Cómo hacer una bomba de calor para calentar una casa con sus propias manos: principio de funcionamiento y diagramas de montaje.
Las primeras versiones de bombas de calor sólo podían satisfacer parcialmente las necesidades de energía térmica.Las variedades modernas son más eficientes y pueden usarse para sistemas de calefacción. Es por eso que muchos propietarios intentan instalar una bomba de calor con sus propias manos.
Te contamos cómo elegir la mejor opción para una bomba de calor, teniendo en cuenta los datos geográficos de la zona donde se prevé instalarla. El artículo propuesto para su consideración describe en detalle el principio de funcionamiento de los sistemas de "energía verde" y enumera las diferencias. Con nuestros consejos, sin duda se decidirá por un tipo eficaz.
Para artesanos independientes, presentamos la tecnología de montaje de una bomba de calor. La información presentada para su consideración se complementa con diagramas visuales, selecciones de fotografías y una instrucción detallada en video en dos partes.
El contenido del artículo:
¿Qué es una bomba de calor y cómo funciona?
El término bomba de calor hace referencia a un conjunto de equipos específicos. La función principal de este equipo es recoger energía térmica y transportarla hasta el consumidor. La fuente de dicha energía puede ser cualquier cuerpo o ambiente con una temperatura de +1º o más grados.
Hay fuentes más que suficientes de calor a baja temperatura en nuestro entorno. Se trata de residuos industriales de empresas, centrales térmicas y nucleares, aguas residuales, etc. Para el funcionamiento de bombas de calor en la calefacción doméstica, se necesitan tres fuentes naturales autorregenerables: aire, agua y tierra.
Los tres posibles proveedores de energía 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 de transferir energía térmica a otro cuerpo o entorno. Los receptores y proveedores de energía en los sistemas de bomba de calor suelen funcionar por parejas.
Se distinguen 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 determina el tipo de medio del que el sistema toma calor a baja temperatura. El segundo indica el tipo de portador al que se transfiere esta energía térmica. Entonces, en las bombas de calor, el agua es agua, el calor se toma del medio acuático y el líquido se utiliza como refrigerante.
Las bombas de calor modernas utilizan tres principales fuente de energía térmica. Estos son el suelo, el agua y el aire. La más simple de estas opciones es bomba de calor de fuente de aire. La popularidad de estos sistemas se debe a su diseño bastante simple y a 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.
A medida que baja la temperatura, su rendimiento disminuye significativamente. Estas opciones de bomba de calor pueden considerarse como una adición a la principal fuente de energía térmica existente.
Opciones de equipo usando calor del suelo, se consideran más eficaces. El suelo recibe y acumula energía térmica no solo del Sol, sino que también se calienta constantemente con la energía del núcleo terrestre.
Es decir, el suelo es una especie de acumulador de calor cuyo poder es prácticamente ilimitado. Además, la temperatura del suelo, especialmente a cierta profundidad, es constante y fluctúa dentro de límites insignificantes.
Ámbito de aplicación de la energía generada por 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 eléctricos. Los sistemas en los que el medio acuático es la principal fuente de energía térmica tienen características similares. El colector de estas bombas se encuentra en un pozo, donde desemboca en un 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 eficiente del sistema.
Elementos básicos de diseño de bombas de calor.
Para que la instalación de producción de energía funcione según los principios de funcionamiento de una bomba de calor, su diseño debe contener 4 unidades principales, estas son:
- Compresor.
- Evaporador.
- Condensador.
- La válvula del acelerador.
Un elemento importante del diseño de una bomba de calor es el compresor. Su función principal es aumentar la presión y temperatura de los vapores formados como consecuencia de la ebullición del refrigerante. Los compresores scroll modernos se utilizan especialmente para equipos de climatización y bombas de calor.
Estos compresores están diseñados para funcionar a temperaturas bajo cero. A diferencia de otros tipos, los compresores scroll producen poco ruido y funcionan tanto a bajas temperaturas de ebullición del gas como a altas temperaturas de condensación. Una ventaja indudable es su tamaño compacto y su reducido peso específico.
El evaporador como elemento estructural es un recipiente en el que el refrigerante líquido se convierte en vapor. El refrigerante, que circula en circuito cerrado, pasa por el evaporador. En él, el refrigerante se calienta y se convierte en vapor.El vapor resultante se dirige hacia el compresor a baja presión.
En el compresor, los vapores del refrigerante se presurizan y su temperatura aumenta. El compresor bombea vapor calentado a alta presión hacia el condensador.
