Bomba de calor de bricolaje para calefacción doméstica

Una bomba de calor es algo interesante, pero caro. El costo aproximado del equipo + dispositivos de circuito externo es de $ 300 a $ 1000 por 1 kW de potencia. Conociendo la "habilidad" del pueblo ruso, es fácil suponer que más de una bomba de calor hecha a mano funciona en la inmensidad de nuestra vasta y diversa patria. Muy a menudo, hay dispositivos caseros que fueron fabricados por "refrigeradores". Y esto es comprensible, porque la bomba de calor y el congelador funcionan según el mismo principio, es solo que el sistema de las plantas de calefacción está enfocado a recolectar calor, no a removerlo, y el compresor se usa con una potencia superior.

Lea sobre cómo funciona aquí.

¿Qué puede ser una fuente de calor para una bomba de calor?

El calor para calentar la habitación se puede tomar del aire exterior. Pero aquí inevitablemente surgirán dificultades en el funcionamiento: las fluctuaciones de temperatura, incluso la media diaria, son demasiado grandes, sin mencionar el hecho de que la bomba de calor muestra una eficiencia normal a temperaturas superiores a 0o C. Y en cuántas regiones tenemos tal imagen en invierno ? En la primavera, e incluso entonces no temprano, y no en todo el territorio, y no todo el tiempo.

Cualquier entorno puede ser una fuente de calor para su hogar calentado con bomba de calor.

Una fuente de calor ubicada en el agua parece mucho más aceptable. Si hay un río, un lago o un estanque de una profundidad decente cerca, esto es genial: simplemente puede ahogar la tubería. Solo es importante que los pescadores con burros no pesquen allí.

Otra buena opción es un pozo, pero existe la posibilidad de que baje el nivel del agua y tendrás que buscar otra fuente. Pero hasta ahora todo está bien, funcionará bien: la temperatura media del agua en los horizontes subterráneos es de 5-7 oC. Esto es más que suficiente para el funcionamiento de la bomba de calor.

Puede que se sorprenda, pero también puede usar el sistema de alcantarillado: las temperaturas allí son más altas que en los pozos. La tubería se puede colocar en un pozo negro o pozo, pero con la condición de que esté cubierta de agua en todo momento. Y la tubería deberá ser químicamente resistente.

Un colector subterráneo horizontal es una tarea extremadamente laboriosa: será necesario remover el suelo desde varios cientos de metros cuadrados hasta una profundidad por debajo del punto de congelación. Se trata de volúmenes muy grandes que no se pueden dominar solos o incluso con un asistente. Y, como ha demostrado la práctica, en nuestras condiciones climáticas tales sistemas son ineficaces: los inviernos son demasiado duros.

Con los colectores verticales, las cosas no son mejores: difícilmente podrá prescindir de equipos de perforación. El número y la profundidad de los pozos dependen del suelo: el rango de posible eliminación de calor de un metro de un pozo es muy grande. Desde 25 W / m en piedra triturada seca y suelo arenoso, hasta 80-85 W / m en piedra triturada húmeda y suelos arenosos o en granito. En consecuencia, la diferencia en la longitud de los pozos es 3 veces y más.

Aquí hay un diagrama de cómo calentar una casa con una bomba de calor. Cuando se utilizan, como en el ejemplo descrito, dos pozos y en ausencia de un circuito cerrado, la distancia entre los dos pozos debe ser de al menos 20 metros. Y debe tener en cuenta la dirección del flujo para que el agua fría de la bomba no baje la temperatura en el pozo "donante".

En el ejemplo descrito de una bomba de calor casera, la fuente de calor es un pozo con un buen caudal de agua. El agua llega tan rápido que cubre el consumo de las necesidades del hogar y es suficiente para transferir la cantidad de calor requerida (se calculó el caudal de agua requerido y se seleccionó la bomba en consecuencia).Pero la fuente de calor para esta modificación puede ser cualquiera de las descritas anteriormente, excepto el aire. Habiendo decidido la fuente de calor, será posible hacer una bomba de calor para calentar una casa.

