Com fer una bomba de calor per escalfar una casa amb les vostres pròpies mans: el principi de funcionament i esquema de muntatge

Les primeres versions de bombes de calor només podrien satisfer parcialment la demanda d’energia tèrmica. Les varietats modernes són més efectives i es poden utilitzar per a sistemes de calefacció. Per això, molts propietaris intenten muntar una bomba de calor amb les seves pròpies mans.

Us direm com triar la millor opció per a la bomba de calor, tenint en compte les geodades del lloc on està previst que s’instal·li. A l’article que es proposa considerar, es detalla el principi de l’ús dels sistemes d’energia “verda”, es recullen les diferències. Basant-nos en els nostres consells, sens dubte us centrareu en el tipus efectiu.

Per a mestres independents, presentem la tecnologia de muntatge d’una bomba de calor. La informació presentada per considerar-la es complementa amb esquemes visuals, seleccions de fotografies i formació de vídeo detallada en dues parts.

Què és una bomba de calor i com funciona?

El terme bomba de calor fa referència a un conjunt d’equips específics. La funció principal d’aquest equipament és la recollida d’energia tèrmica i el seu transport al consumidor. La font d'aquesta energia pot ser qualsevol cos o medi amb una temperatura de + 1º o més.

Al nostre entorn hi ha més que suficients fonts de calor a baixa temperatura. Es tracta de residus industrials d’empreses, centrals tèrmiques i nuclears, aigües residuals, etc. Per a l’operació de bombes de calor en el camp de la calefacció de la llar, es necessiten tres fonts naturals restaurades de manera independent: aire, aigua i terra.

Les bombes de calor “atrauen” l’energia dels processos que es produeixen regularment al medi. El procés no s’atura mai, perquè les fonts es reconeixen com a inesgotables per criteris humans

Els tres proveïdors potencials d’energia que figuren es relacionen directament amb l’energia del sol, que, mitjançant la calefacció, mou l’aire amb el vent i transfereix l’energia tèrmica a la terra. El criteri principal segons el qual es classifiquen els sistemes de bombes de calor és l'elecció de la font.

El principi de funcionament de les bombes de calor es basa en la capacitat dels cossos o mitjans de transferir energia tèrmica a un altre cos o mitjà. Els receptors i proveïdors d’energia en sistemes de bombament tèrmic solen treballar en parella.

Per tant, distingiu els següents tipus de bombes de calor:

• L’aire és aigua.
• La terra és aigua.
• L’aigua és aire.
• L’aigua és aigua.
• La terra és aire.
• Aigua - Aigua
• L’aire és aire.

En aquest cas, la primera paraula defineix el tipus de mitjà en què el sistema elimina la calor a baixa temperatura. El segon indica el tipus de portador al qual es transmet aquesta energia tèrmica. Així, a les bombes de calor aigua - aigua, la calor es pren del medi aquós i el líquid s'utilitza com a agent de calor.

Les bombes de calor són estructuralment unitats de compressió de vapor. Extreuen calor de fonts naturals, processen i transporten als consumidors (+)

Les bombes de calor modernes utilitzen tres principals font de calor. Es tracta de sòl, aigua i aire. La més senzilla d’aquestes opcions és bomba de calor de l’aire. La popularitat d'aquests sistemes s'associa amb el seu disseny bastant simple i la facilitat d'instal·lació.

Tot i això, malgrat tanta popularitat, aquestes varietats tenen una productivitat bastant baixa. A més, l’eficiència és inestable i depèn de les fluctuacions de temperatura estacionals.

Amb la disminució de la temperatura, el seu rendiment baixa significativament. Es poden considerar aquestes opcions per a les bombes de calor com una addició a la principal font d’energia tèrmica existent.

Opcions per a equips que utilitzin calor del sòles consideren més efectius. El sòl rep i acumula energia tèrmica no només del Sol, sinó que s’escalfa constantment per l’energia del nucli terrestre.

És a dir, el sòl és una espècie de bateria tèrmica, la potència de la qual és pràcticament il·limitada. A més, la temperatura del sòl, especialment a una certa profunditat, és constant i varia de forma insignificant.

