Bombas de calor para aquecer a sua casa. Bomba de calor no aquecimento doméstico Instalação de bomba de calor para aquecimento doméstico

A combustão de combustíveis clássicos (gás, madeira, turfa) é uma das formas antigas de produção de calor. No entanto, o esgotamento das fontes de energia tradicionais levou as pessoas a procurar alternativas mais complexas, mas não menos eficazes. Uma delas foi a invenção de uma bomba de calor, cujo funcionamento se baseia nas leis escolares da física.

Funcionamento da bomba de calor

O princípio de funcionamento das bombas de calor, que à primeira vista é muito complexo, baseia-se em várias leis simples da termodinâmica e nas propriedades dos líquidos e gases:

  1. Quando um gás passa para o estado líquido (condensação), o calor é liberado
  2. Quando um líquido se transforma em gás (evaporação), o calor é absorvido

A maioria dos líquidos pode ferver a temperaturas bastante elevadas, perto de 100 graus. Mas também existem substâncias com pontos de ebulição bastante baixos. Para freon é cerca de 3-4 graus. Transformando-se em gás, é facilmente comprimido e a temperatura dentro do recipiente começa a subir.

Teoricamente, o freon pode ser comprimido para obter qualquer temperatura desejada, mas na prática é limitado a 80-90 graus necessários para o pleno funcionamento de um sistema de aquecimento clássico.

Todo mundo encontra uma bomba de calor mais de uma vez por dia quando passa pela geladeira. Porém, nele atua no sentido inverso, retirando o calor dos produtos e dissipando-o na atmosfera.

Vídeo sobre tecnologia de trabalho

Diagrama da bomba de calor

O desempenho da maioria das bombas de calor é baseado no calor do solo, no qual a temperatura praticamente não oscila ao longo do ano (entre 7 e 10 graus). O calor se move entre três circuitos:

  1. Circuito de aquecimento
  2. Bomba de calor
  3. Circuito de salmoura (também conhecido como terra)

O princípio clássico de funcionamento das bombas de calor num sistema de aquecimento consiste nos seguintes elementos:

  1. Trocador de calor que transfere o calor retirado do solo para o circuito interno
  2. Dispositivo de compressão
  3. Um segundo dispositivo de troca de calor que transfere a energia recebida no circuito interno para o sistema de aquecimento
  4. Mecanismo que reduz a pressão no sistema (acelerador)
  5. Circuito de salmoura
  6. Sonda terrestre
  7. Circuito de aquecimento

A tubulação, que serve de circuito primário, é colocada em um poço ou enterrada diretamente no solo. Um refrigerante líquido não congelante se move ao longo dele, cuja temperatura sobe para uma característica semelhante à da Terra (cerca de +8 graus) e entra no segundo circuito.

O circuito secundário retira calor do líquido. O freon que circula em seu interior começa a ferver e se transforma em gás, que é enviado ao compressor. O pistão o comprime até 24-28 atm, devido ao qual a temperatura aumenta para +70-80 graus.

Nesta fase de trabalho, a energia está concentrada num pequeno coágulo. Devido a isso, a temperatura aumenta.

O gás aquecido entra no terceiro circuito, que é representado por sistemas de abastecimento de água quente ou mesmo sistemas de aquecimento doméstico. Durante a transferência de calor, são possíveis perdas de até 10-15 graus, mas não são significativas.

Quando o freon esfria, a pressão diminui e ele volta ao estado líquido. A uma temperatura de 2-3 graus, ele retorna para o segundo circuito. O ciclo se repete continuamente.

Tipos principais

O princípio de funcionamento das bombas de calor é projetado para que possam operar facilmente e sem interrupção em uma ampla faixa de temperatura - de -30 a +40 graus. Os dois tipos de modelos a seguir são mais populares:

  • Tipo de absorção
  • Tipo de compressão

Os modelos do tipo absorção têm uma estrutura bastante complexa. Eles transferem a energia térmica recebida diretamente através da fonte. Sua operação reduz significativamente os custos de material para eletricidade e combustível consumidos. Os modelos do tipo compressão consomem energia (mecânica e elétrica) para transferir calor.

Dependendo da fonte de calor utilizada, as bombas são divididas nos seguintes tipos:

  1. Reciclagem de calor residual- os modelos mais caros que ganharam popularidade para aquecimento de instalações industriais, nos quais o calor secundário gerado por outras fontes é desperdiçado.
  2. Ar– retirando calor do ar circundante
  3. Geotérmico– selecione o calor da água ou da terra

De acordo com os tipos de entrada/saída, todos os modelos podem ser classificados da seguinte forma – solo, água, ar e suas diversas combinações.

Bombas de calor geotérmicas

Populares são os modelos de bombas geotérmicas, que são divididos em dois tipos: tipo fechado ou aberto.

O design simples dos sistemas abertos permite aquecer a água que passa no seu interior, que posteriormente entra novamente no solo. Funciona idealmente na presença de um volume ilimitado de líquido refrigerante limpo, que, após o consumo, não agride o meio ambiente.

Os sistemas de circuito fechado de bombas de calor geotérmicas são divididos nos seguintes tipos:

  • Água – localizada em um reservatório em profundidade descongelada
  • Com disposição vertical - o coletor é colocado em poço com profundidade de até 200 m e é aplicável em áreas com terreno irregular
  • Com disposição horizontal - o coletor é colocado no solo a uma profundidade de 0,5-1 m, é muito importante fornecer um grande contorno em uma área limitada

Bomba ar-água

Uma das opções mais versáteis é o modelo ar-água. Durante os períodos quentes do ano é muito eficaz, mas no inverno a produtividade pode cair significativamente.

A vantagem do sistema é a sua instalação simples. O equipamento adequado pode ser montado em qualquer local conveniente, por exemplo, no telhado. O calor retirado do ambiente na forma de gás ou fumaça pode ser reaproveitado.

Tipo água para água

A bomba de calor água-água é uma das mais eficientes. Mas seu uso pode ser limitado pela presença de reservatório próximo ou profundidade insuficiente, onde não se observa queda significativa de temperatura no inverno.

A energia de baixo potencial pode ser selecionada das seguintes fontes:

  • Lençóis freáticos
  • Reservatórios abertos
  • Águas residuais industriais

O princípio mais simples de funcionamento das bombas de calor é para modelos que extraem calor de um reservatório. Se for tomada a decisão de utilizar águas subterrâneas, pode ser necessária a perfuração de um poço.

Tipo solo-água

O calor pode ser obtido do solo durante todo o ano, pois em profundidades de 1 m a temperatura permanece praticamente inalterada. A “salmoura” é usada como transportador de calor - um líquido não congelante que circula.

Uma das desvantagens do sistema de água subterrânea é a necessidade de uma grande área para atingir a eficiência desejada. Eles tentam nivelá-lo colocando tubos em anéis.

O coletor pode ser colocado na posição vertical, mas será necessário um poço de até 150 m de profundidade, sendo instalados guarda-chuvas na parte inferior para coletar o calor do solo.

Prós e contras dos sistemas de aquecimento com bomba de calor

As bombas de calor são amplamente utilizadas em sistemas de aquecimento para áreas residenciais ou industriais privadas. Eles estão gradualmente substituindo fontes de energia mais clássicas devido à sua confiabilidade e eficiência.

