abiertos
En tales sistemas, el circuito externo se llena con agua natural. Luego pasa a un intercambiador de calor ubicado en el cuerpo del dispositivo, donde se extrae el calor y se transfiere al circuito primario. Después de esto, el agua regresa. Las líneas de suministro y retorno deben ubicarse alejadas entre sí para alimentar eficientemente la fuente de calor.
¡Prestar atención! Todos los elementos del sistema deben estar bien protegidos contra la corrosión, ya que no se puede controlar la composición química del agua circulante. Por eso es recomendable utilizar circuitos cerrados si el nivel de minerales y sales en el agua es elevado.
A pesar de que la eficiencia de los sistemas abiertos es un orden de magnitud mayor que la de los cerrados, durante la instalación pueden surgir problemas, principalmente de carácter legal. Es posible que se requieran permisos de instalación porque estos sistemas contaminan los pozos y agotan los acuíferos.
6. Columnas de líquido
Los circuitos con columnas de líquido son uno de los tipos de sistemas de tipo cerrado. En este caso, el agua proviene del fondo de un pozo profundo, pasa por una bomba y vuelve a caer, intercambiando calor con el suelo circundante.
A menudo se utilizan columnas de líquido cuando el espacio libre es limitado. No es aconsejable utilizar este sistema sobre suelos arcillosos o arenosos.
También observamos que la estructura puede constar de varios pilares a la vez y se utiliza principalmente en edificios pequeños.
Vídeo - Calefacción geotérmica
Etapa uno.
Etapa dos.
Luego es necesario realizar una exploración geológica para determinar la profundidad de congelación del suelo. Después de esto, debes elaborar un proyecto basado en la tecnología seleccionada.
Tercera etapa.
Comprar todo lo que necesita: piezas del sistema de calefacción, tuberías y un compresor para la bomba.
El compresor, el corazón de cualquier bomba geotérmica, debe analizarse por separado. Es imposible hacerlo usted mismo y la única opción que queda es comprar un producto terminado.
Es mejor comprar un dispositivo con una potencia de más de 7 kW, utilizado en acondicionadores de aire de alto rendimiento (dichos compresores se venden en centros de servicio especializados en el mantenimiento de electrodomésticos).
Etapa cuatro.
Luego puede comenzar a ensamblar el intercambiador de calor interno. Te recordamos que es necesario traspasar la energía térmica acumulada a la red de calefacción. Los materiales de un determinado elemento, así como su volumen, dependen completamente de las condiciones climáticas específicas. Generalmente se utilizan tubos de cobre para hacer circular el refrigerante, mientras que el recipiente está hecho de un material no corrosivo. Lo ideal es que esta capacidad sea un depósito de acero inoxidable de 150 litros.
Etapa cinco.
La bobina de cobre preparada previamente debe colocarse en el tanque. Esto no se puede hacer sin dañar este último: debe cortarse en dos partes y, después de fijar la bobina, soldarse a su estado original.
Sexta etapa.
Luego deberías perforar pozos o zanjas e instalar una tubería allí. Al finalizar el trabajo, es necesario realizar una prueba de funcionamiento del sistema.
Hablaremos de los principios de funcionamiento de la calefacción alternativa, sus ventajas y desventajas, y la compararemos con los sistemas de calefacción tradicionales. También aprenderá cómo colocar el intercambiador de calor y cómo instalar calefacción geotérmica con sus propias manos.
Cuando estalló la crisis del petróleo en los años 70 del siglo pasado, surgió una necesidad acuciante en Occidente. Fue en esta época cuando comenzaron a crearse los primeros sistemas de calefacción geotérmica.
Hoy en día están muy extendidos en los Estados Unidos, Canadá y los países de Europa occidental.
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Por ejemplo, en Suecia se utiliza activamente agua del mar Báltico, cuya temperatura es de +4°C. En Alemania, la introducción de sistemas de calefacción geotérmica incluso está patrocinada a nivel estatal.
Cuando mencionamos fuentes de energía geotérmica siempre imaginamos un valle de géiseres o volcanes, pero las fuentes que necesitamos están mucho más cercanas. Y nos ayudarán a mantenernos abrigados en invierno y frescos en verano.
En Rusia hay Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya y otras centrales geotérmicas. Pero hay muy poca evidencia del uso de la energía de la Tierra en nuestro sector privado.
Ventajas y desventajas reales.
