Cómo funciona una bomba de calor agua-agua y hazla tú mismo

Características del equipo

En los años setenta en Estados Unidos, el notable inventor Eugene Frenette mostró al mundo su creación: la bomba de calor Frenette, que lleva el nombre de su descubridor.

Se destaca principalmente por el hecho de que la eficiencia supera el 100%. Algunos creen tanto en el 700 como en el 1000 por ciento, pero los escépticos que operan con leyes físicas no las apoyan; después de todo, esto es una exageración.

El alcance de la bomba Frenett no se limita a las viviendas. Se ha utilizado con éxito en la producción.

En un momento, este dispositivo fue muy popular, por lo que los entusiastas estudiaron su circuito y mejoraron cada vez más el diseño de la bomba de calor.

El principio básico aún no ha cambiado: el creador del dispositivo ofreció un invento simple, pero ingenioso en su simplicidad. Todo se basa en la liberación de calor debido a la fricción.

Cuando presentó por primera vez la bomba de calor Frenette, el esquema era el siguiente:

• Dos cilindros de excelente tamaño: uno más pequeño en uno más grande. Aceite en el medio.
• Un pequeño motor está equipado por un lado con un ventilador, por el otro, con un motor (motor eléctrico).
• La carcasa exterior llevaba ranuras para el aire, y el termostato optimizaba el funcionamiento de la instalación.

Ahora averigüemos cómo funcionó aproximadamente esta unidad, que en su diseño difiere de la mayoría de los dispositivos climáticos que nos son familiares y familiares.

La rotación del cilindro pequeño calienta el aceite. El ventilador hace circular aire caliente en la habitación.

A pesar de que este sistema se denomina bomba de calor, la máquina de Frenett coincide con la representación correcta de este término solo en el papel de calentador.

La bomba de calor debe funcionar según el principio de Carnot inverso, convirtiendo el bajo potencial del ambiente en un alto potencial de energía térmica. Aquí no hay tal cosa.

Muchos intentaron transformar la invención, incluido su propio creador. Por ello, puedes encontrar distintos tipos de bomba Frenett.

Las diferencias estructurales de los matices anteriores, por ejemplo, pueden ser las siguientes:

El tambor con cilindros está en posición horizontal, un eje pasa por el centro, cuyo extremo sobresale hacia afuera. No hay ventilador, generalmente se reemplaza por un radiador o el refrigerante se suministra directamente al sistema

Es importante asegurar la estanqueidad de la instalación. Vista desde dos tambores con un impulsor entre ellos. El aceite calentado se expulsa desde el impulsor hacia el espacio entre el rotor y la carcasa de la bomba, lo que garantiza el máximo rendimiento.
Tipo no estándar de bomba Frenett, desarrollada por científicos de Khabarovsk

El aceite se reemplaza por agua, la base es un elemento hongo.El vapor formado durante el calentamiento y la ebullición se mueve a través de los canales a una velocidad de hasta 135 metros por minuto. Este diseño puede existir sin el suministro de energía desde el exterior. Se utiliza únicamente con fines industriales.

El aceite calentado se expulsa desde el impulsor hacia el espacio entre el rotor y la carcasa de la bomba, lo que garantiza el máximo rendimiento.
Tipo no estándar de bomba Frenett, desarrollada por científicos de Khabarovsk. El aceite se reemplaza por agua, la base es un elemento hongo. El vapor formado durante el calentamiento y la ebullición se mueve a través de los canales a una velocidad de hasta 135 metros por minuto. Este diseño puede existir sin el suministro de energía desde el exterior. Se utiliza sólo para fines industriales.

