Qué son las bombas de calor para calefacción. ¿Cómo funciona una bomba de calor para calentar una casa?

Bomba de calor (CV) es un dispositivo que realiza la transferencia, transformación y conversión de energía térmica. Según el principio de funcionamiento, es similar a los electrodomésticos y equipos conocidos, como un refrigerador o un aire acondicionado. El funcionamiento de cualquier TN se basa en el ciclo inverso de Carnot, llamado así por el famoso físico y matemático francés Sidi Carnot.

Cómo funciona una bomba de calor

Estudiemos con más detalle la física de los procesos de funcionamiento de este equipo. Una bomba de calor consta de cuatro elementos principales:

1. Compresor
2. Intercambiador de calor (condensador)
3. Intercambiador de calor (evaporador)
4. Herrajes de conexión y elementos de automatización.

Compresor necesario para comprimir y mover el refrigerante a través del sistema. Cuando se comprime freón, su temperatura y presión aumentan bruscamente (la presión se desarrolla hasta 40 bar, la temperatura hasta 140 C), y en forma de gas con un alto grado de compresión. entra al condensador(proceso adiabático, es decir, el proceso en el que el sistema no interactúa con el espacio exterior), donde transfiere energía al consumidor. El consumidor puede ser tanto el medio que necesita calentarse (por ejemplo, aire interior) como el refrigerante (agua, anticongelante, etc.), que además distribuye la energía a través del sistema de calefacción (radiadores, suelo radiante, rodapiés calefactados, convectores). , fancoils, etc.). En este caso, la temperatura del gas disminuye naturalmente y cambia su estado de agregación de gaseoso a líquido (un proceso isotérmico, es decir, un proceso que ocurre a una temperatura constante).

Más refrigerante líquido entra en el evaporador, pasando por una válvula de expansión termostática (TRV), necesaria para reducir la presión y dosificar el flujo de freón en el intercambiador de calor evaporativo. Como resultado de la caída de presión durante el paso de los canales del evaporador, se produce una transición de fase y el estado de agregación del refrigerante vuelve a cambiar a gaseoso. Al mismo tiempo, la entropía del gas disminuye (basada en las propiedades termofísicas de los freones), lo que provoca una fuerte caída de la temperatura y el calor se "elimina" de una fuente externa. El aire exterior, las entrañas de la tierra, los ríos, los lagos pueden actuar como una fuente externa. Además, el freón gaseoso enfriado regresa al compresor y el ciclo se repite nuevamente.

De hecho, resulta que el motor térmico en sí mismo no genera calor, sino que es un dispositivo para mover, modificar y modificar la energía del ambiente hacia la habitación. Sin embargo, este proceso requiere electricidad, cuyo principal consumidor es la unidad compresora. La relación entre la potencia térmica recibida y la potencia eléctrica consumida se denomina factor de conversión (COP). Varía según el tipo de HP, su fabricante, otros factores y varía de 2 a 6.

Actualmente, se utilizan como refrigerantes freones compatibles con la capa de ozono de varios tipos (R410A, R407C), que causan un daño mínimo al medio ambiente.

Los motores térmicos modernos usan compresores tipo scroll que no requieren mantenimiento, prácticamente no tienen fricción y pueden operar sin parar durante 30 a 40 años. Esto asegura una larga vida útil de toda la unidad. Por ejemplo, una empresa alemana Stiebel Eltron hay HP que han funcionado sin mayores reparaciones desde principios de los años 70 del siglo pasado.

Tipos de bombas de calor

Según los medios utilizados para la selección y redistribución de la energía, así como las características de diseño y los métodos de aplicación, existen cuatro tipos principales de HP:

bomba de calor aire-aire

Como fuente de energía de bajo grado, este tipo de equipos utiliza aire exterior. Exteriormente no se diferencia de un sistema de aire acondicionado split convencional, sin embargo, tiene una serie de características funcionales que le permiten operar a bajas temperaturas (hasta -30 C) y “sacar” energía del ambiente. La calefacción de la vivienda se realiza directamente con aire caliente calentado en el condensador de la bomba de calor.

Ventajas de HP "aire - aire":

• bajo costo
• Tiempo de instalación corto y facilidad de instalación comparativa
• Sin posibilidad de fuga de refrigerante

Defectos:

• Rendimiento sostenible hasta -20 C
• La necesidad de instalar una unidad interior en cada habitación u organizar un sistema de conductos para suministrar aire caliente a todas las habitaciones.
• Imposibilidad de obtener agua caliente (ACS)

En la práctica, estos sistemas se utilizan para viviendas de temporada y no pueden actuar como fuente principal de calefacción.

Bomba de calor "aire - agua"

Por su principio de funcionamiento, son similares al tipo anterior, sin embargo, no calientan directamente el aire del interior de la habitación, sino el refrigerante, que a su vez se utiliza para calentar la casa y preparar agua caliente.

Ventajas de HP "Aire - agua":

• no requiere la organización del "contorno externo" (perforación)
• fiabilidad y durabilidad
• indicadores de alto rendimiento (SOP) en los períodos de otoño y primavera

Desventajas de TN:

• Reducción significativa del COP a bajas temperaturas (hasta 1,2)
• La necesidad de descongelar la unidad exterior (modo reversible)
• Incapacidad para operar a temperaturas inferiores a -25 C - -30 C

Tales bombas en nuestro clima aún no pueden actuar como la única fuente de calefacción. Por lo tanto, a menudo se instalan (según un esquema bivalente) junto con equipos de calefacción adicionales (eléctricos, de pellets, de combustibles sólidos, caldera de gasóleo, chimenea con camisa de agua). También son adecuados para la reconstrucción y automatización de antiguas salas de calderas que utilizan combustibles tradicionales. Esto permite que la mayor parte del año opere el sistema en modo automático (sin necesidad de cargar combustible sólido o repostar diésel) usando solo energía HP.

Bomba de calor "salmuera - agua"

Uno de los más comunes en el territorio de la República de Bielorrusia. Según las estadísticas de nuestra organización, el 90% de las bombas de calor instaladas son geotérmicas. En este caso, las entrañas de la tierra se utilizan como "contorno exterior". Debido a esto, estos HP tienen la ventaja más importante sobre otros tipos de bombas de calor: un indicador de rendimiento estable (COP) independientemente de la época del año.

De acuerdo con la terminología establecida, el circuito exterior se denomina geotermia.

Hay dos tipos principales de circuito geotérmico:

• Horizontal
• Vertical

Detengámonos en cada uno de ellos con más detalle.

contorno horizontal

contorno horizontal es un sistema de tuberías de polietileno colocadas debajo de la capa superior del suelo a una profundidad de aproximadamente 1,5 a 2 m, por debajo del nivel de congelación. La temperatura en esta zona se mantiene positiva (de +3 a +15 C) durante todo el año natural, alcanzando un máximo en octubre y un mínimo en mayo. El área ocupada por el colector depende del área del edificio, el grado de aislamiento, el tamaño del acristalamiento. Entonces, por ejemplo, para un edificio residencial de dos pisos con un área de 200 m2, que tenga un buen aislamiento que cumpla con los estándares modernos, se deberán asignar alrededor de cuatro acres de tierra (400 m2) para un campo geotérmico. Por supuesto, para una evaluación más precisa del diámetro de las tuberías utilizadas y el área ocupada, se requiere un cálculo detallado de ingeniería térmica.

Así luce la instalación de un colector horizontal en una de nuestras instalaciones en Dzerzhinsk (República de Bielorrusia):

Ventajas de un colector horizontal:

• Menor costo en comparación con los pozos geotérmicos
• La posibilidad de realizar trabajos en su dispositivo junto con el tendido de otras comunicaciones (suministro de agua, alcantarillado)

Desventajas de un colector horizontal:

• Gran área ocupada (está prohibido construir estructuras permanentes, asfaltar, colocar losas de pavimento, es necesario proporcionar acceso natural a la luz y la precipitación)
• La falta de posibilidad de arreglo con el diseño paisajístico terminado del sitio.
• Menos estabilidad en comparación con un colector vertical.

La disposición de este tipo de colectores se suele realizar de dos formas. En el primer caso en toda la zona de tendido, la parte superior capa de suelo, 1,5-2 m de espesor, las tuberías del intercambiador de calor están dispuestas con un paso dado (de 0,6 a 1,5 m) y se hace el relleno. Para tal trabajo, es adecuado un equipo potente, como un cargador frontal, una excavadora, excavadoras de largo alcance y capacidad de cucharón.

En el segundo caso la colocación de los bucles del contorno del suelo se lleva a cabo en etapas en el preparado trincheras, ancho de 0,6 m a 1 m. Las excavadoras pequeñas y las retroexcavadoras son adecuadas para esto.

contorno verticales

colector vertical representa pozos con una profundidad de 50 a 200 m y más, en el que se omiten dispositivos especiales - sondas geotérmicas. La temperatura en esta zona se mantiene constante durante muchos años y décadas y crece a medida que aumenta la profundidad. El aumento se produce en promedio de 2 a 5 C por cada 100 m Este valor característico se denomina gradiente de temperatura.

El proceso de instalación de un colector vertical en nuestras instalaciones en el pueblo de Kryzhovka, cerca de Minsk:

Al estudiar mapas de distribución de temperatura a diferentes profundidades en el territorio de la República de Bielorrusia y la ciudad de Minsk en particular, uno puede notar que la temperatura varía de una región a otra y puede diferir significativamente según la ubicación. Entonces, por ejemplo, a una profundidad de 100 m cerca de la ciudad de Svetlogorsk, puede alcanzar los +13 C, y en algunas áreas de la región de Vitebsk a la misma profundidad no supera los +8,5 C.

