Principio de funcionamiento de una bomba de calor aire-aire: características de funcionamiento. Principio de funcionamiento de la bomba de calor Comparación de costes de instalación de un sistema de calefacción para una casa individual basado en una bomba de calor y una caldera de gasóleo

La combustión de combustibles clásicos (gas, madera, turba) es una de las formas antiguas de producir calor. Sin embargo, el agotamiento de las fuentes de energía tradicionales ha llevado a la gente a buscar alternativas más complejas, pero no menos efectivas. Uno de ellos fue la invención. bomba de calor, cuyo trabajo se basa en las leyes escolares de la física.

Funcionamiento de la bomba de calor

El principio de funcionamiento de las bombas de calor, a primera vista muy complejo, se basa en varios leyes simples termodinámica y propiedades de líquidos y gases:

Cuando un gas cambia a estado líquido (condensación), se libera calor.
Cuando un líquido cambia a gas (evaporación), se absorbe calor.

La mayoría de los líquidos pueden hervir cuando se les da suficiente altas temperaturas, cerca de los 100 grados. Pero también existen sustancias con puntos de ebullición bastante bajos. Para el freón es de unos 3-4 grados. Al convertirse en gas, se comprime fácilmente y la temperatura dentro del recipiente comienza a subir.

En teoría, el freón se puede comprimir para obtener cualquier temperatura deseada, pero en la práctica se limita a los 80-90 grados necesarios para el pleno funcionamiento de un sistema de calefacción clásico.

Todo el mundo se encuentra con una bomba de calor más de una vez al día cuando pasa junto a su frigorífico. Sin embargo, en él funciona en sentido contrario, tomando el calor de los productos y disipándolo a la atmósfera.

Vídeo sobre tecnología de trabajo.

Diagrama de bomba de calor

El rendimiento de la mayoría de las bombas de calor se basa en el calor del suelo, en el que la temperatura prácticamente no varía a lo largo del año (entre 7 y 10 grados). El calor se mueve entre tres circuitos:

Circuito de calefacción
Bomba de calor
Circuito de salmuera (también conocido como tierra)

El principio de funcionamiento clásico de las bombas de calor en un sistema de calefacción consta de los siguientes elementos:

Intercambiador de calor que transfiere el calor tomado del suelo al circuito interno.
Dispositivo de compresión
Un segundo dispositivo de intercambio de calor que transfiere la energía recibida en el circuito interno al sistema de calefacción.
Mecanismo que reduce la presión en el sistema (acelerador)
Circuito de salmuera
sonda terrestre
Circuito de calefacción

La tubería, que sirve como circuito primario, se coloca en un pozo o se entierra directamente en el suelo. A lo largo de él se mueve un refrigerante líquido que no se congela, cuya temperatura aumenta a una característica similar a la de la tierra (aproximadamente +8 grados) y ingresa al segundo circuito.

El circuito secundario toma calor del líquido. El freón que circula en el interior comienza a hervir y se convierte en gas, que se envía al compresor. El pistón lo comprime a 24-28 atm, por lo que la temperatura aumenta a +70-80 grados.

En esta etapa de trabajo, la energía se concentra en un pequeño coágulo. Debido a esto, la temperatura aumenta.

El gas calentado ingresa al tercer circuito, que está representado por sistemas de suministro de agua caliente o incluso sistemas de calefacción doméstica. Durante la transferencia de calor, son posibles pérdidas de hasta 10-15 grados, pero no son significativas.

Cuando el freón se enfría, la presión disminuye y vuelve a su estado líquido. A una temperatura de 2-3 grados regresa al segundo circuito. El ciclo se repite una y otra vez.

Tipos principales

El principio de funcionamiento de las bombas de calor está diseñado para que puedan funcionar fácilmente y sin interrupciones en un amplio rango de temperaturas, de -30 a +40 grados. Los dos tipos siguientes de modelos son los más populares:

Tipo de absorción
Tipo de compresión

Los modelos de tipo absorción tienen una estructura bastante compleja. Transmiten lo que reciben energía térmica directamente de la fuente. Su uso reduce significativamente los costos de materiales para la electricidad y el combustible consumidos. Los modelos de tipo compresión consumen energía (mecánica y eléctrica) para transferir calor.

Según la fuente de calor utilizada, las bombas se dividen en los siguientes tipos:

Reciclar el calor residual- los modelos más caros que han ganado popularidad para calentar instalaciones industriales, en las que se desperdicia el calor secundario generado por otras fuentes.
Aire– tomar calor del aire circundante
geotérmica– seleccionar calor del agua o de la tierra

Según los tipos de entrada/salida, todos los modelos se pueden clasificar de la siguiente manera: suelo, agua, aire y sus diversas combinaciones.

Bombas de calor geotérmicas

Son populares los modelos de bombas geotérmicas, que se dividen en dos tipos: tipo cerrado o abierto.

Dispositivo sencillo sistemas abiertos permite calentar el agua que pasa al interior, que posteriormente vuelve a entrar al suelo. Funciona idealmente en presencia de un volumen ilimitado de líquido refrigerante limpio que, una vez consumido, no daña el medio ambiente.

