Aquí esbrinarà:
- Com funcionen les bombes de calor aire-aigua
- Especificitat d’aplicació i treball
- Avantatges i desavantatges de les bombes de calor de font d’aire
- Top 5 dels avantatges per als propietaris de plantes
- Com triar una bomba de calor aire-aigua
- Algorisme per muntar una unitat casolana
- Característiques del manteniment de la unitat
La bomba de calor aire-aigua s’utilitza per escalfar locals domèstics i industrials a les regions del sud i al centre de Rússia. Podeu comprar aquest dispositiu o fabricar-lo vosaltres mateixos, per exemple, en un aparell d’aire condicionat.
Què cal saber?
Es pot dir que, atès que les bombes de calor són tan eficients, per què s’utilitzen tan malament? La qüestió es troba en l’elevat cost de l’equip i la instal·lació. És per aquest simple motiu que molts rebutgen aquesta solució i trien, per exemple, calderes elèctriques o de carbó. Tot i això, no val la pena descartar aquesta opció per molts motius, que definitivament esmentarem en aquest article. Les bombes de calor, un cop instal·lades, esdevenen molt econòmiques ja que fan servir l’energia del sòl. La bomba de font de terra és de 3 en 1. Combina no només una caldera de calefacció i un sistema d’ACS, sinó també un aire condicionat. Vegem de prop aquest equip i considerem tots els seus punts forts i febles.
Principi de funcionament
Per a aquells que no acaben d’entendre el tema, convé explicar què és una bomba de calor aire-aigua. De fet, es tracta d’un “refrigerador invers”: un dispositiu que refreda l’aire exterior i escalfa l’aigua del dipòsit. Després, aquesta aigua es pot utilitzar per subministrar aigua calenta o escalfar la casa.
Disposició interna d’una bomba de calor aire-aigua de forma esquemàtica
La bomba de calor utilitza un cicle tancat i només consumeix electricitat. La seva eficiència es mesura com la proporció de l'energia elèctrica consumida a l'energia tèrmica rebuda. L'eficiència de les bombes de calor també es mesura en COP (Coeficient de rendiment). COP 2 correspon a una eficiència del 200% i significa que per a 1 kW d’electricitat donarà 2 kW de calor.
El principi de la unitat
El principi de funcionament d'una bomba de calor per a calefacció es basa en l'ús de la diferència de potencial d'energia tèrmica. És per això que aquest equip es pot utilitzar en qualsevol entorn. El més important és que la seva temperatura sigui d'almenys 1 grau centígrad.
Tenim un refrigerant que es mou a través de la canonada, on, de fet, s’escalfa entre 2 i 5 graus. Després d'això, el refrigerant entra a l'intercanviador de calor (circuit intern), on allibera l'energia recollida. En aquest moment, hi ha un refrigerant al circuit extern, que té un punt d’ebullició baix. En conseqüència, es converteix en gas. Quan entra al compressor, el gas es comprimeix, cosa que fa que la seva temperatura sigui encara més elevada. Després, el gas es dirigeix al condensador, on perd la calor, donant-lo al sistema de calefacció. El refrigerant es torna líquid i torna al circuit extern.
Avantatges i desavantatges de les bombes de calor
Les bombes de calor per a la calefacció de la llar es poden controlar mitjançant termòstats especialment instal·lats. La bomba s’encén automàticament quan la temperatura del medi baixa per sota del valor establert i s’apaga si la temperatura supera el punt establert. Per tant, el dispositiu manté una temperatura constant a l’habitació; aquest és un dels avantatges dels dispositius.
Els avantatges del dispositiu són la seva economia: la bomba consumeix una petita quantitat d’electricitat i respectuós amb el medi ambient, o una seguretat absoluta per al medi ambient. Els principals avantatges del dispositiu:
- Fiabilitat.La vida útil supera els 15 anys, totes les parts del sistema tenen un alt recurs de treball, les caigudes d’energia no perjudiquen el sistema.
- Seguretat. Sense sutge, sense gasos d’escapament, ni flama oberta, ni fuites de gas.
- Confort. El funcionament de la bomba és silenciós, la comoditat i la comoditat de la casa contribueixen a crear control del clima i un sistema automàtic, el funcionament del qual depèn de les condicions meteorològiques.
