Bombes de calor per a la calefacció de la llar: tipus i principi de funcionament

El principi de funcionament de la bomba aire-aigua

Com ja s'ha dit, la principal font d'energia tèrmica per a instal·lacions d'aquest tipus és l'aire atmosfèric. La base fonamental del funcionament de les bombes d'aire és la propietat física dels líquids d'absorbir i alliberar calor durant la transició de fase d'un estat líquid a un estat gasós, i viceversa. Com a conseqüència del canvi d'estat, la temperatura s'allibera. El sistema funciona segons el principi d'una nevera a la inversa.

Per utilitzar eficaçment aquestes propietats del líquid, un refrigerant de baix ebullició (freó, freó) circula en un circuit tancat, el disseny del qual inclou:

• compressor amb accionament elèctric;
• evaporador de ventilació;
• vàlvula d'acceleració (expansió);
• intercanviador de calor de plaques;
• tubs de circulació de coure o metall-plàstic que connecten els elements principals del circuit.

El moviment del refrigerant al llarg del circuit es realitza a causa de la pressió desenvolupada pel compressor.Per reduir les pèrdues de calor, les canonades es cobreixen amb una capa aïllant tèrmica de cautxú artificial o escuma de polietilè amb un recobriment protector metal·litzat. Com a refrigerant, s'utilitza freó o freó, que pot bullir a una temperatura negativa i no es congela fins a -40 ° C.

Tot el procés de treball consta dels següents cicles successius:

1. El radiador de l'evaporador conté un refrigerant líquid que és més fresc que l'aire exterior. Durant el bufat actiu del radiador, l'energia tèrmica de l'aire de baix potencial es transfereix al freó, que bull i passa a un estat gasós. Al mateix temps, la seva temperatura augmenta.
2. El gas escalfat entra al compressor, on s'escalfa encara més durant el procés de compressió.
3. En un estat comprimit i escalfat, el vapor refrigerant s'introdueix a un intercanviador de calor de plaques, on el transportador de calor del sistema de calefacció circula pel segon circuit. Com que la temperatura del refrigerant és molt inferior a la del gas escalfat, el freó es condensa activament a les plaques de l'intercanviador de calor, donant calor al sistema de calefacció.
4. La barreja de vapor-líquid refrigerada entra a la vàlvula d'acceleració, que només permet que el refrigerant líquid de baixa pressió passi a l'evaporador. Després es repeteix tot el cicle.

Per augmentar l'eficiència de transferència de calor del tub, les aletes espirals s'enrotllen a l'evaporador. Cal tenir en compte el càlcul del sistema de calefacció, l'elecció de les bombes de circulació i altres equips resistència hidràulica i coeficient Instal·lació d'intercanviador de calor de plaques de transferència de calor.

Visió general de vídeo del dispositiu del sistema i el seu funcionament

Bombes de calor inverter

La presència d'un inversor com a part de la instal·lació permet una posada en marxa suau de l'equip i la regulació automàtica dels modes en funció de la temperatura exterior. Això maximitza l'eficiència de la bomba de calor mitjançant:

• assoliment d'eficiència al nivell del 95-98%;
• reduir el consum d'energia en un 20-25%;
• minimització de les càrregues a la xarxa elèctrica;
• augmentar la vida útil de la planta.

Com a resultat, la temperatura interior es manté de manera estable al mateix nivell, independentment dels canvis meteorològics. Al mateix temps, la presència d'un inversor complet amb una unitat de control automatitzada proporcionarà no només calefacció a l'hivern, sinó també el subministrament d'aire refrigerat a l'estiu en temps calorós.

Al mateix temps, cal tenir en compte que la presència d'equips addicionals sempre comporta un augment del seu cost i un augment del període d'amortització.

Divisió per tipus de fluid de treball

Es poden utilitzar bombes de calor modernes cos gasós o líquid químic solució d'amoníac com a transportador de calor. La idoneïtat d'un esquema particular s'avalua per diversos factors, característiques del sistema.