Àmbit d’energia generat per les bombes de calor:

La constància de la temperatura de la font és un factor important en el funcionament estable i eficient d’aquest tipus d’equips d’energia. Característiques similars són posseïdes per sistemes en els quals el medi aquàtic és la principal font d’energia tèrmica. El col·lector d'aquest tipus de bombes es troba al pou, on es troba a l'aqüífer oa un dipòsit.

La temperatura mitjana anual de fonts com l'aigua i el sòl varia de + 7º a + 12º C. Aquesta temperatura és suficient per assegurar el funcionament eficaç del sistema.

Les més eficaces són les bombes de calor que extreuen energia tèrmica de fonts amb indicadors de temperatura estables, és a dir. de l’aigua i del sòl

Els principals elements estructurals de les bombes de calor

Perquè la instal·lació de la producció d’energia funcioni d’acord amb els principis de la bomba de calor, en el seu disseny han d’estar presents 4 unitats principals, són:

• Compressor
• Vaporitzador
• Condensador
• Vàlvula acceleradora.

Un element important en el disseny de la bomba de calor és el compressor. La seva funció principal és augmentar la pressió i la temperatura dels vapors resultants de l’ebullició del refrigerant. Per a la tecnologia climàtica i les bombes de calor, s’utilitzen especialment compressors de desplaçament moderns.

Com a fluid de treball, que realitza transferència directa d’energia tèrmica, s’utilitzen líquids amb un punt d’ebullició baix. Per regla general, s'utilitzen amoníac i freons (+)

Aquests compressors estan dissenyats per funcionar a temperatures sub-zero. A diferència d’altres varietats, els compressors de desplaçament produeixen poc soroll i funcionen tant en punts d’ebullició baixos de gas com a temperatures elevades de condensació. L’avantatge indubtable és la seva mida compacta i la baixa gravetat específica.

Gairebé tota l’energia de la bomba de calor es dedica a transportar energia tèrmica des de fora a l’interior de l’habitació. Es gasten aproximadament una unitat d’energia en l’operació de sistemes en la producció de 4-6 unitats (+)

L’evaporador com a element estructural és un recipient en el qual el refrigerant líquid es converteix en vapor. El refrigerant, que circula en un circuit tancat, passa per l’evaporador. En ell, el refrigerant s’escalfa i es converteix en vapor. El vapor de baixa pressió es dirigeix ​​cap al compressor.

Al compressor, els vapors refrigerants estan exposats a la pressió i la seva temperatura puja. El compressor bomba el vapor escalfat a alta pressió cap al condensador.

El compressor comprimeix el medi que circula pel circuit, a conseqüència del qual augmenta la seva temperatura i pressió. A continuació, el medi comprimit entra a l’intercanviador de calor (condensador), on es refreda, transferint calor a aigua o aire

El següent element estructural del sistema és un condensador. La seva funció és transferir energia tèrmica al circuit intern del sistema de calefacció.

Les mostres de sèrie fabricades per empreses industrials estan equipades amb intercanviadors de calor per plaques. El principal material per a aquests condensadors és l'acer d'aliatge o el coure.

Per a un bescanviador de calor propi, és adequat un tub de coure de mitja polzada de diàmetre. El gruix de paret de les canonades utilitzades per a la fabricació de l'intercanviador de calor ha de ser com a mínim d'1 mm

Una vàlvula termostàtica o altrament acceleradora s’instal·la al començament d’aquella part del circuit hidràulic on es converteix el medi d’alta pressió circulant a un medi de baixa pressió. Més precisament, l’accelerador aparellat amb el compressor divideix el circuit de la bomba de calor en dues parts: una amb paràmetres d’alta pressió, l’altra amb baixa.

En passar per una vàlvula d’acceleració d’expansió, el fluid que circula en un circuit tancat s’evapora parcialment, a conseqüència del qual la pressió disminueix amb la temperatura. Després entra a l’intercanviador de calor en comunicació amb l’entorn. Allà, capta l’energia del medi i la transfereix al sistema.

