Bombas de calor para calentar tu hogar. Bomba de calor en la calefacción del hogar Instalación de una bomba de calor para la calefacción del hogar

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 varias leyes sencillas de la termodinámica y de las propiedades de líquidos y gases:

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

La mayoría de los líquidos pueden hervir a temperaturas bastante altas, cercanas a 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 la 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:

1. Circuito de calefacción
2. Bomba de calor
3. 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:

1. Intercambiador de calor que transfiere el calor tomado del suelo al circuito interno.
2. Dispositivo de compresión
3. Un segundo dispositivo de intercambio de calor que transfiere la energía recibida en el circuito interno al sistema de calefacción.
4. Mecanismo que reduce la presión en el sistema (acelerador)
5. Circuito de salmuera
6. sonda terrestre
7. 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. Transfieren la energía térmica recibida directamente utilizando la fuente. Su funcionamiento reduce significativamente los costos de material por electricidad y 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:

1. 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.
2. Aire– tomar calor del aire circundante
3. 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.

El sencillo diseño de los sistemas abiertos permite calentar el agua que pasa al interior y 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 proporcionar un contorno grande en un área limitada

Bomba aire-agua

Una de las opciones más versátiles 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 montar el equipo adecuado en cualquier lugar conveniente, por ejemplo, en el techo. 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, en la que no se observa una caída significativa de temperatura en invierno.

La energía de bajo 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 aguas subterráneas, 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 de una gran superficie para lograr la eficiencia deseada. Intentan nivelarlo colocando tuberías en anillos.

El colector se puede colocar en posición vertical, pero será necesario un pozo de hasta 150 m de profundidad, en la parte inferior se instalan sombrillas 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:

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

A pesar de las numerosas ventajas, es necesario tener en cuenta los aspectos negativos del uso de una 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 caen por debajo de los -15 grados, es necesario pensar en opciones de calefacción alternativas.
• 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.

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Una unidad como una bomba de calor tiene un principio de funcionamiento similar al de los electrodomésticos: un frigorífico y un aire acondicionado. Toma prestada aproximadamente el 80% de su energía del medio ambiente. La bomba bombea calor de la calle a la habitación. Su funcionamiento es similar al principio de funcionamiento de un frigorífico, solo que la dirección de transferencia de energía térmica es diferente.

Por ejemplo, para enfriar una botella de agua, la gente la mete en el frigorífico, luego el electrodoméstico "toma" parcialmente el calor de este objeto y ahora, según la ley de conservación de la energía, debe liberarlo. ¿Pero donde? Todo es sencillo, para ello el frigorífico dispone de un radiador, normalmente situado en su pared trasera. A su vez, el radiador, al calentarse, desprende calor a la estancia en la que se encuentra. Así, el frigorífico calienta la habitación. Hasta qué punto se calienta se puede sentir en las pequeñas tiendas durante el caluroso verano, cuando varios unidades de refrigeración.

Y ahora un poco de imaginación. Supongamos que constantemente se colocan objetos calientes en el refrigerador y éste calienta la habitación, o se coloca en la abertura de una ventana y se abre la puerta. congelador afuera, mientras el radiador estaba adentro. Durante su funcionamiento, el electrodoméstico, al enfriar el aire exterior, transferirá simultáneamente la energía térmica existente en el exterior al edificio. Este es exactamente el principio de funcionamiento de una bomba de calor.

¿De dónde obtiene calor la bomba?

La bomba de calor funciona gracias al aprovechamiento de fuentes naturales de energía térmica de bajo potencial, entre las que se incluyen:

• aire ambiente;
• cuerpos de agua (ríos, lagos, mares);
• suelo y aguas artesianas y termales subterráneas.

Sistema de calefacción con bomba de calor.

Cuando se utiliza una bomba de calor para calefacción, su principio de funcionamiento se basa en la integración en el sistema de calefacción. Consta de dos circuitos, a los que se suma un tercero, que es un diseño de bomba.

El refrigerante, que absorbe el calor del ambiente, circula por el circuito exterior. Entra en el evaporador de la bomba y libera aproximadamente 4 -7 °C al refrigerante, a pesar de que su punto de ebullición es -10 °C. Como resultado, el refrigerante hierve y luego pasa a estado gaseoso. El refrigerante ya enfriado en el circuito externo se envía al siguiente turno para ajustar la temperatura.

El circuito funcional de la bomba de calor consta de:

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

El proceso de funcionamiento de una bomba de calor se parece a esto:

• Después de hervir, el refrigerante, que se mueve a través de la tubería, ingresa al compresor, que funciona con electricidad. Este dispositivo comprime el refrigerante gaseoso para alta presión, lo que provoca un aumento de su temperatura;
• el gas caliente ingresa a otro intercambiador de calor (condensador), en el que el calor del refrigerante se transfiere al refrigerante que circula por el circuito interno del sistema de calefacción o al aire de la habitación;
• al enfriarse, el refrigerante pasa a un estado líquido, después de lo cual pasa a través de la válvula reductora de presión capilar, pierde presión y luego nuevamente termina en el evaporador;
• por lo tanto, el ciclo ha terminado y el proceso está listo para repetirse.

Cálculo aproximado de la potencia de calefacción.

En el transcurso de una hora, a través de la bomba pasan 2,5-3 metros cúbicos de refrigerante a través del colector externo, que la tierra es capaz de calentar con ∆t = 5-7 °C (léase también: " "). Para calcular la potencia térmica de un circuito determinado, se debe utilizar la fórmula:

Q = (T 1 - T 2) x V, donde:
V – flujo de refrigerante por hora (m 3 /hora);
T 1 - T 2 - diferencia de temperatura entre entrada y entrada (°C).

Tipos de bombas de calor

Según el tipo de calor disipado consumido, las bombas de calor son:

• agua subterránea: para su funcionamiento en un sistema de calentamiento de agua, se utilizan contornos de suelo cerrados o sondas geotérmicas ubicadas en profundidad (más detalles: " ");
• agua-agua: el principio de funcionamiento en este caso se basa en el uso de pozos abiertos para recolectar agua subterránea y descargarla (léase: " "). En este caso, el circuito externo no tiene bucle y el sistema de calefacción de la casa es agua;
• agua-aire: instale circuitos de agua externos y utilice estructuras de calefacción vista aérea;
• aire-aire: para su funcionamiento utilizan el calor disipado de masas de aire externas más Sistema de aire calentar la casa.

