Aquecimento geotérmico: o princípio da operação, os prós e contras, as sutilezas da construção

Existem muitas opções diferentes para aquecimento de casas. A atenção das pessoas é naturalmente focada em encontrar maneiras que consumam menos energia. Disputas ferozes são causadas por um método progressivo de obtenção de calor, como o uso de fontes subterrâneas.

O princípio do aquecimento geotérmico envolve o uso de bombas de calor. Eles operam de acordo com o ciclo clássico de Carnot, tomando um refrigerante frio abaixo e recebendo em troca um fluxo de líquido aquecido a 50 graus dentro do sistema de aquecimento. O equipamento trabalha com eficiência de 350 a 450% (isso não contradiz as leis físicas fundamentais, por que - será dito mais adiante).Uma bomba de calor padrão aquece uma casa ou outro edifício devido ao calor da terra acima de 100 mil horas (este é o intervalo médio entre as revisões preventivas).

O aquecimento até 50 graus não é acidental. De acordo com os resultados de cálculos especiais e no estudo de sistemas praticamente implementados, este indicador foi reconhecido como o mais eficaz. Portanto, o aquecimento do solo, que utiliza o fluxo de energia das profundezas, é complementado principalmente não por radiadores, mas por um piso quente ou circuito de ar. Em média, por 1000 W de energia, que aciona a bomba, é possível elevar para cima cerca de 3500 W de energia térmica. Contra o pano de fundo do aumento galopante do custo do refrigerante na rede principal e outros métodos de aquecimento, este é um indicador muito agradável.

O aquecimento geotérmico é formado por três circuitos:

• coletor de solo;
• bomba de calor;
• na verdade, um complexo de aquecimento em casa.

A razão é simples - a água que é encontrada em uma camada de solo suficientemente aquecida erode rapidamente o equipamento. E mesmo tal líquido pode ser encontrado não em qualquer arbitrariamente ocorrido. A escolha de um refrigerante específico é determinada pelas decisões de projeto dos engenheiros. A bomba é selecionada, dependendo do dispositivo, das partes restantes do sistema. Como a profundidade do poço (o nível do equipamento) é determinada por condições naturais, as diferenças decisivas entre os tipos de sistemas geotérmicos estão associadas ao dispositivo do reservatório no solo.

A estrutura horizontal implica a localização do coletor abaixo da linha de congelamento do solo. Dependendo da localização específica, isso significa um aprofundamento de 150 a 200 cm, que podem ser equipados com vários tubos, como cobre (com uma camada externa de PVC) e feitos de metal-plástico. Para obter de 7 a 9 kW de calor, você terá que colocar pelo menos 300 metros quadrados. m colecionador. Esta técnica não permite aproximar as árvores por mais de 150 cm, e após a conclusão da instalação é necessário melhorar o território.

Um reservatório exposto verticalmente implica a perfuração de vários poços, e necessariamente direcionados em direções diferentes, e cada derivação de seu próprio ângulo. Dentro dos poços estão sondas geotérmicas, o retorno térmico de 1 corrida. m atinge cerca de 50 watts. É fácil calcular que, para uma quantidade idêntica de calor (7-9 kW), serão necessários 150-200 m de poços. A vantagem, neste caso, não é apenas na economia, mas também no fato de que a estrutura da paisagem do território não muda. Apenas será necessário alocar uma pequena área para a instalação da unidade de ensecadeira e para colocar um coletor de concentração.

Um contorno aquecido a partir da água é prático se for possível levar uma unidade externa de troca de calor para um lago ou lagoa a uma profundidade de 200 a 300 cm. Mas o pré-requisito será a localização do reservatório dentro de um raio de 0,1 km do prédio aquecido e da superfície da água de pelo menos 200 metros quadrados. Há também trocadores de calor a ar quando o calor é gerado por um circuito externo da atmosfera. Tal decisão se manifesta perfeitamente nas regiões do sul do país e não requer nenhum trabalho de escavação. As deficiências do sistema são de baixa eficiência com geada de 15 graus e uma parada completa se a temperatura cair para 20 graus.

