¿Debo usar una bomba de calor para calentar la casa?

La industria del bombeo no se detiene, y están surgiendo nuevas soluciones de ingeniería basadas en tecnologías familiares. Los mercadólogos interesados ​​en obtener ganancias y aumentar las ventas a menudo ocultan datos sobre un producto en particular, promocionándolos como revolucionarios, sin paralelo. El ejemplo más llamativo son las bombas de calor. Los materiales promocionales no describen el principio de funcionamiento de tales dispositivos, ni el nivel de eficiencia para calentar una casa. Sin embargo, es posible comprender cómo funciona todo y cómo este o ese sistema pueden ser útiles a partir de este material.

¿Qué es una bomba de calor, su alcance?

La definición técnica de una bomba de calor es un dispositivo para transferir energía de un área a otra con un aumento simultáneo en la efectividad de su trabajo. Es fácil ilustrar tal mecánico. Imagina un cubo de agua fría y un vaso de agua caliente. Para calentarlos, se ha gastado una cierta cantidad de energía de un cierto nivel de calor. Sin embargo, la efectividad de su aplicación es diferente. Si al mismo tiempo reduce la temperatura de un balde de agua en 1 grado, la energía calorífica resultante puede hacer que el líquido del vaso casi hierva.

Es por esta mecánica que funciona la bomba de calor, con la que puede hacer que la piscina se caliente o proporcionar completamente calefacción para una casa de campo. La instalación transfiere calor de un área a otra, generalmente fuera de la habitación interior. Hay muchas aplicaciones para tal técnica.

1. A ciertas tasas de potencia de la bomba de calor calentando la casa hacerse barato y efectivo.
2. Fácil de hacer ACS con bomba de calorUtilizando calderas de calefacción secundaria.
3. Con un poco de esfuerzo y diseño adecuado, la creación está completamente disponible. sistema de calefacción autónomoalimentado por paneles solares.
4. La mayoría de los modelos de bombas de calor son aceptables. para suelo caliente, Utilizado como circuito de calefacción.

Para seleccionar y comprar un sistema adecuado, en primer lugar, es necesario configurar correctamente la tarea antes de hacerlo. Y solo después de que presenten los requisitos de potencia y evalúen la aceptabilidad de los tipos individuales de calderas de calor para satisfacer todas las necesidades.

Principio general de trabajo

Tecnológicamente, la bomba de calor funciona de acuerdo a lo familiar para todos. Ciclo de carnot, una serie de transformaciones de estados de la materia. Tales palabras pueden ser completamente ajenas a la mayoría de los usuarios. Sin embargo, prácticamente cada uno de ellos tiene al menos un dispositivo en el hogar, basado en este proceso físico.

En términos simples, una bomba de calor. es una nevera. Cualquier modelo de hogar donde los ciudadanos están acostumbrados a almacenar carne y bebidas es un calentador con una eficiencia de más del 100%.Todo funciona de la siguiente manera:

• el refrigerador quita el calor de los productos colocados en él y lo transfiere a la rejilla y, por lo tanto, al espacio de la habitación;
• al mismo tiempo, el aire es calentado por el compresor.

Como resultado, al gastar una cierta cantidad de electricidad, el usuario recibe dos fuentes de calor, una de las cuales (la energía extraída de los productos) es completamente gratuita.

Ese es el principio de la bomba de calor. El dispositivo tiene un diagrama funcional inverso en comparación con un refrigerador: en él, el intercambiador de calor y la parrilla del radiador son útiles y son responsables de la eficiencia final. Todo funciona de la siguiente manera:

• el circuito de extracción de calor está ubicado fuera de la habitación, rodeado de un ambiente de temperatura estable;
• durante el funcionamiento de la bomba de calor, la temperatura del fluido de trabajo se reduce a la fuerza por procesos físicos naturales debajo de los indicadores ambientales;
• El fluido de trabajo extrae el calor, cuya intensidad depende de la diferencia de temperatura formada;
• el fluido de trabajo ingresa al circuito de transformación de estado y al intercambiador de calor de la habitación;
• la energía se libera al aire u otro medio;
• El fluido de trabajo en el estado inicial se suministra al comienzo del ciclo (circuito de extracción de calor).