Ventajas de las bombas de calor

1. Rentable y eficiente. El principio de funcionamiento de las bombas de calor que se muestran en la foto no se basa en la producción de energía térmica, sino en su transferencia. De este modo, Eficiencia térmica La bomba debe ser mayor que uno. Pero, ¿cómo es esto posible? En relación al funcionamiento de las bombas de calor se utiliza un valor que se denomina coeficiente de conversión de calor, o abreviado como CCT. Las características de unidades de este tipo se comparan precisamente según este parámetro.El significado físico de la cantidad es determinar la relación entre la cantidad de calor recibido y la energía gastada para obtenerlo. Por ejemplo, si el coeficiente CPT es 4,8, esto significa que 1 kW de electricidad consumido por la bomba produce 4,8 kW de calor, de forma gratuita desde la naturaleza.
2. Aplicación universal universal. Si no hay líneas eléctricas accesibles para los consumidores, el compresor de la bomba funciona con un motor diésel. Dado que el calor natural está en todas partes, el principio de funcionamiento de este dispositivo permite su uso en todas partes.
3. Respetuoso con el medio ambiente. El principio de funcionamiento de la bomba de calor se basa en el bajo consumo eléctrico y la ausencia de productos de combustión. El refrigerante utilizado por la unidad no contiene clorocarbonos y es completamente seguro para el ozono.
4. Modo de funcionamiento bidireccional. Durante la temporada de calefacción, la bomba de calor puede calentar el edificio y enfriarlo en verano. El calor extraído de la habitación se puede utilizar para abastecer de agua caliente a la casa y, si hay una piscina, para calentar el agua que contiene.
5. Operación segura. No hay procesos peligrosos en el funcionamiento de las bombas de calor: no hay fuego abierto y no se liberan sustancias nocivas para la salud humana. El refrigerante no tiene alta temperatura, lo que hace que el dispositivo sea seguro y al mismo tiempo útil en la vida cotidiana.
6. Control automático del proceso de calefacción de la habitación.

El principio de funcionamiento de una bomba de calor, un vídeo bastante detallado:

Algunas características del funcionamiento de la bomba.

Para garantizar un funcionamiento eficiente de la bomba de calor, se deben cumplir una serie de condiciones:

• la habitación debe estar bien aislada (las pérdidas de calor no pueden superar los 100 W/m²);
• Es ventajoso utilizar una bomba de calor para sistemas de calefacción de baja temperatura. El sistema de calefacción por suelo radiante cumple este criterio, ya que su temperatura es de 35-40°C. El CPT depende en gran medida de la relación entre la temperatura del circuito de entrada y el circuito de salida.

El principio de funcionamiento de las bombas de calor es la transferencia de calor, lo que permite obtener un coeficiente de conversión de energía de 3 a 5. En otras palabras, cada 1 kW de electricidad consumido aporta de 3 a 5 kW de calor a la casa.

Una bomba de calor es un dispositivo universal que combina funcionalmente las características de un aire acondicionado, un calentador de agua y una caldera de calefacción. Este dispositivo no utiliza combustible convencional, su funcionamiento requiere fuentes renovables del medio ambiente: energía del aire, el suelo y el agua.

Por tanto, una bomba de calor es hoy la unidad más rentable, ya que su funcionamiento no depende del coste del combustible, y además es respetuosa con el medio ambiente, ya que la fuente de calor no es la electricidad ni los productos de combustión, sino las fuentes de calor naturales.

Para comprender mejor cómo funciona una bomba de calor para calentar una casa, conviene recordar el principio de funcionamiento de un frigorífico. Aquí la sustancia de trabajo se evapora, liberando frío. En la bomba, por el contrario, se condensa y produce calor.

Principio de funcionamiento de una bomba de calor.

Todo el proceso del sistema se presenta en forma de ciclo de Carnot, que lleva el nombre del inventor. Se puede describir de la siguiente manera. El refrigerante pasa por el circuito de trabajo: aire, tierra, agua y sus combinaciones. , desde donde se envía al primer intercambiador de calor: la cámara de evaporación. Aquí transfiere el calor acumulado al refrigerante que circula en el circuito interno de la bomba.

Principio de funcionamiento de una bomba de calor para calefacción doméstica.

El refrigerante líquido ingresa a la cámara de evaporación, donde la baja presión y temperatura (5 0 C) lo transforman en estado gaseoso. La siguiente etapa es la transferencia de gas al compresor y su compresión. Como resultado, la temperatura del gas aumenta bruscamente, el gas pasa al condensador, aquí intercambia calor con el sistema de calefacción. El gas enfriado se convierte en líquido y el ciclo se repite.

Ventajas y desventajas de las bombas de calor.

El funcionamiento de las bombas de calor para calentar una casa se puede controlar mediante termostatos especialmente instalados. La bomba se enciende automáticamente cuando la temperatura del medio cae por debajo de un valor establecido y se apaga si la temperatura excede un punto establecido. Por lo tanto, el dispositivo mantiene una temperatura constante en la habitación; esta es una de las ventajas de los dispositivos.

Las ventajas del dispositivo son su eficiencia: la bomba consume una pequeña cantidad de electricidad y su respeto al medio ambiente, o absoluta seguridad para el medio ambiente. Principales ventajas del dispositivo:

• Fiabilidad. La vida útil supera los 15 años, todas las partes del sistema tienen una larga vida útil y las fluctuaciones de energía no dañan el sistema.
• Seguridad. No hay hollín, gases de escape, llamas abiertas y se excluyen las fugas de gas.
• Comodidad. El funcionamiento de la bomba es silencioso, la comodidad y el confort en la casa ayudan a crear control del clima y sistema automático, cuyo funcionamiento depende de las condiciones climáticas.
• Flexibilidad. El dispositivo tiene un diseño moderno y elegante y puede combinarse con cualquier sistema de calefacción doméstico.
• Versatilidad. Utilizado en construcción privada y civil. Porque tiene un amplio rango de potencia. Gracias a esto, puede proporcionar calor a habitaciones de cualquier tamaño, desde casa pequeña a la cabaña.

La compleja estructura de la bomba determina su principal desventaja: el alto costo del equipo y su instalación. Para instalar el dispositivo es necesario realizar excavación en grandes cantidades.

Bombas de calor - clasificación

El funcionamiento de una bomba de calor para calentar una casa es posible en un amplio rango de temperatura, de -30 a +35 grados Celsius. Los dispositivos más comunes son la absorción (transferir calor a través de su fuente) y la compresión (circulación). trabajando fluidamente ocurre debido a la electricidad). Los dispositivos de absorción son los más económicos, pero son más caros y tienen un diseño complejo.

Clasificación de bombas por tipo de fuente de calor:

1. Geotérmica. Quitan el calor del agua o de la tierra.
2. Aerotransportado. Quitan calor del aire atmosférico.
3. Calor secundario. Eliminan el llamado calor industrial, generado durante la producción, la calefacción y otros procesos industriales.

