Fuentes de calor alternativas. Formas alternativas de calentar una casa privada: ¿existe una alternativa real a las fuentes de calor tradicionales? Tipos de calefacción alternativa, sus pros y sus contras.

La mayoría disponemos de calefacción normal de gas, carbón o combinada. Por supuesto, también existe un método eléctrico para calentar una habitación, pero no es muy común debido a la alta temperatura, pero ¿qué pasa si la calefacción se apaga repentinamente, falla una tubería, un apagón, etc.? ¡No te congeles en invierno! Por supuesto que no, porque en este caso las fuentes de calor alternativas vienen al rescate. Este es un atributo obligatorio en una situación extrema o incluso catastrófica. Hablemos de todo con más detalle.

Calefacción a gas y eléctrica

Es seguro decir que hoy es un momento extremadamente turbulento y difícil para muchos. Cualquier cosa puede pasarle a una línea de gas. Por ejemplo, un accidente importante se elimina durante mucho tiempo y, si no hay formas alternativas de suministro, la gente se congelará. En cuanto a la opción eléctrica, en primer lugar, es costosa y, en segundo lugar, no es muy confiable. Esto se debe a una posible congestión en la red al conectar una gran cantidad de consumidores. Sin embargo, el gas y la electricidad son, con mucho, las principales fuentes de calor. Todo lo que podemos hacer es mantenernos a salvo instalando equipos de emergencia. A veces puedes hacer fuentes de calor alternativas con tus propias manos, hablaremos de esto un poco más adelante.

Calderas de combustibles sólidos y líquidos.

Estas son quizás las dos soluciones más comunes hoy en día. Esto se debe a la alta disponibilidad de equipos. Por supuesto, la laboriosidad del trabajo de instalación se hace sentir, pero el costo del combustible sólido (carbón, leña, etc.) es bastante razonable. Pero es necesario pensar de antemano en una fuente de calor de este tipo e instalarla junto con equipos de gas. Por supuesto, el sistema de agua se puede realizar en paralelo con el electroconvector, por lo que, de hecho, es mejor hacerlo. En cuanto a las calderas de líquido, esta es una buena solución, pero en los últimos años la popularidad de este método de calentamiento ha ido disminuyendo. Esto se debe al aumento en el costo del combustible. Este último es aceite vegetal y de máquina, y la minería también es adecuada. Si trabaja en una fábrica donde se vierten docenas o incluso cientos de estos combustibles todos los días, entonces es hora de pensar en este problema. Estas fuentes de calor alternativas para el hogar son extremadamente relevantes, especialmente si hay reservas de petróleo. Vayamos más lejos.

Fuentes alternativas hechas - es fácil

A veces nosotros mismos podemos hacer algo para calentar. La opción más fácil es una estufa de barriga. La mayoría de las veces, se usa un barril o una tubería de acero de gran diámetro como cuerpo. Se hacen dos agujeros en el cuerpo, uno es más grande, una caja de fuego, el segundo es más pequeño, un cenicero. Es deseable hacer puertas. Ligeramente por debajo del nivel de la puerta de la cámara de combustión, es necesario hacer soportes en los que se colocará la rejilla. Este último se puede realizar a partir de refuerzo convencional mediante soldadura. Si está haciendo una estufa de barriga con una tubería, entonces necesita soldar las partes superior e inferior. Pero no olvides que necesitas una chimenea. Para hacer esto, se corta un pequeño orificio desde arriba y se inserta una tubería en él. De hecho, se fabrican tales fuentes alternativas, bastante capaces de calentar una habitación grande en la estación fría. El carbón o la madera se utilizan como combustible. No olvides que necesitas conectarte a la chimenea.

Hornos de larga duración

Esta opción de calefacción se ha vuelto más común en los últimos años. Esto se debe no solo a la buena publicidad, sino también a la alta eficiencia del método. La conclusión es que hay dos etapas de combustión de combustible. En el primero se produce la combustión lenta y la liberación de gas de madera, y en el segundo, la combustión de este último. Como resultado, tenemos una calefacción bastante eficiente, pero al mismo tiempo económica. Pero es necesario controlar cuidadosamente el contenido de humedad del combustible. Si este indicador es más alto que la norma, entonces la cantidad de calor emitido no será tan grande, a veces dicho combustible ni siquiera arderá. Por lo tanto, se debe prestar más atención al almacenamiento. Es mejor dar preferencia a un garaje o cualquier otra habitación seca cubierta. Breneran (Canadá) y Buleryan se consideran líderes en la producción de hornos de larga duración con circuito de aire o agua. En principio, no se deben ignorar tales fuentes de calor alternativas para un apartamento. Además, a veces esta es la única solución disponible.

Bombas de calor: fuentes alternativas de calor para una casa privada.

Muchas personas ni siquiera han oído hablar de este método para calentar una habitación. Pero a día de hoy, si nos planteamos fuentes de calor alternativas, esta es una de las mejores opciones. Esto se debe no solo a la alta eficiencia, sino también a la seguridad. La conclusión es que el calor recogido del suelo o del agua se transfiere al sistema de calefacción. En verano, el principio opuesto se usa con mayor frecuencia (enfriar el edificio). Como puede ver, una bomba de calor puede resolver varios problemas. En invierno es un sistema de calefacción, en verano - aire acondicionado. En términos de eficiencia, los costos de calefacción serán alrededor de un 10% más bajos que los del gas. Pero a menudo el problema radica en el hecho de que no todo el mundo puede permitirse bombas de calor, porque son equipos caros que requieren una instalación profesional precisa. Sí, y este sistema depende demasiado de la electricidad, por lo que no tiene mucho sentido cuando hay problemas con la electricidad.

Instalar TEK o chimenea

La instalación hidrodinámica (calefacción), también conocida como TEK, es una nueva fuente de calefacción de espacios alternativa. El diseño de la instalación incluye un vaso de expansión (acumulador hidráulico), una bomba y una electrobomba. El principio de funcionamiento se basa en la liberación de energía de dos chorros de agua que chocan entre sí al entrar en el depósito. A menudo, simplemente se conecta al sistema de calefacción de un apartamento o casa y no requiere la instalación de equipos adicionales, como una bomba de circulación, un filtro mecánico, etc.

