Devo usar uma bomba de calor para aquecer a casa

A indústria de bombeamento não está parada e novas soluções de engenharia estão surgindo com base em tecnologias familiares. Os profissionais de marketing interessados ​​em obter lucro e aumentar as vendas geralmente escondem dados sobre um determinado produto, promovendo-o como revolucionário, sem paralelos. O exemplo mais marcante é bombas de calor. Materiais promocionais não descrevem o princípio de funcionamento de tais dispositivos, nem o nível de eficiência para aquecer uma casa. No entanto, é possível entender como tudo funciona e como este ou aquele sistema pode ser útil neste material.

O que é uma bomba de calor?

A definição técnica de uma bomba de calor é um dispositivo para transferir energia de uma área para outra com um aumento simultâneo na eficácia do seu trabalho. É fácil ilustrar tal mecânica. Imagine um balde de água fria e um copo de quente. Para aquecê-los, uma certa quantidade de energia foi gasta de um certo nível de calor. No entanto, a eficácia de sua aplicação é diferente. Se você reduzir simultaneamente a temperatura de um balde de água em 1 grau, a energia térmica resultante pode levar o líquido no copo a quase ferver.

É por essa mecânica que a bomba de calor funciona, com a qual você pode aquecer a piscina ou fornecer aquecimento para uma casa de campo. A instalação transfere o calor de uma área para outra, geralmente fora da sala. Existem muitas aplicações para essa técnica.

1. Em certas taxas de potência da bomba de calor aquecendo a casa tornando-se barato e eficaz.
2. Fácil de fazer DHW com bomba de calorusando caldeiras de aquecimento secundário.
3. Com algum esforço e design adequado, a criação está completamente disponível. sistema de aquecimento autônomoalimentado por painéis solares.
4. A maioria dos modelos de bombas de calor é aceitável. para o chão quente, usado como um circuito de aquecimento.

Para selecionar e comprar um sistema adequado, antes de tudo, é necessário definir corretamente a tarefa antes dela. E somente depois de apresentar requisitos de energia e avaliar a aceitabilidade de tipos individuais de caldeiras para atender a todas as necessidades.

Princípio Geral do Trabalho

Tecnologicamente, a bomba de calor funciona de acordo com o familiar a todos Ciclo de carnot, uma série de transformações de estados da matéria. Tais palavras podem ser completamente estranhas para a maioria dos usuários. No entanto, praticamente cada um deles tem pelo menos um dispositivo em casa, baseado nesse processo físico.

Em termos simples, uma bomba de calor é uma geladeira. Qualquer modelo familiar em que os cidadãos estejam acostumados a armazenar carne e bebidas é um aquecedor com eficiência superior a 100%.Tudo funciona da seguinte maneira:

• o refrigerador retira o calor dos produtos colocados nele e o transfere para a grade e, portanto, para o espaço da sala;
• ao mesmo tempo, o ar é aquecido pelo compressor.

Como resultado, gastando uma certa quantidade de eletricidade, o usuário recebe duas fontes de calor, uma das quais (a energia retirada dos produtos) é totalmente gratuita.

Esse é o princípio da bomba de calor. O dispositivo tem um diagrama funcional inverso em comparação com um refrigerador - nele o trocador de calor e a grade de radiador são úteis e são responsáveis ​​pela eficiência final da unidade. Tudo funciona da seguinte maneira:

• o circuito de extração de calor está localizado fora da sala, cercado por um ambiente de temperatura estável;
• durante a operação da bomba de calor, a temperatura do fluido de trabalho é reduzida à força por processos físicos naturais abaixo dos indicadores ambientais;
• o calor é retirado pelo fluido de trabalho, cuja intensidade depende da diferença de temperatura formada;
• o fluido de trabalho entra no circuito de transformação de estado e no permutador de calor da sala;
• a energia é liberada no ar ou em outro meio;
• o fluido de trabalho no estado inicial é fornecido ao começo do ciclo (circuito de extração de calor).

Este esquema de aquecimento tem várias vantagens e desvantagens. No entanto, sob condições ideais, a bomba de calor mostra economias significativas. O aquecimento de uma casa exigirá um custo 70% a 80% menor em comparação com as caldeiras a gás clássicas e de estado sólido.

A eficiência máxima de uma bomba de calor depende de muitos fatores. Algumas soluções tecnológicas são capazes de resolver apenas um número limitado de tarefas. Outros sugerem a instalação de bombas de calor complexas.

Hoje, há uma série de eletrodomésticos cujos proprietários nem suspeitam que usam idéias inovadoras e revolucionárias para selecionar o calor do ambiente. Além disso, isso pode ocorrer mesmo com temperaturas negativas do ar fora da janela. É ar condicionado com função de aquecimento, que, na verdade, é construído sobre a mecânica da bomba de calor. Os princípios de operação de tais dispositivos ar-ar serão discutidos posteriormente.