1. Les instal·lacions de freó tenen un cicle de bomba de calor basat en processos de compressió i expansió de gas. D'alguna manera es basen en l'esquema del compressor. L'equip té indicadors de rendiment atractius, però també té desavantatges. Tot i que el consum mitjà ponderat del sistema en el moment del cicle de funcionament és estable, el cablejat està molt carregat. A més, les bombes de calor amb un transportador de calor gasós no seran útils en regions on no hi hagi una xarxa elèctrica centralitzada o una font d'energia amb capacitat de càrrega suficient.
2. Les plantes de tipus evaporatiu que utilitzen solució d'amoníac tenen un cicle de treball basat en el procés d'evaporació de la substància a punts d'ebullició baixos. La liqüefacció després del pas d'un intercanviador de calor extern es produeix sota l'acció d'una font d'energia. Aquest és un cremador de calor. Es pot utilitzar gairebé qualsevol combustible: sòlid, gasolina, dièsel, gas, querosè, en alguns casos - alcohol metílic. Per tant, les bombes de calor evaporatives són atractives en llocs on no hi ha electricitat. A més, el preu econòmic d'un determinat tipus de combustible a la regió pot provocar l'elecció d'aquests equips.

La naturalesa del fluid de treball utilitzat en el sistema pot dir molt sobre el rendiment de la instal·lació i la potència de sortida. Per tant, les bombes de calor del compressor de freó són capaços de fer una sacsejada brusca, escalfant ràpidament l'habitació. Els models d'evaporació d'amoníac no són capaços de fer aquestes gestes. El seu mode d'ús preferit és el funcionament estable i continu a la potència calorífica nominal.

Tipus de bombes de calor

Les bombes de calor es divideixen en diversos tipus. El primer tipus (tipus) de la classificació segons el mètode de transferència d'energia tèrmica:

Compressió. Els principals elements d'instal·lació són compressors, condensadors, expansors i evaporadors. Aquest tipus de bombes és de molt alta qualitat i eficient, la qual cosa fa que sigui molt popular al mercat.

Absorció. L'última generació de bombes de calor. Utilitzen un freó absorbent en el seu treball. Gràcies a això, la qualitat del treball augmenta diverses vegades.

Es pot distingir tipus de bombes de calor segons fonts de calor, a saber:

• L'energia tèrmica la crea el sòl (a la foto);
• aigua;
• Corrents d'aire
• Re-escalfament. S'obtenen de l'escorrentia d'aigua, aire brut o aigües residuals.

Per tipus de circuits d'entrada-sortida:

• aire-aire. La bomba pren aire fred, rebaixa la seva temperatura, rep la calor necessària, que la trasllada a on es requereix calefacció.
• aigua a aigua. La bomba pren la calor de l'aigua subterrània, que la dóna a l'aigua per escalfar l'habitació.
• aigua-aire. De l'aigua a l'aire. L'ús de sondes i pous per a l'aigua és típic, i l'escalfament es fa mitjançant un sistema de calefacció d'aire.
• aire-aigua. De l'aire a l'aigua. Les bombes d'aquest tipus utilitzen la calor de l'atmosfera per escalfar aigua.
• sòl-aigua. D'aquesta forma, la calor es pren de canonades amb aigua a terra. La calor es pren de la terra (sòl).
• Aigua congelada. Un tipus interessant de bomba de calor. Per escalfar aigua per a la calefacció d'espais, s'utilitza una tècnica de producció de gel, en la qual s'allibera una energia tèrmica colossal. Si congeles fins a 200 litres d'aigua, pots obtenir energia que pot escalfar una mida mitjana en 40-60 minuts.