Los sistemas de circuito cerrado de bombas de calor geotérmicas se dividen en los siguientes tipos:

Agua: ubicada en un depósito a una profundidad no congelada
Con disposición vertical: el colector se coloca en un pozo a una profundidad de hasta 200 my es aplicable en áreas con terreno irregular
Con una disposición horizontal: el colector se coloca en el suelo a una profundidad de 0,5 a 1 m, es muy importante asegurarse área limitada contorno grande

Bomba aire-agua

Uno de los más opciones universales es el modelo aire-agua. Durante las épocas cálidas del año es muy eficaz, pero en invierno la productividad puede bajar significativamente.

La ventaja del sistema es su sencilla instalación. Se puede instalar el equipo adecuado en cualquier ubicacion conveniente, por ejemplo, en el tejado. El calor que se extrae de la habitación en forma de gas o humo se puede reutilizar.

Tipo agua-agua

La bomba de calor agua-agua es una de las más eficientes. Pero su uso puede verse limitado por la presencia de un embalse cercano o por una profundidad insuficiente a la que periodo de invierno no se observa ningún descenso significativo de la temperatura.

Bajo energía potencial Se puede seleccionar de las siguientes fuentes:

Agua subterránea
Embalses abiertos
Aguas residuales industriales

El principio de funcionamiento más sencillo de las bombas de calor es el de los modelos que extraen calor de un depósito. Si se decide utilizar agua subterránea, puede ser necesario perforar un pozo.

Tipo suelo-agua

Se puede obtener calor del suelo durante todo el año, ya que a una profundidad de 1 m la temperatura permanece prácticamente sin cambios. Como portador de calor se utiliza "salmuera", un líquido que no se congela y que circula.

Una de las desventajas del sistema de aguas subterráneas es la necesidad área grande para lograr la eficiencia deseada. Intentan nivelarlo colocando tuberías en anillos.

El colector se puede colocar en posición vertical, pero se necesitará un pozo de hasta 150 m de profundidad. Se instalan sombrillas en la parte inferior para recoger el calor del suelo.

Pros y contras de los sistemas de calefacción con bomba de calor.

Las bombas de calor se utilizan ampliamente en sistemas de calefacción para áreas residenciales o industriales privadas. Poco a poco están sustituyendo a las fuentes de energía más clásicas por su fiabilidad y eficiencia.

Entre los muchos beneficios que proporciona el funcionamiento de una bomba de calor se encuentran:

Ahorrar recursos materiales en mantenimiento sistemas y refrigerante
Las bombas funcionan de forma completamente autónoma.
No se liberan al medio ambiente productos de combustión nocivos ni otras sustancias tóxicas.
Seguridad contra incendios de los equipos instalados.
Capacidad para revertir fácilmente la operación del sistema

A pesar de las numerosas ventajas, es necesario tener en cuenta lados negativos funcionamiento de la bomba de calor:

Grandes inversiones iniciales para la instalación de un sistema de calefacción: de 3 a 10 mil dólares.
Durante los períodos fríos, cuando las temperaturas descienden por debajo de los -15 grados, hay que pensar en opciones alternativas calefacción
La calefacción basada en el funcionamiento de una bomba de calor es más eficaz solo en sistemas con refrigerante a baja temperatura.

Otro vídeo esquemático:

resumámoslo

Habiendo aprendido y dominado el principio de funcionamiento de una bomba de calor, podrá pensar y decidir sobre la conveniencia de su instalación y uso. Los costes iniciales, que pueden parecer muy elevados, pronto se amortizarán y empezarán a generar una especie de beneficio en forma de ahorro en el combustible clásico.

Los equipos de calefacción, que utilizan tipos de portadores de energía bastante caros como gas, electricidad y combustibles sólidos y líquidos, han tenido hace relativamente poco tiempo una alternativa digna: una bomba de calor agua-agua. Para el funcionamiento de este tipo de equipos, que apenas comienzan a ganar popularidad en Rusia, se necesitan fuentes de energía inagotables y de bajo potencial. La energía térmica se puede extraer de casi cualquier fuentes de agua, que se pueden utilizar como depósitos naturales y artificiales, pozos, pozos, etc. Si el cálculo y la instalación de dicha instalación de bombeo se realizan correctamente, entonces es capaz de proporcionar calefacción tanto para edificios residenciales como industriales durante todo el período invernal. .

Elementos estructurales y principio de funcionamiento.

El principio de funcionamiento de las bombas de calor consideradas para calentar una casa se parece al principio de funcionamiento de los equipos de refrigeración, sólo que a la inversa. Si una unidad de refrigeración extrae parte del calor de su cámara interna al exterior, bajando así su temperatura, entonces el trabajo de la bomba de calor es enfriar el ambiente y calentar el refrigerante que circula por las tuberías del sistema de calefacción. Las bombas de calor aire-agua y agua subterránea funcionan según el mismo principio y también utilizan energía de fuentes de bajo potencial para calentar locales residenciales e industriales.

El diagrama de diseño de una bomba de calor agua-agua, que es la más productiva entre los dispositivos que utilizan fuentes de energía de bajo potencial, asume la presencia de elementos tales como:

el circuito exterior por el que circula el agua, bombeado desde una fuente de agua;
un circuito interno a través del cual se mueve el refrigerante a través de la tubería;
un evaporador en el que el refrigerante se convierte en gas;
un condensador en el que el refrigerante gaseoso vuelve a ser líquido;
Un compresor diseñado para aumentar la presión de un gas refrigerante antes de que ingrese al condensador.

Por tanto, no hay nada complicado en el diseño de una bomba de calor agua-agua. Si hay un depósito natural o artificial cerca de la casa, entonces para calentar el edificio es mejor usar una bomba de calor agua-agua, el principio de funcionamiento y caracteristicas de diseño que consisten en lo siguiente.