En cuanto a una solución como instalar una chimenea, no está disponible para todos. Pero si vives en la última planta o el edificio tiene chimenea, entonces no tendrás ningún problema. Por supuesto, esto es bastante caro y requiere mucho espacio en la habitación. Pero a cambio obtienes una excelente calefacción. En principio, estas son las fuentes de calor alternativas más populares para casas de verano, donde hay mucho espacio y es posible hacer una chimenea usted mismo. Lo principal es hacer funcionar correctamente el sistema de calefacción de aire para que el aire fluya por toda la habitación.

Información básica sobre los sistemas solares.

Los sistemas solares, a pesar de su complejidad, son bastante populares. Pero si su uso en apartamentos es difícil, entonces para una residencia de verano o una casa de campo es justo lo que necesita. Tal fuente de calor consiste en (vacío). Se instala un colector en el techo, donde recoge la energía del sol. Cuando los rayos golpean su superficie, la habitación se calienta. Cabe destacar que el sistema funciona incluso a temperaturas bajo cero o con tiempo nublado. Pero no olvide que es extremadamente importante controlar el estado de las placas, limpiarlas de nieve, hojas, etc. Dado que ingresa al intercambiador de calor, se utiliza para el sistema de calefacción y calentamiento de agua para las necesidades del hogar. Pero en lugares donde el sol casi nunca está presente, tales sistemas no son prácticos de instalar.

Entonces que elegir

Hemos considerado la parte principal de las fuentes de calor alternativas. Como puede ver, hay bastantes de ellos. Pero lo que instale depende de usted. Entonces, los sistemas solares son preferibles en las regiones del sur y centro, y es prácticamente inútil instalarlos en las del norte. Una chimenea es adecuada para una casa de campo, y es mejor ponerla en un departamento.La mejor fuente de calor alternativa para un garaje son las estufas de barriga, ya que aquí puede quemar los desechos de aceite sin preocuparse por un olor específico.

Conclusión

Eso, en principio, es todo lo que se puede decir sobre este tema. La elección es muy grande, es necesario guiarse no solo por sus propias preferencias, sino también evaluar con seriedad sus capacidades financieras, así como la idoneidad de una elección particular. Si vienes a tu casa de campo un par de veces al año, entonces no tiene mucho sentido instalar un sistema solar allí, esto es equivalente a instalar una estufa de barriga en un apartamento con una renovación de estilo europeo. Por supuesto, la decisión es suya, pero tómela deliberadamente y piense primero en la seguridad, así como en no congelarse en tiempos difíciles.

El término moderno "alternativa" está tomado del latín ( alternancia– otros) por la necesidad de seleccionar entre varias posibilidades o indicar cada una de estas posibilidades consideradas.

Fuentes de energía para calefacción

La forma tradicional

Los métodos tradicionales para calentar un apartamento o una casa privada requieren la disposición de un sistema de calefacción, que incluye:

una fuente de calor que convierte la energía de la combustión del combustible o la energía de la red eléctrica en energía térmica;
un intercambiador de calor para transferir energía térmica desde un portador de energía a un portador de calor, para la posterior distribución de calor a los puntos de consumo de calor;
un circuito cerrado de tubería, a través del cual se estimula el movimiento del refrigerante en forma natural o forzada;
dispositivos de calefacción que distribuyen el calor del refrigerante al ambiente de la habitación.

La siguiente figura muestra la estructura de un sistema de calefacción con una caldera como fuente de calor y puntos de consumo de calor en forma de radiadores y suelo radiante.

La estructura del sistema de calefacción tradicional de una casa privada.

desventajas

Para la mayoría de los tipos de sistemas de calefacción, las calderas de calefacción son fuentes de energía térmica. En ellas se queman combustibles gaseosos, líquidos o sólidos para aprovechar el calor de combustión del combustible para calentar el refrigerante (las llamadas calderas de gas, combustible líquido y combustible sólido).

Otra opción para calentar el refrigerante en el intercambiador de calor de la caldera de calefacción es utilizar la energía de la red eléctrica (calderas de calefacción eléctrica).

Cada tipo de caldera y el portador de energía correspondiente tiene ciertas características negativas que afectan la eficiencia de su uso:

Las calderas de gas están muy extendidas debido a la disponibilidad de gas.

Los factores negativos que acompañan al uso de gas para calefacción son:

complejidad organizativa y técnica de la conexión al gasoducto;
la amenaza de ignición o explosión en caso de violación de las reglas para el funcionamiento de equipos de calefacción de gas o instalación incorrecta con las propias manos;
aumento de los precios de los recursos de gas.

Las calderas eléctricas son las más fáciles de instalar y mantener con sus propias manos. Las desventajas más significativas son:

volatilidad del equipo: cuando se apaga la fuente de alimentación, se detiene el flujo de calor hacia el sistema de calefacción;
altas tarifas eléctricas.

Las calderas de combustible líquido como fuentes de energía térmica son bastante difíciles de operar. De lo negativo, observamos los siguientes factores:

el alto costo del combustible líquido, la complejidad de su entrega y almacenamiento seguro;
ruido en el trabajo
olores desagradables al quemar combustible.

Sala de calderas casera con caldera de gasoil

Las calderas de combustible sólido de carbón, turba, madera o pellets impresionan por el bajo costo de los recursos de combustible y la independencia energética en funcionamiento, pero tienen sus inconvenientes:

el combustible cargado con sus propias manos en el horno de la caldera se quema rápidamente;
falta de automatización del proceso de carga de combustible;
la necesidad de un control visual constante del funcionamiento de la caldera.

Todos los sistemas de calefacción anteriores tienen dos inconvenientes comunes:

funcionan con fuentes de energía térmica no renovables: el combustible se quema por completo sin posibilidad de recuperación;
la operación de equipos que queman recursos naturales o utilizan electricidad suministrada centralmente va acompañada de un pago constante por el volumen de energía gastado y los proveedores de servicios por su provisión.

La siguiente figura muestra la entrega de gas licuado para calefacción de gas en el hogar.