Por supuesto, al calcular la profundidad de perforación y diseñar el tamaño, el diámetro y otras características de las sondas geotérmicas, se debe tener en cuenta este factor. Además, es necesario tener en cuenta la composición geológica de las rocas transitables. Solo en base a estos datos, es posible diseñar correctamente un circuito geotérmico.

Como muestran la práctica y las estadísticas de nuestra organización, el 99% de los problemas en la operación de HP están asociados con la operación del circuito externo, y este problema no aparece inmediatamente después de la puesta en marcha del equipo. Y hay una explicación para esto, ya que si el geocontorno se calcula incorrectamente (por ejemplo, en el territorio de la región de Vitebsk, donde, como recordamos, el gradiente geotérmico es uno de los más bajos de la República), su trabajo inicial es sin embargo, no es satisfactorio con el tiempo, el espesor de la tierra se "enfría", el equilibrio termodinámico se altera y comienzan los problemas, y el problema puede surgir solo en la segunda o tercera temporada de calefacción. Un contorno sobredimensionado parece menos problemático, pero el cliente se ve obligado a pagar metros de perforación innecesarios debido a la incompetencia del contratista, lo que inexorablemente conduce a un aumento en el costo de todo el proyecto.

El estudio de las entrañas de la tierra debe ser especialmente crítico en la construcción de grandes instalaciones comerciales, donde el número de pozos es de decenas, y el dinero ahorrado (o gastado) en su construcción puede ser muy significativo.

Bomba de calor "agua - agua"

Una de las variedades de fuente de calor geotérmica puede ser el agua subterránea. Tienen una temperatura constante (de +7 C y más) y se encuentran en cantidades significativas a varias profundidades en el territorio de la República de Bielorrusia. De acuerdo con la tecnología, el agua subterránea es levantada por una bomba centrífuga del pozo e ingresa a la estación de intercambio de calor y masa, donde transfiere energía al anticongelante del circuito inferior de la bomba de calor. La eficiencia de este sistema depende del nivel de las aguas subterráneas (dependiendo de la profundidad de elevación, se requiere una cierta potencia de bombeo), la distancia desde el pozo de toma hasta la estación de intercambio. Esta tecnología tiene una de las tasas de COP más altas, pero tiene una serie de características que limitan su aplicación.

Entre ellos:

• Falta de agua subterránea, o bajo nivel de su ocurrencia;
• Falta de caudal constante del pozo, descenso de los niveles estáticos y dinámicos;
• La necesidad de tener en cuenta la composición de la sal y la contaminación (si la calidad del agua no es la adecuada, el intercambiador de calor se obstruye, los indicadores de rendimiento disminuyen)
• La necesidad de un pozo de drenaje para la descarga de volúmenes significativos de aguas residuales (desde 2200 l / h y más)

Como muestra la práctica, la instalación de dichos sistemas es aconsejable si hay un embalse o río en las inmediaciones. Las aguas residuales también se pueden utilizar para fines domésticos e industriales, por ejemplo, para el riego o la organización de depósitos artificiales.

¿Qué se refiere a la calidad del agua de entrada, por ejemplo, un fabricante alemán de sistemas de calefacción alternativos? Stiebel Eltron recomienda los siguientes ajustes: la proporción total de hierro y magnesio no es superior a 0,5 mg/l, el contenido de cloruros es inferior a 300 mg/l, la ausencia de sustancias precipitadas. Si se superan estos parámetros, es necesario instalar un sistema de tratamiento adicional: una estación de preparación y desalinización, lo que aumenta el consumo de material del proyecto.

Perforación para bomba de calor.

Con base en la experiencia de instalación y operación de unidades geotérmicas, recomendamos perforar pozos de al menos 100m. La práctica muestra que los mejores indicadores de eficiencia y estabilidad de un motor térmico se observarán, por ejemplo, para dos pozos de 150 m cada uno, que para tres pozos de 100 m cada uno. Por supuesto, para la disposición de tales minas, se requieren equipos especiales y un método de perforación rotatoria. Las instalaciones de tornillo de tamaño pequeño no pueden proporcionar la longitud requerida de pozos.

Dado que el circuito geotérmico es el componente más importante, y la corrección de su disposición es la clave para el funcionamiento exitoso de todo el sistema, el contratista de perforación debe cumplir con una serie de criterios:

• debe tener experiencia en la producción de este tipo de servicio;
• tener una herramienta especial para sumergir sondas;
• dar garantía de inmersión de la sonda a la profundidad de diseño y garantizar su integridad y estanqueidad en el proceso de trabajo;
• después de la inmersión, tome medidas para tapar el pozo para aumentar su transferencia de calor y productividad, calafatee el pozo antes de rellenarlo.

En general, con un diseño adecuado y una instalación calificada, las sondas geotérmicas son muy confiables y pueden durar hasta 100 años.

El proceso de bajar una sonda geotérmica a un pozo perforado:

Sonda geotérmica en el marco, antes de realizar una prueba de fugas ("presurización" con presión):

conclusiones

Basándonos en nuestra experiencia en la construcción de sistemas de energía alternativa, podemos destacar los principales hechos que son fundamentales cuando nuestros Clientes eligen bombas de calor:

• completo seguridad y respeto al medio ambiente(sin procesos de combustión y partes móviles)
• Posibilidad de pedir el sistema “hoy” y disfrutar de su uso en tres semanas sin ninguna coordinación con las autoridades reguladoras y de concesión de licencias.
• Autonomía total y mantenimiento mínimo(no hace falta ser socio de una cooperativa de gas, depender de ella; no hace falta tirar leña ni hacer limpieza mensual de conductos de aire, organizar entrada de cisterna, etc.)
• El coste de un solar para la construcción de una vivienda individual sin suministro de gas es mucho menor y el plazo de entrega de la vivienda no depende de los servicios de gas
• Posibilidad control remoto a través de internet
• Equipo avanzado e innovador con un diseño elegante, que no se avergüenza de mostrar a amigos y conocidos, lo que sin duda enfatiza el estatus de propietario.

Si en este artículo no hemos planteado ninguna pregunta y desea hacerlas personalmente, puede venir a nuestra oficina en la dirección: Minsk, st. Odoevskogo, 117, LLC "Nova Gros" y consulte con nuestros ingenieros.

Además, tenemos la oportunidad de organizar una visita gratuita a instalaciones en funcionamiento ya implementadas.

Teléfono de contacto para comunicación: 044 765 29 58; 017 399 70 51

En términos simples, el principio de funcionamiento de una bomba de calor es similar al de un refrigerador doméstico: toma energía térmica de una fuente de calor y la transfiere al sistema de calefacción. La fuente de calor para la bomba puede ser suelo, roca, aire atmosférico, agua de varias fuentes (ríos, arroyos, cebadores, lagos).

Los tipos de bombas de calor se clasifican según la fuente de calor:

• aire-aire;
• agua-aire;
• agua agua;
• agua subterránea (agua subterránea);
• agua helada (raro).

Calefacción, aire acondicionado y agua caliente - todo esto puede ser proporcionado por una bomba de calor. Para garantizar todo esto, no necesita combustible. La electricidad utilizada para mantener el funcionamiento de la bomba es aproximadamente 1/4 del consumo de otros tipos de calefacción.

Componentes de un sistema de calefacción en una bomba de calor

Compresor- el corazón del sistema de calefacción en la bomba de calor. Concentra el calor de bajo grado disipado, aumentando su temperatura debido a la compresión, y lo transfiere al refrigerante del sistema. En este caso, la electricidad se gasta exclusivamente en la compresión y transferencia de energía térmica, y no en calentar el refrigerante: agua o aire. Según estimaciones medias, se gastan hasta 2,5 kW de electricidad por cada 10 kW de calor.

Tanque de almacenamiento de agua caliente(para sistemas inverter). El acumulador almacena agua que equilibra las cargas térmicas del sistema de calefacción y agua caliente.

refrigerante. El llamado fluido de trabajo, que está a baja presión y hierve a bajas temperaturas, es un absorbente de energía de bajo potencial de una fuente de calor. Este es el gas que circula en el sistema (freón, amoníaco).

Evaporador, que asegura la selección y transferencia de energía térmica a la bomba desde una fuente de baja temperatura.

Condensador, que transfiere calor del refrigerante al agua o al aire en el sistema.
Controlador de temperatura.

Bucle de tierra primario y secundario. Transferir calor de la fuente a la bomba y de la bomba al sistema de circulación de calefacción del hogar. El circuito primario consta de: evaporador, bomba, tuberías. El circuito secundario incluye: condensador, bomba, tubería.

Bomba de calor aire-agua 5-28 kW

Bomba de calor aire-agua para calefacción y suministro de agua caliente 12-20 kW

El principio de funcionamiento de una bomba de calor es la absorción y posterior liberación de energía térmica en el proceso de evaporación y condensación de un líquido, así como un cambio de presión y un posterior cambio de temperatura de condensación y evaporación.

Una bomba de calor cambia el movimiento del calor, hace que se mueva en la dirección opuesta. Es decir, el HP es el mismo hidráulico, bombeando líquidos de abajo hacia arriba, al contrario del movimiento natural de arriba hacia abajo.