El circuito, que es el intercambiador de calor primario por donde circula el anticongelante, está ubicado en el fondo del depósito. En este caso, la profundidad a la que se instala el intercambiador de calor primario debe estar por debajo del nivel de congelación del depósito. El anticongelante, que pasa por el circuito primario, se calienta a una temperatura de 6 a 8° y luego se suministra al intercambiador de calor, emitiendo calor a sus paredes. La función del anticongelante que circula por el circuito primario es transferir la energía térmica del agua al refrigerante (freón).
En el caso de que el esquema de funcionamiento de la bomba de calor implique la captación y transferencia de energía térmica procedente de agua bombeada desde un pozo subterráneo, no se utiliza el circuito anticongelante. El agua del pozo pasa a través de una tubería especial a través de la cámara del intercambiador de calor, donde transfiere su energía térmica al refrigerante.
Intercambiador de calor para bombas de calor – elemento esencial sus diseños. Este es un dispositivo que consta de dos módulos: un evaporador y un condensador. En el evaporador, el freón, suministrado a través de un tubo capilar, comienza a expandirse y se convierte en gas. Cuando el freón gaseoso entra en contacto con las paredes del intercambiador de calor, se transfiere energía térmica de baja calidad al refrigerante. El freón cargado con dicha energía se suministra al compresor.
El compresor comprime el gas freón, lo que hace que aumente la temperatura del refrigerante. Después de la compresión en la cámara del compresor, el freón ingresa a otro módulo del intercambiador de calor: el condensador.
En el condensador, el freón gaseoso vuelve a convertirse en líquido y la energía térmica acumulada por él se transfiere a las paredes del recipiente en el que se encuentra el refrigerante. Al entrar en la cámara del segundo módulo intercambiador de calor, el freón, que se encuentra en estado gaseoso, se condensa en las paredes. capacidad de almacenamiento, les imparte energía térmica, que luego se transfiere al agua ubicada en dicha cámara. Si a la salida del evaporador el freón tiene una temperatura de 6 a 8 grados Celsius, entonces a la entrada del condensador de una bomba de calor agua-agua, gracias al principio de funcionamiento de dicho dispositivo descrito anteriormente , su valor alcanza los 40-70 grados centígrados.

Por lo tanto, el principio de funcionamiento de una bomba de calor se basa en el hecho de que el refrigerante, cuando pasa a un estado gaseoso, toma energía térmica del agua y, cuando pasa a un estado líquido en el condensador, libera la energía acumulada al medio líquido: el refrigerante del sistema de calefacción.

Las bombas de calor aire-agua y agua subterránea funcionan exactamente con el mismo principio; la única diferencia está en el tipo de fuente utilizada para producir energía térmica de bajo potencial. Es decir, la bomba de calor tiene un principio de funcionamiento que no varía según el tipo o modelo del dispositivo.

La eficiencia con la que la bomba de calor calienta el refrigerante del sistema de calefacción depende en gran medida de las fluctuaciones en la temperatura del agua, una fuente de energía de bajo potencial. Estos dispositivos demuestran una alta eficiencia cuando se trabaja con agua de pozos, donde la temperatura del medio líquido durante todo el año oscila entre 7 y 12 grados centígrados.

La bomba agua-agua es uno de los tipos de bombas de calor terrestres.

El principio de funcionamiento de una bomba de calor agua-agua, que garantiza la alta eficiencia de este equipo, permite utilizar dichos dispositivos para equipar sistemas de calefacción de edificios residenciales e industriales no solo en regiones con inviernos cálidos, pero también en las regiones del norte.

Para que la bomba de calor, cuyo esquema de funcionamiento se describe anteriormente, demuestre una alta eficiencia, debe saber cómo elegir el equipo adecuado. Es muy recomendable que la selección de una bomba de calor agua-agua (así como “aire-agua” y “tierra-agua”) se realice con la participación de un especialista cualificado y con experiencia.

Al elegir una bomba de calor para calentar agua, se tienen en cuenta los siguientes parámetros de dicho equipo:

productividad, que determina el área del edificio cuya calefacción puede proporcionar la bomba;
marca bajo la cual se fabrica el equipo (tener en cuenta este parámetro necesario porque las empresas serias, cuyos productos ya han sido apreciados por muchos consumidores, prestan mucha atención tanto a la fiabilidad como a la funcionalidad de los modelos que producen);
el coste tanto del equipo seleccionado como de su instalación.

Al elegir bombas de calor agua-agua, aire-agua, tierra-agua, se recomienda prestar atención a la disponibilidad de dichos equipos. opciones adicionales. Esto incluye, en particular, las siguientes oportunidades:

control de operación del equipo modo automatico(las bombas de calor que funcionan en este modo gracias a un controlador especial permiten crear condiciones de vida cómodas en el edificio al que sirven; cambiar los parámetros de funcionamiento y otras acciones para controlar las bombas de calor que están equipadas con un controlador se pueden realizar mediante un dispositivo móvil o control remoto);
usar equipos para calentar agua en un sistema de suministro de agua caliente (preste atención a esta opción porque en algunos modelos (especialmente antiguos) de bombas de calor, cuyo colector está instalado en depósitos abiertos, no está disponible).

Cálculo de la potencia del equipo: reglas de implementación.

