Sistemas de calefacción geotérmica para una casa de campo: características de instalación con sus propias manos

Sabemos que la geotermia es el calor de la Tierra, y el concepto de «geotérmico» a menudo se asocia con volcanes y géiseres. En Rusia, la energía geotérmica se utiliza principalmente a escala industrial; por ejemplo, existen centrales eléctricas en el Lejano Oriente que funcionan con el calor de nuestro planeta.

Muchos están convencidos de que hacer una calefacción geotérmica del hogar por sus propias manos es algo de ciencia ficción. ¿No es así? ¡Pero no es así en absoluto! Con el desarrollo de las tecnologías modernas, el uso doméstico de la “energía verde” se ha vuelto completamente real.

Hablaremos sobre los principios de funcionamiento de la calefacción alternativa, sus ventajas y desventajas, y la compararemos con los sistemas de calefacción tradicionales. También conocerá las formas de ubicación del intercambiador de calor y cómo instalar la calefacción geotérmica por sus propias manos.

Algunos datos históricos

Cuando en los años 70 del siglo pasado estalló la crisis del petróleo, en Occidente surgió una necesidad urgente de fuentes de energía alternativas. Fue entonces cuando se empezaron a crear los primeros sistemas de calefacción geotérmica.

Hoy en día, se han extendido ampliamente en los Estados Unidos, Canadá y los países de Europa occidental.

Por ejemplo, en Suecia se utiliza activamente el agua del mar Báltico, cuya temperatura es de +4°C. En Alemania, la implementación de sistemas de calefacción geotérmica incluso se patrocina a nivel estatal.

En Rusia operan las centrales geotérmicas Pauzhetskaya, Verkhne-Mutnovskaya, Okeanskaya y otras. Pero hay muy pocos casos de uso de la energía de la Tierra en nuestro sector privado.

Ventajas y desventajas reales

Si en Rusia la calefacción geotérmica del sector privado ha tenido una difusión relativamente escasa, ¿significa eso que la idea no merece la inversión para llevarla a cabo? ¿Quizás ni siquiera vale la pena ocuparse de este asunto? Resulta que no es así.

El uso de un sistema de calefacción geotérmica para la vivienda es una solución ventajosa. Y hay varias razones para ello. Entre ellas, la rápida instalación de equipos que pueden funcionar durante largos períodos sin interrupciones.

Si se utiliza en el sistema de calefacción un anticongelante de calidad en lugar de agua, no se congelará y su desgaste será mínimo.

Enumeremos también otras ventajas de este tipo de calefacción.

• Se elimina el proceso de combustión de combustible. Creamos un sistema totalmente ignífugo que, durante su funcionamiento, no podrá causar ningún daño a la vivienda. Además, se eliminan otros aspectos relacionados con la presencia de combustible: ya no es necesario buscar un lugar para almacenarlo, ni encargarse de su preparación o entrega.
• Beneficio económico significativo. Durante el funcionamiento del sistema no se requerirán inversiones adicionales. La calefacción anual la proporcionan las fuerzas de la naturaleza, que no compramos. Por supuesto, al funcionar la bomba de calor se consume energía eléctrica, pero el volumen de energía producida supera significativamente el consumo.
• Factor ecológico. La calefacción geotérmica de una casa privada en el campo es una solución ecológicamente segura. La ausencia del proceso de combustión evita la emisión de productos de combustión a la atmósfera. Si muchos toman conciencia de esto y este sistema de suministro de calor se extiende adecuadamente, el impacto negativo de las personas sobre la naturaleza se reducirá múltiples veces.
• Compacidad del sistema. Usted no tendrá que organizar una sala de calderas separada en su casa. Todo lo que necesitará es una bomba de calor, que se puede colocar, por ejemplo, en el sótano. El circuito más voluminoso del sistema estará bajo tierra o bajo el agua, no lo verá en la superficie de su terreno.
• Multifuncionalidad. El sistema puede funcionar tanto para calefacción en la temporada fría como para refrigeración en el calor del verano. Es decir, básicamente le reemplazará no solo un calefactor, sino también un aire acondicionado.
• Confort acústico. La bomba de calor funciona prácticamente en silencio.

La elección de un sistema de calefacción geotérmica es económicamente ventajosa, a pesar de que habrá que gastar en la compra e instalación del equipo.

