Bomba de calor geotérmica casera para calefacción del hogar: dispositivo, diseño, montaje propio
Se puede organizar la calefacción y el suministro de agua caliente de una casa particular de diferentes maneras, por ejemplo, conectándose a las comunicaciones centrales de gas o convirtiendo los sistemas de calefacción al consumo eléctrico. ¿Está de acuerdo?
Y también se puede montar una bomba de calor geotérmica con sus propias manos y utilizar eficazmente el calor de la tierra para crear condiciones de vida confortables. Sin duda, es un proceso bastante laborioso, pero para quienes tienen al menos un poco de conocimiento técnico, no será muy difícil.
En nuestro artículo hablaremos sobre los principios de funcionamiento y los tipos de instalaciones geotérmicas. Le contaremos cómo construir una bomba de calor por su cuenta con materiales disponibles. Además, en el artículo encontrará consejos de expertos para elegir geoagregados. Y los vídeos incluidos revelarán los secretos de la instalación y los principios de funcionamiento de las bombas geotérmicas.
Contenido del artículo:
¿Cómo funciona un geoagregado térmico?
El algoritmo de funcionamiento de una bomba de calor geotérmica se basa en la transferencia de calor desde una fuente de baja energía térmica al fluido caloportador. La tierra actúa como radiador en verano y como fuente activa de calor en la temporada invernal.
La diferencia de temperatura del suelo ayuda a aumentar la eficiencia general del sistema y contribuye a reducir los costes operativos reales.
En la práctica, el fluido caloportador activo ingresa en la tubería colocada en el suelo y se calienta allí unos pocos grados. Luego, la mezcla pasa al intercambiador de calor (o evaporador) y transfiere la energía térmica acumulada al circuito interno del sistema.
El refrigerante que trabaja en el circuito exterior se calienta en el evaporador, se transforma en gas y llega al compresor. Allí se comprime bajo la influencia de la alta presión y se vuelve aún más caliente.
El gas caliente pasa a la unidad de condensación y cede la energía térmica al fluido caloportador del sistema interior, encargado de la calefacción de la vivienda. Al finalizar el proceso, el refrigerante, que ha perdido el calor, regresa al punto inicial en estado líquido.
¿Qué tipos de instalaciones geotérmicas existen?
Las bombas de calor geotérmicas se diferencian entre sí por el tipo de fluido caloportador en los circuitos interno y externo de la construcción. La energía de los dispositivos se obtiene del suelo, del agua (agua subterránea o un cuerpo de agua natural abierto) o del aire.
Dentro de la vivienda, el recurso térmico se utiliza para calefaccionar las habitaciones, calentar agua y acondicionar el aire. Según la combinación de los elementos y funciones utilizados, se clasifican los sistemas en tipos: «tierra-agua», «agua-agua» y «aire-agua».
Opción #1. Montaje según la tecnología «tierra-agua»
La bomba de calor «tierra-agua» – una de las opciones más eficaces de calefacción alternativa para viviendas. Su principio de funcionamiento consiste en extraer, mediante sondas o colectores, la energía térmica del suelo y transferirla al sistema de calefacción de agua doméstico.
Una instalación especial ayuda a implementar la tecnología, compuesta por un intercambiador de calor geotérmico ubicado por debajo de la profundidad de congelación real del suelo, y la propia bomba de calor, que funciona como un refrigerador pero al revés (ciclo inverso de Carnot).
Cómo funciona el dispositivo
La instalación «tierra-agua», que calienta las viviendas mediante el calor renovable producido por el suelo, funciona según el siguiente algoritmo:
- El fluido de trabajo (salmuera o anticongelante) que circula por el circuito geotérmico, adquiere la temperatura del suelo y, mediante la bomba, se transfiere al intercambiador de calor – el evaporador. Allí cede el calor recogido al freón, y ella misma, habiéndose enfriado entre 2 y 5 °C, regresa al punto inicial.
- El freón, enriquecido con energía térmica, se evapora y, adoptando un estado gaseoso, ingresa a la unidad compresora. Allí, la temperatura del gas aumenta debido a la compresión y se forma condensado.
- La energía térmica se transfiere al refrigerante en el sistema de calefacción doméstico, y el freón vuelve a adoptar forma líquida. Su presión disminuye después de pasar por la válvula de expansión del sistema y el refrigerante regresa al evaporador para tomar la siguiente porción de recurso.
Como resultado de este procedimiento, el volumen de energía térmica tomada del suelo y transferida al sistema de calefacción de una vivienda supera en más de 4 veces la cantidad de electricidad consumida para asegurar el correcto funcionamiento del compresor, la bomba circulatoria y la unidad de control.
Un beneficio adicional es que el sistema puede funcionar en sentido inverso, es decir, para refrigeración. Es cierto que la pérdida de eficiencia llega hasta el 20%, pero se considera justificada dada la alta capacidad de calentamiento del equipo.