Antes de comenzar a elegir un modelo específico de bomba de calor, es necesario desarrollar un diseño para el sistema de calefacción al que servirá dicho equipo, así como calcular su potencia. Estos cálculos son necesarios para determinar la demanda real de energía térmica de un edificio con determinados parámetros. En este caso, es necesario tener en cuenta las pérdidas de calor en dicho edificio, así como la presencia de un circuito de suministro de agua caliente en él.

Para una bomba de calor agua-agua, el cálculo de potencia se realiza mediante el siguiente método.

Primero determinar área total edificio para calefacción en el que se utilizará la bomba de calor adquirida.
Una vez determinada el área del edificio, se puede calcular la potencia de la bomba de calor capaz de proporcionar calefacción. Al realizar este cálculo, se adhieren a la siguiente regla: por 10 metros cuadrados. m de superficie de construcción requiere 0,7 kilovatios de potencia de bomba de calor.
Si la bomba de calor también se utilizará para garantizar el funcionamiento del sistema de agua caliente sanitaria, se suma entre un 15 y un 20 % al valor obtenido de su potencia.

El cálculo de la potencia de la bomba de calor, realizado según el método descrito anteriormente, es relevante para edificios en los que la altura del techo no supera los 2,7 metros. Los empleados de organizaciones especializadas realizan cálculos más precisos que tienen en cuenta todas las características de los edificios que se van a calentar con una bomba de calor.

Para una bomba de calor aire-agua, el cálculo de potencia se realiza mediante un método similar, pero teniendo en cuenta algunos matices.

Cómo hacer una bomba de calor tú mismo

Si comprende bien cómo funciona una bomba de calor agua-agua, puede fabricar dicho dispositivo con sus propias manos. De hecho, una bomba de calor casera es un conjunto de dispositivos técnicos prefabricados, correctamente seleccionados y conectados en una secuencia determinada. Para que una bomba de calor casera demuestre una alta eficiencia y no cause problemas durante el funcionamiento, es necesario realizar un cálculo preliminar de sus parámetros principales. Para hacer esto, puede utilizar los programas adecuados y calculadoras en línea en los sitios web de los fabricantes de dichos equipos o comunicarse con especialistas especializados.

Entonces, para hacer una bomba de calor con sus propias manos, debe seleccionar los elementos de su equipo de acuerdo con parámetros precalculados y realizar su instalación correcta.

Compresor

Se puede tomar un compresor para una bomba de calor fabricado con sus propias manos de un refrigerador viejo o de un sistema split, prestando atención a la potencia de dicho dispositivo. La ventaja de utilizar compresores de sistemas divididos es nivel bajo ruido creado durante su funcionamiento.

Condensador

Como condensador para una bomba de calor casera, puede utilizar un serpentín desmontado de un frigorífico viejo. Algunas personas lo hacen ellas mismas utilizando plomería o una tubería de refrigeración especial. Como recipiente para colocar el serpentín del condensador se puede utilizar un depósito de acero inoxidable con un volumen aproximado de 120 litros. Para colocar una bobina en dicho tanque, primero se corta en dos mitades y luego, cuando se completa la instalación de la bobina, se suelda.

Es muy importante calcular su área antes de elegir o fabricar tu propia bobina. Para hacer esto necesitas la siguiente fórmula:

P3 = MT/0,8PT

Los parámetros utilizados en esta fórmula son:

MT – potencia de calor generada por la bomba de calor (kW);
PT es la diferencia entre las temperaturas de entrada y salida de la bomba de calor.

Para evitar que se creen burbujas de aire en el condensador de la bomba de calor del frigorífico, la entrada al serpentín debe estar situada en la parte superior del recipiente y la salida del mismo debe estar situada en la parte inferior.

Evaporador

Como recipiente para el evaporador, puede utilizar un simple barril de plastico Capacidad 127 litros con cuello ancho. Para crear una bobina, cuyo área se determina de la misma manera que para un condensador, también se utiliza un tubo de cobre. Las bombas de calor caseras suelen utilizar evaporadores sumergibles, en los que el freón licuado ingresa desde abajo y se convierte en gas en la parte superior del serpentín.

Use soldadura con mucho cuidado cuando autoproducción Para una bomba de calor se debe instalar un termostato, ya que este elemento no se puede calentar a temperaturas superiores a los 100 grados centígrados.

Para suministrar agua a los elementos de una bomba de calor de fabricación propia, así como para drenarla, se utilizan tuberías de alcantarillado ordinarias.

Las bombas de calor agua-agua, en comparación con los dispositivos aire-agua y agua subterránea, tienen un diseño más simple, pero al mismo tiempo más eficientes, razón por la cual el equipo de este tipo La mayoría de las veces lo hacen ellos mismos.

Montar una bomba de calor casera y ponerla en funcionamiento

Para montar y poner en funcionamiento una bomba de calor casera necesitarás lo siguiente: Consumibles Y equipamiento:

maquina de soldar;
bomba de vacío (para probar el vacío de todo el sistema);
un cilindro con freón, cuyo llenado se realiza a través de una válvula especial (la instalación de la válvula en el sistema debe preverse con anticipación);
sensores de temperatura que se instalan en tubos capilares a la salida de todo el sistema y a la salida del evaporador;
Relé de arranque, fusible, carril DIN y cuadro eléctrico.

Todas las soldaduras y conexiones roscadas Durante el montaje, se debe realizar de la manera más eficiente posible para garantizar la estanqueidad absoluta del sistema a través del cual se moverá el freón.

