Fontes alternativas de aquecimento para casa de campo: análise comparativa de sistemas ecológicos

Uma das principais despesas do orçamento familiar – o pagamento do aquecimento central ou a compra de combustível para aquecer a casa. Todo proprietário sensato certamente pensa em maneiras reais e eficazes de reduzir esses custos. E é possível reduzi-los literalmente ao mínimo usando fontes de energia alternativas. O que elas são e como são utilizadas? Concorde, vale a pena conhecer.

Tudo sobre como organizar o aquecimento alternativo de uma casa particular você aprenderá no artigo que apresentamos. Com nossa ajuda, você decidirá facilmente qual é a opção mais adequada para você. A descrição detalhada dos princípios de funcionamento dos esquemas da “energia verde” permitirá decidir qual método tecnológico é melhor usar para obter calor.

O artigo descreve detalhadamente os tipos de fontes de energia gratuita e apresenta métodos de geração de calor para uso doméstico. Para ajudar os faz-tudo autônomos e os proprietários cuidadosos de propriedades rurais, são incluídas seleções de fotos, esquemas e instruções em vídeo muito úteis.

Vantagens e desvantagens da energia alternativa

É possível renunciar às fontes tradicionais de calor, utilizadas durante muitos anos para o aquecimento. Por surpreendente que pareça, é plenamente viável. Muitos opositores convictos afirmam ser impossível substituir os recursos naturais por equivalentes ecologicamente limpos.

A alternativa passa a ser a energia solar, a força do vento, o calor oculto nas entranhas da terra, os resíduos da produção e da atividade humana. Essas opções são relevantes no mundo moderno, considerando a poluição geral do meio ambiente.

As fontes alternativas podem fornecer eletricidade e energia térmica a uma casa de campo

Outra vantagem substancial é a economia considerável ao utilizar fontes ecológicas de energia espontaneamente renovável. À primeira vista, parece que é injustificadamente caro e dificilmente terá retorno.

Ao analisar mais detalhadamente as particularidades de cada método, é possível ver que o projeto ecológico é amortizado em 4 a 7 anos, restando depois apenas as despesas correntes para manter os mecanismos utilizados em funcionamento.

A possibilidade de substituição plena do combustível habitual pelo alternativo é comprovada por mais de um exemplo real. Proprietários de imóveis em diferentes países do mundo recorrem a opções ecológicas de aquecimento. Entre nós, apenas poucos se decidem a mudar radicalmente o combustível habitual, que fica mais caro a cada ano.

O principal problema do uso de combustível ecológico são os investimentos significativos na fase inicial. Afinal, primeiro é necessário calcular detalhadamente a quantidade de energia necessária para uma determinada casa ou chalé. Em seguida, descobrir qual tipo de recurso ecológico é mais vantajoso em uma localidade específica.

Em seguida, é necessário elaborar um plano de localização dos equipamentos geradores de energia, comprar tudo o que for necessário e instalá-los.

Se todos esses problemas forem tratados por especialistas adequados, o custo final do aquecimento ecológico será muito alto. Para economizar, pode-se tentar fazer por conta própria.

Para isso, é preciso mergulhar de cabeça no tema das fontes alternativas de energia, para evitar recorrer a ajuda externa. Nesse caso, o custo do projeto será várias vezes mais barato.

É exatamente a segunda opção que muitos proprietários de casas particulares escolhem. Sua prática prova que é perfeitamente possível se tornar independente de energia. Pode-se substituir total ou parcialmente o combustível tradicional – tudo depende do tamanho da propriedade, das possibilidades financeiras na fase inicial e da opção de aquecimento escolhida.

A aplicação da “energia verde” será demonstrada por uma seleção de fotos:

Tipos de fontes renováveis para aquecimento

Para aquecer a casa, pode-se usar com sucesso a energia do vento, do sol, da terra. Além disso, biocombustíveis. Analisaremos em detalhes como fazer isso e o que será necessário.

Tipo #1 – força do vento

A energia eólica pode ser usada com muito sucesso como fonte alternativa de aquecimento para uma casa de campo. Esse recurso é inesgotável. Ele tem a propriedade de se renovar. Para usar a força do vento, é necessário um dispositivo especial chamado turbina eólica.

Princípio do uso da energia eólica

Para converter a força do vento em uma fonte alternativa de aquecimento, é necessário um aerogerador. Eles podem ser verticais ou horizontais, dependendo do eixo de rotação. Existem muitos fabricantes que oferecem seus modelos aos clientes.