Opciones de colocación de sistemas «tierra-agua»
Para crear el circuito exterior del sistema «tierra-agua» se utilizan tuberías de polímero de alta resistencia con buenas características de funcionamiento. Se colocan horizontalmente, en el fondo de la excavación, de manera similar a la instalación de tuberías para sistemas de «suelo radiante».
Durante la instalación se utiliza un área de 25-50 m² por cada kilovatio de potencia de la bomba instalada. La profundidad de la excavación se elige por debajo del límite de congelación, y las dimensiones exactas y la separación de las tuberías se determinan mediante cálculos adicionales.
Los terrenos en los que se han instalado las tuberías de los sistemas geotérmicos «tierra-agua» ya no se utilizan para fines agrícolas. En ellos se puede crear un bonito césped o un parterre de plantas anuales con flores.
La instalación vertical es mucho más problemática e implica el uso de maquinaria profesional. En el terreno, con la ayuda de una perforadora, se perfora un pozo de entre 20 y 150 m de profundidad, se introduce una sonda geotérmica especial y se conecta a la bomba que suministra el fluido de trabajo al sistema de calefacción doméstico.
Los tubos de las sondas que salen de los pozos perforados ingresan a un pozo colector. Desde allí, dos líneas principales (de suministro y retorno), provistas de aislamiento, van hacia la bomba de calor. El diámetro de las líneas depende del volumen total del sistema y del espacio a calentar. A veces los parámetros alcanzan los 160 mm.
Debido a que en profundidad la temperatura del suelo es siempre más alta y estable por la influencia del núcleo terrestre, el método vertical de instalación del sistema de calefacción se considera el más eficaz. Muestra un alto nivel de rendimiento y funciona de manera confiable durante muchos años, sin fallos ni averías.
Opción #2. Particularidades de las bombas de calor «agua-agua»
El sistema geotérmico «agua-agua» utiliza la energía térmica del recurso hídrico. Esto es posible porque a gran profundidad la temperatura del agua, al igual que la del suelo, se mantiene bastante alta y conserva valores estables y constantes durante todo el año.
No hay una diferencia estructural fundamental entre la bomba de calor «suelo-agua» y la «agua-agua». Pero el conjunto instalado sobre la base de un cuerpo de agua abierto requiere los menores costos financieros y laborales. Para su montaje no se necesitan grandes operaciones de perforación.
El material de tubería con el portador de calor simplemente se equipa con una carga, se sumerge en agua y, mediante conexiones de comunicación, se conecta al sistema de calefacción doméstico.
Sin embargo, esta opción solo es posible cuando el terreno está adyacente al agua y todas las partes de comunicación del sistema están bajo control de los propietarios. Si no se tiene acceso a un cuerpo de agua abierto, se utiliza el potencial del agua subterránea.
Sin embargo, esto conlleva trabajos de excavación importantes y la construcción de estructuras complejas, como un pozo adicional destinado a la descarga del agua que pasa a través del intercambiador de calor.
Normalmente, las instalaciones de tipo «agua-agua» se montan donde no es posible conectar las comunicaciones centrales o utilizar otros tipos de portadores de calor.
Los especialistas afirman que la calefacción alternativa de este tipo es extremadamente eficaz en construcciones modernas que tienen un índice mínimo de pérdida de calor.
Si la casa está bien aislada, protegida contra corrientes de aire, humedad y penetración de aire helado, o construida con tecnologías modernas de aislamiento térmico, el costo del sistema de calefacción se reduce significativamente debido a la posibilidad de adquirir equipos de bomba de mucha menor potencia.
Opción #3. Instalación de sistemas «aire-agua»
La bomba de calor «aire-agua» utiliza para su funcionamiento el recurso energético natural más accesible, ilimitado y renovable: el aire. El equipo funciona mediante ventiladores y evaporadores, unidos en un solo conjunto.
Muestra la mayor eficacia a temperaturas de hasta -15°C. Con indicadores más agresivos, pierde una parte significativa de su potencia.
El equipo es extremadamente conveniente porque no requiere que los propietarios de viviendas particulares dispongan de maquinaria especial para la instalación ni la realización de trabajos complejos de montaje.
No necesita excavación de tierra, perforación de pozos ni otras tareas laboriosas. Se monta fácilmente y no ocupa mucho espacio. Puede funcionar correctamente si se coloca en el tejado de una vivienda.
Entre las principales ventajas del equipo se incluye su funcionamiento prácticamente silencioso y la posibilidad de reutilizar el calor que sale del espacio calefaccionado en forma de aire, agua, gas, humo, etc. usados.