Tecnología de montaje de bombas de calor

Considere en detalle el esquema de creación y montaje:

1. Realizamos el cálculo de la bomba. Esto se puede hacer usando una calculadora especial que correlaciona el área de las instalaciones con calefacción con la potencia del sistema. En general, el proceso de cálculo procede de la siguiente manera: la calculadora utiliza los datos ingresados ​​​​(el área de las habitaciones y la altura de los techos en ellas), los convierte en volumen y, en la salida, da recomendaciones sobre la práctica. potencia de la bomba para este caso.
2. Elegir el compresor adecuado Inmediatamente estipularemos un punto (para los maestros "caseros"): el compresor en la bomba de calor nunca se crea manualmente, ya que el rendimiento del sistema en su conjunto dependerá de la eficiencia de su trabajo, e incluso el más mínimo falla será suficiente para la falla de todos los elementos estructurales de la bomba. La mejor opción debe seleccionarse en función de la potencia de la bomba calculada: la potencia del compresor debe ser aproximadamente 1/3 de la posible transferencia de calor de la bomba.
3. Diseño de evaporadores.Este proceso es bastante simple si te lo tomas en serio y tienes cuidado al trabajar. Entonces, como este elemento, puede usar un tanque de polímero con tapa. Se tira de una bobina de cobre a lo largo de la superficie interna del tanque, cuya longitud y diámetro deben determinarse de antemano. Primero, calculamos el área de la tubería usando la fórmula P \u003d M / 0.8ΔT. M es la potencia de la bomba y ΔT es la diferencia de temperatura. El valor resultante es proporcional al área de un metro lineal de la tubería. Colocamos la tubería doblada correctamente en el tanque, trayendo los extremos desde arriba y desde abajo. Luego montamos dos salidas (accesorios metálicos). Les conectamos dos mangueras: en la parte superior - presión, en la parte inferior - salida (para drenar el agua).
4. Ahora puede comenzar el proceso de ensamblaje del capacitor. Por cierto, es casi idéntico al proceso de montaje del evaporador, con la única diferencia de que se utiliza un contenedor de acero inoxidable en lugar de un tanque de polímero, y un refrigerante ya calentado circulará por la estructura misma.
5. La última etapa, pero no menos importante, es el ensamblaje de todos los elementos estructurales juntos. Entonces, antes que nada, se monta un compresor en la plataforma / base preparada. Luego, la salida superior del condensador se conecta a su ramal de descarga y la salida inferior del condensador se conecta a la salida del evaporador. Para ello se utiliza un tubo de cobre cuyo diámetro debe corresponder al diámetro de las bobinas instaladas en el interior de los elementos estructurales del sistema. Queda por conectar la salida superior del evaporador con la conexión del compresor de aspiración. Ahora puede llenar el refrigerante.

Esto concluye nuestra consideración de las características de una bomba de calor de agua a agua y la tecnología para instalarla con nuestras propias manos.Tenga mucho cuidado al realizar todo el trabajo. ¡Buena suerte!

Bomba de calor aire-agua

Instalación y funcionamiento de la bomba de calor AIRE-AGUA

El aire como fuente de energía térmica a baja temperatura

Teóricamente, el aire se puede utilizar como fuente de energía térmica a baja temperatura, independientemente de su temperatura. En la práctica, las bombas de calor aire-agua son eficaces a una temperatura del aire de al menos -15 C. Hasta la fecha, ya hay a la venta bombas que funcionan a una temperatura de -25 C, pero hasta el momento su coste es demasiado elevado. , lo que hace que este tipo de equipo de ingeniería térmica sea inaccesible para el consumidor general.

En su forma más primitiva, una bomba de calor de aire a agua se puede considerar como un acondicionador de aire que se usa para enfriar el ambiente y verter el "exceso" de calor en una habitación calentada.

Al mismo tiempo, una bomba de calor aire-agua no requiere la excavación de pozos o la perforación de pozos, el tendido de tuberías a lo largo del fondo de los embalses o la instalación de colectores verticales necesarios para permitir que las bombas de calor agua-agua o tierra-agua funcionen. funcionar. Es fácil de operar y al mismo tiempo le permite obtener calor económico para calentar su hogar.

Además de los sistemas de aire acondicionado, las bombas de calor de este tipo se pueden fabricar según 2 esquemas de diseño:

• En forma de sistema partido formado por 2 bloques conectados por comunicaciones
• en forma de monobloque

Como regla general, un monobloque es un dispositivo único ensamblado en una carcasa e instalado dentro o fuera de la casa. Para la instalación en interiores, es necesario prever un canal libre para la entrada de aire.Al mismo tiempo, es preferible la instalación al aire libre: le permite mover el compresor como fuente de ruido fuera de la habitación.

