Bombas de calor
Las bombas de calor son una alternativa viable a los generadores de calor y calderas tradicionales. El principio de funcionamiento de este sistema de ahorro de energía recuerda un poco a un acondicionador de aire, que transfiere el calor de la habitación a la calle.
Una bomba de calor transfiere el calor del suelo a una habitación calentada y mueve el frío hacia atrás.
Durante el funcionamiento de una bomba de calor, la energía no se gasta en generar calor, sino únicamente en su movimiento.
El esquema de la bomba de calor. Click para agrandar.
La funcionalidad de este sistema permite obtener aproximadamente 4,5 kW de energía térmica, gastando sólo 1 kW de energía eléctrica en su transporte.
Las bombas de calor son altamente eficientes, fiables y económicas. El calentamiento alternativo del tipo descrito tiene solo un inconveniente importante: la decisión de instalarlo debe tomarse solo en el ciclo de construcción cero.
Este requisito está dictado por el gran volumen de movimiento de tierras.
Colectores solares
A pesar de que calentar una casa de campo con paneles solares es casi imposible en un clima duro, es imposible no considerar este tipo de fuente alternativa de energía y calor.
La mayor eficiencia se puede lograr solo con una radiación solar intensa; solo en este caso, la temperatura en las habitaciones será lo más cómoda posible.
Variedades
Los sistemas solares para calentar el refrigerante (en nuestro caso, esta es una solución de agua y glicol) se pueden dividir condicionalmente en pasivos y activos.
Los primeros se combinan en uno llamado "calentador de agua", que se encuentra en el techo. El tanque de refrigerante está ubicado sobre la marca del colector y el agua fría se suministra al tanque desde abajo.
Esquema de funcionamiento de un colector solar plano. Click para agrandar.
Estos últimos tienen una diferencia constructiva con los sistemas de calefacción solar pasivos: los colectores solares se colocan en el techo de la casa y el depósito para el refrigerante está en la casa.
El portador de calor, el agua, circula en el sistema de calefacción con la ayuda de una bomba.
En la mayoría de los casos, los colectores solares se utilizan para las necesidades del hogar: calentar agua en tanques de almacenamiento.
Pero en este caso, en invierno, tendrás que vaciar toda el agua del depósito para evitar que se congele.
Hay dos tipos diferentes de colectores solares: planos y de vacío (tubo).
Un colector de placa plana es un absorbedor solar con acristalamiento en la parte superior, que tiene una capa de aislamiento térmico laminado en el interior.
Esquema del trabajo del colector de tuberías. Click para agrandar.
El absorbedor es una lámina plana de metal conectada a un sistema de tuberías.
Él "recoge" el calor solar, transfiriéndolo al refrigerante. El vidrio no debe reflejar el resplandor, para lograr el máximo efecto de la energía de la luz.
El colector de tuberías difiere del plano solo en la presencia de tuberías de vidrio al vacío ensambladas en un paquete.
En cada tubo se inserta un absorbente hecho de una lámina de acero; se puede girar hacia adentro para nivelar los rayos del sol.
Los colectores solares de tubería son más costosos de instalar y mantener, pero dan un mayor efecto que los planos debido a una mayor retención del calor solar.
Tanto esos como otros tipos de sistemas de calefacción están montados en el techo de la casa, en la parte inclinada.
Recientemente, los fabricantes han estado ofreciendo los llamados techos "solares", en los que los paneles solares ya están instalados, pero esta opción no ha recibido una amplia difusión debido a una violación de la estanqueidad del techo.
Bombas de calor
En este caso, los recursos de combustible y energía pueden ser pares agua-agua o salmuera-agua.
"Agua agua"
El principio de funcionamiento de dicha calefacción es el siguiente: el agua extraída de un pozo de tierra se bombea a través de una bomba de calor y con su energía térmica proporciona calor a la casa. El agua de retorno se descarga en el suelo.
Para que este esquema funcione sin problemas para una casa de hasta 80 m2, el propietario de la casa deberá perforar al menos dos tomas de agua y pozos de drenaje, cuya profundidad sea de 50 mo más.
"Salmuera-agua"
El esquema principal de calefacción con una bomba de calor con combustible "salmuera-agua" es algo diferente: una solución colocada en tuberías en forma de U actúa como la energía térmica del combustible.