Avantatges i desavantatges de les bombes de calor

Principi funcionament de la bomba de calor, en termes senzills, es basa en la recollida d'energia tèrmica de baix grau i la seva posterior transferència a sistemes de calefacció i climatització, així com a sistemes de tractament d'aigua, però a una temperatura més elevada. Es pot donar un exemple senzill forma de cilindre de gas – quan s'omple de gas, el compressor s'escalfa comprimint-lo. I si allibereu gas del cilindre, el cilindre es refredarà; proveu d'alliberar gas d'un encenedor recarregable per entendre l'essència d'aquest fenomen.

Així, les bombes de calor, per dir-ho, treuen l'energia tèrmica de l'espai circumdant: està a terra, a l'aigua i fins i tot a l'aire. Encara que l'aire tingui una temperatura negativa, encara hi ha calor. També es troba en qualsevol massa d'aigua que no es congeli fins al fons, així com en capes profundes del sòl que tampoc no són susceptibles a la congelació profunda, tret que, per descomptat, sigui permafrost.

Les bombes de calor tenen un dispositiu força complicat, com es pot comprovar intentant desmuntar una nevera o aparells d'aire condicionat. Aquestes unitats domèstiques que ens coneixen són una mica semblants a les bombes esmentades anteriorment, només que funcionen en la direcció oposada: prenen calor del local i l'envien a l'exterior. Si poseu la mà al radiador posterior de la nevera, notarem que fa calor. I aquesta calor no és més que l'energia extreta de fruites, verdures, llet, sopes, embotits i altres productes que hi ha a la cambra.

Els aparells d'aire condicionat i els sistemes split funcionen de manera similar: la calor generada per les unitats exteriors és energia tèrmica recollida poc a poc a les habitacions refrigerades.

El principi de funcionament d'una bomba de calor és l'oposat al d'una nevera. Recull la calor de l'aire, l'aigua o el sòl en els mateixos grans, després de la qual cosa la redirigeix ​​als consumidors: sistemes de calefacció, acumuladors de calor, sistemes de calefacció per terra radiant i escalfadors d'aigua. Sembla que res no ens impedeix escalfar el refrigerant o l'aigua amb un element de calefacció normal, així és més fàcil. Però comparem la productivitat de les bombes de calor i els elements de calefacció convencionals:

A l'hora d'escollir una bomba de calor, el més important és la disponibilitat d'una font d'energia natural específica.

• Element de calefacció convencional: per a la producció d'1 kW de calor, consumeix 1 kW d'electricitat (excloent els errors;
• Bomba de calor: només consumeix 200 W d'electricitat per produir 1 kW de calor.

No, aquí no hi ha una eficiència igual al 500%: les lleis de la física són inquebrantables. Aquí només funcionen les lleis de la termodinàmica. La bomba, per dir-ho, acumula energia de l'espai, l'"espesseix" i l'envia als consumidors. De la mateixa manera, podem recollir les gotes de pluja a través d'una gran regadora, obtenint un corrent sòlid d'aigua a la sortida.

Ja hem donat moltes analogies que ens permeten entendre l'essència de les bombes de calor sense fórmules abstruses amb variables i constants. Vegem ara els seus avantatges:

• Estalvi d'energia - si la calefacció elèctrica estàndard d'un 100 metres quadrats. m. comportarà uns costos de 20-30 mil rubles al mes (depenent de la temperatura de l'aire exterior), aleshores el sistema de calefacció amb una bomba de calor reduirà els costos a uns 3-5 mil rubles acceptables, cal admetre que això ja és un estalvi força sòlid. I això és sense trucs, sense enganys i sense trucs de màrqueting;
• Tenir cura del medi ambient: les centrals de carbó, nuclears i hidroelèctriques perjudiquen la natura. Per tant, el consum reduït d'electricitat redueix la quantitat d'emissions nocives;
• Una àmplia gamma d'usos: l'energia resultant es pot utilitzar per escalfar una llar i preparar aigua calenta.

