Como fazer uma bomba de calor para aquecer uma casa com suas próprias mãos: o princípio de operação e esquema de montagem

As primeiras versões das bombas de calor poderiam satisfazer apenas parcialmente a demanda por energia térmica. As variedades modernas são mais eficazes e podem ser usadas para sistemas de aquecimento. É por isso que muitos proprietários estão tentando montar uma bomba de calor com as próprias mãos.

Diremos a você como escolher a melhor opção para a bomba de calor, levando em consideração os dados geográficos do local em que ela está planejada para ser instalada. O artigo proposto para consideração descreve em detalhes o princípio do uso de sistemas de “energia verde”; as diferenças estão listadas. Com base em nossos conselhos, você sem dúvida se concentrará no tipo eficaz.

Para mestres independentes, apresentamos a tecnologia de montagem de uma bomba de calor. As informações apresentadas para consideração são complementadas por diagramas visuais, seleções de fotos e treinamento em vídeo detalhado em duas partes.

O que é uma bomba de calor e como funciona?

O termo bomba de calor significa um conjunto de determinados equipamentos. A principal função deste equipamento é a coleta de energia térmica e seu transporte para o consumidor. A fonte dessa energia pode ser qualquer corpo ou meio com uma temperatura de + 1º ou mais graus.

Existem fontes mais do que suficientes de calor de baixa temperatura em nosso ambiente. Estes são resíduos industriais de empresas, usinas térmicas e nucleares, esgoto etc. Para a operação de bombas de calor no campo de aquecimento doméstico, são necessárias três fontes naturais restauradas independentemente - ar, água e terra.

As bombas de calor "extraem" energia de processos que ocorrem regularmente no ambiente. O processo nunca para, porque as fontes são reconhecidas como inesgotáveis ​​por critérios humanos

Os três potenciais fornecedores de energia listados estão diretamente relacionados à energia do sol, que, por aquecimento, move o ar com o vento e transfere energia térmica para a terra. É a escolha da fonte que é o principal critério segundo o qual os sistemas de bomba de calor são classificados.

O princípio de operação de bombas de calor baseia-se na capacidade de corpos ou meios de transferir energia térmica para outro corpo ou meio. Os destinatários e fornecedores de energia em sistemas de bombeamento térmico geralmente trabalham em pares.

Portanto, distingue os seguintes tipos de bombas de calor:

• Ar é água.
• Terra é água.
• Água é ar.
• Água é água.
• Terra é ar.
• Água - Água
• Ar é ar.

Nesse caso, a primeira palavra define o tipo de meio em que o sistema remove o calor a baixa temperatura. O segundo indica o tipo de transportadora para a qual essa energia térmica é transmitida. Assim, nas bombas de calor água - água, o calor é retirado do meio aquoso e o líquido é usado como transportador de calor.

As bombas de calor são unidades de compressão de vapor do tipo estrutural. Eles extraem calor de fontes naturais, processam e transportam para os consumidores (+)

As bombas de calor modernas usam três fonte de calor. Isto é solo, água e ar. A mais simples dessas opções é bomba de calor a ar. A popularidade de tais sistemas está associada ao seu design bastante simples e facilidade de instalação.

No entanto, apesar dessa popularidade, essas variedades têm uma produtividade bastante baixa. Além disso, a eficiência é instável e depende das flutuações sazonais da temperatura.

Com a diminuição da temperatura, seu desempenho cai significativamente. Tais opções para bombas de calor podem ser consideradas como um complemento à principal fonte existente de energia térmica.

Opções para equipamentos usando calor do solosão considerados mais eficazes. O solo recebe e acumula energia térmica não apenas do Sol, mas é constantemente aquecido pela energia do núcleo da Terra.

Ou seja, o solo é um tipo de bateria térmica, cuja energia é praticamente ilimitada. Além disso, a temperatura do solo, especialmente a uma certa profundidade, é constante e varia de forma insignificante.

Escopo de energia gerada por bombas de calor:

A constância da temperatura da fonte é um fator importante na operação estável e eficiente desse tipo de equipamento de energia. Características semelhantes são possuídas por sistemas nos quais o ambiente aquático é a principal fonte de energia térmica. O coletor de tais bombas está localizado no poço, onde está no aqüífero ou em um reservatório.

A temperatura média anual de fontes como solo e água varia de + 7º a + 12º C. Essa temperatura é suficiente para garantir o funcionamento eficaz do sistema.

As mais eficazes são as bombas de calor que extraem energia térmica de fontes com indicadores de temperatura estáveis, ou seja, da água e do solo

Os principais elementos estruturais das bombas de calor

Para que a usina de geração de energia funcione de acordo com os princípios da bomba de calor, quatro unidades principais devem estar presentes em seu projeto, são elas:

• Compressor
• Vaporizador.
• Capacitor.
• Válvula do acelerador.