O esquema de aquecimento de uma casa privada com o uso de uma bomba de calor

O esquema ideal de usar uma bomba de calor para aquecimento doméstico inclui tanque de armazenamento. Simplificado, parece com isso:

Aqui, os blocos 1 e 2 são válvulas, o que resolve o problema de regular os fluxos de entrada de calor. Eles podem ser sobreposição manual do fluxo ou constituem cabeças térmicas automatizadas. O bloco 3 é um termostato ou sistema de sensores comum.

O aquecimento funciona de acordo com o seguinte princípio:

• a bomba de calor retira calor do ambiente e aquece a água;
• o líquido entra no trocador de calor do aquecimento secundário do tanque de armazenamento ou circula em um único circuito;
• O sistema de aquecimento é construído sobre o princípio clássico, o fluxo de água é fornecido por uma bomba circular.

O esquema mostrado na figura - o equipamento mínimo da casa. Pode ser facilmente adicionado. Em particular, ninguém incomoda instale dois tanques e use o princípio do fluido de aquecimento secundário. Um deles - uma caldeira de bomba de calor (instalada diretamente na saída do último) - é usado para o fornecimento de água quente. Um tanque mais volumétrico resolve o problema de fornecer refrigerante para o sistema de aquecimento.

Excelente opção funciona aquecimento doméstico com bomba de calor, capacidade acumulativa e sistema um piso com isolamento térmico.Neste caso, não é necessário aquecer o líquido a uma temperatura elevada. A taxa ideal para aquecimento radiante - de 30 a 40 graus. O esquema de aquecimento é semelhante ao já mencionado, mas em vez de radiadores, a água flui para a unidade coletor com seu próprio controle de fluxo.

Classificação de bombas de calor por características de mídia

A classificação das bombas de calor é bastante volumosa. Os dispositivos são divididos de acordo com o tipo de fluido de trabalho, o princípio de alterar seu estado físico, o uso de dispositivos de conversão, a natureza do portador de energia necessária para a operação. Se considerarmos que modelos com várias combinações de critérios de classificação são apresentados no mercado, fica claro que é bastante difícil listar tudo. No entanto, você pode considerar os princípios básicos da divisão em grupo.

A instalação, o design e as características finais da bomba de calor dependem dos parâmetros da fonte de calor e do ambiente do recipiente. Hoje existem vários tipos de soluções de engenharia.

Ar-ar

Bombas de calor ar-ar - dispositivos mais comuns. Eles são compactos e bastante simples.Na mecânica deste tipo de ar condicionado doméstico operam com o modo de aquecimento. O princípio de funcionamento é simples:

• o trocador de calor de rua é resfriado abaixo da temperatura do ar e recebe calor;
• depois da compressão do freon entrando no radiador, a sua temperatura aumenta muito;
• o ventilador dentro da sala, soprando o trocador de calor, aquece a sala.

A seleção de energia ambiental não é necessariamente feita por um trocador de calor externo. Para este propósito, o ar pode ser forçado em um bloco localizado na sala. Isto é como algum trabalho sistemas de canal.

Se o freon é comprimido e expandido em um condicionador de ar, então em bombas de calor de vórtice o ar simples é usado. A mecânica do trabalho é semelhante: antes de o gás entrar no trocador de calor interno, o gás é comprimido e, depois de liberar energia, ele é soprado por um fluxo intenso na câmara de extração de calor.

Uma bomba de calor de vórtice é uma instalação grande e massiva que funciona eficientemente somente quando a temperatura ambiente é alta. Portanto, tais sistemas são instalados em oficinas industriais, eles usam os gases de exaustão dos fornos ou o ar quente do sistema principal de ar condicionado como fonte de calor.

Água de água

Uma bomba de calor água-a-água funciona no mesmo princípio que outras instalações. Apenas os meios de transferência de energia são diferentes. O equipamento está equipado sondas de imersão, de modo que mesmo nas condições de inverno rigoroso, para atingir o horizonte do lençol freático com uma temperatura positiva.

Dependendo das necessidades de aquecimento, os sistemas de bomba de calor água-a-água podem ter tamanhos completamente diferentes. Por exemplo, a partir de vários poços perfurados em torno de uma casa particular, terminando com trocadores de calor de grandes áreas localizados diretamente no aqüífero que são colocados durante a fase de construção do edifício.

Bombas de calor água-a-água são distinguidas por maior produtividade e potência de saída efetiva.. O motivo é o aumento da capacidade de calor do líquido. A camada de água na qual a sonda ou o trocador de calor está localizado rapidamente libera energia e, devido ao enorme volume, reduz ligeiramente suas características, contribuindo para a operação estável do sistema. Também o equipamento de água para a água é diferente. maior eficiência.