Entrega de gas licuado a una casa particular.

Matices que necesitan atención:

¡Un calentamiento tan conveniente y familiar de una casa privada mediante la quema de recursos orgánicos no renovables conduce a una disminución catastrófica de las reservas naturales de combustible por dinero de nuestro propio bolsillo! Naturalmente, los precios de los combustibles fósiles aumentarán constantemente.
La combustión del combustible va acompañada de emisiones de dióxido de carbono y productos de combustión tóxicos volátiles, mientras que se depositan alquitrán y hollín.
Cada consumidor de combustible orgánico se ve obligado a equipar locales adicionales:

para almacenamiento de combustible;
para su combustión con liberación de productos de combustión a la atmósfera.

Concepto de calefacción alternativo

Al considerar opciones alternativas de calefacción para el hogar, debe decidir el concepto en sí.

Las fuentes de calor alternativas para una casa privada incluyen dos tipos de equipos fundamentalmente diferentes:

Aparatos que funcionan además de una caldera eléctrica o de gas autoinstalable. Por alguna razón, una caldera que funciona con gas o electricidad no proporciona el calor completo para el sistema de calefacción de todo el edificio.

La caldera proporciona la energía de calefacción principal y, durante los períodos pico o fuera de temporada, su funcionamiento se apoya en fuentes alternativas. En este caso, la calefacción alternativa será, por ejemplo, una caldera de pellets de bricolaje, o una unidad de quema de residuos, e incluso calentadores de infrarrojos.

Dispositivos que reemplazan completamente la caldera a gas, electricidad u otra fuente de energía tradicional. Su producción de calor es suficiente para proporcionar calefacción alternativa para el hogar.

Las alternativas más comunes para calentar viviendas sin quemar gas y otros combustibles fósiles son las tecnologías que utilizan la energía de los recursos naturales: calor de las entrañas de la tierra, géiseres, luz solar y procesos climáticos: viento, marea oceánica.

Casa equipada con paneles solares

Métodos modernos de calefacción.

La implementación práctica de proyectos sobre el uso de la energía de los recursos y fenómenos naturales como fuente alternativa de calor para calentar una vivienda afecta más ampliamente:

energía de la luz solar (sistemas solares térmicos);
energía eólica (energía eólica);
energía de interiores de tierra caliente (bombas geotérmicas).

Se señalan dos opciones para la aplicación práctica de la energía natural para las necesidades de calefacción alternativa de una casa privada:

transformación de la energía de un fenómeno natural en energía eléctrica, que luego se utilizará para calefacción autónoma, es decir, calentar la casa desde su propia fuente interna de electricidad;
calentamiento directo del refrigerante de trabajo del sistema de calefacción.

Sistema solar

Al organizar los sistemas de calefacción solar con sus propias manos, se utilizan ambas opciones para la radiación solar:

Convertir la energía solar en energía eléctrica mediante paneles solares.

Es costumbre llamar baterías solares a un grupo de convertidores fotoelectrónicos de semiconductores combinados en un módulo común para generar electricidad. Varios módulos solares crean un circuito para proporcionar a una casa privada una cierta cantidad de electricidad.

La potencia de cada módulo solar puede ser de 50 a 300 vatios. La siguiente figura muestra el principio del uso de paneles solares para la calefacción autónoma alternativa de un edificio.

Esquema de calentar una casa usando paneles solares.

El principio de funcionamiento del sistema solar:

desde el módulo solar, el flujo luminoso convertido ingresa al paquete de baterías;
las baterías generan corriente continua, que se envía al inversor;
en el inversor, la corriente continua se convierte en corriente alterna, que se utiliza para calentar los elementos de calefacción en el sistema de calefacción.

Los paneles solares solo pueden generar electricidad. No crean energía térmica, no se transforman y no se acumulan. Funcionan con igual eficacia en un día helado o con temperatura ambiente positiva, ya que para ellos es importante la intensidad del flujo solar incidente.

Uso de colectores solares para calentamiento directo de agua.

En la construcción de viviendas privadas, la instalación por cuenta propia de colectores solares para calefacción alternativa es más popular que la instalación de paneles solares. Los colectores convierten los flujos de luz solar directamente en energía térmica, evitando la formación de electricidad.

Los colectores de bricolaje para calefacción tienen una amplia variedad de diseños, que se pueden dividir en dos tipos:

colectores de placa plana, que consisten en absorbentes: elementos que absorben la luz solar (en el caso más simple, placas de metal o láminas negras) conectados a un sistema de tuberías;
colectores de tubería ensamblados a partir de tubos de vidrio, dentro de los cuales se inserta un absorbedor de acero.

La siguiente figura muestra una de las opciones de colectores solares de bricolaje con tubos de cobre colocados en el absorbedor para calentar el refrigerante.

Se bombea a los tubos un refrigerante con un umbral de cristalización mínimo. En el centro de Rusia, se recomienda el uso de una solución acuosa al 60 % de propilenglicol con una temperatura de inicio de cristalización de -39 0 C.

Colector solar de tubo de cobre

Ambos tipos de sistemas colectores se montan en la parte inclinada del techo de la casa. La siguiente figura muestra el principio de calentar un edificio usando un colector.

El líquido refrigerante calentado en el colector solar (línea roja) entra en el depósito de inercia, que actúa como acumulador de calor y sistema automático de mantenimiento de la temperatura en los circuitos de calefacción y agua caliente.

Si falta calor entrante en días nublados, el agua del depósito de inercia se calienta con otra fuente de calor disponible, por ejemplo, el agua de una caldera de gas, que es la principal fuente de calor del sistema de calefacción.

Gracias a la automatización, la temperatura en el sistema de calefacción se controla constantemente. Por la noche, la falta de calor solar se compensa conectando un elemento calefactor para mantener un nivel de temperatura agradable.

El principio de funcionamiento del sistema de calefacción del colector solar.

energía eólica doméstica

El uso de la energía cinética de los flujos de aire para las necesidades de calefacción de una casa privada se lleva a cabo en dos direcciones:

Convertir la energía cinética del viento en energía eléctrica girando el rotor de aerogeneradores especiales.