Entre os muitos benefícios que a operação de uma bomba de calor proporciona estão:

  • Economizando recursos materiais na manutenção do sistema e refrigerante
  • As bombas funcionam de forma totalmente autónoma
  • Nenhum produto de combustão prejudicial ou outras substâncias tóxicas são liberadas no meio ambiente
  • Segurança contra incêndio de equipamentos montados
  • Capacidade de reverter facilmente a operação do sistema

Apesar das inúmeras vantagens, é necessário levar em consideração os aspectos negativos da utilização de uma bomba de calor:

  • Grandes investimentos iniciais para instalação de sistema de aquecimento - de 3 a 10 mil dólares
  • Durante os períodos de frio, quando as temperaturas caem abaixo de -15 graus, você precisa pensar em opções alternativas de aquecimento
  • O aquecimento baseado na operação de uma bomba de calor é mais eficaz apenas em sistemas com refrigerante de baixa temperatura

Outro vídeo esquemático:

Vamos resumir

Tendo aprendido e dominado o princípio de funcionamento de uma bomba de calor, poderá pensar e decidir sobre a conveniência da sua instalação e utilização. Os custos iniciais, que podem parecer muito elevados, logo serão recompensados ​​​​e começarão a trazer uma espécie de lucro na forma de economia no combustível clássico.

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Uma unidade como uma bomba de calor tem um princípio de operação semelhante aos eletrodomésticos - uma geladeira e um ar condicionado. Ele empresta aproximadamente 80% de sua energia do meio ambiente. A bomba bombeia calor da rua para a sala. Seu funcionamento é semelhante ao princípio de funcionamento de um refrigerador, apenas o sentido de transferência da energia térmica é diferente.

Por exemplo, para resfriar uma garrafa de água, as pessoas colocam na geladeira, depois o eletrodoméstico “tira” parcialmente o calor desse objeto e agora, pela lei da conservação da energia, deve liberá-lo. Mas onde? Tudo é simples, para isso o refrigerador possui um radiador, geralmente localizado na parede posterior. Por sua vez, o radiador, ao aquecer, emite calor para o ambiente em que se encontra. Assim, a geladeira aquece o ambiente. O grau de aquecimento pode ser sentido em pequenas lojas no verão quente, quando várias unidades de refrigeração estão ligadas.

E agora um pouco de imaginação. Suponha que objetos quentes sejam constantemente colocados na geladeira e isso aqueça o ambiente, ou seja colocado na abertura de uma janela, a porta do freezer esteja aberta para fora e o radiador esteja no ambiente. Durante o seu funcionamento, o eletrodoméstico, ao arrefecer o ar exterior, transferirá simultaneamente para o edifício a energia térmica existente no exterior. Este é exatamente o princípio de funcionamento de uma bomba de calor.

De onde a bomba obtém calor?

A bomba de calor funciona graças à exploração de fontes naturais de energia térmica de baixo potencial, incluindo:
  • ar ambiente;
  • corpos d'água (rios, lagos, mares);
  • solo e águas subterrâneas artesianas e termais.

Sistema de aquecimento com bomba de calor

Quando uma bomba de calor é utilizada para aquecimento, o seu princípio de funcionamento baseia-se na integração no sistema de aquecimento. É composto por dois circuitos, aos quais se acrescenta um terceiro, que é um projeto de bomba.

O refrigerante, que absorve o calor do ambiente, circula pelo circuito externo. Ele entra no evaporador da bomba e libera aproximadamente 4 -7 °C para o refrigerante, apesar de seu ponto de ebulição ser de -10 °C. Como resultado, o refrigerante ferve e depois entra no estado gasoso. O refrigerante já resfriado no circuito externo é enviado para a próxima curva para ajustar a temperatura.

O circuito funcional da bomba de calor é composto por:

  • evaporador;
  • refrigerante;
  • compressor elétrico;
  • capacitor;
  • capilar;
  • dispositivo de controle termostático.
O processo de funcionamento de uma bomba de calor é mais ou menos assim:
  • Após a fervura, o refrigerante, movendo-se pela tubulação, entra no compressor, que funciona com eletricidade. Este dispositivo comprime o refrigerante gasoso a alta pressão, fazendo com que sua temperatura suba;
  • o gás quente entra em outro trocador de calor (condensador), no qual o calor do refrigerante é transferido para o refrigerante que circula no circuito interno do sistema de aquecimento, ou para o ar da sala;
  • ao resfriar, o refrigerante passa ao estado líquido, após o qual passa pela válvula redutora de pressão capilar, perdendo pressão, e novamente vai para o evaporador;
  • assim, o ciclo terminou e o processo está pronto para ser repetido.

Cálculo aproximado da potência de aquecimento

Ao longo de uma hora, 2,5-3 metros cúbicos de refrigerante passam pela bomba através do coletor externo, que a terra é capaz de aquecer em ∆t = 5-7 °C (leia também: " "). Para calcular a potência térmica de um determinado circuito, deve-se usar a fórmula:

Q = (T 1 - T 2) x V, onde:
V – vazão de refrigerante por hora (m 3 /hora);
T 1 - T 2 - diferença de temperatura entre entrada e entrada (°C).

Tipos de bombas de calor

Dependendo do tipo de calor dissipado consumido, as bombas de calor são:
  • águas subterrâneas - para seu funcionamento em sistema de aquecimento de água, utilizam-se contornos fechados de solo ou sondas geotérmicas localizadas em profundidade (mais detalhes: " ");
  • água-água - o princípio de funcionamento neste caso baseia-se na utilização de poços abertos para captação e descarregamento das águas subterrâneas (leia-se: " "). Neste caso, o circuito externo não está em loop e o sistema de aquecimento da casa é de água;
  • água-ar - instalar circuitos externos de água e utilizar estruturas de aquecimento do tipo ar;
  • ar-ar - para seu funcionamento utilizam o calor dissipado das massas de ar externas mais o sistema de aquecimento de ar da casa.

Vantagens das bombas de calor

  1. Econômico e eficiente. O princípio de funcionamento das bombas de calor mostradas na foto não se baseia na produção de energia térmica, mas na sua transferência. Assim, a eficiência da bomba de calor deve ser superior à unidade. Mas como isso é possível? Em relação ao funcionamento das bombas de calor, é utilizado um valor denominado coeficiente de conversão de calor, ou abreviado como CCT. As características das unidades deste tipo são comparadas precisamente de acordo com este parâmetro.O significado físico da quantidade é determinar a relação entre a quantidade de calor recebida e a energia despendida para obtê-la. Por exemplo, se o coeficiente CPT for 4,8, isso significa que 1 kW de eletricidade gasto pela bomba produz 4,8 kW de calor, gratuitamente da natureza.
  2. Aplicação universal universal. Se não houver linhas de energia acessíveis aos consumidores, o compressor da bomba é operado por meio de acionamento a diesel. Como o calor natural está em toda parte, o princípio de funcionamento deste dispositivo permite que ele seja usado em qualquer lugar.
  3. Amizade ambiental. O princípio de funcionamento da bomba de calor baseia-se no baixo consumo de energia elétrica e na ausência de produtos de combustão. O refrigerante utilizado pela unidade não contém clorocarbonos e é totalmente seguro para o ozônio.
  4. Modo de operação bidirecional. Durante a estação de aquecimento, a bomba de calor é capaz de aquecer o edifício e resfriá-lo no verão. O calor retirado da divisão pode ser utilizado para abastecer a casa com água quente e, se houver piscina, para aquecer a água da mesma.
  5. Operação segura. Não existem processos perigosos no funcionamento das bombas de calor - não há fogo aberto e não são libertadas substâncias nocivas à saúde humana. O refrigerante não possui temperatura elevada, o que torna o aparelho seguro e ao mesmo tempo útil no dia a dia.
  6. Controle automático do processo de aquecimento ambiente.