Diagrama esquemático de la bomba de calor. Click para agrandar.
Las tuberías deben colocarse en un pozo perforado a una profundidad de al menos 150 m, o se debe instalar un intercambiador de calor desde las tuberías, que se ubicará a una profundidad de 5 m o menos. Esto será necesario para reducir la diferencia de temperatura en diferentes épocas del año.
Tanto el número de pozos como su tamaño estarán determinados a razón de 50 W/mp, es decir, de cada metro lineal de un pozo se pueden obtener 50 W de energía térmica. En el caso de instalar un intercambiador de calor, el cálculo es algo diferente: 40 W / m2 del área del intercambiador de calor, teniendo en cuenta la distancia anular de hasta 800 mm.
El líder en términos de inversión para calentar una casa privada con una bomba de calor tiene un período de recuperación más largo, pero el costo de operación y mantenimiento del equipo será mínimo en comparación con otros tipos de sistemas de calefacción.
aceites usados
Otra variedad puede llamarse fuentes de energía alternativas como aceites usados.
Y, aunque este tipo de combustible y recurso energético no es renovable y a menudo se elimina (recolectado, almacenado, transportado, procesado), muchos fabricantes de calderas de calefacción doméstica utilizan aceites usados como combustible (en la producción de calderas multicombustible).
¿Por qué aceites? Porque su contenido calórico supera el contenido calórico de otros tipos de combustible: combustible diesel, carbón, madera. Desventajas: la necesidad de una capacidad de almacenamiento especial para almacenar existencias de reserva; El combustible alternativo debe ser de la calidad adecuada.
Beneficios de usar bombas de calor
Ahorro. Si compara el costo de la calefacción con una bomba de calor con el costo de los equipos de gas, obtiene una cantidad impresionante con una diferencia a favor de las bombas. Y todo porque las fuentes alternativas en el sistema de calefacción son la energía térmica del agua y la tierra.
Trabajo seguro. En cuanto al peligro de explosión e incendio de los equipos de calefacción a gas, ¡una bomba de calor eléctrica para calefacción doméstica es un dispositivo completamente inofensivo! Esto también incluye la facilidad de uso del equipo.
Versatilidad de aplicación. La bomba de calor puede funcionar tanto para calefacción como para refrigeración de espacios (algo así como el funcionamiento de los sistemas split en modo “calor-frío”).
Automatización total del trabajo. A diferencia de las calderas de combustible sólido, las bombas de calor no requieren una carga constante de combustible, además, no necesitan monitoreo, inspección o limpieza constantes.
Y la bomba de calor no necesita estar conectada a la tubería de gas principal: es la calefacción independiente de una casa de campo, que se proporciona mediante una simple conexión a la red de suministro de energía.
Bombas de calor
La alternativa de calefacción más versátil para una casa particular es la instalación de bombas de calor. Funcionan según el conocido principio de un frigorífico, tomando calor de un cuerpo más frío y cediéndolo en el sistema de calefacción.
Consiste en un esquema aparentemente complejo de tres dispositivos: un evaporador, un intercambiador de calor y un compresor.Hay muchas opciones para la implementación de bombas de calor, pero las más populares son:
La opción de implementación más barata es aire-aire. De hecho, se parece a un sistema dividido clásico, sin embargo, la electricidad se gasta solo en bombear calor de la calle a la casa, y no en calentar las masas de aire. Esto ayuda a ahorrar dinero, mientras calienta perfectamente la casa durante todo el año.
La eficiencia de los sistemas es muy alta. Por 1 kW de electricidad, puede obtener hasta 6-7 kW de calor. Los inversores modernos funcionan muy bien incluso a temperaturas de -25 grados o menos.
"Aire-a-agua" es una de las implementaciones más comunes de una bomba de calor, en la que un serpentín de área grande instalado en un área abierta desempeña el papel de un intercambiador de calor. Además, puede ser soplado por un ventilador, lo que obliga a que el agua del interior se enfríe.
Tales instalaciones se caracterizan por un costo más democrático y una instalación simple. Pero pueden trabajar con alta eficiencia solo a temperaturas de +7 a +15 grados. Cuando la barra cae a una marca negativa, la eficiencia cae.
