El calor es uno de los tipos de energía más buscados necesarios para sustentar la vida humana. Al mismo tiempo, los costos de los recursos para su producción son bastante impresionantes, ya sea electricidad con productos derivados del petróleo o combustibles tradicionales como el carbón y la madera. Obviamente, en este contexto, existe la necesidad de ofrecer un método alternativo de calefacción. Una de las soluciones técnicas más prometedoras y en desarrollo activo de este tipo es una bomba de calor geotérmica, cuyo concepto se acerca gradualmente a las condiciones de funcionamiento doméstico.
Descripción general de la tecnología
Cualquier idea de fuente alternativa de calor implica el servicio de uno u otro material o fenómeno natural. En este caso, el subsuelo es el proveedor central de energía. Terreno en ciertoslo suficientemente profundo para mantener una temperatura suficiente para que su calor se pueda acumular y utilizar más en la superficie. Los recursos hídricos también pueden ser considerados como fuente de calor, realizando ajustes en el diseño técnico de la infraestructura de almacenamiento.
Para representar la eficacia de esta tecnología, se puede señalar que al invertir 1 kW de energía en el mantenimiento de una bomba de calor geotérmica, se puede obtener un retorno en forma de 2-6 kW. ¿Qué explica una eficiencia tan alta? En comparación con otros medios de procesamiento de fuentes de energía natural, los mecanismos geotérmicos no prevén pasos de conversión intermedios. Por ejemplo, el almacenamiento de energía solar requiere que la luz y el calor se conviertan en electricidad, que se utiliza para hacer funcionar la casa. En este caso, el calor no se convierte, sino que se transfiere directamente o con pasos de transición mínimos a los consumidores objetivo.
Principio de funcionamiento
Para empezar, vale la pena identificar los puntos específicos que intervienen en el proceso de calentamiento geotérmico. El proceso comienza en el suelo, en un nivel que se encuentra por debajo del punto de congelación. La temperatura puede variar dependiendo de la profundidad. Para un efecto térmico mínimo, basta con que supere los 0 °C, pero en la práctica 35-40 °C se considera un indicador económicamente justificado. El usuario final es el circuito de calefacción.
Una tubería especial es responsable de transferir energía desde el suelo hasta el sistema de calefacción del hogar,atendido por una bomba de calor geotérmica. El principio de funcionamiento se basa en el hecho de que el calor se transfiere a través de esta línea de suministro con un intercambiador de calor del evaporador a lo largo del circuito frigorífico. Al igual que en los acondicionadores de aire, el freón desempeña el papel de sustancia activa que se evapora. Antes del arranque de la bomba, se encuentra en estado líquido, y después del arranque pasa a forma gaseosa. Además, el refrigerante actualizado se transfiere al compresor, cuyas comunicaciones están conectadas con el circuito de calefacción final. El exceso de freón en este punto se descarga a través del canal de salida.
Equipos geotérmicos
El principal elemento funcional del sistema es una bomba termomecánica. La estructura de la unidad está representada por tres circuitos:
- Externo. Hace circular refrigerante convencional en forma de anticongelante o salmuera.
- Interna. Contiene refrigerante en cámaras selladas donde tienen lugar procesos de calentamiento-evaporación.
- Bucle externo que va directamente al sistema objetivo servido.
Además, la lista de cuerpos de trabajo de una bomba de calor geotérmica para calefacción incluye un compresor, un evaporador, un canal de descarga y portadores de calor. Es importante tener en cuenta que los diseños, el diseño y la funcionalidad adicional pueden variar según la aplicación. Existen instalaciones para suelo, para agua y aire, así como sistemas combinados que pueden trabajar en diferentes condiciones.
Fuentes de calor e instalaciones de almacenamiento
Los sistemas geotérmicos tienen muchas ventajas,asociado al suministro económico de energía, practicidad y accesibilidad tecnológica para uso doméstico. Pero, al igual que otros sistemas que almacenan energía alternativa, depende de la fuente. Por lo tanto, para estar seguro de la estabilidad del suministro de calor, es necesario pensar de antemano en la posibilidad de conectarse a un canal de suministro de energía de respaldo. Las fuentes subterráneas e hidrológicas se analizarán a continuación, pero por ahora, debe familiarizarse en principio con la infraestructura de trabajo a la que sirve la bomba de calor geotérmica como sistema de suministro de recursos. Los materiales a granel, tuberías, sondas y estructuras, cuya estructura puede acumular energía, actúan como receptores de calor. En particular, pueden ser esteras de calefacción asociadas con una bomba, refrigerante y sistemas de calefacción de terceros.
Fuente terrestre de energía térmica
Los sistemas de alta capacidad que almacenan energía geotérmica se colocan en campos de unos 200 m22. Se retira una capa de suelo de 40-50 cm de espesor de la zona marcada por debajo del punto de congelación. En general, se obtiene un espesor de 150-200 cm Estos y otros datos se indican en el proyecto con el cálculo de los volúmenes de energía para un circuito de calefacción en particular. Mucho dependerá también de la región, ya que en una zona se pueden extraer 30 W de 1 m2, y en otra - 70-80 de 1 m2.
Pozos, trincheras o plataformas sólidas se forman en el sitio para acomodar los elementos que se acumulan. Se considera la implementación más accesible.una instalación de fondo de pozo vertical en la que se colocan esteras o tuberías de acumulación en espiral. En una configuración horizontal de la infraestructura de toma, una bomba de calor geotérmica para calefacción puede producir grandes cantidades de energía, pero tiene desventajas. Se relacionan con la complejidad del movimiento de tierras (requiere equipo especial para desarrollar grandes áreas), la exclusión de cualquier paisajismo y temperaturas más bajas al final de la temporada de calefacción.
