Bomba de calor aire-aire: principio de funcionamiento, diseño, selección y cálculos.
¿Quiere instalar calefacción por convección en su hogar, donde se utiliza una bomba de calor aire-aire para calentar el refrigerante, lo que le permitirá ahorrar importantes costes de calefacción? Esté de acuerdo en que conseguir una calefacción completa en una empresa con agua caliente prácticamente gratis es una empresa muy tentadora.
¿Pero no sabe cómo construir un sistema de este tipo para calentar habitaciones de forma alternativa y obtener agua caliente para las necesidades domésticas?
Le ayudaremos a resolver este problema: el artículo cubre el principio de funcionamiento y el diseño de la bomba. Un sistema de este tipo tendrá que gastar energía únicamente en el funcionamiento del compresor, y la mayor parte del calor simplemente se extraerá de la calle de la atmósfera, por lo que todavía no nos han pedido dinero.
También se consideran las ventajas de su implementación en el sistema y sus importantes desventajas. Se presta especial atención a la selección y cálculo de la bomba.
Y para aquellos a quienes les gusta hacer todo con sus propias manos, sugerimos construir una bomba de este tipo usted mismo utilizando los materiales disponibles. Para ayudar, proporcionamos materiales fotográficos y recomendaciones en video sobre el diseño y funcionamiento de una bomba de calor de aire.
El contenido del artículo:
Características de la bomba de calor aire-aire
Cualquier bomba de calor pertenece a equipos de la esfera. energía alternativa. Toma la energía térmica de las masas de aire de la calle, del espacio interior circundante, para calentar con ella objetos residenciales y no residenciales.
No utiliza ningún combustible combustible.
Bomba de calor externa (Tennesse) aire-aire es similar a un aire acondicionado inversor, sistema dividido del bloque externo e interno.
Y según el principio de funcionamiento, recuerda más a un frigorífico, sólo que actúa “al revés”. Pero a diferencia de ambas, esta bomba de calor es capaz tanto de enfriar como de calentar las masas de aire de la casa.
Principio de funcionamiento y estructura interna.
El funcionamiento de una HP aire-aire se basa en un simple fenómeno físico de la termodinámica: cuando un líquido se evapora, enfría la superficie desde la que se dispersa. Por ejemplo, el vapor sobre una taza de té caliente produce el mismo efecto.
Un frigorífico normal funciona según este principio. En su interior se encuentran tubos por los que circula refrigerante a alta presión. Toma calor del interior del congelador y se calienta un poco.
Luego, el calor acumulado se libera al aire de la habitación a través de un intercambiador de calor (la rejilla en la parte trasera del refrigerador).
Y para que el refrigerante se enfríe a la temperatura de funcionamiento, se comprime en un compresor. Además, durante el ciclo operativo el freón dentro del sistema compresor-condensador-evaporador cambia constantemente de gaseoso a líquido y viceversa.
Una bomba de calor aerotérmica funciona exactamente de la misma manera. Solo toma calor de la calle y no de un congelador cerrado. Incluso si afuera hace mucho frío, todavía hay mucha energía térmica en la atmósfera.
Una bomba de calor aire-aire consta de los siguientes elementos:
- compresor;
- evaporador con ventilador de aire forzado;
- válvula de expansión;
- tuberías de cobre para bombear freón entre la calle y la casa;
- Condensador con ventilador que suministra aire caliente a la habitación.
Los tres primeros elementos forman la unidad exterior y el último pertenece a la parte interior de la bomba de calor. Los tubos de cobre con aislamiento térmico están diseñados para el movimiento continuo de refrigerante entre estos módulos de sistema divididos.
El algoritmo de funcionamiento de una bomba de calor aire-aire es el siguiente:
- El aire exterior ingresa a la unidad exterior mediante un ventilador y lo impulsa a través de las aletas del evaporador externo. El freón que circula por el intercambiador de calor absorbe la energía térmica disponible en él y pasa al estado gaseoso.
- Luego, el gas ingresa al condensador, donde se comprime. Y luego se bombea a través de tuberías de cobre hasta la unidad interior.
- En un condensador ubicado en la casa, el gas vuelve a convertirse en líquido, transfiriendo calor al aire interior.
- Luego, el exceso de presión se libera a través de la válvula de expansión y el freón líquido se envía nuevamente al evaporador primario.
La temperatura del freón que ingresa a la unidad externa es siempre más baja que la temperatura ambiente. Por tanto, siempre toma calor de la atmósfera.
Pero el nivel de "enfriamiento" del refrigerante en el sistema es constante y la temperatura exterior fluctúa constantemente.Por este motivo, en heladas severas, el TN pierde su eficacia.