 O princípio de funcionamento de uma bomba de calor, um vídeo bastante detalhado:

Algumas características da operação da bomba

Para garantir o funcionamento eficiente da bomba de calor, devem ser cumpridas uma série de condições:
  • o ambiente deve estar bem isolado (a perda de calor não pode ultrapassar 100 W/m²);
  • É vantajoso utilizar uma bomba de calor para sistemas de aquecimento de baixa temperatura. O sistema de piso radiante cumpre este critério, uma vez que a sua temperatura é de 35-40°C. O CPT depende em grande parte da relação entre a temperatura do circuito de entrada e do circuito de saída.

O princípio de funcionamento das bombas de calor é a transferência de calor, o que permite obter um coeficiente de conversão de energia de 3 a 5. Ou seja, cada 1 kW de eletricidade utilizada traz 3-5 kW de calor para a casa.

Uma bomba de calor é um dispositivo universal que combina funcionalmente as características de um ar condicionado, esquentador e caldeira de aquecimento. Este dispositivo não utiliza combustível convencional, seu funcionamento requer fontes renováveis ​​​​do meio ambiente - energia do ar, solo, água.

Portanto, uma bomba de calor é hoje a unidade com melhor custo-benefício, pois seu funcionamento não depende do custo do combustível, e também é ecologicamente correta, já que a fonte de calor não é a eletricidade ou os produtos da combustão, mas sim fontes naturais de calor.

Para entender melhor como funciona uma bomba de calor para aquecimento de uma casa, vale lembrar o princípio de funcionamento de uma geladeira. Aqui a substância de trabalho evapora, liberando frio. Na bomba, ao contrário, condensa e produz calor.

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor

Todo o processo do sistema é apresentado na forma de um ciclo de Carnot - em homenagem ao inventor. Pode ser descrito da seguinte forma. O refrigerante passa pelo circuito de trabalho - ar, terra, água e suas combinações , de onde é enviado para o 1º trocador de calor - a câmara de evaporação. Aqui transfere o calor acumulado para o refrigerante que circula no circuito interno da bomba.

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor para aquecimento doméstico

O refrigerante líquido entra na câmara de evaporação, onde a baixa pressão e temperatura (5 0 C) o transformam em estado gasoso. A próxima etapa é a transferência do gás para o compressor e sua compressão. Como resultado, a temperatura do gás aumenta acentuadamente, o gás passa para o condensador, aqui troca calor com o sistema de aquecimento. O gás resfriado se transforma em líquido e o ciclo se repete.

Vantagens e desvantagens das bombas de calor

O funcionamento das bombas de calor para aquecimento de uma casa pode ser controlado por meio de termostatos especialmente instalados. A bomba liga automaticamente quando a temperatura média cai abaixo de um valor definido e desliga se a temperatura excede um ponto definido. Assim, o aparelho mantém uma temperatura constante no ambiente - essa é uma das vantagens dos aparelhos.

As vantagens do aparelho são a eficiência - a bomba consome pouca energia elétrica e o respeito ao meio ambiente, ou seja, segurança absoluta para o meio ambiente. Principais vantagens do dispositivo:

  • Confiabilidade. A vida útil ultrapassa 15 anos, todas as partes do sistema têm uma vida útil elevada, as flutuações de energia não prejudicam o sistema.
  • Segurança. Não há fuligem, exaustão, chama aberta, vazamento de gás está excluído.
  • Conforto. O funcionamento da bomba é silencioso, a climatização e um sistema automático, cujo funcionamento depende das condições meteorológicas, ajudam a criar aconchego e conforto na casa.
  • Flexibilidade. O aparelho possui um design moderno e elegante e pode ser combinado com qualquer sistema de aquecimento doméstico.
  • Versatilidade. Utilizado na construção privada e civil. Porque tem uma ampla faixa de potência. Devido a isso, pode fornecer calor a ambientes de qualquer tamanho - desde uma pequena casa até um chalé.

A complexa estrutura da bomba determina sua principal desvantagem - o alto custo do equipamento e sua instalação. Para instalar o dispositivo é necessário realizar escavações em grandes volumes.

Bombas de calor - classificação

O funcionamento de uma bomba de calor para aquecimento de uma casa é possível numa ampla faixa de temperatura - de -30 a +35 graus Celsius. Os dispositivos mais comuns são absorção (transferência de calor através de sua fonte) e compressão (a circulação do fluido de trabalho ocorre devido à eletricidade). Os dispositivos de absorção são os mais econômicos, mas são mais caros e possuem um design complexo.

Classificação das bombas por tipo de fonte de calor:

  1. Geotérmico. Eles tiram o calor da água ou da terra.
  2. Aerotransportado. Eles retiram o calor do ar atmosférico.
  3. Calor secundário. Eles retiram o chamado calor industrial – gerado durante a produção, aquecimento e outros processos industriais.

O refrigerante pode ser:

  • Água de reservatório artificial ou natural, águas subterrâneas.
  • Preparação.
  • Massas de ar.
  • Combinações das mídias acima.

Bomba geotérmica - princípios de projeto e operação

Uma bomba geotérmica para aquecimento de uma casa utiliza o calor do solo, que seleciona com sondas verticais ou coletor horizontal. As sondas são colocadas a uma profundidade de até 70 metros, a sonda está localizada a uma curta distância da superfície. Este tipo de dispositivo é o mais eficaz porque a fonte de calor tem uma temperatura bastante elevada e constante durante todo o ano. Portanto, é necessário gastar menos energia para transportar calor.

Esses equipamentos exigem altos custos de instalação. O custo de perfuração de poços é alto. Além disso, a área destinada ao coletor deve ser várias vezes maior que a área da casa ou chalé aquecido. Importante lembrar: o terreno onde está localizado o coletor não pode ser utilizado para plantio de hortaliças ou árvores frutíferas - as raízes das plantas ficarão super-resfriadas.

Usando água como fonte de calor

Um corpo de água é uma fonte de grandes quantidades de calor. Para a bomba, você pode usar reservatórios não congelantes de 3 metros de profundidade ou águas subterrâneas em alto nível. O sistema pode ser implementado da seguinte forma: o tubo do trocador de calor, carregado com uma carga de 5 kg por 1 metro linear, é colocado no fundo do reservatório. O comprimento do tubo depende da metragem da casa. Para uma sala de 100 m². O comprimento ideal do tubo é de 300 metros.

No caso de utilização de água subterrânea, é necessária a perfuração de dois poços, localizados um após o outro no sentido da água subterrânea. Uma bomba é colocada no primeiro poço, fornecendo água ao trocador de calor. A água resfriada flui para o segundo poço. Este é o chamado circuito aberto de coleta de calor. Sua principal desvantagem é que o nível das águas subterrâneas é instável e pode variar significativamente.

O ar é a fonte de calor mais acessível

Ao usar o ar como fonte de calor, o trocador de calor é um radiador, soprado à força por um ventilador. Se uma bomba de calor for utilizada para aquecer uma casa através de um sistema ar-água, o utilizador recebe os seguintes benefícios:

  • Possibilidade de aquecer toda a casa. A água, atuando como refrigerante, é distribuída através de aparelhos de aquecimento.
  • Com custos mínimos de energia, é possível fornecer água quente aos moradores. Isso é possível devido à presença de um trocador de calor adicional com isolamento térmico e tanque de armazenamento.
  • Bombas de tipo semelhante podem ser usadas para aquecer água em piscinas.

