Cómo hacer una bomba de calor para calentar una casa con sus propias manos: el principio de operación y el esquema de montaje
Las primeras versiones de bombas de calor solo podían satisfacer parcialmente la demanda de energía térmica. Las variedades modernas son más efectivas y pueden usarse para sistemas de calefacción. Es por eso que muchos propietarios están tratando de montar una bomba de calor con sus propias manos.
Le diremos cómo elegir la mejor opción para la bomba de calor, teniendo en cuenta los datos geográficos del sitio en el que se planea instalar. El artículo propuesto para su consideración describe en detalle el principio del uso de los sistemas de "energía verde", las diferencias se enumeran. Según nuestro consejo, sin duda se centrará en el tipo efectivo.
Para maestros independientes, presentamos la tecnología de montaje de una bomba de calor. La información presentada para su consideración se complementa con diagramas visuales, selecciones de fotos y capacitación detallada en video en dos partes.
El contenido del artículo:
¿Qué es una bomba de calor y cómo funciona?
El término bomba de calor se refiere a un conjunto de equipos específicos. La función principal de este equipo es la recolección de energía térmica y su transporte al consumidor. La fuente de dicha energía puede ser cualquier cuerpo o medio con una temperatura de + 1º o más grados.
Hay más que suficientes fuentes de calor a baja temperatura en nuestro medio ambiente. Estos son desechos industriales de empresas, centrales térmicas y nucleares, aguas residuales, etc. Para la operación de bombas de calor en el campo de la calefacción doméstica, se necesitan tres fuentes naturales restauradas independientemente: aire, agua y tierra.
Los tres proveedores de energía potenciales enumerados están directamente relacionados con la energía del sol, que, al calentarse, mueve el aire con el viento y transfiere energía térmica a la tierra. La elección de la fuente es el criterio principal según el cual se clasifican los sistemas de bomba de calor.
El principio de funcionamiento de las bombas de calor se basa en la capacidad de los cuerpos o medios para transferir energía térmica a otro cuerpo o medio. Los receptores y proveedores de energía en sistemas de bombeo térmico generalmente trabajan en pares.
Entonces, distinga los siguientes tipos de bombas de calor:
- El aire es agua.
- La tierra es agua.
- El agua es aire.
- El agua es agua
- La tierra es aire.
- Agua - agua
- El aire es aire.
En este caso, la primera palabra define el tipo de medio en el que el sistema elimina el calor a baja temperatura. El segundo indica el tipo de portador al que se transmite esta energía térmica. Entonces, en las bombas de calor agua - agua, el calor se toma del medio acuoso y el líquido se usa como portador de calor.
Las bombas de calor modernas usan tres principales fuente de calor. Esto es tierra, agua y aire. La más simple de estas opciones es bomba de calor de aire. La popularidad de tales sistemas está asociada con su diseño bastante simple y su facilidad de instalación.
Sin embargo, a pesar de tanta popularidad, estas variedades tienen una productividad bastante baja. Además, la eficiencia es inestable y depende de las fluctuaciones estacionales de temperatura.
Con la disminución de la temperatura, su rendimiento disminuye significativamente. Dichas opciones para bombas de calor pueden considerarse como una adición a la fuente principal de energía térmica existente.
Opciones para equipos que usan calor del suelose consideran más efectivos El suelo recibe y acumula energía térmica no solo del Sol, sino que se calienta constantemente por la energía del núcleo de la Tierra.
Es decir, el suelo es un tipo de batería térmica, cuyo poder es prácticamente ilimitado. Además, la temperatura del suelo, especialmente a cierta profundidad, es constante y varía de manera insignificante.
Alcance de la energía generada por las bombas de calor:
La constancia de la temperatura de la fuente es un factor importante en el funcionamiento estable y eficiente de este tipo de equipos de potencia. Los sistemas en los que el medio acuático es la principal fuente de energía térmica poseen características similares. El colector de tales bombas se encuentra en el pozo, en el acuífero o en un depósito.
La temperatura media anual de fuentes como el suelo y el agua varía de + 7º a + 12º C. Esta temperatura es suficiente para garantizar el funcionamiento efectivo del sistema.
Los principales elementos estructurales de las bombas de calor.
Para que la planta de generación de energía funcione de acuerdo con los principios de la bomba de calor, 4 unidades principales deben estar presentes en su diseño, estas son:
- Compresor
- Vaporizador
- Condensador
- Válvula de mariposa.
Un elemento importante en el diseño de la bomba de calor es el compresor. Su función principal es aumentar la presión y la temperatura de los vapores resultantes de la ebullición del refrigerante. Para la tecnología climática y las bombas de calor, en particular, se utilizan compresores scroll modernos.