El refrigerante se comprime en el compresor y se transfiere al condensador. La alta presión y la temperatura condensan el gas (el freón es el más común), el calor se transfiere al refrigerante del sistema. El proceso se repite cuando el refrigerante vuelve a pasar por el evaporador: la presión disminuye y comienza el proceso de ebullición a baja temperatura.

Dependiendo de la fuente de calor de bajo grado, cada tipo de bomba tiene sus propios matices.

Características de las bombas de calor en función de la fuente de calor.

La bomba de calor aire-agua depende de la temperatura del aire, que no debe caer por debajo de +5 °C por la borda, y el coeficiente de conversión de calor declarado COP 3,5-6 solo se puede obtener a 10 °C o más. Las bombas de este tipo se instalan en el sitio, en el lugar donde soplamos, y también se instalan en los techos. Lo mismo puede decirse de las bombas aire-aire.

Tipo de bomba de agua subterránea

Bomba de agua subterránea o una bomba de calor geotérmica extrae energía térmica del suelo. La tierra tiene una temperatura de 4°C a 12°C, siempre estable a una profundidad de 1,2 -1,5 m.

Es necesario colocar un colector horizontal en el sitio, el área depende de la temperatura del suelo y el tamaño del área calentada, no se puede plantar ni colocar nada sobre el sistema, excepto pasto. Hay una versión de un colector vertical con un pozo de hasta 150 m El refrigerante intermedio circula a través de tuberías tendidas en el suelo y se calienta hasta 4 ° C, enfriando el suelo. A su vez, el suelo debe compensar las pérdidas de calor, por lo que se necesitan cientos de metros de tubería para el funcionamiento eficaz de la HP.

Bomba de calor"agua agua"

Bomba de calor "agua-agua" Funciona en bajo grado de calor de ríos, arroyos, aguas residuales e imprimaciones. El agua es más intensiva en calor que el aire, pero hay algunos matices en el enfriamiento del agua subterránea: no se puede enfriar hasta el punto de congelación, el agua debe drenar libremente en el suelo.

Debe estar 100% seguro de que en un día podrá pasar libremente decenas de toneladas de agua a través de usted. Este problema a menudo se resuelve vertiendo agua fría en el depósito más cercano, con la única condición de que el depósito esté detrás de su cerca, de lo contrario, dicho calentamiento resultará en millones. Si hay diez metros hasta un depósito que fluye, entonces la calefacción con una bomba de calor de agua a agua será la más eficiente.

Bomba de calor "agua helada"

Bomba de calor "agua helada" un tipo bastante exótico de bombas que requiere la terminación de un intercambiador de calor: la bomba de aire a agua se convierte en agua fría y elimina el hielo.

Durante la temporada de calefacción, se acumulan alrededor de 250 toneladas de hielo, que se pueden almacenar (tal volumen de hielo puede llenar una piscina promedio). Este tipo de bomba de calor es buena para nuestros inviernos. 330 kJ/kg: esta es la cantidad de calor que libera el agua durante la congelación. A su vez, enfriar el agua 1°C genera 80 veces menos calor. La velocidad de calentamiento de 36 000 kJ/h se obtiene congelando 120 litros de agua. Este calor se puede utilizar para construir un sistema de calefacción con una bomba de calor de agua helada. Si bien hay muy poca información sobre este tipo de bombas, miraré.

Pros y contras de las bombas de calor

No quiero despotricar aquí sobre la energía "verde" y el respeto al medio ambiente, ya que el precio de todo el sistema resulta ser por las nubes y aquí lo último en lo que piensas es en la capa de ozono. Si reduce el costo del sistema de calefacción en una bomba de calor, las ventajas son:

1. Calefacción segura. Juzgo por mí mismo: cuando mi caldera de gas enciende el quemador con algodón, aparece una cana en mi cabeza cada 15 minutos. La bomba de calor no utiliza una llama abierta, combustible combustible. No hay existencias de leña y carbón.
   La eficiencia de una bomba de calor es de aproximadamente 400-500% (toma 1 kW de electricidad, gasta 5).
2. Calefacción "limpia" sin residuos de combustión, escape, olor.
3. Funcionamiento silencioso con el compresor adecuado.

Graso menos bombas de calor- el precio de todo el sistema en su conjunto y rara vez se encuentran las condiciones ideales para el funcionamiento eficiente de la bomba.

La recuperación de la inversión de un sistema de calefacción basado en una bomba de calor puede ser de 5 años, o tal vez de 35, y la segunda cifra, por desgracia, es más realista. Este es un sistema muy costoso en la etapa de implementación y requiere mucha mano de obra.

Quien le diga qué, ahora que los Kulibin están divorciados, solo un ingeniero térmico debe ocuparse de los cálculos para una bomba de calor, con una visita a las instalaciones.

La situación es tal que la forma más popular de calentar una casa en este momento es el uso de calderas de calefacción: gas, combustible sólido, diesel y, con mucha menos frecuencia, eléctrica. Pero sistemas tan simples y al mismo tiempo de alta tecnología como las bombas de calor no se han generalizado, y en vano. Para aquellos que aman y saben calcular todo por adelantado, sus ventajas son obvias. Las bombas de calor para calefacción no queman reservas insustituibles de recursos naturales, lo cual es extremadamente importante no solo desde el punto de vista de la protección del medio ambiente, sino que también le permite ahorrar energía, ya que se vuelven más caras cada año. Además, con la ayuda de bombas de calor, no solo puede calentar la habitación, sino también calentar el agua para las necesidades del hogar y climatizar la habitación en el calor del verano.

Cómo funciona una bomba de calor

Detengámonos un poco más en el principio de funcionamiento de una bomba de calor. Recuerda cómo funciona un refrigerador. El calor de los productos colocados en él se bombea y se arroja al radiador ubicado en la pared trasera. Es fácil verificar esto tocándolo. Aproximadamente el mismo principio se aplica a los acondicionadores de aire domésticos: bombean calor fuera de la habitación y lo arrojan a un radiador ubicado en la pared exterior del edificio.

El funcionamiento de la bomba de calor, el frigorífico y el aire acondicionado se basa en el ciclo de Carnot.

1. El refrigerante, que se mueve a lo largo de una fuente de calor a baja temperatura, por ejemplo, el suelo, se calienta varios grados.
2. Luego ingresa a un intercambiador de calor llamado evaporador. En el evaporador, el medio de transferencia de calor libera el calor acumulado al refrigerante. refrigerante Es un líquido especial que se convierte en vapor a baja temperatura.
3. Habiendo asumido la temperatura del refrigerante, el refrigerante calentado se convierte en vapor y entra al compresor. El compresor comprime el refrigerante, es decir, un aumento en su presión, debido a que su temperatura también aumenta.
4. El refrigerante comprimido caliente ingresa a otro intercambiador de calor llamado condensador. Aquí, el refrigerante cede su calor a otro refrigerante, que se proporciona en el sistema de calefacción de la casa (agua, anticongelante, aire). En este caso, el refrigerante se enfría y vuelve a convertirse en líquido.
5. Luego, el refrigerante ingresa al evaporador, donde es calentado por una nueva porción del refrigerante calentado, y el ciclo se repite.

La bomba de calor necesita electricidad para funcionar. Pero sigue siendo mucho más rentable que usar solo un calentador eléctrico. Ya que una caldera eléctrica o calentador eléctrico gasta exactamente la misma cantidad de electricidad que produce calor. Por ejemplo, si un calentador tiene una potencia de 2 kW, entonces consume 2 kW por hora y produce 2 kW de calor. Una bomba de calor produce 3-7 veces más calor de lo que consume electricidad. Por ejemplo, se utilizan 5,5 kWh para hacer funcionar el compresor y la bomba, y se obtienen 17 kWh de calor. Esta alta eficiencia es la principal ventaja de una bomba de calor.

Ventajas y desventajas del sistema de calefacción "bomba de calor".

Hay muchas leyendas y conceptos erróneos en torno a las bombas de calor, a pesar de que no se trata de un invento tan innovador y de alta tecnología. Con la ayuda de bombas de calor, todos los estados "cálidos" en los EE. UU., Casi toda Europa y Japón se calientan, donde la tecnología se ha desarrollado casi a la perfección y lo ha sido durante mucho tiempo. Por cierto, no piense que dicho equipo es una tecnología puramente extranjera y nos llegó recientemente. De hecho, incluso en la URSS, tales unidades se utilizaron en instalaciones experimentales. Un ejemplo de esto es el sanatorio Druzhba en la ciudad de Yalta. Además de la arquitectura futurista, que recuerda a una "cabaña sobre patas de pollo", este sanatorio también es famoso por el hecho de que desde los años 80 del siglo XX utiliza bombas de calor industriales para calefacción. La fuente de calor es el mar cercano, y la estación de bombeo en sí misma no solo calienta todas las instalaciones del sanatorio, sino que también proporciona agua caliente, calienta el agua de la piscina y la enfría durante un período caluroso. Entonces, intentemos disipar los mitos y determinemos si tiene sentido calentar una casa de esta manera.