- Flexibilitat. El dispositiu té un disseny modern i elegant i es pot combinar amb tots els sistemes de calefacció de la casa.
- Versatilitat. S’utilitza en la construcció civil privada. Ja que té un ampli rang de potència. A causa d'això, pot proporcionar calor a les habitacions de qualsevol àrea, des d'una casa petita fins a una casa de camp.
La complexa estructura de la bomba determina el seu principal desavantatge: l'elevat cost de l'equip i la seva instal·lació. Per instal·lar el dispositiu, cal realitzar treballs d’excavació en grans volums.
Breument sobre els tipus de bombes de calor
Actualment es coneixen diversos dissenys de bombes geotèrmiques populars. Però, en qualsevol cas, el seu principi de funcionament es pot comparar amb el treball dels equips de refrigeració. És per això que, independentment del tipus, la bomba es pot utilitzar com a condicionador d’aire a l’estiu. Per tant, les bombes de calor es classifiquen segons on poden extreure la calor:
- Des de terra;
- Des de l'embassament;
- Fora de l’aire.
El primer tipus és el més preferible a les regions fredes. El fet és que la temperatura de l’aire sol baixar fins a -20 i per sota (per exemple, la Federació Russa), però la profunditat de congelació del sòl sol ser insignificant. Pel que fa als embassaments, no es troben a tot arreu i no és molt aconsellable utilitzar-los. En qualsevol cas, és millor triar una bomba de calor a terra per a la calefacció de la llar. Hem examinat una mica el principi de funcionament de la unitat, així que anem més enllà.
Com funciona una bomba de calor de font terrestre? Principi de funcionament.
Per obtenir calor del terra, cal un intercanviador de calor del terra. Per fer-ho, simplement es col·loca una canonada a terra, formant un bucle en el qual circula el líquid, popularment s’anomena salmorra. El bucle (a la pràctica n’hi ha diversos) passa per l’evaporador de la bomba de calor, on la temperatura de la salmorra baixa i es fa inferior a la del terra. En passar més endavant per la canonada del terra, la salmorra s’escalfa gradualment. Al final, torna a entrar a l’evaporador, on desprèn calor.
Així, la salmorra media la diferència de temperatura entre el sòl i l’evaporador de la bomba.
L’intercanviador de calor pot ser horitzontal o vertical. La mida del terreny ajuda a triar una solució: es necessiten diversos centenars de metres quadrats per fabricar un bescanviador de calor horitzontal i n’hi ha prou amb dotzenes per a sondes verticals.
És important que el volum de l’intercanviador de calor sigui gran; durant tota la temporada de calefacció, la bomba rep diversos megawatts-hora de calor del terra. Si és massa petita, s’exposa a un refredament excessiu i, per tant, la bomba no pot funcionar correctament. El sistema de control d’una bomba de calor de font terrestre, com a regla general, l’apaga quan la temperatura de la salmorra baixa a -7 ° C, perquè per sota d’aquest valor, el procés dels processos al circuit es veu pertorbat excessivament.
Bomba de calor de font terrestre amb intercanviador de calor horitzontal.
En el cas d’un intercanviador de calor format per canonades situades horitzontalment, la profunditat òptima és de 0,2 - 0,5 m per sota de la línia de congelació. Tot i això, si hi ha un curs d’aigua a una profunditat relativament baixa, la millor solució és col·locar-hi canonades. A continuació, la bomba de calor aconsegueix un factor d’eficiència superior Kp.
Les canonades d’un intercanviador de calor horitzontal es col·loquen en una fossa prèviament preparada amb unes dimensions corresponents a la superfície requerida de l’intercanviador de calor. Es condueixen en forma de bobina (corbes) per tota la superfície de la fossa, observant certs intervals entre seccions adjacents.Els intervals no han de ser inferiors a 0,4 mi ni superior a 1,2 m, tenint en compte el tipus de sòl, del qual se segueix la seva capacitat de "regeneració" (afegint calor). Com més temps es congeli la superfície del sòl, més gran hauria de ser l'interval.
Cal recordar que la producció de calor de l’intercanviador de calor no flueix de la longitud de la canonada, només de la superfície del terreny sobre la qual es posa. Les petites llacunes no permeten rebre més calor d’ella, a causa de la necessitat d’utilitzar una canonada llarga. Això es tradueix en una inversió i un cost operatiu més elevats, ja que per bombar salmorra a través d’una canonada llarga es necessita una bomba de circulació amb més capacitat. A causa d’aquest buit massa gran entre les canonades, passa que la calor no entra en la quantitat dissenyada, de manera que la potència de l’intercanviador de calor és menor.