Si la calefacción geotérmica en el sector privado ha recibido relativamente poca distribución en Rusia, ¿significa esto que la idea no vale el costo de su implementación? ¿Quizás no vale la pena seguir con este tema? Resultó que este no era el caso.
Utilizar un sistema de calefacción geotérmica para su hogar es una solución rentable. Y hay varias razones para ello. Estos incluyen la instalación rápida de equipos que puedan funcionar durante mucho tiempo sin interrupciones.
Si utiliza anticongelante de alta calidad en lugar de agua en el sistema de calefacción, no se congelará y su desgaste será mínimo.
Enumeramos otras ventajas de este tipo de calefacción.
- Se excluye el procedimiento de combustión de combustible. Creamos un sistema absolutamente ignífugo que, durante su funcionamiento, no puede provocar ningún daño a la vivienda. Además, se eliminan una serie de otras cuestiones relacionadas con la presencia de combustible: ahora no es necesario buscar un lugar para almacenarlo, ni ocuparse de su preparación o entrega.
- Importante beneficio económico. Durante la operación del sistema no se requerirán inversiones adicionales. La calefacción anual la proporcionan las fuerzas de la naturaleza, que no compramos. Por supuesto, cuando se opera una bomba de calor, se consume energía eléctrica, pero la cantidad de energía producida excede significativamente la cantidad de energía consumida.
- Factor ambiental. La calefacción geotérmica de una casa de campo privada es una solución respetuosa con el medio ambiente. La ausencia de un proceso de combustión elimina la liberación de productos de combustión a la atmósfera. Si mucha gente se da cuenta de esto y este sistema de suministro de calor se generaliza, el impacto negativo de las personas sobre la naturaleza se reducirá muchas veces.
- Compacidad del sistema. No es necesario que organice una sala de calderas separada en su hogar. Todo lo que necesitará es una bomba de calor, que puede colocarse, por ejemplo, en el sótano. El contorno más voluminoso del sistema estará ubicado bajo tierra o bajo el agua; no lo verá en la superficie de su sitio.
- Multifuncionalidad. El sistema puede funcionar tanto para calefacción en la estación fría como para refrigeración durante el calor del verano. Es decir, de hecho, reemplazará no solo su calentador, sino también su aire acondicionado.
- Confort acústico. La bomba de calor funciona casi en silencio.
Elegir un sistema de calefacción geotérmica es rentable, a pesar de que tendrá que gastar dinero en la compra e instalación del equipo.
Por cierto, como desventaja del sistema, mencionan precisamente los costos en los que habrá que incurrir para instalar el sistema y prepararlo para su funcionamiento. Deberá comprar la bomba y algunos materiales, y realizar trabajos de instalación del colector externo y el circuito interno.
No es ningún secreto que los recursos se vuelven más caros año tras año, por lo que un sistema de calefacción autónomo que pueda amortizarse en varios años siempre será económicamente beneficioso para su propietario.
Sin embargo, estos costes se amortizan sólo en los primeros años de funcionamiento. El uso posterior de un colector enterrado o sumergido en agua permite ahorros importantes.
Además, el proceso de instalación en sí no es tan complicado como para requerir invitar a especialistas externos para realizarlo. Si no perforas, puedes hacer todo lo demás tú mismo.
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Cabe señalar que algunos artesanos, en un esfuerzo por ahorrar dinero, aprendieron a recolectar energía geotérmica.
Acerca de las fuentes de calefacción geotérmica
Para la calefacción geotérmica se pueden utilizar las siguientes fuentes de energía térmica terrestre:
- temperatura alta;
- baja temperatura.
Los de alta temperatura incluyen, por ejemplo, las fuentes termales. Se pueden utilizar, pero su alcance está limitado por la ubicación real de dichas fuentes.
Mientras que en Islandia se utiliza activamente este tipo de energía, en Rusia las aguas termales se encuentran lejos de las zonas pobladas. Se concentran al máximo en Kamchatka, donde el agua subterránea se utiliza como refrigerante y se suministra a los sistemas de agua caliente.
Para utilizar eficazmente la energía térmica de la Tierra, no se necesita un volcán. Basta con utilizar aquellos recursos que se encuentran a sólo 200 metros de la superficie terrestre.
Pero tenemos todos los requisitos previos necesarios para el uso de fuentes de baja temperatura. Para ello son adecuadas las masas de aire circundantes, la tierra o el agua.