Ventajas de los sistemas de calefacción con bomba de calor:

• Ahorros de energía. En relación con el aumento de los precios de la gasolina y el gasóleo, una ventaja muy relevante. En la columna "gastos mensuales" aparecerá solo la electricidad, que, como ya hemos escrito, necesita mucho menos que el calor real producido. Al comprar una unidad, debe prestar atención a un parámetro como el coeficiente de transformación de calor "ϕ" (también se le puede llamar coeficiente de conversión de calor, coeficiente de transformación de potencia o temperatura). Muestra la relación entre la cantidad de calor producido y la energía gastada. Por ejemplo, si ϕ=4, entonces a un caudal de 1 kW/h obtendremos 4 kW/h de energía térmica.
• Ahorro en mantenimiento. La bomba de calor no requiere ningún tratamiento especial. Los costes de mantenimiento son mínimos.
• Se puede instalar en cualquier área.. Las fuentes de calor a baja temperatura para el funcionamiento de una bomba de calor pueden ser el suelo, el agua o el aire. Donde sea que construyas una casa, incluso en terreno rocoso, siempre existe la oportunidad de encontrar "alimento" para la unidad. En un área alejada de la tubería de gas, este es uno de los sistemas de calefacción más óptimos. E incluso en regiones sin líneas eléctricas, puede instalar un motor de gasolina o diésel para alimentar el compresor.
• No es necesario monitorear el funcionamiento de la bomba, añadir combustible, como en el caso de una caldera de combustibles sólidos o gasóleo. Todo el sistema de calefacción con bomba de calor está automatizado.
• Puedes irte por mucho tiempo y no tengas miedo de que el sistema se congele. Al mismo tiempo, puede ahorrar dinero instalando la bomba para proporcionar una temperatura de +10 ° C en la sala de estar.
• Seguridad para el medio ambiente. A modo de comparación, cuando se utilizan calderas tradicionales que queman combustible, siempre se forman varios óxidos de CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, como resultado, los ácidos fosfórico, nitroso, sulfúrico y los compuestos benzoicos se depositan en el suelo alrededor de la casa. No se tira nada durante el funcionamiento de la bomba de calor. Y los refrigerantes utilizados en el sistema son absolutamente seguros.
• También se puede señalar aquí preservación de los recursos naturales insustituibles del planeta.
• Seguridad para las personas y los bienes. Nada en una bomba de calor se calienta lo suficiente como para causar un sobrecalentamiento o una explosión. Además, simplemente no hay nada que explotar en él. Por lo tanto, se puede atribuir a unidades completamente ignífugas.
• Las bombas de calor funcionan con éxito incluso a una temperatura ambiente de -15 °C. Entonces, si a alguien le parece que un sistema de este tipo solo puede calentar una casa en regiones con inviernos cálidos de hasta +5 ° C, entonces está equivocado.
• Reversibilidad de la bomba de calor. Una ventaja indiscutible es la versatilidad de la instalación, con la que se puede tanto calentar en invierno como refrescar en verano. En los días de calor, la bomba de calor toma el calor de la habitación y lo envía al suelo para su almacenamiento, desde donde lo volverá a tomar en invierno. Tenga en cuenta que no todas las bombas de calor tienen capacidad inversa, sino solo algunos modelos.
• Durabilidad. Con el cuidado adecuado, las bombas de calor del sistema de calefacción viven de 25 a 50 años sin reparaciones mayores, y solo una vez cada 15 a 20 años será necesario reemplazar el compresor.

Desventajas de los sistemas de calefacción con bomba de calor:

• Gran inversión inicial. Además del hecho de que los precios de las bombas de calor para calefacción son bastante altos (de 3000 a 10 000 USD), también necesitará gastar no menos en equipar un sistema geotérmico que en la bomba misma. Una excepción es la bomba de calor de fuente de aire, que no requiere trabajo adicional. La bomba de calor no se amortizará pronto (en 5 a 10 años). Entonces, la respuesta a la pregunta de si usar o no una bomba de calor para calentar depende más bien de las preferencias del propietario, su capacidad financiera y las condiciones de construcción. Por ejemplo, en una región donde el suministro de una red de gas y su conexión cuestan lo mismo que una bomba de calor, tiene sentido dar preferencia a esta última.

• En regiones donde la temperatura cae por debajo de -15 °C en invierno, necesita usar una fuente de calor adicional. Se llama sistema de calefacción bivalente, en los que la bomba de calor proporciona calor mientras en el exterior baja a -20ºC, y cuando no da abasto, por ejemplo, se conecta un calentador eléctrico o una caldera de gas, o un generador de calor.

• Es más conveniente utilizar una bomba de calor en sistemas con refrigerante a baja temperatura., como sistema de calefacción por suelo radiante(+35 °С) y fancoils(+35 - +45 °С). Fancoils son convectores de ventilador en los que el calor/frío se transfiere del agua al aire. Para equipar un sistema de este tipo en una casa antigua, se requerirá una remodelación y reestructuración completa, lo que implicará costos adicionales. Al construir una nueva casa, esto no es una desventaja.
• Respeto al medio ambiente de las bombas de calor que toman calor del agua y del suelo, algo relativo. El hecho es que en el proceso de operación, el espacio alrededor de las tuberías con el refrigerante se enfría y esto altera el ecosistema establecido. De hecho, incluso en las profundidades del suelo, viven microorganismos anaerobios que aseguran la actividad vital de sistemas más complejos. Por otro lado, en comparación con la producción de gas o petróleo, el daño de una bomba de calor es mínimo.

Fuentes de calor para el funcionamiento de la bomba de calor

Las bombas de calor toman el calor de aquellas fuentes naturales que acumulan la radiación solar durante el período cálido. Las bombas de calor también difieren según la fuente de calor.

Cebado

El suelo es la fuente más estable de calor que se acumula durante la temporada. A una profundidad de 5 a 7 m, la temperatura del suelo es casi siempre constante e igual a aproximadamente +5 a +8 °С, ya una profundidad de 10 m, siempre constante a +10 °С. Hay dos formas de recoger el calor del suelo.

Colector de suelo horizontal Es un tubo tendido horizontalmente a través del cual circula el refrigerante. La profundidad del colector horizontal se calcula individualmente según las condiciones, a veces es de 1,5 a 1,7 m, la profundidad de congelación del suelo, a veces más baja, de 2 a 3 m para garantizar una mayor estabilidad de la temperatura y una menor diferencia, y a veces solo de 1 a 1,2 m - aquí el suelo comienza a calentarse más rápido en la primavera. Hay casos en que se equipa un colector horizontal de dos capas.

Los tubos colectores horizontales pueden tener diferentes diámetros de 25 mm, 32 mm y 40 mm. La forma de su diseño también puede ser diferente: serpiente, bucle, zigzag, varias espirales. La distancia entre las tuberías en la serpiente debe ser de al menos 0,6 m, y generalmente es de 0,8 a 1 m.

Eliminación de calor específico de cada metro lineal de la tubería depende de la estructura del suelo:

• Arena seca - 10 W/m;
• Arcilla seca - 20 W/m;
• La arcilla es más húmeda - 25 W/m;
• Arcilla con muy alto contenido de agua - 35 W/m.

Para calentar una casa con un área de 100 m2, siempre que el suelo sea arcilloso húmedo, necesitará 400 m2 de área para el colector. Esto es bastante - 4 - 5 acres. Y teniendo en cuenta el hecho de que no debe haber edificios en este sitio y solo se permiten césped y macizos de flores con flores anuales, no todos pueden permitirse equipar un colector horizontal.

Un líquido especial fluye a través de las tuberías del colector, también se le llama "salmuera" o anticongelante por ejemplo, solución al 30% de etilenglicol o propilenglicol. La "salmuera" recoge el calor del suelo y va a la bomba de calor, donde lo transfiere al refrigerante. La "salmuera" enfriada fluye nuevamente hacia el colector de suelo.

Sonda de tierra vertical es un sistema de tuberías enterradas de 50 a 150 m, puede ser una sola tubería en forma de U, bajada a una gran profundidad de 80 a 100 m y rellena de hormigón. O tal vez un sistema de tuberías en forma de U rebajadas 20 m para recolectar energía de un área más grande. Perforar a una profundidad de 100 a 150 m no solo es costoso, sino que también requiere un permiso especial, razón por la cual a menudo van al truco y equipan varias sondas de poca profundidad. La distancia entre tales sondas es de 5 a 7 m.

Eliminación de calor específico de un colector vertical también depende de la raza:

• Rocas sedimentarias secas - 20 W/m;
• Rocas sedimentarias saturadas de agua y suelo pedregoso - 50 W/m;
• Suelo pedregoso con alto coeficiente de conductividad térmica - 70 W/m;
• Agua subterránea (subterránea) - 80 W/m.

El área para un colector vertical es muy pequeña, pero el costo de su disposición es más alto que el de un colector horizontal. La ventaja del colector vertical es también una temperatura más estable y una mayor eliminación de calor.

Agua

Hay muchas formas de utilizar el agua como fuente de calor.

Colector en el fondo de un depósito abierto que no se congela- ríos, lagos, mares - es una tubería con una "salmuera", sumergida con la ayuda de una carga. Debido a la alta temperatura del refrigerante, este método es el más rentable y económico. Solo aquellos de los que el depósito se encuentra a no más de 50 m pueden equipar el colector de agua, de lo contrario se pierde la eficiencia de la instalación. Como comprenderá, no todos tienen tales condiciones. Pero no usar bombas de calor para los residentes de la costa es simplemente miope y estúpido.

Colector en drenajes de alcantarillado o las aguas residuales después de las instalaciones técnicas se pueden utilizar para calentar casas e incluso edificios de gran altura y empresas industriales dentro de la ciudad, así como para preparar agua caliente. Lo que se está haciendo con éxito en algunas ciudades de nuestro país.