La implementación más versátil de una bomba de calor es tierra-agua. No depende de la zona climática, ya que por todas partes hay una capa de suelo que no se congela durante todo el año.
En este esquema, las tuberías se sumergen en el suelo a una profundidad donde la temperatura se mantiene en un nivel de 7 a 10 grados durante todo el año. Los colectores se pueden ubicar vertical y horizontalmente. En el primer caso, se deberán perforar varios pozos muy profundos, en el segundo, se colocará una bobina a cierta profundidad.
La desventaja es obvia. trabajos de instalación complejos que requerirán altas inversiones financieras. Antes de decidirse por tal paso, debe calcular los beneficios económicos. En áreas con inviernos cortos y cálidos, vale la pena considerar otras opciones para la calefacción alternativa de casas privadas. Otra limitación es la necesidad de un área libre grande, hasta varias decenas de metros cuadrados. metro.
La implementación de una bomba de calor agua-agua prácticamente no difiere de la anterior, sin embargo, las tuberías colectoras se colocan en aguas subterráneas que no se congelan durante todo el año, o en un depósito cercano. Es más económico debido a las siguientes ventajas:
- Profundidad máxima de perforación de pozos - 15 m
- Puede arreglárselas con 1-2 bombas sumergibles
Calderas de biocombustible
Si no hay deseo y oportunidad de equipar un sistema complejo que consiste en tuberías en el suelo, módulos solares en el techo, puede reemplazar la caldera clásica con un modelo que funciona con biocombustible. Necesitan:
Se recomienda instalar tales instalaciones junto con las fuentes alternativas consideradas anteriormente. En situaciones en las que uno de los calentadores no funcione, será posible utilizar el segundo.
A la hora de decidir sobre la instalación y posterior funcionamiento de fuentes alternativas de energía térmica, es necesario responder a la pregunta: ¿qué tan rápido se amortizarán? Sin duda, los sistemas considerados tienen ventajas, entre las cuales:
- El coste de la energía producida es menor que cuando se utilizan fuentes tradicionales
- Alta eficiencia
Sin embargo, uno debe ser consciente de los altos costos iniciales de material, que pueden llegar a decenas de miles de dólares. La instalación de tales instalaciones no puede llamarse simple, por lo tanto, el trabajo se confía exclusivamente a un equipo profesional que puede brindar una garantía del resultado.
La demanda está adquiriendo calefacción alternativa para una casa privada, que se vuelve más rentable en el contexto del aumento de los precios de las fuentes tradicionales de energía térmica. Sin embargo, antes de comenzar a reequipar el sistema de calefacción actual, es necesario calcular todo considerando cada una de las opciones propuestas.
Tampoco se recomienda abandonar la caldera tradicional.Debe dejarse y en determinadas situaciones, cuando la calefacción alternativa no cumpla sus funciones, seguirá siendo posible calentar su hogar y no congelarlo.
Radiadores y tubos de calefacción
Además de las calderas de calefacción modernas, las tuberías y los radiadores son componentes no menos importantes. Son necesarios para la transferencia eficiente de energía térmica al aire de la habitación. Durante el diseño del sistema, es necesario resolver dos problemas: reducir las pérdidas de calor durante el transporte del refrigerante a través de las tuberías y mejorar la transferencia de calor de las baterías.
Cualquier radiador de calefacción moderno no solo debe tener un buen rendimiento de transferencia de calor, sino también un diseño que sea conveniente para la reparación y el mantenimiento. Lo mismo se aplica a las tuberías. Su instalación no debería causar dificultades. Idealmente, la instalación puede ser realizada por el propio propietario de la casa sin el uso de equipos costosos.
Radiadores de calefacción modernos
Diseño de radiadores de calefacción.
Para aumentar la transferencia de calor, el aluminio se utiliza cada vez más como material principal para la fabricación de baterías. Tiene buena conductividad térmica y se puede utilizar tecnología de fundición o soldadura para obtener la forma deseada.
Pero tenga en cuenta que el aluminio es muy sensible al agua. Los radiadores de calefacción modernos de hierro fundido no tienen esta desventaja, aunque tienen una intensidad energética menor. Para solucionar este problema, se ha desarrollado un nuevo diseño de batería, en el que los canales de agua están hechos de tuberías de acero o cobre.