Se utiliza una bomba de calor para extraer la energía necesaria. Con su ayuda, se lleva a cabo el procedimiento para convertir la temperatura ambiente en energía térmica no solo para calefacción, sino también para el suministro de agua caliente a un hogar privado.
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El principio de funcionamiento de dicho calentamiento.
Si está familiarizado con cómo funciona, entonces la similitud de estos procesos con el principio de funcionamiento de la calefacción geotérmica es obvia. La base del sistema es una bomba de calor, que está conectada a dos circuitos: externo e interno.
Para organizar un sistema de calefacción tradicional en cualquier casa, es necesario instalar tuberías para transportar refrigerante y radiadores; cuando se calienta, el calor fluirá hacia las instalaciones. En nuestro caso también se necesitan tuberías y radiadores. Forman el contorno interno del sistema. Se puede agregar al diagrama.
El contorno exterior parece mucho más grande que el interior, aunque sus dimensiones sólo pueden evaluarse durante la planificación y la instalación. Durante el funcionamiento, es invisible porque está bajo tierra o bajo el agua. Dentro de este circuito circula agua corriente o anticongelante a base de etilenglicol, lo cual es mucho más preferible.
El sistema de calefacción geotérmica incluye dos circuitos, interno y externo, así como el corazón del sistema de calefacción, una bomba de calor que, al comprimir el refrigerante, aumenta su temperatura (+)
En el circuito externo se calienta hasta el estado del ambiente en el que está inmerso y se envía en forma “calentada” a la bomba de calor. A través de él, el calor concentrado se transfiere al circuito interno, como resultado de lo cual se calienta el agua de las tuberías, radiadores y calefacción por suelo radiante.
Así, el elemento clave que anima todo el sistema es la bomba de calor. Si hay una lavadora normal en su casa, sepa: esta bomba ocupará aproximadamente la misma superficie.
Para funcionar necesita electricidad, pero, al consumir sólo 1 kW, produce entre 4 y 5 kW de calor. Y esto no es un milagro, ya que se conoce la fuente de energía "adicional": el medio ambiente.
Dos tipos de ubicaciones de intercambiadores de calor.
Hay dos opciones para calentar una casa privada utilizando energía de baja temperatura procedente de elementos ambientales. La base del sistema en los tres casos es una bomba geotérmica.
El circuito interno permanece sin cambios para cualquier método de calefacción y la principal diferencia es la ubicación del circuito externo.
La calefacción geotérmica dispone de un intercambiador de calor situado:
- verticalmente– ubicados en pozos que explotan o no un acuífero;
- horizontalmente– Los intercambiadores de calor de los sistemas se colocan en un foso o depósito abierto en forma de una especie de serpentín.
Cada uno de los tipos de calefacción enumerados aquí tiene sus propias características, desventajas y ventajas.
Si tiene la intención de crear un sistema de calefacción de este tipo con sus propias manos, le interesará saber más sobre cada tipo.
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Opción #1. Colocación vertical del colector externo.
Este tipo de calentamiento se basa en un fenómeno natural interesante: a una profundidad de 50 a 100 mo más de su superficie, la Tierra tiene la misma temperatura constante de 10 a 12°C durante todo el año.
Para poder utilizar esta energía terrestre, es necesario. La tecnología es casi similar a la preparación de una fuente de toma de agua.
Para preservar al máximo el paisaje, se pueden perforar varios tubos desde el mismo punto de partida, pero en diferentes ángulos.
El circuito externo del sistema se instalará directamente en estos pozos. Esto le permitirá quitarle eficazmente el calor de la tierra. Por supuesto, este método difícilmente puede considerarse simple y de bajo presupuesto.
Para crear un sistema de calefacción geotérmica vertical, es necesario utilizar equipos para perforar pozos sin utilizar una plataforma de perforación, resolver los problemas de construcción del sistema requerirá bastante mano de obra (+)
Es relevante en el caso en que el territorio adyacente a la casa ya ha sido desarrollado y no es práctico alterar su paisaje. La profundidad de perforación de un pozo puede alcanzar de 50 a 200 metros.
Los parámetros específicos del pozo dependen de la situación geológica del sitio y de los parámetros de la estructura futura. La vida útil de este diseño es de aproximadamente 100 años.
Para instalar una versión vertical del sistema con un intercambiador de calor que extrae la energía del agua subterránea, será necesario perforar dos pozos acuíferos.
