Bombas de calor para calefacción doméstica: tipos y principios de funcionamiento.

Las opciones de calefacción alternativas incluyen la creciente popularidad de las bombas de calor. El alto costo del equipo y la instalación de dicho diseño no permite que algunos propietarios de casas privadas minimicen los costos de calefacción. Definitivamente deberían considerar hacer una bomba de calor de bricolaje.

Dispositivo y principio de funcionamiento.

Casi cualquier medio que nos rodea tiene una cierta cantidad de energía térmica, siempre que su temperatura exceda 1° C.¿Por qué no utilizar parte de esta energía para calentar su propia casa? Esto se hace usando una bomba de calor.

Se basa el principio de funcionamiento de una bomba de calor basada en la transferencia de calor desde una fuente con un bajo potencial de energía térmica a un portador de calor que tiene una temperatura más alta. En la práctica, se ve así:

1. El refrigerante ingresa a la tubería, ubicado, por ejemplo, en el suelo, y se calienta varios grados.
2. Luego, el portador de calor ingresa al intercambiador de calor (o evaporador) y transfiere la energía térmica acumulada al circuito interno.
3. El refrigerante (una sustancia con un bajo punto de ebullición, que se encuentra a baja presión), que se encuentra en el circuito externo, se calienta en el evaporador y se convierte en gas.
4. Luego, el refrigerante gaseoso ingresa al compresor, donde se comprime a alta presión. En este caso, la temperatura del refrigerante se vuelve aún más alta.
5. El gas caliente ingresa al condensador, donde transfiere energía térmica al refrigerante del sistema de calefacción interno de la casa.
6. Después de esto, el refrigerante que ha perdido calor se devuelve al sistema en estado líquido.

El funcionamiento de las unidades de refrigeración se basa en el mismo principio, por lo tanto, algunos tipos de bombas de calor en el verano pueden usarse con bastante éxito como aires acondicionados, es decir, para enfriar una habitación.

La bomba de calor le permite calentar la casa utilizando energía térmica de bajo potencial del medio ambiente.

Video: dispositivo y operación de unidades térmicas

Tipos de unidades

Una idea clara de las opciones para el diseño de bombas de calor es su clasificación según el tipo de refrigerante en los contornos externos e internos de la estructura. El dispositivo puede recibir energía de:

• suelo;
• agua (cuerpo de agua o fuente);
• aire.

Dentro de la casa, la energía térmica recibida se puede utilizar en el sistema de calefacción, así como para calentar agua o aire acondicionado. Por lo tanto, existen varios tipos de bombas de calor, dependiendo de la combinación de estos elementos y funciones.

Sistema de agua subterránea

Obtener calor del suelo se considera uno de los más efectivos para este tipo calentamiento alternativoYa que a unos cinco metros de la superficie la temperatura del suelo se mantiene bastante constante, es poco susceptible a los cambios en las condiciones climáticas.

Una bomba de calor geotérmica utiliza sondas conductoras de calor especiales.

Como refrigerante en el circuito externo, se usa un líquido especial, que generalmente se llama salmuera. Es un compuesto ecológico.

El circuito externo de la bomba de calor suelo-agua está hecho de tubos de plástico. Puede colocarlos en el suelo horizontal o verticalmente. En el primer caso, es posible que deba trabajar en un área grande, de 25 a 50 metros cuadrados. m por kilovatio de potencia de la bomba. Las áreas asignadas para el colector horizontal no pueden usarse para fines agrícolas. Aquí, solo se permite un desglose del césped o la plantación de plantas con flores anuales.

Para la construcción de un depósito vertical, se necesitarán varios pozos con una profundidad de 50-150 metros. Dado que la temperatura del suelo a esta profundidad es más alta y más estable, dicha bomba de calor geotérmica se considera más eficiente. En este caso, se utilizan sondas de profundidad especiales para transferir calor.

Bomba de agua a agua

El calor puede ser una opción igualmente efectiva. bomba de agua agua, ya que a grandes profundidades la temperatura del agua permanece bastante alta y constante. Como fuente de energía térmica de bajo potencial se puede utilizar:

• embalses abiertos (lagos, ríos);
• aguas subterráneas (pozos, pozos);
• aguas residuales de ciclos tecnológicos industriales (suministro inverso de agua).