Estos modernos tubos de calefacción prácticamente no se corroen, tienen dimensiones y espesor de pared mínimos. Este último es necesario para la transferencia térmica eficiente de energía del agua caliente al aluminio. Los radiadores de calefacción modernos tienen varias ventajas, que son las siguientes:
- Larga vida útil: hasta 40 años. Sin embargo, depende de las condiciones de trabajo y limpieza oportuna del sistema;
- Elección del método de conexión: superior, inferior o lateral;
- El paquete puede incluir una grúa Mayevsky y un termostato.
En la mayoría de los casos, los modelos de radiadores de calefacción modernos de hierro fundido son de diseño. Tienen formas clásicas, algunas de ellas están realizadas en la versión de suelo con elementos de forja artística.
La eficiencia de un radiador de calefacción depende de la correcta instalación y método de conexión. Esto debe tenerse en cuenta al instalar el sistema.
Tubos de calefacción modernos
Tubos de polímero para calefacción.
La elección de las tuberías de calefacción modernas depende en gran medida del material de su fabricación. Actualmente, las líneas de polímero hechas de polipropileno o polietileno reticulado son las más utilizadas. Tienen una capa de refuerzo adicional de papel de aluminio o fibra de vidrio.
Sin embargo, tienen un inconveniente importante: un umbral de exposición a temperatura relativamente bajo de hasta +90 °C. Esto implica una gran expansión térmica y, como resultado, daños en la tubería. Los productos de otros materiales pueden servir como una alternativa a las tuberías de polímero:
- Cobre. Desde el punto de vista de la funcionalidad, las tuberías de cobre cumplen con todos los requisitos para un sistema de calefacción. Son fáciles de instalar, prácticamente no cambian de forma incluso a temperaturas de refrigerante extremadamente altas. Incluso cuando el agua se congela, las paredes de las líneas de cobre se expandirán sin sufrir daños. La desventaja es el alto costo;
- Acero inoxidable. No se oxida, su superficie interior tiene un mínimo coeficiente de rugosidad. Las desventajas incluyen el costo y la instalación intensiva en mano de obra.
¿Cómo elegir la configuración óptima de la calefacción moderna? Para hacer esto, es necesario utilizar un enfoque integrado: realizar el cálculo correcto del sistema y, de acuerdo con los datos obtenidos, seleccionar la caldera, las tuberías y los radiadores con las características de rendimiento adecuadas.
El video muestra un ejemplo de calefacción doméstica moderna usando un sistema de piso cálido:
Bombas de calor tierra-agua
Estos dispositivos son las fuentes alternativas de calefacción más versátiles para los hogares suburbanos en función de la zona climática.
El principio de su funcionamiento se basa en el hecho de que incluso a una profundidad de varias decenas de metros en áreas de permafrost, la temperatura del suelo supera los cero grados.
Los intercambiadores de calor diseñados para extraer calor del suelo son sondas que se sumergen en pozos especiales. Se requiere construir carreteras cuya longitud exceda más de una docena de metros, y además del alto precio de la bomba, el costo de su instalación en sí es bastante alto. Entonces, perforar un pozo cuesta alrededor de varios miles de rublos por metro lineal, y necesita más de un pozo. Además, todavía es necesario instalar una bomba y sumergir sondas en el pozo.
Costará un poco menos instalar una bomba de agua subterránea con un colector ubicado horizontalmente. Los intercambiadores de calor se sumergen en zanjas por debajo del nivel de congelación. La desventaja de este tipo de calefacción es la gran superficie necesaria para instalar la bomba de calor. El calor resultante se gasta en calentar agua para las necesidades domésticas y transferir energía térmica a los dispositivos de calefacción.
Fuentes naturales renovables de energía térmica
Sin embargo, existen tales sistemas y fuentes de calor, cuyos costos operativos son significativamente más bajos que en todos los casos descritos anteriormente, incluido el calentamiento a gas. Hablamos de fuentes naturales renovables de energía térmica:
- Energía eólica.
- El calor de la tierra.
- energía solar.
