Las primeras versiones de bombas de calor solo podrían satisfacer parcialmente las necesidades de energía térmica. Las variedades modernas son más eficientes y pueden utilizarse para sistemas de calefacción. Es por eso que muchos propietarios están tratando de montar una bomba de calor con sus propias manos.
Le diremos cómo elegir la mejor opción para una bomba de calor, teniendo en cuenta los datos geográficos del área donde se planea instalar. El artículo propuesto para su consideración describe en detalle el principio de funcionamiento de los sistemas de uso de "energía verde", y se enumeran las diferencias. Con nuestro consejo, sin duda se centrará en el tipo efectivo.
Para maestros independientes, presentamos la tecnología de montaje de la bomba de calor. La información presentada para su consideración se complementa con diagramas visuales, selecciones de fotos y video detallado en dos partes.
Contenido del artículo:
- ¿Qué es una bomba de calor y cómo funciona?
- Los principales elementos de diseño de las bombas de calor.
- Seleccione el tipo de bomba de calor
- Construyendo una bomba de calor usted mismo
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
¿Qué es una bomba de calor y cómo funciona?
El término bomba de calor se refiere a un conjunto de equipos específicos. La función principal de este equipo es la recolección de energía térmica y su transporte al consumidor. La fuente de dicha energía puede ser cualquier cuerpo o medio que tenga una temperatura de + 1º o más grados.
En nuestro entorno, las fuentes de calor a baja temperatura son más que suficientes. Se trata de residuos industriales de empresas, centrales térmicas y nucleares, aguas residuales, etc. Para el funcionamiento de las bombas de calor en el campo de la calefacción doméstica, se necesitan tres fuentes naturales de auto regeneración: aire, agua, tierra.
Las bombas de calor "extraen" energía de procesos que ocurren regularmente en el ambiente. El flujo de procesos nunca se detiene, porque las fuentes se consideran inagotables por criterios humanos.
Los tres proveedores de energía potenciales enumerados están directamente relacionados con la energía del sol, que mediante el calentamiento impulsa el aire con el viento y transfiere la energía térmica a la tierra. La elección de la fuente es el criterio principal según el cual se clasifican los sistemas de bomba de calor.
El principio de funcionamiento de las bombas de calor se basa en la capacidad de los cuerpos o medios para transferir energía térmica a otro cuerpo o medio. Los receptores y proveedores de energía en los sistemas de bomba de calor generalmente trabajan en pares.
Así que distingue los siguientes tipos de bombas de calor:
- El aire es agua.
- La tierra es agua.
- El agua es aire.
- El agua es agua.
- La tierra es aire.
- Agua - agua
- El aire es aire.
En este caso, la primera palabra determina el tipo de medio en el que el sistema toma calor a baja temperatura. El segundo indica el tipo de portador al que se transfiere esta energía térmica. Por lo tanto, en las bombas de calor, el agua es agua, el calor se toma del medio acuoso y el líquido se utiliza como portador de calor.
Las bombas de calor de tipo constructivo son instalaciones de compresión de vapor. Extraen calor de fuentes naturales, lo procesan y lo transportan a los consumidores (+)
Las bombas de calor modernas utilizan tres principales fuente de calor. Esto - el suelo, el agua y el aire. La más fácil de estas opciones es bomba de calor de aire. La popularidad de estos sistemas está asociada con su diseño bastante simple y su facilidad de instalación.
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La bomba de calor incluye una unidad interior y exterior. La parte exterior está destinada a la ingesta de energía natural, interna para su procesamiento.
La unidad externa de bomba de calor aire-aire es similar a la parte exterior de un acondicionador de aire, utiliza principios similares.
Si desea aumentar el rendimiento del sistema de calefacción aire-aire, aumente el área de su evaporador.
Los sistemas térmicos que utilizan calor del interior de la tierra son mucho más complejos y costosos de construir. Entre ellos se encuentran trabajos verticales - pozos.
Para la construcción de un sistema de evaporador horizontal que extraiga el calor del suelo, se necesitan grandes áreas libres de edificios.
Los tubos del evaporador se pueden colocar en numerosos bucles en las zanjas. Lo principal es excavar en el suelo las imágenes requeridas del receptor de energía.
Un pozo para el uso de la energía del agua subterránea se construye de acuerdo con principios similares a los de los sistemas de evaporadores del dispositivo con consumo de energía del suelo.
