Datos técnicos de las bombas de circulación para sistemas de calefacción

Tipos de diseños de bombas de calor

El tipo de bomba de calor generalmente se indica mediante una frase que indica el medio fuente y el portador de calor del sistema de calefacción.
Existen las siguientes variedades:

• ТН "aire - aire";
• ТН "aire - agua";
• TN "suelo - agua";
• TH "agua - agua".

La primera opción es un sistema dividido convencional que funciona en modo calefacción. El evaporador se monta al aire libre y una unidad con un condensador se instala dentro de la casa. Este último es soplado por un ventilador, por lo que se suministra una masa de aire caliente a la habitación.

Si dicho sistema está equipado con un intercambiador de calor especial con boquillas, se obtendrá el tipo HP "aire-agua". Está conectado a un sistema de calentamiento de agua.

El evaporador HP del tipo "aire-aire" o "aire-agua" no se puede colocar al aire libre, sino en el conducto de ventilación de extracción (debe ser forzado). En este caso, la eficiencia de la bomba de calor aumentará varias veces.

Las bombas de calor del tipo "agua a agua" y "suelo a agua" utilizan un intercambiador de calor externo o, como también se le llama, un colector para extraer calor.

Diagrama esquemático de la bomba de calor.

Este es un tubo de bucle largo, generalmente de plástico, a través del cual circula un medio líquido alrededor del evaporador. Ambos tipos de bombas de calor representan el mismo dispositivo: en un caso, el colector se sumerge en el fondo de un depósito de superficie y en el segundo, en el suelo. El condensador de dicha bomba de calor está ubicado en un intercambiador de calor conectado al sistema de calentamiento de agua caliente.

La conexión de bombas de calor según el esquema "agua - agua" es mucho menos laboriosa que "suelo - agua", ya que no es necesario realizar movimientos de tierra. En la parte inferior del depósito, la tubería se coloca en forma de espiral. Por supuesto, para este esquema, solo es adecuado un depósito que no se congele hasta el fondo en invierno.

Es hora de estudiar sustancialmente la experiencia extranjera.

Casi todo el mundo ahora conoce las bombas de calor capaces de extraer calor del ambiente para calentar edificios, y si no hace mucho un cliente potencial, por regla general, hizo la pregunta perpleja "¿cómo es esto posible?", Ahora la pregunta "¿cómo es esto correcto? hacer? ".

La respuesta a esta pregunta no es sencilla.

En busca de respuestas a las numerosas preguntas que inevitablemente surgen al intentar diseñar sistemas de calefacción con bombas de calor, es recomendable recurrir a la experiencia de especialistas en aquellos países donde las bombas de calor en intercambiadores de calor de tierra se han utilizado durante mucho tiempo.

Una visita * a la exposición estadounidense AHR EXPO-2008, que se llevó a cabo principalmente con el fin de obtener información sobre los métodos de cálculo de ingeniería para intercambiadores de calor terrestres, no arrojó resultados directos en esta dirección, pero se vendió un libro en la exposición ASHRAE. stand, algunas de las cuales sirvieron de base para estas publicaciones.

Cabe decir de inmediato que la transferencia de la metodología estadounidense a suelo doméstico no es una tarea fácil. Para los estadounidenses, las cosas no son iguales que en Europa. Solo que miden el tiempo en las mismas unidades que nosotros. Todas las demás unidades de medida son puramente estadounidenses, o más bien británicas. Los estadounidenses tuvieron especialmente mala suerte con el flujo de calor, que se puede medir tanto en unidades térmicas británicas por unidad de tiempo como en toneladas de refrigeración, que probablemente se inventaron en Estados Unidos.

El principal problema, sin embargo, no fue el inconveniente técnico de recalcular las unidades de medida adoptadas en Estados Unidos, a las que se puede acostumbrar con el tiempo, sino la ausencia en el mencionado libro de una base metodológica clara para la construcción de un cálculo. algoritmo. Se da demasiado espacio a los métodos de cálculo habituales y conocidos, mientras que algunas disposiciones importantes permanecen completamente sin revelar.

En particular, dichos datos iniciales relacionados físicamente para calcular los intercambiadores de calor de tierra verticales, como la temperatura del fluido que circula en el intercambiador de calor y el factor de conversión de la bomba de calor, no se pueden configurar arbitrariamente y antes de proceder con los cálculos relacionados con el calor inestable. transferencia en el suelo, es necesario determinar las relaciones que conectan estos parámetros.