Para aumentar la potencia de la bomba de calor, las superficies del condensador y del evaporador se hacen lo más grandes posible. Y para un funcionamiento ininterrumpido en invierno, el intercambiador de calor externo está equipado con su propio sistema de descongelación.
Pros y contras de una bomba de calor de aire
Cada sistema técnicamente complejo tiene sus propias ventajas y desventajas. Los folletos publicitarios son una cosa, pero en realidad los propietarios de bombas de calor corren el riesgo de encontrarse con ciertos problemas.
Las unidades de calefacción/refrigeración aire-aire son beneficiosas por varias razones.
Las principales ventajas incluyen:
- Versatilidad. Los sistemas permiten calentar y enfriar habitaciones según el propósito de la habitación, las necesidades y la estación climática.
- Respetuoso con el medio ambiente. Permiten detener por completo la quema de gas natural, carbón, leña, etc., que contaminan el medio natural con productos de combustión.
- Fácil de instalar. Montar un sistema a partir de componentes fabricados en fábrica no es difícil. Puede construir usted mismo una bomba de calor utilizando los materiales disponibles.
- Seguridad contra incendios. El proceso de generación de calor no implica el uso de combustible. Incluso las perturbaciones en el funcionamiento de la instalación no provocarán incendios.
- Económico. Son atractivos debido a su alto coeficiente de transferencia de calor a costos mínimos (por 1 kW de electricidad consumida producen entre 4 y 5 kW de calor). Además, se amortizan rápidamente.
- Asequibilidad. El costo de los sistemas fabricados en fábrica permite que casi todos puedan comprar una bomba de calor. Una instalación hecha por ti mismo te saldrá prácticamente gratis.
- Facilidad de uso. El dispositivo técnicamente más complejo del sistema es el compresor, cuyo mantenimiento es difícil de afrontar. Con la carga típica de las bombas de calor, los compresores rara vez fallan antes del tiempo prometido por el fabricante.
Para organizar la calefacción en una habitación es suficiente. instalar un sistema dividido, colgando un módulo exterior en la fachada y un convector en la pared interior. Para calentar varias habitaciones, será necesario instalar canales de distribución de aire caliente.
Todo el control de la bomba de calor aire-aire se realiza mediante automatización incorporada. No tendrás que prestar especial atención al funcionamiento y configuración de este sistema. Sólo necesitarás limpiar periódicamente los filtros de aire y cambiarlos de vez en cuando.
Entre los aspectos negativos de las bombas de calor se encuentran:
- aunque sea insignificante, pero sigue siendo ruido de fondo;
- dependencia directa de la eficiencia del sistema de la temperatura exterior;
- aumento del consumo de energía cuando hace frío afuera;
- polvo suspendido constantemente en el aire debido al funcionamiento continuo del ventilador y la convección del aire en la habitación;
- dependencia del suministro de energía (para un funcionamiento ininterrumpido se requerirá un generador).
A temperaturas exteriores de hasta -10°C todo funciona perfectamente, el calor extraído de la calle es suficiente para crear condiciones confortables en la casa. Pero a medida que se enfría más, la eficiencia de la bomba de corte disminuye.
Si la cabaña está construida en una zona con un clima frío y heladas severas en invierno, entonces no puede prescindir de una caldera o chimenea adicional.
Para disposición de calefacción de aire Estos sistemas son ideales. Mínimo consumo energético, esfuerzo de instalación y problemas de mantenimiento. Pero no pueden calentar agua. Para hacer esto, deberá instalar adicionalmente una caldera o conectarse a redes centralizadas.
Las bombas de calor aire-aire son la forma óptima de calentar edificios de madera o SIP. Estos edificios tienen bajas pérdidas de calor y la capacidad de la bomba de calor de aire para calentarlos es abundante.
Diferencias fundamentales con el aire acondicionado.
Externamente, una bomba de calor aire-aire es similar a un aire acondicionado doméstico. Pero tiene sus propias características de diseño y características técnicas distintivas.
El primer dispositivo se utiliza como principal fuente de calefacción y funciona durante todo el año. Y el segundo está más destinado a enfriar el aire en el calor del verano.
La función principal de una bomba de calor es calentar. Sin embargo, muchos modelos también son capaces de enfriar el aire interior. Pero en este modo de funcionamiento son significativamente inferiores al aire acondicionado en términos de eficiencia energética. Este es un caso bastante extremo de su uso.
Por otra parte, muchos aires acondicionados inverter puede calentar el aire interior. Pero consumen mucha más electricidad que las bombas de calor. Cada dispositivo tiene su propio propósito.
El uso de HP aire-aire es principalmente una transición hacia fuentes de energía renovables.
Estos sistemas son rentables, a pesar de la gran inversión inicial de dinero. La reducción de las facturas de calefacción cubre todos los costes iniciales.