Tipos de bombas de calor

Para comprender claramente qué es una bomba de calor, debe saber cuál es el portador de calor para ella en los contornos de su estructura fuera y dentro de la casa. Estos refrigerantes clasifican este dispositivo.

Tipos de bombas de calor

El dispositivo recibe energía para su funcionamiento de las siguientes fuentes:

• agua. La fuente puede ser un cuerpo de agua, un suministro de agua centralizado o un pozo, etc.;
• cebado;
• aire.

En el interior, la energía obtenida con dicho dispositivo se usa no solo para calentar, sino también en aire acondicionado, así como para calentar agua. La combinación de varias funciones y elementos utilizados permite dividir las bombas de calor en varios tipos, que incluyen:

• agua agua;
• aire agua;
• suelo-agua.

Agua-aire

Los sistemas de calefacción más eficientes son los sistemas de agua-agua. Esta eficiencia se debe a que la temperatura del agua utilizada, ubicada a grandes profundidades, es constante y tiene indicadores bastante altos. Para obtener energía de este tipo de fuentes, pueden utilizar:

• pozos y pozos, con la ayuda de los cuales se bombea el agua subterránea;
• cuerpos de agua abiertos, que incluyen ríos y lagos;
• aguas residuales que se han utilizado en la industria para la tecnología.

Una bomba de calor que utiliza energía extraída de un depósito de tipo abierto requerirá el costo más bajo. En este caso, deberá cargar las tuberías con un refrigerante y sumergirlas en el agua. En el caso de las aguas subterráneas, se utiliza una estructura más cara, ya que su implementación ya es más difícil. Para descargar agua, necesitas construir un pozo. Esta agua pasará por el intercambiador de calor.

Circuito aire-agua o aire

Una bomba de calor aire-agua combina ventajas y desventajas. Las ventajas incluyen la inutilidad en el desarrollo de pozos de gran profundidad y trabajos asociados a la limpieza de suelos. La desventaja de estos dispositivos es su baja potencia en la temporada de frío, lo que repercute en su menor eficiencia entre otros modelos. Para utilizar este dispositivo, es necesario montar el equipo adecuado en el techo de la casa.

Bomba de calor de fuente de aire

La ventaja de este diseño se puede atribuir a su capacidad para reutilizar el calor que sale del local, que calienta la bomba de calor en forma de humo, agua o aire. En invierno, se requerirá calefacción alternativa para eliminar la falta de calor.

Agua subterránea

Una bomba de calor de este tipo también es una fuente de energía muy eficiente para la calefacción. Esto se debe a que el calor que se obtiene del suelo a 5 metros de profundidad tiene valores constantes de temperatura y no se ve afectado por cambios en las condiciones climáticas de la superficie terrestre. En el circuito externo, el refrigerante es una composición segura especial llamada salmuera, que es segura desde el punto de vista ambiental.

El circuito externo utilizado para este tipo de bomba de calor puede ser de tipo horizontal o vertical.

Las tuberías utilizadas para este sistema deben ser de plástico. La ejecución horizontal requiere una gran superficie de terreno. Una vez que las tuberías se colocan bajo tierra, esta parcela de tierra no se puede utilizar para necesidades agrícolas.

Se permite cultivar césped o plantas de la misma edad. Para la ejecución vertical, será necesario desarrollar varios pozos, cuya profundidad varía de 50 a 150 metros, ya que a tal profundidad el suelo tiene una temperatura estable y alta. Tal dispositivo se llama bomba geotérmica.Para transferir energía desde tales profundidades, se utilizan sondas especiales.

Cómo funciona la bomba de calor

El entorno que nos rodea, a temperaturas superiores a un grado, tiene una cierta cantidad de energía. Con la ayuda de una bomba de calor, esta energía se puede aprovechar. Su principio de funcionamiento se basa en la transferencia de calor desde una fuente de bajo potencial con energía térmica a un portador de calor, cuya temperatura es mucho mayor.