Projecte d’intercanviador de calor terrestre.
Dissenyar un bescanviador de calor de terra adequat és la clau per al funcionament correcte d’una bomba de calor. Per calcular el valor requerit, es necessita informació sobre la potència requerida de la bomba de calor. Si no està en les característiques tècniques del dispositiu, n’hi ha prou amb saber que correspon a la potència tèrmica reduïda per la potència del compressor. Si no sabem quina capacitat té el compressor, però tenim informació sobre el factor de capacitat Kp, llavors la potència de refrigeració es calcula amb una precisió suficient mitjançant la fórmula:
Qcool = (Kp - 1) / Kp • Qtopl.
Cal parar atenció que els valors substituïts s’assoleixen a una temperatura que correspon a la que regna tant al sòl com al sistema de calefacció durant el funcionament de la bomba a plena capacitat (per exemple, 0/35 - temperatura de salmorra) 0 graus centígrads, sistema de calefacció 35 graus centígrads).
Càlcul de la superfície de l'intercanviador de calor d'una bomba de calor horitzontal de terra.
La força amb què un intercanviador de calor del sòl transfereix calor depèn del tipus de sòl, és a dir, del seu contingut d'humitat. En funció d’això, per calcular la superfície de l’intercanviador de calor horitzontal es prenen els següents valors de la potència tèrmica del sòl qg (per a canonades de polietilè):
- sorra seca - 10 W / m2
- sorrenc, humit: 15-20 W / m2
- sec argilós - 20-25 W / m2
- argilós, humit: 25-30 W / m2
- humit (aqüífer): 35-40 W / m2.
Per descomptat, es tracta de valors indicatius.
És difícil avaluar si el sòl és el mateix en tota la zona destinada a l'intercanviador de calor fins que no comencen a construir-lo, per la qual cosa és millor agafar un valor inferior per al càlcul. En un sistema fabricat adequadament, el compressor de la bomba de calor funciona de 1800 a 2400 hores a l'any, la producció de calor del sòl condueix a un allargament del temps de treball.
La superfície de l'intercanviador de calor es calcula mitjançant la fórmula:
A = Q / qg
Exemple: la casa necessita energia per a la calefacció és de 14 kW i la bomba les satisfà completament (ha de funcionar en un sistema monovalent). El dispositiu seleccionat rep una potència tèrmica (calefacció) de 14 kW per als paràmetres 0/35, tot aconseguint un coeficient d’eficiència Kp = 4,5. La potència de refrigeració és, per tant, Qcool = (4,5-1) / 4,5 • 14 = 10,9 kW, és a dir, 10900 W. L’intercanviador de calor s’ha de fer en terra argila seca, per tant la seva àrea ha de ser A = 10 900/20 = 545 m2. Es crida l’atenció que en el cas d’un sòl aqüífer, l’intercanviador de calor pot ser dues vegades més petit, però si el sòl és sorrenc, la seva superfície ocuparà més de 1000 m2. En aquesta situació, la millor solució és col·locar les canonades verticalment.
Intercanviador de calor d'una bomba de calor de font vertical.
La bomba de calor aconsegueix un factor d’eficiència més alt Kp quan els tubs de l’intercanviador de calor es col·loquen verticalment a terra, a una profunditat de 40-150 m.Això es deu al fet que a una profunditat inferior als 10 m, la temperatura del sòl és d’uns 10 graus centígrads durant tot l’any, és a dir, a l’hivern és gairebé deu més que a una profunditat d’1,5 metres.
No obstant això, l'execució d'un intercanviador de calor vertical és clarament més car que un horitzontal. Són seccions verticals d’una canonada que forma un bucle (la canonada baixa pels forats, a la part inferior gira i puja). S’anomenen sondes geotèrmiques. En aquest cas, no es calculen per àrea, sinó per la longitud total de l’intercanviador de calor, generalment format per més d’una sonda.