La electricidad resultante se almacena en baterías y, según sea necesario, a través de inversores (similares a la tecnología de calefacción solar) se utiliza para calentar agua en el sistema de calefacción. Cuando hace buen tiempo, los dispositivos de calefacción están conectados a la red eléctrica general.

Conversión de la energía del rotor giratorio de un aerogenerador en energía térmica para el calentamiento directo del refrigerante mediante generadores de calor VTG vortex.

El método dominante en la construcción de viviendas privadas es la fabricación e instalación de dispositivos que consisten en un molino de viento, un generador y una batería para generar su propia electricidad. El diseño cautiva por su sencillez y la posibilidad de automontaje.

Los aerogeneradores se diferencian entre sí según los siguientes indicadores:

la ubicación del eje de rotación - vertical u horizontal;
número de palas de la hélice;
paso de tornillo.

La siguiente figura muestra una casa equipada con aerogeneradores con un eje de rotación horizontal.

Turbinas de viento para el suministro de energía de una casa privada

Bombas geotérmicas (de calor)

Los dispositivos que pueden utilizar la energía geotérmica del interior de la tierra permiten a los propietarios de casas particulares ahorrar significativamente en gas u otros tipos de combustible al calentar sus hogares. La energía térmica se extrae directamente de las profundidades de la tierra o del fondo de un embalse mediante un dispositivo denominado bomba de calor.

El principio de funcionamiento de una bomba de calor es similar al funcionamiento de una unidad de refrigeración que utiliza freón:

cuando el freón líquido pasa a través de tuberías a una profundidad considerable en un depósito o en un pozo perforado, en el que se mantiene una temperatura positiva incluso en invierno, el freón comienza a evaporarse, pasando a estado gaseoso;
la fase gaseosa del freón asciende y entra en el compresor, que la comprime fuertemente;
cuando el gas se comprime en un volumen limitado, se calienta hasta 80 grados C;
el freón se enfría en el intercambiador de calor;
en la cámara de aceleración, debido a la disminución de la temperatura y la presión, el freón vuelve a convertirse en líquido;
se repite el ciclo.

Las bombas de calor son unidades que dependen de la energía, sin embargo, el consumo de energía para el funcionamiento del dispositivo es desproporcionadamente menor que el que se necesitaría para el calentamiento eléctrico directo del refrigerante.

La temperatura del refrigerante en el sistema de calefacción con dispositivos geotérmicos no supera los 50 grados, lo que no es suficiente para la calefacción por radiadores, pero para los "pisos cálidos" es suficiente.

Las bombas de calor difieren estructuralmente en la tecnología de calentamiento del freón hasta que pasa al estado gaseoso. Dependiendo de la fuente de emisión de "calor de bajo nivel":

instalaciones de agua para la obtención de calor a partir de depósitos superficiales o de aguas subterráneas;
de tierra, "quitando" el calor del suelo;
aire.

Al clasificar los dispositivos geotérmicos, también se tiene en cuenta el tipo de refrigerante en el sistema de calefacción: agua o aire. En consecuencia, los dispositivos reciben las designaciones "suelo - agua", "suelo - aire", "agua - agua", etc.

Vídeo sobre calefacción.

En el video a continuación se describe cómo organizar la calefacción económica en el hogar con sus propias manos.

La lógica de pasarse a la calefacción alternativa no es solo ahorrar dinero en la compra de gas o en el pago de la factura de la luz.

Por supuesto, los precios de la energía no renovable se están disparando. Pero, ¿cómo no recordar las palabras de D. Mendeleev, quien dijo: "Quemar aceite es lo mismo que calentar la estufa con billetes"?

No es razonable quemar toneladas de carbón o decenas de metros cúbicos de madera para calentar una habitación modesta y al mismo tiempo causar un daño irreparable a la pureza de la ecología circundante.

La calefacción alternativa es la calefacción de una casa con la ayuda de las llamadas fuentes de energía alternativas, que incluyen principalmente la energía interna del planeta Tierra. A cierta profundidad, dependiendo de la ubicación geográfica de la zona, su temperatura es casi constante y positiva en cualquier época del año.

Un ejemplo simple: en el centro de Rusia, a una distancia de 170 cm de la superficie terrestre, la temperatura es de 8 a 10 grados centígrados. El agua subterránea tiene la misma temperatura, y los ríos y lagos, incluso en invierno, bajo el espesor del hielo, tienen una temperatura de 3-4 C.

En áreas ubicadas en el norte, el suelo "cálido" puede estar más profundo, y en las regiones del sur, por el contrario, más cerca de la superficie de la tierra. Esto significa que incluso en heladas severas, las entrañas de la Tierra tienen un suministro de energía térmica suficiente para calentar una casa. El único problema es cómo usarlo correctamente para la calefacción alternativa del hogar.

Para ello, es necesario resolver un problema difícil: transferir calor de un cuerpo menos calentado a un cuerpo más calentado: un portador de calor utilizado en los sistemas de calefacción (recordemos que la temperatura del interior de la tierra a una profundidad aceptable es de 8- 10C).

Una solución simple al complejo problema de la calefacción en una casa privada.

Fue posible hacer esto solo a mediados del siglo pasado, después de la invención y la amplia distribución de los refrigeradores domésticos, cuyo dispositivo incitó al suizo "Kulibin" Robert Weber a la idea de dirigir la energía térmica liberada por el congelador para las necesidades del hogar y usarlo para calentar agua caliente.

Así fue como se inventó la bomba de calor moderna, que no es más que un "refrigerador inverso", en sentido figurado, "tomando frío de una habitación calentada y transfiriéndolo a la masa de la Tierra".

Por supuesto, es más correcto, desde el punto de vista de los profesionales, hablar de utilizar la reserva de energía térmica de un cuerpo menos calentado y transferirla a un cuerpo más caliente.