Se a bomba funcionar num sistema ar-ar, o refrigerante não é utilizado para aquecer a divisão. O aquecimento é realizado utilizando a energia térmica recebida. Um exemplo da implementação de tal esquema seria um ar condicionado convencional configurado para modo de aquecimento. Hoje, todos os dispositivos que utilizam ar como fonte de calor são baseados em inversores. Neles, a corrente alternada é convertida em corrente contínua, proporcionando controle flexível do compressor e seu funcionamento sem parar. E isso aumenta o recurso do aparelho.

Bomba de calor - um sistema alternativo de aquecimento doméstico

As bombas de calor são uma alternativa aos sistemas de aquecimento modernos. Eles são econômicos, ecológicos e seguros de usar. Porém, o alto custo das obras e equipamentos de instalação hoje não permite que os dispositivos sejam utilizados em todos os lugares. Agora você sabe como funciona uma bomba de calor para aquecer uma casa e, depois de calcular todos os prós e contras, pode decidir se deseja instalá-la.

Bomba de calor (HP)é um dispositivo que realiza a transferência, transformação e conversão de energia térmica. De acordo com o princípio de funcionamento, é semelhante a aparelhos e equipamentos conhecidos, como geladeira ou ar condicionado. A operação de qualquer TN é baseada no ciclo reverso de Carnot, em homenagem ao famoso físico e matemático francês Sidi Carnot.

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor

Vamos estudar mais detalhadamente a física dos processos operacionais deste equipamento. A bomba de calor consiste em quatro elementos principais:

  1. Compressor
  2. Trocador de calor (condensador)
  3. Trocador de calor (evaporador)
  4. Conexão de acessórios e elementos de automação.

Compressor necessário para comprimir e mover o refrigerante através do sistema. Quando o freon é comprimido, sua temperatura e pressão aumentam acentuadamente (a pressão se desenvolve até 40 bar, a temperatura até 140 C) e na forma de um gás com alto grau de compressão vai para o capacitor(processo adiabático, ou seja, processo em que o sistema não interage com o espaço externo), onde transfere energia para o consumidor. O consumidor pode ser o ambiente imediato que precisa ser aquecido (por exemplo, ar interno) ou o refrigerante (água, anticongelante, etc.), que então distribui energia através do sistema de aquecimento (radiadores, pisos aquecidos, rodapés aquecidos, convectores , ventiloconvectores, etc.). Neste caso, a temperatura do gás diminui naturalmente e muda o seu estado agregado de gasoso para líquido (um processo isotérmico, ou seja, um processo que ocorre a uma temperatura constante).

Em seguida, o refrigerante está no estado líquido entra no evaporador, passando por uma válvula termostática (TRV), necessária para reduzir a pressão e dosar o fluxo de freon no trocador de calor evaporativo. Como resultado da diminuição da pressão ao passar pelos canais do evaporador, ocorre uma transição de fase e o estado agregado do refrigerante muda novamente para gasoso. Nesse caso, a entropia do gás diminui (com base nas propriedades termofísicas dos freons), o que leva a uma queda acentuada da temperatura, e o calor é “removido” de uma fonte externa. A fonte externa pode ser o ar da rua, as entranhas da terra, rios, lagos. Em seguida, o freon gasoso resfriado é devolvido ao compressor e o ciclo se repete novamente.

Na verdade, verifica-se que a máquina térmica em si não produz calor, mas é um dispositivo para mover, modificar e modificar a energia do ambiente para dentro da sala. Porém, este processo requer energia elétrica, cujo principal consumidor é a unidade compressora. A relação entre a potência térmica recebida e a energia elétrica consumida é chamada de fator de conversão (COR). Varia dependendo do tipo de turbocompressor, do fabricante e de outros fatores e varia de 2 a 6.

Atualmente, vários tipos de freons amigos do ozônio (R410A, R407C) são usados ​​como refrigerante, causando danos mínimos ao meio ambiente.

Os motores térmicos modernos usam compressores do tipo scroll que não requerem manutenção, praticamente não têm atrito e podem operar continuamente por 30 a 40 anos. Isso garante uma longa vida útil de toda a unidade. Por exemplo, uma empresa alemã Stiebel Eltron Existem HPs que operam sem grandes reparos desde o início dos anos 70 do século passado.

Tipos de bombas de calor

Dependendo do meio utilizado para a seleção e redistribuição de energia, bem como dos recursos de design e métodos de aplicação, existem quatro tipos principais de HP:

Bomba de calor ar-ar

Este tipo de equipamento utiliza o ar da rua como fonte de energia de baixo potencial. Externamente, não difere de um sistema de ar condicionado split convencional, mas possui uma série de características funcionais que permitem operar em baixas temperaturas (até -30 C) e “retirar” energia do ambiente. A casa é aquecida diretamente pelo ar quente aquecido no condensador da bomba de calor.

Vantagens do HP ar-ar:

  • Baixo custo
  • Tempo de instalação curto e facilidade comparativa de instalação
  • Sem possibilidade de vazamento de refrigerante

Imperfeições:

  • Desempenho estável até -20 C
  • A necessidade de instalar uma unidade interna em cada ambiente ou organizar um sistema de dutos de ar para fornecer ar aquecido a todos os ambientes.
  • Incapacidade de obter água quente (AQS)

Na prática, tais sistemas são utilizados para habitação sazonal e não podem atuar como principal fonte de aquecimento.

Bomba de calor ar-água

Seu princípio de funcionamento é semelhante ao tipo anterior, porém, não aquecem diretamente o ar do ambiente, mas sim o refrigerante, que por sua vez é utilizado para aquecer a casa e preparar água quente.

Vantagens do TN “Ar – Água”:

  • não requer a organização de um “contorno externo” (perfuração)
  • confiabilidade e durabilidade
  • indicadores de alta eficiência (COP) nos períodos de outono e primavera

Desvantagens do TN:

  • Redução significativa no COP em baixas temperaturas (até 1,2)
  • A necessidade de descongelar a unidade externa (modo reverso)
  • Incapacidade de operar em temperaturas abaixo de -25 C - -30 C

Essas bombas em nosso clima ainda não podem atuar como única fonte de aquecimento. Portanto, são frequentemente instalados (de acordo com um esquema bivalente) em conjunto com equipamentos de aquecimento adicionais (elétrico, pellet, combustível sólido, caldeira a diesel, lareira com camisa de água). Também são adequados para a reconstrução e automação de antigas caldeiras utilizando combustíveis tradicionais. Isso permite que o sistema funcione em modo automático durante a maior parte do ano (não há necessidade de carregar combustível sólido ou reabastecer óleo diesel), utilizando apenas a potência do HP.

Bomba de calor de água salgada

Um dos mais comuns na República da Bielorrússia. Utilizando estatísticas da nossa organização, 90% das bombas de calor instaladas são geotérmicas. Neste caso, as entranhas da terra são utilizadas como “contorno externo”. Devido a isto, estas bombas de calor têm a vantagem mais importante sobre outros tipos de bombas de calor - um indicador de eficiência operacional (COP) estável, independentemente da época do ano.

De acordo com a terminologia estabelecida, o circuito externo é denominado geotérmico.