En el caso de que el agua de un depósito abierto actúe como fuente de energía de bajo potencial, también es necesario fabricar un colector, cuya presencia presupone el principio de funcionamiento de las bombas de calor de este tipo. Si se pretende utilizar agua de una fuente subterránea, es necesario perforar dos pozos, en uno de los cuales se descargará el agua después de haber recorrido todo el sistema.

1, calificación promedio: 5,00 de 5)

La bomba de calor aire agua transforma la energía ambiente externo en calor que calienta el espacio interior. Es decir, con la ayuda de este dispositivo se puede “calentar” una casa o edificio con aire normal. Además, el aire no se quema en la cámara de combustión, sino que simplemente cede sus calorías a una unidad compleja: una bomba de calor, que transporta esta energía a la habitación y la transfiere al sistema de calefacción.

De acuerdo, tales manipulaciones con energías son similares a la magia. Pero las bombas de calor de este tipo no tienen nada de fantástico. Y en este artículo veremos los principios de funcionamiento y el diseño de dicha unidad.

El diagrama de funcionamiento de una bomba de calor de aire se copia de un frigorífico o aire acondicionado, a saber:

Un portador de energía bajo en calorías (aire) hierve un refrigerante vertido en un circuito cíclico que conecta el evaporador (trampa de calor) con el condensador (emisor de calor).
En el condensador, los vapores del refrigerante se transforman en un estado agregado diferente (líquido) y liberan energía al sistema de calefacción.
Después de esto, el refrigerante líquido vuelve al evaporador, donde se convierte en vapor. Y todo empieza de nuevo.

Es decir, el trabajo utiliza el mismo principio de Carnot inverso, pero la parte principal de la instalación no es el evaporador, que acumula calor del espacio circundante, sino el condensador, que transfiere las calorías acumuladas al consumidor.

Al mismo tiempo, el funcionamiento cíclico de la instalación está garantizado por un compresor especial, que no solo bombea el refrigerante a través del circuito, sino que también lo comprime, aumentando así la transferencia de calor al condensador. Sin embargo, ésta no es la única unidad de potencia de la instalación: la bomba de calor está equipada con suficiente poderoso ventilador, que sopla sobre el evaporador.

Bueno, el consumidor de calor es un convector que calienta el aire dentro de la habitación, o un sistema de "piso cálido" u otros radiadores de gran superficie.

Pero con las baterías estándar, los ventiladores térmicos no funcionan de manera muy eficiente.

Además, el convector con condensador se instala en el interior y el evaporador con ventilador se instala en el exterior, en la fachada o en el interior de la rama de escape del sistema de ventilación.

Ventajas y desventajas de las bombas de calor aerotérmicas.

Las opiniones sobre la bomba de calor aire/agua son buenas y malas. Después de todo, este dispositivo, con todas sus innegables ventajas, no está exento de desventajas.

Además, las ventajas incluyen los siguientes hechos:

En primer lugar, una unidad de este tipo es fácil de instalar. Al fin y al cabo, para el circuito primario, cerrado al evaporador, no son necesarios ni trabajos de excavación ni depósitos.
En segundo lugar, el aire está en todas partes, pero la tierra, de propiedad personal, está sólo fuera de la ciudad, y con los embalses artificiales o naturales hay aún más problemas. Por lo tanto, las bombas de calor de aire para calefacción se pueden instalar incluso en entornos urbanos, sin pedir permiso a las autoridades reguladoras.
En tercer lugar, la bomba de aire se puede combinar con un sistema de ventilación, utilizando la potencia de la unidad para aumentar la eficiencia del intercambio de aire en la habitación.

Además, una bomba de este tipo funciona casi en silencio y es fácil de programar.

Bueno, las inevitables deficiencias se pueden presentar en la siguiente lista:

La eficiencia de la unidad depende de la temperatura ambiente. Por tanto, la eficiencia del dispositivo en verano es mayor que en invierno.
La bomba de aire sólo se puede encender en heladas relativamente suaves. Además, a -7 grados centígrados, una bomba de aire doméstica ya no funcionará. Aunque las unidades industriales también encienden a -25 grados centígrados.

Además, la bomba de aire no es una central eléctrica completamente autónoma. La unidad consume electricidad, transformando 1 kW/hora en 11-14 MJ.

Bomba de calor de aire de bricolaje: diagrama de montaje

A diferencia de los sistemas geotérmicos e hidrotermales bastante complejos, una bomba de calor aire-agua se puede fabricar incluso con sus propias manos.

Además, para fabricar el sistema de aire necesitaremos un conjunto relativamente económico que consta de las siguientes piezas y conjuntos:

Compresor de sistema dividido: se puede comprar en un centro de servicio o taller de reparación
Tanque de acero inoxidable de 100 litros: se puede quitar de cualquier lavadora vieja
Un recipiente de polímero con un cuello ancho servirá: una lata normal o polipropileno.
Tuberías de cobre con un diámetro de flujo superior a 1 milímetro. Tendrás que comprarlos, pero esta es la única compra cara de todo el proyecto.
Un conjunto de válvulas de cierre y control, que incluirán una válvula de drenaje, una válvula de purga de aire y una válvula de seguridad.
Elementos de fijación: soportes, abrazaderas para tubos, abrazaderas y otros.

Además, necesitaremos el refrigerante más barato: el freón y al menos una unidad de control simple, sin la cual el uso de bombas de calor será muy difícil, debido a la necesidad de sincronizar el funcionamiento del compresor con la temperatura en la superficie del evaporador y condensador.