Selección y cálculos de una bomba de calor.
Una bomba de calor aire-aire sólo será eficaz si se selecciona correctamente. Es necesario calcular su potencia previamente en función de los metros cuadrados de la casa. Y solo entonces mire los precios de los diferentes fabricantes.
Los cálculos utilizan el coeficiente de eficiencia energética COP (la relación entre la potencia de HP y la energía gastada).
En “condiciones de invernadero” suele alcanzar entre 4 y 5 puntos, y los modelos más modernos alcanzan entre 7 y 8. Sin embargo, cuando la temperatura exterior desciende a -15-20°C, esta cifra cae bruscamente a sólo dos.
En cálculo de calefacción de aire debe ser tomado en cuenta:
- aislamiento térmico e insolación de locales;
- área de habitaciones;
- número de personas que viven en la cabaña;
- Condiciones climáticas generales de la zona donde se ubica la casa.
En la mayoría de los hogares, se necesitan aproximadamente 0,7 kW de potencia de bomba de calor por cada diez metros cuadrados. Pero aquí todo es bastante arbitrario. Si los techos tienen una altura superior a 2,7 mo las paredes y ventanas están mal aisladas, se necesitará más calor.
Hay muchos fabricantes de bombas de calor aire-aire tanto en Asia como en Europa.
Los sistemas tienen buenas críticas de Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, mitsubishi, fujitsu, Transportador, Aertec, Panasonic Y toshiba. Casi todos sus modelos están adaptados a las condiciones operativas domésticas y han demostrado su eficacia.
Incluso con sobretensiones, no se rompen y continúan funcionando correctamente después de conectar la electricidad.
El precio del funcionamiento de las bombas de calor de aire varía de 90 a 450 mil rublos. Aquí mucho depende no sólo de la potencia de la unidad, sino también de la funcionalidad adicional y del país de fabricación.
Los modelos seleccionados complementan:
• filtros para purificación y desinfección del aire;
• calentadores de respaldo;
• generadores eléctricos;
• Módulos GSM para gestión del sistema;
• ionizadores y ozonizadores.
La práctica demuestra que con heladas inferiores a -15 ° C, las habitaciones calentadas únicamente por una bomba de calor-aire se enfrían. Y sin calefacción adicional, las habitaciones, francamente, no huelen bien.
Sin embargo, en las regiones del sur, donde estas heladas son raras, HP es bastante eficaz y justifica con creces el dinero gastado en el ahorro de recursos energéticos.
Hecho en casa con un refrigerador viejo
Es bastante difícil montar una bomba de calor aire-aire a partir de compresores y condensadores individuales sin conocimientos de ingeniería especializados. Pero para una habitación pequeña o un invernadero, puedes usar un refrigerador viejo.
Para hacer esto, debe hacer dos agujeros en la puerta frontal del refrigerador. Por el primero entrará aire de la calle al congelador, y por el segundo inferior será devuelto a la calle.
Al mismo tiempo, durante su paso por la cámara interior, cederá parte del calor presente en ella al freón.
También puedes simplemente montar la máquina de refrigeración en la pared con la puerta abierta hacia el exterior y el intercambiador de calor en la parte trasera de la habitación. Pero hay que tener en cuenta que la potencia de dicho calentador será pequeña y consume mucha electricidad.
El aire de la habitación se calienta mediante un intercambiador de calor situado en la parte trasera del frigorífico. Sin embargo, una bomba de calor de este tipo sólo puede funcionar a temperaturas exteriores no inferiores a más cinco grados Celsius.
Estos electrodomésticos están destinados únicamente para uso en interiores.
La instalación de una bomba de calor aire-aire es extremadamente sencilla. Es necesario instalar los bloques externo e interno y luego conectarlos entre sí mediante un circuito con refrigerante.
La primera parte del sistema se instala en el exterior: directamente en la fachada, en el tejado o al lado del edificio. El segundo de la casa se puede colocar en el techo o en la pared.
Se recomienda instalar la unidad exterior a pocos metros de la entrada a la casa y alejada de las ventanas, no te olvides del ruido que produce el ventilador.
Y el interno está instalado de modo que el flujo de aire caliente se distribuya uniformemente por toda la habitación.
Si tienes previsto calentar una casa con varias habitaciones en diferentes plantas mediante una bomba de calor aire-aire, tendrás que instalar un sistema de conductos de ventilación de aire forzado.
En este caso, es mejor encargar el proyecto a un ingeniero competente; de lo contrario, la potencia del calentador puede no ser suficiente para todas las instalaciones.
El contador de electricidad y el dispositivo de protección deben poder soportar los picos de carga generados por la bomba de calor. Cuando hay una ola de frío repentina afuera, el compresor comienza a consumir electricidad muchas veces más de lo habitual.