As turbinas eólicas podem ter eixo de rotação horizontal ou vertical. A maior eficiência está nas de orientação horizontal.

O custo depende do material, do tamanho da própria instalação e da potência. Também é possível construir um gerador eólico por conta própria, utilizando materiais disponíveis.

Qualquer turbina eólica é composta pelos seguintes componentes:

• pás;
• mastro;
• um cata-vento para captar a direção do vento;
• gerador;
• controlador;
• baterias acumuladoras;
• inversor.

O princípio de funcionamento de uma turbina eólica baseia-se na força do vento que gira as pás da turbina. As pás, fixadas no mastro, ficam altas acima do solo. Quanto mais alto, maior a eficiência. Por exemplo, para abastecer uma casa, uma altura de 25 m é suficiente.

As pás giratórias acionam o rotor do gerador. Ele começa a gerar corrente alternada trifásica, que requer transformação adicional. Essa corrente vai para o controlador, onde é convertida em corrente contínua. Ela é usada para carregar as baterias acumuladoras.

Depois de passar pelas baterias, a corrente se estabiliza e vai para o inversor, onde é convertida em corrente alternada monofásica com frequência de 50 Hz e tensão de 220 Volts. Agora, pode ser usada para necessidades domésticas, no sistema de aquecimento elétrico.

Características da localização das turbinas eólicas

As turbinas eólicas podem funcionar sob certas condições. Em primeiro lugar, um aerogerador é uma estrutura bastante volumosa, que requer uma área considerável para instalação. Um dispositivo pequeno não consegue atender às necessidades de energia.

Sua altura deve exceder em pelo menos 10 m as casas, árvores e outras construções ao redor, e as linhas de transmissão de energia e outros objetos devem estar a 100 m da turbina. Esse requisito nem sempre é viável – nem todos os proprietários de casas particulares têm terrenos com área suficiente.

O ideal é posicionar as turbinas eólicas em terrenos elevados, colinas, longe de árvores e edifícios – no mínimo a 100 metros de distância.

Em segundo lugar, é bom quando a área considerada tem um bom potencial eólico – uma elevação ou zona de estepe. Para iniciar o gerador, será necessária uma velocidade do vento a partir de 2 m/s.

Muitos modelos de sistemas eólicos, destinados ao uso por residências particulares, são capazes de cobrir totalmente as necessidades de eletricidade.

Assim, um aerogerador de 1,5 kW pode gerar por mês, dependendo da época do ano, 100-200 kWh. Se a altura do mastro for aumentada, o desempenho se torna duas vezes maior.

Mas isso exigirá custos adicionais de instalação e materiais consumíveis. A vida útil das centrais eólicas é em média de 20 anos.

Também em nosso site há outros materiais sobre o funcionamento, tipos de aerogeradores, cálculo e fabricação caseira, e sobre instalação.

Convidamos você a conhecê-los:

• Aerogerador cinético: estrutura, princípio de funcionamento, aplicação
• Aerogerador para casa particular: tipos e características dos equipamentos, nuances da escolha, cálculos de retorno + melhores ofertas
• Como calcular um aerogerador: fórmulas + exemplo prático de cálculo
• Gerador eólico caseiro feito de uma máquina de lavar: instruções para montagem do aerogerador
• Como construir pás para gerador eólico caseiro: exemplos de fabricação artesanal de pás para aerogerador

Tipo #2 – energia da Terra

Um dos sistemas alternativos de aquecimento é o geotérmico. Ele se baseia no uso da energia da Terra. É o calor do solo, das águas subterrâneas, do ar ambiente, convertido por bombas de calor (BC). É importante que a temperatura do meio usado pela instalação esteja acima de zero.

Funcionamento e princípio de operação da bomba de calor

Para o funcionamento do sistema geotérmico, é necessária eletricidade, usada para transferir o calor obtido. A bomba de calor, consumindo 1 kW, fornece de 2 a 6 kW de calor.

O princípio básico de funcionamento da BC consiste em coletar calor, transformá-lo e depois transferi-lo para o circuito de aquecimento. Isso é realizado graças ao próprio dispositivo.

O mais barato é instalar uma bomba de calor 'ar-ar'. Se construí-la com as próprias mãos, serão necessários investimentos financeiros mínimos.

