Sistemas de aquecimento geotérmico para uma casa de campo: recursos do tipo faça você mesmo

Sabemos que a geotermia é o calor da Terra, e o conceito “geotérmico” é frequentemente associado a vulcões e gêiseres. Na Rússia, a energia geotérmica é utilizada principalmente em escala industrial, por exemplo, existem usinas do Extremo Oriente que operam utilizando o calor do nosso planeta.

Muitas pessoas têm certeza de que fazer aquecimento geotérmico em casa com as próprias mãos é algo saído da ficção científica. Não é? Mas isso não é absolutamente verdade! Com o desenvolvimento de tecnologias modernas, o uso doméstico de “energia verde” tornou-se bastante possível.

Falaremos sobre os princípios de funcionamento do aquecimento alternativo, suas vantagens e desvantagens, e compará-lo-emos com os sistemas de aquecimento tradicionais. Você também aprenderá como posicionar o trocador de calor e como instalar o aquecimento geotérmico com suas próprias mãos.

Alguns fatos históricos

Quando a crise do petróleo eclodiu na década de 70 do século passado, surgiu no Ocidente uma necessidade premente de fontes de energia alternativa. Foi nesta altura que começaram a ser criados os primeiros sistemas de aquecimento geotérmico.

Hoje eles estão difundidos nos Estados Unidos, Canadá e países da Europa Ocidental.

Por exemplo, na Suécia utilizam ativamente a água do Mar Báltico, cuja temperatura é de +4°C. Na Alemanha, a introdução de sistemas de aquecimento geotérmico é até patrocinada a nível estatal.

Quando mencionamos fontes de energia geotérmica, sempre imaginamos um vale de gêiseres ou vulcões, mas as fontes de que necessitamos estão muito mais próximas. E eles nos ajudarão a permanecer aquecidos no inverno e frescos no verão.

Na Rússia existem Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya e outras usinas geotérmicas. Mas há muito pouca evidência da utilização da energia da Terra no nosso sector privado.

Vantagens e desvantagens reais

Se o aquecimento geotérmico no sector privado recebeu relativamente pouca distribuição na Rússia, isso significa que a ideia não vale o custo da sua implementação? Talvez não valha a pena perseguir esse assunto? Acontece que não foi esse o caso.

Usar um sistema de aquecimento geotérmico para sua casa é uma solução lucrativa.E há vários motivos para isso. Isso inclui a instalação rápida de equipamentos que podem operar por muito tempo sem interrupções.

Se você usar anticongelante de alta qualidade, em vez de água, no sistema de aquecimento, ele não congelará e seu desgaste será mínimo.

Listamos outras vantagens deste tipo de aquecimento.

• O procedimento de combustão de combustível está excluído. Criamos um sistema absolutamente à prova de fogo que, durante o seu funcionamento, não pode causar nenhum dano à habitação. Além disso, são eliminadas uma série de outras questões relacionadas à presença de combustível: agora não há necessidade de procurar local para armazená-lo, tratar de seu preparo ou entrega.
• Benefício econômico significativo. Durante a operação do sistema, nenhum investimento adicional será necessário. O aquecimento anual é fornecido pelas forças da natureza, que não compramos. É claro que, ao operar uma bomba de calor, é consumida energia elétrica, mas a quantidade de energia produzida excede significativamente a quantidade de energia consumida.
• Fator ambiental. O aquecimento geotérmico de uma casa de campo privada é uma solução amiga do ambiente. A ausência de processo de combustão elimina a liberação de produtos de combustão na atmosfera. Se muitas pessoas perceberem isso e esse sistema de fornecimento de calor se tornar generalizado, o impacto negativo das pessoas na natureza diminuirá muitas vezes.
• Compacidade do sistema. Você não precisa organizar uma sala de caldeira separada em sua casa. Basta uma bomba de calor, que pode ser colocada, por exemplo, na cave.O contorno mais volumoso do sistema estará localizado no subsolo ou debaixo d'água, você não o verá na superfície do seu site.
• Multifuncionalidade. O sistema pode funcionar tanto para aquecimento na estação fria quanto para resfriamento durante o calor do verão. Ou seja, ele substituirá não só o seu aquecedor, mas também o seu ar condicionado.
• Conforto acústico. A bomba de calor funciona quase silenciosamente.

A escolha de um sistema de aquecimento geotérmico é econômica, apesar de você ter que gastar dinheiro na compra e instalação de equipamentos.

Aliás, como desvantagem do sistema, mencionam justamente os custos que terão de ser incorridos para instalar o sistema e prepará-lo para operação. Você precisará comprar a própria bomba e alguns materiais, além de realizar trabalhos de instalação do coletor externo e do circuito interno.