Montaje de la unidad

Bueno, el proceso de montaje en sí se ve así:

De tubo de cobre Hacemos una bobina, cuyas dimensiones deben corresponder a la sección y altura del tanque de acero.
Montamos la batería en el depósito, dejando las salidas del tubo de cobre en el exterior del mismo. A continuación, sellamos el tanque y lo equipamos con un accesorio de entrada (inferior) y de salida (superior). Como resultado, obtenemos el primer elemento del sistema, el condensador, con salidas preparadas para la tubería de calefacción directa (conexión superior) y la tubería de retorno (conexión inferior).
Montamos el compresor en la pared (mediante un soporte). Conectamos el racor de presión del compresor a la salida superior del tubo de cobre.
Hacemos una segunda bobina a partir de un tubo de cobre, cuyas dimensiones coinciden con sección transversal y la altura de la lata de polímero.
Montamos la bobina en una lata, instalando un ventilador en su extremo que fuerza el aire hacia la bobina. Además, de la lata deberían salir dos salidas. Como resultado, toda esta estructura, que representa el evaporador del sistema, se monta en la fachada o en el conducto de ventilación.
Conectamos la salida inferior del tanque (condensador) con la salida inferior de la lata (evaporador) cortando un estrangulador de control en esta tubería.
Conectamos la salida superior del bidón con el tubo de aspiración del compresor.

Básicamente eso es todo. El sistema, que utiliza el principio de funcionamiento de una bomba de calor aerotérmica, está casi listo. Todo lo que queda es llenar el compresor con refrigerante y conectar la válvula de mariposa a la unidad de control.

Calefacción de aire con bomba de calor: cálculo de la potencia de la instalación

La potencia de una bomba de calor depende de muchos factores, a saber: el volumen de refrigerante, la superficie de los serpentines en el evaporador y el condensador, el volumen esperado de transferencia de calor al sistema de calefacción, etc. Por lo tanto, en la mayoría de los casos, los cálculos de potencia se realizan en programas especiales que tienen en cuenta otros datos de entrada.

De forma simplificada, estos programas están diseñados como “calculadoras” en línea, con campos abiertos para ingresar los siguientes parámetros:

El área de la habitación y la altura del techo: se utilizan para calcular el volumen.
La región donde se encuentra el edificio: este parámetro determina la temperatura media anual del aire, lo que afecta el rendimiento del evaporador.
Grado de aislamiento de la tarea: con este parámetro se determina el "contenido calórico" esperado del sistema de calefacción.

En la etapa final, los dos últimos parámetros se convierten en coeficientes por los cuales se multiplica el volumen de la habitación. La cifra obtenida como resultado de tales manipulaciones se compara con valores tabulares que vinculan la potencia de la bomba con el volumen calentado.

Como resultado, resulta que para calentar una casa con una superficie de 100 metros cuadrados, por regla general, se necesita una bomba de calor de 5 kilovatios y una casa de 350 metros cuadrados. metros cuadrados Se puede calentar con una bomba de 28 kW.

Bomba de calor de aire: matices del mantenimiento de la unidad.

La bomba de calor aire-agua no requiere ningún mantenimiento especial, siendo desmontaje/montaje parcial.

Para mantener el funcionamiento del sistema, el propietario únicamente deberá realizar las siguientes manipulaciones:

Limpie periódicamente el ventilador y la rejilla del evaporador para eliminar residuos obstruidos (hojas, polvo, etc.).
Lubricación periódica del compresor, realizada según esquema proporcionado por el fabricante.
Cambio de aceite en unidades de potencia (compresor, ventilador).
Control periódico de integridad tubería de cobre con refrigerante y cable de energía, alimentando el compresor y el ventilador.

Una bomba de calor es una unidad de compresión de vapor que transfiere calor de fuentes de calor frías de baja calidad a fuentes de calor calientes de alta calidad. El calor se transfiere mediante la condensación y evaporación de un refrigerante, que se utiliza con mayor frecuencia como freón, que circula en un circuito cerrado. La electricidad con la que funciona la bomba de calor se gasta únicamente en esta circulación forzada.

El principio de funcionamiento de una bomba de calor se basa en el llamado ciclo de Carnot, que le resultará muy familiar por el funcionamiento de las unidades de refrigeración. De hecho, el frigorífico doméstico de la cocina también es una bomba de calor. Cuando se colocan alimentos en él, aunque estén fríos, pero cuya temperatura sea aún superior a la temperatura del frigorífico, según la ley de conservación de la energía, el calor que generan no desaparece. Como la temperatura interior no debe aumentar, el calor se transfiere al exterior a través de la rejilla del radiador, calentando el aire de la cocina. Cuantos más alimentos coloques en el frigorífico al mismo tiempo, mayor será la transferencia de calor.

La versión más sencilla de una bomba de calor sería un frigorífico abierto colocado en el exterior, cuyo radiador se encuentra en la habitación. Pero dejemos que el frigorífico cumpla con sus funciones directas, porque ya existen dispositivos especiales: bombas de calor, que tienen una eficiencia mucho mayor. El principio de su funcionamiento es bastante simple.

¿Cómo funciona una bomba de calor?