De uno de ellos, llamado de débito, se extrae agua mediante una bomba que, después de la transferencia de calor, se drena a la segunda salida receptora.
La desventaja de una instalación geotérmica de dos pozos es que no es lo suficientemente eficiente para calentar una casa de campo. La bomba de circulación desperdicia demasiada energía. Pero para suministrar refrigerante al circuito de suelo radiante, la energía térmica resultante es suficiente.
Opción #2. Disposición horizontal del recolector de suelo.
Para instalar el circuito externo para calefacción horizontal, necesita saber a qué profundidad se congela el suelo en su área.
Las tuberías se colocan por debajo del nivel de congelación en zanjas preparadas previamente, cubriendo un espacio bastante grande: para calentar una casa cuya superficie es de 200 a 250 metros cuadrados. m, necesita utilizar aproximadamente 600 m2. m intercambiador de calor. Son seiscientos metros cuadrados.
La desventaja de este diseño es la gran superficie que ocupa. Si necesitas un césped cubierto de hierba y flores en tu propiedad, esta es tu opción. Es mejor mantener los tubos colectores alejados de árboles frutales (+)
Está claro que en tales condiciones el volumen de trabajo de excavación será significativo. Además, en su plan debe tener en cuenta la ubicación de los árboles y otra vegetación en el sitio para no congelarlos. Por ejemplo, las tuberías colectoras no deben ubicarse a menos de un metro y medio de los árboles.
Este método de instalación se utiliza, por regla general, en los casos en que el sitio recién se está desarrollando para la construcción. Es mejor realizar todos los cálculos y planes para construir una cabaña, organizar su calefacción y planificar el terreno al mismo tiempo.
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Inmersión de un intercambiador de calor horizontal en un depósito.
Este método requiere una ubicación especial del hogar, a una distancia de unos 100 m de un depósito de suficiente profundidad. Además, el depósito especificado no debe congelarse hasta el fondo, donde se ubicará el contorno externo del sistema. Y para ello, la superficie del embalse no puede ser inferior a 200 metros cuadrados. metro.
La ventaja obvia de este método es la ausencia de trabajos de excavación obligatorios que requieren mucha mano de obra, aunque todavía hay que jugar con la ubicación submarina del colector. Y también se necesitará un permiso especial para realizar dicho trabajo.
Sin embargo, una instalación geotérmica que utiliza energía hidráulica sigue siendo la más económica.
Hágalo usted mismo: qué y cómo
Si va a instalar la calefacción geotérmica usted mismo, es mejor comprar el circuito externo ya hecho. Por supuesto, solo estamos considerando formas de colocar el intercambiador de calor externo horizontalmente: debajo de la superficie del suelo o bajo el agua.
Es mucho más difícil instalar usted mismo un colector de pozo vertical si no tiene el equipo y las habilidades de perforación.
Una bomba de calor no es un equipo muy grande. No ocupará mucho espacio en tu hogar. Después de todo, en tamaño es comparable, por ejemplo, a una caldera de combustible sólido convencional. Conectarle el circuito interno de tu casa no es una tarea difícil.
De hecho, todo se hace exactamente igual que cuando se organizan y utilizan fuentes de calor tradicionales. La principal dificultad es el diseño del circuito externo.
Esta disposición de la casa en relación con el estanque es más común. Lo principal es que el embalse no está a más de 100 metros de la cabaña.
La mejor opción sería utilizar un depósito si se encuentra a una distancia no superior a 100 m. Es necesario que su superficie supere los 200 metros cuadrados. m, y la profundidad es de 3 m (parámetro de congelación promedio). Si esta masa de agua no le pertenece, obtener permiso para utilizarla puede convertirse en un problema.
Si el embalse es un estanque que está en tu propiedad, entonces el asunto se vuelve más sencillo. El agua del estanque se puede bombear temporalmente. Luego, el trabajo en su parte inferior se puede realizar fácilmente: deberá colocar los tubos en espiral, asegurándolos en esta posición.
Los trabajos de excavación sólo serán necesarios para cavar una zanja, que será necesaria para conectar el circuito externo a la bomba de calor.
Una vez finalizados todos los trabajos, se puede volver a llenar el estanque con agua. En los próximos cien años, el intercambiador de calor externo debería funcionar correctamente y no causar problemas a su propietario.
Si tiene a su disposición un terreno en el que sólo tiene que construir una vivienda y cultivar un jardín, tiene sentido planificar un intercambiador de calor de suelo horizontal.