Existem dois tipos principais de circuito geotérmico:

  • Horizontal
  • Vertical

Vejamos cada um deles com mais detalhes.

Contorno horizontal

Contorno horizontalé um sistema de tubos de polietileno colocados sob a camada superior do solo a uma profundidade de cerca de 1,5 a 2 m, abaixo do nível de congelamento. A temperatura nesta zona mantém-se positiva (de +3 a +15 C) durante todo o ano civil, atingindo um máximo em outubro e um mínimo em maio. A área ocupada pelo coletor depende da área do edifício, do grau de seu isolamento e do tamanho do envidraçamento. Assim, por exemplo, para um edifício residencial de dois andares com área de 200 m2, que tenha um bom isolamento que atenda aos padrões modernos, será necessário destinar cerca de quatro acres de terreno (400 m2) para um campo geotérmico. Obviamente, para uma avaliação mais precisa do diâmetro dos tubos utilizados e da área ocupada, é necessário um cálculo detalhado de engenharia térmica.

Esta é a aparência da instalação de um coletor horizontal em uma de nossas instalações em Dzerzhinsk (República da Bielo-Rússia):


Vantagens de um coletor horizontal:

  • Custo mais baixo em comparação com poços geotérmicos
  • Possibilidade de realizar trabalhos de instalação em conjunto com a colocação de outras comunicações (abastecimento de água, esgotos)

Desvantagens de um coletor horizontal:

  • Grande área ocupada (é proibida a construção de estruturas permanentes, pavimentação asfáltica, colocação de lajes, é necessário garantir o acesso natural à luz e à precipitação)
  • Falta de possibilidade de arranjo com projeto paisagístico pronto do local
  • Menos estabilidade em comparação com um coletor vertical.

A disposição desse tipo de coletor costuma ser feita de duas maneiras. No primeiro caso em toda a área de assentamento, remova a parte superior camada de solo, 1,5-2m de espessura, os tubos do trocador de calor estão sendo dispostos com um determinado passo (de 0,6 a 1,5 m) e o preenchimento é realizado. Para realizar esse trabalho, são adequados equipamentos potentes, como carregador frontal, escavadeira, escavadeiras de grande alcance e volume de caçamba.

No segundo caso a colocação dos loops de contorno do solo é realizada passo a passo em preparado trincheiras, largura de 0,6 m a 1 m. Pequenas escavadeiras e retroescavadeiras são adequadas para essa finalidade.

Contorno vertical

Coletor vertical representa poços com profundidades de 50 a 200 m e mais, nos quais são baixados dispositivos especiais - sondas geotérmicas. A temperatura nesta zona permanece constante durante muitos anos e décadas e aumenta com o aumento da profundidade. O aumento ocorre em média de 2 a 5 C a cada 100 M. Esse valor característico é chamado de gradiente de temperatura.

O processo de instalação de um coletor vertical em nossas instalações na vila de Kryzhovka, perto de Minsk:


Estudando mapas de distribuição de temperatura em várias profundidades no território da República da Bielorrússia e na cidade de Minsk em particular, pode-se notar que a temperatura varia de região para região e pode diferir significativamente dependendo da localização. Assim, por exemplo, a uma profundidade de 100 m na área de Svetlogorsk pode atingir +13 C, e em algumas áreas da região de Vitebsk na mesma profundidade não excede +8,5 C.

Obviamente, ao calcular a profundidade de perfuração e projetar o tamanho, diâmetro e outras características das sondas geotérmicas, é necessário levar este fator em consideração. Além disso, é necessário levar em consideração a composição geológica das rochas por onde passam. Somente com base nesses dados você poderá projetar corretamente um circuito geotérmico.

Como mostram a prática e as estatísticas da nossa organização, 99% dos problemas durante o funcionamento do HP estão associados ao funcionamento do circuito externo, e este problema não aparece imediatamente após o comissionamento do equipamento. E há uma explicação para isso, porque se o geocontorno for calculado incorretamente (por exemplo, no território da região de Vitebsk, onde, como lembramos, o gradiente geotérmico é um dos mais baixos da República), seu trabalho inicial é não é satisfatório, mas com o tempo a espessura da terra “esfria”. O equilíbrio termodinâmico é perturbado e os problemas começam, e o problema pode surgir apenas na segunda ou terceira estação de aquecimento. Um contorno superdimensionado parece menos problemático, mas o cliente é obrigado a pagar por metros desnecessários de perfuração por incompetência do empreiteiro, o que inexoravelmente leva ao aumento do custo de todo o projeto.

O estudo do subsolo da terra deve ser especialmente crítico durante a construção de grandes instalações comerciais, onde o número de poços chega a dezenas e os recursos economizados (ou desperdiçados) na sua construção podem ser muito significativos.

Bomba de calor água-água

Um tipo de fonte de calor geotérmico pode ser a água subterrânea. Eles têm uma temperatura constante (de +7 C e acima) e ocorrem em quantidades significativas em várias profundidades no território da República da Bielorrússia. De acordo com a tecnologia, a água subterrânea é retirada de um poço por uma bomba centrífuga e entra em uma estação de transferência de calor e massa, onde transfere energia para o anticongelante do circuito inferior da bomba de calor. A eficiência operacional deste sistema depende do nível do lençol freático (dependendo da profundidade de subida, é necessária uma determinada potência da bomba) e da distância do poço de captação até a estação de troca. Esta tecnologia possui um dos maiores valores de COP, mas possui uma série de características que limitam seu uso.

Entre eles:

  • Falta de água subterrânea, ou baixo nível de sua ocorrência;
  • Falta de vazão constante do poço, diminuição dos níveis estáticos e dinâmicos;
  • A necessidade de ter em conta a composição do sal e a contaminação (se a qualidade da água não for adequada, o permutador de calor fica entupido e os indicadores de desempenho diminuem)
  • A necessidade de instalar um poço de drenagem para descarregar volumes significativos de águas residuais (a partir de 2200 l/h ou mais)

Como mostra a prática, a instalação de tais sistemas é aconselhável se houver um lago ou rio nas imediações. As águas residuais também podem ser utilizadas para fins económicos e industriais, por exemplo, para irrigação ou para organização de reservatórios artificiais.

Quanto à qualidade da água captada, por exemplo, um fabricante alemão de sistemas de aquecimento alternativos Stiebel Eltron recomenda as seguintes configurações: a proporção total de ferro e magnésio não é superior a 0,5 mg/l, o teor de cloreto é inferior a 300 mg/l, a ausência de substâncias precipitadas. Caso esses parâmetros sejam ultrapassados, é necessária a instalação de um sistema de purificação adicional - uma estação de preparação e dessalinização, o que aumenta o consumo de materiais do projeto.

Trabalhos de perfuração para bomba de calor.

Com base na experiência na instalação e operação de unidades geotérmicas, recomendamos a perfuração de poços de pelo menos 100 m. A prática mostra que melhor desempenho e estabilidade de uma máquina térmica serão observados, por exemplo, para dois poços de 150 m cada do que para três poços de 100 m cada. É claro que a construção de tais minas requer equipamento especial e um método de perfuração rotativa. As instalações de trados de pequeno porte não são capazes de fornecer o comprimento necessário dos poços.