El propietario realiza el mantenimiento del sistema por sí mismo:
- limpia las aspas del ventilador y las rejillas de protección de la unidad evaporadora de polvo, residuos pequeños y hojas;
- lubrica el compresor con el compuesto especial indicado en las instrucciones por el fabricante;
- cambia el aceite en los componentes de potencia (ventilador, compresor) con una periodicidad determinada;
- comprueba la integridad del cable de alimentación y de la tubería de cobre por la que circula el refrigerante en el sistema.
Además de estas acciones, los fabricantes de equipos de bombeo recomiendan encarecidamente a los clientes que controlen el estado de los sensores térmicos que reflejan el funcionamiento de la unidad de control.
Es necesario limpiarlos, eliminando cuidadosamente el polvo y las manchas de aceite de la superficie. Esto prolongará la «vida» del sistema aire-aire y hará que el proceso de operación sea más simple y cómodo.
¿Cómo fabricar el agregado usted mismo?
Independientemente de qué opción de recurso (tierra, agua o aire) se haya elegido para la calefacción, para el correcto funcionamiento del sistema se necesitará una bomba.
Este dispositivo consta de los siguientes elementos:
- unidad compresora (elemento intermedio del complejo);
- evaporador, que transfiere energía de bajo potencial al fluido térmico;
- válvula de expansión, a través de la cual el refrigerante encuentra el camino de regreso al evaporador;
- condensador, donde el freón cede energía térmica y se enfría hasta la temperatura inicial.
Se puede adquirir un sistema completo del fabricante, pero esto supondrá una suma considerable. Cuando no se dispone de dinero extra, conviene fabricar una bomba de calor por sí mismo con las piezas disponibles y, si es necesario, comprar las piezas faltantes.
Cuando se haya tomado la decisión de fabricar manualmente una bomba de calor, es necesario verificar el estado del cableado eléctrico y del contador de electricidad existentes en la casa.
Si estos elementos están desgastados y viejos, es necesario revisar todas las secciones, detectar posibles fallos y solucionarlos antes de comenzar los trabajos. De esta manera, el sistema funcionará perfectamente inmediatamente después del arranque y no molestará a los propietarios con cortocircuitos, incendios en el cableado o saltos de los disyuntores.
Método #1. Montaje a partir de un refrigerador
Para montar una bomba de calor casera, se retira la serpentina colocada en la parte trasera de un refrigerador viejo. Esta pieza se utiliza como condensador y se coloca en un recipiente de alta resistencia, capaz de soportar temperaturas agresivas. En ella se fija un compresor que funcione correctamente, y como evaporador se utiliza un simple barril de plástico.
Los elementos preparados se conectan entre sí, y luego la unidad creada se conecta al sistema de calefacción mediante tuberías de polímero y se comienza a operar el equipo.
La instrucción paso a paso sobre el ensamblaje de una bomba de calor a partir de un refrigerador se describe en este artículo.
Método #2. Bomba de calor a partir de un aire acondicionado
Para fabricar una bomba de calor, se modifica el aire acondicionado y se reconfiguran algunos componentes principales. Primero, se intercambian las unidades exterior e interior.
El evaporador, encargado de transferir el calor de baja temperatura, no se instala adicionalmente porque ya está presente en la unidad interior del equipo, mientras que el condensador que transfiere la energía térmica se encuentra en la unidad exterior. Tanto el aire como el agua son adecuados como fluidos portadores de calor.
Si esta opción de montaje no es conveniente, el condensador se instala en un depósito separado, diseñado para un intercambio de calor correcto entre el recurso de calefacción y el fluido portador.
El propio sistema se equipa con una válvula de cuatro vías. Para este trabajo, normalmente se invita a un especialista con habilidades profesionales y experiencia en la realización de este tipo de actividades.
En la tercera opción, el aire acondicionado se desmonta completamente en piezas y luego, a partir de ellas, se ensambla una bomba según el esquema tradicional aceptado: evaporador, compresor, condensador. El dispositivo terminado se conecta al equipo de calefacción de la casa y se pone en funcionamiento.
En el sitio web hay una serie de artículos sobre cómo fabricar bombas de calor con sus propias manos. Le recomendamos que los consulte:
- Cómo hacer una bomba de calor para calefacción doméstica por cuenta propia: principio de funcionamiento y esquemas de montaje
- Cómo hacer una bomba de calor aire-agua: esquemas del dispositivo y montaje por cuenta propia
Consejos para elegir el sistema
La instalación del equipo tipo «tierra-agua» resulta más costosa que las demás opciones, porque requiere trabajos de excavación profunda si el equipo se coloca verticalmente, o una gran superficie libre del terreno si se tienden las comunicaciones de forma horizontal.
Estos parámetros limitan el uso del sistema y reducen significativamente su atractivo.
La instalación de una bomba «agua-agua» también tiene algunas limitaciones. Si hay un cuerpo de agua accesible cerca, se puede colocar el sistema en él. La ausencia de aguas abiertas implicará la perforación de pozos y pozos de drenaje, lo que tampoco es barato.