Este esquema de calentamiento tiene varias ventajas y desventajas. Sin embargo, en condiciones óptimas, la bomba de calor muestra ahorros significativos. Calentar una casa requerirá de 70 a 80% menos en comparación con las calderas clásicas de gas y de estado sólido.

La máxima eficiencia de una bomba de calor depende de muchos factores. Algunas soluciones tecnológicas son capaces de resolver solo un número limitado de tareas. Otros sugieren la instalación de bombas de calor complejas.

Hoy en día, hay una serie de electrodomésticos cuyos propietarios ni siquiera sospechan que utilizan ideas innovadoras y revolucionarias para seleccionar el calor del ambiente. Además, esto puede ocurrir incluso a temperaturas del aire negativas fuera de la ventana. Es Aire acondicionado con función de calefacción., que, de hecho, se basa en la mecánica de la bomba de calor. Los principios de funcionamiento de tales dispositivos de aire a aire se discutirán más adelante.

El esquema de calentar una casa particular con el uso de una bomba de calor.

El esquema óptimo de uso de una bomba de calor para calefacción doméstica incluye tanque de almacenamiento. Simplificado, se ve así:

Aquí, los bloques 1 y 2 son válvulas, lo que resuelve el problema de regular los flujos de calor entrantes. Pueden ser superposiciones manuales del flujo o constituir cabezas térmicas automatizadas. El bloque 3 es un sistema de termostato o sensor común.

La calefacción funciona según el siguiente principio:

• la bomba de calor toma calor del ambiente y calienta el agua;
• el líquido ingresa al intercambiador de calor del calentamiento secundario del tanque de almacenamiento o circula en un solo circuito;
• El sistema de calefacción se basa en el principio clásico, el flujo de agua es proporcionado por una bomba circular.

El esquema que se muestra en la figura - el equipo mínimo de la casa. Se puede agregar fácilmente. En particular, nadie se molesta. instalar dos tanques y utilizar el principio de fluido de calentamiento secundario. Una de ellas, una caldera de bomba de calor (instalada directamente en la salida de esta última), se utiliza para el suministro de agua caliente. Un tanque más volumétrico resuelve el problema de suministrar refrigerante al sistema de calefacción.

Excelente opcion funciona calefacción de la casa con bomba de calor, capacidad acumulativa y sistema de un piso con aislamiento térmico.En este caso, no es necesario calentar el líquido a una temperatura alta. La tasa óptima para calefacción por suelo radiante: de 30 a 40 grados. El esquema de calentamiento es similar al ya mencionado, pero en lugar de radiadores, el agua fluye hacia la unidad colectora con su propio control de flujo.

Clasificación de bombas de calor por características de los medios.

La clasificación de las bombas de calor es bastante voluminosa. Los dispositivos se dividen según el tipo de fluido de trabajo, el principio de cambiar su estado físico, el uso de dispositivos de conversión, la naturaleza del portador de energía necesario para la operación. Si consideramos que los modelos con diversas combinaciones de criterios de clasificación se presentan en el mercado, queda claro que es bastante difícil enumerar todo. Sin embargo, puedes considerar los principios básicos de la división grupal.

La instalación, el diseño y las características finales de la bomba de calor dependen de los parámetros de la fuente de calor y del entorno del receptor. Hoy en día hay varios tipos de soluciones de ingeniería.

Aire a aire

Bombas de calor aire-aire - dispositivos más comunes. Son compactos y bastante simples.En la mecánica de este tipo de acondicionadores de aire domésticos funcionan con modo calefacción. El principio de funcionamiento es simple:

• el intercambiador de calor de la calle se enfría por debajo de la temperatura del aire y toma calor;
• después de la compresión del freón entrante en el radiador, su temperatura aumenta considerablemente;
• El ventilador dentro de la habitación, soplando el intercambiador de calor, calienta la habitación.