Para hacer esto, es necesario hacer un cálculo preliminar del área del futuro colector, en base a los parámetros ya indicados anteriormente: 250-300 m2. m de colector por 100 m2. m de superficie climatizada de la casa.
Si tiene una parcela sin edificios ni vegetación que le gustaría preservar, simplemente puede quitar la tierra al construir un contorno de suelo horizontal externo: esto es más fácil que cavar zanjas.
Las zanjas en las que se colocarán las tuberías del circuito deben excavarse por debajo del nivel de congelación del suelo.
Mejor aún, simplemente retire la tierra hasta el punto de congelación, coloque las tuberías y luego devuelva la tierra a su lugar. El trabajo es laborioso y complejo, pero con muchas ganas y determinación podrás completarlo.
Costos y perspectivas de recuperación
Los costos de los equipos y su instalación durante la construcción de calefacción geotérmica dependen de la potencia de la unidad y del fabricante.
Cada uno elige un fabricante basándose en sus propias consideraciones e información sobre la reputación y confiabilidad de una marca en particular. Pero la potencia depende de la zona de la habitación a servir.
Esta figura resume los beneficios de utilizar un sistema de calefacción geotérmica. Es precisamente esta relación entre energía entrante y saliente la que permite que el sistema primero se amortice rápidamente y luego ahorre dinero a su propietario (+)
Si tenemos en cuenta la potencia, el coste de las bombas de calor varía en los siguientes rangos:
- a 4-5kW– 3000-7000 unidades convencionales;
- a 5-10kW– 4000-8000 unidades convencionales;
- a 10-15kW– 5000-10000 unidades convencionales.
Si a esta cantidad le sumamos los costes necesarios para realizar los trabajos de instalación (20-40%), obtendremos una cantidad que para muchos parecerá absolutamente irreal.
Pero todos estos costes se recuperarán en un plazo muy razonable. En el futuro, sólo tendrás que pagar gastos menores por la electricidad necesaria para hacer funcionar la bomba. ¡Y eso es todo!
Debido a la eficiencia insuficiente de los sistemas geotérmicos para calentar edificios residenciales, se utilizan como complemento a las redes de calefacción principales o se integran en un complejo con dos o más intercambiadores de calor.
Como muestra la práctica, la calefacción geotérmica es especialmente beneficiosa para casas con una superficie total climatizada de 150 metros cuadrados. m. En un plazo de cinco a ocho años se amortizan por completo todos los costes de instalación de sistemas de calefacción en estas casas.
Si la calefacción geotérmica no tiene una gran demanda entre los propietarios de casas privadas, los residentes de las regiones del sur ya han apreciado la eficacia de los sistemas solares. La tecnología es bastante simple y su rentabilidad y practicidad están confirmadas por muchos años de experiencia en su uso por parte de los países occidentales y nuestros compatriotas.
Para obtener más información sobre fuentes de energía alternativas, consulte.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Si le resulta más fácil percibir la información visual, este vídeo le permitirá ver con sus propios ojos exactamente cómo funciona un sistema geotérmico, así como aprender más sobre quién se beneficia de este tipo de calefacción y por qué.
Te invitamos a ver un breve vídeo en el que el propietario de un recolector de subsuelo horizontal hablará de sus impresiones sobre su funcionamiento. Además, al ver este video, aprenderá sobre los costos actuales asociados con la operación de un sistema de calefacción geotérmica.
Cada propietario de una casa privada elige por sí mismo si compra los servicios de organizaciones proveedoras de recursos o si confía únicamente en sí mismo. Para ello se guía por toda una serie de consideraciones.
¿Tiene algo que añadir o tiene preguntas sobre la calefacción geotérmica de una vivienda particular? Puedes dejar comentarios en la publicación. El formulario de contacto se encuentra en el bloque inferior.
Sentimos el calor de la tierra con nuestros pies...
...Aunque, en verdad, es necesario, con la cabeza. Realmente salió a la luz en la poesía. Pero, ¿cómo podría ser de otra manera, si la humanidad está sacando los últimos contenedores de la naturaleza, pensando lentamente en las consecuencias? ¡Aquí no sólo hablarás de poesía! Estamos obsesionados con el gas, el carbón y el petróleo cuando se trata de fuentes de energía. Es hora de cambiar radicalmente nuestra forma de pensar, al menos en el nivel cotidiano, y observar detenidamente lo que hay bajo nuestros pies y si se puede utilizar con el sentido de un propietario ahorrativo.