En una forma primitiva, este proceso se puede describir usando fórmula sencilla:

Q=CM(T2-T1), donde
Q-calor recibido
C-capacidad de calor
M-masa
T1 T2 diferencia de temperatura por la que se enfrió el cuerpo

Esto quiere decir que la cantidad de energía térmica transferida durante el enfriamiento de uno u otro cuerpo no importa, ya sea que estemos hablando de una estufa rusa calentada que pesa varias toneladas o un radiador de calefacción que pesa un par de decenas de kilogramos, es directamente proporcional a la capacidad calorífica del material del que está hecho, su masa y la diferencia de temperatura por la que se produce el enfriamiento.

Es fácil adivinar que cuando un kilogramo de una sustancia se enfría 50 grados, se liberará la misma cantidad de energía térmica que cuando 50 kg de la misma sustancia se enfrían 1 grado.

En otras palabras, al reducir la temperatura del suelo que pesa varios cientos de toneladas en solo una fracción de grado, puede obtener la cantidad de calor que es suficiente para calentar una casa privada. Al mismo tiempo, es posible enfriar no solo el suelo, sino también el agua en los embalses, así como el aire, cuya masa también tiene un enorme suministro de energía térmica.

La bomba de calor como fuente de calefacción alternativa

Para la calefacción alternativa de una casa privada, es suficiente comprar e instalar una bomba de calor, un dispositivo especialmente diseñado para usar energía de baja temperatura para calefacción y suministro de agua caliente y que funciona según el principio de un acondicionador de aire o refrigerador moderno. Por cierto, exteriormente, la bomba de calor se parece a un refrigerador doméstico común y, en términos de dimensiones, difiere poco de él.

Para comprender exactamente cómo funciona una bomba de calor, basta con recordar el dispositivo y el principio de funcionamiento de un refrigerador, en el que el calor se "quita" de los productos y se "arroja" al medio ambiente. Es por eso que se recomienda, al instalar equipos de refrigeración, crear un espacio libre a su alrededor, lo que garantiza la eliminación oportuna del calor.

Si el frigorífico toma calor de los alimentos y genera frío, entonces la bomba de calor lo toma de la masa de tierra, agua o aire y dirige la energía calorífica resultante para calentar la casa. En él, así como en el refrigerador, hay un evaporador, un acelerador, un compresor y un condensador. La principal diferencia en el funcionamiento de estos dispositivos es creada por la configuración.

El principio de funcionamiento de una bomba de calor se describe utilizando el ciclo de Carnot. Se puede considerar en el ejemplo de un sistema de calefacción de una casa que usa una bomba de calor que bombea energía a baja temperatura de la masa de la tierra.

Cómo funciona una bomba de calor

El refrigerante que circula en un circuito cerrado ingresa al evaporador, donde se expande, acompañado de un aumento de volumen y una disminución de la presión. También evapora el refrigerante y baja su temperatura. Durante este proceso, el refrigerante toma activamente la energía térmica de las paredes del evaporador conectado al intercambiador de calor, a través del cual se mueve el refrigerante, llamado "salmuera" en el sistema de bomba de calor. En este momento, la energía térmica de la masa de la tierra ingresa al sistema de bomba de calor.

Luego, el refrigerante ingresa al compresor, donde se comprime y luego se empuja hacia el condensador, durante el cual la temperatura del refrigerante aumenta a 80-120 C.

En este caso, el calor se transfiere al refrigerante que circula por el intercambiador de calor conectado al condensador. El refrigerante enfriado ingresa al evaporador y el proceso se repite. La bomba de calor funciona desde la red eléctrica, pero el consumo de electricidad y el coste de la misma son insignificantes en comparación con el efecto obtenido, lo que es especialmente importante para la calefacción alternativa de una casa particular.

Durante el funcionamiento de la bomba de calor, el refrigerante se puede calentar a temperaturas superiores a los 100 grados centígrados, lo que es suficiente para la calefacción y el suministro de agua caliente y le permite crear ciertas reservas de calor, calentando, por ejemplo, un acumulador de calor.
Para garantizar condiciones confortables y reducir el consumo de electricidad, las bombas de calor están equipadas con termostatos que mantienen la temperatura de calentamiento requerida del refrigerante.

Tipos de bombas de calor

Las bombas de calor se clasifican según el tipo de energía térmica utilizada para su funcionamiento. En este sentido, existen:

Bombas geotérmicas, verticales y horizontales, aprovechando el calor de las aguas subterráneas. En este caso, la transferencia de calor se produce según el esquema "agua-agua".
Acuático que aprovechan el calor de lagos, ríos y mares. Al mismo tiempo, la transferencia de calor también ocurre según el esquema "agua-agua".
Aire aprovechando el calor de las masas de aire. La transferencia de calor se lleva a cabo de acuerdo con el esquema "aire-agua".
Tierra que aprovechan la energía térmica del suelo. La transferencia de calor se lleva a cabo de acuerdo con el esquema "suelo-agua".

Ventajas y desventajas de las bombas de calor.

La calefacción alternativa basada en una bomba de calor tiene una serie de ventajas:

Es seguro para el medio ambiente y los seres humanos. Con él, puede estar seguro de que la casa no está amenazada por un incendio debido a un equipo defectuoso, los gases de combustión no ingresarán a la habitación y el medio ambiente no sufrirá por el dióxido de carbono.
La bomba de calor te permite obtener energía térmica barata
Puede cambiar de modo de funcionamiento y utilizarse para climatización en verano
Es confiable y duradero.

No es casualidad que en los países desarrollados, como Japón, el uso de bombas de calor se considere la dirección más prometedora en la calefacción alternativa del hogar.

La búsqueda de nuevas fuentes de energía comenzó mucho antes de que quedara claro que las reservas de hidrocarburos en la Tierra no son tan ilimitadas y que el agotamiento del subsuelo tiene un carácter de avalancha. Allá por 1846 se crea el primer aerogenerador del mundo, en 1861 se monta y pone en marcha una instalación para obtener energía de la luz solar. Y en 1913, la bomba geotérmica dio los primeros kilovatios. Sin embargo, solo recientemente, el nivel general de desarrollo tecnológico ha permitido superar una serie de problemas previamente insolubles, y los equipos domésticos bastante efectivos por dinero sensato comenzaron a ingresar a la producción en masa. Hablaremos más sobre cuán realista es hacer calefacción alternativa para una casa privada.