La selección de la energía ambiental no es necesariamente realizada por un intercambiador de calor externo. Para este propósito, el aire puede ser forzado en un bloque ubicado en la habitación. Asi es como algunos trabajan sistemas de canales.

Si el freón se comprime y se expande en un acondicionador de aire, entonces en bombas de calor Vortex se usa aire simple. Los mecanismos de trabajo son similares: antes de que el gas ingrese al intercambiador de calor interno, el gas se comprime y, después de perder energía, se introduce mediante una corriente intensa en la cámara de extracción de calor.

Una bomba de calor Vortex es una instalación grande y masiva que funciona de manera eficiente solo cuando la temperatura ambiente es alta. Por lo tanto, dichos sistemas se instalan en talleres industriales, utilizan los gases de escape de los hornos o el aire caliente del sistema de aire acondicionado principal como fuente de calor.

Agua-agua

Una bomba de calor de agua a agua funciona según el mismo principio que otras instalaciones. Sólo los medios de transferencia de energía son diferentes. El equipo esta equipado. sondas de inmersión, de modo que incluso en las condiciones de invierno duro, para alcanzar el horizonte de aguas subterráneas con una temperatura positiva.

Dependiendo de las necesidades de calefacción, los sistemas de bomba de calor de agua a agua pueden ser de tamaños completamente diferentes. Por ejemplo, a partir de varios pozos perforados alrededor de una casa privada, terminando con intercambiadores de calor de gran área ubicados directamente en el acuífero que se colocan durante la fase de construcción del edificio.

Las bombas de calor de agua a agua se distinguen por una mayor productividad y potencia de salida efectiva.. La razón es el aumento de la capacidad de calor del líquido. La capa de agua en la que se ubica la sonda o el intercambiador de calor emite energía rápidamente y, debido al gran volumen, reduce ligeramente sus características, lo que contribuye al funcionamiento estable del sistema. También el equipo de agua a agua es diferente. mayor eficiencia.

Agua-aire, aire-agua

Los sistemas combinados deben ser elegidos cuidadosamente. Al mismo tiempo, las condiciones climáticas existentes son cuidadosamente evaluadas. Por ejemplo, un ciclo de bomba de calor de agua a aire tiene una buena eficiencia para calentar. en regiones con heladas severas. El sistema aire-agua en combinación con un piso cálido y una caldera de calefacción secundaria acumulativa puede mostrar el máximo ahorro en los territorios, donde la temperatura del aire rara vez cae por debajo de -5 ... -10 grados.

Derretir (salmuera) agua

La bomba de calor de esta clase es una especie de vagón. El puede aplicado literalmente en todas partes. Los indicadores de su potencia calorífica neta son constantes y estables. El principio de funcionamiento del dispositivo de agua con salmuera se basa en la selección del calor, principalmente del suelo, que tiene indicadores normales de humedad o humedad.

El sistema es fácil de instalar: para acomodar intercambiadores de calor externos, es suficiente para enterrarlos a una cierta profundidad.También puede elegir una de las opciones de equipo con un fluido de trabajo líquido o gaseoso.

Se realiza el cálculo de la clase de bomba de calor agua salada. En términos de demanda energética para calefacción. Abundan los métodos para su determinación cuantitativa. Puede realizar el cálculo más preciso, teniendo en cuenta el material de las paredes de la casa, el diseño de las ventanas, la naturaleza del suelo, la temperatura media ponderada del aire y mucho más.

Los fabricantes de sistemas de agua con salmuera ofrecen varias versiones de modelos que difieren en el consumo de energía de la unidad de conversión, el diseño y las dimensiones de los intercambiadores de calor externos y los parámetros del circuito de salida. Seleccionar la bomba de calor óptima en una lista preformada de requisitos es fácil.

División por tipo de cuerpo.

Las bombas de calor modernas pueden usar un cuerpo gaseoso o una solución química de amoníaco líquido como transportador de calor. La idoneidad de un esquema particular se evalúa sobre varios factores, las características de los sistemas.