A BC consiste em 3 circuitos fechados, envolvidos no processo de obtenção de calor para aquecimento de uma casa particular:

• externo – destinado à captação de calor das fontes. Pelo circuito circula anticongelante ou solução salina;
• interno – preenchido com refrigerante, geralmente freon;
• do circuito de aquecimento, preenchido com fluido térmico.

O freon, que preenche o circuito interno, é aquecido pelo calor vindo do circuito externo. Por ter baixo ponto de ebulição, ele se transforma em gás no primeiro trocador de calor – o evaporador.

Em seguida, entra no compressor, onde é comprimido, resultando na liberação de muito calor e a temperatura do gás aumenta várias vezes – até 65 graus.

Em seguida, o freon gasoso entra no próximo trocador de calor, chamado condensador, onde libera seu calor. O freon, após perder a maior parte do calor, vai sob pressão para a válvula de descarga. Aqui a pressão cai abruptamente, o refrigerante é resfriado e, ao assumir o estado líquido, retorna ao evaporador.

O calor deixado pelo freon no condensador aquece o líquido que circula no sistema de aquecimento da residência. Se neste sistema houver piso aquecido, é possível obter o aquecimento mais eficiente com o mínimo de custo.

Fazer a versão mais simples de uma bomba de calor com as próprias mãos não é difícil. Para isso, serão necessárias peças praticamente descartáveis, equipamentos comprados baratos e, claro, paciência. Apresentamos o esquema do sistema térmico com captação de energia térmica em um poço enterrado em dolomita.

No projeto das bombas de calor há muito em comum. Componentes tradicionais: 1 – compressor; 2 – condensador; 3 – evaporador; 4 – TRV, ou seja, válvula termostática de expansão.

O evaporador do sistema considerado no exemplo está conectado a um poço que capta energia do solo.

A especificidade da instalação da bomba de calor para sistema de piso aquecido é apresentada pela galeria de fotos:

Viabilidade do uso de BC

As bombas de calor – BC, que extraem calor do ambiente, são de vários tipos. Tudo depende do tipo de ambiente utilizado como fonte de extração de calor e do tipo de refrigerante utilizado.

Assim, distinguem-se os seguintes tipos de BC:

• ar-ar;
• água-ar;
• água-água;
• solo-água.

Os dois primeiros tipos de bombas são usados em sistemas de aquecimento a ar, e os dois últimos tipos – em sistemas com refrigerante líquido.

A variante vertical da bomba de calor é a mais eficiente na obtenção de energia do solo, mas é a mais cara

O mais vantajoso do ponto de vista econômico será o uso de uma bomba de calor água-água. Esta opção é viável se houver um corpo d'água que não congele perto da casa, no qual são colocados tubos para captação de calor.

A bomba de calor permite obter 30 W de calor por 1 m de tubulação. Dependendo da área da residência particular e das necessidades de energia, será necessário instalar a quantidade correspondente de tubos.

As bombas que utilizam ar não substituirão o aquecimento tradicional em regiões de clima severo. Quanto ao calor extraído do solo, trata-se de um projeto bastante caro. Utilizam-se a disposição horizontal do campo geotérmico, a vertical e a perfuração em cluster.

Na variante horizontal, é necessário construir um campo geotérmico a uma profundidade maior que o nível de congelamento. Cerca de 1,5-2 m. A área desse campo é considerável – a partir de 200 m².

As BC são capazes de substituir o combustível convencional no sistema de aquecimento, proporcionando total independência energética para a casa de campo.

Para implementar o projeto vertical e em cluster, será necessária perfuração em profundidade significativa com o uso de sondas de perfuração.

Este é um serviço bastante caro. O equipamento deste tipo de bomba de calor é viável para proprietários de casas de campo que não se preocupam com o custo das obras. O aquecimento que utiliza o calor do subsolo é capaz de substituir completamente o aquecimento a combustível sólido ou a gás.

O aquecimento geotérmico é mais vantajoso quando usado em conjunto com um sistema de piso radiante a água. Ele permite obter o resultado mais otimizado.

Dentre as desvantagens significativas – a grande extensão da tubulação para captação de calor, os caros trabalhos de terra para instalação do sistema, a necessidade de uma grande área para a construção do campo geotérmico.

Tipo #3 – energia solar

A energia solar, irradiada pelo sol durante todo o ano, pode, mesmo em geadas severas, tornar-se uma alternativa para o aquecimento de residências no campo. É importante aprender a coletá-la e usá-la corretamente no sistema de aquecimento.

Para coletar e converter a energia solar, são utilizados painéis solares com conversores fotovoltaicos e coletores, que são um sistema de tubos preenchidos com fluido térmico.