El refrigerante puede ser:

• Agua de un embalse artificial o natural, agua subterránea.
• Cebado.
• Masas de aire.
• Combinaciones de los medios anteriores.

Bomba geotérmica: principios de diseño y funcionamiento.

Una bomba geotérmica para calentar una casa utiliza el calor del suelo, que selecciona con sondas verticales o un colector horizontal. Las sondas se colocan a una profundidad de hasta 70 metros, la sonda se encuentra a poca distancia de la superficie. Este tipo de dispositivo es el más eficaz porque la fuente de calor tiene una temperatura bastante alta y constante durante todo el año. Por tanto, es necesario gastar menos energía para transportar calor.

Este tipo de equipos requiere elevados costes de instalación. El costo de perforar pozos es alto. Además, el área asignada para el colector debe ser varias veces mayor que el área de la casa o cabaña con calefacción. Importante recordar: El terreno donde se encuentra el recolector no puede ser utilizado para sembrar hortalizas o árboles frutales– las raíces de las plantas se enfriarán demasiado.

Usar agua como fuente de calor

Un cuerpo de agua es una fuente de grandes cantidades de calor. Para la bomba, se pueden utilizar depósitos anticongelantes a una profundidad de 3 metros o agua subterránea a un nivel alto. El sistema se puede implementar de la siguiente manera: la tubería del intercambiador de calor, cargada con una carga de 5 kg por 1 metro lineal, se coloca en el fondo del depósito. La longitud de la tubería depende del metraje de la casa. Para una habitación de 100 m2. La longitud óptima de la tubería es de 300 metros.

En el caso de utilizar agua subterránea, es necesario perforar dos pozos, situados uno tras otro en dirección al agua subterránea. Se coloca una bomba en el primer pozo, que suministra agua al intercambiador de calor. El agua enfriada fluye hacia el segundo pozo. Este es el llamado circuito abierto de recogida de calor. Su principal desventaja es que el nivel freático es inestable y puede variar significativamente.

El aire es la fuente de calor más accesible.

Cuando se utiliza aire como fuente de calor, el intercambiador de calor es un radiador impulsado por un ventilador. Si se utiliza una bomba de calor para calentar una casa mediante un sistema aire-agua, el usuario recibe los siguientes beneficios:

• Posibilidad de calentar toda la casa. El agua, que actúa como refrigerante, se distribuye a través de aparatos de calefacción.
• En costos mínimos electricidad: la capacidad de proporcionar a los residentes suministro de agua caliente. Esto es posible gracias a la presencia de un intercambiador de calor adicional con aislamiento térmico y un tanque de almacenamiento.
• Se pueden utilizar bombas de tipo similar para calentar agua en piscinas.

Si la bomba funciona con un sistema aire-aire, el refrigerante no se utiliza para calentar la habitación. El calentamiento se realiza utilizando la energía térmica recibida. Un ejemplo de implementación de este esquema sería un aire acondicionado convencional configurado en modo calefacción. Hoy en día, todos los dispositivos que utilizan aire como fuente de calor se basan en inversores. En ellos, la corriente alterna se convierte en corriente continua, proporcionando un control flexible del compresor y su funcionamiento sin parar. Y esto aumenta el recurso del dispositivo.

Bomba de calor: un sistema de calefacción doméstico alternativo

Las bombas de calor son una alternativa a los sistemas de calefacción modernos. Son económicos, respetuosos con el medio ambiente y seguros de usar. Sin embargo, el alto costo actual de los trabajos de instalación y del equipo no permite que los dispositivos se utilicen en todas partes. Ahora ya sabes cómo funciona una bomba de calor para calentar una casa y, después de calcular todos los pros y los contras, puedes decidir si instalarla o no.

Bomba de calor (CV) es un dispositivo que realiza la transferencia, transformación y conversión de energía térmica. Según el principio de funcionamiento, es similar a dispositivos y equipos conocidos, como un frigorífico o un aire acondicionado. El funcionamiento de cualquier TN se basa en el ciclo inverso de Carnot, que lleva el nombre del famoso físico y matemático francés Sidi Carnot.

Principio de funcionamiento de una bomba de calor.

Estudiemos con más detalle la física de los procesos operativos de este equipo. La bomba de calor consta de cuatro elementos principales:

1. Compresor
2. Intercambiador de calor (condensador)
3. Intercambiador de calor (evaporador)
4. Conexión de herrajes y elementos de automatización.

Compresor necesario para comprimir y mover el refrigerante a través del sistema. Cuando se comprime el freón, su temperatura y presión aumentan bruscamente (la presión se desarrolla hasta 40 bar, la temperatura hasta 140 C) y en forma de gas con un alto grado de compresión. va al condensador(proceso adiabático, es decir, un proceso en el que el sistema no interactúa con el espacio externo), donde transfiere energía al consumidor. El consumidor puede ser el entorno inmediato que necesita ser calentado (por ejemplo, aire interior) o el refrigerante (agua, anticongelante, etc.), que luego distribuye energía a través del sistema de calefacción (radiadores, pisos con calefacción, zócalos con calefacción, convectores). , fancoils, etc.). En este caso, la temperatura del gas disminuye naturalmente y cambia su estado de agregación de gaseoso a líquido (un proceso isotérmico, es decir, un proceso que ocurre a temperatura constante).

A continuación, el refrigerante está en estado líquido. entra al evaporador, pasando por una válvula termostática (TRV), que es necesaria para reducir la presión y dosificar el flujo de freón hacia el intercambiador de calor evaporativo. Como resultado de una disminución de la presión al pasar a través de los canales del evaporador, se produce una transición de fase y el estado de agregación del refrigerante vuelve a cambiar a gaseoso. En este caso, la entropía del gas disminuye (según las propiedades termofísicas de los freones), lo que provoca una fuerte caída de la temperatura y el calor se "elimina" de una fuente externa. Una fuente externa puede ser el aire de la calle, las entrañas de la tierra, ríos, lagos. A continuación, el freón gaseoso enfriado regresa al compresor y el ciclo se repite nuevamente.

De hecho, resulta que la máquina térmica en sí no produce calor, sino que es un dispositivo para mover, modificar y modificar la energía del entorno a la habitación. Sin embargo, este proceso requiere electricidad, cuyo principal consumidor es la unidad compresora. La relación entre la potencia térmica recibida y la potencia eléctrica gastada se denomina factor de conversión (COR). Varía según el tipo de turbocompresor, su fabricante y otros factores y oscila entre 2 y 6.

Actualmente, se utilizan como refrigerante varios tipos de freones respetuosos con la capa de ozono (R410A, R407C), que causan un daño mínimo al medio ambiente.