Als pous verticals, es col·loquen un o dos parells de canonades (sonda U o Y). La inserció del tub de forat es facilita amb el cap, un element que connecta els elevadors que es pot adaptar per acollir un tub d’ompliment addicional. El cap s’empeny als forats i, amb ell, les canonades de l’intercanviador de calor. A continuació, s'aboca formigó líquid al pou.
En un intercanviador de calor tipus Y, el líquid baixa cap al cap per un tub i torna del cap per l’altre. En un bescanviador de calor tipus U, flueix amb dos tubs cap avall i dos cap amunt.
La distància entre els punts de perforació de fins a 50 m de profunditat no ha de ser inferior a 5 m, i en el cas de punts més profunds de 8 a 15 metres. S’ha de situar en una línia perpendicular a la direcció del flux d’aigua.
Càlcul de la longitud de l'intercanviador de calor de la bomba de calor terrestre vertical.
En aquest cas, és important com canvien les propietats del sòl amb la profunditat. La informació es pot proporcionar mitjançant mapes geològics i documentació de pous prèviament fets als voltants. Sobre aquesta base, és possible estimar el gruix de les capes individuals del sòl i calcular el valor mitjà del coeficient de conductivitat tèrmica per a la zona on es col·loquen els tubs de l’intercanviador de calor.
Els càlculs, però, no són capaços de tenir en compte tots els moviments de les aigües subterrànies i, a la pràctica, sovint passa que el resultat obtingut és significativament diferent de la realitat. Per assegurar-vos que l’intercanviador de calor vertical funcionarà correctament, cal fer un estudi del sòl al lloc on s’ha de fer la perforació. En aquest cas, la productivitat de la calor del sòl qg també depèn del seu tipus.
Per a canonades PE80 és:
- terra de sorra seca: 10-12 W / m;
- humit sorrenc - 12-16 W / m;
- argila mitjana seca - 16-18 W / m;
- argila mitjana mullada - 19-21 W / m;
- sec i argilós: 18-19 W / m;
- argila pesada mullada - 20-22 W / m;
- humit (aqüífer): 25-30 W / m.
Cal tenir en compte el gruix de capes individuals d’un determinat tipus de sòl i, sobre aquesta base, calcular el rendiment global de cada sonda.
La producció de calor del sòl, en què les dues capes estan seques, com els aqüífers, quan s’utilitzen sondes de doble U (quatre canonades al pou), té una mitjana d’uns 50 W / m. Es pot suposar provisionalment que, en el cas de la bomba de calor dels sol·licitants, en l’exemple del càlcul d’un bescanviador de calor horitzontal (capacitat de refrigeració de 10,9 kW), es necessiten forats amb una longitud total de L = 10.900 / 50 = 218 m, que és, per exemple, quatre de 55 metres cadascun.
"Aigua subterrània": la millor manera de col·locar-la?
Obtenir calor del terra es considera el més adequat i racional. Això es deu al fet que pràcticament no hi ha fluctuacions de temperatura a una profunditat de 5 metres. S'utilitza un fluid especial com a transportador de calor. Se sol anomenar salmorra. És totalment ecològic.
Pel que fa al mètode de col·locació, és a dir, horitzontal i vertical. El primer tipus es caracteritza pel fet que les canonades de plàstic, que representen el contorn exterior, es col·loquen horitzontalment sobre la plaça. Això és molt problemàtic, ja que els treballs de col·locació s’han de realitzar en una superfície de 25-50 metres quadrats. En el cas dels pous verticals, els pous verticals es perforen amb una profunditat de 50-150 metres.Com més profundes es col·loquen les sondes, més eficient serà la bomba de calor geotèrmica. Ja hem considerat el principi de funcionament i ara parlarem de detalls importants.
Bomba de calor "Aigua-a-aigua": principi de funcionament
Tampoc no descartis immediatament la possibilitat d’utilitzar l’energia cinètica de l’aigua. El fet és que a grans profunditats la temperatura es manté força alta i varia en intervals reduïts, si això passa. Podeu utilitzar diverses maneres:
- Cossos d’aigua oberts com rius i llacs.
- Aigües subterrànies (pou, pou).
- Aigües residuals procedents de cicles industrials (subministrament d’aigua de retorn).