Água-ar, ar-água

Sistemas combinados devem ser escolhidos com cuidado. Ao mesmo tempo, as condições climáticas existentes são cuidadosamente avaliadas. Por exemplo, um ciclo de bomba de calor água-ar tem boa eficiência para aquecimento. em regiões com geadas severas. O sistema ar-água em conjunto com um piso quente e uma caldeira de aquecimento secundário acumulativa é capaz de mostrar a máxima economia nos territórios, onde a temperatura do ar raramente cai abaixo de -5 ... -10 graus.

Derreter (salmoura) - água

A bomba de calor desta classe é uma espécie de vagão. Ele pode aplicado literalmente em todos os lugares. Os indicadores de sua produção líquida de calor são constantes e estáveis. O princípio de funcionamento do dispositivo de água salgada é baseado na seleção de calor, principalmente do solo, que tem indicadores normais de umidade ou pantanoso.

O sistema é fácil de instalar: para acomodar trocadores de calor externos, basta enterrá-los a uma certa profundidade.Você também pode escolher uma das opções de equipamento com um fluido de trabalho gasoso ou líquido.

O cálculo da classe de bomba de calor salmoura-água é feito em termos de demanda de energia para aquecimento. Métodos para sua determinação quantitativa são abundantes. Você pode fazer o cálculo mais preciso, levando em consideração o material das paredes da casa, o desenho das janelas, a natureza do solo, a temperatura média ponderada do ar e muito mais.

Os fabricantes de sistemas de água salgada oferecem várias versões de modelos que diferem no consumo de energia da unidade de conversão, no projeto e nas dimensões dos trocadores de calor externos e nos parâmetros do circuito de saída. Selecione a bomba de calor ideal em uma lista pré-formada de requisitos é fácil.

Divisão por tipo de corpo

Bombas de calor modernas podem usar um corpo gasoso ou uma solução química de amônia líquida como um transportador de calor. A adequação de um esquema particular é avaliada em vários fatores, as características dos sistemas.

1. Instalações usando freon, tenha um ciclo de bomba de calor baseado em compressão de gás e processos de expansão. Eles são de alguma forma construídos em um circuito de compressor.O equipamento possui indicadores de desempenho atrativos, mas também apresenta desvantagens. Embora o consumo médio ponderado do sistema no momento do ciclo operacional seja estável, a fiação é muito carregada. Além disso, as bombas de calor com um transportador de calor gasoso não serão úteis em regiões onde não há redes de eletricidade centralizadas ou uma fonte de energia com capacidade de carga suficiente.
   
2. Instalações de tipo evaporativo usando solução de amônia, tem um ciclo de trabalho baseado no processo de evaporação de uma substância em baixos pontos de ebulição. A liquefação após a passagem de um trocador de calor externo ocorre sob a ação de uma fonte de energia. Este é um queimador de calor. Quase qualquer combustível pode ser usado para isso: sólido, gasolina, diesel, gás, querosene, em alguns casos - álcool metílico. Portanto, bombas de calor por evaporação são atraentes em locais onde não há eletricidade. Além disso, a escolha de tais equipamentos pode empurrar o combustível barato de um certo tipo na região.
   

A natureza do meio de trabalho usado no sistema pode dizer muito sobre o desempenho da usina e a produção de energia.Assim, as bombas de calor do compressor freon são capazes de um empurrão forte, aquecendo rapidamente a sala. Modelos de evaporação de amônia para tais proezas não são capazes. Seu modo preferido de uso é a operação estável e constante com transferência de calor nominal.

As vantagens das bombas de calor e a viabilidade da sua instalação

Como afirmado na publicidade, a principal vantagem das bombas de calor é eficiência de aquecimento. Até certo ponto, funciona dessa maneira. Se a bomba de calor tiver um ambiente de tomada de energia que forneça leituras de temperatura ideais, a instalação funcionará com eficiência, os custos de aquecimento serão reduzidos em cerca de 70-80%. No entanto, há sempre casos em que a bomba de calor pode ser um investimento irracional.

A eficiência da bomba de calor é determinada pelas seguintes características tecnológicas:

• o parâmetro do limite de limitação de temperatura diminui pelo fluido de trabalho;
• diferença mínima nas temperaturas do trocador externo e do ambiente, nas quais a extração de calor é extremamente pequena;
• o nível de consumo de energia e o recuo da energia térmica útil.

A viabilidade de usar uma bomba de calor depende de vários fatores.