Para el dispositivo del evaporador vertical de una bomba de calor que utiliza la energía del agua, necesita un depósito cercano de suficiente área.
El principio estándar del dispositivo de bomba de calor.
Unidad externa de bomba de calor aire-aire
Variedad de instalaciones térmicas aire-aire.
Sistema evaporador horizontal de la tierra-agua.
El dispositivo receptor de calor bomba tierra-aire
Evaporador en zanjas de tierra seleccionadas
Agua de pozo para bomba de calor agua a agua.
Receptores horizontales de energía de agua.
Sin embargo, a pesar de esta popularidad, estas variedades tienen una productividad bastante baja. Además, la eficiencia es inestable y depende de las fluctuaciones estacionales de la temperatura.
Con la disminución de la temperatura, su rendimiento disminuye significativamente. Tales variantes de las bombas de calor pueden considerarse como una adición a la fuente principal de energía térmica existente.
Opciones de equipo usando calor del sueloSe consideran más efectivos. El suelo recibe y acumula energía térmica no solo del Sol, sino que se calienta constantemente por la energía del núcleo de la tierra.
Es decir, el suelo es un tipo de acumulador de calor, cuya capacidad es prácticamente ilimitada. Además, la temperatura del suelo, especialmente a cierta profundidad, es constante y varía en límites insignificantes.
Alcance de la energía generada por las bombas de calor:
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Las bombas de calor sirven como proveedores de energía para las necesidades de los circuitos de calefacción a baja temperatura y los sistemas de calentamiento de agua.
Las bombas de calor han encontrado el uso más activo como proveedor de energía para los circuitos de calefacción de aire.
Las bombas de calor pueden proporcionar completamente al sistema un piso caliente con la cantidad requerida de refrigerante requerida temperatura
La bomba de calor de pequeño o mediano tamaño de potencia pequeña o mediana hace frente perfectamente al agua caliente para una piscina privada
Bombas de calor en calefacción y agua caliente.
Aplicación en circuitos de calefacción de aire.
Preparación del soporte térmico para sistemas de calefacción por suelo radiante.
Instalación térmica en la piscina de agua caliente.
La constancia de la temperatura de la fuente es un factor importante en el funcionamiento estable y eficiente de este tipo de equipos de potencia. Características similares tienen sistemas en los que el medio ambiente acuático es la principal fuente de energía térmica. El colector de tales bombas se encuentra en el pozo, donde está ubicado en el acuífero, o en un reservorio.
La temperatura promedio anual de fuentes como el suelo y el agua varía de + 7º a + 12º C. Esta temperatura es suficiente para garantizar el funcionamiento eficaz del sistema.
Las más efectivas son las bombas de calor que extraen energía térmica de fuentes con índices de temperatura estables, es decir, del agua y del suelo
Los principales elementos de diseño de las bombas de calor.
Para que la planta de generación de energía funcione de acuerdo con los principios de funcionamiento de la bomba de calor, su diseño debe incluir 4 unidades principales, que son:
- Compresor
- Evaporador
- Condensador
- Válvula de mariposa.
Un elemento importante del diseño de la bomba de calor es un compresor. Su función principal es aumentar la presión y la temperatura de los vapores resultantes de la ebullición del refrigerante. En particular, los compresores scroll modernos se utilizan para equipos de climatización y bombas de calor.
Los líquidos con un punto de ebullición bajo se utilizan como medio de trabajo que realiza la transferencia directa de energía térmica. Generalmente se utilizan amoníaco y freones (+).
Tales compresores están diseñados para funcionar a temperaturas bajo cero. A diferencia de otras variedades, los compresores scroll producen poco ruido y funcionan tanto a bajas temperaturas de ebullición del gas como a altas temperaturas de condensación. La ventaja indudable es su tamaño compacto y bajo peso específico.
Casi toda la energía de la bomba de calor se gasta en el transporte de energía térmica desde el exterior a la sala. Así, el trabajo de los sistemas requiere aproximadamente 1 unidad de energía en la producción de 4 - 6 unidades (+)
El evaporador como elemento estructural es un tanque en el que se produce la conversión de refrigerante líquido a vapor. El refrigerante, que circula en un circuito cerrado, pasa a través del evaporador. En ella el refrigerante se calienta y se convierte en vapor. El vapor resultante a baja presión se dirige hacia el compresor.
En un compresor, los vapores de refrigerante están sujetos a presión y su temperatura aumenta. El compresor bombea el vapor caliente a alta presión hacia el condensador.