Des del punt de vista econòmic i tècnic, la manera més senzilla és configurar el funcionament d’una bomba geotèrmica en un dipòsit obert. Al mateix temps, no hi ha diferències estructurals significatives entre les bombes "sòl-aigua" i "aigua-aigua". En aquest darrer cas, les canonades submergides en un dipòsit obert es subministren amb una càrrega. Pel que fa a l’ús d’aigües subterrànies, el disseny i la instal·lació són més complexos. Cal assignar un pou separat per a l’abocament d’aigua.
Principi de funcionament de la bomba de calor aire-aigua
Aquest tipus de bomba es considera una de les menys eficients per diversos motius. En primer lloc, a la temporada de fred, la temperatura de les masses d’aire baixa significativament. En última instància, això condueix a una disminució de la potència de la bomba. És possible que no pugui fer front a la calefacció d’una casa gran. En segon lloc, el disseny és més complex i menys fiable. No obstant això, els costos d’instal·lació i manteniment es redueixen significativament. Això es deu al fet que no necessiteu un embassament, un pou i no necessiteu excavar trinxeres per a canonades a la vostra casa d'estiu.
El sistema es col·loca al terrat de l’edifici o en un altre lloc adequat. Val a dir que aquest disseny té un avantatge significatiu. Consisteix en la possibilitat d’utilitzar gasos d’escapament, aire que surt de nou de l’habitació. Això pot compensar la insuficient capacitat de l’equip a l’hivern.
Bombes aire-aire i molt més
Aquestes instal·lacions són fins i tot menys comunes que "Air-Water", per diversos motius. Com haureu endevinat, en el nostre cas, l’aire s’utilitza com a transportador de calor, que s’escalfa a partir d’una massa d’aire més càlida de l’entorn. Hi ha un gran nombre d’inconvenients d’aquest sistema, que van des de la baixa productivitat fins a l’alt cost. Una bomba de calor aire-aire, el principi de la qual ja sabeu, no és dolenta només a les zones càlides.
Aquí també hi ha punts forts. En primer lloc, el baix cost del refrigerant. És probable que no trobeu cap fuga de línia aèria. En segon lloc, l'eficàcia d'aquesta solució és extremadament alta durant el període de primavera-tardor. A l’hivern no és pràctic utilitzar una bomba de calor d’aire, el principi de funcionament del qual hem tingut en compte.
Bomba de calor d'aire DIY: esquema de muntatge
A diferència dels sistemes geotèrmics i hidrotermals força complexos, hi ha disponible una bomba de calor aire-aigua per fabricar fins i tot sola.
A més, per a la fabricació d’un sistema d’aire, necessitem un conjunt relativament barat, format per les següents parts i conjunts:
Unitat externa de bomba de calor aire-aigua
- Compressor de sistema dividit: es pot comprar en un centre de serveis o en un taller de reparacions
- Dipòsit d'acer inoxidable de 100 litres: es pot treure de qualsevol rentadora antiga
- Un recipient polimèric amb una boca ampla: farà una llauna normal o polipropilè.
- Tubs de coure amb un diàmetre de producció superior a 1 mil·límetre. Haureu de comprar-los, però aquesta és l’única compra cara de tot el projecte.
- Conjunt de vàlvules de tancament i control, que inclouran una gallina de drenatge, una vàlvula de gravat d’aire i una vàlvula de seguretat.
- Fixacions: mènsules, clips de canonades, pinces i altres.
A més, necessitarem el refrigerant més barat: freó i, com a mínim, la unitat de control més senzilla, sense la qual l’ús de bombes de calor serà molt difícil, a causa de la necessitat de sincronitzar el funcionament del compressor amb la temperatura de la superfície de la evaporador i condensador.
Muntatge de la unitat
Bé, el procés de construcció en si és el següent:
- Fem una bobina a partir d’una canonada de coure, les dimensions de la qual han de correspondre a la secció transversal i l’altura del dipòsit d’acer.
- Muntem la bobina al dipòsit, deixant les sortides de canonada de coure fora d’aquest. A continuació, segellem el dipòsit i el dotem d’un accessori d’entrada (inferior) i sortida (superior). Com a resultat, s’obté el primer element del sistema, el condensador, amb aixetes preparades per a la canonada de calefacció directa (muntatge superior) i de retorn (muntatge inferior)
- Muntem el compressor a la paret (mitjançant el suport). Connectem la connexió de pressió del compressor a la sortida superior del tub de coure.