Tomemos, por ejemplo, calentar una casa con el calor de la tierra y no con los productos tradicionales enumerados anteriormente. Resulta que esto no sólo es posible, sino también necesario.
Calentar las casas con el calor de la tierra no es un cuento de hadas; el viejo sueño de la humanidad es bastante factible. Una protección bastante poderosa contra el saqueo bárbaro de los recursos naturales, una alternativa completa a los sistemas de calefacción tradicionales.
Los países occidentales, pobres en recursos minerales, se vieron obligados a pensar antes que nosotros en fuentes de calor alternativas, no sólo para sus hogares, sino también para los edificios industriales. ¿Necesita ejemplos del uso del calor de la Tierra? "Los tengo para ti", como dicen los residentes de Odessa.
- Estados Unidos produce en masa más de un millón de bombas de calor (HP) cada año;
- Japón produce hasta 3 millones de ellos al año;
- Suecia proporciona una buena mitad de su calefacción con bombas de calor. La fuente de calor es el Mar Báltico, cuya temperatura media anual es de más ocho;
- En Suiza la situación es la siguiente: por cada dos kilómetros cuadrados hay una bomba de calor (HP);
- Según los científicos, en 2020 la proporción mundial de TN será del 75%.
Como dicen, no se pueden discutir los hechos. El hecho es que Rusia está adoptando muy tímidamente la introducción de la calefacción geotérmica, utilizando una pequeña parte del calor de la Tierra para calentar sus hogares. ¿Hay mucho petróleo? ¿Está lleno de gasolina? ¿Habrá suficiente carbón para cientos de años? ¿Qué sucederá entonces cuando se agoten todos los recursos naturales?
Algunas preguntas sin respuestas. Pero hay una solución: necesitamos utilizar fuentes de calefacción alternativas al menos a nivel doméstico: calentar nuestra propia casa. El calor de la tierra está bajo nuestros pies y sería bueno sentirlo con la cabeza.
Conversación en la puerta de entrada.
Una conversación escuchada entre un ingeniero de calefacción y un cliente incompetente.
- “Pedí una bomba de calor para mi casa, pero no sé muy bien qué tipo de animal es”.
— “Un aire acondicionado normal o un frigorífico reversible: calienta la habitación en invierno y enfría en verano”.
- “¿Me pregunto cómo sucede esto?”
— “Una bomba de calor transfiere calor del suelo, de un depósito o del aire exterior y lo libera al sistema de calefacción del edificio”.
“Pero el suelo a una profundidad de 2 o 3 metros no se calienta a más de 7 grados. ¿Es posible garantizar el calentamiento de los radiadores a esa temperatura?
- "Poder. Recuerde cómo funciona un frigorífico: hace frío en el interior, pero la rejilla de la pared trasera del frigorífico está caliente. Una bomba de calor es lo mismo que un frigorífico, sólo que la “rejilla” se coloca dentro de la casa (radiadores de calefacción), el resto se hunde en el suelo o en el fondo de un depósito. Es como un refrigerador "al revés".
- “¿De dónde viene el calor?”
- “Te lo cuento en orden (ver foto). Comenzaré con la estructura de todo el sistema. Esto incluye:
- intercambiador de calor (transfiere el calor del suelo al circuito interno);
- dispositivo de compresión de gas;
- intercambiador de calor (transfiere calor al sistema de calefacción);
- un acelerador que reduce la presión;
- tubería que lleva el fluido de trabajo al suelo y viceversa.
Se utiliza una tubería de polietileno en forma de U de pequeño diámetro, que se baja al pozo a una profundidad de 60 a 100 metros. La tubería se llena con un líquido que no se congela y que regresa a una temperatura de 7 grados (el calor de la tierra).
El líquido cede este calor a otro circuito de la tubería en el que se practica el uso de freón líquido. A una temperatura de 3 grados es capaz de hervir y convertirse en gas, lo que hace cuando se le transfiere el calor de la tierra.
Luego, el gas va al compresor, se comprime, por lo que se calienta bruscamente a 75 grados y la temperatura se suministra al tercer circuito, el circuito de calefacción. De esta manera los radiadores se calientan hasta casi 60 grados, cerca de los cuales no te congelarás”.
“Ahora está claro de dónde viene el calor. Y la última pregunta: ¿qué beneficios tendré al instalar el sistema en una casa de campo?