Cómo funciona la bomba de calor

Esto se implementa de la siguiente manera:

1. El refrigerante ingresa a la tubería ubicada en el suelo. Se calienta unos grados.
2. Después de eso, el refrigerante que ha pasado al evaporador transfiere al circuito interno la energía que se recogió en el evaporador.
3. El refrigerante se encuentra en el circuito externo, que se convierte en gas después de calentarlo en un intercambiador de calor.
4. Para aumentar la temperatura de este refrigerante, ingresa al compresor para su compresión a alta presión.
5. El gas refrigerante ya calentado ingresa al condensador, que a su vez emite calor al refrigerante en el sistema de calefacción de la habitación.
6. Una vez finalizado el ciclo, el refrigerante que ha perdido calor se convierte en líquido y vuelve a su posición original.

Las unidades de refrigeración funcionan con un principio similar. Por tanto, las bombas de calor se puede utilizar para condensar el aire en climas cálidos años (sistemas split), a partir del frigorífico.

De la experiencia operativa de una bomba de calor de bricolaje

Como ha demostrado la práctica, el rendimiento de la opción presentada es bajo: 2,6-2,8 kW. No hace falta hablar de la alta eficiencia de esta bomba de calor: en una superficie de 60 m2 a -5 oC en exterior, ella misma mantiene + 17oC. Pero el sistema se consideró e instaló debajo de la caldera: los radiadores, a una temperatura de entrada de + 45oC, simplemente no pueden dar más. El sistema en la casa funcionaba viejo y no se aumentó el número de radiadores, pero hasta ahora en el frío se calentaron con una estufa.

Si se agrega un intercambiador de calor regenerativo a la estructura, esto aumentará la eficiencia en un 10-15%. Dado que los costos son bajos, puedes hacerlo. Necesitará dos tubos de cobre de 1,5 metros cada uno. Uno con un diámetro de 22 mm, el segundo - 10 mm. Un conductor de 4 núcleos (longitud 3-4 metros, diámetro 4 mm) se enrolla sobre uno más delgado para aumentar el área de intercambio de calor, sus extremos se sueldan al tubo para que no se desenrollen. El tubo de alambre enrollado se inserta suavemente en el tubo de mayor diámetro. Debe instalarse entre el compresor y el evaporador. El refinamiento es menor, pero aumenta significativamente la eficiencia. Es cierto que bajo ciertas condiciones no es seguro: el freón caliente puede ingresar al compresor, lo que provocará su falla.

Mejora del circuito: puede agregar un intercambiador de calor regenerativo, que aumentará la productividad en aproximadamente un 15-20%

La segunda opción para aumentar la eficiencia, más segura y no menos efectiva, es incorporar un intercambiador de calor adicional para calentar agua o glicol.

Qué buscar si decide fabricar su propia bomba de calor. Hay algunas cosas que solo se pueden aprender de la experiencia:

• Las corrientes de arranque de esta instalación en particular fueron muy decentes. No siempre hubo suficientes recursos de red para ejecutar la instalación. Por lo tanto, si realiza una instalación seria, es mejor tomar un compresor trifásico y suministrar una entrada trifásica, respectivamente. Sí, no es barato, pero para un arranque estable de un compresor monofásico, se requiere un estabilizador electrónico de potencia decente, que tampoco puede llamarse barato.
• Una bomba de calor en un sistema de radiador terminado no dará una temperatura ambiente normal. Están diseñados para una temperatura de refrigerante diferente, que estas instalaciones, especialmente las caseras, rara vez pueden dar.Por lo tanto, actualice el sistema (agregando al menos el mismo número de secciones del radiador) o instale pisos de agua.
• Si hay tres anillos de agua en un pozo, esto no significa que tenga un gran débito. Necesita saber cuánta agua es capaz de dar con su selección constante.