Cualquier bomba de calor consta de un evaporador, un condensador, un expansor que reduce la presión y un compresor que aumenta la presión. Todos estos dispositivos están conectados en un circuito cerrado mediante una tubería. Por las tuberías circula un refrigerante, un gas inerte con un punto de ebullición muy bajo, por lo que en una parte del circuito, fría, es líquido, y en la segunda, caliente, pasa a estado gaseoso. El punto de ebullición, como se sabe por la física, puede variar dependiendo de la presión; en este sistema hay un expansor y un compresor;

Supongamos que el refrigerante circula afuera a través de tuberías colocadas en el suelo, ya que tiene una temperatura baja, luego, al pasar a través de ellas, se calienta, incluso cuando la temperatura exterior es de solo 4-5 ° C. Al ingresar al evaporador, que actúa como intercambiador de calor, el refrigerante transfiere el calor resultante al circuito interno del sistema, que está lleno de refrigerante. Incluso este calor es suficiente para cambiar el refrigerante del estado líquido al gaseoso.

Avanzando más, el gas pasa al compresor, donde bajo la influencia alta presión se comprime y su temperatura aumenta. Una vez caliente, el gas entra al condensador, que también es un intercambiador de calor. Transfiere calor del gas caliente al refrigerante de la tubería de retorno que ingresa al sistema de calefacción Casas. Después de desprender calor, el gas se enfría y vuelve a entrar en estado líquido, mientras que el refrigerante calentado ingresa al sistema de calefacción y suministro de agua caliente. Pasando por la válvula de expansión, gas licuado nuevamente ingresa al evaporador: el ciclo se cierra.

En la estación fría, las bombas de calor funcionan para calentar la casa y, en la estación cálida, para enfriarla. En este caso, el principio de funcionamiento es el mismo, solo que en verano el calor ingresa al refrigerante desde espacios interiores, no afuera.

Características de diseño de las bombas de calor.

Actualmente se utilizan bombas de calor que tienen diferentes diseños. Así, se utiliza una bomba de ciclo abierto cuando la casa está ubicada junto a una masa de agua. En este caso, el refrigerante, el agua, ingresa al circuito abierto, pasa por todo el ciclo y, cuando se enfría, se descarga nuevamente al depósito.

Las bombas geotérmicas de tipo cerrado bombean refrigerante (aire o agua) a través de tuberías enterradas profundamente en el suelo y tendidas a lo largo del fondo del depósito. Un ciclo cerrado se considera más seguro en términos medioambientales. A tipo cerrado Estos incluyen bombas con intercambiadores de calor verticales y horizontales, que se utilizan cuando no hay cuerpos de agua cercanos. Las bombas de calor verticales se utilizan cuando el área parcela, en el que se ubica la casa, es pequeño. A veces se instalan bombas verticales en pozos perforados cerca.

El paquete de trabajos para la instalación de una bomba de calor incluye la realización de trabajos internos. trabajos de instalacion electrica, tendido de tuberías externas y conductos de aire internos.

Beneficios del uso de bombas de calor

Los beneficios económicos del uso de bombas de calor son obvios: su funcionamiento es bastante económico, ya que se gasta un poco más de electricidad que cuando se utiliza un refrigerador. El precio del equipo también es bajo, así como el coste de instalación e instalación. El uso de una bomba de calor elimina la molestia de comprar y almacenar recursos de combustible, instalación y operación de equipos de calefacción en su hogar son gratuitos locales adicionales, que anteriormente albergaba una sala de calderas.

Al tener refrigeradores y aires acondicionados en su hogar, pocas personas saben que en ellos se implementa el principio de funcionamiento de una bomba de calor.

Aproximadamente el 80% de la energía que produce una bomba de calor proviene del calor. ambiente en forma de radiación solar dispersa. Es esta bomba la que simplemente lo "bombea" desde la calle a la casa. El funcionamiento de una bomba de calor es similar al principio de funcionamiento de un frigorífico, pero la dirección de transferencia de calor es diferente.

Simplemente pon…

Para enfriar la botella agua mineral, Lo metes en el frigorífico. El frigorífico debe “tomar” parte de la energía térmica de la botella y, según la ley de conservación de la energía, trasladarla a algún lugar y regalarla. El frigorífico transfiere calor a un radiador, normalmente situado en la pared trasera. Al mismo tiempo, el radiador se calienta liberando su calor a la habitación. De hecho, calienta la habitación. Esto se nota especialmente en los pequeños minimercados en verano, cuando se encienden varios frigoríficos en la habitación.

Te invitamos a soñar tu imaginación. Supongamos que constantemente pondremos objetos calientes en el frigorífico y, al enfriarlos, calentará el aire de la habitación. Vayamos a los “extremos”... Coloquemos el frigorífico en apertura de ventana con la puerta del congelador abierta hacia el exterior. El radiador del frigorífico estará ubicado en el interior. Durante el funcionamiento, el frigorífico enfriará el aire exterior, transfiriendo el calor "tomado" a la habitación. Así funciona una bomba de calor: toma el calor disperso del ambiente y lo transfiere a la habitación.

¿De dónde obtiene el calor la bomba?

El principio de funcionamiento de una bomba de calor se basa en la “explotación” de fuentes naturales de calor de bajo potencial del medio ambiente.

Pueden ser:

simplemente aire exterior;
calidez de los cuerpos de agua (lagos, mares, ríos);
calor del suelo, agua subterránea(térmica y artesiana).

¿Cómo funciona una bomba de calor y el sistema de calefacción que la acompaña?