Los motores térmicos modernos utilizan compresores tipo scroll que no requieren mantenimiento, prácticamente no tienen fricción y pueden funcionar de forma continua durante 30 a 40 años. Esto garantiza una larga vida útil de toda la unidad. Por ejemplo, una empresa alemana Stiebel Eltron hay TN que han funcionado sin revisión desde principios de los años 70 del siglo pasado.

Tipos de bombas de calor

Dependiendo de los medios utilizados para la selección y redistribución de energía, así como de las características de diseño y los métodos de aplicación, se distinguen cuatro tipos principales de HP:

Bomba de calor aire-aire

Este tipo de equipos utilizan el aire de la calle como fuente de energía de bajo potencial. Exteriormente, no se diferencia de un sistema de aire acondicionado split convencional, pero tiene una serie de características funcionales que le permiten funcionar a bajas temperaturas (hasta -30 C) y "eliminar" energía del medio ambiente. La casa se calienta directamente con aire caliente calentado en el condensador de la bomba de calor.

Ventajas del HP aire-aire:

• Bajo costo
• Tiempo de instalación corto y facilidad comparativa de instalación
• No hay posibilidad de fuga de refrigerante

Defectos:

• Rendimiento estable hasta -20 C
• La necesidad de instalar una unidad interior en cada habitación u organizar un sistema de conductos de aire para suministrar aire caliente a todas las habitaciones.
• Incapacidad para recibir agua caliente(ACS)

En la práctica, estos sistemas se utilizan para viviendas de temporada y no pueden actuar como fuente principal de calefacción.

Bomba de calor aire-agua

Su principio de funcionamiento es similar al tipo anterior, sin embargo, no calientan directamente el aire del interior de la habitación, sino el refrigerante, que a su vez se utiliza para calentar la casa y preparar agua caliente.

Ventajas del TN “Aire – Agua”:

• no requiere la organización de un “contorno externo” (perforación)
• confiabilidad y durabilidad
• Indicadores de alta eficiencia (COP) en los períodos de otoño y primavera.

Desventajas de TN:

• Reducción significativa del COP a bajas temperaturas (hasta 1,2)
• La necesidad de descongelar la unidad externa (modo inverso)
• Incapacidad para operar a temperaturas inferiores a -25 C - -30 C

En nuestro clima, este tipo de bombas todavía no pueden actuar como única fuente de calefacción. Por lo tanto, a menudo se instalan (según un esquema bivalente) junto con equipos de calefacción adicionales (eléctrico, pellet, combustible sólido, caldera de gasóleo, chimenea con camisa de agua). También son adecuados para la reconstrucción y automatización de antiguas salas de calderas utilizando combustibles tradicionales. Esto permite que el sistema funcione en modo automático durante la mayor parte del año (no es necesario cargar combustible sólido ni repostar gasóleo), utilizando únicamente la potencia de los CV.

Bomba de calor de agua salada

Uno de los más comunes en la República de Bielorrusia. Según las estadísticas de nuestra organización, el 90% de las bombas de calor instaladas son geotérmicas. En este caso, las entrañas de la tierra se utilizan como “contorno exterior”. Debido a esto, estas bombas de calor tienen la ventaja más importante sobre otros tipos de bombas de calor: un indicador de eficiencia operativa (COP) estable independientemente de la época del año.

Según la terminología establecida, el circuito externo se denomina geotérmico.

Existen dos tipos principales de circuito geotérmico:

• Horizontal
• Vertical

Veamos cada uno de ellos con más detalle.

contorno horizontal

contorno horizontal es un sistema tubos de polietileno, colocado debajo de la capa superior de suelo a una profundidad de aproximadamente 1,5 a 2 m, por debajo del nivel de congelación. La temperatura en esta zona se mantiene positiva (de +3 a +15 C) durante todo el año calendario, alcanzando un máximo en octubre y un mínimo en mayo. El área ocupada por el colector depende del área del edificio, del grado de aislamiento y del tamaño del acristalamiento. Así, por ejemplo, para un edificio residencial de dos plantas con una superficie de 200 m2, que tiene un buen aislamiento que cumple estándares modernos, habrá que asignar unos cuatro acres de terreno (400 m2) para el campo geotérmico. Por supuesto, para una evaluación más precisa del diámetro de las tuberías utilizadas y del área ocupada, se requiere un cálculo detallado de ingeniería térmica.

Así luce la instalación de un colector horizontal en una de nuestras instalaciones en Dzerzhinsk (República de Bielorrusia):

Ventajas de un colector horizontal:

• Menor costo en comparación con los pozos geotérmicos
• Posibilidad de realizar trabajos de su instalación junto con el tendido de otras comunicaciones (suministro de agua, alcantarillado)

Desventajas de un colector horizontal:

• Gran área ocupada (está prohibido erigir estructuras permanentes, pavimentar asfalto, colocar losas, es necesario garantizar el acceso natural a la luz y la precipitación)
• Falta de posibilidad de arreglo cuando esté listo. diseño de exteriores trama
• Menos estabilidad en comparación con un colector vertical.

La disposición de este tipo de colectores suele realizarse de dos formas. En el primer caso En toda el área de colocación, retire la parte superior. capa de suelo de 1,5 a 2 m de espesor, se están colocando los tubos del intercambiador de calor con un paso determinado (de 0,6 a 1,5 m) y se realiza el relleno. Para realizar este trabajo, son adecuados equipos potentes, como un cargador frontal, una topadora, excavadoras de gran alcance y volumen de cucharón.

En el segundo caso La colocación de los bucles del contorno del suelo se lleva a cabo paso a paso en preparado. zanjas, ancho de 0,6 ma 1 m. Para ello son adecuadas las pequeñas excavadoras y retroexcavadoras.

contorno vertical

Colector vertical representa Pozos con profundidades de 50 a 200 m. y más, en el que se bajan dispositivos especiales - sondas geotérmicas. La temperatura en esta zona permanece constante durante muchos años y décadas y aumenta con la profundidad. El aumento se produce en promedio entre 2 y 5 °C por cada 100 m. Este valor característico se denomina gradiente de temperatura.

El proceso de instalación de un colector vertical en nuestras instalaciones en el pueblo de Kryzhovka, cerca de Minsk:

Al estudiar los mapas de distribución de la temperatura a distintas profundidades en el territorio de la República de Bielorrusia y en la ciudad de Minsk en particular, se puede observar que la temperatura varía de una región a otra y puede variar significativamente según la ubicación. Así, por ejemplo, a una profundidad de 100 m en la zona de Svetlogorsk puede alcanzar los +13 C, y en algunas zonas de la región de Vitebsk a la misma profundidad no supera los +8,5 C.

Por supuesto, al calcular la profundidad de perforación y diseñar el tamaño, diámetro y otras características de las sondas geotérmicas, es necesario tener en cuenta este factor. Además, es necesario tener en cuenta la composición geológica de las rocas que se atraviesan. Sólo basándose en estos datos se puede diseñar correctamente un circuito geotérmico.