El siguiente elemento estructural del sistema es el condensador. Su función se reduce a liberar 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 estos condensadores es el acero aleado o el cobre.
La válvula termostática, o de otro modo de estrangulación, se instala al comienzo de la parte del circuito hidráulico donde el medio circulante de alta presión se convierte en un medio de baja presión. Más precisamente, un acelerador acoplado a un compresor divide el circuito de la bomba de calor en dos partes: una con parámetros de alta presión y la otra con parámetros de baja presión.
Al pasar por la válvula estranguladora de expansión, el líquido que circula en un circuito cerrado se evapora parcialmente, por lo que la presión y la temperatura caen. Luego ingresa a un intercambiador de calor que se comunica con el medio ambiente. Allí captura la energía del medio ambiente y la transfiere de nuevo al sistema.
La válvula de mariposa regula el flujo de refrigerante hacia el evaporador. Al elegir una válvula, es necesario tener en cuenta los parámetros del sistema. La válvula debe cumplir con estos parámetros.
Seleccionar un tipo de bomba de calor
El principal indicador de este sistema de calefacción es la potencia. Los costos financieros de comprar equipos y elegir una u otra fuente de calor a baja temperatura dependerán principalmente de la potencia. Cuanto mayor sea la potencia del sistema de bomba de calor, mayor será el coste de los componentes.
En primer lugar nos referimos a la potencia del compresor, la profundidad de los pozos para sondas geotérmicas o la zona para colocar un colector horizontal. Los cálculos termodinámicos correctos son una especie de garantía de que el sistema funcionará de manera eficiente.
Primero, debe estudiar el área planificada para instalar la bomba. La condición ideal sería la presencia de un embalse en esta zona. Uso opción tipo agua-agua Reducirá significativamente el volumen de trabajo de excavación.
Aprovechar el calor de la tierra, por el contrario, implica un gran número de trabajos relacionados con la excavación. Los sistemas que utilizan medios acuosos como calor de baja calidad se consideran los más eficientes.
La energía térmica del suelo se puede aprovechar de dos formas. El primero consiste en perforar pozos con un diámetro de 100 a 168 mm. La profundidad de dichos pozos, dependiendo de los parámetros del sistema, puede alcanzar los 100 mo más.
En estos pozos se colocan sondas especiales. El segundo método utiliza un colector de tuberías. Un colector de este tipo está situado bajo tierra en un plano horizontal. Esta opción requiere un área bastante grande.
Las zonas con suelo húmedo se consideran ideales para colocar el colector. Naturalmente, perforar pozos costará más que colocar el yacimiento horizontalmente. Sin embargo, no todos los sitios tienen espacio libre. Para un kW de potencia de una bomba de calor se necesitan entre 30 y 50 m² de superficie.
Si hay un horizonte de agua subterránea alto en el sitio, los intercambiadores de calor se pueden instalar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí.
En estos sistemas la energía térmica se recoge bombeando agua subterránea a través de un circuito cerrado, parte del cual se encuentra en pozos. Un sistema de este tipo requiere instalar un filtro y limpiar periódicamente el intercambiador de calor.
El esquema de bomba de calor más sencillo y económico se basa en extraer energía térmica del aire. Alguna vez se convirtió en la base de los refrigeradores; más tarde, según sus principios se desarrollaron los acondicionadores de aire.
La efectividad de los diferentes tipos de este equipo no es la misma. Las bombas que utilizan aire tienen el rendimiento más bajo. Además, estos indicadores dependen directamente de las condiciones climáticas.
Los tipos de bombas de calor terrestres tienen un rendimiento estable. El coeficiente de eficiencia de estos sistemas varía entre 2,8 -3,3. Los sistemas agua-agua son los más eficaces. Esto se debe, en primer lugar, 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 potencia del sistema de 10 kW, se necesitan unos 300 metros de tubería.
El principal parámetro que caracteriza la eficiencia de una bomba de calor es su coeficiente de conversión. Cuanto mayor sea el factor de conversión, más eficiente se considera la bomba de calor.
Montar una bomba de calor usted mismo
Conociendo el esquema de funcionamiento y estructura de la bomba de calor, móntela e instálela usted mismo sistema de calefacción alternativo muy posible. Antes de comenzar a trabajar, es necesario calcular todos los parámetros principales del futuro sistema. Para calcular los parámetros de la futura bomba, se puede utilizar un software diseñado para optimizar los sistemas de refrigeración.