La vàlvula de l’acceleració controla el flux de refrigerant cap a l’evaporador. En triar una vàlvula, cal tenir en compte els paràmetres del sistema. La vàlvula ha de complir aquests paràmetres.

En passar per una vàlvula de control de calor, el refrigerant líquid s’evapora parcialment i la temperatura del flux disminueix (+)

Selecció de tipus de bomba de calor

El principal indicador d’aquest sistema de calefacció és la potència. En primer lloc, els costos financers per a l'adquisició d'equips i l'elecció d'una o altra font de calor a baixa temperatura dependran de la capacitat. Com més gran sigui la potència del sistema de bombes de calor, més elevat serà el cost dels components.

En primer lloc, es refereix a la capacitat del compressor, la profunditat dels pous per a sondes geotèrmiques o la zona per col·locar un col·lector horitzontal. Els càlculs termodinàmics correctes són una mena de garantia que el sistema funcioni de manera eficient.

Si hi ha un estany a prop del vostre lloc personal, l’opció més rendible i productiva serà una bomba de calor aigua-aigua

Primer, heu d’estudiar l’àrea prevista per a la instal·lació de la bomba. Una condició ideal seria la presència d’un cos d’aigua en aquesta secció. Utilitzeu opcions de tipus aigua-aigua reduir significativament el volum de treballs de terra.

L'ús de la calor del terreny, per contra, comporta un gran nombre de treballs relacionats amb l'excavació. Els sistemes que utilitzen el medi aquàtic com a calor de baix grau són considerats els més eficients.

El dispositiu d’una bomba de calor que extreu energia tèrmica del sòl, comporta una quantitat impressionant de treballs de terra. El col·lector està situat per sota del nivell de congelació estacional

Hi ha dues maneres d’utilitzar l’energia tèrmica del sòl. El primer consisteix en perforar pous amb un diàmetre de 100-168 mm. La profunditat d'aquests pous, depenent dels paràmetres del sistema, pot arribar als 100 m o més.

Es posen sondes especials en aquests pous. En el segon mètode, s'utilitza un col·lector de canonades. Aquest col·lector es troba situat sota terra en un pla horitzontal. Per a aquesta opció, cal una àrea suficientment gran.

Per a la col·locació del col·lector, les zones amb sòl humit es consideren ideals. Naturalment, els pous de perforació costaran més que la ubicació horitzontal de l’embassament. Tot i això, no totes les zones tenen espai lliure. Per a un kW de potència de la bomba de calor, calen de 30 a 50 m² de superfície.

Una construcció per recollir energia tèrmica amb un pou profund pot ser lleugerament més barata que excavar una fossa. Però un avantatge important és l’estalvi significatiu d’espai, important per als propietaris de petites parcel·les

En el cas de la presència d’un horitzó freàtic elevat, els intercanviadors de calor es poden disposar en dos pous situats a una distància d’uns 15 m l’un de l’altre.

La selecció d'energia tèrmica en aquests sistemes mitjançant el bombeig d'aigua subterrània en un bucle tancat, les parts de les quals es troben en pous. Aquest sistema requereix la instal·lació d’un filtre i una neteja periòdica de l’intercanviador de calor.

El circuit de bombes de calor més senzill i econòmic es basa en l'extracció d'energia tèrmica de l'aire.Una vegada que es va convertir en la base dels frigorífics, després, segons els seus principis, es van desenvolupar condicionadors d'aire.

El sistema de bombament tèrmic més senzill rep energia de la massa d’aire. A l’estiu participa a la calefacció, a l’hivern a la climatització. L’inconvenient del sistema és que en una execució independent la unitat amb una potència insuficient

L’efectivitat dels diferents tipus d’equips no és la mateixa. Els indicadors més baixos són les bombes que utilitzen aire. A més, aquests indicadors depenen directament de les condicions meteorològiques.

Les varietats de sòl de bombes de calor tenen un rendiment estable. El coeficient d'eficiència d'aquests sistemes varia entre 2,8 - 3,3. Els sistemes d’aigua-aigua són més efectius. Això es deu principalment a l'estabilitat de la temperatura de la font.