També hi ha desavantatges:

• L'elevat cost de les bombes de calor: aquest desavantatge imposa una restricció al seu ús;
• La necessitat d'un manteniment regular: cal pagar-ho;
• Dificultat d'instal·lació: això s'aplica en la major mesura a les bombes de calor amb circuits tancats;
• Falta d'acceptació per part de la gent: pocs de nosaltres estaríem d'acord a invertir en aquest equip per reduir la càrrega sobre el medi ambient. Però algunes persones que viuen lluny de la xarxa de gas i es veuen obligades a escalfar la seva llar amb fonts de calor alternatives accepten gastar diners en comprar una bomba de calor i reduir les seves factures mensuals de llum;
• Dependència de la xarxa elèctrica: si s'atura el subministrament d'electricitat, l'equip es congelarà immediatament. La situació s'estalviarà instal·lant un acumulador de calor o una font d'energia de reserva.

Com podeu veure, alguns dels inconvenients són força greus.

Els generadors de gasolina i dièsel poden servir com a fonts d'energia de reserva per a les bombes de calor.

Consells i trucs

Una bomba de calor és un equip tècnicament complex i força car, per la qual cosa la seva elecció s'ha d'abordar amb gran responsabilitat. Per no ser infundats, aquí teniu unes recomanacions molt concretes.

1. No comenci mai a triar una bomba de calor sense abans fer càlculs i crear un projecte. L'absència d'un projecte pot provocar errors fatals, que només es poden corregir amb l'ajuda d'enormes inversions financeres addicionals.

2. El disseny, instal·lació i manteniment de la bomba de calor i del sistema de calefacció només s'ha de confiar a professionals. Com assegurar-se que els professionals treballen en aquesta empresa? En primer lloc, per la disponibilitat de tota la documentació necessària, una cartera d'objectes implementats, certificats de proveïdors d'equips.És molt desitjable que tota la gamma de serveis necessaris sigui proporcionada per una sola empresa, que en aquest cas serà totalment responsable de l'execució del projecte.

3. Us recomanem que doni preferència a una bomba de calor de fabricació europea. No us confongueu pel fet que és més car que els equips xinesos o russos. Quan s'inclou a l'estimació del cost d'instal·lació, posada en marxa i depuració de tot el sistema de calefacció, la diferència en el preu de les bombes serà gairebé imperceptible. Però, d'altra banda, tenint un "europeu" a la teva disposició, estaràs segur de la seva fiabilitat, ja que l'alt preu de la bomba és només el resultat de l'ús de tecnologies modernes i materials d'alta qualitat per crear-la.

Principals varietats

Totes les bombes de circulació per a sistemes de calefacció es divideixen en dos tipus de disseny: dispositius amb un rotor "sec" i bombes de circulació amb un rotor "humit".

A les bombes de circulació del primer tipus, que ja queda clar pel seu nom, el rotor no entra en contacte amb el medi de treball líquid: el refrigerant. L'impulsor d'aquestes bombes es separa del rotor i l'estator mitjançant anells d'acer segellats, pressionats els uns contra els altres mitjançant una molla especial que compensa el desgast d'aquests elements. L'estanquitat d'aquest conjunt de segellat durant el funcionament de la bomba està assegurada per una fina capa d'aigua entre els anells d'acer, que es forma a causa de la diferència entre les pressions en el sistema de calefacció i en l'entorn extern.

Les bombes de circulació per a la calefacció amb un rotor "sec" es distingeixen per una eficiència bastant alta (89%) i productivitat, però les màquines hidràuliques d'aquest tipus també tenen desavantatges, inclosa la forta soroll a la feina i complexitat en l'operació, manteniment i reparació.Per regla general, els sistemes de calefacció industrials estan equipats amb bombes d'aquest tipus; poques vegades s'utilitzen en sistemes de calefacció domèstics.

Bomba de circulació d'una sola etapa amb rotor "sec".