La opción más fácil de construir es sistema aire-agua. No requiere trabajos complejos en la construcción de un circuito externo, que es inherente a los tipos de bombas de calor de agua y tierra. Para la instalación, solo necesitará dos canales, uno de los cuales suministrará aire y el segundo descargará la masa residual.
Además del ventilador, es necesario adquirir un compresor de la potencia requerida. Para tal unidad, el compresor que está equipado con convencional sistemas divididos. No es necesario comprar una unidad nueva.
Puedes quitarlo de equipos viejos o usarlo componentes viejos del refrigerador. Es recomendable utilizar la variedad en espiral. Estas opciones de compresores, además de ser bastante eficientes, crean altas presiones que producen temperaturas más altas.
Para instalar un condensador necesitarás un recipiente y un tubo de cobre. Una bobina está hecha de un tubo. Para su fabricación se utiliza cualquier cuerpo cilíndrico del diámetro requerido. Enrollando un tubo de cobre a su alrededor, se puede fabricar este elemento estructural de forma fácil y rápida.
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 la bobina en él, se sueldan las mitades del tanque.
El área de la bobina se calcula mediante la siguiente fórmula:
MT/0,8 RT,
Dónde:
- MONTE - la potencia de la energía térmica que produce el sistema.
- 0,8 — coeficiente de conductividad térmica cuando el agua interactúa con el material de la bobina.
- RT — diferencia de temperaturas del agua a la entrada y a la salida.
Al elegir una tubería de cobre para hacer una bobina con sus propias manos, debe prestar atención al grosor de la pared. Debe tener al menos 1 mm. De lo contrario, la tubería se deformará durante el bobinado. El tubo por el que entra el refrigerante se sitúa en la parte superior del contenedor.
El evaporador de la bomba de calor se puede fabricar en dos versiones: en forma de recipiente con un serpentín ubicado en él y en forma de tubo en una tubería. Dado que la temperatura del líquido en el evaporador es baja, el recipiente se puede fabricar con un barril de plástico. En este contenedor se coloca un circuito fabricado con tubería de cobre.
A diferencia de un condensador, el serpentín del evaporador debe coincidir con el diámetro y la altura del recipiente seleccionado. La segunda opción del evaporador: tubería en tubería. En esta realización, el tubo de refrigerante se coloca en un tubo de plástico de mayor diámetro por el que circula el agua.
La longitud de dicha tubería depende de la potencia de bombeo planificada. Puede ser de 25 a 40 metros. Un tubo de este tipo se enrolla en espiral.
La válvula termostática se refiere a accesorios de tubería de control y cierre. Como elemento de cierre en la válvula de expansión se utiliza una aguja. La posición del elemento de cierre de la válvula está determinada por la temperatura en el evaporador.
Este importante elemento del sistema tiene un diseño bastante complejo. Incluye:
- Par termoeléctrico.
- Diafragma.
- Tubo capilar.
- Globo térmico.
Estos elementos pueden quedar inutilizables a altas temperaturas.Por lo tanto, durante los trabajos de soldadura en el sistema, la válvula debe aislarse con tela de amianto. La válvula de control debe coincidir con la capacidad del evaporador.
Después de realizar los trabajos de fabricación de las principales piezas estructurales, llega el momento crucial a la hora de ensamblar toda la estructura en un solo bloque. La etapa más crítica es proceso de inyección de refrigerante o refrigerante en el sistema.
Es poco probable que una persona común y corriente pueda realizar una operación de este tipo por su cuenta. Aquí tendrás que recurrir a profesionales que reparan y mantienen equipos de control climático.
Los trabajadores de este campo suelen disponer del equipamiento necesario. Además de cargar refrigerante, pueden probar el funcionamiento del sistema. Inyectar refrigerante usted mismo puede provocar no sólo fallos estructurales, sino también lesiones graves. Además, también se requiere equipo especial para ejecutar el sistema.
Cuando el sistema arranca, se produce una carga de arranque máxima, normalmente de unos 40 A. Por lo tanto, es imposible arrancar el sistema sin un relé de arranque. Después del primer arranque, es necesario ajustar la válvula y la presión del refrigerante.
La elección del refrigerante debe tomarse muy 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. Son derivados de compuestos de hidrocarburos en los que algunos de los átomos de carbono son reemplazados por otros elementos.