Por cierto, como desventaja del sistema se mencionan precisamente los costos en los que se incurrirá para instalar el sistema y ponerlo en funcionamiento. Habrá que comprar la bomba y algunos materiales, realizar los trabajos de montaje del colector externo y del circuito interno.

Sin embargo, estos gastos se amortizan en los primeros años de funcionamiento. El uso posterior del colector enterrado en el suelo o sumergido en el agua permite ahorrar considerables sumas.

Además, el proceso de instalación no es tan complicado como para invitar a especialistas externos. Si no se realiza la perforación, todo lo demás se puede hacer por sí mismo.

Cabe señalar que algunos artesanos, con afán de ahorrar, han aprendido a montar la bomba de calor geotérmica por sí mismos.

Sobre las fuentes de calefacción geotérmica

Para la calefacción geotérmica se pueden utilizar las siguientes fuentes de energía térmica terrestre:

• de alta temperatura;
• de baja temperatura.

Entre las de alta temperatura se encuentran, por ejemplo, las fuentes termales. Se pueden utilizar, pero su ámbito de aplicación se limita a la ubicación real de dichas fuentes.

Si en Islandia este tipo de energía se utiliza activamente, en Rusia las aguas termales se encuentran lejos de los asentamientos. Están concentradas principalmente en Kamchatka, donde el agua subterránea se utiliza como portador de calor y se suministra a los sistemas de ACS.

En cambio, para la aplicación de fuentes de baja temperatura tenemos todos los requisitos necesarios. Para este fin sirven las masas de aire circundantes, la tierra o el agua.

Para extraer la energía necesaria se utiliza una bomba de calor. Con ella se realiza el proceso de conversión de la temperatura ambiente en energía térmica no solo para la calefacción, sino también para el suministro de agua caliente de una vivienda particular.

Principio de funcionamiento de dicha calefacción

Si usted está familiarizado con el funcionamiento de un aire acondicionado o un refrigerador, entonces la similitud de estos procesos con el principio de funcionamiento de la calefacción geotérmica es evidente. La base del sistema es una bomba de calor que se integra en dos circuitos: externo e interno.

Para organizar un sistema de calefacción tradicional en cualquier casa, es necesario instalar tuberías para transportar el fluido caloportador y radiadores, que al calentarse distribuyen el calor a las habitaciones. En nuestro caso, también se necesitan tuberías y radiadores. Estos conforman el circuito interno del sistema. Al esquema se pueden añadir suelos radiantes.

El circuito externo parece mucho más grande que el interno, aunque sus dimensiones solo se pueden apreciar durante la planificación e instalación. Durante el funcionamiento, no es visible, ya que está bajo tierra o bajo el agua. Dentro de este circuito circula agua normal o anticongelante a base de etilenglicol, lo cual es mucho más preferible.

Fluido caloportador En el circuito externo se calienta hasta alcanzar la temperatura del medio en el que está sumergido y se envía en estado «calentado» a la bomba de calor. A través de ella, el calor concentrado se transmite al circuito interno, como resultado, el agua en las tuberías, radiadores y suelos radiantes se calienta.

Por lo tanto, el elemento clave que da vida a todo el sistema es la bomba de calor. Si en su casa hay una lavadora común, sepa que esta bomba ocupará aproximadamente el mismo espacio.

Para funcionar, necesita electricidad, pero consumiendo solo 1 kW, proporciona una producción de 4-5 kW de calor. Y esto no es un milagro, ya que la fuente de energía «adicional» es conocida: es el medio ambiente.

Dos tipos de ubicación del intercambiador de calor

Existen dos variantes de calefacción para una casa particular utilizando energía de baja temperatura de elementos del medio ambiente. La base del sistema en todos los tres casos es la bomba geotérmica.

El circuito interno permanece sin cambios para cualquier método de calefacción, y la principal diferencia radica en la ubicación del circuito externo.

La calefacción geotérmica puede tener un intercambiador de calor ubicado:

• verticalmente – se ubican en pozos, que atraviesan o no un acuífero;
• horizontalmente – los intercambiadores de calor de los sistemas se colocan en una zanja o en un cuerpo de agua abierto en forma de serpentín.