¿Qué se puede considerar calefacción alternativa?

Dio la casualidad de que no existe un enfoque único para la definición y clasificación. Los fabricantes de dispositivos de calefacción, los vendedores de equipos y los medios de comunicación están listos para explotar este concepto a su manera. Muy a menudo, los tipos alternativos de calefacción doméstica se denominan todo lo que no funciona con gas. Esto puede incluir una instalación de "biocombustible" de pellets, pisos calefaccionados por infrarrojos o una caldera eléctrica iónica. A veces, el énfasis está en una implementación inusual, por ejemplo, "zócalo cálido" o "paredes cálidas", en una palabra, todo es relativamente nuevo, que se ha utilizado activamente desde finales del siglo pasado.

Entonces, ¿cuál es realmente una alternativa para una casa privada? Centrémonos en las opciones donde se observan tres principios básicos.

En primer lugar, consideramos solo las fuentes de energía renovables.

En segundo lugar, el rendimiento del equipo debe ser suficiente para complementar, al menos parcialmente, la calefacción (como el sistema que consume más energía), y no solo garantizar el funcionamiento de unas pocas bombillas.

En tercer lugar, el costo/rentabilidad de la central eléctrica debe estar en un nivel tal que sea recomendable utilizarla para necesidades domésticas.

Opciones alternativas de calefacción

Ventajas y desventajas de tales sistemas.

Por varias razones, los desarrolladores están pensando en la calefacción alternativa de una casa o apartamento. Los propietarios de viviendas son los menos interesados en las tendencias de la moda, todos necesitan nuevas oportunidades que se pueden obtener:

Ahorre dinero en las facturas de energía utilizada. Electricidad, gas, combustible diesel e incluso leña: todo esto aumenta regularmente de precio, y este proceso es irreversible.
Garantizar una autonomía completa, o al menos reducir la dependencia de redes compartidas y proveedores externos. La práctica muestra que tales sistemas se usan con mayor frecuencia como una alternativa a la calefacción de gas por falta de la capacidad de conectarse a la red eléctrica.
No necesita comunicarse con los funcionarios para obtener una serie de documentos necesarios. No tiene que pedir energía adicional (electricidad) o, por ejemplo, permiso para conectarse a una tubería de gas.
Los partidarios del respeto por el medio ambiente no pueden sino alegrarse de que los molinos de viento, las bombas de calor o los sistemas solares permitan el uso de fuentes de energía verdaderamente limpias.
Las centrales eléctricas son completamente seguras para las personas y los hogares, ya que no existe ningún proceso de combustión (fuego, combustible inflamable, gases de combustión).

Desafortunadamente, en todos los aspectos, todavía no existe una opción ideal. En algún lugar obtenemos una eficiencia muy baja, en otros casos tenemos restricciones severas en las condiciones de operación, lo que en la práctica se traduce en parámetros de suministro de energía demasiado inestables. Algunas instalaciones necesitan electricidad para funcionar y no pueden funcionar de forma autónoma. Otros tienen un precio demasiado alto, por lo que el retorno de la inversión puede prolongarse durante décadas o incluso cuestionarse.

Colectores solares en el sistema de calefacción.

Un problema aparte es la complejidad técnica de tales centrales eléctricas. No es fácil para un no profesional instalarlos y configurarlos, sin mencionar la fabricación de calefacción alternativa desde cero con sus propias manos. Por ejemplo, para crear un molino de viento lo suficientemente potente (y lo más importante, que funcione).

Al elegir métodos alternativos para calentar una casa privada, debe prestar atención a los siguientes puntos:

costo de los gastos de capital,
costos de operacion,
vida útil del equipo antes de las primeras fallas,
posibilidades técnicas de instalación,
requisitos para las condiciones de operación (número de días soleados, presencia de vientos, etc.),
rendimiento real

Aprovechamiento de la energía eólica y solar

Aerogeneradores en sistemas de calefacción

La energía eólica cinética se usa típicamente para alimentar edificios, pero los modelos potentes pueden proporcionar al menos calefacción parcial en condiciones casi ideales. Si no tiene en cuenta los costos iniciales, la electricidad resultante no le cuesta nada al consumidor. Es muy importante que no se necesiten recursos auxiliares para el funcionamiento del aerogenerador, estos funcionan de manera autónoma todo el tiempo. Estas unidades, como fuentes de energía auxiliares, se integran con éxito en sistemas donde otros tipos de dispositivos de calefacción son los principales.

Equipamiento estándar del aerogenerador

Hay muchos tipos de diseños de molinos de viento, pero generalmente se dividen en dos grandes categorías:

Aerogeneradores horizontales con palas tipo hélice. Estas unidades son más productivas (tasa de utilización de energía eólica de hasta el 52 %), por lo que son más adecuadas para las necesidades de calefacción, pero tienen una serie de restricciones operativas y de consumo.
Generadores eólicos con eje de rotación vertical. Estas turbinas son de potencia relativamente baja (KIEV inferior al 40%), pero no requieren orientación al viento, pueden usar no solo flujos laminares, sino también turbulentos, comienzan a generar corriente incluso a bajas velocidades. Son más fáciles de mantener porque el generador está cerca del suelo y no en un mástil en una góndola.

Aquí hay algunas desventajas de usar molinos de viento para calentar:

Altos costos de capital. Más del 70 por ciento de los fondos se gastan en elementos auxiliares: baterías, inversor, automatización de control, estructuras de instalación. Las inversiones se amortizan solo después de varias décadas.
Baja eficiencia - baja potencia. Además, parte de la energía se pierde en el proceso de convertir la electricidad en calor.
El terreno requiere la presencia de vientos constantes con alta velocidad. La energía es inestable, depende en gran medida del clima y la estación, requiere monitoreo y acumulación regulares.
El equipo ocupa mucho espacio.
Los aerogeneradores generan mucho ruido durante su funcionamiento.

¡Nota! Si el viento es demasiado fuerte, el generador tampoco funcionará, ya que se activa la automatización de protección.