El compresor comprime el medio que circula en el circuito, como resultado de lo cual su temperatura y presión aumentan. Luego el medio comprimido ingresa al intercambiador de calor (condensador), donde se enfría, transfiriendo calor al agua o al aire.
El siguiente elemento estructural del sistema es un condensador. Su función se reduce al retorno de la energía térmica al circuito interno del sistema de calefacción.
Las muestras en serie fabricadas por empresas industriales están equipadas con intercambiadores de calor de placas. El material principal de dichos condensadores es el acero aleado o el cobre.
Para intercambiadores de calor de fabricación propia, tubo de cobre adecuado con un diámetro de media pulgada. El grosor de la pared de las tuberías utilizadas para fabricar el intercambiador de calor debe ser de al menos 1 mm.
Una válvula termostática, o de otro modo estranguladora, se instala al comienzo de esa parte del circuito hidráulico donde el medio de circulación de alta presión se convierte en un medio de baja presión. Más precisamente, un acelerador emparejado con un compresor divide el circuito de la bomba de calor en dos partes: una con parámetros de alta presión, la otra con bajas.
Al pasar por una válvula de aceleración de expansión, el líquido que circula en un circuito cerrado se evapora parcialmente, como resultado de lo cual la presión disminuye con la temperatura. Luego entra en el intercambiador de calor, comunicándose con el medio ambiente. Captura la energía del medio y la transfiere de nuevo al sistema.
Por medio de la válvula reguladora, el flujo de refrigerante se controla hacia el evaporador. Al elegir una válvula, se deben tener en cuenta los parámetros del sistema. La válvula debe cumplir con estos parámetros.
Al pasar por la válvula de regulación de calor, el fluido de transferencia de calor se evapora parcialmente y la temperatura del flujo disminuye (+)
Seleccione el tipo de bomba de calor
El principal indicador de este sistema de calefacción es la potencia. En primer lugar, la potencia dependerá de los costos financieros para la compra de equipos y la elección de una u otra fuente de calor a baja temperatura. Cuanto mayor sea la capacidad del sistema de bombeo de calor, mayor será el costo de los elementos componentes.
En primer lugar, esto se refiere a la capacidad del compresor, la profundidad de los pozos para las sondas geotérmicas o el área para acomodar el reservorio horizontal. Los cálculos termodinámicos adecuados son un tipo de garantía de que el sistema funcionará de manera eficiente.
Si hay un depósito de agua al lado del área personal, la bomba de calor de agua a agua será la opción más rentable y productiva.
Primero, debe estudiar el área planificada para la instalación de la bomba. La condición ideal es la presencia de un reservorio en este sitio. Uso de tipo agua-agua Reducir significativamente la cantidad de movimiento de tierras.
El uso del calor de la tierra, por el contrario, implica una gran cantidad de trabajos relacionados con la excavación. Los sistemas que utilizan el ambiente acuático como calor de bajo grado son considerados los más eficientes.
El dispositivo de la bomba de calor, que extrae la energía térmica del suelo, implica una impresionante cantidad de movimientos de tierra. Un colector se coloca debajo del nivel de congelación estacional.
Usa la energía térmica del suelo de dos maneras. El primero consiste en la perforación de pozos con un diámetro de 100-168 mm. La profundidad de dichos pozos, según los parámetros del sistema, puede alcanzar los 100 m o más.
Se colocan sondas especiales en estos pozos. El segundo método utiliza un colector de tuberías. Dicho colector se coloca bajo tierra en un plano horizontal. Para esta opción, necesita un área lo suficientemente grande.
Para la colocación del colector, las zonas con suelo húmedo se consideran ideales. Naturalmente, la perforación de pozos costará más que la ubicación horizontal del reservorio. Sin embargo, no todos los sitios tienen espacio libre. Para un kW de potencia de bomba de calor, necesita de 30 a 50 m² de superficie.
Una instalación para extraer energía térmica de un pozo profundo puede ser un poco más barata que cavar un pozo. Pero una ventaja importante es el importante ahorro en espacio, que es importante para los propietarios de áreas pequeñas.
En el caso de la presencia en el sitio de un horizonte elevado de agua subterránea, los intercambiadores de calor se pueden organizar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí.
La selección de energía térmica en dichos sistemas mediante el bombeo de aguas subterráneas en un circuito cerrado, partes de las cuales se encuentran en pozos. Dicho sistema necesita instalar un filtro y limpiar periódicamente el intercambiador de calor.