Como o circuito geotérmico é o componente mais importante e a correção de sua disposição é a chave para o bom funcionamento de todo o sistema, o empreiteiro de perfuração deve atender a uma série de critérios:

  • É necessário ter experiência na produção deste tipo de serviço;
  • possuir ferramenta especial para imersão de sondas;
  • garantir que a sonda ficará imersa até a profundidade projetada e garantir sua integridade e estanqueidade durante o processo de trabalho;
  • após a imersão, realizar medidas de tamponamento do poço para aumentar sua transferência de calor e produtividade, calafetar o poço da mina antes do aterro.

Em geral, com projeto adequado e instalação qualificada, as sondas geotérmicas são muito confiáveis ​​e podem durar até 100 anos.

O processo de baixar uma sonda geotérmica em um poço perfurado:


Sonda geotérmica na estrutura, antes de realizar um teste de vazamento (“teste de pressão”):


conclusões

Com base na nossa experiência na concepção de sistemas de energias alternativas, podemos destacar os principais factos que são fundamentais quando os nossos Clientes escolhem bombas de calor:

  • completo segurança e respeito ao meio ambiente(sem processos de combustão ou peças móveis)
  • a oportunidade de solicitar o sistema “hoje” e aproveitar seu uso em três semanas sem qualquer coordenação com autoridades reguladoras e licenciadoras.
  • Autonomia total e manutenção mínima(não há necessidade de ser sócio de uma cooperativa de gás, de depender dela; não há necessidade de jogar lenha ou fazer limpeza mensal de dutos de ar, organizar o acesso de caminhão-tanque de combustível, etc.)
  • O custo de um terreno para construção de uma moradia individual sem abastecimento de gás é muito inferior e o prazo de entrega não depende do serviço de gás
  • Oportunidade controle remoto pela Internet
  • Equipamentos avançados e inovadores, com design elegante, que não tem vergonha de mostrar a amigos e conhecidos, o que certamente valoriza o estatuto do proprietário.

Se não abordamos nenhuma dúvida neste artigo e você deseja perguntá-la pessoalmente, pode vir ao nosso escritório no endereço: Minsk, st. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC e consulte nossos engenheiros.

Temos também a oportunidade de organizar visitas gratuitas a instalações operacionais já concluídas.

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

A situação é tal que a forma mais popular de aquecer uma casa neste momento é a utilização de caldeiras de aquecimento - a gás, combustível sólido, gasóleo e muito menos frequentemente - eléctricas. Mas sistemas tão simples e ao mesmo tempo de alta tecnologia como as bombas de calor não se difundiram, e por boas razões. Para quem ama e sabe calcular tudo com antecedência, suas vantagens são óbvias. As bombas de calor para aquecimento não queimam reservas insubstituíveis de recursos naturais, o que é extremamente importante não só do ponto de vista da protecção do ambiente, mas também permite poupar energia, visto que se tornam mais caras a cada ano. Além disso, com a ajuda de bombas de calor, você pode não apenas aquecer o ambiente, mas também aquecer água quente para as necessidades domésticas e climatizar o ambiente no calor do verão.

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor

Vejamos mais de perto o princípio de funcionamento de uma bomba de calor. Lembre-se de como funciona uma geladeira. O calor dos produtos nele colocados é bombeado e lançado no radiador localizado na parede posterior. Você pode verificar isso facilmente tocando nele. O princípio dos aparelhos de ar condicionado domésticos é aproximadamente o mesmo: eles bombeiam o calor do ambiente e o jogam em um radiador localizado na parede externa do prédio.

O funcionamento de bomba de calor, refrigerador e ar condicionado é baseado no ciclo de Carnot.

  1. O refrigerante, movendo-se ao longo de uma fonte de calor de baixa temperatura, por exemplo, o solo, aquece vários graus.
  2. Em seguida, ele entra em um trocador de calor chamado evaporador. No evaporador, o refrigerante libera o calor acumulado para o refrigerante. Refrigeranteé um líquido especial que se transforma em vapor em baixas temperaturas.
  3. Assumindo a temperatura do refrigerante, o refrigerante aquecido se transforma em vapor e entra no compressor. O compressor comprime o refrigerante, ou seja, um aumento na sua pressão, devido ao qual a sua temperatura também aumenta.
  4. O refrigerante quente e comprimido entra em outro trocador de calor denominado condensador. Aqui o refrigerante transfere o seu calor para outro refrigerante, que é fornecido no sistema de aquecimento da casa (água, anticongelante, ar). Isso esfria o refrigerante e o transforma novamente em líquido.
  5. Em seguida, o refrigerante entra no evaporador, onde é aquecido por uma nova porção do refrigerante aquecido, e o ciclo se repete.

A bomba de calor necessita de eletricidade para funcionar. Mas ainda é muito mais lucrativo do que usar apenas um aquecedor elétrico. Já uma caldeira elétrica ou aquecedor elétrico gasta exatamente a mesma quantidade de eletricidade que produz calor. Por exemplo, se um aquecedor tiver uma potência nominal de 2 kW, então ele gasta 2 kW por hora e produz 2 kW de calor. Uma bomba de calor produz 3 a 7 vezes mais calor do que consome eletricidade. Por exemplo, 5,5 kW/hora são usados ​​para operar o compressor e a bomba, e o calor produzido é de 17 kW/hora. É esta elevada eficiência a principal vantagem de uma bomba de calor.

Vantagens e desvantagens do sistema de aquecimento com bomba de calor

Existem muitas lendas e equívocos em torno das bombas de calor, apesar de não serem uma invenção tão inovadora ou de alta tecnologia. Todos os estados “quentes” dos EUA, quase toda a Europa e Japão, onde a tecnologia foi desenvolvida quase à perfeição durante muito tempo, são aquecidos com a ajuda de bombas de calor. A propósito, você não deve pensar que tal equipamento é uma tecnologia puramente estrangeira e chegou até nós recentemente. Afinal, na URSS, essas unidades eram usadas em instalações experimentais. Um exemplo disso é o sanatório Druzhba, na cidade de Yalta. Além da arquitetura futurista, que lembra uma “cabana com coxas de frango”, este sanatório também é famoso pelo fato de desde a década de 80 do século XX utilizar bombas de calor industriais para aquecimento. A fonte de calor é o mar próximo, e a própria estação elevatória não só aquece todas as dependências do sanatório, mas também fornece água quente, aquece a água da piscina e a resfria na estação quente. Portanto, vamos tentar dissipar os mitos e determinar se faz sentido aquecer a sua casa desta forma.

Vantagens dos sistemas de aquecimento com bomba de calor:

  • Economia de energia. Em ligação com o aumento dos preços do gás e do gasóleo, esta é uma vantagem muito relevante. Na coluna “despesas mensais” aparecerá apenas a eletricidade, que, como já escrevemos, requer muito menos do que o calor efetivamente produzido. Ao adquirir uma unidade, você precisa prestar atenção a um parâmetro como o coeficiente de transformação de calor “ϕ” (também pode ser chamado de coeficiente de conversão de calor, coeficiente de transformação de potência ou temperatura). Ele mostra a relação entre a quantidade de calor produzido e a energia gasta. Por exemplo, se ϕ=4, então com um consumo de 1 kW/hora receberemos 4 kW/hora de energia térmica.
  • Economia de manutenção. A bomba de calor não necessita de nenhum tratamento especial. Seus custos de manutenção são mínimos.
  • Pode ser instalado em qualquer local. As fontes de calor de baixa temperatura para o funcionamento de uma bomba de calor podem ser o solo, a água ou o ar. Onde quer que você construa uma casa, mesmo em uma área rochosa, sempre haverá a oportunidade de encontrar “comida” para a unidade. Em áreas remotas da rede de gás, este é um dos sistemas de aquecimento mais ideais. E mesmo em regiões sem linha de energia, pode-se instalar um motor a gasolina ou diesel para garantir o funcionamento do compressor.
  • Não há necessidade de monitorar a operação da bomba, adicione combustível, como é o caso de uma caldeira a combustível sólido ou diesel. Todo o sistema de aquecimento com bomba de calor é automatizado.
  • Você pode ir embora por muito tempo e não tenha medo de que o sistema congele. Ao mesmo tempo, pode poupar dinheiro instalando a bomba para garantir uma temperatura de +10 °C na sala de estar.
  • Seguro para o meio ambiente. Para efeito de comparação, ao usar caldeiras tradicionais que queimam combustível, vários óxidos CO, CO2, NOx, SO2, PbO2 são sempre formados, como resultado, ácidos fosfórico, nitroso, sulfúrico e compostos benzóicos se depositam no solo ao redor da casa. Quando a bomba de calor funciona, nada é emitido. E os refrigerantes utilizados no sistema são absolutamente seguros.
  • Também pode ser notado aqui conservação dos recursos naturais insubstituíveis do planeta.
  • Segurança para pessoas e bens. Nada numa bomba de calor aquece o suficiente para causar sobreaquecimento ou explosão. Além disso, simplesmente não há nada para explodir nele. Portanto, pode ser classificada como uma unidade totalmente à prova de fogo.
  • As bombas de calor funcionam com sucesso mesmo a uma temperatura ambiente de -15 °C. Portanto, se alguém pensa que tal sistema só pode aquecer uma casa em regiões com invernos quentes de até +5 °C, está enganado.
  • Reversibilidade da bomba de calor. Uma vantagem inegável é a versatilidade da instalação, com a qual pode aquecer no inverno e refrescar no verão. Nos dias quentes, a bomba de calor retira o calor da divisão e envia-o para o solo para armazenamento, de onde será retirado no inverno. Tenha em atenção que nem todas as bombas de calor têm capacidade inversa, mas apenas alguns modelos.
  • Durabilidade. Com os devidos cuidados, as bombas de calor num sistema de aquecimento podem durar de 25 a 50 anos sem grandes reparações, e apenas uma vez a cada 15 a 20 anos o compressor precisará de ser substituído.

Desvantagens dos sistemas de aquecimento com bomba de calor:

  • Grande investimento inicial. Além de os preços das bombas de calor para aquecimento serem bastante elevados (de 3.000 a 10.000 USD), também não será necessário gastar menos na instalação de um sistema geotérmico do que na própria bomba. Uma exceção é a bomba de calor aerotérmica, que não requer trabalho adicional. A bomba de calor não se pagará em breve (dentro de 5 a 10 anos). Assim, a resposta à questão de usar ou não uma bomba de calor para aquecimento depende antes das preferências do proprietário, da sua capacidade financeira e das condições de construção. Por exemplo, numa região onde o abastecimento de uma rede de gás e a ligação à mesma custam o mesmo que uma bomba de calor, faz sentido dar preferência a esta última.

  • Em regiões onde as temperaturas no inverno caem abaixo de -15 °C, fonte de calor adicional deve ser usada. É chamado sistema de aquecimento bivalente, em que a bomba de calor fornece calor enquanto a rua está abaixo de -20 ° C, e quando não aguenta, por exemplo, é ligado um aquecedor eléctrico ou uma caldeira a gás, ou um gerador de calor.

  • É mais aconselhável usar uma bomba de calor em sistemas com refrigerante de baixa temperatura, como sistema "piso quente"(+35°C) e unidades de fan coil(+35 - +45 °C). Unidades ventilo-convectoras Eles são um convetor de ventilador no qual o calor/frio é transferido da água para o ar. Para instalar tal sistema numa casa antiga, será necessária uma remodelação e reconstrução completas, o que implicará custos adicionais. Isto não é uma desvantagem na construção de uma nova casa.
  • Respeito ao meio ambiente das bombas de calor, retirando calor da água e do solo, um tanto relativo. O fato é que durante a operação o espaço ao redor dos tubos de refrigeração esfria e isso atrapalha o ecossistema estabelecido. Afinal, mesmo nas profundezas do solo vivem microrganismos anaeróbios, garantindo a atividade vital de sistemas mais complexos. Por outro lado, em comparação com a produção de gás ou petróleo, os danos causados ​​por uma bomba de calor são mínimos.

Fontes de calor para operação da bomba de calor

As bombas de calor retiram calor das fontes naturais que acumulam radiação solar durante o período quente. As bombas de calor variam dependendo da fonte de calor.

Preparação

O solo é a fonte mais estável de calor que se acumula ao longo da estação. A uma profundidade de 5 - 7 m, a temperatura do solo é quase sempre constante e igual a aproximadamente +5 - +8 °C, e a uma profundidade de 10 m é sempre constante +10 °C. Existem duas maneiras de coletar calor do solo.

Coletor de solo horizontalÉ um tubo colocado horizontalmente através do qual circula o refrigerante. A profundidade do coletor horizontal é calculada individualmente dependendo das condições, às vezes é 1,5 - 1,7 m - a profundidade de congelamento do solo, às vezes menor - 2 - 3 m para garantir maior estabilidade de temperatura e menor diferença, e às vezes apenas 1 - 1,2 m - aqui o solo começa a aquecer mais rápido na primavera. Há casos em que é instalado um coletor horizontal de duas camadas.

Os tubos coletores horizontais podem ter diâmetros diferentes: 25 mm, 32 mm e 40 mm. A forma de seu layout também pode ser diferente - cobra, laço, zigue-zague, várias espirais. A distância entre os tubos na cobra deve ser de pelo menos 0,6 m, e geralmente é de 0,8 a 1 m.

Remoção de calor específica por metro linear de tubo depende da estrutura do solo:

  • Areia seca – 10 W/m;
  • Argila seca – 20 W/m;
  • A argila é mais úmida – 25 W/m;
  • Argila com alto teor de água - 35 W/m.

Para aquecer uma casa com área de 100 m2, desde que o solo seja argiloso úmido, serão necessários 400 m2 de área de terreno para o coletor. Isso é bastante - 4 a 5 acres. E tendo em conta que neste local não devem existir edifícios e apenas são permitidos relvados e canteiros com flores anuais, nem todos podem equipar um colector horizontal.

Um líquido especial flui pelos tubos coletores, também é chamado "salmoura" ou anticongelante, por exemplo, uma solução a 30% de etilenoglicol ou propilenoglicol. A “salmoura” recolhe o calor do solo e é enviado para a bomba de calor, onde o transfere para o refrigerante. A “salmoura” resfriada flui novamente para o coletor de solo.

Sonda de solo verticalé um sistema de tubos enterrados a 50 - 150 m, podendo ser apenas um tubo em forma de U, rebaixado a uma profundidade maior de 80 - 100 m e preenchido com argamassa de concreto. Ou talvez um sistema de tubos em forma de U baixado 20 m para coletar energia de uma área maior. A realização de trabalhos de perfuração a uma profundidade de 100 - 150 m não só é cara, mas também requer a obtenção de uma licença especial, razão pela qual muitas vezes recorrem à astúcia e equipam várias sondas de pouca profundidade. A distância entre essas sondas é de 5 a 7 m.