Hasta la fecha, muchos fabricantes producen bombas de calor aire-agua en forma de monobloques. Es conveniente y práctico, le permite mover libremente la bomba e instalarla sin una instalación y conexión complicadas. El único inconveniente es la baja potencia de las bombas de este tipo: de 3 a 16 kW.

El sistema split se divide en dos bloques, uno de los cuales incluye un condensador y un sistema de control automático. Se instala en interior. La segunda unidad (exterior) incluye un compresor. Su viabilidad económica de instalar bombas de calor aire-agua

Las bombas de calor aire-agua son eficientes a temperaturas exteriores positivas. Han encontrado una amplia aplicación en las regiones del sur de nuestro país: en Kuban, en el territorio de Stavropol, etc. donde las heladas severas son raras, y en invierno la temperatura rara vez desciende por debajo de cero.

Esto no significa en absoluto que en otras regiones de nuestro país, con condiciones climáticas más severas, no se puedan utilizar bombas de calor de este tipo. De nada. Es solo que la eficiencia de una bomba de aire a agua disminuye a medida que baja la temperatura del aire, junto con un aumento en el costo de la electricidad necesaria para hacer funcionar la bomba.

Por lo tanto, la conveniencia de operar una bomba de calor a una temperatura del aire negativa, así como la selección del equipo de acuerdo con la potencia requerida, debe ser realizada por ingenieros de calefacción calificados.

Hasta la fecha, la mejor opción es utilizar una bomba de calor aire-agua para calefacción y suministro de agua caliente a temperatura ambiente positiva y encender una caldera u otra fuente de energía térmica cuando se presenta la helada.

Otra condición para usar una bomba de calor para calentar una casa es la alta eficiencia térmica del edificio, la ausencia de pérdidas de calor asociadas con aislamiento térmico y corrientes de aire de baja calidad.

¿Cuál es el principio de funcionamiento de una bomba de calor?

Este sistema consta de una bomba de calor, un dispositivo de toma y distribución de calor. Al crear el circuito interno de la bomba de calor, se utilizan un compresor, un evaporador, una válvula de mariposa y un condensador. Solo se necesita electricidad para hacer funcionar el compresor.

El desarrollo del principio de funcionamiento del dispositivo se realizó en el siglo XIX. Incluso entonces se le llamó el "ciclo de Carnot". El funcionamiento de la bomba es el siguiente:

• Al colector se le suministra una mezcla anticongelante, que puede ser agua con alcohol, salmuera o una mezcla de glicol. Su tarea es absorber energía térmica con el posterior transporte a la bomba;
• en el evaporador, la energía pasa al refrigerante, como resultado de lo cual este último comienza a hervir, convirtiéndose en vapor;
• como resultado del aumento de la presión del compresor, la temperatura aumenta;
• a través del condensador, toda la energía térmica se transfiere al portador de calor del sistema de calefacción ubicado dentro de la casa, mientras que el refrigerante, al enfriarse, se convierte en estado líquido y regresa al colector.

Pros y contras

Instalar la bomba y conectarla al sistema de calefacción tiene una serie de ventajas:

• Autonomía: de un elemento centralizado, vale la pena resaltar solo la conexión a la red eléctrica.
• Ahorros significativos en costosos portadores de energía, se utilizan para calefacción y pueden reducir los costos financieros de los servicios públicos. A partir de 1 kW de electricidad, el dispositivo produce de 3 a 7 kW de calor: estos son los coeficientes más altos entre las calderas que funcionan con diferentes tipos de combustible.
• Seguridad ambiental: el equipo no daña el medio ambiente ni la salud de los residentes.
• Resistencia al fuego y no inflamabilidad de los elementos. Tal bomba no se sobrecalienta, no se quema y no emite monóxido de carbono.

• El equipo puede enfriar o aumentar la temperatura en la habitación, creando el microclima necesario en la habitación. Es apta para su uso tanto en invierno como en verano.
• Larga vida útil: en promedio, el sistema puede durar entre 40 y 50 años y, con una instalación adecuada y condiciones de funcionamiento cómodas, la vida útil se prolonga varios años más.
• Silencio durante la operación: el sistema se controla automáticamente, lo cual es muy conveniente.
• La instalación de la bomba no requiere un permiso, como, por ejemplo, la instalación de equipos de gas. Puede comprar e instalar cualquier modelo del dispositivo en cualquier momento, sin acudir a varias autoridades y sin esperar permiso.