El esquema de bomba de calor más simple y más barato se basa en la extracción de energía térmica del aire. Una vez que se convirtió en la base de los refrigeradores del dispositivo, posteriormente, de acuerdo con sus principios, se desarrollaron acondicionadores de aire.
El sistema de bomba de calor más simple extrae energía de la masa de aire. En verano participa en calefacción, en invierno en aire acondicionado. El inconveniente del sistema es que, en una versión independiente, la unidad con potencia insuficiente
La efectividad de los diferentes tipos de este equipo no es la misma. Los indicadores más bajos tienen las bombas que utilizan el ambiente de aire. Además, estas cifras dependen directamente de las condiciones climáticas.
Los tipos de suelo de bombas de calor tienen un rendimiento estable. El coeficiente de eficiencia de estos sistemas varía en el rango de 2.8 a 3.3. Los sistemas más eficaces tienen agua-agua. Esto se debe principalmente a la estabilidad de la temperatura de la fuente.
Se debe tener en cuenta que cuanto más profundo esté ubicado el colector de la bomba en el depósito, más estable será la temperatura. Para obtener una potencia del sistema de 10 kW, se necesitan unos 300 metros de tubería.
El principal parámetro que caracteriza la eficiencia de la bomba de calor, se considera su coeficiente de conversión. Cuanto mayor sea el factor de conversión, más eficiente se considera la bomba de calor.
La tasa de conversión de la bomba de calor se expresa en términos de la relación del flujo de calor y la potencia eléctrica consumida por el compresor.
Construyendo una bomba de calor usted mismo
Conociendo el esquema de acción y el dispositivo de la bomba de calor, montar y montar de forma independiente. sistema de calefacción alternativo bastante posible Antes de comenzar a trabajar, es necesario calcular todos los parámetros básicos del futuro sistema. Para calcular los parámetros de la futura bomba, puede utilizar el software diseñado para optimizar los sistemas de refrigeración.
La opción de construcción más simple es sistema aire-agua. No requiere un trabajo complejo en el dispositivo del circuito externo, que es inherente a las bombas de calor de agua y suelo. Para la instalación, solo se necesitarán dos canales, uno de los cuales se suministrará con aire y el segundo se usará para la masa de escape.
La forma más fácil de hacerlo usted mismo es tener una bomba de calor con calor extraído de la masa de aire. Un ventilador exterior sopla aire al evaporador.
Además del ventilador, debe adquirir un compresor de la potencia requerida. Para una unidad de este tipo es un compresor bastante adecuado, que están equipados con convencionales sistemas divididos. No es necesario comprar una nueva unidad.
Puedes retirarlo del equipo viejo o usarlo. viejos accesorios del refrigerador. Es recomendable utilizar una versión en espiral. Estas opciones de compresor, además de poseer suficiente eficiencia, crean una alta presión, lo que proporciona un aumento de la temperatura.
Para construir un condensador, necesitas un tanque y un tubo de cobre. Desde la tubería es una bobina. Para su fabricación utiliza cualquier cuerpo cilíndrico del diámetro deseado. Al enrollar un tubo de cobre en él, puede fabricar fácil y rápidamente este elemento estructural.
La bobina Ready está montada en un corte previo en media capacidad. Para la fabricación de envases es mejor utilizar materiales resistentes a procesos de corrosión. Después de colocar la bobina en ella, se sueldan las mitades del tanque.
El área de la bobina se calcula utilizando la siguiente fórmula:
MT / 0.8 RT,
donde:
- Mt - El poder de la energía térmica, que da el sistema.
- 0,8 - Coeficiente de conductividad térmica en la interacción del agua con el material de la bobina.
- RT - La diferencia entre las temperaturas del agua de entrada y salida.
Al elegir un tubo de cobre para la fabricación propia de la bobina, debe prestar atención al grosor de las paredes. Debe ser de al menos 1 mm. De lo contrario, al enrollar el tubo se deformará. La tubería a través de la cual se encuentra la entrada de refrigerante en la parte superior del tanque.
El intercambiador de calor está hecho de tubo de cobre enrollando el tubo de cobre sobre el objeto con una forma cilíndrica. Cuanto mayor sea el área de superficie de la bobina, mayor será el rendimiento de la bomba
El evaporador de la bomba de calor puede fabricarse en dos versiones: en forma de tanque con una bobina en su interior y en forma de tubo en una tubería. Dado que la temperatura del líquido en el evaporador es pequeña, la capacidad puede estar hecha de un barril de plástico. En este contenedor se coloca el circuito, que está hecho de tubo de cobre.