Como muestra la práctica y las estadísticas de nuestra organización, el 99% de los problemas durante el funcionamiento de HP están asociados con el funcionamiento del circuito externo, y este problema no aparece inmediatamente después de la puesta en servicio del equipo. Y esto tiene una explicación, porque si el geocontorno se calcula incorrectamente (por ejemplo, en el territorio de la región de Vitebsk, donde, como recordamos, el gradiente geotérmico es uno de los más bajos de la República), su trabajo inicial es No es satisfactorio, pero con el tiempo el espesor de la Tierra se “enfría”. El equilibrio termodinámico se altera y comienzan los problemas, que pueden surgir sólo en la segunda o tercera temporada de calefacción. Un contorno sobredimensionado parece menos problemático, pero el cliente se ve obligado a pagar metros de perforación innecesarios debido a la incompetencia del contratista, lo que inexorablemente conduce a un aumento en el costo de todo el proyecto.

El estudio del subsuelo de la tierra debería ser especialmente crítico durante la construcción de grandes instalaciones comerciales, donde el número de pozos es de decenas y los fondos ahorrados (o desperdiciados) en su construcción pueden ser muy importantes.

Bomba de calor agua-agua

Un tipo de fuente de calor geotérmica puede ser el agua subterránea. Tienen una temperatura constante (a partir de +7 C y más) y se encuentran en cantidades significativas a distintas profundidades en el territorio de la República de Bielorrusia. Según esta tecnología, el agua subterránea es extraída de un pozo mediante una bomba centrífuga y entra en una estación de transferencia de calor y masa, donde transfiere energía al anticongelante del circuito inferior de la bomba de calor. La eficiencia operativa de este sistema depende del nivel del agua subterránea (dependiendo de la profundidad de elevación, se requiere una cierta potencia de bombeo) y de la distancia desde el pozo de toma hasta la estación de intercambio. Esta tecnología tiene uno de los valores COP más altos, pero tiene una serie de características que limitan su uso.

Entre ellos:

• Falta de agua subterránea o bajo nivel de su presencia;
• Falta de flujo constante del pozo, disminución de los niveles estáticos y dinámicos;
• La necesidad de tener en cuenta la composición de la sal y la contaminación (si la calidad del agua no es la adecuada, el intercambiador de calor se obstruye y los indicadores de rendimiento disminuyen)
• La necesidad de instalar un pozo de drenaje para descargar volúmenes importantes de aguas residuales (a partir de 2200 l/h o más)

Como muestra la práctica, es aconsejable instalar este tipo de sistemas si hay un estanque o un río en las inmediaciones. Las aguas residuales también se pueden utilizar con fines económicos e industriales, por ejemplo, para riego o para organizar embalses artificiales.

En cuanto a la calidad del agua de entrada, por ejemplo, un fabricante alemán de sistemas de calefacción alternativos Stiebel Eltron recomienda las siguientes configuraciones: la proporción total de hierro y magnesio no supera los 0,5 mg/l, el contenido de cloruro es inferior a 300 mg/l, la ausencia de sustancias precipitadas. Si se exceden estos parámetros, es necesario instalar sistema adicional Estaciones de limpieza - preparación y desalinización, lo que aumenta la intensidad material del proyecto.

Trabajos de perforación para una bomba de calor.

Basados ​​en la experiencia en la instalación y operación de unidades geotérmicas, recomendamos perforar pozos de al menos 100 m. La práctica demuestra que se observan mejores rendimientos y estabilidad de un motor térmico, por ejemplo, con dos pozos de 150 m cada uno que con tres pozos de 100 m cada uno. Por supuesto, la construcción de tales minas requiere equipo especial y un método de perforación rotativa. Las instalaciones de barrenas de pequeño tamaño no pueden proporcionar la longitud de pozo requerida.

Dado que el circuito geotérmico es el componente más importante y la corrección de su disposición es la clave para el funcionamiento exitoso de todo el sistema, el contratista de perforación debe cumplir una serie de criterios:

• Es necesario tener experiencia en la producción de este tipo de servicio;
• tener una herramienta especial para sumergir sondas;
• proporcionar una garantía de que la sonda se sumergirá a la profundidad diseñada y garantizar su integridad y estanqueidad durante el proceso de trabajo;
• después de la inmersión, tome medidas para tapar el pozo para aumentar su transferencia de calor y productividad, calafatee el pozo de la mina antes de rellenar.

En general, con un diseño adecuado y una instalación cualificada, las sondas geotérmicas son muy fiables y pueden durar hasta 100 años.

El proceso de descenso de una sonda geotérmica a un pozo perforado:

Sonda geotérmica en el marco, antes de realizar una prueba de estanqueidad (“prueba de presión”):

conclusiones

Basándonos en nuestra experiencia en el diseño de sistemas de energías alternativas, podemos destacar los principales hechos que son fundamentales a la hora de que nuestros Clientes elijan bombas de calor:

• lleno seguridad y respeto al medio ambiente(sin procesos de combustión ni piezas móviles)
• la oportunidad de pedir el sistema “hoy” y disfrutar de su uso en tres semanas sin ninguna coordinación con las autoridades reguladoras y de otorgamiento de licencias.
• Total autonomía y mínimo mantenimiento.(no es necesario ser socio de una cooperativa de gas, para depender de ella; no es necesario tirar leña ni realizar limpieza mensual de conductos de aire, organizar el acceso de un camión cisterna de combustible, etc.)
• El coste de un terreno para la construcción de una casa individual sin suministro de gas es mucho menor y el plazo de entrega no depende del servicio de gas.
• Oportunidad control remoto a través de Internet
• Equipos avanzados e innovadores de diseño elegante, que no es una pena mostrar a amigos y conocidos, lo que sin duda enfatiza el estatus del propietario.

Si no hemos abordado alguna pregunta en este artículo y desea hacerla personalmente, puede venir a nuestra oficina en la dirección: Minsk, st. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC y consulte con nuestros ingenieros.

También tenemos la oportunidad de organizar visitas gratuitas a instalaciones operativas ya terminadas.

Teléfono de contacto: 044 765 29 58; 017 399 70 51

La situación es tal que la forma más popular de calentar una casa en este momento es el uso de calderas de calefacción (gas, combustible sólido, diésel y, mucho menos, eléctricas). Pero sistemas tan simples y al mismo tiempo de alta tecnología como las bombas de calor no se han generalizado, y con razón. Para quienes aman y saben calcular todo de antemano, sus ventajas son obvias. Las bombas de calor para calefacción no queman reservas insustituibles de recursos naturales, lo cual es extremadamente importante no solo desde el punto de vista de la protección del medio ambiente, sino que también permite ahorrar energía, ya que cada año se vuelven más caras. Además, con la ayuda de bombas de calor no sólo se puede calentar la habitación, sino también calentar agua caliente para las necesidades del hogar y acondicionar la habitación durante el calor del verano.