O aquecimento geotérmico de uma casa de campo, em primeiro lugar, não consome combustíveis minerais caros e poluentes. Já 7 das 10 novas casas construídas na Suécia são aquecidas desta forma. Nos dias quentes, o equipamento geotérmico de um aquecedor torna-se um meio de condicionamento passivo. Ao contrário da crença popular, esse sistema de aquecimento não precisa de vulcões ou gêiseres. No terreno plano mais comum, ele não age pior.

A única condição é alcançar o ponto abaixo da linha de congelamento pelo contorno térmico.onde a temperatura do solo é sempre de 3 a 15 graus. A eficiência ultra-alta parece apenas contradizer as leis da natureza; a bomba de calor está saturada de freon, que evapora sob a ação de água gelada que parece às pessoas. O vapor aquece o terceiro circuito. Tal esquema é uma geladeira virada do avesso. Portanto, a eficiência da bomba refere-se apenas à razão quantitativa de energia elétrica e recursos térmicos. Por si só, o impulso é “como deveria ser”, com inevitável perda de energia.

Vantagens objetivas do aquecimento geotérmico podem ser consideradas:

• excelente eficiência;
• um sólido período de serviço (uma bomba de calor operou por 2 a 3 décadas e as sondas geológicas têm até 100 anos);
• estabilidade do trabalho sob quase todas as condições;
• falta de ligação aos portadores de energia;
• autonomia total.

Há um problema sério que impede o aquecimento geotérmico de ser uma solução realmente comum. Isto, como mostrado pelas avaliações dos proprietários, o alto preço do desenho criado. Para aquecer a casa habitual de 200 metros quadrados. m (não tão raro), será necessário construir um sistema turnkey para 1 milhão de rublos, até 1/3 deste montante é uma bomba de calor. As instalações automatizadas são muito confortáveis ​​e, se tudo estiver configurado corretamente, elas podem funcionar por anos sem a intervenção de pessoas. Tudo depende apenas da disponibilidade de fundos. Outra desvantagem é a dependência da fonte de alimentação da unidade de bombeamento.

Muito poucas pessoas estão tentando criar aquecimento geotérmico com suas próprias mãos. Mas, para que tal sistema funcione, cálculos cuidadosos devem ser feitos, e o layout da fiação do tubo também é necessário. É impossível aproximar mais o poço da casa por mais de 2 a 3 metros, a profundidade máxima de perfuração permitida é de 200 m, no entanto, os poços que atingem uns bons 50 km apresentam boa eficiência.

Os principais parâmetros que são levados em consideração em qualquer cálculo são:

• temperatura (profundidade de 15-20 m e mais aquece de 8 a 100 graus dependendo das condições criadas);
• o valor da energia recuperável (média - 0,05 kW por 1 m);
• influência do clima, umidade e contato com a água subterrânea na transferência de calor.

O que é muito interessante, rochas completamente secas não dão mais do que 25 W com 1 me se houver lençol freático, esse número sobe para 100-110 watts. Não devemos esquecer que o tempo de operação padrão da bomba de calor é de 1800 horas por ano.Se este indicador for excedido, o sistema não se tornará mais eficiente, mas seu desgaste crescerá rapidamente. O que é muito pior, a sobre-exploração do recurso térmico do subsolo leva ao seu resfriamento e até ao congelamento de rochas na profundidade de trabalho. Depois disso, o solo pode afundar, às vezes os canos de trabalho e as estruturas acima do solo são danificadas.

O fornecimento de calor em detrimento de fontes subterrâneas deve ser criado de acordo com um algoritmo estritamente desenvolvido. Como os sistemas de água e ar são limitados, a maioria das opções práticas envolve a perfuração de poços.E esta é outra razão para não fazer tudo com as próprias mãos. Apenas equipamento especial permite penetrar a uma profundidade de 20-100 m, onde são criadas as condições necessárias para o aquecimento. O uso de tubos de plástico projetados para uma pressão de cerca de 6 bar é permitido como sondas.