Pero como todos los equipos, estas bombas también tienen desventajas:

• La adquisición e instalación del dispositivo es bastante cara, y no todo el mundo puede permitírselo. La recuperación de la inversión del equipo depende de la intensidad de su uso. Pero incluso en el mejor de los casos, la compra se amortizará en al menos 5 años.
• Para la instalación, debe buscar la ayuda de especialistas, necesita perforaciones y otros equipos para configurar una bomba geotérmica con un circuito vertical con una profundidad de hasta 200 M. Puede instalarlo usted mismo si tiene los conocimientos y las herramientas adecuados.
• En regiones donde la temperatura en invierno es inferior a -15 grados, se debe utilizar otra fuente de calor. Por ejemplo, un sistema de calefacción bivalente, donde el dispositivo calienta la habitación mientras está a -20 grados en el exterior. Cuando no realiza sus tareas, se enciende un calentador eléctrico o una caldera de gas.

Las bombas de circulación tienen demanda entre los propietarios de viviendas y las empresas que se encuentran en edificios de poca altura. Estos dispositivos solo han obtenido críticas positivas.

El uso de bombas de calor para la calefacción del hogar supone, ante todo, un importante ahorro económico. El sistema de calefacción más eficiente se basa en una bomba de calor geotérmica. Cada mes, el coste de la misma es mucho menor que el coste de la calefacción de gas o de pellets. Al instalar una bomba de calor, el usuario recibe aire acondicionado y calefacción eficiente de la casa en un solo diseño. Algunos modelos se pueden controlar a distancia, por ejemplo, usando un teléfono inteligente a través de Internet o usando un termostato ubicado en la casa. Y al instalar colectores solares o baterías, puede hacer que el sistema sea completamente autónomo, y no se preocupará en absoluto por el aumento de los precios de la energía.

Los principales tipos de bombas de calor geotérmicas.

En total, existen cuatro tipos de colectores especializados que suministran energía térmica. Éstos incluyen:

• Bombas de calor horizontales ubicadas a una profundidad de aproximadamente un metro y medio, exactamente en el nivel que se encuentra más profundo que la congelación del suelo. Esta opción es preferida para propiedades residenciales.
• Bombas de calor verticales ubicadas en pozos especiales con una profundidad de aproximadamente cien metros y medio. Esta decisión se vuelve relevante en el caso de que simplemente no haya territorio para la colocación horizontal del contorno.
• Las bombas de agua subterránea implican la circulación de agua a través de un sistema de bomba de calor de fuente terrestre, que actúa como un fluido de intercambio de calor de trabajo. Después de pasar por todo el contorno, la etapa final es su regreso seguro al suelo.
• Las bombas de calor de fuente de agua son la opción más atractiva en términos de costo. Pueden ubicarse en cualquier cuerpo de agua, cuya profundidad de congelación sea mayor que la profundidad de colocación del equipo. Además, durante el proceso de instalación, es necesario cumplir con los requisitos existentes para el volumen de agua en el depósito y su tamaño.

Hasta la fecha, los cuatro tipos de colectores se utilizan de forma bastante activa, se seleccionan en función de las condiciones de funcionamiento y las capacidades del usuario: características del edificio, presupuesto, etc.

Equipo recomendado

Selección del tipo de bomba de calor

El principal indicador de este sistema de calefacción es la potencia. En primer lugar, los costes económicos para la compra de equipos y la elección de una u otra fuente de calor a baja temperatura dependerán de la potencia. Cuanto mayor sea la potencia del sistema de bomba de calor, mayor será el costo de los componentes.

En primer lugar, esto se refiere a la potencia del compresor, la profundidad de los pozos para sondas geotérmicas o el área para alojar un colector horizontal.Los cálculos termodinámicos correctos son una especie de garantía de que el sistema funcionará de manera eficiente.

Si hay un depósito cerca del área personal, la opción más rentable y productiva será una bomba de calor agua-agua

El aprovechamiento del calor de la tierra, por el contrario, implica un gran número de trabajos asociados a la excavación. Los sistemas que usan agua como calor de bajo grado se consideran los más eficientes.