Principio de funcionamiento de una bomba de calor.

Consideremos con más detalle el principio de funcionamiento de una bomba de calor. Recuerda cómo funciona un frigorífico. El calor de los productos colocados en él se bombea y se arroja al radiador ubicado en la pared trasera. Puedes verificar esto fácilmente tocándolo. El principio de los acondicionadores de aire domésticos es aproximadamente el mismo: bombean el calor de la habitación y lo arrojan a un radiador ubicado en la pared exterior del edificio.

El funcionamiento de una bomba de calor, un frigorífico y un aire acondicionado se basa en el ciclo de Carnot.

1. El refrigerante, que se mueve a lo largo de una fuente de calor de baja temperatura, por ejemplo el suelo, se calienta varios grados.
2. Luego ingresa a un intercambiador de calor llamado evaporador. En el evaporador, el refrigerante libera el calor acumulado al refrigerante. Refrigerante Es un líquido especial que se convierte en vapor a bajas temperaturas.
3. Al tomar la temperatura del refrigerante, el refrigerante calentado se convierte en vapor y ingresa al compresor. El compresor comprime el refrigerante, es decir. un aumento de su presión, por lo que también aumenta su temperatura.
4. El refrigerante comprimido caliente ingresa a otro intercambiador de calor llamado condensador. Aquí el refrigerante transfiere su calor a otro refrigerante, que se proporciona en el sistema de calefacción de la casa (agua, anticongelante, aire). Esto enfría el refrigerante y lo vuelve a convertir en líquido.
5. Luego, el refrigerante ingresa al evaporador, donde se calienta con una nueva porción del refrigerante calentado y el ciclo se repite.

La bomba de calor requiere electricidad para funcionar. Pero sigue siendo mucho más rentable que utilizar únicamente un calentador eléctrico. Ya que una caldera eléctrica o calentador eléctrico gasta exactamente la misma cantidad de electricidad que produce calor. Por ejemplo, si un calefactor tiene una potencia nominal de 2 kW, entonces gasta 2 kW por hora y produce 2 kW de calor. Una bomba de calor produce de 3 a 7 veces más calor del que consume electricidad. Por ejemplo, se utilizan 5,5 kW/hora para hacer funcionar el compresor y la bomba, y el calor producido es 17 kW/hora. Esta alta eficiencia es la principal ventaja de una bomba de calor.

Ventajas y desventajas del sistema de calefacción con bomba de calor.

Existen muchas leyendas y conceptos erróneos en torno a las bombas de calor, a pesar de que no son un invento tan innovador ni de alta tecnología. Todos los estados "cálidos" de EE.UU., casi toda Europa y Japón, donde la tecnología se practica desde hace mucho tiempo casi a la perfección, se calientan con ayuda de bombas de calor. Por cierto, no se debe pensar que este tipo de equipo es una tecnología puramente extranjera y que llegó a nosotros recientemente. Después de todo, en la URSS, estas unidades se utilizaban en instalaciones experimentales. Un ejemplo de esto es el sanatorio Druzhba en la ciudad de Yalta. Además de su arquitectura futurista, que recuerda a una "cabaña sobre muslos de pollo", este sanatorio también es famoso porque desde los años 80 del siglo XX utiliza bombas de calor industriales para calentarse. La fuente de calor es el mar cercano, y la propia estación de bombeo no solo calienta todas las instalaciones del sanatorio, sino que también proporciona agua caliente, calienta el agua de la piscina y la enfría durante la temporada de calor. Así que intentemos disipar los mitos y determinar si tiene sentido calentar su hogar de esta manera.

Ventajas de los sistemas de calefacción con bomba de calor:

• Ahorros de energía. En relación con el aumento de los precios del gas y el diésel, esta es una ventaja muy importante. En la columna “gastos mensuales” solo aparecerá electricidad, que, como ya hemos escrito, requiere mucho menos que el calor realmente producido. Al comprar una unidad, debe prestar atención a un parámetro como el coeficiente de transformación de calor "ϕ" (también llamado coeficiente de conversión de calor, coeficiente de transformación de potencia o temperatura). Muestra la relación entre la cantidad de calor producido y la energía gastada. Por ejemplo, si ϕ=4, entonces con un consumo de 1 kW/hora recibiremos 4 kW/hora de energía térmica.
• Ahorro de mantenimiento. La bomba de calor no requiere ningún tratamiento especial. Sus costes de mantenimiento son mínimos.
• Se puede instalar en cualquier lugar. Las fuentes de calor a baja temperatura para el funcionamiento de una bomba de calor pueden ser el suelo, el agua o el aire. Dondequiera que construyas una casa, incluso en una zona rocosa, siempre habrá una oportunidad de encontrar "alimento" para la unidad. En áreas alejadas de la tubería de gas, este es uno de los sistemas de calefacción más óptimos. E incluso en regiones sin líneas eléctricas, se puede instalar un motor de gasolina o diésel para garantizar el funcionamiento del compresor.
• No es necesario controlar el funcionamiento de la bomba, añadir combustible, como es el caso de una caldera de combustible sólido o diésel. Todo el sistema de calefacción con bomba de calor está automatizado.
• Puedes irte por mucho tiempo y no tengas miedo de que el sistema se congele. Al mismo tiempo, puede ahorrar dinero instalando la bomba para garantizar una temperatura de +10 °C en el salón.
• Seguro para el medio ambiente. A modo de comparación, cuando se utilizan calderas tradicionales que queman combustible, siempre se forman varios óxidos CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, como resultado, los ácidos fosfórico, nitroso, sulfúrico y compuestos benzoicos se depositan en el suelo de la casa. Cuando la bomba de calor funciona no se emite nada. Y los refrigerantes utilizados en el sistema son absolutamente seguros.
• También se puede observar aquí conservación de los recursos naturales irremplazables del planeta.
• Seguridad para personas y bienes. Nada en una bomba de calor se calienta lo suficiente como para provocar un sobrecalentamiento o una explosión. Además, simplemente no hay nada que explote en él. Por lo que se puede clasificar como una unidad completamente ignífuga.
• Las bombas de calor funcionan correctamente incluso a una temperatura ambiente de -15 °C. Así que si alguien piensa que un sistema de este tipo sólo puede calentar una casa en regiones con inviernos cálidos de hasta +5 °C, está equivocado.
• Reversibilidad de la bomba de calor. Una ventaja innegable es la versatilidad de la instalación, con la que podrás calentar en invierno y refrescar en verano. En los días calurosos, la bomba de calor toma el calor de la habitación y lo envía al suelo para su almacenamiento, de donde se recuperará en invierno. Tenga en cuenta que no todas las bombas de calor tienen capacidad inversa, sino solo algunos modelos.
• Durabilidad. Con el cuidado adecuado, las bombas de calor en un sistema de calefacción pueden durar de 25 a 50 años sin reparaciones importantes, y sólo una vez cada 15 a 20 años será necesario reemplazar el compresor.