Agua de pozo o subterránea se utilizan con menos frecuencia que otros colectores. Dicho sistema implica la construcción de dos pozos, el agua se toma de uno, que transfiere su calor al refrigerante en la bomba de calor, y el agua enfriada se descarga en el segundo. En lugar de un pozo, puede haber un pozo de filtración. En cualquier caso, el pozo de descarga debe ubicarse a una distancia de 15 a 20 m del primero, e incluso río abajo (el agua subterránea también tiene su propio curso). Este sistema es bastante difícil de operar, ya que se debe controlar la calidad del agua entrante: se debe filtrar y las partes de la bomba de calor (evaporador) se deben proteger contra la corrosión y la contaminación.

Aire

El diseño más simple es sistema de calefacción con bomba de calor de fuente de aire. No se necesita un colector adicional. El aire del ambiente ingresa directamente al evaporador, donde transfiere su calor al refrigerante, que a su vez transfiere calor al portador de calor dentro de la casa. Puede ser aire para unidades fancoil o agua para calefacción por suelo radiante y un radiador.

El coste de instalación de una bomba de calor aerotérmica es mínimo, pero el rendimiento de la instalación depende mucho de la temperatura del aire. En regiones con inviernos cálidos (hasta +5 - 0 °C), esta es una de las fuentes de calor más económicas. Pero si la temperatura del aire desciende por debajo de los -15 °C, el rendimiento baja tanto que no tiene sentido utilizar una bomba, pero es más rentable encender un calentador o termo eléctrico convencional.

Las revisiones de las bombas de calor de fuente de aire para calefacción son muy contradictorias. Todo depende de la región de su uso. Es ventajoso usarlos en regiones con inviernos cálidos, por ejemplo, en Sochi, donde ni siquiera se necesita una fuente de calor de respaldo en caso de heladas severas. También es posible instalar bombas de calor de fuente de aire en regiones donde el aire es relativamente seco y la temperatura en invierno es de hasta -15 °C. Pero en un clima húmedo y frío, tales instalaciones sufren formación de hielo y congelación. Los carámbanos que se adhieren al ventilador impiden que todo el sistema funcione con normalidad.

Calefacción con bomba de calor: costo del sistema y costos operativos

La potencia de la bomba de calor se selecciona en función de las funciones que se le vayan a asignar. Si solo se calienta, los cálculos se pueden hacer en una calculadora especial que tiene en cuenta la pérdida de calor del edificio. Por cierto, el mejor rendimiento de una bomba de calor con pérdidas de calor del edificio no supera los 80 - 100 W/m2. Para simplificar, supondremos que para calentar una casa de 100 m2 con techos de 3 m de altura y pérdidas de calor de 60 W/m2, se necesita una bomba de 10 kW. Para calentar agua, deberá tomar una unidad con una reserva de energía: 12 o 16 kW.

costo de la bomba de calor depende no solo de la potencia, sino también de la confiabilidad y las solicitudes del fabricante. Por ejemplo, una unidad de fabricación rusa con una capacidad de 16 kW costará 7000 USD, y una bomba extranjera RFM 17 con una capacidad de 17 kW cuesta alrededor de 13 200 USD. con todo el equipo asociado, excepto el colector.

La siguiente línea de gastos será disposición del colector. También depende de la potencia de la instalación. Por ejemplo, para una casa de 100 m2, en la que se instale en todas partes calefacción por suelo radiante (100 m2) o radiadores de calefacción de 80 m2, así como para calentar agua a +40 °C con un volumen de 150 l/h, será ser necesario perforar pozos para colectores. Tal colector vertical costará $ 13,000.

El colector en el fondo del depósito costará un poco menos. En las mismas condiciones, costará 11.000 USD. Pero es mejor consultar el costo de instalar un sistema geotérmico con empresas especializadas, puede variar mucho. Por ejemplo, la disposición de un colector horizontal para una bomba con una potencia de 17 kW costará solo 2500 USD. Y para una bomba de calor de fuente de aire, no se necesita un colector en absoluto.

En total, el coste de la bomba de calor es de 8000 u.m. en promedio, la disposición del colector es de 6000 u.m. promedio.

El costo mensual de calefacción con bomba de calor incluye solo costos de electricidad. Puede calcularlos así: el consumo de energía debe indicarse en la bomba. Por ejemplo, para la bomba de 17 kW mencionada anteriormente, el consumo de energía es de 5,5 kW/h. En total, el sistema de calefacción funciona 225 días al año, es decir, 5400 horas. Dado que la bomba de calor y el compresor en ella funcionan cíclicamente, el consumo de energía debe reducirse a la mitad. Durante la temporada de calefacción se gastarán 5400 h * 5,5 kW/h/2 = 14850 kW.

Multiplicamos la cantidad de kWh gastados por el costo del proveedor de energía en su región. Por ejemplo, 0,05 u.m. por 1kWh. Total para el año se gastará 742,5 USD. Por cada mes en que la bomba de calor funcionó para calefacción, 100 u.m. costos de electricidad Si divide los costos por 12 meses, obtiene 60 USD por mes.

Tenga en cuenta que cuanto menor sea el consumo de energía de la bomba de calor, menores serán los costos mensuales. Por ejemplo, hay bombas de 17 kW, que consumen solo 10.000 kW al año (gastos de 500 USD). También es importante que el rendimiento de la bomba de calor sea mayor cuanto menor sea la diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el refrigerante en el sistema de calefacción. Por eso dicen que es más rentable instalar suelo radiante y fancoils. Aunque también se pueden instalar radiadores de calefacción estándar con refrigerante de alta temperatura (+65 - +95 ° С), pero con un acumulador de calor adicional, por ejemplo, una caldera de calefacción indirecta. También se utiliza una caldera para recalentar agua en el ACS.

Las bombas de calor son beneficiosas cuando se usan en sistemas bivalentes. Además de la bomba, puede instalar un colector solar, que puede proporcionar electricidad a la bomba por completo en el verano, cuando funciona para enfriar. Para el seguro de invierno, puede agregar un generador de calor que calentará el agua para el suministro de agua caliente y los radiadores de alta temperatura.

Una bomba de calor es un dispositivo que calienta el agua en los sistemas de calefacción y suministro de agua caliente mediante la compresión de freón, inicialmente calentado desde una fuente de calor de bajo grado, por un compresor de hasta 28 bar. Ser sometido a refrigerante gaseoso a alta presión con una temperatura inicial de 5-10 °C; desprende mucho calor. Eso le permite calentar el refrigerante del sistema de consumo a 50-60 ° C, sin el uso de combustibles tradicionales. Por lo tanto, se considera que la bomba de calor proporciona al usuario el calor más económico.

Para obtener más información sobre las ventajas y desventajas, vea el video:

Dicho equipo ha estado en funcionamiento durante más de 40 años en Suecia, Dinamarca, Finlandia y otros países que apoyan el desarrollo de energías alternativas a nivel estatal. No tan activas, pero con más confianza cada año, las bombas de calor ingresan al mercado ruso.

Propósito del artículo: Haga una descripción general de los modelos populares de bombas de calor. La información será de utilidad para quienes busquen ahorrar lo máximo posible en la calefacción y el suministro de agua caliente de su propia vivienda.

La bomba de calor calienta la casa con la energía gratuita de la naturaleza

En teoría, la extracción de calor es posible del aire, el suelo, las aguas subterráneas, las aguas residuales (incluso de un tanque séptico y una estación de bombeo de aguas residuales), depósitos abiertos. En la práctica, para la mayoría de los casos, se ha demostrado la conveniencia de utilizar equipos que toman energía térmica del aire y del suelo.

Las opciones con extracción de calor de un tanque séptico o estación de bombeo de alcantarillado (SPS) son las más tentadoras. Al conducir un refrigerante de 15 a 20 °C a través del HP, se puede obtener al menos 70 °C en la salida. Pero esta opción solo es aceptable para un sistema de suministro de agua caliente. El circuito de calefacción reduce la temperatura en la fuente "tentadora". Lo que conduce a una serie de consecuencias desagradables. Por ejemplo, congelación de desagües; y si el circuito de intercambio de calor de la bomba de calor está ubicado en las paredes del sumidero, entonces el tanque séptico mismo.

Los HP más populares para las necesidades de CO y ACS son los dispositivos geotérmicos (utilizando el calor de la tierra). Se distinguen por el mejor desempeño en climas cálidos y fríos, en suelos arenosos y arcillosos con diferentes niveles de agua subterránea. Porque la temperatura del suelo por debajo de la profundidad de congelación casi no cambia durante todo el año.

Cómo funciona una bomba de calor

El portador de calor se calienta desde una fuente de calor de bajo grado (5…10 °C). La bomba comprime el refrigerante, cuya temperatura aumenta al mismo tiempo (50 ... 60 ° C) y calienta el refrigerante del sistema de calefacción o suministro de agua caliente.

Durante el funcionamiento de la HP intervienen tres circuitos térmicos:

• exterior (sistema con portador de calor y bomba de circulación);
• intermedio (intercambiador de calor, compresor, condensador, evaporador, válvula de mariposa);
• circuito de consumo (bomba de circulación, calefacción por suelo radiante, radiadores; para suministro de agua caliente: un tanque, puntos de extracción).