- Fem una segona bobina a partir d’un tub de coure, les dimensions del qual coincideixen amb la secció transversal i l’alçada de la llauna de polímer.
- Muntem la bobina a la llauna, instal·lant un ventilador al seu extrem, que bufa aire a la bobina. A més, haurien de sortir dos números de la llauna. Com a resultat, tota aquesta estructura, que és l’evaporador del sistema, es munta a la façana o a l’eix de ventilació.
- Connectem la sortida inferior del tanc (condensador) amb la sortida inferior de la llauna (evaporador) tallant un estrangulador de control en aquesta canonada.
- Connectem la sortida superior de la llauna amb la canonada d’aspiració del compressor.
Bàsicament, això és tot. El sistema basat en el principi de funcionament d’una bomba de calor d’aire és gairebé complet. Només queda abocar refrigerant al compressor i connectar la vàlvula d’acceleració a la unitat de control.
Bomba de calor casolana
Els estudis han demostrat que el període de recuperació de l'equip depèn directament de la zona escalfada. Si parlem d’una casa de 400 metres quadrats, això suposa aproximadament 2-2,5 anys. Però per a aquells que tinguin un allotjament més petit, és molt possible utilitzar bombes casolanes. Pot semblar que és difícil fabricar aquest equipament, però de fet no ho és. N’hi ha prou amb comprar els components necessaris i podeu continuar amb la instal·lació.
El primer pas és comprar un compressor. Podeu agafar el de l’aire condicionat. Muntar-lo de la mateixa manera a la paret de l’edifici. A més, es necessita un condensador. El podeu construir vosaltres mateixos o comprar-lo. Si seguiu el primer mètode, necessitareu una bobina de coure d’un gruix mínim d’1 mm, que es col·loca a la caixa. Pot ser un dipòsit d’una mida adequada. Després de la instal·lació, el tanc es solda i es realitzen les connexions roscades necessàries.
Potència i eficiència
Si l'eficiència de les bombes de calor geotèrmiques i d'aigua pràcticament no depèn de la temporada, la situació és diferent amb les bombes de calor per aire. El rendiment depèn directament de la temperatura exterior, com més freda sigui, menor serà la COP (eficiència).
Molta gent pensa que la quantitat de calor que pot produir depèn de la potència d'una bomba de calor, però no és així. Caracteritza el consum d’energia i la quantitat de calor generada depèn de l’eficiència. En conseqüència, a partir de la temperatura de l'aire fora de casa.
La part final del treball
En qualsevol cas, a la fase final, haureu de contractar un especialista. És una persona coneixedora que ha de soldar canonades de coure, bombejar freó i, a més, engegar el compressor per primera vegada. Després de muntar tota l’estructura, es connecta al sistema de calefacció intern. El circuit exterior s’instal·la per darrera vegada i les seves característiques depenen del tipus de bomba de calor utilitzada.
No oblideu un punt tan important com substituir el cablejat obsolet o danyat de la casa. Els experts recomanen instal·lar un comptador amb una capacitat mínima de 40 amperes, que hauria de ser suficient per al funcionament d’una bomba de calor.No serà superflu constatar que, en alguns casos, aquest equip no compleix les expectatives. Això es deu, en particular, a càlculs termodinàmics inexactes. Perquè no passi que hàgiu gastat molts diners en calefacció i, a l’hivern, hagueu d’instal·lar una caldera de carbó, poseu-vos en contacte amb organitzacions de confiança amb comentaris positius.
Seguretat i compatibilitat mediambiental sobretot
La calefacció amb les bombes descrites en aquest article és un dels mètodes més respectuosos amb el medi ambient. Això es deu principalment a la reducció de les emissions de diòxid de carboni a l'atmosfera, així com a la conservació de recursos energètics no renovables. Per cert, en el nostre cas, s’utilitzen recursos renovables, de manera que no cal tenir por que la calor acabi de cop. Gràcies a l’ús d’una substància que bull a baixes temperatures, es va poder realitzar el cicle termodinàmic invers i, amb menys energia, aconseguir una quantitat suficient de calor a la casa. Quant a la seguretat contra incendis, tot està clar. No hi ha possibilitat de fuites de gas o fuel oil, explosió, ni llocs perillosos per emmagatzemar materials inflamables i molt més. En aquest sentit, les bombes de calor són molt bones.