Não é segredo que os recursos ficam mais caros a cada ano, portanto, um sistema de aquecimento autônomo que possa se pagar em vários anos será sempre economicamente vantajoso para o seu proprietário.

No entanto, esses custos compensam apenas nos primeiros anos de operação. A utilização posterior de um coletor enterrado no solo ou submerso em água permite poupanças significativas.

Além disso, o processo de instalação em si não é tão complicado a ponto de exigir o convite de especialistas terceirizados para realizá-lo. Se você não perfurar, poderá fazer todo o resto sozinho.

Deve-se notar que alguns artesãos, num esforço para economizar dinheiro, aprenderam a coletar energia geotérmica Bomba de calor faça você mesmo.

Sobre fontes de aquecimento geotérmico

As seguintes fontes de energia térmica terrestre podem ser utilizadas para aquecimento geotérmico:

• Temperatura alta;
• temperatura baixa.

As de alta temperatura incluem, por exemplo, fontes termais. Podem ser utilizados, mas o seu âmbito é limitado pela localização real de tais fontes.

Enquanto na Islândia este tipo de energia é utilizado ativamente, na Rússia as águas termais estão localizadas longe de áreas povoadas. Eles estão concentrados tanto quanto possível em Kamchatka, onde a água subterrânea é usada como refrigerante e fornecida aos sistemas de água quente.

Para usar efetivamente a energia térmica da Terra, não é necessário um vulcão. Basta utilizar aqueles recursos que estão localizados a apenas 200 metros da superfície terrestre

Mas temos todos os pré-requisitos necessários para a utilização de fontes de baixa temperatura. As massas de ar circundantes, terra ou água são adequadas para este fim.

Uma bomba de calor é usada para extrair a energia necessária. Com a sua ajuda, é realizado o procedimento de conversão da temperatura ambiente em energia térmica não só para aquecimento, mas também para abastecimento de água quente a um domicílio particular.

O princípio de funcionamento desse aquecimento

Se você está familiarizado com 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, que está ligada a dois circuitos - externo e interno.

Para organizar um sistema de aquecimento tradicional em qualquer casa, é necessário instalar tubos para transporte de refrigerante e radiadores, quando aquecido o calor fluirá para o ambiente. No nosso caso, também são necessários tubos e radiadores. Eles formam o contorno interno do sistema. Pode ser adicionado ao diagrama piso quente.

O contorno externo parece muito maior que o interno, embora suas dimensões só possam ser avaliadas durante o planejamento e instalação. Durante a operação, é invisível porque está no subsolo ou debaixo d'água. Água pura ou anticongelante à base de etilenoglicol circula dentro deste circuito, o que é muito preferível.

O sistema de aquecimento geotérmico inclui dois circuitos - interno e externo, bem como o coração do sistema de aquecimento - uma bomba de calor, que, ao comprimir o refrigerante, aumenta a sua temperatura (+)

Assim, o elemento chave que anima todo o sistema é a bomba de calor. Se sua casa possui uma máquina de lavar comum, saiba: essa bomba ocupará aproximadamente a mesma área.

Para funcionar, necessita de eletricidade, mas, consumindo apenas 1 kW, produz 4-5 kW de calor. E isso não é um milagre, já que a fonte de energia “adicional” é conhecida - este é o meio ambiente.

Dois tipos de locais de trocadores de calor

Existem duas opções para aquecer uma casa particular utilizando energia de baixa temperatura proveniente de elementos ambientais. A base do sistema em todos os 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 vem com um trocador de calor localizado:

• verticalmente — localizados em poços que penetram ou não no aquífero;
• horizontalmente — os trocadores de calor dos sistemas são colocados em um poço ou reservatório aberto em forma de uma espécie de serpentina.

Cada um dos tipos de aquecimento aqui listados é caracterizado por características, desvantagens e vantagens próprias.

Se você pretende criar esse sistema de aquecimento com suas próprias mãos, terá interesse em aprender mais sobre cada tipo.

Opção 1. Colocação vertical do coletor externo

Este tipo de aquecimento baseia-se num fenómeno natural interessante: a uma profundidade de 50-100 m ou mais da sua superfície, a terra tem a mesma e constante temperatura de 10-12°C durante todo o ano.

Para poder utilizar esta energia terrestre, é necessário perfurar poços verticais. A tecnologia é quase semelhante à preparação de uma fonte de captação de água.

Para preservar ao máximo a paisagem, vários tubos podem ser perfurados a partir do mesmo ponto inicial, mas em ângulos diferentes.