No existen diferencias fundamentales en el diseño de las bombas de calor suelo-agua o agua-agua. El menor costo requerirá la construcción de una bomba de calor que utilice la energía de un depósito abierto: las tuberías con refrigerante deben ser abastecidas con carga e sumergidas en agua. El uso del potencial de agua subterránea requerirá un diseño más complejo. Es posible que se requiera un pozo adicional para descargar el agua que pasa a través del intercambiador de calor.

Usar una bomba de calor agua-agua en un estanque abierto puede ser muy beneficioso.

Opción universal "aire-agua"

Por eficiencia bomba de calor aire agua inferior a otros modelos, porque en la estación fría, su poder se reduce significativamente. Sin embargo, para su instalación no se requieren trabajos complejos en excavaciones o la construcción de pozos profundos. Solo es necesario seleccionar e instalar el equipo adecuado, por ejemplo, directamente en el techo de la casa.

La bomba de calor aire-agua se puede instalar sin un trabajo de instalación extenso

Una ventaja indudable de este diseño es la capacidad de reutilizar el calor que deja las instalaciones calentadas por la bomba de calor con aire o agua de escape, así como humo, gas, etc. Para compensar la falta de energía de la bomba de calor de aire en invierno, se deben considerar opciones de calefacción alternativas.

La opción menos costosa puede ser una bomba de calor aire-aire, cuya construcción no requiere un trabajo complejo para crear un sistema tradicional de calentamiento de agua en interiores.

Lea más sobre este tipo de bomba de calor en nuestro artículo:https://neo.aquatechn.com/es/otoplenie/alt_otoplenie/teplovoj-nasos-vozdux-vozdux.html.

Ventajas y desventajas del sistema.

La instalación de una bomba de calor en el hogar y su inclusión en el sistema de calefacción o la creación de una estación de calefacción completa resolverán una serie de problemas apremiantes y tienen las siguientes ventajas:

• es un sistema de calefacción autónomo, cuyo único elemento centralizado es la conexión a la red eléctrica;
• Este método puede ahorrar significativamente en costosos transportadores de energía, que se utilizan tradicionalmente para calefacción y reducir significativamente los costos de servicios públicos.El coeficiente promedio de conversión de calor es 3.5 - 4.5. A partir de 1 kW de electricidad, la bomba genera de 3 a 7 kW de calor. Estas son las tasas más altas entre todos los tipos de calderas que funcionan con cualquier combustible;
• El sistema es seguro para la salud humana y el medio ambiente. Ayuda a salvar los recursos energéticos no renovables del planeta;
• seguridad contra incendios y no inflamabilidad de las piezas. Esta caldera no se sobrecalienta, no explota, no se quema, no emite monóxido de carbono;
• una bomba puede producir calor y frío, proporcionando el microclima necesario en la casa, así como calentando agua para las necesidades domésticas;
• durabilidad: según la experiencia de los residentes europeos, la vida útil del equipo es de 20-50 años;
• Confort y funcionamiento silencioso. El sistema está controlado por automatización;
• La instalación de la bomba no requiere aprobaciones, que son necesarias durante la instalación, por ejemplo, de equipos de gas.

En Noruega y Suecia, el 95% de todas las viviendas se calientan con bombas de calor.

Las ventajas de dicho sistema son mucho mayores que las desventajas.

Las desventajas incluyen:

• el costo relativamente alto de instalación y la bomba en sí, la recuperación de dicho sistema depende de la intensidad de su funcionamiento;
• La necesidad de atraer especialistas y utilizar perforaciones especiales y otros equipos para equipar una bomba geotérmica con un circuito vertical, cuya profundidad puede alcanzar los 200 m.

