Coletor geotérmico
Os coletores geotérmicos são trocadores de calor geotérmicos que consistem principalmente em tubos de plástico colocados horizontalmente no solo (em oposição a sondas geotérmicas que são instaladas verticalmente em um poço ). Eles são usados principalmente como uma fonte de calor para aquecimento de bomba de calorusava. O rendimento de calor dos coletores de superfície instalados em uma profundidade rasa é fortemente dependente do perfil de temperatura sazonal nas camadas de solo próximas à superfície. A fabricação de um coletor plano é, portanto, particularmente útil em regiões baixas com clima ameno. Como a temperatura do solo aumenta como resultado da entrada de água da chuva e também da radiação solar, espaços abertos sem vedação e sem sombra, como gramados, são ideais para a instalação de coletores geotérmicos.
Além disso, fontes de ar privam o calor do solo em uma profundidade rasa. Funcionam em conjunto com sistemas de ventilação ou bombas de calor ar / água .
deitado
Os tubos coletores são colocados pelo menos 20 cm abaixo da linha de gelo local , normalmente a uma profundidade de 1 a 1,5 metros.
Dependendo do esquema de assentamento, fala-se em valas ou coletores de superfície .
No caso dos coletores de superfície, os tubos coletores são frequentemente colocados em forma de meandros com um espaçamento entre tubos de 1,2 a 1,5 m, como é o caso do piso radiante . Para permitir um alto nível de extração de calor em edifícios mal isolados no curto prazo, pode fazer sentido escolher um espaçamento de tubo mais próximo ou usar registros pré-fabricados feitos dos chamados tubos capilares .
Uma forma de coletor de superfície que economiza espaço é o chamado coletor de trincheira em anel . Os tubos são colocados em laços em uma trincheira anular de até 2 m de profundidade. Isso permite que mais solo seja desenvolvido com menos volume de escavação, o que diminui os custos em comparação com os outros tipos de coletor de superfície. Este projeto é propagado por vários fabricantes de bombas de calor geotérmicas modulantes como uma alternativa econômica ideal para uma sonda geotérmica.
Os chamados coletores espirais ou cestos de calor geotérmico têm um requisito de espaço significativamente menor do que os coletores de superfície, mas devem ser instalados mais profundamente. Eles também podem ser usados em propriedades menores se não houver espaço para coletores de superfície nem acesso a equipamentos de perfuração profunda para sondas geotérmicas.
Enquanto as sondas geotérmicas com uma bomba de salmoura de design generoso a uma temperatura de 10 ° C durante todo o ano, a temperatura média do solo no início de fevereiro a uma profundidade de um metro é de 2 ° C. A uma profundidade de dois metros, é 4,5 ° C. Em contraste, a temperatura do solo nesta profundidade pode chegar a 20 ° C em agosto.
Dependendo da natureza do solo e, em particular, do teor de água, o lapso de tempo entre as temperaturas do ar e do solo a uma profundidade de 6 a 12 m é de seis meses, de modo que aqui o perfil qualitativo de temperatura é exatamente o oposto do A superfície da Terra. No entanto, as amplitudes de flutuação absoluta nesta profundidade são apenas muito pequenas de qualquer maneira.
Para usar a capacidade de armazenamento do solo, os coletores teriam que ser colocados nesta profundidade. A energia armazenada nas camadas mais profundas do solo não é totalmente regenerada pelo calor fornecido pela superfície da terra no verão, enquanto o calor armazenado nas camadas superiores é perdido novamente no início devido ao resfriamento natural.
Um compromisso concebível seria preencher o topo do coletor geotérmico com material isolante de calor, como escória leve , cascalho de espuma de vidro , perlita , ardósia expandida ou argila expandida . Isso aumentaria a mudança de fase entre a superfície da Terra e a Terra no nível do coletor, de modo que, no inverno, uma quantidade maior de energia estaria disponível nas camadas da Terra abaixo do coletor.