O circuito externo do sistema será instalado diretamente nestes poços. Isso permitirá que você retire efetivamente o calor da terra. É claro que esse método dificilmente pode ser chamado de simples e de baixo orçamento.

Para criar um sistema de aquecimento geotérmico vertical, é necessário utilizar equipamentos de perfuração de poços, sem utilizar sonda de perfuração, resolver os problemas de construção do sistema será bastante trabalhoso (+)

É relevante no caso em que o território adjacente à casa já esteja desenvolvido e seja impraticável perturbar a sua paisagem. A profundidade de perfuração de um poço pode atingir de 50 a 200 metros.

Os parâmetros específicos do poço dependem da situação geológica do local e dos parâmetros da futura estrutura. A vida útil deste projeto é de aproximadamente 100 anos.

Para instalar uma versão vertical do sistema com trocador de calor que extrai a energia da água subterrânea, será necessário perfurar dois poços adutores.

De um deles, chamado de débito, a água é retirada por meio de uma bomba, que, após a transferência de calor, é drenada para o segundo, receptor.

A desvantagem de um sistema geotérmico com dois poços é que não é suficientemente eficiente para aquecer uma casa de campo. A bomba de circulação desperdiça muita energia. Mas para fornecer o refrigerante ao circuito de piso aquecido, a energia térmica resultante é suficiente

Opção 2. Disposição horizontal do coletor de solo

Para instalar o circuito externo para aquecimento horizontal, você precisa saber até que profundidade o solo congela em sua área.

Os tubos são colocados abaixo do nível de congelamento em valas pré-preparadas, cobrindo um espaço bastante grande: para aquecer uma casa cuja área é de 200 a 250 metros quadrados. m, você precisa usar aproximadamente 600 m². m trocador de calor. São seiscentos metros quadrados.

A desvantagem deste projeto é a grande área que ocupa. Se você precisa de um gramado coberto de grama e flores em sua propriedade, esta é a sua opção. É melhor manter os tubos coletores longe de árvores frutíferas (+)

É claro que nessas condições o volume de escavações será significativo. Além disso, é necessário levar em consideração em seu plano a localização das árvores e demais vegetações do local para não congelá-las. Por exemplo, os tubos coletores não devem estar localizados a menos de um metro e meio das árvores.

Este método de instalação é utilizado, via de regra, nos casos em que o local está em fase de desenvolvimento para construção. Todos os cálculos e planos de construção de uma casa de campo, organização do seu aquecimento e planeamento do terreno são melhor realizados em simultâneo.

Imersão de um trocador de calor horizontal em um reservatório

Este método requer uma localização especial da família - a uma distância de cerca de 100 m de um reservatório com profundidade suficiente. Além disso, o reservatório especificado não deve congelar até o fundo, onde ficará localizado o contorno externo do sistema. E para isso a área do reservatório não pode ser inferior a 200 metros quadrados. m.

Esta opção de colocação de trocador de calor é considerada a mais barata, mas tal disposição de domicílios ainda não é comum. Além disso, podem surgir dificuldades se o reservatório for propriedade pública.

A vantagem óbvia deste método é a ausência de trabalhos de escavação obrigatórios e trabalhosos, embora ainda seja necessário remendar a localização subaquática do coletor. E também será necessária permissão especial para realizar esse tipo de trabalho.

No entanto, uma instalação geotérmica que utiliza energia hídrica ainda é a mais económica.

Faça você mesmo: o que e como

Se você mesmo for instalar o aquecimento geotérmico, é melhor comprar o circuito externo pronto. Claro, estamos apenas considerando maneiras de posicionar horizontalmente o trocador de calor externo: sob a superfície do solo ou sob a água.

É muito mais difícil instalar você mesmo um coletor de poço vertical se você não tiver o equipamento e as habilidades de perfuração.

Uma bomba de calor não é um equipamento muito grande. Não ocupará muito espaço em sua casa. Afinal, em tamanho é comparável, por exemplo, a uma caldeira convencional de combustível sólido. Conectar o circuito interno da sua casa a ele não é uma tarefa difícil.

Na verdade, tudo é feito exatamente da mesma forma que na organização e fiação de aquecimento usando fontes de calor tradicionais. A principal dificuldade é o projeto do circuito externo.

Essa disposição da casa em relação ao lago é mais comum. O principal é que o reservatório não fique a mais de 100 metros da casa de campo

A melhor opção seria utilizar reservatório se este se encontrasse a uma distância não superior a 100 m, sendo necessário que sua área ultrapassasse 200 m2. m, e a profundidade é de 3 m (parâmetro médio de congelamento). Se esse corpo de água não pertence a você, obter permissão para usá-lo pode se tornar um problema.