Um elemento importante de design da bomba de calor é o compressor. Sua principal função é aumentar a pressão e a temperatura dos vapores resultantes da ebulição do refrigerante. Para a tecnologia climática e as bombas de calor, em particular, são utilizados compressores scroll modernos.

Como fluido de trabalho, na transferência direta de energia térmica, são utilizados líquidos com baixo ponto de ebulição. Como regra, amônia e freons são usados ​​(+)

Esses compressores são projetados para operação em temperaturas abaixo de zero. Ao contrário de outras variedades, os compressores scroll produzem pouco ruído e operam tanto em baixos pontos de ebulição do gás quanto em altas temperaturas de condensação. A vantagem indubitável é o tamanho compacto e a baixa gravidade específica.

Quase toda a energia da bomba de calor é gasta no transporte de energia térmica de fora para o interior da sala. Portanto, cerca de 1 unidade de energia é gasta na operação de sistemas na produção de 4-6 unidades (+)

O evaporador como elemento estrutural é um recipiente no qual o refrigerante líquido é convertido em vapor. O refrigerante, circulando em circuito fechado, passa pelo evaporador. Nele, o refrigerante aquece e se transforma em vapor. O vapor de baixa pressão é direcionado para o compressor.

No compressor, os vapores de refrigerante são expostos à pressão e sua temperatura aumenta. O compressor bombeia o vapor aquecido sob alta pressão em direção ao condensador.

O compressor comprime o meio que circula ao longo do circuito, como resultado do qual sua temperatura e pressão aumentam. Em seguida, o meio comprimido entra no trocador de calor (condensador), onde é resfriado, transferindo calor para a água ou o ar

O próximo elemento estrutural do sistema é um capacitor. Sua função é transferir energia térmica para o circuito interno do sistema de aquecimento.

As amostras seriais fabricadas por empresas industriais estão equipadas com trocadores de calor a placas. O principal material para esses capacitores é liga de aço ou cobre.

Para trocadores de calor fabricados manualmente, é adequado um tubo de cobre de meia polegada de diâmetro. A espessura da parede dos tubos utilizados na fabricação do trocador de calor deve ser de pelo menos 1 mm

Uma válvula termostática, ou de outro modo estranguladora, é instalada no início da parte do circuito hidráulico em que o meio de alta pressão circulante é convertido em um meio de baixa pressão. Mais precisamente, o acelerador emparelhado com o compressor divide o circuito da bomba de calor em duas partes: uma com parâmetros de alta pressão e outra com baixa.

Ao passar por uma válvula de aceleração de expansão, o fluido que circula em um circuito fechado evapora parcialmente, como resultado da qual a pressão diminui com a temperatura. Em seguida, entra no trocador de calor em comunicação com o meio ambiente. Lá, ele captura a energia do meio e a transfere de volta para o sistema.

A válvula do acelerador controla o fluxo de refrigerante em direção ao evaporador. Ao escolher uma válvula, os parâmetros do sistema devem ser considerados. A válvula deve cumprir com estes parâmetros.

Ao passar por uma válvula de controle de calor, o líquido de arrefecimento evapora-se parcialmente e a temperatura do fluxo diminui (+)

Seleção de tipo de bomba de calor

O principal indicador deste sistema de aquecimento é a potência. Antes de tudo, os custos financeiros para a compra do equipamento e a escolha de uma ou outra fonte de calor de baixa temperatura dependerão da capacidade. Quanto maior a potência do sistema de bomba de calor, maior o custo dos componentes.

Antes de tudo, refere-se à capacidade do compressor, à profundidade dos poços para sondas geotérmicas ou à área para colocação de um coletor horizontal. Os cálculos termodinâmicos corretos são um tipo de garantia de que o sistema funcionará com eficiência.

Se houver um lago próximo ao seu site pessoal, a escolha mais econômica e produtiva será uma bomba de calor água-água

Para começar, você deve estudar a área planejada para a instalação da bomba. Uma condição ideal seria a presença de um corpo de água nesta seção. Use opções de tipo água-água reduzir significativamente o volume de terraplenagem.

Usar o calor da terra, pelo contrário, envolve um grande número de obras relacionadas à escavação. Os sistemas que usam o ambiente aquático como calor de baixa qualidade são considerados os mais eficientes.

O dispositivo de uma bomba de calor que extrai energia térmica do solo envolve uma quantidade impressionante de terraplenagem. O coletor é colocado abaixo do nível de congelamento sazonal

Existem duas maneiras de usar a energia térmica do solo. O primeiro envolve a perfuração de poços com um diâmetro de 100-168 mm. A profundidade de tais poços, dependendo dos parâmetros do sistema, pode atingir 100 m ou mais.

Sondas especiais são colocadas nesses poços. No segundo método, um coletor de tubos é usado. Esse coletor está localizado no subsolo em um plano horizontal. Para esta opção, é necessária uma área suficientemente grande.