Energía eólica
Los aerogeneradores destinados a uso individual se utilizan principalmente para la producción de energía eléctrica para solucionar los problemas de abastecimiento energético en el hogar.
El principio de funcionamiento de estas instalaciones se basa en el proceso de rotación de las ruedas con la ayuda de la fuerza del viento, seguido de la generación de energía eléctrica.
El esquema de calefacción a partir de energía eólica. Click para agrandar.
La eficiencia del uso de aerogeneradores aumenta significativamente con el uso adicional de sistemas de alimentación ininterrumpida, baterías de helio o paneles fotovoltaicos adicionales.
La principal desventaja de las turbinas eólicas es que el uso de la energía eólica a plena capacidad en nuestras condiciones climáticas solo es posible entre 70 y 110 días al año.
El calor de la tierra
La calefacción alternativa en una casa privada se puede hacer en forma de una bomba de calor que recolecta energía térmica del suelo a baja temperatura, aumenta su potencial térmico y la transporta al sistema de suministro de calor de la casa.
Las bombas de calor son seguras desde el punto de vista ambiental, económicas y capaces de utilizar casi cualquier tipo de calor a baja temperatura.
El esquema de calentar la casa con la energía de la tierra. Click para agrandar.
Las desventajas de esta variante de la disposición de los sistemas de suministro de calor (calefacción, suministro de agua caliente, aire acondicionado) incluyen la relativa complejidad de instalación e instalación, que debe realizarse al instalar un ciclo cero debido a la gran cantidad de excavación.
energía solar
El uso de la energía solar es una de las áreas más prometedoras, incluso en climas templados. El principio de funcionamiento de tales sistemas es bastante simple.
El principio de funcionamiento de los paneles solares. Click para agrandar.
La energía solar ingresa al colector solar, donde se convierte en energía térmica. El refrigerante asegura la transferencia de energía térmica. a sistemas de calefacción, sistemas de suministro de agua caliente o una batería, desde donde se produce su consumo final.
La principal ventaja de la calefacción solar es una fuente de energía renovable casi “gratuita” durante todo el año.
Entre las deficiencias, se pueden señalar los costos iniciales de instalación del sistema y la inconveniencia de usarlo en un edificio residencial privado como fuente principal de calor.
Epílogo
En este artículo examinamos brevemente la calefacción de un edificio residencial privado, una alternativa al gas. Esperamos que después de leerlo, pueda elegir la fuente de calefacción más óptima para usted o dar preferencia a una combinación de los esquemas descritos anteriormente.
Montaje y conexión del aerogenerador
El viento es la segunda fuente más popular de energía alternativa. Las turbinas eólicas caseras le permiten proporcionar calor a la casa a un costo mínimo.
Primera etapa. Elija el tipo apropiado de estructura y su poder. Se recomienda a los principiantes que opten por los aerogeneradores verticales más populares. Seleccione la potencia individualmente. El aumento de la potencia del generador eólico se lleva a cabo aumentando el tamaño del impulsor y agregando palas adicionales.
Sin embargo, recuerde que cuanto más potente sea el dispositivo, más difícil será equilibrarlo.La mejor opción para la producción propia es un molino de viento con un impulsor con un diámetro de aproximadamente 2 m y 4-6 palas.
Segunda fase. Hacer una base para la turbina eólica. Una base elemental de tres puntos es suficiente. Determine la profundidad y el área de la estructura individualmente, teniendo en cuenta las características del suelo y el clima en el sitio de construcción.
Instale el mástil no antes de la solidificación completa de la base, es decir. en alrededor de 1.5-2 semanas. En lugar de una base, puedes usar estrías. Esta es una opción aún más simple para instalar un mástil. Cave un pozo pequeño con una profundidad de aproximadamente 50-60 cm, instale un mástil de turbina eólica y fije la estructura de manera segura con estrías comunes.
Tercera etapa. Haz las cuchillas. En casa, un barril de metal es perfecto para esto.
Debe dividir el contenedor en partes idénticas en una cantidad igual al número de palas seleccionadas.Marque las palas primero, es importante que las palas sean exactamente del mismo tamaño.Recorte las palas del futuro aerogenerador. El búlgaro te ayudará con esto.