Cal destacar que com més profund es trobi el col·lector de bombes a l’embassament, més estable serà la temperatura. Per obtenir una capacitat del sistema de 10 kW, necessiteu uns 300 metres de la canonada.

El principal paràmetre que caracteritza l'eficiència de la bomba de calor és el seu coeficient de conversió. Com més gran sigui el coeficient de conversió, més eficient serà la bomba de calor.

El coeficient de conversió de la bomba de calor s’expressa en termes de la relació del flux de calor i l’energia elèctrica gastada en el compressor

Muntatge de bombes de calor

Conèixer l’esquema d’acció i l’aparell de la bomba de calor, muntar-lo i instal·lar-lo tu mateix sistema de calefacció alternatiu molt possiblement. Abans d’iniciar el treball, cal calcular tots els paràmetres bàsics del futur sistema. Per calcular els paràmetres de la futura bomba, podeu utilitzar programari dissenyat per optimitzar sistemes de refrigeració.

L’opció més fàcil de construir és sistema aire-aigua. No requereix cap treball complex al dispositiu del circuit extern, que és inherent a les varietats d’aigua i de sòl de les bombes de calor. Per a la instal·lació, només caldran dos canals, un dels quals subministrarà aire, i el segon descarregarà la massa gastada.

La manera més senzilla de fer-ho tu mateix és disposar una bomba de calor amb una entrada de calor de la massa d’aire. Un ventilador exterior bufa aire a l’evaporador

A més del ventilador, necessiteu tenir un compressor de la potència necessària. Per a aquesta unitat, el compressor amb què està equipat un equipament normal és força adequat sistemes de divisió. No és necessari comprar una nova unitat.

Podeu eliminar-lo de l'equip antic o utilitzar-lo accessoris per a una nevera antiga. És recomanable utilitzar una varietat en espiral. Aquestes opcions de compressor, a més de tenir una eficiència suficient, creen altes pressions que augmenten la temperatura.

Per construir un condensador, necessitareu una capacitança i un tub de coure. Es fa una bobina a partir d’una canonada. Per a la seva fabricació s’utilitza qualsevol cos cilíndric del diàmetre desitjat. Enrotllant una canonada de coure al damunt, podeu fer fàcilment i ràpidament aquest element estructural.

La bobina acabada es munta en un recipient prèviament tallat per la meitat. Per a la fabricació d'envasos, és millor utilitzar materials resistents a la corrosió. Després de col·locar una bobina en ella, les meitats del dipòsit estan soldades.

L’àrea de la bobina es calcula mitjançant la següent fórmula:

MT / 0.8 RT,

on:

• MT - el poder de l’energia tèrmica que produeix el sistema.
• 0,8 - el coeficient de conductivitat tèrmica en la interacció d’aigua amb el material de la bobina.
• RT - la diferència de temperatura de l’aigua a l’entrada i sortida.

L’elecció d’un tub de coure per a l’autoproducció d’una bobina, cal parar atenció al gruix de la paret. Hauria de ser com a mínim d’1 mm. En cas contrari, quan es bobina, la canonada es deformarà. La canonada per on es troba l’entrada del refrigerant a la part superior del dipòsit.

Un intercanviador de calor del tub de coure es fa enrolant un tub de coure a un objecte cilíndric. Com més gran sigui la superfície de la bobina, més alt serà el rendiment de la bomba

L'evaporador de la bomba de calor es pot fer en dues versions: en forma d'un recipient amb una bobina situada en ella i en forma de canonada en una canonada. Com que la temperatura del líquid a l’evaporador és petita, la capacitat es pot fer a partir d’un barril de plàstic. En aquesta capacitat se situa un circuit que està fet d’una canonada de coure.

A diferència d’un condensador, la bobina de la bobina de l’evaporador ha de correspondre amb el diàmetre i l’altura del dipòsit seleccionat. La segona variant de l’evaporador: canonada en canonada. En aquesta realització, la canonada de refrigerant es col·loca en una canonada de plàstic d’un diàmetre més gran, per on circula l’aigua.

La longitud d’aquest tub es depen de la capacitat prevista de la bomba Pot ser de 25 a 40 metres. Una pipa es enrotlla.