Cada uno de los tipos de calefacción aquí mencionados se caracteriza por sus propias particularidades, desventajas y ventajas.

Si usted tiene la intención de crear dicho sistema de calefacción con sus propias manos, le interesará conocer más detalles sobre cada tipo.

Opción #1. Colocación vertical del colector externo

Este tipo de calefacción se basa en un interesante fenómeno natural: a una profundidad de 50-100 m o más de la superficie, la tierra tiene durante todo el año una temperatura constante de 10-12°C.

Para poder utilizar esta energía de la tierra, es necesario perforar pozos verticales. La tecnología es prácticamente similar a la preparación de un pozo de captación de agua.

Con el objetivo de preservar al máximo el paisaje, se pueden perforar varios tubos desde un mismo punto de partida, pero bajo diferentes ángulos.

El circuito exterior del sistema se montará directamente en estos pozos. Esto permitirá extraer eficazmente el calor de la tierra. Por supuesto, difícilmente se puede llamar a este método simple o de bajo presupuesto.

Es pertinente en el caso de que el terreno adyacente a la casa ya esté acondicionado y no sea conveniente alterar su paisaje. La profundidad de perforación del pozo puede alcanzar entre 50 y 200 metros.

Los parámetros específicos del pozo dependen de la situación geológica del terreno y de los parámetros de la futura construcción. La vida útil de esta estructura es de aproximadamente 100 años.

Para instalar la variante vertical del sistema con un intercambiador de calor que extrae energía del agua subterránea, será necesario perforar dos pozos acuíferos.

De uno de ellos, denominado pozo de débito, mediante una bomba se extrae agua, que después de transferir calor se vierte en el segundo, el pozo receptor.

Opción #2. Colocación horizontal del colector de suelo

Para colocar el circuito exterior en el tipo de calefacción horizontal, es necesario saber a qué profundidad se congela el suelo en su zona.

Los tubos se colocan por debajo del nivel de congelación en zanjas previamente preparadas, ocupando un espacio bastante grande: para calentar una casa con una superficie de 200-250 m², se necesitan aproximadamente 600 m² de intercambiador de calor. Es decir, seiscientos metros cuadrados.

Está claro que, en tales condiciones, el volumen de movimiento de tierras será significativo. Además, hay que tener en cuenta en el plano la ubicación de los árboles y demás vegetación en el terreno para no congelarlos. Por ejemplo, no se pueden colocar los tubos del colector a menos de un metro y medio de los árboles.

Este método de instalación se utiliza, por lo general, en los casos en que el terreno apenas se está preparando para la construcción. Todos los cálculos y planos para la construcción de la casa, la organización de su calefacción y la planificación del terreno es mejor realizarlos simultáneamente.

Inmersión del intercambiador de calor horizontal en un cuerpo de agua

Este método requiere una ubicación especial de la vivienda: a una distancia de aproximadamente 100 m de un cuerpo de agua que tenga suficiente profundidad. Además, dicho cuerpo de agua no debe congelarse hasta el fondo, donde se ubicará el circuito exterior del sistema. Para ello, la superficie del cuerpo de agua no puede ser menor de 200 m².

La ventaja obvia de este método es la ausencia de trabajos de excavación obligatorios y laboriosos, aunque la colocación submarina del colector requerirá cierto esfuerzo. También se necesitará un permiso especial para realizar estos trabajos.

Sin embargo, la instalación geotérmica que utiliza energía del agua sigue siendo la más económica.

Por sus propias manos: qué y cómo

Si va a instalar calefacción geotérmica por sí mismo, es mejor comprar el circuito exterior ya listo. Por supuesto, solo consideramos métodos de colocación horizontal del intercambiador de calor exterior: bajo la superficie del suelo o bajo el agua.

Es mucho más difícil instalar un colector vertical de pozo por sí mismo si no dispone del equipo y las habilidades de perforación.

La bomba de calor no es un equipo demasiado voluminoso. En su casa no ocupará mucho espacio. De hecho, por tamaño es comparable, por ejemplo, a una caldera de combustible sólido común. Conectarle el circuito interior de su casa es una tarea sencilla.

En realidad, se hace exactamente igual que al organizar y distribuir la calefacción usando fuentes de calor tradicionales. La principal dificultad es la instalación del circuito externo.