Como resultado de este trabajo se obtuvo un sistema de circuito cerrado. En él circulará el refrigerante, asegurando la selección y transferencia de energía térmica del evaporador al condensador. Al conectar bombas de calor al sistema de calefacción de una casa, se debe tener en cuenta que la temperatura del agua que sale 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 suelo cálido o radiadores volumétricos de baja inercia fabricados en aluminio o acero con una gran superficie de radiación.
Las opciones de bombas de calor caseras se consideran más apropiadamente como equipos auxiliares que respaldan y complementan el funcionamiento de la fuente principal.
Cada año se mejoran los diseños de las bombas de calor. Los diseños industriales destinados a uso doméstico utilizan superficies de transferencia de calor más eficientes. Como resultado, el rendimiento del sistema aumenta constantemente.
Un factor importante que estimula el desarrollo de dicha tecnología para la producción de energía térmica es el componente medioambiental. Este tipo de sistemas, además de ser bastante eficaces, no contaminan el medio ambiente. La ausencia de llama abierta hace que su funcionamiento sea absolutamente seguro.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Vídeo #1. Cómo hacer una bomba de calor casera sencilla con un intercambiador de calor a partir de tuberías PEX:
Vídeo #2. Continuación de la instrucción:
Las bombas de calor se utilizan desde hace tiempo como sistemas de calefacción alternativos.Estos sistemas son fiables, tienen una larga vida útil y, lo más importante, son respetuosos con el medio ambiente. Están empezando a considerarse seriamente como el siguiente paso hacia el desarrollo de sistemas de calefacción eficientes y seguros.
¿Quiere hacernos una pregunta o contarnos sobre una forma interesante de construir una bomba de calor que no se menciona en el artículo? Por favor escriba comentarios en el bloque a continuación.
En nuestra ciudad había una fábrica de mantequilla y queso, de la que salía periódicamente agua caliente y vapor. Entonces nuestro vecino, aparentemente con una mentalidad de ingeniería, adaptó esta energía para calentar sus invernaderos. Y hoy descubrí cómo se puede hacer esto. El principio de funcionamiento está claramente indicado y hay diagramas. Pero dudo que pueda hacer todo correctamente con mis propias manos para que funcione.
Leí el material, pero no aprendí nada nuevo. Esta tecnología se utiliza desde hace mucho tiempo en los países nórdicos (Dinamarca, Suecia, Noruega). Es especialmente popular en la construcción de casas pasivas y que ahorran energía.
Me pregunto qué pasará si el pozo perforado para la bomba se obstruye con depósitos de limo. Hasta donde yo sé, los propietarios de los pozos los limpian cada cinco años.
¿Y qué ocurre en los pozos destinados a bombas de calor?
Lea con más atención: los pozos están secos.
"Si en el lugar hay un horizonte freático elevado, se pueden instalar intercambiadores de calor en dos pozos situados a una distancia de unos 15 m entre sí".
Si no ha aprendido nada nuevo, entonces no debería haber ninguna pregunta :) Si lee el artículo con atención, puede notar que estamos hablando del hecho de que necesitará instalar filtros, además de una limpieza periódica de Los intercambiadores de calor son un fenómeno inevitable.
Sí, en los países occidentales estas tecnologías se utilizan bastante, los sistemas son caros, pero luego dan sus frutos y básicamente se utiliza una fuente de calor gratuita.
Respecto a los pozos. La tecnología aquí no es la misma que la que se utiliza para suministrar agua a una casa, por lo que la comparación en este caso es incorrecta.
MT/0,8 RT, donde:
MT es la potencia de la energía térmica que produce el sistema.
0,8 – coeficiente de conductividad térmica cuando el agua interactúa con el material de la bobina.
RT – diferencia en las temperaturas del agua en la entrada y salida
Incertidumbres con la fórmula. MT - ¿potencia en qué unidades? ¿Kilovatios, BTU/hora, vatios? El poder parece indicarse con la letra P. ¿Qué dimensión tiene 0,8? La diferencia de temperatura también se denomina Delta t y RT. Y el total, ¿cuál es el área medida en metros cuadrados? o cm cuadrados? Como ejemplo, deberíamos dar un cálculo específico en el buen sentido y no una fórmula que parezca extraña.
¿Por qué es necesario hacer áreas de intercambiador de calor tan grandes? Según la tabla, 0,1 W por 1 grado por segundo por metro². Esto es 360 vatios por hora desde 1 m²... Para 10 kWh se necesitan 100 m² de superficie de foso. Eso son 10m². Si el intercambiador de calor se coloca cerca, ¿esta área debería ser suficiente?
Si disparas no más de 1 grado.