En ausencia de una amoladora, puede arreglárselas con unas tijeras para cortar metal.
Cuarta etapa. Fije la pieza de trabajo en el generador con pernos y luego doble las cuchillas. Muchos parámetros del funcionamiento del generador eólico dependen de la fuerza con la que se doblen las palas. No se pueden hacer recomendaciones específicas al respecto. Solo puede determinar el ángulo apropiado por experiencia.
Quinta etapa. Conecte los cables eléctricos al generador y conecte los elementos del sistema en un circuito. Fije el generador en el mástil del molino de viento, luego conecte los cables al mástil y encienda el generador y la batería en el circuito. Dar la carga con cables. En este generador de viento está listo. Puede conectarlo al sistema de calentamiento de agua a través de los mismos tanques de almacenamiento.
Si lo desea, puede ensamblar e instalar varios molinos de viento si un dispositivo no es suficiente para calentar completamente la casa.
Por lo tanto, el uso de energía alternativa es una dirección muy prometedora que definitivamente merece atención. Ahora puede sentirse parte del mundo moderno y ahorrar significativamente en calefacción montando una sencilla instalación eólica o solar. Sigue las instrucciones y estarás bien.
Variedades de sistemas de calefacción alternativos.
Una alternativa a la calefacción de gas son, por regla general, los sistemas de suministro de calor automatizados que utilizan tecnologías modernas y los últimos desarrollos en la práctica.
Estos sistemas son una solución ideal para propietarios de casas particulares y de campo, especialmente aquellas ubicadas a cierta distancia de los lugares donde se tiende la red de gasoductos.
La calefacción alternativa puede tener las siguientes variedades:
- Diesel.
- Eléctrico.
- Combustible sólido (carbón, briquetas, leña, etc.).
- Fuentes naturales renovables (energía eólica, calor de la tierra, energía solar, etc.).
¿Cuál de las opciones anteriores es la más óptima para usar en una casa de campo privada? Para responder a esta pregunta, considere las ventajas y desventajas de cada uno de ellos en términos de eficiencia y economía.
Uso de combustible diésel
Una de las principales ventajas de usar combustible diesel para calentar una casa privada es el costo relativamente bajo de instalar una instalación térmica que genera energía térmica.
Cualquier otro tipo de calefacción, cuyo principio se basa en la combustión de combustible con la posterior liberación de calor, requiere costos de instalación mucho más altos que las calderas de gasóleo.
Las principales desventajas de este sistema incluyen el alto costo de operación y la necesidad de un mantenimiento y monitoreo regulares del sistema.
Calefacción eléctrica
La calefacción eléctrica es una buena alternativa a la calefacción de gas en un país o edificio residencial privado.
Este sistema se caracteriza por la facilidad de instalación y operación, un alto nivel de automatización que garantiza un funcionamiento confiable y de alta calidad de todo el sistema.
La calefacción eléctrica se puede ajustar individualmente para cada habitación. Click para agrandar.
Además, los sistemas de calefacción eléctricos difieren en casi el valor máximo del factor de eficiencia (alrededor del 100%).
La lista de numerosas ventajas se puede complementar con las pequeñas dimensiones generales de los sistemas de calefacción y la posibilidad de su instalación en casi cualquier habitación.
La calefacción eléctrica se puede ajustar individualmente para cada habitación.
Las desventajas del sistema incluyen el alto costo de la energía eléctrica, la dependencia de la operación estable de la disponibilidad de corriente y la calidad de la red eléctrica.
Uso de combustibles sólidos
La alternativa más equilibrada a la calefacción de gas son las calderas de combustibles sólidos.
Estos dispositivos combinan la disponibilidad relativamente alta de combustible sólido, bajo costo de instalación y eficiencia suficientemente alta (el factor de eficiencia puede alcanzar el 85% - 95%).
El rendimiento de las calderas de combustible sólido está garantizado por su "recarga" periódica, que debe realizarse manualmente de 3 a 4 veces al día.
Cabe destacar también la fiabilidad estructural de estas calderas. Las principales desventajas de un sistema de calefacción de combustible sólido están asociadas con la necesidad de cosechar, secar y organizar el almacenamiento de leña (carbón, briquetas, etc.).