Meio de transferência de calor
Uma mistura de água-glicol como meio de transferência de calor circula pelo sistema de tubulação fechada . O calor trazido para o solo pela chuva e pelo sol é extraído por meio do meio transportador e enviado para a bomba de calor .
poder
A produção de calor que pode ser obtida depende da natureza do solo . Solos secos de granulação grossa são menos adequados para o transporte de calor do que solos úmidos de água subterrânea. É por isso que o desempenho dos coletores de superfície clássicos varia de 10 W / m² a 35 W / m² para pisos de água subterrânea. Com uma potência de entrada de calor de 20 W / m² , é necessária uma área útil de 300 m² para fornecer um sistema de aquecimento por bomba de calor com potência de 6 kW . Isso corresponde aproximadamente ao dobro do espaço vital a ser aquecido . Um coletor de vala em anel projetado para a mesma saída requer menos espaço em comparação com o projeto clássico.
Tanto o uso de uma bomba de calor como a instalação de coletores geotérmicos em uma profundidade rasa são particularmente úteis se a diferença de temperatura entre a fonte de calor e o dissipador de calor for suficientemente pequena. O ano de construção e as propriedades de isolamento térmico do edifício são apenas indiretamente relevantes. Devido às elevadas temperaturas de fluxo exigidas, o funcionamento de uma bomba de calor para aquecimento de edifícios antigos não é lucrativo em alguns casos. As informações sobre isso são fornecidas por meio de uma calibração térmica. Se o dissipador de calor for calibrado corretamente, as temperaturas de fluxo que são adequadas para bombas de calor geralmente resultam, mesmo em edifícios antigos. No entanto, tal comparação raramente é realizada e geralmente é executada com curvas de aquecimento excessivamente altas e redução das superfícies de aquecimento por meio de controles individuais da sala, o que leva a requisitos excessivos de energia da bomba de calor. Deve-se notar que uma alta demanda de calor requer o desenvolvimento de uma superfície de coletor possivelmente muito grande. Se o campo coletor for muito pequeno, o solo congela e a eficiência cai de dezembro para fevereiro. No entanto, devido à grande quantidade de calor latente a 0 ° C, a temperatura da salmoura é estabilizada para que os requisitos elevados de calor também possam ser atendidos. No entanto, dependendo do tipo de solo e da quantidade de gelo que se formou, podem ocorrer elevações indesejáveis.
benefícios
- sistema fechado com meio de salmoura inofensivo
- custos de fabricação muito favoráveis devido a:
- fácil desenvolvimento da fonte de calor com a ajuda das máquinas de construção que já estão disponíveis para grandes projetos de construção
- Uso de tubo PE simples para fabricar o coletor
- colocação sem problemas na própria contribuição
desvantagem
Os coletores geotérmicos requerem uma grande área em comparação com as sondas geotérmicas instaladas em poços profundos.
Em invernos frios, a temperatura natural do solo pode cair para 0 ° C a uma profundidade de um metro. Um nível relativamente constante de 10 ° C só é alcançado em profundidades de 6 m ou mais.
O resfriamento do solo pode atrasar o início do período de crescimento das plantas que crescem acima do coletor em até duas semanas. As plantas com raízes profundas que não são adaptadas a climas frios desenvolvem-se mal.
Dimensionamento
O modelo de simulação, que pode ser baixado gratuitamente da Internet, pode ser utilizado para dimensionar ou calcular o desempenho. Com este modelo, considerações comparativas com a sonda geotérmica são possíveis de forma simples. Uma ferramenta online gratuita está disponível para projetar e dimensionar um coletor de vala circular.
inchar
- ↑ Séries temporais do clima - temperatura do solo , Potsdam Institute for Climate Impact Assessment
- ↑ Temperatura do solo ( Memento de 16 de fevereiro de 2010 no Internet Archive )
- ↑ Bernd Glück: modelo de simulação para coletores geotérmicos, 2008
- ↑ Bernd Glück: modelo de simulação para sondas geotérmicas , 2008
- ↑ Trenchplanner: Trenchplanner