Cómo hacer una bomba de calor DIY

Usar bombas de calor para calentar su hogar es rentable y conveniente. La experiencia demuestra que en casas privadas con una superficie habitable de más de 400 metros cuadrados. m, dicho diseño dará sus frutos en unos pocos años de funcionamiento, a pesar del alto costo. Los propietarios de casas con tamaños más modestos desarrollan e instalan con éxito bombas de calor de su propio diseño. Aquí hay algunas pautas para crear estos dispositivos útiles:

• Primero debe hacerse cargo de la compra de un compresor, por ejemplo, diseñado para aire acondicionado. Por lo general, se fija a la pared.
• Otra parte importante del diseño, el condensador, se puede hacer de forma independiente. Para hacer esto, debe hacer una bobina a partir de un tubo de cobre (al menos 1 mm de espesor), que se coloca en una caja de metal o plástico. Un tanque de tamaño adecuado es adecuado como vivienda. Después de instalar la bobina, se sueldan las mitades del tanque, montando las conexiones roscadas necesarias. El evaporador también suele estar montado en la pared. Para hacer una bobina de alta calidad, puede envolver una tubería de cobre alrededor de un objeto de un diámetro adecuado, un cilindro de gas es bastante adecuado. Para asegurarse de que la distancia entre los giros sea la misma, use una esquina de aluminio perforada, en la que se fijan las bobinas de la bobina.
• La instalación final de este equipo: soldadura de una tubería de cobre, inyección de freón, etc., debe ser realizada solo por un especialista calificado. Las acciones ineptas pueden dañar el equipo, además, están asociadas con una alta probabilidad de lesiones personales.
• después de eso, el diseño se conecta al sistema de calefacción interno de la casa.
• luego se instala y conecta el circuito externo, las características de este proceso dependen del tipo de bomba de calor.

Antes de encender la bomba de calor, no hará daño diagnosticar el estado del cableado y el medidor de la casa. El equipo viejo y anticuado debe ser reemplazado. El medidor de potencia aceptable es de al menos 40 amperios.

Desafortunadamente, no todas las bombas de calor para calefacción doméstica cumplen con las expectativas de los propietarios. La mayoría de las veces esto se debe a la falta de cálculos termodinámicos correctos. El resultado es un sistema con potencia insuficiente o los costos de equipos excesivamente potentes están aumentando de manera irrazonable. Para elegir un sistema con una capacidad adecuada, es necesario tener en cuenta la pérdida de calor del edificio, así como muchas otras características. Dichos cálculos deben confiarse a un ingeniero de diseño.

Rentabilidad y viabilidad del uso de bombas de calor.

Para lograr ahorros significativos en el presupuesto de calefacción durante muchos años, es necesario gastar fondos significativos en la etapa de diseño e instalación. La recuperación de dicho sistema de calefacción se retrasa en el tiempo, depende de las condiciones de funcionamiento.

La energía extraída del medio ambiente no requiere pago y no termina allí.

Si el piso y las paredes están adecuadamente aislados en la casa, la bomba de calor funcionará de la manera más eficiente posible. La pérdida de calor no debe exceder los 100 vatios por 1 cuadrado. metro.

La siguiente es una comparación de los costos de calefacción cuando se utilizan varias fuentes de energía.

Para ahorrar en calefacción, debe gastar una cantidad considerable en instalar una bomba de calor

Es muy beneficioso incluir la bomba en un sistema de calefacción por suelo radiante o paredes, donde la temperatura de funcionamiento es de aproximadamente 40 grados. Un indicador de ahorro puede considerarse la ausencia de sobrecalentamiento del circuito de calefacción y la congelación del refrigerante cuando se apaga la bomba, lo que mejora la confiabilidad del sistema y reduce el riesgo de un accidente y la frecuencia de los trabajos preventivos y de reparación.

El costo de instalar dicho sistema depende de varios factores:

• el área de las instalaciones climatizadas de la casa;
• variedad de diseño de bomba;
• sistemas de calefacción y tuberías instaladas en la casa;
• Indicadores de pérdida de calor.

Para una pequeña casa de 130 metros cuadrados. m al instalar una bomba con una toma de calor del suelo, el costo del equipo será de 450,000 p., y la instalación extraerá 300,000 p.

La bomba de aire-agua costará 300 00 r., La instalación será de 80 000 r. Esta es la opción más económica.

El costo de las instalaciones comienza desde 450 mil rublos.

Los costos máximos serán necesarios para la perforación profunda con un bajo punto de congelación y para una gran área de la casa, por ejemplo, 400 metros cuadrados. m. El equipo costará 800,000 p., y la instalación - 360,000 p. Los costos incluyen todo el diseño y excavación, trabajos de terreno y todos los elementos de la bomba y el sistema de calefacción.

Material actualizado 03.03.2018