Sistemas solares: baterías y colectores solares

Los sistemas solares realizan el calentamiento directo del refrigerante o convierten la energía mediante el método fotovoltaico. En la primera opción, los rayos del sol calientan agua / anticongelante (en algunos modelos, aire), que se transporta al local y emite calor a través de radiadores. En el segundo caso, los fotones de luz se transforman en energía eléctrica que alimenta los dispositivos de calefacción convencionales alimentados por electricidad (calderas, calentadores, suelos radiantes).

El principio de funcionamiento del colector solar para calefacción y agua caliente.

En consecuencia, hay dos tipos de dispositivos:

Colectores solares. El sistema consta de un circuito para la circulación del refrigerante, un depósito de acumulación y el propio colector. Según el diseño, los colectores se distinguen: plano, vacío y aire (el aire se usa como refrigerante).
Paneles solares. La instalación consta de paneles con fotocélulas, controladores e inversor. La batería genera una corriente continua de 24 o 12 voltios, que se recoge en baterías y, tras ser convertida por un inversor en corriente alterna (220 V), se suministra a las tomas.

¡Nota! Si instala un medidor de disco para contabilizar la electricidad de la red, responderá a la corriente recibida de los paneles solares; comenzará a rebobinar las lecturas de acuerdo con la cantidad de energía entrante adicional.

Hay varias desventajas de las instalaciones solares. En primer lugar, la dependencia de los factores meteorológicos y la ciclicidad (estacional y diaria). Las baterías tienen baja eficiencia para proporcionar una gran cantidad de energía estable, deben ocupar un área grande y estar equipadas con costosas baterías recargables, que a menudo deben cambiarse. La desventaja de los colectores es su dependencia de la electricidad (para el funcionamiento de una bomba o ventilador) o, por ejemplo, el peligro de congelación del refrigerante.

Los paneles fotovoltaicos se completan de manera similar a las turbinas eólicas (controlador, baterías, inversor), por lo que pueden combinarse fácilmente con ellos en sistemas híbridos.

Bombas de calor para calentar una casa privada.

Con este método de calefacción alternativa, el equipo extrae y concentra el calor que se acumula en el suelo, el agua o el aire. La energía se transfiere en intercambiadores de calor, y para la circulación de los portadores de calor en el sistema, se utilizan varios circuitos independientes. Según el principio de funcionamiento, una bomba de calor es similar a una unidad de refrigeración (donde el compresor es el principal elemento de potencia), solo que funciona a la inversa.

Características de la transferencia de energía en bombas de calor.

¡Nota! Las bombas de calor pueden considerarse una forma universal y más confiable de organizar calefacción alternativa para una casa privada. Sin embargo, su funcionamiento requiere una fuente de alimentación ininterrumpida. Existe un "factor de conversión": por cada kilovatio de electricidad consumido, se reciben entre 3 y 5 kW de calor.

Instalaciones geotérmicas "subterráneas-agua" y "subterráneas-aire"

Estas instalaciones recogen el calor de pozos largos o capas horizontales de poca profundidad. Estas bombas de calor son las más eficientes, ya que la energía térmica del suelo tiene un rendimiento estable y está disponible en cualquier latitud. Hay dos tipos de dispositivos:

Las sondas verticales se ubican en pozos de hasta varios cientos de metros de profundidad. Muestran el mejor rendimiento, pero son demasiado caros, principalmente debido al trabajo de perforación.
Los colectores horizontales consisten en un sistema de tuberías colocadas a una profundidad de aproximadamente 1,2 a 1,5 metros (por debajo del nivel de congelación). Son menos eficientes y ocupan áreas significativas que no están sujetas a desarrollo y no son adecuadas para el cultivo de plantas perennes. La principal ventaja de tales estructuras es que los costos de excavación son mucho más bajos.

En verano, la bomba de calor puede funcionar en modo inverso, realizando las funciones de un acondicionador de aire

Bomba de calor "agua-agua" y "agua-aire"

El circuito con el refrigerante primario está ubicado en el fondo de un lago o río que no se congela. Es similar en configuración a un colector horizontal. Se puede aprovechar el calor de las aguas residuales industriales y del alcantarillado, así como el de las aguas subterráneas. Hay dos tipos de estructuras:

El agua es el portador de calor y se bombea dentro del circuito primario abierto.
El agua cede su energía a un circuito primario cerrado, donde circula "salmuera" como portador de calor.

Obviamente, para organizar dicho suministro de energía, se debe ubicar un depósito adecuado de un área bastante grande directamente cerca de la casa.

Bombas de calor de fuente de aire

Para obtener calor del aire se utilizan dispositivos con un gran radiador-intercambiador de calor y un ventilador productivo, que deben bombear grandes volúmenes de masas de aire. Estas unidades pueden calentar agua o dar energía inmediatamente al aire (por ejemplo, los acondicionadores de aire con función de calefacción funcionan), a veces utilizan el calor de los gases de combustión o los flujos salientes de los sistemas de ventilación.

Estas son las bombas de calor más económicas, pero son las menos eficientes y no todas pueden operar a temperaturas significativamente bajo cero (en la mayoría de los casos, -10 es el límite). Solo las instalaciones más avanzadas controladas por inversor producirán calor a -25 grados en el exterior.

Opción de colocación de colectores geotérmicos

Entonces, ¿las formas alternativas de calentar una casa privada tienen derecho a la vida? ¡Indudablemente! Esto es al menos previsor. Ya ahora pueden complementar cualitativamente los generadores de calor tradicionales. Si las condiciones técnicas lo permiten, es posible ensamblar un sistema híbrido y cambiar completamente a fuentes renovables. Es cierto que esto requerirá una cierta cantidad de dinero y ayuda calificada de profesionales. Pero si por alguna razón es imposible alejarse de los hidrocarburos, entonces tiene sentido modernizar el sistema de calefacción convencional para que pueda regular la temperatura del refrigerante de la manera más eficiente posible o, como opción, dirigir los esfuerzos para aislar el envolvente del edificio para minimizar la pérdida total de calor.

Video: sistemas de calefacción alternativos y de bajo consumo.