El proceso en sí se ve así:

Circuito de recuperación de calor

1. El suelo calienta la solución salina.
2. La bomba de circulación eleva la salmuera al intercambiador de calor.
3. La solución se enfría con un refrigerante (freón) y se devuelve al suelo.

intercambiador de calor

1. El freón líquido, al evaporarse, toma energía térmica de la salmuera.
2. El compresor comprime el refrigerante, su temperatura aumenta bruscamente.
3. En el condensador, el freón a través del evaporador cede energía al refrigerante del circuito de calefacción y vuelve a ser líquido.
4. El refrigerante enfriado pasa a través de la válvula de mariposa al primer intercambiador de calor.

Circuito de calefacción

1. El refrigerante calentado del sistema de calefacción es aspirado por la bomba de circulación a los elementos disipadores.
2. Da energía térmica a la masa de aire de la habitación.
3. El refrigerante enfriado regresa a través de la tubería de retorno al intercambiador de calor intermedio.

Video que detalla el proceso:

¿Qué es más barato para la calefacción: electricidad, gas o bomba de calor?

Aquí están los costos para conectar cada tipo de calefacción. Para presentar el cuadro general, tomemos la región de Moscú. En las regiones, los precios pueden diferir, pero la relación de precios seguirá siendo la misma. En los cálculos, asumimos que el sitio está "desnudo", sin gas ni electricidad.

Costos de conexión

Bomba de calor. Colocación de un contorno horizontal a precios de MO: 10,000 rublos por cambio de una excavadora con un cucharón cúbico (selecciona hasta 1,000 m³ de suelo en 8 horas). Un sistema para una casa de 100 m² se entierra en 2 días (esto es cierto para la marga, donde se pueden extraer hasta 30 W de energía térmica de 1 m del circuito). Se requerirán alrededor de 5,000 rublos para preparar el circuito para el trabajo. Como resultado, la opción horizontal para colocar el circuito primario tendrá un costo de 25.000.

El pozo será más costoso (1,000 rublos por metro lineal, teniendo en cuenta la instalación de sondas, conduciéndolas a una línea, llenando con refrigerante y prueba de presión), pero mucho más rentable para la operación futura. Con un área ocupada más pequeña del sitio, el rendimiento aumenta (para un pozo de 50 m, al menos 50 W por metro). Las necesidades de la bomba están cubiertas, aparece un potencial adicional. Por tanto, todo el sistema no funcionará por desgaste, sino con cierta reserva de marcha. Coloque 350 metros del contorno en pozos verticales: 350,000 rublos.

Caldera de gas. En la Región de Moscú, para la conexión a la red de gas, el trabajo en el sitio y la instalación de la caldera, Mosoblgaz solicita 260,000 rublos.

Caldera eléctrica. Conectar una red trifásica costará 10,000 rublos: 550 - a las redes eléctricas locales, el resto - a la centralita, medidor y otros contenidos.

Consumo

Para operar un HP con una potencia térmica de 9 kW, se requieren 2,7 kW / h de electricidad: 9 rublos. 53 coronas. en hora,

El calor específico durante la combustión de 1 m³ de gas es el mismo 9 kW. El gas doméstico para la región de Moscú se establece en 5 rublos. 14 coronas por cubo

La caldera eléctrica consume 9 kWh = 31 rublos. 77 coronas. en hora La diferencia con TN es casi 3,5 veces.

Explotación

• Si se suministra gas, la opción más rentable para la calefacción es una caldera de gas. El equipo (9 kW) cuesta al menos 26.000 rublos, el pago mensual de gas (por 12 horas / día) será de 1.850 rublos.
• El equipo eléctrico potente es más rentable en términos de organizar una red trifásica y adquirir el equipo en sí (calderas, desde 10,000 rublos). Una casa cálida costará 11,437 rublos por mes.
• Teniendo en cuenta la inversión inicial en calefacción alternativa (equipo 275 000 e instalación de un circuito horizontal 25 000), una bomba de calor que consume electricidad a 3430 rublos / mes se amortizará no antes de 3 años.

Comparando todas las opciones de calefacción, siempre que el sistema se cree "desde cero", se vuelve obvio: el gas no será mucho más rentable que una bomba de calor geotérmica, y la calefacción con electricidad en una perspectiva de 3 años perderá irremediablemente frente a ambos. opciones

Los cálculos detallados a favor del funcionamiento de la bomba de calor se pueden encontrar viendo el video del fabricante:

En este video se cubren algunas adiciones y experiencias de operación efectiva:

Características principales

Al elegir equipos de toda la variedad de características, preste atención a las siguientes características.

Cuadro resumen de modelos

En el artículo, examinamos los modelos más populares, identificamos sus fortalezas y debilidades. La lista de modelos se puede encontrar en la siguiente tabla:

Bombas de calor para calentar espacios pequeños o para agua caliente sanitaria

Propósito: calefacción económica de locales residenciales y auxiliares, mantenimiento del sistema de suministro de agua caliente. Los de menor consumo (hasta 2 kW) son los modelos monofásicos. Para protegerse contra sobretensiones, necesitan un estabilizador. La confiabilidad de las trifásicas se explica por las peculiaridades de la red (la carga se distribuye uniformemente) y la presencia de sus propios circuitos de protección que evitan daños al dispositivo durante sobretensiones. Los equipos de esta categoría no siempre hacen frente al mantenimiento simultáneo del sistema de calefacción y el circuito de agua caliente.

1. Huch EnTEC VARIO China S2-E (Alemania) - desde 184.493 rublos.

Huch EnTEC VARIO no funciona de forma independiente. Solo en combinación con el acumulador del sistema de suministro de agua caliente. HP calienta el agua para necesidades sanitarias, enfriando el aire de la habitación.

Entre las ventajas se encuentran el bajo consumo de energía del dispositivo, una temperatura aceptable del agua en el circuito de ACS y la función de limpieza del sistema (mediante calentamiento periódico a corto plazo hasta 60 ° C) de bacterias patógenas que se desarrollan en un ambiente húmedo.

Las desventajas son que las juntas, bridas y manguitos deben comprarse por separado. Asegúrese de original, de lo contrario habrá goteos.

Al calcular, debe recordarse que el dispositivo bombea 500 m³ de aire por hora, por lo que el área mínima de la habitación en la que se instala el Huch EnTEC VARIO debe ser de al menos 20 m², con una altura de techo de 3 metros o más.

2. NIBE F1155-6 EXP (Suecia) - desde 355,161 rublos.

El modelo se declara como equipo "inteligente", con ajuste automático a las necesidades de la instalación. Se ha introducido un circuito de suministro de energía del inversor para el compresor; ahora es posible ajustar la potencia de salida.

La presencia de esta función con un número reducido de consumidores (puntos de agua, radiadores de calefacción) hace que la calefacción de una casa pequeña sea más rentable que en el caso de una HP convencional no inverter (que no tiene un compresor de arranque suave y la salida la potencia no está regulada). Porque en NIBE, a valores bajos de potencia, los elementos calefactores rara vez se encienden y el consumo máximo de la propia bomba de calor no supera los 2 kW.

En las condiciones de un objeto pequeño, el ruido (47 dB) no es aceptable. La mejor opción de instalación es una habitación separada. El arnés debe colocarse en las paredes no adyacentes a los baños.

3. Fujitsu WSYA100DD6 (Japón) - desde 524 640 rublos.

"Out of the box" funciona solo para calefacción en un circuito. Opcionalmente se ofrece un kit para la conexión del segundo circuito, con posibilidad de ajustes independientes para cada uno. Pero la bomba de calor en sí está diseñada para un sistema de calefacción de habitaciones de hasta 100 m², con una altura de techo de no más de 3 metros.

La lista de ventajas incluye pequeñas dimensiones, funcionamiento desde una fuente de alimentación doméstica, control de temperatura de salida de 8 ...

Pero todo fue tachado por poca potencia. En nuestro clima, calentando los 100 m² declarados, el dispositivo funcionará por desgaste. Esto se confirma por las frecuentes transiciones del dispositivo al modo de "emergencia", con la bomba apagada y errores en la pantalla. El caso no está garantizado. Solucionado reiniciando el hardware.

Los "accidentes" afectan el consumo de electricidad. Porque cuando el compresor se detiene, el elemento calefactor entra en funcionamiento. Por lo tanto, la conexión conjunta de los circuitos de calefacción por suelo radiante (o agua caliente) y CO está permitida en un objeto con un área de no más de 70 m².

Equipos para sistemas de calefacción de cabañas típicas para residencia permanente.

Aquí hay dispositivos geotérmicos, de aire y de agua (que extraen energía térmica de las aguas subterráneas). La potencia de salida declarada (al menos 8 kW) es suficiente para proporcionar calor a todos los sistemas de consumo de casas de campo (y residencia permanente). Muchas bombas de calor de esta categoría tienen un modo de refrigeración. Los circuitos de potencia del inversor introducidos son responsables del arranque suave del compresor, debido a su buen funcionamiento, el delta (diferencia de temperatura) del refrigerante disminuye. Se mantiene el modo óptimo de funcionamiento del circuito (sin sobrecalentamiento y enfriamiento innecesarios). Eso permite reducir el consumo de electricidad en todos los modos de funcionamiento de la HP. El mayor efecto económico está en los dispositivos aire-aire.

4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Alemania) - desde 408,219 rublos.

El uso de agua de pozo como refrigerante principal (solo VWW) hizo posible simplificar el diseño y reducir el precio de HP sin pérdida de rendimiento.

El dispositivo se caracteriza por un bajo consumo de energía en el modo principal de operación y un bajo nivel de ruido.