A diferencia del condensador, la bobina del evaporador debe corresponder al diámetro y la altura del contenedor seleccionado. La segunda variante del evaporador: un tubo en el tubo. En esta realización, el tubo de refrigerante se coloca en un tubo de plástico de un diámetro mayor a través del cual circula el agua.
La longitud de dicha tubería depende de la potencia planificada de la bomba. Puede ser de 25 a 40 metros. Este tubo se enrolla en una espiral.
La válvula termostática se refiere a las válvulas de cierre y control. Se utiliza una aguja como elemento de bloqueo en la cámara de expansión. La posición de la válvula está determinada por la temperatura en el evaporador.
Este es un elemento importante del sistema tiene una estructura bastante compleja. Incluye:
- Termopar
- Apertura
- Tubo capilar.
- Thermoball.
Estos elementos pueden volverse inutilizables a altas temperaturas. Por lo tanto, durante el trabajo en el sistema de soldadura, la válvula debe aislarse con un paño de asbesto. La válvula de control debe coincidir con la capacidad del evaporador.
Después de trabajar en la fabricación de piezas estructurales básicas, llega el momento crucial para ensamblar toda la estructura en una sola unidad. La etapa más crucial es proceso de inyección de refrigerante o refrigerante en el sistema.
Independientemente, llevar a cabo tal operación es difícilmente posible para un simple hombre en la calle. Habrá que recurrir a profesionales que se ocupan de la reparación y el mantenimiento de equipos climáticos.
Los trabajadores en esta área, como regla, tienen el equipo necesario. Además de cargar el refrigerante, pueden probar el funcionamiento del sistema. La inyección de autocongelante puede provocar no solo fallos estructurales, sino también lesiones graves. Además, para iniciar el sistema, también necesita un equipo especial.
Al iniciar el sistema, se produce una carga máxima de inicio, que suele ser de alrededor de 40 A. Por lo tanto, no es posible iniciar el sistema sin un relé de inicio. Después del primer arranque, es necesario el ajuste de la válvula y la presión del refrigerante.
La elección del refrigerante debe tomarse en serio. Después de todo, esta sustancia se considera esencialmente el principal "portador" de energía térmica útil. De los refrigerantes modernos existentes, los freones son los más populares. Estos son derivados de compuestos de hidrocarburos en los que una parte de los átomos de carbono se reemplaza por otros elementos.
Como resultado, el ensamblaje de los elementos individuales de la bomba de calor debe tener un circuito cerrado a través del cual circula el medio de trabajo.
Como resultado de este trabajo, se obtuvo un sistema de circuito cerrado. El refrigerante circulará en él, asegurando la selección y transferencia de energía térmica del evaporador al condensador. Al conectar las bombas de calor al sistema de suministro de calor de la casa, se debe tener en cuenta que la temperatura del agua que sale del condensador no supera los 50 - 60 grados.
Debido a la baja temperatura de la energía térmica generada por la bomba de calor, debe elegir dispositivos de calefacción especializados como consumidor de calor. Esto puede ser un piso cálido o un volumen de radiadores de baja inercia hechos de aluminio o acero con un área de radiación grande.
Las versiones de bombas de calor de fabricación propia son las más apropiadas para considerar como equipos auxiliares que apoyan y complementan el trabajo de la fuente principal.
Cada año los diseños de bombas de calor están mejorando. En los diseños industriales destinados al uso doméstico, se utilizan superficies de transferencia de calor más eficientes. Como resultado, el rendimiento del sistema aumenta constantemente.
Un factor importante que estimula el desarrollo de dicha tecnología para la producción de energía térmica es el componente ambiental. Tales sistemas, además de ser bastante eficientes, no contaminan el medio ambiente. La ausencia de una llama abierta lo hace absolutamente seguro.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Video # 1. Cómo hacer la bomba de calor casera más simple con un intercambiador de calor de tubería PEX:
Video # 2. Instrucción continua:
Las bombas de calor se han utilizado como sistemas de calefacción alternativos durante mucho tiempo. Estos sistemas son confiables, tienen una larga vida útil y, lo que es más importante, son respetuosos con el medio ambiente. Están comenzando a considerarse seriamente como un paso más hacia el desarrollo de sistemas de calefacción eficientes y seguros.
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