La mejor opción será utilizar un cuerpo de agua, si se encuentra a una distancia no mayor de 100 m. Es necesario que su superficie supere los 200 m² y su profundidad sea de 3 m (parámetro medio de congelación). Si este cuerpo de agua no es de su propiedad, obtener un permiso para su uso puede ser un problema.

Si el cuerpo de agua es un estanque de su propiedad, la cosa se simplifica. Se puede bombear temporalmente el agua del estanque. Entonces los trabajos en el fondo se podrán realizar fácilmente: habrá que colocar los tubos en espiral, fijándolos en esa posición.

Los trabajos de excavación solo serán necesarios para cavar una zanja, que será necesaria para conectar el circuito exterior a la bomba de calor.

Después de realizar todos los trabajos, el estanque puede volver a llenarse de agua. Durante los próximos cien años, el intercambiador de calor externo debería funcionar correctamente y no causar problemas a su propietario.

Si usted dispone de un terreno en el que solo va a construir una vivienda y cultivar un jardín, tiene sentido planificar un intercambiador de calor horizontal de tipo suelo.

Para ello, se debe realizar un cálculo preliminar del área del futuro colector, basándose en los parámetros ya indicados anteriormente: 250-300 m² de colector por cada 100 m² de superficie calefactada de la casa.

Las zanjas en las que se colocarán las tuberías del circuito deben excavarse por debajo del nivel de congelación del suelo.

Y aún mejor: simplemente retirar el suelo hasta la profundidad de congelación, colocar las tuberías y luego devolver el suelo a su lugar. Es un trabajo laborioso y difícil, pero si tiene gran deseo y determinación, podrá realizarlo.

Costos y perspectivas de amortización

Los gastos en equipamiento y su instalación durante la construcción de la calefacción geotérmica dependen de la potencia del equipo y del fabricante.

Cada uno elige al fabricante guiándose por sus propias consideraciones e información sobre la reputación y fiabilidad de una determinada marca. La potencia, en cambio, depende de la superficie del local que se va a atender.

Si se considera precisamente la potencia, el costo de las bombas de calor oscila en los siguientes rangos:

• para 4-5 kW – 3000-7000 unidades convencionales;
• para 5-10 kW – 4000-8000 unidades convencionales;
• para 10-15 kW – 5000-10000 unidades convencionales.

Si a esta cantidad sumamos los costos necesarios para realizar los trabajos de instalación (20-40%), obtendremos una cantidad que para muchos parecerá absolutamente irreal.

Pero todos estos costos se amortizarán en plazos bastante aceptables. En el futuro, usted solo tendrá que pagar los gastos menores de electricidad necesaria para el funcionamiento de la bomba. ¡Y eso es todo!

Como muestra la práctica, la calefacción geotérmica es especialmente ventajosa para casas cuya superficie total climatizada es de 150 m². En un plazo de cinco a ocho años, todos los costos de instalación de los sistemas de calefacción en estas casas se amortizan por completo.

Si la calefacción geotérmica no es muy demandada entre los propietarios de casas particulares, la eficiencia de los sistemas solares ya ha sido valorada por los habitantes de las regiones del sur. La tecnología de construcción de calefacción solar es bastante simple, y su economía y practicidad han sido confirmadas por la experiencia de largos años de uso en países occidentales y por nuestros compatriotas.

Información adicional sobre fuentes de energía alternativas se presenta en este artículo.

Conclusiones y video útil sobre el tema

Si le resulta más fácil asimilar información visual, este video le permitirá ver con sus propios ojos cómo funciona exactamente un sistema geotérmico, y también aprender más sobre para quién y por qué este tipo de calefacción es beneficioso.

Le sugerimos que vea un breve video en el que el propietario de un colector horizontal subterráneo contará sus impresiones sobre su funcionamiento. Además, al ver este video, conocerá los gastos corrientes asociados con la operación del sistema de calefacción geotérmica.

Cada propietario de una vivienda particular elige por sí mismo si comprar los servicios de las empresas de suministro de recursos o confiar solo en sí mismo. Al hacerlo, se guía por una lista completa de consideraciones.

El objetivo que nos hemos propuesto no es empujarlo a una conclusión prefabricada, sino compartir información sobre las opciones para resolver la tarea que tiene ante usted.

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