Dichos compresores están diseñados para funcionar a temperaturas bajo cero. A diferencia de otras variedades, los compresores scroll producen poco ruido y funcionan tanto a bajos puntos de ebullición de gas como a altas temperaturas de condensación. La ventaja indudable es su tamaño compacto y su baja gravedad específica.
El evaporador como elemento estructural es un recipiente en el que el refrigerante líquido se convierte en vapor. El refrigerante, que circula en un circuito cerrado, pasa a través del evaporador. En él, el refrigerante se calienta y se convierte en vapor. El vapor a baja presión se dirige hacia el compresor.
En el compresor, los vapores de refrigerante están expuestos a la presión y su temperatura aumenta. El compresor bombea el vapor calentado a alta presión hacia el condensador.
El siguiente elemento estructural del sistema es un condensador. Su función es transferir energía térmica al circuito interno del sistema de calefacción.
Las muestras en serie fabricadas por empresas industriales están equipadas con intercambiadores de calor de placas. El material principal para tales condensadores es acero aleado o cobre.
Se instala una válvula termostática, o de otra forma de mariposa, al comienzo de esa parte del circuito hidráulico donde el medio circulante de alta presión se convierte en un medio de baja presión. Más precisamente, el acelerador emparejado con el compresor divide el circuito de la bomba de calor en dos partes: una con parámetros de alta presión y la otra con baja.
Al pasar a través de una válvula de mariposa de expansión, el fluido que circula en un circuito cerrado se evapora parcialmente, como resultado de lo cual la presión disminuye con la temperatura. Luego ingresa al intercambiador de calor en comunicación con el medio ambiente. Allí, captura la energía del medio y la transfiere nuevamente al sistema.
La válvula de mariposa controla el flujo de refrigerante hacia el evaporador. Al elegir una válvula, se deben considerar los parámetros del sistema. La válvula debe cumplir con estos parámetros.
Selección del tipo de bomba de calor
El indicador principal de este sistema de calefacción es la energía. En primer lugar, los costos financieros para la compra de equipos y la elección de una u otra fuente de calor a baja temperatura dependerán de la capacidad. Cuanto mayor sea la potencia del sistema de bomba de calor, mayor será el costo de los componentes.
En primer lugar, se refiere a la capacidad del compresor, la profundidad de los pozos para sondas geotérmicas o el área para colocar un colector horizontal. Los cálculos termodinámicos correctos son una especie de garantía de que el sistema funcionará eficientemente.
Para comenzar, debe estudiar el área planificada para la instalación de la bomba. Una condición ideal sería la presencia de un cuerpo de agua en esta sección. Uso opciones de tipo agua-agua Reducir significativamente el volumen de movimiento de tierras.
Usar el calor de la tierra, por el contrario, implica una gran cantidad de trabajos relacionados con la excavación. Los sistemas que utilizan el medio ambiente acuático como calor de bajo grado se consideran los más eficientes.
Hay dos formas de usar la energía térmica del suelo. El primero implica la perforación de pozos con un diámetro de 100-168 mm. La profundidad de dichos pozos, dependiendo de los parámetros del sistema, puede alcanzar los 100 mo más.
Se colocan sondas especiales en estos pozos. En el segundo método, se usa un colector de tubería. Tal colector está ubicado bajo tierra en un plano horizontal. Para esta opción, se requiere un área suficientemente grande.
Para colocar el colector, las áreas con suelo húmedo se consideran ideales. Naturalmente, la perforación de pozos costará más que la ubicación horizontal del yacimiento. Sin embargo, no todas las áreas tienen espacio libre. Para un kW de potencia de la bomba de calor, se necesitan de 30 a 50 m² de área.
En el caso de la presencia de un horizonte de aguas subterráneas alto, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de unos 15 m entre sí.
La selección de energía térmica en tales sistemas bombeando agua subterránea en un circuito cerrado, partes de las cuales se encuentran en pozos. Tal sistema requiere la instalación de un filtro y la limpieza periódica del intercambiador de calor.
El circuito de bomba de calor más simple y económico se basa en la extracción de energía térmica del aire.Una vez que se convirtió en la base para la instalación de refrigeradores, más tarde, de acuerdo con sus principios, se desarrollaron aires acondicionados.
La efectividad de los distintos tipos de equipos no es la misma. Los indicadores más bajos son las bombas que usan aire. Además, estos indicadores dependen directamente de las condiciones climáticas.
Las variedades de bombas de calor del suelo tienen un rendimiento estable. El coeficiente de eficiencia de estos sistemas varía entre 2.8 -3.3. Los sistemas agua-agua son los más efectivos. Esto se debe principalmente a la estabilidad de la temperatura de la fuente.
Cabe señalar que cuanto más profundo esté ubicado el colector de la bomba en el depósito, más estable será la temperatura. Para obtener una capacidad del sistema de 10 kW, necesita unos 300 metros de la tubería.