- “Buena pregunta, como era de esperar. Te olvidarás del problema del calor en invierno y del frescor de tu hogar en verano durante al menos 50 años. Con un servicio oportuno, vale el 70%. Obtendrás calor y frío casi gratis”.
- “¿Qué quieres decir con “casi”?”
“Solo hay que pagar una pequeña cantidad por la electricidad que alimenta la bomba. Esto se traduce en un ahorro mensual diez veces mayor. Después de un máximo de 7 años, se compensan todos los costes de instalación y el calor se vuelve gratuito”.
- "Asombroso. Acepto celebrar un contrato para la instalación de una bomba geotérmica. Ahora sé que la calefacción de mi casa está en buenas manos. ¡Gracias!"
Bomba de calor - opinión del propietario:
En las últimas décadas, la vida activa de las personas satisfaciendo sus necesidades ha comenzado a tener un impacto muy negativo en la naturaleza y el medio ambiente. Y las centrales térmicas jugaron un papel importante en este proceso. Al mismo tiempo, la sociedad empezó a comprender que los recursos naturales no son ilimitados, por lo que en los últimos años se empezaron a introducir análogos de las fuentes de suministro de calor. Una de esas formas alternativas de calentar una casa es la calefacción geotérmica. El sistema es sencillo y eficaz y puedes hacerlo tú mismo.
Tenga en cuenta que la calefacción geotérmica en los EE. UU. y los países europeos se ha convertido en la principal fuente de calor, pero en Rusia hoy se considera solo como una alternativa a la calefacción de gas, eléctrica, de combustible sólido y otros tipos de calefacción. Muy pronto, la calefacción geotérmica se generalizará, porque las revisiones dicen que es una forma rentable de calentar su hogar sin dañar el medio ambiente y con beneficio para usted.
Principio de funcionamiento
Un fenómeno como la calefacción geotérmica, cuyo principio es similar al de un frigorífico convencional, sólo que al revés, se está volviendo cada vez más popular. La tierra retiene calor constantemente; los objetos ubicados en su superficie pueden calentarse. La cuestión es que la tierra se calienta desde el interior con magma caliente y desde arriba, gracias al suelo, no se congela.
La energía térmica obtenida durante el proceso de calefacción se utiliza mediante un sistema geotérmico basado en una bomba de calor especial.
Y el principio de funcionamiento aquí es el siguiente: se coloca una bomba de calor en la parte superior y se baja un intercambiador de calor a un pozo de tierra especial. El agua subterránea fluye a través de la bomba y se calienta. Así, el calor generado de esta forma se utiliza para fines industriales o domésticos. Así funciona la calefacción subterránea.
Tenga en cuenta que la principal ventaja de un sistema de este tipo es que con un consumo de electricidad de 1 kW obtenemos energía térmica útil en el rango de 4 a 6 kW. A modo de comparación, un acondicionador de aire convencional no es capaz de convertir 1 kW de electricidad en 1 kW de energía térmica (la ley de conservación de la energía, ya que las pérdidas al convertir un tipo de energía en otro, lamentablemente, aún no se han cancelado). La calefacción con el calor de la tierra se amortizará con bastante rapidez si se aplica correctamente la calefacción geotérmica.
Características del sistema
Por supuesto, hacer calefacción geotérmica con sus propias manos no es tan fácil, pero es bastante posible. Y para empezar se hace una mina. Los parámetros del eje se calculan para cada caso por separado. Sus dimensiones dependerán del clima de su área, el tipo de suelo, las características estructurales de la corteza terrestre de la región y el área de residencia donde se instalará dicho sistema. Normalmente, la profundidad de la mina oscila entre 25 y 100 m.
A continuación, la instalación de calefacción geotérmica implica un paso como bajar tuberías que absorben el calor al pozo de tierra. Las funciones de estas tuberías son las siguientes: suministrarán calor a la bomba, lo que aumentará la temperatura del líquido y lo liberará para calentar. Tenga en cuenta que si decide fabricar sistemas de calefacción geotérmica con sus propias manos, necesitará un asistente, porque las tuberías pueden ser muy pesadas.
Tenga en cuenta que en verano la calefacción del suelo funciona como aire acondicionado. Para hacer esto, debe activar el mecanismo inverso. Durante el funcionamiento, el intercambiador de calor consumirá energía de refrigeración.
Métodos de operación del sistema.