Minus Vaillant: exigente en agua (casos conocidos de daños en la línea de suministro y el intercambiador de calor por compuestos de hierro y manganeso); se debe evitar trabajar con aguas salinas. La situación no está garantizada, pero si la instalación fue realizada por los especialistas del centro de servicio, es decir, a quien hacer reclamos.

Se requiere una habitación seca y libre de heladas con un volumen de al menos 6,1 m³ (2,44 m² con un techo de 2,5 m). La formación de gotas debajo de la bomba no es un defecto (el condensado puede drenar de las superficies de los circuitos aislados).

5. LG Therma V AH-W096A0 (Corea) - desde 275 000 rublos.

Bomba de calor aire-agua. El dispositivo consta de 2 módulos: el exterior toma energía térmica de las masas de aire, el interior la transforma y la transfiere al sistema de calefacción.

La principal ventaja es la versatilidad. Se puede configurar tanto para calentar como para enfriar el objeto.

La desventaja de esta serie LG Therma es que su potencial (y el de toda la línea) no es suficiente para las necesidades de una casa de campo con una superficie de más de 200 m².

Un punto importante: los bloques de trabajo de un sistema de dos componentes no pueden estar espaciados más de 50 m en el plano horizontal y 30 m en vertical.

6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Alemania) - desde 323 300 rublos.

El modelo WPF 10MS es la más potente de las bombas de calor STIEBEL ELTRON.

Entre las ventajas se encuentran un modo de calentamiento ajustable automáticamente y la capacidad de conectar 6 dispositivos en una cascada (esto es una conexión en paralelo o en serie de dispositivos para aumentar el flujo, la presión u organizar una reserva de emergencia) sistema con una potencia de hasta 60 kilovatios.

La desventaja es que la organización de una red eléctrica potente, para la conexión simultánea de 6 de estos dispositivos, solo es posible con el permiso de la división local de Rostekhnadzor.

Hay una característica en la configuración de los modos: después de realizar los ajustes necesarios en el programa, debe esperar hasta que se apague la lámpara de control. De lo contrario, después de cerrar la tapa, el sistema volverá a la configuración original.

7. Daikin EGSQH10S18A9W (Japón) - desde 1.607.830 rublos.

Un potente dispositivo para el suministro simultáneo de calor de CO, ACS y suelo radiante a un edificio residencial con una superficie de hasta 130 m².

Modos programables y controlados por el usuario; dentro de los parámetros especificados, todos los circuitos atendidos están controlados; hay un acumulador incorporado (para las necesidades de agua caliente sanitaria) de 180 litros y calentadores auxiliares.

Entre las deficiencias se encuentra un potencial impresionante que no será aprovechado en su totalidad en una casa de 130 m²; el precio, por lo que el plazo de amortización se alarga por tiempo indefinido; adaptación automática a las condiciones climáticas externas no implementadas en la configuración básica. Los termistores (resistencias térmicas) del entorno son opcionales. Es decir, cuando cambia la temperatura externa, se propone configurar el modo de funcionamiento manualmente.

Equipos para objetos con alto consumo de calor

Para satisfacer completamente las necesidades de calefacción de edificios residenciales y comerciales con una superficie de más de 200 m². Control remoto, operación en cascada, interacción con recuperadores y sistemas solares: amplíe las capacidades del usuario para crear una temperatura agradable.

8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Alemania) - desde 708 521 rublos.

La modificación DS 5027.5 Ai es la más potente de la línea EcoTouch. Calienta de forma estable el portador de calor del circuito de calefacción y proporciona energía térmica al sistema de ACS en habitaciones de hasta 280 m².

Compresor Scroll (el más productivo de los existentes); ajustar el caudal del refrigerante le permite obtener temperaturas de salida estables; pantalla a color; menú rusificado; apariencia ordenada y bajo nivel de ruido. Cada detalle para un manejo cómodo.

Con el uso activo de los puntos de agua, los elementos de calefacción se encienden, por lo que el consumo de energía aumenta en 6 kW / h.

9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Suecia) - desde 1.180.453 rublos.

Equipo suficientemente potente para proporcionar energía térmica al sistema de suministro de agua caliente y circuitos de calefacción de una casa de campo de varios niveles con residencia permanente.

En lugar de un calentador adicional para agua caliente sanitaria, aquí se utiliza el flujo de agua caliente del suministro del circuito de calefacción. Pasando agua ya caliente a través del atemperador, la bomba de calor calienta el agua en el intercambiador de calor de ACS adicional hasta 90 °C. Se mantiene una temperatura estable en el depósito de CO y ACS mediante el ajuste automático de la velocidad de las bombas de circulación. Apto para conexión en cascada (hasta 8 TH).

No hay elementos de calefacción para el circuito de calefacción. Se toman recursos adicionales de cualquier caldera combinada: la unidad de control tomará tanto calor como sea necesario en un caso particular.

Al calcular el lugar para instalar una bomba de calor, es necesario dejar un espacio de 300 mm entre la pared y la superficie posterior del dispositivo (para facilitar el control y el mantenimiento de las comunicaciones).

10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Alemania) - desde 630,125 rublos.

El refrigerante principal es el agua subterránea. De ahí la temperatura constante en el primer intercambiador de calor y el coeficiente COP más alto.

Entre las ventajas se encuentra un calentador eléctrico auxiliar de baja potencia en el circuito primario y un controlador propietario (esencialmente un control remoto inalámbrico) para el control remoto.

Menos: la operabilidad de la bomba de circulación, el estado de la línea principal y el intercambiador de calor del circuito primario dependen de la calidad del agua subterránea destilada. Se requiere filtrado.

El análisis de aguas subterráneas ayudará a eliminar la apariencia de problemas difíciles de resolver con equipos costosos. Lo cual debe hacerse antes de comprar una bomba de calor agua-agua.

Selección del editor

Muchos años de experiencia en la producción y operación de bombas de calor en el norte de Europa han permitido a nuestros compatriotas reducir la búsqueda de la forma más rentable de calentar su hogar. Existen opciones reales para cualquier petición.

¿Necesita proporcionar calor para un circuito de ACS o un sistema de calefacción para un edificio residencial de hasta 80 - 100 m²? Considere el potencial NIBE F1155- su relleno "inteligente" ahorra sin comprometer el suministro de calor.

Se garantizará una temperatura estable en los circuitos de calefacción por suelo radiante, CO, suministro de agua caliente de una casa de campo de 130 m²; aquí se trata de un intercambiador de calor de agua caliente (180 litros).

Produce un flujo de calor constante simultáneamente para todos los consumidores. La posibilidad de crear una cascada de 8 HP le permite proporcionar calor a un objeto con una superficie de al menos 3.000 m².

El Comité Mundial de la Energía ha realizado una previsión sobre el uso de fuentes de calor para calentar edificios para 2020. Establece que en los países desarrollados, el 75% de los hogares recibirán agua caliente y serán calentados por la energía geotérmica de nuestro planeta.

Hasta la fecha, el 40 % de todas las viviendas nuevas en Suiza están equipadas con bombas de calor, y en Suecia esta cifra se ha incrementado hasta el 90 %. Rusia y los países de la CEI están introduciendo menos una bomba de calor para calentar el hogar, aunque los primeros entusiastas ya están utilizando este método, transmitiendo su experiencia a los seguidores.

Principios de trabajo

Para calentar el edificio, se utiliza la transferencia de energía desde una fuente de bajo potencial (temperatura) por un portador de calor a un consumidor. El proceso tecnológico utiliza la ley de la termodinámica, que asegura la igualación de las energías térmicas de dos sistemas con diferentes temperaturas: transfiriendo la potencia de una fuente caliente a un consumidor frío.

Al utilizar el calor del ambiente, se incrementa su potencial de temperatura para calefacción y suministro de agua caliente.

La fuente de calor regenerativo puede ser:

• la superficie de la tierra o su volumen;
• ambiente acuático (lago, río);
• masas de aire.

Más populares son los modelos que toman energía de la tierra, cuya superficie es calentada por los rayos del sol y la energía del núcleo externo e interno del planeta. Están marcados:

1. la mejor combinación de cualidades de consumo;
2. eficiencia;
3. precio.

Circuitos de transferencia de calor

Durante el funcionamiento de una bomba de calor (HP), se utilizan tres circuitos cerrados, a través de los cuales circulan varios líquidos / gases - portadores de calor. Cada uno de ellos cumple sus funciones.

Bucle de captación de potencial de fuente de energía

Cuando se absorbe calor de aire, se usa soplado artificial del cuerpo del evaporador con flujos de aire de ventiladores.

Un ciclo cerrado de un portador de calor líquido para transferir el calor del medio ambiente acuático o la tierra se lleva a cabo a través de tuberías que conectan la bobina del evaporador con un colector empotrado en el fondo del depósito o enterrado en el suelo a una distancia superior a la congelación. del suelo en frío extremo.

Los líquidos que no se congelan a base de soluciones acuosas diluidas de alcohol se utilizan como portadores de calor. Se les llama "anticongelantes" o "salmueras". Bajo la influencia de una temperatura más alta (≥ + 3ºС), suben al evaporador, le transfieren calor y, después de enfriarse (≈-3ºС), regresan a la fuente de energía por gravedad, proporcionando una circulación continua.

Contorno interior

El refrigerante a base de freón circula a través de él, "elevando" el calor a un nivel superior. Bajo la acción de la temperatura, pasa sucesivamente al estado gaseoso y líquido.