El parámetro principal que caracteriza la eficiencia de la bomba de calor es su coeficiente de conversión. Cuanto mayor es el coeficiente de conversión, más eficiente es la bomba de calor.
Conjunto de bomba de calor de bricolaje
Conociendo el esquema de acción y el dispositivo de bomba de calor, monte e instale usted mismo sistema de calefacción alternativo muy posiblemente. Antes de comenzar a trabajar, es necesario calcular todos los parámetros básicos del sistema futuro. Para calcular los parámetros de la futura bomba, puede usar un software diseñado para optimizar los sistemas de enfriamiento.
La opción más fácil de construir es sistema de aire-agua. No requiere un trabajo complejo en el dispositivo del circuito externo, que es inherente a las variedades de bombas de calor de agua y suelo. Para la instalación, solo se necesitarán dos canales, uno de los cuales suministrará aire y el segundo descargará la masa gastada.
Además del ventilador, debe obtener un compresor de la potencia requerida. Para tal unidad, el compresor con el que está equipado el equipo ordinario es bastante adecuado sistemas divididos. No es necesario comprar una nueva unidad.
Puede eliminarlo de equipos viejos o usar accesorios para un refrigerador viejo. Es aconsejable usar una variedad espiral. Estas opciones de compresor, además de tener suficiente eficiencia, crean altas presiones que aumentan la temperatura.
Para construir un condensador, necesitará una capacitancia y una tubería de cobre. Una bobina está hecha de una tubería. Para su fabricación, se utiliza cualquier cuerpo cilíndrico del diámetro deseado. Al enrollar un tubo de cobre sobre él, puede hacer fácil y rápidamente este elemento estructural.
La bobina terminada se monta en un recipiente previamente cortado por la mitad. Para la fabricación de contenedores, es mejor utilizar materiales resistentes a los procesos de corrosión. Después de colocar una bobina en él, se sueldan las mitades del tanque.
El área de la bobina se calcula utilizando la siguiente fórmula:
MT / 0.8 RT,
donde:
- MT - el poder de la energía térmica que produce el sistema.
- 0,8 - coeficiente de conductividad térmica en la interacción del agua con el material de la bobina.
- RT - la diferencia de temperatura del agua a la entrada y a la salida.
Al elegir una tubería de cobre para la autoproducción de una bobina, debe prestar atención al grosor de la pared. Debe ser de al menos 1 mm. De lo contrario, al enrollar, la tubería se deformará. La tubería a través de la cual se encuentra la entrada del refrigerante en la parte superior del tanque.
El evaporador de la bomba de calor se puede fabricar en dos versiones: en forma de contenedor con una bobina ubicada en él y en forma de tubería en una tubería. Como la temperatura del líquido en el evaporador es pequeña, la capacidad se puede hacer con un barril de plástico. En esta capacidad se coloca un circuito que está hecho de una tubería de cobre.
A diferencia de un condensador, la bobina de la bobina del evaporador debe corresponder con el diámetro y la altura del tanque seleccionado. La segunda variante del evaporador: tubería en tubería. En esta realización, la tubería de refrigerante se coloca en una tubería de plástico de mayor diámetro, a través de la cual circula el agua.
La longitud de una tubería de este tipo depende de la capacidad planificada de la bomba. Puede ser de 25 a 40 metros. Tal tubería está enrollada.
La válvula termostática se refiere a los accesorios de tubería de control y cierre. Se utiliza una aguja como elemento de bloqueo en la válvula de expansión. La posición del elemento de cierre de la válvula está determinada por la temperatura en el evaporador.
Este elemento importante del sistema tiene un diseño bastante complicado. Incluye:
- Termopar.
- Apertura
- Tubo capilar.
- Thermoball.
Estos elementos pueden volverse inutilizables a altas temperaturas. Por lo tanto, durante el trabajo de soldadura, la válvula debe aislarse con tela de asbesto. La válvula de control debe coincidir con la capacidad del evaporador.
Después de llevar a cabo el trabajo en la fabricación de las principales piezas estructurales, llega un momento crucial de ensamblar toda la estructura en una sola unidad. El paso más crucial es proceso de inyección de refrigerante o refrigerante en el sistema.
La realización independiente de tal operación es poco probable que sea asequible para un simple laico. Aquí tendrá que recurrir a profesionales que se dedican a la reparación y mantenimiento de equipos de climatización.
Los trabajadores en esta área, por regla general, tienen el equipo necesario. Además de cargar refrigerante, pueden probar el sistema. La carga automática de refrigerante puede conducir no solo a la ruptura de la estructura, sino también a lesiones graves. Además, también se necesita equipo especial para iniciar el sistema.
