Com fer una bomba de calor per escalfar una casa amb les vostres pròpies mans: principi de funcionament i diagrames de muntatge
Les primeres versions de bombes de calor només podien satisfer parcialment les necessitats d'energia tèrmica.Les varietats modernes són més eficients i es poden utilitzar per a sistemes de calefacció. És per això que molts propietaris intenten instal·lar una bomba de calor amb les seves pròpies mans.
Us explicarem com escollir la millor opció per a una bomba de calor, tenint en compte les geodades de la zona on es preveu instal·lar-la. L'article proposat per a la seva consideració descriu en detall el principi de funcionament dels sistemes d'"energia verda" i enumera les diferències. Amb els nostres consells, sens dubte, us decidireu per un tipus eficaç.
Per als artesans independents, presentem la tecnologia per muntar una bomba de calor. La informació presentada per a la seva consideració es complementa amb diagrames visuals, seleccions de fotos i una instrucció de vídeo detallada en dues parts.
El contingut de l'article:
Què és una bomba de calor i com funciona?
El terme bomba de calor es refereix a un conjunt d'equips específics. La funció principal d'aquest equip és recollir energia tèrmica i transportar-la al consumidor. La font d'aquesta energia pot ser qualsevol cos o ambient amb una temperatura de +1º o més graus.
Hi ha més que suficients fonts de calor a baixa temperatura al nostre entorn. Es tracta de residus industrials d'empreses, centrals tèrmiques i nuclears, aigües residuals, etc. Per fer funcionar les bombes de calor a la calefacció domèstica, es necessiten tres fonts naturals autoregenerables: aire, aigua i terra.
Els tres potencials proveïdors d'energia que figuren estan directament relacionats amb l'energia del sol, que, escalfant-se, mou l'aire amb el vent i transfereix energia tèrmica a la terra. L'elecció de la font és el principal criteri segons el qual es classifiquen els sistemes de bombes de calor.
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 entorn. Els receptors i proveïdors d'energia dels sistemes de bombes de calor solen treballar per parelles.
Es distingeixen 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 determina el tipus de medi del qual el sistema pren calor a baixa temperatura. El segon indica el tipus de portador al qual es transfereix aquesta energia tèrmica. Així, a les bombes de calor, l'aigua és aigua, la calor es pren del medi aquàtic i el líquid s'utilitza com a refrigerant.
Les bombes de calor modernes utilitzen tres principals font d'energia tèrmica. Aquests són terra, aigua i aire. La més senzilla d'aquestes opcions és bomba de calor de font d'aire. La popularitat d'aquests sistemes es deu al seu disseny bastant senzill i a la facilitat d'instal·lació.
Tanmateix, malgrat aquesta popularitat, aquestes varietats tenen una productivitat bastant baixa. A més, l'eficiència és inestable i depèn de les fluctuacions estacionals de la temperatura.
A mesura que la temperatura baixa, el seu rendiment disminueix significativament. Aquestes opcions de bombes de calor es poden considerar com una addició a la font principal d'energia tèrmica existent.
Opcions d'equip utilitzant calor del sòl, es 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 mena d'acumulador de calor, la potència del qual és pràcticament il·limitada. A més, la temperatura del sòl, sobretot a certa profunditat, és constant i fluctua dins de límits insignificants.
Àmbit d'aplicació de l'energia generada per bombes de calor:
La constància de la temperatura de la font és un factor important per al funcionament estable i eficient d'aquest tipus d'equips de potència. Els sistemes en què el medi aquàtic és la principal font d'energia tèrmica tenen característiques semblants. El col·lector d'aquestes bombes es troba en un pou, on acaba en un aqüífer, o en un embassament.
La temperatura mitjana anual de fonts com el sòl i l'aigua varia entre +7º i +12º C. Aquesta temperatura és prou suficient per garantir un funcionament eficient del sistema.
Elements bàsics de disseny de bombes de calor
Perquè la instal·lació de producció d'energia funcioni segons els principis de funcionament d'una bomba de calor, el seu disseny ha de contenir 4 unitats principals, aquestes són:
- Compressor.
- Evaporador.
- Condensador.
- Vàlvula d'acceleració.
Un element important del disseny de la bomba de calor és el compressor. La seva funció principal és augmentar la pressió i la temperatura dels vapors que es formen com a conseqüència de l'ebullició del refrigerant. Els compressors scroll moderns s'utilitzen especialment per a equips de climatització i bombes de calor.
Aquests compressors estan dissenyats per funcionar a temperatures baixes de zero. A diferència d'altres tipus, els compressors scroll produeixen poc soroll i funcionen tant a baixes temperatures d'ebullició del gas com a altes temperatures de condensació. Un avantatge indubtable és la seva mida compacta i el seu baix pes específic.