1. Territórios onde esse equipamento não apresenta bons resultados - regiões com invernos gelados e baixas temperaturas médias diárias. Neste caso, a bomba de calor simplesmente não é capaz de extrair calor suficiente do ambiente, aproximando-se da zona de eficiência zero. Em primeiro lugar, diz respeito aos sistemas ar-ar.
2. Com um aumento no volume de espaço aquecido, os parâmetros tecnológicos da bomba de calor aumentam quase exponencialmente. Os trocadores de calor tornam-se maiores, o tamanho e o número de sondas de imersão na água ou no solo aumentam. A um certo ponto, o custo da bomba de calor para aquecimento é necessário despesas para sua instalação e manutenção, bem como o pagamento do consumo de energia são simplesmente investimentos irracionais. É muito mais barato criar um esquema clássico de aquecimento a gás com uma caldeira.
3. Quanto mais complexo o sistema, mais caro e é mais problemático reparar em caso de quebra. Este é um acréscimo negativo ao tamanho da área aquecida e às características da zona climática.

Clássico é bomba de calor e caldeira a gás / combustível sólidotrabalhando em um pacote. A ideia é simples: os produtos de combustão de combustível são exibidos em um tubo largo. Está localizado trocador de calor. No sistema de aquecimento e de abastecimento de água quente, são instalados tanques de armazenamento e uma caldeira de aquecimento indireta. O equipamento (caldeira e bomba) é ativado simultaneamente quando a temperatura do fluido na rede de distribuição cai. Trabalhando em pares, eles quase completamente utilizam a energia da queima de combustível, mostrando indicadores de eficiência quase máximos.

O sistema com adaptação às características ambientais é construído sobre bomba de calor, unidade de ventilação, pistola de calor de qualquer classe. Com uma temperatura do ar suficientemente alta na rua (até -5 ... -10 graus Celsius), a bomba de calor opera no modo normal, fornecendo saída de energia suficiente para aquecimento. O recurso de design do sistema é a localização de seu trocador de calor externo em um duto de ventilação separado.Quando a temperatura na rua abaixo da marca ideal, o ar fornecido é aquecido por uma pistola de calor (diesel, elétrica ou gás).

Vale a pena notar: a maioria dos esquemas que prevêem a adaptação à temperatura do ar ou os parâmetros de estabilização da operação da bomba de calor são aplicados aos dispositivos ar-ar e ar-água. Outros sistemas, devido aos trocadores de calor externos isolados no solo ou na água, não permitem a criação de tais condições de trabalho em “estufa”.

Principais características e cálculo do poder da bomba de calor

A racionalidade geral da instalação de uma bomba de calor para aquecimento de uma casa é estimada, acima de tudo, sobre despesas financeiras. Estes incluem:

• preço de compra de equipamentos;
• custos de instalação, que podem incluir obras de terra;
• despesas de manutenção periódica;
• custo aproximado de eliminar problemas freqüentes.

Escolha do modelo de poder, como mencionado acima, baseia-se na necessidade geral de fornecimento de calor. Um cálculo aproximado para uma casa de um andar de 10x10 metros (300 metros cúbicos de volume) se parece com isto:

• leva em conta a temperatura máxima negativa no inverno (-20);
• a diferença entre a sala e o ambiente é determinada (20 - -20 = 40);
• as perdas de calor das paredes são calculadas, de acordo com os dados de referência do seu material (para um tijolo, o valor tabular é 1, a perda de calor é de 1x300x40 - 12000 quilocalorias por hora ou 13,5 kW).

O valor resultante é um indicador da potência mínima da bomba de calor, que é suficiente para aquecer a casa. Para selecionar o modelo ideal, a característica deve ser aumentada em pelo menos 50%. Isto é feito devido ao fato de que a bomba de calor no inverno terá que trabalhar em condições não ideais, próximas ao ponto mais baixo de eficiência zero em temperatura ambiente. O valor resultante para o exemplo considerado é de cerca de 20 kW.

A segunda parte do cálculo é escolha da capacidade do tanque de armazenamento. Recomenda-se instalar esta parte do sistema para que a bomba de calor possa funcionar por um número limitado de ciclos por dia. A documentação do equipamento fornece recomendações sobre o volume do acumulador de calor para um indicador específico de ciclicidade. O valor médio é de 30 litros por quilowatt com 3 lançamentos, 20 litros com 5 lançamentos. Assim, para a casa neste exemplo, você precisa de um tanque de armazenamento de pelo menos 400 litros para cinco ciclos de operação da bomba de calor por dia.

Conclusão

Se, como resultado da análise do clima, fontes de energia disponíveis, a natureza do solo, foi decidido comprar uma bomba de calor para aquecimento, recomenda-se confiar design de sistema aos profissionais. A escolha ideal do modelo baseia-se não apenas nas características do equipamento e na mecânica de seu trabalho. Especialistas terão em conta a transferência de calor do solo, escolher um esquema combinado com boa eficiência, calcular a melhor opção para a realização das obras de terra. Portanto, o sistema de aquecimento com uma bomba de calor, desenvolvido por profissionais, não fará com que você encontre surpresas e lamente sua escolha.