Cuando se inicia el sistema, se produce una carga de inicio máxima, que generalmente es de aproximadamente 40 A. Por lo tanto, no es posible iniciar el sistema sin un relé de inicio. Después del primer arranque, la válvula y la presión del refrigerante deben ajustarse.
La elección del refrigerante debe tomarse en serio. Después de todo, es esta sustancia la que se considera esencialmente el principal "portador" de energía térmica útil. De los refrigerantes modernos existentes, los freones son los más populares. Estos son derivados de compuestos de hidrocarburos en los que parte de los átomos de carbono se reemplaza por otros elementos.
Como resultado de estos trabajos, se obtuvo un sistema de circuito cerrado. El refrigerante circulará en él, asegurando la selección y transferencia de energía térmica del evaporador al condensador. Al conectar bombas de calor al sistema de suministro de calor de una casa, debe tenerse en cuenta que la temperatura del agua en la salida del condensador no supera los 50-60 grados.
Debido a la baja temperatura de la energía térmica generada por la bomba de calor, se deben seleccionar dispositivos de calefacción especializados como consumidores de calor. Puede ser un piso cálido o un volumen de radiadores de baja inercia hechos de aluminio o acero con una gran área de radiación.
Las versiones caseras de bombas de calor son las más apropiadas para considerar como equipos auxiliares que soportan y complementan el trabajo de la fuente principal.
Cada año se mejoran los diseños de las bombas de calor. Los diseños industriales diseñados para uso doméstico utilizan superficies de transferencia de calor más eficientes. Como resultado, el rendimiento del sistema está en constante crecimiento.
Un factor importante que estimula el desarrollo de dicha tecnología para la producción de energía térmica es el componente ambiental. Dichos sistemas, además de ser bastante efectivos, no contaminan el medio ambiente. La ausencia de una llama abierta hace que su funcionamiento sea absolutamente seguro.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Video # 1. Cómo hacer la bomba de calor casera más simple con un intercambiador de calor de tuberías PEX:
Video # 2. Resumen continuo:
Como sistemas de calefacción alternativos, las bombas de calor se han utilizado durante mucho tiempo. Estos sistemas tienen confiabilidad, una larga vida útil y, lo que es más importante, son ecológicos. En serio comienzan a considerarse como el próximo paso hacia el desarrollo de sistemas de calefacción eficientes y seguros.
¿Quiere hacer una pregunta o hablar sobre un método interesante para construir una bomba de calor, que no se menciona en el artículo? Por favor escriba comentarios en el bloque de abajo.
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En nuestra ciudad había una lechería, de la cual se descargaba regularmente agua caliente y vapor. Entonces nuestro vecino, aparentemente con una mentalidad de ingeniería, adaptó esta energía para calentar sus invernaderos. Y solo hoy aprendí a hacer esto. El principio de funcionamiento está claramente establecido, y existen esquemas. Pero dudo que pueda hacer todo bien con mis propias manos para que funcione.
Leí el material, no aprendí nada nuevo. Esta tecnología se ha utilizado durante mucho tiempo en los países del norte de Europa (en Dinamarca, Suecia, Noruega). Es especialmente popular en la construcción de casas pasivas y de ahorro de energía.
Me pregunto qué pasará si un pozo perforado para una bomba se obstruye con limo. Hasta donde yo sé, los dueños los limpian cada cinco años.
¿Y qué sucede en los pozos diseñados para bombas de calor?
Lea atentamente: los pozos están secos.
"En el caso de la presencia de un horizonte de aguas subterráneas alto, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de unos 15 m uno del otro".
Si no ha aprendido nada nuevo, entonces no debería haber ninguna pregunta en absoluto 🙂 Si lee detenidamente el artículo, puede notar que estamos hablando de la necesidad de instalar filtros, además de que la limpieza periódica de los intercambiadores de calor es un fenómeno inevitable.
Sí, en los países occidentales, estas tecnologías son ampliamente utilizadas, los sistemas son caros, pero luego dan sus frutos y usted esencialmente usa una fuente de calor gratuita.
En cuanto a los pozos. Esta no es la misma tecnología que se utiliza para el suministro de agua en el hogar, por lo que es incorrecto comparar en este caso.
MT / 0.8 RT, donde:
MT es el poder de la energía térmica que emite el sistema.
0.8 es el coeficiente de conductividad térmica durante la interacción del agua con el material de la bobina.
RT: la diferencia en la temperatura del agua a la entrada y a la salida
Ambigüedades con la fórmula. MT - potencia en qué unidades? Kilovatios, BTU / hora, vatios? Se indica una potencia como la letra P. 0.8 ¿Qué dimensión tiene? La diferencia de temperatura también se denota como Delta t y RT. Y finalmente, el área en la que se mide, metros cuadrados. o cm cuadrado? Por ejemplo, sería bueno dar un cálculo específico, y no un tipo extraño de fórmula.