La bomba de calor está integrada en el sistema de calefacción, que consta de 2 circuitos + un tercer circuito: el sistema de la bomba propiamente dicha. Por el circuito exterior circula un refrigerante no congelante que absorbe el calor del espacio circundante.

Al entrar en la bomba de calor, o más precisamente en su evaporador, el refrigerante cede una media de 4 a 7 °C al refrigerante de la bomba de calor. Y su punto de ebullición es de -10°C. Como resultado, el refrigerante hierve y luego se transforma en estado gaseoso. El refrigerante del circuito externo, ya enfriado, pasa al siguiente “ciclo” del sistema para fijar la temperatura.

El circuito funcional de la bomba de calor incluye:

evaporador;
compresor (eléctrico);
capilar;
condensador;
refrigerante;
Dispositivo de control termostático.

¡El proceso se parece a esto!

El refrigerante que ha “hervido” en el evaporador se suministra a través de una tubería a un compresor alimentado por electricidad. Este "trabajador" comprime el refrigerante gaseoso a alta presión, lo que, en consecuencia, conduce a un aumento de su temperatura.

El gas ahora caliente ingresa a otro intercambiador de calor, que se llama condensador. Aquí, el calor del refrigerante se transfiere al aire ambiente o al refrigerante, que circula por el circuito interno del sistema de calefacción.

El refrigerante se enfría y al mismo tiempo se convierte en líquido. Luego pasa a través de la válvula reductora de presión capilar, donde “pierde” presión y regresa al evaporador.

¡El ciclo está cerrado y listo para repetirse!

Cálculo aproximado de la capacidad calorífica de la instalación.

En una hora, a través de la bomba fluyen hasta 2,5-3 m 3 de refrigerante a través del colector externo, que la tierra puede calentar con ∆t = 5-7 °C.

Para calcular la potencia térmica de dicho circuito, utilice la fórmula:

Q = (T_1 - T_2)*V_calor

V_heat - caudal volumétrico de refrigerante por hora (m^3/hora);

T_1 - T_2 - diferencia de temperatura entre entrada y entrada (°C).

Tipos de bombas de calor

Las bombas de calor se clasifican según el tipo de calor disipado utilizado:

agua subterránea (use contornos de terreno cerrados o sondas geotérmicas profundas y sistema de agua calefacción de espacios);
agua-agua (utilizan pozos abiertos para la ingesta y descarga de agua subterránea; el contorno externo no tiene bucles, sistema interno calentando agua);
agua-aire (uso de circuitos de agua externos y un sistema de calefacción de tipo aire);
(aprovechamiento del calor disipado de masas de aire externas completo con Sistema de aire calentar la casa).

Ventajas y beneficios de las bombas de calor

Económico. El principio de funcionamiento de una bomba de calor no se basa en la producción, sino en la transferencia (transporte) de energía térmica, por lo que se puede argumentar que su eficiencia es superior a uno. ¿Qué absurdo? - dirás. El tema de las bombas de calor incluye un valor: el coeficiente de conversión de calor (HCT). Es mediante este parámetro que se comparan unidades de tipos similares entre sí. Su significado fisico– muestre la relación entre la cantidad de calor recibido y la cantidad de energía gastada para ello. Por ejemplo, con KPT = 4,8, 1 kW de electricidad gastado por la bomba nos permitirá obtener 4,8 kW de calor de forma gratuita, es decir, gratuitamente de la naturaleza.

Ubicuidad universal de aplicación. Incluso en ausencia de líneas eléctricas accesibles, el compresor de la bomba de calor puede funcionar con un motor diésel. Y el calor "natural" está disponible en todos los rincones del planeta: la bomba de calor no se quedará "hambrienta".

Uso respetuoso con el medio ambiente. No hay productos de combustión en la bomba de calor y su bajo consumo de energía "explota" menos las centrales eléctricas, reduciendo indirectamente emisiones nocivas de ellos. El refrigerante utilizado en las bombas de calor no daña la capa de ozono y no contiene clorocarbonos.

Modo de funcionamiento bidireccional. Una bomba de calor puede calentar una habitación en invierno y enfriarla en verano. El “calor” extraído de la habitación se puede utilizar eficazmente, por ejemplo, para calentar agua en una piscina o en un sistema de agua caliente.

Seguridad operativa. Según el principio de funcionamiento de una bomba de calor, no se considerarán procesos peligrosos. Sin llamas abiertas ni emisiones nocivas peligrosas para los humanos. baja temperatura Los refrigerantes hacen de la bomba de calor un electrodoméstico “inofensivo” pero útil.

Algunos matices de funcionamiento.

El uso eficaz del principio de funcionamiento de la bomba de calor requiere el cumplimiento de varias condiciones:

la habitación que se calienta debe estar bien aislada (pérdida de calor de hasta 100 W/m2); de lo contrario, al tomar calor de la calle, calentará la calle por su cuenta;
Las bombas de calor son ventajosas para sistemas de calefacción de baja temperatura. Los sistemas de calefacción por suelo radiante (35-40 °C) son ideales para estos criterios. El coeficiente de conversión de calor depende significativamente de la relación de temperatura de los circuitos de entrada y salida.

¡Resumamos lo dicho!

La esencia del principio de funcionamiento de una bomba de calor no está en la producción, sino en la transferencia de calor. Esto le permite obtener un alto coeficiente (de 3 a 5) de conversión de energía térmica. En pocas palabras, cada 1 kW de electricidad utilizada "transferirá" entre 3 y 5 kW de calor a la casa. ¿Algo más que deba decirse?