Se o reservatório for uma lagoa que fica em sua propriedade, a questão fica mais simples. A água da lagoa pode ser bombeada temporariamente. Então o trabalho no fundo pode ser feito facilmente: será necessário colocar os tubos em espiral, fixando-os nesta posição.

Os trabalhos de escavação serão necessários apenas para a abertura de uma vala, que será necessária para ligar o circuito externo à bomba de calor.

Após a conclusão de todo o trabalho, o tanque pode ser novamente enchido com água. Nos próximos cem anos, o trocador de calor externo deverá funcionar corretamente e não causar problemas ao seu proprietário.

Se tem à sua disposição um terreno onde só precisa construir uma habitação e cultivar um jardim, faz sentido planear um permutador de calor horizontal tipo solo.

Para tal, deverá fazer um cálculo preliminar da área do futuro colector, com base nos parâmetros já indicados acima: 250-300 m2. m de coletor por 100 m². m de área aquecida da casa.

Se você tiver um terreno sem edifícios ou vegetação que gostaria de preservar, o solo pode simplesmente ser removido ao construir um contorno horizontal externo do solo: isso é mais fácil do que cavar trincheiras

As valas nas quais serão colocados os tubos do circuito devem ser cavadas abaixo do nível de congelamento do solo.

Melhor ainda, basta remover o solo até a profundidade de seu congelamento, colocar os canos e depois devolver o solo ao seu lugar. O trabalho é trabalhoso e complexo, mas com muita vontade 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 potência da unidade e do fabricante.

Cada um escolhe um fabricante com base em suas próprias considerações e informações sobre a reputação e confiabilidade de uma determinada marca. Mas a potência depende da área do cômodo a ser atendida.

Esta figura resume os benefícios do uso de um sistema de aquecimento geotérmico. É precisamente esta proporção de energia que entra e que sai que permite ao sistema primeiro pagar-se rapidamente e depois poupar o dinheiro do seu proprietário (+)

Se tivermos em conta a potência, o custo das bombas de calor varia nas seguintes gamas:

• a 4-5 kW – 3.000-7.000 unidades convencionais;
• em 5-10 kW – 4.000-8.000 unidades convencionais;
• a 10-15 kW – 5.000-10.000 unidades convencionais.

Se somarmos a este montante os custos necessários para a realização dos trabalhos de instalação (20-40%), obteremos um montante que para muitos parecerá absolutamente irrealista.

Mas todos estes custos serão recuperados num prazo bastante razoável. No futuro, você terá que pagar apenas pequenas despesas com a eletricidade necessária para operar a bomba. E é tudo!

Devido à eficiência insuficiente dos sistemas geotérmicos para aquecimento de edifícios residenciais, eles são utilizados como complemento às redes principais de aquecimento ou construídos em conjunto com dois ou mais trocadores de calor

Como mostra a prática, o aquecimento geotérmico é especialmente benéfico para casas com uma área total aquecida de 150 metros quadrados. m) Dentro de cinco a oito anos, todos os custos de instalação de sistemas de aquecimento nessas casas serão totalmente recuperados.

Se o aquecimento geotérmico não é particularmente procurado pelos proprietários de casas particulares, então a eficácia dos sistemas solares já foi apreciada pelos residentes das regiões do sul. Tecnologia estruturas de aquecimento solar é bastante simples e a sua eficiência e praticidade são confirmadas por muitos anos de experiência de utilização pelos países ocidentais e pelos nossos compatriotas.

Para obter mais informações sobre fontes alternativas de energia, consulte Este artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Se for mais fácil para você perceber a informação visual, então este vídeo permitirá que você veja com seus próprios olhos exatamente como funciona um sistema geotérmico, bem como aprenda mais sobre quem se beneficia com este tipo de aquecimento e por quê.

Convidamos você a assistir a um pequeno vídeo no qual o proprietário de um coletor de subsolo horizontal falará sobre suas impressões sobre seu funcionamento.Além disso, assistindo a este vídeo, você aprenderá sobre os custos contínuos associados à operação de um sistema de aquecimento geotérmico.

Cada proprietário de uma casa particular escolhe por si mesmo se quer comprar os serviços de organizações fornecedoras de recursos ou confiar apenas em si mesmo. Ao fazer isso, ele é guiado por toda uma lista de considerações.

O objetivo que estabelecemos para nós mesmos não é levá-lo a uma conclusão pronta, mas compartilhar informações sobre opções para resolver o problema que você enfrenta.

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