El circuito interior incluye:

• un evaporador que toma energía de las salmueras y la transfiere a freón, que hierve y se convierte en un gas enrarecido;
• un compresor que comprime gas a alta presión. Al mismo tiempo, la temperatura del freón aumenta considerablemente;
• un condensador en el que el gas caliente cede su energía al refrigerante del circuito de salida, mientras se enfría, pasando a estado líquido;
• un estrangulador (válvula de expansión) que reduce el freón debido a una caída de presión a un estado de vapor saturado para ingresar al evaporador. Cuando el refrigerante pasa a través de un orificio angosto, la presión del refrigerante cae a su valor inicial.

circuito de salida

El agua circula aquí. Se calienta en un serpentín condensador para su uso en un sistema de calefacción hidrónica convencional. Con este método, su temperatura alcanza aproximadamente los 35ºС, lo que determina su uso en el sistema de "piso cálido" con tuberías largas, que permiten que la energía generada se transfiera uniformemente a todo el volumen de la habitación.

Usar solo radiadores de calefacción creando volúmenes más pequeños de intercambio de calor con el espacio de las habitaciones no es tan efectivo.

Diseño

La industria produce modelos de diversas características de rendimiento, pero incluyen equipos que realizan las tareas típicas descritas anteriormente.

Como variante del diseño, la figura muestra una bomba de calor para calentar una casa.

Aquí, el calor de las fuentes geotérmicas se recibe a través de las tuberías de entrada y los fines de semana se transfiere al sistema de calefacción de la casa.

El funcionamiento de la bomba de calor está garantizado por:

• un sistema de seguimiento de parámetros y control de circuitos, incluidos métodos remotos a través de Internet;
• equipamiento adicional (grupos de lavado y llenado, vasos de expansión, grupos de seguridad, estaciones de bombeo).

Estructuras de tierra

Utilizan tres esquemas para el diseño de intercambiadores de calor para tomar energía de una fuente:

1. localización superficial;
2. instalación de sondas de tierra verticales;
3. profundización de estructuras horizontales.

El primer método es el menos eficiente. Por lo tanto, rara vez se usa para calentar el hogar.

Instalación de sondas en pozos

Este método es el más eficiente. Prevé la creación de pozos a profundidades del orden de 50÷150 metros o más para acomodar una tubería en forma de U hecha de materiales plásticos con un diámetro de 25 a 40 mm.

Aumentar el área de la sección transversal de la tubería, así como profundizar el pozo, crea una mejor eliminación de calor, pero aumenta el costo del diseño.

Colectores horizontales

Perforar pozos para sondas es costoso. Por lo tanto, este método a menudo se elige como más barato. Le permite arreglárselas cavando trincheras por debajo de la profundidad de congelación del suelo.

En el diseño de un colector horizontal se debe tener en cuenta lo siguiente:

1. conductividad térmica del suelo;
2. humedad media del suelo;
3. geometría del área.

Afectan a las dimensiones y configuración del colector. Las tuberías se pueden colocar:

• bucles;
• zigzags;
• serpiente;
• formas geométricas planas;
• espirales de tornillo.

Es importante comprender que el área del sitio asignado para dicho colector generalmente excede las dimensiones de los cimientos de la casa en 2 o 3 veces. Esta es la principal desventaja de este método.

colectores de agua

Este es el método más económico, pero requiere una ubicación cerca de un edificio de aguas profundas. En su parte inferior, las tuberías ensambladas se colocan y aseguran con cargas. Para el funcionamiento eficiente de la bomba de calor, es necesario calcular la profundidad mínima del colector y el volumen del depósito capaz de proporcionar la eliminación de calor.

Las dimensiones de este diseño están determinadas por cálculos térmicos y pueden alcanzar una longitud de más de 300 metros.

La siguiente figura muestra la preparación de carreteras para su montaje sobre el hielo de un lago de manantial. Le permite evaluar visualmente el alcance del trabajo por delante.

método de aire

Un ventilador externo o incorporado sopla aire de la calle directamente al evaporador de freón, como en un acondicionador de aire. Al mismo tiempo, no es necesario crear estructuras voluminosas a partir de tuberías y colocarlas en el suelo o en un depósito.

Una bomba de calor para calentar una casa que funciona según este principio es más económica, pero se recomienda usarla en un clima relativamente cálido: el aire helado no permitirá que el sistema funcione.

Dichos dispositivos son ampliamente utilizados para calentar agua en piscinas o habitaciones ubicadas junto a dispositivos industriales que están constantemente involucrados en el proceso tecnológico y liberan calor a la atmósfera con potentes sistemas de enfriamiento. Como ejemplo, se pueden citar los autotransformadores de potencia de la industria energética, las estaciones diésel y las salas de calderas.

Características principales

Al elegir un modelo TN, considere:

• potencia térmica de salida;
• coeficiente de transformación de bombas de calor;
• eficiencia condicional;
• eficiencia anual y costos.

potencia de salida

Al crear un nuevo proyecto de casa, se tienen en cuenta sus necesidades de calor, teniendo en cuenta las características de diseño de los materiales que generan pérdida de calor a través de paredes, ventanas, puertas, techos y pisos de habitaciones de varios tamaños. El cálculo tiene en cuenta la creación de comodidad en las heladas más bajas en un área en particular.

La entrada de calor del edificio se expresa en kW. Debe ser cubierto por la energía generada por la bomba de calor. Sin embargo, se suele hacer una simplificación en los cálculos que permite ahorrar: la duración de los días más fríos del año no supera varias semanas. Para este período, se conecta una fuente de calor adicional, por ejemplo, elementos calefactores que calientan el agua en la caldera.
Funcionan solo en situaciones críticas durante las heladas, y están deshabilitados el resto del tiempo. Esto permite el uso de VT con capacidades más pequeñas.

Posibilidades de diseño

Para referencia. Los modelos de potencia de salida 6÷11 kW de circuitos de "agua salada" pueden calentar el agua de los tanques incorporados en edificios relativamente pequeños. Una potencia de 17 kW es suficiente para mantener una temperatura del agua de 65ºС para una caldera con una capacidad de 230÷440 litros.
La demanda de calor de los edificios de tamaño medio cubre capacidades de 22÷60 kW.

Relación de transformación bomba de calor Ktr

Determina la eficiencia de la estructura por la fórmula adimensional:

Ktr=(Tout-Tin)/Tout

El valor de "T" indica la temperatura de los refrigerantes a la salida y entrada a la estructura.

Factor de conversión de energía (ͼ)

Se calcula para determinar la proporción de la potencia calorífica útil en relación con la energía aplicada por compresor.

ͼ=0.5T/(T-Tor)=0.5(ΔT+Tor)/ΔT

Para esta fórmula, la temperatura del consumidor "T" y la fuente "A" se determina en grados Kelvin.

El valor ͼ se puede determinar por la cantidad de energía gastada para el funcionamiento del compresor "Rel" y la producción de calor útil obtenida "Рн". En este caso, se llama "COP", abreviatura del término inglés "Coficient of performance".

El coeficiente ͼ es un valor variable que depende de la diferencia de temperatura entre la fuente y el consumidor. Está numerado del 1 al 7.

eficiencia condicional

Esta es una afirmación incorrecta: la eficiencia tiene en cuenta las pérdidas de energía durante el funcionamiento del dispositivo final.
Para determinarlo, es necesario dividir la potencia térmica de salida por la aplicada, teniendo en cuenta la energía de las fuentes geotérmicas. Con tal cálculo, una máquina de movimiento perpetuo no funcionará.

Eficiencia anual y costos

El coeficiente COP evalúa el rendimiento de una bomba de calor en un momento determinado en unas condiciones de funcionamiento específicas. Para analizar el funcionamiento de la HP se introdujo un indicador de eficiencia del sistema para el año (β).

Aquí, el símbolo Qwp denota la cantidad de energía térmica producida en un año, y Wel, el valor de la electricidad consumida por la instalación durante el mismo tiempo.

Indicador de costo Eq

Esta característica es lo contrario del indicador de eficiencia.

Para determinar las características de los HP se utilizan software especializado y soportes de fábrica.

Características distintivas

Ventajas

Calentar una casa con bomba de calor, en comparación con otros sistemas, tiene:

1. buenos parámetros ambientales;
2. larga vida útil de los equipos sin mantenimiento;
3. la posibilidad de cambiar simplemente el modo de calefacción en invierno a aire acondicionado en verano;
4. alta eficiencia anual.

Defectos

En la etapa de diseño y durante la operación, es necesario tener en cuenta:

1. la dificultad de realizar cálculos técnicos precisos;
2. alto costo de equipo y trabajo de instalación;
3. la posibilidad de la formación de "esclusas de aire" en caso de violaciones de la tecnología de tendido de tuberías;
4. temperatura del agua limitada a la salida del sistema (≤+65ºС);
5. individualidad estricta de cada diseño para cualquier edificio;
6. la necesidad de grandes áreas para colectores con excepción de la construcción de instalaciones sobre ellos.

Lista corta de fabricantes

Una bomba de calor moderna para calefacción doméstica es producida por empresas como:

• Bosch - Alemania;
• Waterkotte - Alemania;
• Grupo WTT OY - Finlandia;
• ClimateMaster - EE.UU.;
• ECONAR - EE.UU.;
• Dimplex - Irlanda;
• Fabricación FHP - EE. UU.;
• Gustrowr - Alemania;
• Heliotermo - Austria;
• IVT - Suecia;
• LEBERG - Noruega.