Desventajas de los sistemas de calefacción con bomba de calor:

• Gran inversión inicial. Además de que los precios de las bombas de calor para calefacción son bastante elevados (entre 3.000 y 10.000 dólares), en la instalación de un sistema geotérmico tampoco será necesario gastar menos que en la propia bomba. Una excepción es la bomba de calor aerotérmica, que no requiere trabajo adicional. La bomba de calor no se amortizará pronto (entre 5 y 10 años). Por lo tanto, la respuesta a la pregunta de si utilizar o no una bomba de calor para calentar depende más bien de las preferencias del propietario, su capacidad financiera y las condiciones de construcción. Por ejemplo, en una región donde suministrar una red de gas y conectarse a ella cuesta lo mismo que una bomba de calor, tiene sentido dar preferencia a esta última.

• En las regiones donde las temperaturas invernales descienden por debajo de los -15 °C, Se debe utilizar una fuente de calor adicional.. Se llama sistema de calefacción bivalente, en el que la bomba de calor proporciona calor mientras la calle está a -20 ° C, y cuando no da abasto, se conecta, por ejemplo, una estufa eléctrica o una caldera de gas, o un generador de calor.

• Lo más recomendable es utilizar una bomba de calor en sistemas con refrigerante a baja temperatura., como sistema de "suelo cálido"(+35°C) y unidades fancoil(+35 - +45 °C). Unidades fancoil Son un ventilador convector en el que el calor/frío se transfiere del agua al aire. Para instalar un sistema de este tipo en una casa antigua, se requerirá una reurbanización y reconstrucción completa, lo que implicará costos adicionales. Esto no es una desventaja a la hora de construir una casa nueva.
• Respetuoso con el medio ambiente de las bombas de calor., tomando calor del agua y del suelo, algo relativo. El hecho es que durante el funcionamiento el espacio alrededor de las tuberías de refrigerante se enfría y esto altera el ecosistema establecido. De hecho, incluso en las profundidades del suelo viven microorganismos anaeróbicos que garantizan la actividad vital de sistemas más complejos. Por otro lado, en comparación con la producción de gas o petróleo, el daño causado por una bomba de calor es mínimo.

Fuentes de calor para el funcionamiento de la bomba de calor.

Las bombas de calor toman calor de aquellas fuentes naturales que acumulan radiación solar durante el período cálido. Las bombas de calor varían según la fuente de calor.

Cebado

El suelo es la fuente más estable de calor que se acumula durante la temporada. A una profundidad de 5 a 7 m, la temperatura del suelo es casi siempre constante e igual a aproximadamente +5 - +8 ° C, y a una profundidad de 10 m siempre es constante a +10 ° C. Hay dos formas de captar calor del suelo.

Colector de tierra horizontal Es un tubo tendido horizontalmente por el que circula el refrigerante. La profundidad del colector horizontal se calcula individualmente dependiendo de las condiciones, a veces es de 1,5 a 1,7 m - la profundidad de congelación del suelo, a veces es menor - 2 a 3 m para garantizar una mayor estabilidad de temperatura y una menor diferencia, y a veces solo 1 - 1,2 m: aquí el suelo comienza a calentarse más rápido en la primavera. Hay casos en los que se instala un colector horizontal de dos capas.

Los tubos colectores horizontales pueden tener diferentes diámetros: 25 mm, 32 mm y 40 mm. La forma de su diseño también puede ser diferente: serpiente, bucle, zigzag, varias espirales. La distancia entre las tuberías en la serpiente debe ser de al menos 0,6 m, y suele ser de 0,8 a 1 m.

Eliminación de calor específico por metro lineal de tubería depende de la estructura del suelo:

• Arena seca - 10 W/m;
• Arcilla seca - 20 W/m;
• La arcilla es más húmeda: 25 W/m;
• Arcilla con un contenido de agua muy alto: 35 W/m.

Para calentar una casa con una superficie de 100 m2, siempre que el suelo sea arcilloso húmedo, necesitarás 400 m2 de terreno para el colector. Esto es bastante: de 4 a 5 acres. Y teniendo en cuenta el hecho de que esta área No debería haber edificios y solo se permiten céspedes y macizos de flores con flores anuales, entonces no todos pueden permitirse el lujo de equipar un recolector horizontal.

A través de los tubos colectores fluye un líquido especial, también llamado "salmuera" o anticongelante, por ejemplo, una solución al 30% de etilenglicol o propilenglicol. La “salmuera” recoge el calor del suelo y se envía a la bomba de calor, donde lo transfiere al refrigerante. La “salmuera” enfriada fluye nuevamente hacia el colector de tierra.

Sonda de suelo vertical Es un sistema de tuberías enterradas a una profundidad de 50 - 150 m, que puede ser una sola tubería en forma de U, bajada a una profundidad mayor de 80 - 100 my rellena con mortero de hormigón. O tal vez un sistema de tuberías en forma de U bajado 20 m para recolectar energía de un área más grande. Realizar trabajos de perforación a una profundidad de 100 a 150 m no solo es costoso, sino que también requiere obtener un permiso especial, por lo que a menudo se utiliza un truco e instalan varias sondas a poca profundidad. La distancia entre dichas sondas es de 5 a 7 m.

Eliminación de calor específico de un colector vertical también depende de la roca:

• Rocas sedimentarias secas - 20 W/m;
• Rocas sedimentarias saturadas de agua y suelo rocoso - 50 W/m;
• Suelo rocoso con un alto coeficiente de conductividad térmica: 70 W/m;
• Agua subterránea (agua subterránea) - 80 W/m.

El área requerida para un colector vertical es muy pequeña, pero el coste de su instalación es mayor que el de un colector horizontal. La ventaja de un colector vertical es también una temperatura más estable y una mayor disipación de calor.

Agua

El agua se puede utilizar como fuente de calor de diferentes formas.

Colector en el fondo de un depósito abierto que no se congela- ríos, lagos, mares - representan tuberías con “salmuera”, sumergidas con la ayuda de una pesa. Debido a la alta temperatura del refrigerante, este método es el más rentable y económico. Solo aquellos de quienes el depósito se encuentra a no más de 50 m pueden instalar un colector de agua, de lo contrario se pierde la eficiencia de la instalación. Como comprenderá, no todo el mundo tiene tales condiciones. Pero no utilizar bombas de calor para los residentes costeros es simplemente miope y estúpido.