El dispositivo de una bomba de calor que extrae energía térmica del suelo implica una cantidad impresionante de movimiento de tierras. El colector se coloca por debajo del nivel de congelación estacional.

Hay dos formas de utilizar la energía térmica del suelo. El primero consiste en perforar pozos con un diámetro de 100-168 mm. La profundidad de dichos pozos, según los parámetros del sistema, puede alcanzar los 100 mo más.

Se colocan sondas especiales en estos pozos. El segundo método utiliza un colector de tuberías. Tal colector se coloca bajo tierra en un plano horizontal. Esta opción requiere un área bastante grande.

La construcción para la toma de energía térmica con un pozo profundo puede resultar un poco más económica que cavar un pozo

Pero una ventaja significativa radica en el importante ahorro de espacio, que es importante para los propietarios de pequeñas parcelas. En el caso de la presencia de un horizonte de agua subterránea alto en el sitio, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí. En el caso de la presencia de un horizonte de agua subterránea alto en el sitio, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí.

En el caso de la presencia de un horizonte de agua subterránea alto en el sitio, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí.

La extracción de energía térmica en dichos sistemas mediante el bombeo de aguas subterráneas en un circuito cerrado, partes de las cuales se encuentran en pozos. Tal sistema requiere la instalación de un filtro y la limpieza periódica del intercambiador de calor.

El esquema de bomba de calor más simple y económico se basa en extraer energía térmica del aire. Una vez que se convirtió en la base para la construcción de refrigeradores, los acondicionadores de aire posteriores se desarrollaron de acuerdo con sus principios.

El sistema de bomba de calor más simple obtiene energía de la masa de aire. En verano interviene en la calefacción, en invierno en la climatización. La desventaja del sistema es que, en una versión independiente, una unidad con potencia insuficiente

La efectividad de los diferentes tipos de este equipo no es la misma. Las bombas que utilizan aire tienen el rendimiento más bajo. Además, estos indicadores dependen directamente de las condiciones meteorológicas.

Las variedades terrestres de bombas de calor tienen un rendimiento estable. El coeficiente de eficiencia de estos sistemas varía entre 2,8 y 3,3. Los sistemas agua a agua son los más eficientes. Esto se debe principalmente a la estabilidad de la temperatura de la fuente.

El parámetro principal que caracteriza la eficiencia de una bomba de calor es su factor de conversión. Cuanto mayor sea el factor de conversión, más eficiente se considera la bomba de calor.

El factor de conversión de una bomba de calor se expresa a través de la relación entre el flujo de calor y la energía eléctrica gastada en el funcionamiento del compresor.

Selección del tipo de bomba de calor

El principal indicador de este sistema de calefacción es la potencia. En primer lugar, los costes económicos para la compra de equipos y la elección de una u otra fuente de calor a baja temperatura dependerán de la potencia. Cuanto mayor sea la potencia del sistema de bomba de calor, mayor será el costo de los componentes.

En primer lugar, esto se refiere a la potencia del compresor, la profundidad de los pozos para sondas geotérmicas o el área para alojar un colector horizontal. Los cálculos termodinámicos correctos son una especie de garantía de que el sistema funcionará de manera eficiente.

Si hay un depósito cerca del área personal, la opción más rentable y productiva será una bomba de calor agua-agua

Primero debe estudiar el área prevista para la instalación de la bomba. La condición ideal sería la presencia de un embalse en esta zona. El uso de la opción agua a agua reducirá significativamente la cantidad de excavación.

El aprovechamiento del calor de la tierra, por el contrario, implica un gran número de trabajos asociados a la excavación. Los sistemas que usan agua como calor de bajo grado se consideran los más eficientes.

El dispositivo de una bomba de calor que extrae energía térmica del suelo implica una cantidad impresionante de movimiento de tierras. El colector se coloca por debajo del nivel de congelación estacional.

Hay dos formas de utilizar la energía térmica del suelo. El primero consiste en perforar pozos con un diámetro de 100-168 mm.La profundidad de dichos pozos, según los parámetros del sistema, puede alcanzar los 100 mo más.