En el deseo de causar el menor daño posible al medio ambiente y reducir el consumo de recursos energéticos no renovables, muchos propietarios están considerando la calefacción alternativa como fuente para calentar su hogar en el invierno. Actualmente, los propietarios de viviendas tienen acceso a una variedad de fuentes alternativas de calefacción que utilizan energía solar, pellets de combustible, briquetas de madera, bombas geotérmicas, etc. en el proceso de generación de calor.

Dichos sistemas no solo son seguros para el medio ambiente, sino que también brindan una serie de ventajas a los propietarios de viviendas: no implican el uso de productos de las industrias del gas, el petróleo o la energía y reducen los costos mensuales de calefacción. Para saber qué alternativa de calefacción para el hogar es la más aceptable y rentable, debe familiarizarse con las especificaciones de cada sistema de calefacción disponible en el mercado hoy en día.

Actualmente, los tipos alternativos de calefacción están representados por una variedad de dispositivos, entre los que se encuentra una bomba geotérmica que le permite generar calor de manera eficiente en viviendas ubicadas en la zona de clima templado. De acuerdo con el principio de funcionamiento, un sistema geotérmico es similar a un esquema estándar de calefacción doméstica: para su funcionamiento es necesaria la circulación del refrigerante, sin embargo, el elemento clave de dicho sistema no es una caldera, sino una bomba geotérmica. . Al igual que una caldera de gas tradicional, este electrodoméstico es de tamaño compacto y no ocupa mucho espacio en la casa.

La eficiencia de la bomba es impresionante: con un kilovatio de electricidad consumido, genera cinco kilovatios de calor.

El principio de funcionamiento del sistema geotérmico es que el intercambiador de calor se coloca en el espesor de la tierra o en el espesor de las aguas termales, y el refrigerante que circula por él toma la temperatura ambiente. Luego, el refrigerante calentado ingresa a la bomba de calor y luego se alimenta al circuito, emitiendo calor a la habitación.

Este método de calentamiento alternativo es silencioso, seguro y muy eficiente. Al mismo tiempo, la fuente de calor para el sistema de calefacción geotérmica es un recurso inagotable que está disponible en cualquier momento. Entre las desventajas de este método, existen matices como la complejidad de la instalación, el alto costo del equipo, la laboriosidad del trabajo en tierra, por lo que hacer fuentes de calefacción alternativas geotérmicas con sus propias manos será bastante problemático y tendrá que recurrir a la ayuda de especialistas en geodesia.

Uso de energía solar

Las alternativas de calefacción solar pueden ser activas o pasivas. La calefacción solar pasiva se basa en el uso de elementos especiales en la estructura del edificio para recolectar y almacenar energía. Los proyectos para la construcción de este tipo de casas incluyen la colocación de grandes ventanales en el lado sur de la fachada, así como la presencia de superficies en el interior de la casa para absorber y almacenar energía solar. Dichas superficies absorbentes pueden ser paredes y pisos de concreto y otros materiales que ahorran calor en la construcción de la casa. Recogen el calor y lo almacenan para su uso posterior.

Los sistemas de calefacción activos para una casa particular son alternativos, implican la presencia de equipos complejos y costosos: colectores solares, intercambiadores de calor, tanques y elementos para controlar la recolección de energía, una caldera de vapor solar parabólica, etc. En el proceso, los sistemas de calefacción solar activos dependen del uso de la electricidad necesaria para alimentar algunos elementos.

Ambos sistemas de calefacción son bastante eficientes y utilizan energía solar 100% renovable como fuente de calor.

Se pueden utilizar para la calefacción y el suministro de agua caliente de las casas. Entre las ventajas de este tipo de calefacción, cabe destacar la ausencia de emisiones nocivas, el respeto por el medio ambiente, el funcionamiento estable y la reducción de los costes mensuales de calefacción. Las desventajas también están presentes y radican en el alto costo del equipo y la complejidad de su instalación en la casa.

Calderas que utilizan fuentes de energía renovables

A diferencia de los sistemas enumerados anteriormente, que son complejos y costosos, calentar una casa privada con una caldera de leña puede convertirse en una opción asequible y efectiva para calentar una casa para una amplia gama de propietarios racionales y económicos. Por el momento, la calefacción de leña de una casa de campo es una buena alternativa a las calderas de gas tradicionales, cuyo uso implica la inevitable recepción de sólidas facturas de gas todos los meses. Y puede averiguar cómo organizar la calefacción en el hogar sin gas.

Al mismo tiempo, los propietarios de la casa que han elegido esta opción de calefacción pueden comprar leña para calefacción a un precio asequible o prepararla ellos mismos y lograr ahorros aún más impresionantes. Puede comprar calderas de leña para calentar el hogar, cuyos precios dependen del modelo elegido, en una tienda o en el sitio web del fabricante. Al elegir una caldera, debe prestar atención a sus especificaciones.

Los siguientes indicadores son de importancia decisiva:

Vale la pena señalar que la leña no es el único tipo de combustible con el que pueden funcionar las calderas. En particular, las calderas de calefacción alternativa pueden usar aserrín, briquetas de turba, gránulos, gránulos de combustible como combustible combustible. Dichos materiales son mucho más baratos que los combustibles gaseosos y líquidos, como el fuel oil. Además, pueden ser producidos en cualquier país y no requieren el establecimiento de suministros de otros países.

Las calderas renovables de leña pueden utilizarse como fuentes de calor primarias o complementarias en la vivienda, y el propietario puede elegir el modelo que mejor complemente el sistema de calefacción existente y lo haga más eficiente y económico.

perspectivas

La competencia entre las empresas involucradas en la producción y venta de sistemas de calefacción alternativos motiva a los fabricantes a establecer precios cada vez más asequibles para atraer clientes. Las autoridades de los estados que no tienen sus propias fuentes de petróleo y gas y dependen de los suministros de exportación de combustible también están interesadas en utilizar calefacción alternativa. Por lo tanto, es probable que en los próximos años, la instalación de sistemas de calefacción alternativos en la casa se convierta en un lugar común y los propietarios puedan aprovechar la operación de un sistema ecológico que es cualitativamente diferente de las fuentes de calor tradicionales.