La bomba «aire-agua» no presenta problemas de instalación y puede funcionar correctamente incluso en edificios de apartamentos, pero en inviernos severos con bajas temperaturas su eficiencia disminuye y para mantenerla se necesita una fuente de energía paralela.
Sin embargo, la instalación de la calefacción geotérmica finalmente recupera sus costos y comienza a generar un recurso gratuito, permitiendo a los propietarios vivir en las condiciones más convenientes, agradables y cómodas, sin gastar grandes cantidades en servicios públicos.
Conclusiones y video útil sobre el tema
En el video se muestra claramente cómo se ha instalado un sistema de calefacción basado en equipos geotérmicos «aire-agua» en una casa grande de bloques de silicato de gas. Se revelan algunos matices interesantes sobre la instalación del equipo y se mencionan cifras reales de los pagos de servicios públicos mensuales.
Cómo funciona el equipo «tierra-agua». Descripción detallada de un especialista en instalación de calderas geotérmicas, recomendaciones y consejos útiles para aficionados al bricolaje por parte de un profesional en su campo.
Un usuario real del equipo comparte sus impresiones sobre la bomba de calor geotérmica.
Un fontanero profesional explica cómo fabricar una bomba de calor en casa utilizando un compresor potente y piezas de intercambiador de calor tubulares. Instrucciones detalladas paso a paso.
La bomba de calor geotérmica para calefacción de una vivienda particular es una forma acertada de crear condiciones de vida confortables incluso donde no hay sistemas de comunicación centralizados ni fuentes de energía más habituales.
La elección del sistema depende de la ubicación territorial de la propiedad y de la capacidad financiera de los propietarios.
¿Tiene experiencia en la fabricación de una bomba de calor geotérmica? Por favor, comparta la información con nuestros lectores, proponga su propia versión de montaje. Puede dejar comentarios y adjuntar fotos de sus trabajos caseros en el formulario que se encuentra a continuación.
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Nuestro pueblo aún no está listo para la fuente de energía geotérmica. Todo tipo de instalaciones relacionadas con estos métodos de obtención de energía, según me parece, encuentran su aplicación en Europa, donde la gente ya aprendió a ahorrar hace tiempo. Y nosotros estamos lejos de eso. Estas tecnologías, desafortunadamente, son demasiado laboriosas; es mucho más simple conectarse al gasoducto. Y más aún intentar hacerlo con las propias manos. No, esto aún no es para nosotros. Aquí al menos habría que aprender a usar paneles solares.
Yo, por el contrario, no estoy de acuerdo con el comentario anterior. ¿Qué significa: “nuestro pueblo no está listo para tal fuente de energía”? Si nadie prueba su uso, nunca estaremos listos para nada. Estas cosas no ocurren por sí solas. Personalmente, pienso instalar un sistema “agua-aire” y confío en el éxito. Entiendo bastante del tema y no temo probar algo nuevo.
No estoy en absoluto de acuerdo con el primer comentario. Alejandro, al parecer, no considera que en Rusia, al este de los Urales, conectarse al gasoducto será problemático, porque todos los gasoductos conducen a esa misma Europa donde ya aprendieron a ahorrar. Dado el aumento anual del precio del carbón y la leña, es momento de considerar seriamente la instalación de una bomba de calor.
Alexey, en Europa también aprendieron porque los gobiernos apoyan activamente las tecnologías de ahorro energético. Por ejemplo, préstamos sin intereses para la compra de dicho equipo. Y también una propaganda generalizada, en el sentido positivo de la palabra.
No hay que señalar a Europa. ¿Cuánto cuesta el gas allí? ¿Cuánto cuesta la energía eléctrica? ¿Cuánto cuesta el carbón? Y además… ¿cuál es su nivel de ingresos mensuales convertidos a rublos? De ahí surge todo.
Aquí un ejemplo de la ciudad de Úglich. Costo por kWh de energía térmica: leña de abedul – 0,0228 €, gas natural – 0,0063 €, gas licuado – 0,0202 €, carbón marca D – 0,0111 €, pellets claros – 0,0172 €. Bomba de calor geotérmica (con un rendimiento de 1 kW de energía eléctrica – 4,5 kW de energía térmica) – 0,0151 €. Y teniendo en cuenta el costo de los trabajos y la bomba de calor… los gastos no se recuperarán ni en 10 años. Y la garantía de 15 años no es necesaria… piensen ustedes mismos, ¿existirán esas empresas (proveedor o contratista) dentro de 5-10-15 años? En nuestra economía, esa garantía se parece más a un soplo.
Me refiero a que se pueden dar garantías incluso de 100 años 🙂 Conclusión única: lleven el gas natural a la casa. Y mientras lo hacen (proceso que a veces no es rápido), instalen una caldera automática de carbón.