Para a colocação do coletor, as áreas com solo úmido são consideradas ideais. Naturalmente, a perfuração de poços custará mais do que a localização horizontal do reservatório. No entanto, nem todas as áreas têm espaço livre. Para um kW de potência da bomba de calor, são necessários 30 a 50 m² de área.

Uma construção para coletar energia térmica com um poço profundo pode ser um pouco mais barata do que cavar um poço. Mas uma vantagem significativa é a economia significativa de espaço, o que é importante para os proprietários de pequenas parcelas

No caso da presença de um horizonte de águas subterrâneas alto, os trocadores de calor podem ser dispostos em dois poços localizados a uma distância de cerca de 15 m um do outro.

A seleção de energia térmica em tais sistemas bombeando águas subterrâneas em um circuito fechado, partes das quais estão localizadas em poços. Esse sistema requer a instalação de um filtro e limpeza periódica do trocador de calor.

O circuito mais simples e barato da bomba de calor é baseado na extração de energia térmica do ar.Uma vez que se tornou a base para a instalação de geladeiras, posteriormente, de acordo com seus princípios, os aparelhos de ar condicionado foram desenvolvidos.

O sistema de bombeamento térmico mais simples recebe energia da massa de ar. No verão, ela participa de aquecimento, no inverno, de ar condicionado. A desvantagem do sistema é que, em uma execução independente, a unidade com potência insuficiente

A eficácia dos vários tipos de equipamentos não é a mesma. Os indicadores mais baixos são bombas que usam ar. Além disso, esses indicadores dependem diretamente das condições climáticas.

Variedades de solo de bombas de calor têm desempenho estável. O coeficiente de eficiência desses sistemas varia entre 2,8 -3,3. Os sistemas água-água são mais eficazes. Isto é principalmente devido à estabilidade da temperatura da fonte.

Note-se que quanto mais profundo o coletor da bomba estiver localizado no reservatório, mais estável será a temperatura. Para obter uma capacidade do sistema de 10 kW, você precisa de cerca de 300 metros da tubulação.

O principal parâmetro que caracteriza a eficiência da bomba de calor é o seu coeficiente de conversão. Quanto maior o coeficiente de conversão, mais eficiente é a bomba de calor.

O coeficiente de conversão da bomba de calor é expresso em termos da razão do fluxo de calor e da energia elétrica gasta no compressor

Montagem da bomba de calor faça você mesmo

Conhecendo o esquema de ação e o dispositivo da bomba de calor, monte e instale você mesmo sistema de aquecimento alternativo muito possivelmente. Antes de iniciar o trabalho, é necessário calcular todos os parâmetros básicos do futuro sistema. Para calcular os parâmetros da futura bomba, você pode usar o software projetado para otimizar os sistemas de refrigeração.

A opção mais fácil de construir é sistema de ar-água. Não requer trabalho complexo no dispositivo do circuito externo, inerente às variedades de água e solo das bombas de calor. Para a instalação, apenas dois canais serão necessários, um dos quais fornecerá ar e o segundo descarregará a massa gasta.

A maneira mais fácil de fazer isso sozinho é organizar uma bomba de calor com uma entrada de calor da massa de ar. Um ventilador externo sopra o ar para o evaporador

Além do ventilador, você precisa obter um compressor com a potência necessária. Para essa unidade, o compressor com o qual o equipamento comum é equipado é bastante adequado sistemas de divisão. Não é necessário comprar uma nova unidade.

Você pode removê-lo do equipamento antigo ou usar acessórios para uma geladeira velha. É aconselhável usar uma variedade em espiral. Essas opções de compressor, além de terem eficiência suficiente, criam altas pressões que aumentam a temperatura.

Para construir um capacitor, você precisará de uma capacitância e um tubo de cobre. Uma bobina é feita de um tubo. Para sua fabricação, é utilizado qualquer corpo cilíndrico do diâmetro desejado. Ao enrolar um tubo de cobre nele, você pode fazer com facilidade e rapidez esse elemento estrutural.

A bobina acabada é montada em um recipiente previamente cortado pela metade. Para a fabricação de contêineres, é melhor usar materiais resistentes a processos de corrosão. Depois de colocar uma bobina nela, as metades do tanque são soldadas.

A área da bobina é calculada usando a seguinte fórmula:

MT / 0,8 RT,

onde:

• MT - o poder da energia térmica que o sistema produz.
• 0,8 - o coeficiente de condutividade térmica na interação da água com o material da bobina.
• RT - a diferença de temperatura da água na entrada e na saída.

Ao escolher um tubo de cobre para a produção própria de uma bobina, é necessário prestar atenção à espessura da parede. Deve ter pelo menos 1 mm. Caso contrário, ao enrolar, o tubo se deforma. O tubo através do qual a entrada do refrigerante está localizada na parte superior do tanque.