Es mejor colocar una línea de suministro separada del panel de distribución para dicho calentador de aire.
Se debe prestar especial atención a la instalación de tuberías de freón. Incluso las más mínimas virutas en el interior pueden dañar el equipo compresor.
Aquí no puedes prescindir de tus habilidades para soldar cobre. En general, la recarga de refrigerante debe confiarse a un profesional para evitar problemas de fugas de refrigerante más adelante.
Las instrucciones paso a paso para fabricar una bomba de calor a partir de un refrigerador se describen en Este artículo.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Principio de funcionamiento del sistema split térmico aire-aire:
Bomba de calor de aire en el sistema de calefacción de una casa de dos plantas:
Aire acondicionado inverter o bomba de calor de aire: ¿cuál es mejor?
Las bombas de calor aire-aire son dispositivos muy eficientes. Son fáciles de mantener, cómodos de usar y económicos.
Actualmente hay a la venta una amplia gama de sistemas similares, puedes elegir una instalación de calefacción para cualquier hogar. Solo necesita calcular correctamente su potencia, luego funcionará de manera efectiva durante muchos años.
¿Qué opina sobre la eficiencia y viabilidad del uso de bombas de calor aire-aire? Comparta su opinión, deje comentarios sobre el uso de las unidades y haga preguntas. El formulario de comentarios se encuentra debajo.
Debido al constante aumento de los precios de la energía, por fin nos hemos fijado en cómo podemos utilizar la tecnología para ahorrar en este tipo de gastos. Una bomba de calor aerotérmica también tiene sus inconvenientes, pero quedan más que compensados por el efecto positivo que aporta. Lo único negativo: si en la región predominan los días con bajas temperaturas, entonces esta bomba no es para ti.
Tenemos bastantes lugares con un clima lo suficientemente cálido para este tipo de bombas. Tomemos como ejemplo la costa del Mar Negro: no hay heladas y el suministro de gas, especialmente en las estribaciones, es muy caro. ¡Aquí, una bomba así es perfecta!
Una bomba de calor aire-aire utiliza la atmósfera como fuente de energía.Aquí es donde se entierra al perro; cuanto más baja es la temperatura del aire, menos energía se genera para calentar el interior. Esta propiedad limita el uso rentable de la bomba a áreas con t>-10 C. Si el invierno es severo en su área, preste atención a nuestra madre tierra (por debajo del nivel de congelación), puede usar una masa de agua cercana ( preferiblemente un río, lavado natural de las tuberías). Es un costo adicional, pero vale la pena mantener su hogar cálido.
Las bombas de calor tienen una característica: la mayor eficiencia se logra cuando el refrigerante se calienta a temperaturas relativamente bajas, alrededor de 45 ° C. Para trabajar con radiadores de calefacción convencionales, esta temperatura no es suficiente o habrá que instalar grandes baterías de 20 secciones. Pero para suelos con calefacción, esta temperatura es la adecuada. En los sistemas convencionales (con una caldera de gas, por ejemplo), se reduce especialmente a valores tales que no sobrecaliente el piso y, en consecuencia, la habitación.
Y Víctor y Alejandro, no tenéis toda la razón. Por ejemplo, la aplicación rentable a -10 es información desactualizada. Los ingenieros trabajan, inventan y ahora han conseguido un sistema aire-aire COP > 3 a -15 grados. Y el trabajo se probó a temperaturas > -30 grados (naturalmente con una ligera disminución en la eficiencia y COP). Es decir, ¡se amortiza en un par de años como máximo!
Lo siguiente sobre calentar el refrigerante. Los ingenieros también trabajaron duro aquí. Por ejemplo, lograron comprimir compresores más potentes con imanes de samario del tamaño de las unidades antiguas (lo que inmediatamente permitió reducir casi a la mitad el consumo de energía con la misma potencia que los motores de jaula de ardilla), y la eficiencia también aumentó con el uso. de compresores scroll (en un 10 por ciento).Las aletas internas (!) de los tubos de freón y las tuberías de doble fila de los propios radiadores (el último Daikin de gama alta tiene un radiador de cinco filas de la unidad interior) permitieron maximizar la eficiencia de los radiadores de ambos. las unidades externas e internas. Todo esto permitió reducir la diferencia en las temperaturas de funcionamiento entre las unidades externa e interna y, en consecuencia, aumentar el COP. ¡Y también trasladar las bombas de calor a la zona de eficiencia energética A+++!
En consecuencia, en verano tendrá un aire acondicionado muy económico, ¡lo que también acelerará la recuperación de la inversión!
Me gustaría hacer una pregunta, ¿qué pasa si colocas la unidad externa bajo tierra y le haces una camisa de agua, o la colocas en un recipiente con agua?