1. Instalaciones con freón., tener un ciclo de bomba de calor basado en procesos de compresión y expansión de gas. Están construidos de alguna manera en un circuito de compresor.El equipo tiene indicadores de rendimiento atractivos, pero también tiene inconvenientes. Aunque el consumo promedio ponderado del sistema en el momento del ciclo de operación es estable, el cableado está muy cargado. Además, las bombas de calor con un transportador de calor gaseoso no serán útiles en regiones donde no hay redes eléctricas centralizadas o una fuente de energía con suficiente capacidad de carga.
   
2. Instalaciones de tipo evaporativo utilizando solución de amoniaco., tienen un ciclo de trabajo basado en el proceso de evaporación de una sustancia a bajos puntos de ebullición. La licuefacción después del paso de un intercambiador de calor externo ocurre bajo la acción de una fuente de energía. Este es un quemador de calor. Se puede usar casi cualquier combustible: sólido, gasolina, diesel, gas, queroseno, en algunos casos, alcohol metílico. Por lo tanto, las bombas de calor por evaporación son atractivas en lugares donde no hay electricidad. Además, la elección de dicho equipo puede impulsar el combustible barato de cierto tipo en la región.
   

La naturaleza del medio de trabajo utilizado en el sistema puede decir mucho sobre el rendimiento de la planta y la potencia de salida.Por lo tanto, las bombas de calor de compresor de freón son capaces de un tirón brusco, calentando rápidamente la habitación. Los modelos evaporativos de amoníaco para tales hazañas no son capaces. Su modo de uso preferido es el funcionamiento estable y constante con transferencia de calor nominal.

Las ventajas de las bombas de calor y la viabilidad de su instalación.

Como se indica en la publicidad, la principal ventaja de las bombas de calor es eficiencia de calefacción. Hasta cierto punto, funciona de esa manera. Si la bomba de calor tiene un entorno de toma de energía que proporciona lecturas de temperatura óptimas, la instalación funciona de manera eficiente, los costos de calefacción se reducen en aproximadamente un 70-80%. Sin embargo, siempre hay casos en los que la bomba de calor puede ser una inversión irracional.

La eficiencia de la bomba de calor está determinada por las siguientes características tecnológicas:

• el parámetro del límite límite de disminución de la temperatura por el fluido de trabajo;
• Diferencia mínima en las temperaturas del intercambiador externo y del entorno, en el que la extracción de calor es extremadamente pequeña;
• El nivel de consumo de energía y el retroceso de la energía térmica útil.

La viabilidad de utilizar una bomba de calor depende de varios factores.

1. Territorios donde tales equipos no muestran buenos resultados. Regiones con inviernos helados y bajas temperaturas medias diarias.. En este caso, la bomba de calor simplemente no es capaz de extraer suficiente calor del ambiente, acercándose a la zona de eficiencia cero. En primer lugar, se refiere a los sistemas aire-aire.
2. Con un aumento en el volumen del espacio calentado, los parámetros tecnológicos de la bomba de calor aumentan casi exponencialmente. Los intercambiadores de calor se hacen más grandes, el tamaño y el número de sondas de inmersión en agua o tierra aumentan. En un determinado momento, el costo de la bomba de calor para calefacción requiere Gastos de instalación y mantenimiento., así como el pago del consumo de energía son simplemente inversiones irracionales. Es mucho más barato crear un esquema de calefacción de gas clásico con una caldera.
3. Cuanto más complejo sea el sistema, más caro y Es más problemático reparar en caso de rotura.. Esto es una adición negativa al tamaño del área calentada y las características de la zona climática.

Clásico es Bomba de calor y caldera de gas / combustible sólido.trabajando en un paquete. La idea es simple: los productos de la combustión del combustible se muestran en una tubería ancha. Se encuentra intercambiador de calor. En el sistema de calefacción y suministro de agua caliente se instalan tanques de almacenamiento y una caldera de calefacción indirecta. El equipo (caldera y bomba) se activa simultáneamente cuando desciende la temperatura del fluido en la red de distribución. Trabajando en pares, utilizan casi por completo la energía de quemar combustible, mostrando indicadores de eficiencia casi máxima.