As instalações solares possuem alto coeficiente de eficiência. Muitos proprietários econômicos equipam suas próprias casas com esses sistemas.

A diferença fundamental entre esses conversores é que os painéis geram corrente que pode ser usada no aquecimento elétrico de uma casa de campo. Já os coletores são usados em sistemas de aquecimento a água e ar. A opção mais eficiente é a instalação de sistemas de piso radiante nos ambientes.

A opinião de que o sol não consegue aquecer a casa é válida apenas no caso de instalação incorreta e cálculos errados da quantidade necessária de energia e calor. Um sistema solar adequadamente dimensionado pode perfeitamente fornecer aquecimento autônomo.

Outra questão é que isso exigirá investimento financeiro na compra de equipamentos, sua instalação e integração ao sistema de aquecimento existente.

O sistema solar com conversores fotovoltaicos absorve a energia solar, e as células fotovoltaicas de silício a transformam imediatamente em corrente elétrica contínua. 1 m² de instalação pode gerar 120 W.

Além dos painéis que captam a radiação solar e a convertem, para o sistema de aquecimento solar será necessário instalar um controlador de carga, um conversor de corrente contínua para alternada e cuidar da segurança – colocar fusíveis.

Antes de decidir pela instalação de sistemas de aquecimento solar, é necessário entender sua estrutura e princípio de funcionamento

A vantagem dos painéis é a possibilidade de conectar baterias que acumulam o excesso de energia, que pode ser usada à noite. Uma desvantagem significativa do uso de baterias solares é sua maior eficiência nas regiões sul. Em climas rigorosos, é economicamente inviável instalá-las como fonte principal de aquecimento.

As instalações solares equipadas com sistema de tubos são mais adequadas para regiões com invernos frios e temperaturas negativas. Dependendo da estrutura do painel e dos materiais, distinguem-se coletores a vácuo, planos e concentradores.

Os mais caros entre eles são os com tubos a vácuo. Mas eles são os mais eficientes em qualquer época do ano e em qualquer clima, pois absorvem uma ampla gama de radiação solar. Outra vantagem é que os painéis a vácuo funcionam com sucesso em temperaturas negativas até -35 °C.

É possível instalar coletores solares com as próprias mãos, sem recorrer aos serviços de empresas especializadas. Esse trabalho exigirá um ajudante, mas permitirá economizar o orçamento familiar.

O princípio de funcionamento do coletor é que ele capta a radiação solar, que nos tubos a vácuo é convertida em calor. Em seguida, é transferida para o fluido térmico, que a transporta para o tanque de troca de calor. Depois, o fluido térmico entra no sistema de aquecimento.

Discutimos com mais detalhes as melhores construções para aquecimento solar residencial em nosso outro artigo.

Tipo #4 – combustível biologicamente puro

Uma das maneiras eficientes e acessíveis de aquecer uma casa de campo é uma caldeira que funciona com combustível biologicamente puro.

Este tipo de aquecimento alternativo utiliza resíduos de produção – cascas de culturas agrícolas, lascas de madeira, serragem e outros subprodutos da indústria de processamento de madeira.

Existem muitas caldeiras que funcionam com pellets. É possível automatizar o processo de alimentação de combustível para que tudo ocorra sem a intervenção do proprietário.

A partir de vários resíduos, são feitos grânulos compactos prensados de pequeno tamanho – pellets, que são queimados em caldeiras. Comparado com a lenha comum, esse combustível queima por mais tempo e permite obter mais calor.

Também são feitos briquetes grandes e densos a partir de vários tipos de resíduos vegetais. Esse combustível compactado permite obter 2 a 4 vezes mais energia térmica. Seu poder calorífico é de até 5,0 kWh/kg.

As pelotas, ao contrário dos briquetes, têm tamanho significativamente menor. São utilizadas em sistemas de aquecimento automatizados. Já os briquetes são mais eficientes, mas têm tamanho maior.

Para uma caldeira a gás, pode-se usar biogás. É fácil obtê-lo no processo de decomposição de resíduos orgânicos. Para isso, será necessário construir um reservatório suficientemente grande, colocar os resíduos nele e prever um dispositivo para misturá-los.

Sob a ação do ar e das bactérias, ocorrerá o processo de decomposição e liberação de gás. Será necessário instalar uma tubulação para descarte do material residual. Além disso, para coletar o gás em reservatórios especiais, purificá-lo e transportá-lo para o sistema de aquecimento, devem ser usados dispositivos adequados.