El principio de funcionamiento de la bomba de calor.

La peculiaridad de las bombas de calor es que funcionan a partir de fuentes de energía naturales. La bomba no necesita diesel, electricidad o combustibles sólidos para liberar energía térmica.
La fuente de energía es el agua, la atmósfera y el suelo. Las bombas no generan calor, simplemente lo transfieren al edificio. Esto usa una pequeña cantidad de electricidad.

Para proporcionar calefacción a una casa, solo necesita una bomba de calor y una fuente de calor. El principio de funcionamiento del sistema se asemeja al de un frigorífico convencional, solo que al revés. En este caso, el calor se toma del exterior y se transfiere a la casa.

Un punto importante: el elemento principal en un sistema de calefacción alternativo es precisamente la bomba de calor, por lo tanto, su construcción debe abordarse con mucho cuidado.
La bomba consta de los siguientes elementos:

Características de la bomba de calor aire-aire:

• compresor, que es un elemento intermedio del sistema;
• evaporador. En él tiene lugar la transferencia de energía de bajo potencial;
• una válvula de mariposa a través de la cual el refrigerante (freón) regresa al evaporador;
• condensador, donde se enfría el freón y se libera energía térmica.

La bomba funciona según un principio determinado. Se parece a esto:

El principio de funcionamiento de la bomba de calor. (Click para agrandar)

1. El calor de bajo grado, que se libera de fuentes de energía externas, se transfiere a través de tuberías al evaporador, al primer elemento en el diseño de la bomba. El calor es transferido por portadores de calor, que pueden soportar bajas temperaturas y no congelarse al mismo tiempo.
2. Aquí, el calor se transfiere al refrigerante, que circula en un circuito cerrado del sistema. Freón se utiliza a menudo como refrigerante.
3. En el compresor, la alta presión actúa sobre el freón, lo que aumenta significativamente su temperatura.
4. En la siguiente etapa, el refrigerante ingresa al condensador, donde el calor se transfiere al circuito del sistema de calefacción. Como resultado, el calor entra en la habitación y el freón, cuando se enfría, vuelve a su estado líquido.
5. A través de la válvula reductora de presión, el freón vuelve al evaporador, donde se repite el proceso.

Según el principio de funcionamiento de la bomba, la electricidad se gasta solo en el funcionamiento del compresor. Como resultado, esto hace que la bomba de calor sea la forma más económica de transferir calor.

Quizás le interese un artículo sobre las características de las bombas de calor para calefacción doméstica. Puede estudiar una clasificación detallada de las bombas de calor en este artículo.

Resultados

Sin lugar a dudas, el costo de una bomba de calor de un acondicionador de aire es varias veces más bajo que las opciones de fábrica listas para usar, incluso las fabricadas en China. Pero aquí hay muchos matices: debe cuidar la fuente y la cantidad de calor suministrado, calcular correctamente la longitud de los intercambiadores de calor (bobinas), instalar la automatización, proporcionar energía garantizada, etc. Pero si puede resolver estos problemas, sin duda es beneficioso. Permítanos darle un consejo: en el primer año es muy deseable tener calefacción de respaldo, y pruebas y funcionamiento de prueba, es mejor realizarlo en verano, para que haya tiempo de revisar la unidad antes de la puesta en marcha. de la temporada de calefacción.

Pros y contras de las bombas de calor

A las ventajas uso de sistemas de calefacción basados ​​en el uso de bombas de calor puede ser atribuido la siguiente:

• Rentabilidad durante la operación;
• Seguridad ambiental de instalaciones;
• Seguridad contra incendios de instalaciones;
• Fiabilidad operativa;
• Autonomía de trabajo.

Las desventajas incluyen:

• Precio alto;
• La complejidad de todo el complejo de obras;
• La necesidad de reparaciones importantes después de la expiración de la vida útil, asociada con importantes inversiones en materiales.