La vàlvula termostàtica fa referència als accessoris de canonades de tancament i control. S'utilitza una agulla com a element de bloqueig a la vàlvula d'expansió. La posició de l’element d’apagada de la vàlvula està determinada per la temperatura a l’evaporador.

Aquest element important del sistema té un disseny força complicat. Inclou:

• Termocopa.
• Obertura
• Tub tubular.
• Thermoball

Aquests elements poden esdevenir inutilitzables a altes temperatures. Per tant, durant els treballs de soldadura, la vàlvula s’ha d’aïllar amb tela d’amiant. La vàlvula de control ha de coincidir amb la capacitat de l’evaporador.

Després de realitzar els treballs de fabricació de les peces estructurals principals, arriba un moment crucial de muntar tota l’estructura en una sola unitat. El pas més crucial és procés d'injecció de refrigerant o refrigerant al sistema.

És poc probable que realitzin aquesta operació de manera independent a un simple laic. Aquí haureu de dirigir-vos a professionals que es dediquen a la reparació i manteniment d’equips de climatització.

Els treballadors d’aquesta àrea tenen, per regla general, l’equipament necessari. A més de carregar refrigerant, poden provar el sistema. L’autocàrrega del refrigerant pot comportar no només la ruptura de l’estructura, sinó també greus ferides. A més, també es necessita equipament especial per iniciar el sistema.

Quan el sistema s’inicia, es produeix una càrrega d’inici màxim, que sol ser d’uns 40 A. Per tant, no és possible iniciar el sistema sense un relé d’arrencada. Després de la primera posada en marxa, cal ajustar la vàlvula i la pressió del refrigerant.

L’elecció del refrigerant s’ha de prendre seriosament. Al cap i a la fi, és aquesta substància la que es considera essencialment el principal “portador” de l’energia tèrmica útil. Dels refrigerants moderns existents, els freons són els més populars. Es tracta de derivats de compostos d'hidrocarburs en què una part dels àtoms de carboni és substituïda per altres elements.

Com a resultat del muntatge dels elements individuals de la bomba de calor, s'ha d'obtenir un bucle tancat pel qual circula el medi de treball

Com a resultat d’aquests treballs, es va obtenir un sistema de bucle tancat. El refrigerant circularà per ell, assegurant la selecció i la transferència d’energia tèrmica des de l’evaporatori al condensador. Quan es connecten bombes de calor al sistema d’alimentació de calor d’una casa, s’ha de tenir en compte que la temperatura de l’aigua a la sortida del condensador no supera els 50-60 graus.

A causa de la baixa temperatura de l’energia tèrmica generada per la bomba de calor, s’haurien de seleccionar electrodomèstics especialitzats com a consumidor de calor. Pot ser un radiador de sòl baix o inèrcia amb un volum càlid fabricat en alumini o acer amb una gran àrea de radiació.

Les versions casolanes de bombes de calor són més adequades per considerar-les com a equips auxiliars que donen suport i complementen el treball de la font principal.

Cada any es milloren els dissenys de bombes de calor. Els dissenys industrials dissenyats per a ús domèstic utilitzen superfícies de transferència de calor més eficients. Com a resultat, el rendiment del sistema està en constant creixement.

Un component important que estimula el desenvolupament d'aquesta tecnologia per a la producció d'energia tèrmica és el component ambiental. Aquests sistemes, a més de ser força efectius, no contaminen el medi ambient. L’absència d’una flama oberta fa que el seu funcionament sigui absolutament segur.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Vídeo # 1. Com fer la bomba de calor casolana més senzilla amb un intercanviador de calor de canonades PEX:

Vídeo # 2. Informació continuada:

Com a sistemes de calefacció alternatius, des de fa temps s’utilitzen bombes de calor. Aquests sistemes tenen una fiabilitat, una llarga vida útil i, és important, respecten el medi ambient. Es comença a considerar seriosament com el següent pas cap al desenvolupament de sistemes de calefacció eficients i segurs.

Voleu fer una pregunta o parlar sobre un mètode interessant per construir una bomba de calor, no mencionada a l'article? Escriviu els comentaris al bloc següent.