Agua fuente de energía térmica
Los principales objetos de servicio en este caso son lagos, embalses y estanques. En cuanto a los elementos acumuladores, su función la realizan tubos de polímero con relleno anticongelante. El volumen de energía extraída en promedio se puede representar como 30 W por 1 m de tubería. Para el mantenimiento complejo de una gran casa privada, se requieren 12 kW; en consecuencia, es necesario organizar un sistema de tuberías de 400 m de largo.
Hay otro enfoque para el almacenamiento de calor a partir de recursos hidrológicos. Si no hay lagos y embalses cerca, entonces en su propio sitio puede equipar 2-3 pozos con pozos con una profundidad de aproximadamente 20 M. El agua en este nivel tendrá una temperatura de aproximadamente 10 ° C, pero esto es suficiente para la función de calefacción auxiliar. La conclusión es que una bomba de calor geotérmica realiza la tarea de hacer circular constantemente agua tibia o caliente. Por un lado del circuito, el recurso se calienta constantemente en los pozos sin el menor costo, y la casa acumula energía a partir de la porción de agua recién recibida.
Instalación de sistema geotérmico
Antes de tomar la decisión de comprar un equipo, se debe evaluar si el uso de esta tecnología está básicamente justificado en una región en particular. Para ello, se llevan a cabo una serie de estudios de exploración geológica con la determinación de la profundidad de congelación del suelo.
En la instalación intervienen tuberías u otros elementos de acumulación, una bomba y accesorios de instalación. La infraestructura de calefacción interior puede estar formada por radiadores, fan coolers o suelo de agua caliente, etc. Este será el sistema para consumir el recurso suministrado.
Entonces, las bombas de calor geotérmicas se están instalando para la casa en pozos, como ya se señaló, no solo en la tierra, sino también en el agua. Es posible equipar pozos, zanjas y campos con una capa liquidada de suelo, pero esta opción se usa con mayor frecuencia para el suministro de calor industrial. En el nicho creado, las baterías se colocan en todo el sitio, en una configuración en línea recta o en espiral. Los circuitos se conectan a una bomba situada en superficie que, a su vez, se conecta a los circuitos de calefacción domésticos.
Fabricantes de bombas geotérmicas
El segmento se está desarrollando activamente gracias a los esfuerzos de los mayores desarrolladores de equipos HVAC. En particular, el fabricante de calderas Viessmann presenta unidades confiables para el almacenamiento de calor de agua y suelo a una temperatura de funcionamiento de alrededor de +65 °C. Para edificios industriales y públicos con una superficie de 300-350 m2 está disponible la bomba de calor geotérmica NIBE F1145. a suLas características incluyen la capacidad de conectarse a una red trifásica a 380 V y una red monofásica a 220 V. La empresa japonesa Mitsubishi ofrece modelos universales de bombas geotérmicas en términos de aplicaciones. Los desarrolladores de esta empresa han estado desarrollando el concepto de separación de calefacción multizona con un sistema de control simplificado desde 2007.
No ignore un segmento tan prometedor y las empresas nacionales. Por ejemplo, una bomba de calor geotérmica BROSK Mark II 100 de fabricación rusa está diseñada específicamente para un consumidor privado: el propietario de una pequeña casa de campo. Pero, a pesar del modesto desempeño, este equipo se caracteriza por ser confiable, energéticamente eficiente y multifuncional.
Comentarios positivos sobre la tecnología
Este método de calefacción atrae a muchas personas por la conveniencia del mantenimiento, el mantenimiento y, por supuesto, los costos financieros mínimos durante la operación. El equipo prácticamente no requiere materiales combustibles consumibles. Se necesitan recursos eléctricos para garantizar el funcionamiento de la misma bomba y equipo de control, pero son insignificantes en el contexto de la cantidad de energía devuelta. También se enfatiza el respeto al medio ambiente de las bombas de calor geotérmicas. Las revisiones y en absoluto uno de los primeros lugares entre las ventajas ponen el hecho de que la infraestructura de trabajo no ocupa espacio en la casa. Sólo se introducen comunicaciones, quedando en la calle el resto de unidades funcionales y nodos.
Reseñas negativas
Con un rendimiento térmico geotérmico completo en la sala de calderasLos sistemas no son comparables. Y el punto no está ni siquiera en los indicadores de potencia específicos, sino en el suministro espasmódico de calor. Muchos se quejan de largos períodos de bajas tasas de entrega de energía, por lo que se recomienda organizar sistemas de suministro de respaldo. Pero hay otra deficiencia aquí. Aunque se gasta un poco de dinero en el mantenimiento del equipo, la inversión inicial es equiparable a la compra de una potente caldera industrial. Incluso una bomba de calor geotérmica de origen ruso BROSK Mark II 100 está disponible en el mercado por 250-300 mil rublos. dependiendo de la configuración. Los costos de instalación también costarán entre 50 y 70 mil rublos.
Conclusión
Hay muchas opciones para organizar el suministro de calor en una casa privada. Cada uno de ellos es costoso a su manera durante la operación, desde paneles eléctricos costosos hasta calderas de gas económicas. Pero, el equipo tradicional en un diseño moderno es un sistema optimizado en diseño y fácil de administrar. ¿Qué puede atraer una bomba de calor geotérmica para calentar el hogar? Por supuesto, el factor económico pasará a primer plano, pero ¿qué más? Puede recurrir a tales instalaciones si hay suficiente espacio en el sitio para organizar el complejo. En este caso, puede contar con al menos una calefacción de espacios auxiliar pasiva sin supervisión y mantenimiento constantes. Y una cosa más: se trata de una autonomía completa, que permite el uso de equipos geotérmicos como fuente de calor de respaldo.