L'evaporador com a element estructural és un recipient en el qual el refrigerant líquid es converteix en vapor. El refrigerant, circulant en circuit tancat, passa per l'evaporador. En ell, el refrigerant s'escalfa i es converteix en vapor.El vapor resultant es dirigeix cap al compressor a baixa pressió.
En el compressor, els vapors del refrigerant es pressuritzen i la seva temperatura augmenta. El compressor bombeja vapor escalfat a alta pressió cap al condensador.
El següent element estructural del sistema és el condensador. La seva funció es redueix a l'alliberament d'energia tèrmica al circuit intern del sistema de calefacció.
Les mostres en sèrie fabricades per empreses industrials estan equipades amb intercanviadors de calor de plaques. El material principal per a aquests condensadors és l'acer aliat o el coure.
La vàlvula termostàtica o d'acceleració s'instal·la a l'inici de la part del circuit hidràulic on el medi circulant d'alta pressió es converteix en un medi de baixa pressió. Més precisament, un accelerador combinat amb un compressor divideix el circuit de la bomba de calor en dues parts: una amb paràmetres d'alta pressió, l'altra amb paràmetres de baixa pressió.
En passar per la vàlvula d'acceleració d'expansió, el líquid que circula en un circuit tancat s'evapora parcialment, de manera que la pressió i la temperatura cauen. Després entra a un intercanviador de calor que es comunica amb l'entorn. Allà capta l'energia de l'entorn i la transfereix de nou al sistema.
La vàlvula d'acceleració regula el flux de refrigerant cap a l'evaporador. Quan escolliu una vàlvula, heu de tenir en compte els paràmetres del sistema. La vàlvula ha de complir aquests paràmetres.
Selecció d'un tipus de bomba de calor
El principal indicador d'aquest sistema de calefacció és la potència. Els costos financers de l'adquisició d'equips i l'elecció d'una o altra font de calor a baixa temperatura dependran principalment de la potència. Com més gran sigui la potència del sistema de bomba de calor, més alt serà el cost dels components.
En primer lloc, ens referim a la potència del compressor, a la profunditat dels pous per a sondes geotèrmiques o a la zona per col·locar un col·lector horitzontal. Els càlculs termodinàmics correctes són una mena de garantia que el sistema funcionarà de manera eficient.
En primer lloc, hauríeu d'estudiar l'àrea que està prevista per instal·lar la bomba. La condició ideal seria la presència d'un embassament en aquesta zona. Ús opció tipus aigua-aigua reduirà significativament el volum de treball d'excavació.
Aprofitar la calor de la terra, per contra, implica un gran nombre de treballs relacionats amb l'excavació. Els sistemes que utilitzen medis aquosos com a calor de baix grau es consideren els més eficients.
L'energia tèrmica del sòl es pot utilitzar de dues maneres. El primer consisteix a 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.
En aquests pous es col·loquen sondes especials. El segon mètode utilitza un col·lector de canonades. Aquest col·lector es troba sota terra en un pla horitzontal. Aquesta opció requereix una àrea bastant gran.
Les zones amb sòl humit es consideren ideals per col·locar el col·lector. Naturalment, la perforació de pous costarà més que la posició horitzontal del dipòsit. Tanmateix, no tots els llocs tenen espai lliure. Per a un kW de potència de bomba de calor necessiteu entre 30 i 50 m² de superfície.
Si hi ha un horitzó d'aigua subterrània alt al lloc, es poden instal·lar intercanviadors de calor en dos pous situats a una distància d'uns 15 m l'un de l'altre.
L'energia tèrmica es recull en aquests sistemes mitjançant el bombeig d'aigua subterrània a través d'un circuit tancat, parts del qual es troben en pous. Aquest sistema requereix instal·lar un filtre i netejar periòdicament l'intercanviador de calor.
L'esquema de bomba de calor més senzill i econòmic es basa en extreure energia tèrmica de l'aire. Una vegada es va convertir en la base de les neveres; més tard, els aparells d'aire condicionat es van desenvolupar segons els seus principis.
L'eficàcia dels diferents tipus d'aquest equip no és la mateixa. Les bombes que utilitzen aire tenen el rendiment més baix. A més, aquests indicadors depenen directament de les condicions meteorològiques.
Els tipus de bombes de calor a terra tenen un rendiment estable. El coeficient d'eficiència d'aquests sistemes varia entre 2,8 -3,3. Els sistemes aigua-aigua són els més efectius. Això es deu, en primer lloc, a l'estabilitat de la temperatura de la font.
Cal tenir en compte que com més profund es trobi el col·lector de la bomba al dipòsit, més estable serà la temperatura. Per obtenir una potència del sistema de 10 kW, es necessiten uns 300 metres de canonada.
El principal paràmetre que caracteritza l'eficiència d'una bomba de calor és el seu coeficient de conversió. Com més gran sigui el factor de conversió, més eficient es considera la bomba de calor.