Remoção de calor específica de um coletor vertical também depende da rocha:

  • Rochas sedimentares secas - 20 W/m;
  • Rochas sedimentares saturadas de água e solo rochoso – 50 W/m;
  • Solo rochoso com alto coeficiente de condutividade térmica - 70 W/m;
  • Água subterrânea (água subterrânea) - 80 W/m.

A área necessária para um coletor vertical é muito pequena, mas o custo de sua instalação é superior ao de um coletor horizontal. A vantagem de um coletor vertical é também uma temperatura mais estável e maior remoção de calor.

Água

A água pode ser usada como fonte de calor de diferentes maneiras.

Coletor no fundo de um reservatório aberto e sem congelamento- rios, lagos, mares - representa canos com “salmoura”, submersos com a ajuda de um peso. Devido à alta temperatura do refrigerante, este método é o mais rentável e econômico. Somente quem tem o reservatório a não mais de 50 m pode instalar coletor de água, caso contrário perde-se a eficiência da instalação. Como você entende, nem todos têm essas condições. Mas não utilizar bombas de calor para os residentes costeiros é simplesmente míope e estúpido.

Coletor em ralos de esgoto ou as águas residuais de instalações técnicas podem ser utilizadas para aquecimento de casas e até de edifícios altos e empreendimentos industriais na cidade, bem como para a preparação de água quente. O que está sendo feito com sucesso em algumas cidades da nossa Pátria.

Poço ou água subterrânea usado com menos frequência do que outros coletores. Tal sistema envolve a construção de dois poços, de um é retirada a água, que transfere seu calor para o refrigerante da bomba de calor, e a água resfriada é descarregada no segundo. Em vez de um poço, pode haver um poço de filtração. Em qualquer caso, o poço de descarga deve estar localizado a uma distância de 15 a 20 m do primeiro, e ainda a jusante (as águas subterrâneas também têm fluxo próprio). Este sistema é bastante difícil de operar, pois a qualidade da água que entra deve ser monitorada - filtrada e protegida da corrosão e contaminação das peças da bomba de calor (evaporador).

Ar

O projeto mais simples é sistema de aquecimento com bomba de calor de fonte de ar. Nenhum coletor adicional é necessário. O ar do ambiente entra diretamente no evaporador, onde transfere seu calor para o refrigerante, que por sua vez transfere calor para o refrigerante dentro da casa. Pode ser ar para ventiloconvectores ou água para piso radiante e radiadores.

Os custos de instalação de uma bomba de calor aerotérmica são mínimos, mas o desempenho da instalação é altamente dependente da temperatura do ar. Em regiões com invernos quentes (até +5 - 0 °C) esta é uma das fontes de calor mais económicas. Mas se a temperatura do ar cair abaixo de -15 °C, o desempenho cai tanto que não faz sentido usar a bomba, sendo mais lucrativo ligar um aquecedor elétrico ou caldeira convencional.

As análises sobre bombas de calor aerotérmicas para aquecimento são muito contraditórias. Tudo depende da região de utilização. Eles são vantajosos para uso em regiões com invernos quentes, por exemplo, em Sochi, onde não há necessidade de uma fonte de calor reserva em caso de geadas severas. Também é possível instalar bombas de calor aerotérmicas em regiões onde o ar é relativamente seco e a temperatura no inverno é inferior a -15 °C. Mas em climas úmidos e frios, essas instalações sofrem com a formação de gelo e congelamento. Pingentes de gelo grudados no ventilador impedem que todo o sistema funcione corretamente.

Aquecimento com bomba de calor: custo do sistema e custos operacionais

A potência da bomba de calor é selecionada em função das funções que lhe serão atribuídas. Se for apenas aquecimento, os cálculos podem ser feitos em uma calculadora especial que leva em consideração as perdas de calor do edifício. A propósito, o melhor desempenho de uma bomba de calor ocorre quando a perda de calor do edifício não é superior a 80 - 100 W/m2. Para simplificar, assumimos que para aquecer uma casa de 100 m2 com tetos de 3 m de altura e perdas de calor de 60 W/m2, é necessária uma bomba com potência de 10 kW. Para aquecer água, você terá que levar uma unidade com reserva de energia - 12 ou 16 kW.

Custo da bomba de calor depende não apenas da potência, mas também da confiabilidade e das solicitações do fabricante. Por exemplo, uma unidade de 16 kW de fabricação russa custará US$ 7.000, e uma bomba estrangeira RFM 17 com potência de 17 kW custa cerca de US$ 13.200. com todos os equipamentos associados, exceto o coletor.

A próxima linha de despesas será arranjo de reservatório. Também depende da potência da instalação. Por exemplo, para uma casa de 100 m2, onde estão instalados pisos aquecidos (100 m2) ou radiadores de aquecimento de 80 m2, bem como para aquecer água a +40 °C com um volume de 150 l/hora, você vai necessidade de perfurar poços para coletores. Esse coletor vertical custará 13.000 dólares.

Um coletor no fundo de um reservatório custará um pouco menos. Nas mesmas condições, custará 11.000 USD. Mas é melhor verificar o custo de instalação de um sistema geotérmico com empresas especializadas, pois pode variar muito. Por exemplo, instalar um coletor horizontal para uma bomba de 17 kW custará apenas 2.500 dólares. E para uma bomba de calor de fonte de ar, não é necessário nenhum coletor.

No total, o custo da bomba de calor é de 8.000 USD. Em média, a construção de um coletor custa 6.000 USD. média.

O custo mensal do aquecimento com bomba de calor inclui apenas custos de eletricidade. Podem ser calculados da seguinte forma: o consumo de energia deve ser indicado na bomba. Por exemplo, para a bomba de 17 kW acima mencionada, o consumo de energia é de 5,5 kW/h. No total, o sistema de aquecimento funciona 225 dias por ano, ou seja, 5400 horas. Tendo em conta que a bomba de calor e o compressor nela contidos funcionam ciclicamente, o consumo de energia deve ser reduzido para metade. Durante a estação de aquecimento, serão gastos 5.400h*5,5kW/h/2=14.850 kW.

Multiplicamos o número de kW gastos pelo custo da energia na sua região. Por exemplo, 0,05 USD para 1 kW/hora. No total, serão gastos 742,5 USD por ano. Por cada mês em que a bomba de calor funcionou para aquecimento custa 100 USD. custos de eletricidade. Se você dividir as despesas por 12 meses, receberá 60 USD por mês.

Tenha em atenção que quanto menor for o consumo de energia da bomba de calor, menores serão os custos mensais. Por exemplo, existem bombas de 17 kW que consomem apenas 10.000 kW por ano (custa 500 cu). Também é importante que o desempenho de uma bomba de calor seja tanto maior quanto menor for a diferença de temperatura entre a fonte de calor e o refrigerante no sistema de aquecimento. É por isso que dizem que é mais lucrativo instalar pisos quentes e ventiloconvectores. Embora radiadores de aquecimento padrão com refrigerante de alta temperatura (+65 - +95 °C) também possam ser instalados, mas com um acumulador de calor adicional, por exemplo, uma caldeira de aquecimento indireto. Uma caldeira também é usada para aquecer adicionalmente a água quente.

As bombas de calor são vantajosas quando utilizadas em sistemas bivalentes. Além da bomba, você pode instalar um coletor solar, que pode abastecer totalmente a bomba com eletricidade no verão, quando ela funciona para resfriamento. Para o seguro de inverno, você pode adicionar um gerador de calor que aquecerá água para abastecimento de água quente e radiadores de alta temperatura.