Um método de aquecimento ecologicamente limpo, que utiliza uma fonte alternativa de calor – a caldeira a hidrogênio.

Seu funcionamento baseia-se na reação de interação das moléculas de hidrogênio com o oxigênio, durante a qual é liberada uma enorme quantidade de calor. Esse tipo de aquecimento exige o cumprimento das regras de operação e segurança.

O princípio de funcionamento da caldeira a hidrogênio baseia-se na decomposição química da água em hidrogênio e oxigênio, resultando em muito calor e nenhuma substância nociva. Mas é preciso seguir as regras de segurança.

A principal desvantagem é o alto custo do equipamento de fábrica. A saída para essa situação é montar o sistema de aquecimento a hidrogênio por conta própria.

Para seu funcionamento, serão necessárias conexão constante a fontes de eletricidade e água, um queimador de hidrogênio, um gerador de hidrogênio, catalisadores e a própria caldeira. O calor obtido na reação química vai para o trocador de calor, e o resíduo é água pura.

Para saber mais sobre biocombustíveis, recomendamos a leitura de nossos outros artigos sobre o assunto:

• Planta de biogás para casa particular feita por você mesmo: recomendações de construção e exemplo de instalação caseira
• Como obter biogás a partir de esterco: tecnologia e construção de uma unidade de produção
• Caldeira a hidrogênio para aquecimento: estrutura + princípio de funcionamento + critérios de seleção
• Como fazer um gerador de hidrogênio para casa com as próprias mãos: dicas práticas de fabricação e instalação

Como economizar na implementação da “energia verde”?

Após analisar o aspecto financeiro dos tipos alternativos de aquecimento, pode-se chegar a uma conclusão decepcionante: serão necessários recursos significativos na fase inicial.

Após 3-7 anos, dependendo do método de aquecimento escolhido, uma economia significativa se torna perceptível graças ao sistema independente de energia.

É vantajoso e conveniente usar fontes combinadas de aquecimento alternativo. Para isso, você pode escolher a combinação mais adequada para sua casa.

É possível economizar no uso e na instalação de equipamentos alternativos para produção de calor. Muitos artesãos domésticos abordam com grande entusiasmo a criação de análogos caseiros aos aparelhos de fábrica para conversão de energia alternativa.

Assim, é bastante simples e barato montar um sistema solar a partir de uma mangueira, que servirá como fonte adicional para aquecimento de água.

Pequenos aerogeradores são montados com sucesso em casa a partir de materiais improvisados. Além disso, agricultores experientes que vivem em áreas rurais constroem instalações para converter resíduos biológicos de origem vegetal e animal em biogás.

Os geradores eólicos caseiros são perfeitamente funcionais. Mas para montá-los, será necessário fazer cálculos preliminares, adquirir materiais de consumo e gastar seu tempo.

Posteriormente, ele é usado para as necessidades da propriedade. Dependendo do tamanho do tanque de fermentação de resíduos e da área da casa particular, é possível abastecer completamente a propriedade com biogás para atender todas as necessidades.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo sobre a combinação de fontes alternativas para geração de eletricidade em uma pequena casa de campo:

Um vídeo sobre a fabricação de um aerogerador caseiro ajudará a entender facilmente os princípios de funcionamento:

Um pequeno vídeo sobre o uso de uma bomba de calor:

Vídeo sobre a obtenção de biogás:

É totalmente possível abandonar as fontes tradicionais de aquecimento. Para isso, é necessário escolher cuidadosamente uma alternativa ou combinar várias, levando em consideração as características do local, a área da sua casa de campo e o terreno ao redor.

A energia do sol, da terra, a força do vento, a reciclagem de resíduos domésticos de origem vegetal e animal são perfeitamente capazes de se tornar uma substituição digna para gás, carvão, lenha e eletricidade paga.

Você utiliza alguma das fontes alternativas de energia para fins domésticos? Compartilhe quanto custou a montagem do sistema e em quanto tempo ele se pagou.

Ou talvez algum de seus conhecidos tenha equipado sua casa de campo com fontes renováveis? Utilizando um sistema de painéis solares ou uma bomba de calor como fonte independente para obter aquecimento, água quente sanitária e eletricidade?

Compartilhe essa experiência nos comentários abaixo do artigo – um exemplo prático será útil para os proprietários que ainda duvidam da realidade da energia alternativa.