Se trata de un sistema eficaz y respetuoso con el medio ambiente: el calentamiento térmico, cuyo principio de funcionamiento puede realizarse de tres formas principales:
- Se utiliza la energía térmica de las aguas subterráneas profundas. Este agua tiene una temperatura alta, la bomba de calor la eleva y la calienta. A continuación, el agua pasa por el intercambiador de calor, cediendo la mayor parte de su energía.
- Este método requiere gastos adicionales por parte de los propietarios. Un depósito que contiene anticongelante se baja a la profundidad del suelo desde 75 my menos. Se calienta y sube al intercambiador de calor mediante bomba de calor. Después de que el calor se transfiere al intercambiador de calor, el anticongelante regresa al depósito.
- Y para el tercer método de funcionamiento del sistema, no es necesario equipar una mina de suelo en absoluto. Este tipo de calefacción desde el suelo es adecuada para calentar edificios que tienen acceso a una masa de agua. Entonces, se colocan sondas horizontales a lo largo del fondo del depósito desde el intercambiador de calor y convierten el calor del agua en el fondo.
Beneficios de un sistema de calefacción geotérmica
Los sistemas de calefacción geotérmica tienen varias ventajas:
- La liberación de energía térmica es varias veces mayor que el consumo de electricidad requerido por la bomba.
- El respeto al medio ambiente es mayor que el de otros sistemas de calefacción, ya que los sistemas de calefacción geotérmica no producen emisiones nocivas.
- No se requiere combustible ni productos químicos adicionales para que funcione un sistema geotérmico. Por tanto, es seguro para los propietarios y el medio ambiente.
- No existe riesgo de explosión o incendio durante el funcionamiento de dicha calefacción.
- Si el sistema de calefacción se instala correctamente, durará al menos 30 años sin soporte técnico.
Instalamos nosotros mismos la calefacción geotérmica
Notemos inmediatamente esta característica: aquellos que decidan equipar la calefacción con el calor de la tierra tendrán que invertir una gran cantidad en ello una vez. Por supuesto, con el tiempo este costo se amortizará, ya que no construiremos viviendas durante uno o dos años. Además, el costo del gas y la electricidad aumenta cada año y, con un sistema geotérmico, no sabrás cuáles son estos aumentos de precios.
Tenga en cuenta que dentro de la habitación que desea calentar, se instalan elementos calefactores que no se diferencian del calentamiento de agua. Su casa será calentada por radiadores y el calor fluirá a través de las tuberías.
Sin embargo, en este sistema, su mayor parte quedará oculta bajo tierra. Calentar con energía de la tierra implica disponer de un pozo y un intercambiador de calor. Solo necesita instalar un dispositivo en su casa que genere calor; por lo general, no ocupa mucho espacio.
En dicho dispositivo, el usuario podrá regular la temperatura y suministrar energía térmica. La instalación del sistema de calefacción en una casa se realiza como de costumbre: con una tubería ramificada y radiadores. Si tiene una casa privada o el edificio en sí es pequeño, en este caso el generador del sistema se instala en una habitación separada o en el sótano.
Distribución del sistema de calefacción geotérmica.
La calefacción mediante el calor de la tierra comenzó a extenderse a finales de los años 80 en las ciudades estadounidenses, especialmente afectadas por la crisis. Al principio, este sistema fue utilizado por personas ricas, que de esta manera ahorraron en calefacción de sus hogares, pero pronto el sistema comenzó a abaratarse y los estadounidenses más pobres se interesaron por él. Y pronto el uso del calor de la tierra para calefacción se convirtió en prerrogativa de la mayoría de los estadounidenses que poseían casas privadas. En los países europeos, hace 20 años, las estadísticas indicaban que aproximadamente 12 millones de ciudadanos utilizaban sistemas de calefacción geotérmica. Y durante todo este tiempo hasta hoy, esta cifra no ha hecho más que aumentar.
Las tendencias en la difusión de la calefacción geotérmica son claras. Después de todo, calentar con energía terrestre es cómodo, económico y seguro.
Aunque el sistema de calefacción de gas es el más popular, por la misma razón, cada año disminuyen las reservas de gas natural, su coste aumenta y aumenta. Y utilizar combustible sólido para calentar una casa requiere mucha mano de obra. Además, como resultado de la quema de madera y carbón, se libera dióxido de carbono nocivo, se forma hollín y alquitrán. Por tanto, la calefacción geotérmica es cada vez más común en Rusia.