Una bomba de circulació per a sistemes de calefacció equipades amb un rotor de tipus "humit" és un dispositiu el rodet i el rotor del qual estan en contacte constant amb el refrigerant. El medi de treball en què giren el rotor i l'impulsor actua com a lubricant i refrigerant. L'estator i el rotor de les bombes d'aquest tipus s'aïllen entre si mitjançant un vidre especial d'acer inoxidable. Aquest vidre, dins del qual un rotor i un impulsor que giren al medi refrigerant, protegeix el bobinatge de l'estator energitzat de l'entrada de fluid de treball.

L'eficiència de les bombes d'aquest tipus és bastant baixa i només és del 55%, però les capacitats tècniques d'aquest dispositiu són suficients per garantir la circulació del refrigerant als sistemes de calefacció. cases no massa grans. Si parlem dels avantatges de les bombes de circulació amb un rotor "humit", haurien d'incloure la quantitat mínima de soroll emesa durant el funcionament d'aquests dispositius, alta fiabilitat, facilitat d'operació, manteniment i reparació.

Bomba de circulació humida

Selecció del tipus de bomba de calor

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

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

Si hi ha un embassament a prop de la vostra àrea personal, l'opció més rendible i productiva serà aigua de la bomba de calor-aigua

Primer cal estudiar l'àrea que està prevista per a la instal·lació de la bomba. La condició ideal seria la presència d'un embassament en aquesta zona. L'ús de l'opció aigua-aigua reduirà significativament la quantitat de treballs d'excavació.

L'aprofitament de la calor de la terra, per contra, implica un gran nombre de treballs associats a l'excavació. Els sistemes que utilitzen l'aigua com a calor de baix grau es consideren els més eficients.

El dispositiu d'una bomba de calor que extreu energia tèrmica del sòl implica una quantitat impressionant de moviments de terres. El col·lector es col·loca per sota del nivell de congelació estacional

Hi ha dues maneres d'utilitzar l'energia tèrmica del sòl. 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 col·loca sota terra en un pla horitzontal. Aquesta opció requereix una àrea bastant gran.

Per a la col·locació del col·lector, les zones amb sòl humit es consideren ideals.Naturalment, la perforació de pous costarà més que un dipòsit horitzontal. Tanmateix, no tots els llocs tenen espai lliure. Necessiteu un kW de potència de bomba de calor de 30 a 50 m² de superfície.

La construcció per a la captació d'energia tèrmica per un pou profund pot resultar una mica més barata que excavar un pou.

Però un avantatge significatiu rau en l'estalvi important d'espai, que és important per als propietaris de parcel·les petites. En el cas de la presència d'un horitzó d'aigua subterrània alt al lloc, els intercanviadors de calor es poden disposar en dos pous situats a una distància d'uns 15 m l'un de l'altre.

En el cas de la presència d'un horitzó d'aigua subterrània alt al lloc, els intercanviadors de calor es poden disposar en dos pous situats a una distància d'uns 15 m l'un de l'altre.

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

L'esquema de bomba de calor més senzill i econòmic es basa en extreure energia tèrmica de l'aire. Un cop es va convertir en la base per a la construcció de frigorífics, posteriorment es van desenvolupar aparells d'aire condicionat segons els seus principis.

El sistema de bomba de calor més senzill obté energia de la massa d'aire. A l'estiu participa en la calefacció, a l'hivern en l'aire condicionat. El desavantatge del sistema és que, en una versió independent, una unitat amb potència insuficient

Eficiència diferents tipus d'aquest equipament no és el mateix. Les bombes que utilitzen aire tenen el rendiment més baix. A més, aquests indicadors depenen directament de les condicions meteorològiques.

Les varietats terrestres de bombes de calor tenen un rendiment estable. El coeficient d'eficiència d'aquests sistemes varia entre 2,8 -3,3. Els sistemes aigua-aigua són els més eficients. Això es deu principalment 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 factor de conversió. Com més gran sigui el factor de conversió, més eficient es considerarà la bomba de calor.

El factor de conversió d'una bomba de calor s'expressa mitjançant la relació entre el flux de calor i la potència elèctrica gastada en el funcionament del compressor.