Para melhorar o desempenho do sistema, use fitas de 3 ou 4 linhasAs secções finais das quais estão ligadas na forma da letra U. O aquecimento ao longo do contorno é muito importante, graças a isso, o craqueamento de tubos durante a geada severa é eliminado. Este aquecimento é realizado através de um fio esticado para o centro do canal, através do qual a corrente é aplicada. Se pilhas de energia não puderem ser aplicadas, os receptores horizontais devem ser usados. Para eles, o solo está sendo preparado com dimensões de 15x15 m, o solo é removido a uma profundidade de 0,5 m.

Toda esta área é necessária para colocar sondas semelhantes. Esteiras ou tubos elétricos que trocam calor são freqüentemente usados. Para melhorar a eficiência do sistema de aquecimento, aplique o layout do tubo em espiral ou na forma de uma "cobra". É impossível dizer exatamente o que é melhor - complexos prontos, produzidos em massa ou automontagem.No primeiro caso, o problema de compatibilidade é resolvido automaticamente, mas no segundo, a flexibilidade aumenta, o potencial de modernização aumenta (embora mais atenção deva ser dada ao projeto).

Construtores amadores podem se afastar de um acumulador de calor típico, substituindo-o por uma betonilha de concreto. O aquecimento geotérmico em tal sistema elimina a necessidade de empurrões de temperatura significativos. É possível realizar experimentos com diferentes fluidos de transferência de calor, bem como montar compressores com capacidade variada. Ao calcular a carga corretamente e distribuir corretamente o calor ao longo dos circuitos consumidores, você pode tornar o sistema mais eficiente em 15-20%. Em paralelo, o custo da energia é significativamente reduzido.

Tubos colocados horizontalmente são colocados a uma profundidade de 50-300 cm.Para a área das estradas foi o menor, eles são feitos na forma de curvas. Mas entre as duas estradas individuais deve ser pelo menos 200 mm. Qualquer obra de construção deve ser precedida de uma determinação do retorno térmico do solo. Se for inferior a 20 watts por 1 quadrado. m, não faz sentido no contorno geotérmico. Para garantir a descarga de água subterrânea, o fundo das covas é coberto com uma camada de areia.Os tubos baseados em polietileno reticulado funcionam bem.

A operação mais eficiente da bomba de calor é fornecida em salas onde a temperatura do ar está entre 14 graus Celsius. Sempre que possível, você deve preferir o alinhamento vertical dos contornos à horizontal, porque é o mais eficiente de todos. A julgar pelos comentários, em sua forma pura, o aquecimento geotérmico é irracional, aquece a água por muito tempo, porque em muitos casos tal sistema desempenha um papel puramente auxiliar. Para obter o melhor desempenho, você deve se concentrar na intensidade máxima permitida do envolvimento do recurso térmico e das taxas de fluxo estimadas do poço.

Se o fundo não for rochas secas e água quente, esta é quase a situação ideal. Então é possível economizar dinheiro e obter o máximo benefício. Mas devemos lembrar que, se for planejada a utilização simultânea de fontes subterrâneas quentes para o abastecimento de água, a água nelas deve atender aos requisitos sanitários padrão. Quando a análise química mostra a presença de componentes agressivos, é aconselhável organizar dois circuitos autônomos, nos quais o líquido não se mistura, mas somente a troca de calor ocorre.Compressores são fixados nas paredes de refrigeradores ou condicionadores de ar.

Se a fiação da casa for bastante fraca, vale a pena usar um par de compressores para reduzir a corrente de partida devido à conexão em série. Ao instalar capacitores, deve-se cuidar do movimento do freon neles do ponto superior até o fundo, e não vice-versa. Para que o coletor trabalhe de forma estável e aqueça a sala, sua área (para uma casa particular de 100 m²) deve ser de 200 a 250 m2. O esquema de aquecimento horizontal não deve ser usado se você planeja posteriormente dividir o jardim ou a horta. Até mesmo uma bomba de poço convencional pode ser usada para completar o sistema.

Sobre o que é aquecimento geotérmico e como instalá-lo, veja o seguinte vídeo.