Se colocan sondas especiales en estos pozos. El segundo método utiliza un colector de tuberías. Tal colector se coloca bajo tierra en un plano horizontal. Esta opción requiere un área bastante grande.

Para colocar el colector, las áreas con suelo húmedo se consideran ideales. Naturalmente, la perforación de pozos costará más que un yacimiento horizontal. Sin embargo, no todos los sitios tienen espacio libre. Para un kW de potencia de bomba de calor, necesita de 30 a 50 m² de superficie.

La construcción para la toma de energía térmica con un pozo profundo puede resultar un poco más económica que cavar un pozo

Pero una ventaja significativa radica en el importante ahorro de espacio, que es importante para los propietarios de pequeñas parcelas. En el caso de la presencia de un horizonte de agua subterránea alto en el sitio, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí.

En el caso de la presencia de un horizonte de agua subterránea alto en el sitio, los intercambiadores de calor se pueden colocar en dos pozos ubicados a una distancia de aproximadamente 15 m entre sí.

La extracción de energía térmica en dichos sistemas mediante el bombeo de aguas subterráneas en un circuito cerrado, partes de las cuales se encuentran en pozos. Tal sistema requiere la instalación de un filtro y la limpieza periódica del intercambiador de calor.

El esquema de bomba de calor más simple y económico se basa en extraer energía térmica del aire. Una vez que se convirtió en la base para la construcción de refrigeradores, los acondicionadores de aire posteriores se desarrollaron de acuerdo con sus principios.

El sistema de bomba de calor más simple obtiene energía de la masa de aire.En verano interviene en la calefacción, en invierno en la climatización. La desventaja del sistema es que, en una versión independiente, una unidad con potencia insuficiente

La efectividad de los diferentes tipos de este equipo no es la misma. Las bombas que utilizan aire tienen el rendimiento más bajo. Además, estos indicadores dependen directamente de las condiciones meteorológicas.

Las variedades terrestres de bombas de calor tienen un rendimiento estable. El coeficiente de eficiencia de estos sistemas varía entre 2,8 y 3,3. Los sistemas agua a agua son los más eficientes. Esto se debe principalmente a la estabilidad de la temperatura de la fuente.

Cabe señalar que cuanto más profundo esté ubicado el colector de la bomba en el depósito, más estable será la temperatura. Para obtener una potencia del sistema de 10 kW, se necesitan unos 300 metros de tubería.

El parámetro principal que caracteriza la eficiencia de una bomba de calor es su factor de conversión. Cuanto mayor sea el factor de conversión, más eficiente se considera la bomba de calor.

El factor de conversión de una bomba de calor se expresa a través de la relación entre el flujo de calor y la energía eléctrica gastada en el funcionamiento del compresor.

El uso de bombas de calor en el clima ruso.

Habiéndose familiarizado con las descripciones anteriores de varios tipos de bombas de calor, puede responder fácilmente a la pregunta de qué bomba es la más adecuada para operar en el clima ruso.

Las bombas de calor de aire son adecuadas para su uso solo en un número limitado de regiones de nuestro país, donde la temperatura del aire en invierno casi nunca cae por debajo de cero.Por supuesto, los habitantes de Siberia, el Lejano Oriente, el norte de la parte europea de Rusia ni siquiera deberían pensar en bombas de calor de aire.

Hay muchas limitaciones para la aplicación de bombas de calor de fuente de agua. Ya hemos hablado de algunos de ellos, queda por mencionar uno más. Más de la mitad del territorio de nuestro país se encuentra en la zona de permafrost. Incluso si algún residente del este de Siberia o del norte del Lejano Oriente tiene "suerte" y hay agua subterránea en su área que no es demasiado profunda, de todos modos, esta agua subterránea está en forma de hielo, lo que significa que no es adecuado para su uso en el sistema de calefacción.

Por lo tanto, la mayoría de nuestros compatriotas tienen que confiar en la única opción beneficiosa para todos: una bomba de calor geotérmica. Al mismo tiempo, en las condiciones del clima ruso, una bomba es más adecuada no con un colector horizontal, sino con una sonda geotérmica, que permite alcanzar una profundidad donde la temperatura del suelo es más estable.