Colector en desagües de alcantarillado. o las aguas residuales de instalaciones técnicas se pueden utilizar para calentar casas e incluso edificios de gran altura y empresas industriales dentro de la ciudad, así como para preparar agua caliente. Lo que se está haciendo con éxito en algunas ciudades de nuestra Patria.

Pozo o agua subterránea Se utiliza con menos frecuencia que otros coleccionistas. Un sistema de este tipo implica la construcción de dos pozos, de uno se extrae agua, que transfiere su calor al refrigerante de la bomba de calor, y el agua enfriada se descarga al segundo. En lugar de un pozo, puede haber un pozo de filtración. En cualquier caso, el pozo de descarga debe ubicarse a una distancia de 15 a 20 m del primero, e incluso aguas abajo (el agua subterránea también tiene su propio caudal). Este sistema es bastante difícil de operar, ya que es necesario controlar la calidad del agua entrante, filtrarla y protegerla de la corrosión y la contaminación de las piezas de la bomba de calor (evaporador).

Aire

El diseño más simple es sistema de calefacción con bomba de calor de fuente de aire. No se necesita ningún recolector adicional. El aire del ambiente ingresa directamente al evaporador, donde transfiere su calor al refrigerante, que a su vez transfiere calor al refrigerante dentro de la casa. Puede ser aire para fancoils o agua para calefacción por suelo radiante y radiadores.

Los costes de instalación de una bomba de calor aerotérmica son mínimos, pero el rendimiento de la instalación depende en gran medida de la temperatura del aire. En regiones con inviernos cálidos (hasta +5 - 0 °C), esta es una de las fuentes de calor más económicas. Pero si la temperatura del aire desciende por debajo de -15 °C, el rendimiento disminuye tanto que no tiene sentido utilizar la bomba, y es más rentable encender un calentador o caldera eléctrica convencional.

Las revisiones sobre las bombas de calor aerotérmicas para calefacción son muy contradictorias. Todo depende de la región de su uso. Es ventajoso utilizarlos en regiones con inviernos cálidos, por ejemplo, en Sochi, donde no hay necesidad de una fuente de calor de respaldo en caso de heladas severas. También es posible instalar bombas de calor aerotérmicas en regiones donde el aire es relativamente seco y la temperatura en invierno desciende hasta -15 °C. Pero en climas húmedos y fríos, estas instalaciones sufren formación de hielo y congelación. Los carámbanos adheridos al ventilador impiden que todo el sistema funcione correctamente.

Calefacción con bomba de calor: coste del sistema y costes operativos.

La potencia de la bomba de calor se selecciona en función de las funciones que se le asignarán. Si solo se trata de calefacción, los cálculos se pueden realizar en una calculadora especial que tiene en cuenta las pérdidas de calor del edificio. Por cierto, el mejor rendimiento de una bomba de calor se obtiene cuando la pérdida de calor del edificio no supera los 80 - 100 W/m2. Para simplificar, suponemos que para calentar una casa de 100 m2 con techos de 3 m de altura y una pérdida de calor de 60 W/m2, se necesita una bomba con una potencia de 10 kW. Para calentar agua, deberá llevar una unidad con reserva de marcha: 12 o 16 kW.

Costo de la bomba de calor Depende no sólo de la potencia, sino también de la fiabilidad y de las peticiones del fabricante. Por ejemplo, una unidad de 16 kW producción rusa costará 7.000 dólares, y una bomba extranjera RFM 17 con una potencia de 17 kW cuesta alrededor de 13.200 dólares. con todos los equipos asociados excepto el colector.

La siguiente línea de gastos será disposición del depósito. También depende de la potencia de la instalación. Por ejemplo, para una casa de 100 m2, en la que en todas partes hay calefacción por suelo radiante (100 m2) o radiadores de calefacción de 80 m2, así como para calentar agua a +40 °C con un volumen de 150 l/hora, necesitará Necesidad de perforar pozos para colectores. Un colector vertical de este tipo costará 13.000 dólares.

Un colector en el fondo de un depósito costará un poco menos. En las mismas condiciones, costará 11.000 dólares. Pero es mejor consultar el coste de instalación de un sistema geotérmico con empresas especializadas, puede variar mucho. Por ejemplo, instalar un colector horizontal para una bomba de 17 kW costará sólo 2500 USD. Y para una bomba de calor aerotérmica, no se necesita ningún colector.

En total, el coste de la bomba de calor es de 8000 USD. En promedio, la construcción de un colector cuesta 6000 USD. promedio.

El coste mensual de calefacción con bomba de calor sólo incluye costos de electricidad. Se pueden calcular de la siguiente manera: el consumo de energía debe indicarse en la bomba. Por ejemplo, para la bomba de 17 kW mencionada anteriormente, el consumo de energía es de 5,5 kW/h. En total, el sistema de calefacción funciona 225 días al año, es decir. 5400 horas. Teniendo en cuenta el hecho de que la bomba de calor y el compresor funcionan cíclicamente, el consumo de energía debe reducirse a la mitad. Durante la temporada de calefacción se gastarán 5400h*5,5kW/h/2=14850 kW.

Multiplicamos la cantidad de kW gastados por el costo de la energía en su región. Por ejemplo, 0,05 USD por 1 kW/hora. En total se gastarán 742,5 dólares al año. Por cada mes en el que la bomba de calor funcionó para calefacción, cuesta 100 USD. costos de electricidad. Si divides los gastos entre 12 meses, obtendrás 60 USD al mes.

Tenga en cuenta que cuanto menor sea el consumo de energía de la bomba de calor, menores serán los costos mensuales. Por ejemplo, hay bombas de 17 kW que consumen sólo 10.000 kW al año (cuesta 500 pies cúbicos). También es importante que el rendimiento de una bomba de calor sea mayor cuanto menor sea la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el refrigerante en el sistema de calefacción. Por eso dicen que es más rentable instalar suelos cálidos y fancoils. Aunque también se pueden instalar radiadores de calefacción estándar con refrigerante de alta temperatura (+65 - +95 °C), pero con un acumulador de calor adicional, por ejemplo, una caldera. calentamiento indirecto. También se utiliza una caldera para calentar adicionalmente el agua caliente.

Las bombas de calor son ventajosas cuando se utilizan en sistemas bivalentes. Además de la bomba, se puede instalar un colector solar, que puede suministrar electricidad a la bomba por completo en verano, cuando funciona para enfriar. Para el seguro de invierno, puede agregar un generador de calor que calentará agua para el suministro de agua caliente y radiadores de alta temperatura.