Muntatge tu mateix d'una bomba de calor
Coneixent l'esquema de funcionament i l'estructura de la bomba de calor, munteu-la i instal·leu-la vosaltres mateixos sistema de calefacció alternatiu ben possible. Abans de començar a treballar, cal calcular tots els paràmetres principals del futur sistema. Per calcular els paràmetres de la futura bomba, podeu utilitzar un programari dissenyat per optimitzar els sistemes de refrigeració.
L'opció més fàcil de construir és sistema aire-aigua. No requereix un treball complex en la construcció d'un circuit extern, que és inherent als tipus de bombes de calor d'aigua i de terra. Per a la instal·lació, només necessitareu dos canals, un dels quals subministrarà aire i el segon descarregarà la massa residual.
A més del ventilador, cal obtenir un compressor de la potència necessària. Per a aquesta unitat, el compressor que està equipat amb convencional sistemes dividits. No cal comprar una unitat nova.
Podeu treure'l de l'equip antic o utilitzar-lo components antics de la nevera. És recomanable utilitzar la varietat espiral. Aquestes opcions de compressor, a més de ser força eficients, creen altes pressions que produeixen temperatures més altes.
Per instal·lar un condensador necessitareu un recipient i una canonada de coure. Una bobina està feta d'una canonada. Per a la seva fabricació s'utilitza qualsevol cos cilíndric del diàmetre requerit. Si enrotlleu una canonada de coure al seu voltant, podeu produir 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 als processos de corrosió. Després de col·locar-hi la bobina, es solden les meitats del dipòsit.
L'àrea de la bobina es calcula mitjançant la fórmula següent:
MT/0,8 RT,
On:
- MT - la potència de l'energia tèrmica que produeix el sistema.
- 0,8 — coeficient de conductivitat tèrmica quan l'aigua interacciona amb el material de la bobina.
- RT — Diferència de temperatura de l'aigua a l'entrada i a la sortida.
Quan trieu una canonada de coure per fer una bobina vosaltres mateixos, heu de parar atenció al gruix de la paret. Ha de ser com a mínim d'1 mm. En cas contrari, la canonada es deformarà durant el bobinat. El tub per on entra el refrigerant es troba a la part superior del recipient.
L'evaporador de la bomba de calor es pot fer en dues versions: en forma de recipient amb una bobina situada en ell i en forma de canonada en una canonada. Atès que la temperatura del líquid a l'evaporador és baixa, el recipient es pot fer amb un barril de plàstic. En aquest recipient es col·loca un circuit fet de tub de coure.
A diferència d'un condensador, la bobina de la bobina de l'evaporador ha de coincidir amb el diàmetre i l'alçada del recipient seleccionat. La segona opció d'evaporador: tub en tub. En aquesta realització, el tub de refrigerant es col·loca en un tub de plàstic de major diàmetre per on circula l'aigua.
La longitud d'aquesta canonada depèn de la potència de la bomba prevista. Pot ser d'entre 25 i 40 metres. Aquest tub s'enrotlla en espiral.
La vàlvula termostàtica es refereix als accessoris de canonades de tancament i control. Una agulla s'utilitza com a element de tancament a la vàlvula d'expansió. La posició de l'element de tancament de la vàlvula ve determinada per la temperatura de l'evaporador.
Aquest element important del sistema té un disseny força complex. Inclou:
- Termoparell.
- Diafragma.
- Tub capil·lar.
- Globus tèrmic.
Aquests elements poden tornar-se inutilitzables a altes temperatures.Per tant, durant els treballs de soldadura del sistema, la vàlvula s'ha d'aïllar amb teixit 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 el moment crucial a l'hora de muntar tota l'estructura en un sol bloc. L'etapa més crítica és procés d'injecció de refrigerant o refrigerant al sistema.
És poc probable que una persona normal pugui dur a terme aquesta operació de manera independent. Aquí hauràs de recórrer a professionals que reparen i mantenen equips de climatització.
Els treballadors d'aquest camp solen disposar de l'equipament necessari. A més de carregar refrigerant, poden provar el funcionament del sistema. Injectar refrigerant pot provocar no només una fallada estructural, sinó també ferides greus. A més, també es requereix un equip especial per fer funcionar el sistema.
Quan el sistema s'engega, es produeix un pic de càrrega d'arrencada, generalment al voltant de 40 A. Per tant, engegar el sistema sense un relé d'arrencada és impossible. Després de la primera posada en marxa, cal ajustar la vàlvula i la pressió del refrigerant.
L'elecció del refrigerant s'ha de prendre molt seriosament. Al cap i a la fi, és aquesta substància la que es considera essencialment el principal "portador" d'energia tèrmica útil. Dels refrigerants moderns existents, els freons són els més populars. Són derivats de compostos hidrocarburs en els quals alguns dels àtoms de carboni són substituïts per altres elements.