El sistema con adaptación a las características ambientales está construido sobre Bomba de calor, unidad de ventilación, pistola de calor de cualquier clase. Con una temperatura del aire suficientemente alta en la calle (hasta -5 ... -10 grados centígrados), la bomba de calor funciona en modo normal, proporcionando suficiente potencia de salida para la calefacción. La característica de diseño del sistema es la ubicación de su intercambiador de calor externo en un conducto de ventilación separado.Cuando la temperatura en la calle está por debajo de la marca óptima, el aire suministrado se calienta mediante una pistola de calor (diesel, eléctrica o de gas).

Vale la pena señalar: la mayoría de los esquemas que proporcionan la adaptación a la temperatura del aire o los parámetros de estabilización de la operación de la bomba de calor se aplican a los dispositivos de aire a aire y de aire a agua. Otros sistemas, debido a los intercambiadores de calor externos aislados en el suelo o en el agua, no permiten la creación de tales condiciones de trabajo de "invernadero".

Principales características y cálculo de la potencia de la bomba de calor.

La racionalidad general de la instalación de una bomba de calor para calentar una casa se estima, sobre todo, en gastos financieros. Estos incluyen:

• precio de compra del equipo;
• Costos de instalación, que pueden incluir obras terrestres;
• Gastos de mantenimiento periódico;
• Costo aproximado de eliminación de problemas frecuentes.

Elección del modelo de potencia., como se mencionó anteriormente, se basa en la necesidad general de suministro de calor. Un cálculo aproximado para una casa de un piso de 10x10 metros (300 metros cúbicos de volumen) se ve así:

• tiene en cuenta la temperatura negativa máxima de invierno (-20);
• se determina la diferencia entre la habitación y el ambiente (20 - -20 = 40);
• Las pérdidas de calor de las paredes se calculan, de acuerdo con los datos de referencia de su material (para un ladrillo, el valor tabular es 1, la pérdida de calor es 1x300x40 - 12000 kilocalorías por hora o 13.5 kW).

La figura resultante es un indicador de la potencia mínima de la bomba de calor, que es suficiente para calentar la casa. Para seleccionar el modelo óptimo, la característica debe incrementarse en al menos un 50%. Esto se hace debido al hecho de que la bomba de calor en invierno tendrá que funcionar en condiciones no óptimas, cerca del punto más bajo de eficiencia cero en temperatura ambiente. La cifra resultante para el ejemplo considerado es de unos 20 kW.

La segunda parte del cálculo es elección de la capacidad del tanque de almacenamiento. Se recomienda instalar esta parte del sistema para que la bomba de calor pueda funcionar durante un número limitado de ciclos por día. La documentación del equipo proporciona recomendaciones sobre el volumen del acumulador de calor para un indicador específico de ciclicidad. La cifra promedio es de 30 litros por kilovatio con 3 lanzamientos, 20 litros con 5 lanzamientos. Por lo tanto, para la casa en este ejemplo, necesita un tanque de almacenamiento de al menos 400 litros por cinco ciclos de funcionamiento de la bomba de calor por día.

Conclusión

Si, como resultado del análisis del clima, las fuentes de energía disponibles, la naturaleza del suelo, se decidió comprar una bomba de calor para calefacción, se recomienda Confíe el diseño del sistema a profesionales. La elección óptima del modelo se basa no solo en las características del equipo y la mecánica de su trabajo. Los especialistas tomarán en cuenta la transferencia de calor del suelo, elegirán un esquema combinado con buena eficiencia y calcularán la mejor opción para llevar a cabo los trabajos de tierra. Por lo tanto, el sistema de calefacción con bomba de calor, desarrollado por profesionales, no lo hará encontrar sorpresas y lamentará su elección.