Um trocador de calor de tubo de cobre é feito enrolando um tubo de cobre em um objeto cilíndrico. Quanto maior a área da bobina, maior o desempenho da bomba

O evaporador da bomba de calor pode ser fabricado em duas versões - na forma de um recipiente com uma bobina localizada nele e na forma de um tubo em um tubo. Como a temperatura do líquido no evaporador é pequena, a capacidade pode ser obtida a partir de um barril de plástico. Nesta capacidade é colocado um circuito que é feito de um tubo de cobre.

Ao contrário de um condensador, a bobina do evaporador deve corresponder ao diâmetro e altura do tanque selecionado. A segunda variante do evaporador: tubo em tubo. Nesta modalidade, o tubo de refrigerante é colocado em um tubo de plástico de diâmetro maior, através do qual a água circula.

O comprimento de um tubo depende da capacidade planejada da bomba. Pode ser de 25 a 40 metros. Esse tubo é enrolado.

Válvula termostática refere-se a conexões de tubos de controle e fechamento. Uma agulha é usada como elemento de travamento na válvula de expansão. A posição do elemento de fechamento da válvula é determinada pela temperatura no evaporador.

Este elemento importante do sistema tem um design bastante complicado. Inclui:

• Termopar.
• Abertura
• Tubo capilar.
• Thermoball.

Esses elementos podem se tornar inutilizáveis ​​a altas temperaturas. Portanto, durante o trabalho de solda, a válvula deve ser isolada com pano de amianto. A válvula de controle deve corresponder à capacidade do evaporador.

Após realizar o trabalho de fabricação das principais peças estruturais, chega um momento crucial da montagem de toda a estrutura em uma única unidade. O passo mais crucial é processo de injeção de refrigerante ou refrigerante no sistema.

É improvável que conduzir independentemente essa operação seja acessível a um simples leigo. Aqui você terá que recorrer a profissionais que estão envolvidos no reparo e manutenção de equipamentos de HVAC.

Trabalhadores nesta área, como regra, têm o equipamento necessário. Além de carregar o refrigerante, eles podem testar o sistema. O carregamento automático de refrigerante pode levar não apenas à quebra da estrutura, mas também a ferimentos graves. Além disso, também é necessário equipamento especial para iniciar o sistema.

Quando o sistema inicia, ocorre um pico de carga inicial, que geralmente é de cerca de 40 A. Portanto, não é possível iniciar o sistema sem um relé de inicialização. Após a primeira partida, a válvula e a pressão do refrigerante devem ser ajustadas.

A escolha do refrigerante deve ser levada a sério. Afinal, é essa substância que é essencialmente considerada a principal "transportadora" de energia térmica útil. Dos refrigerantes modernos existentes, os freons são os mais populares. Estes são derivados de compostos de hidrocarbonetos nos quais parte dos átomos de carbono é substituída por outros elementos.

Como resultado da montagem dos elementos individuais da bomba de calor, deve-se obter um circuito fechado ao longo do qual circula o meio de trabalho

Como resultado desses trabalhos, um sistema de circuito fechado foi obtido. O refrigerante circulará nele, garantindo a seleção e transferência de energia térmica do evaporador para o condensador. Ao conectar as bombas de calor ao sistema de suprimento de calor de uma casa, observe que a temperatura da água na saída do condensador não excede 50-60 graus.

Devido à baixa temperatura da energia térmica gerada pela bomba de calor, aparelhos de aquecimento especializados devem ser selecionados como consumidores de calor. Pode ser um piso quente ou radiadores de baixa inércia de volume feitos de alumínio ou aço com uma grande área de radiação.

As versões caseiras de bombas de calor são mais apropriadas para serem consideradas como equipamento auxiliar que suporta e complementa o trabalho da fonte principal.

Todos os anos, os projetos de bombas de calor estão sendo aprimorados. Os desenhos industriais projetados para uso doméstico usam superfícies de transferência de calor mais eficientes. Como resultado, o desempenho do sistema está em constante crescimento.

Um fator importante que estimula o desenvolvimento de tal tecnologia para a produção de energia térmica é o componente ambiental. Tais sistemas, além de serem bastante eficazes, não poluem o meio ambiente. A ausência de uma chama aberta torna sua operação absolutamente segura.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo nº 1. Como fazer a bomba de calor caseira mais simples com um trocador de calor dos tubos PEX:

Vídeo # 2. Instruções contínuas:

Como sistemas de aquecimento alternativos, as bombas de calor são usadas há muito tempo. Esses sistemas têm confiabilidade, longa vida útil e, principalmente, são ecologicamente corretos. Eles seriamente começam a ser considerados o próximo passo para o desenvolvimento de sistemas de aquecimento eficientes e seguros.

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