Com a resultat d'aquest treball, s'ha obtingut un sistema de bucle tancat. El refrigerant hi circularà, assegurant la selecció i transferència d'energia tèrmica de l'evaporador al condensador. En connectar bombes de calor al sistema de calefacció de la llar, cal tenir en compte que la temperatura de l'aigua que surt 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'han de seleccionar dispositius de calefacció especialitzats com a consumidors de calor. Pot ser un terra càlid o radiadors volumètrics de baixa inèrcia d'alumini o acer amb una gran àrea de radiació.
Les opcions de bombes de calor casolanes es consideren més adequadament com a equips auxiliars que suporten i complementen el funcionament de la font principal.
Cada any es milloren els dissenys de les bombes de calor. Dissenys industrials destinats a ús domèstic superfícies de transferència de calor més eficients. Com a resultat, el rendiment del sistema augmenta constantment.
Un factor important que estimula el desenvolupament d'aquesta tecnologia per a la producció d'energia tèrmica és el component mediambiental. Aquests sistemes, a més de ser força efectius, no contaminen el medi ambient. L'absència de flama oberta fa que el seu funcionament sigui absolutament segur.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
Vídeo #1. Com fer una bomba de calor casolana senzilla amb un intercanviador de calor de canonades PEX:
Vídeo #2. Continuació de la instrucció:
Les bombes de calor s'utilitzen com a sistemes de calefacció alternatius des de fa força temps.Aquests sistemes són fiables, tenen una llarga vida útil i, sobretot, són respectuosos amb el medi ambient. Es comencen a considerar seriosament com el següent pas cap al desenvolupament de sistemes de calefacció eficients i segurs.
Vols fer una pregunta o parlar-nos d'una manera interessant de construir una bomba de calor que no s'esmenta a l'article? Escriu comentaris al bloc següent.
A la nostra ciutat hi havia una fàbrica de mantega i formatge, de la qual s'abocava regularment aigua calenta i vapor. Així que el nostre veí, aparentment amb una mentalitat d'enginyeria, va adaptar aquesta energia per escalfar els seus hivernacles. I avui acabo de descobrir com es pot fer això. El principi de funcionament s'indica clarament i hi ha diagrames. Però dubto que ho pugui fer tot correctament amb les meves pròpies mans perquè funcioni.
Vaig llegir el material, però no vaig aprendre res de nou. Aquesta tecnologia s'ha utilitzat durant molt de temps als països nòrdics (Dinamarca, Suècia, Noruega). És especialment popular en la construcció de cases passives i d'estalvi d'energia.
Em pregunto què passarà si el pou perforat per a la bomba s'obstrueix amb dipòsits de llim? Pel que jo sé, els propietaris els netegen cada cinc anys.
I què passa als pous destinats a bombes de calor?
Llegiu amb més atenció: els pous estan secs.
"Si hi ha un horitzó d'aigua subterrània alt al lloc, es poden instal·lar intercanviadors de calor en dos pous situats a una distància d'uns 15 m l'un de l'altre".
Si no heu après res nou, no hi hauria d'haver cap pregunta :) Si llegiu l'article amb atenció, potser noteu que estem parlant del fet que haureu d'instal·lar filtres, a més de la neteja periòdica de intercanviadors de calor és un fenomen inevitable.
Sí, als països occidentals aquestes tecnologies s'utilitzen bastant àmpliament, els sistemes són cars, però després donen els seus fruits i bàsicament utilitzeu una font de calor gratuïta.
Pel que fa als pous. La tecnologia aquí no és la mateixa que la que s'utilitza per subministrar aigua a una casa, de manera que la comparació en aquest cas és incorrecta.
MT/0,8 RT, on:
MT és la potència de l'energia tèrmica que produeix el sistema.
0,8: coeficient de conductivitat tèrmica quan l'aigua interacciona amb el material de la bobina.
RT: diferència de temperatures de l'aigua a l'entrada i la sortida
Incerteses amb la fórmula. MT - potència en quines unitats? Quilowatts, BTU/hora, Watts? El poder sembla que es denota amb la lletra P. Quina dimensió té 0,8? La diferència de temperatura també s'anomena Delta t i RT. I el total, quina és la superfície mesurada, metres quadrats. o cm²? Com a exemple, hauríem de donar un càlcul concret de la bona manera, i no una fórmula d'aspecte estrany.
Per què és necessari fer zones d'intercanviador de calor tan grans? Segons la taula, 0,1 W per 1 grau per segon per metre². Això són 360 watts per hora a partir d'1 m²... Per 10 kWh necessites 100 m² de superfície de fossa. És a dir, 10 m². Si l'intercanviador de calor es col·loca a prop, aquesta zona hauria de ser suficient???
Si dispara no més d'1 grau.