El criterio de eficiencia de una bomba de calor es el coeficiente de conversión α, cuyo valor está determinado por la relación entre su potencia térmica y la potencia del accionamiento eléctrico del compresor. Este valor es función de los puntos de ebullición tu en el evaporador y tk de condensación, y en relación a las bombas de calor agua-agua, podemos hablar de las temperaturas del líquido a la salida del evaporador t2I y a la salida del condensador t2K:

? =? (t2И, t2K). (una)

El análisis de las características del catálogo de las máquinas frigoríficas en serie y las bombas de calor agua-agua permitió visualizar esta función en forma de diagrama (Fig. 1).

Usando el diagrama, es fácil determinar los parámetros de la bomba de calor en las etapas iniciales de diseño. Es obvio, por ejemplo, que si el sistema de calefacción conectado a la bomba de calor está diseñado para suministrar un medio de calefacción con una temperatura de impulsión de 50 ° C, entonces el factor de conversión máximo posible de la bomba de calor será de aproximadamente 3,5. Al mismo tiempo, la temperatura del glicol en la salida del evaporador no debe ser inferior a + 3 ° С, lo que significa que se requerirá un costoso intercambiador de calor de tierra.

Al mismo tiempo, si la casa se calienta mediante un piso cálido, un portador de calor con una temperatura de 35 ° C ingresará al sistema de calefacción desde el condensador de la bomba de calor. En este caso, la bomba de calor podrá funcionar de forma más eficiente, por ejemplo, con un factor de conversión de 4,3, si la temperatura del glicol enfriado en el evaporador es de unos -2 ° C

Usando hojas de cálculo de Excel, puede expresar la función (1) como una ecuación:

? = 0,1729 • (41,5 + t2I - 0,015t2I • t2K - 0,437 • t2K (2)

Si, con el factor de conversión deseado y un valor dado de la temperatura del refrigerante en el sistema de calefacción alimentado por una bomba de calor, es necesario determinar la temperatura del líquido enfriado en el evaporador, entonces se puede representar la ecuación (2) como:

(3)

Puede elegir la temperatura del refrigerante en el sistema de calefacción a los valores dados del coeficiente de conversión de la bomba de calor y la temperatura del líquido en la salida del evaporador usando la fórmula:

(4)

En las fórmulas (2) ... (4) las temperaturas se expresan en grados Celsius.

Habiendo identificado estas dependencias, ahora podemos ir directamente a la experiencia estadounidense.

Método de cálculo de bombas de calor.

Por supuesto, el proceso de selección y cálculo de una bomba de calor es una operación técnicamente muy complicada y depende de las características individuales del objeto, pero se puede reducir aproximadamente a las siguientes etapas:

Se determinan las pérdidas de calor a través de la envolvente del edificio (paredes, techos, ventanas, puertas). Esto se puede hacer aplicando la siguiente proporción:

Qok = S * (tvn - tnar) * (1 + Σ β) * n / Rt (W) donde

tnar - temperatura del aire exterior (° С);

tvn - temperatura del aire interno (° С);

S es el área total de todas las estructuras de cerramiento (m2);

n - coeficiente que indica la influencia del medio ambiente en las características del objeto.Para habitaciones en contacto directo con el ambiente exterior a través de los techos n = 1; para objetos con piso de ático n = 0.9; si el objeto se encuentra por encima del sótano n = 0,75;

β es el coeficiente de pérdida de calor adicional, que depende del tipo de estructura y su ubicación geográfica. β puede variar de 0,05 a 0,27;

RT - resistencia térmica, se determina mediante la siguiente expresión:

Rt = 1 / αint + Σ (δі / λі) + 1 / αout (m2 * ° С / W), donde:

δі / λі es un indicador calculado de la conductividad térmica de los materiales utilizados en la construcción.

αout es el coeficiente de disipación térmica de las superficies exteriores de las estructuras envolventes (W / m2 * оС);

αin - el coeficiente de absorción térmica de las superficies internas de las estructuras de cerramiento (W / m2 * оС);

- La pérdida de calor total de la estructura se calcula mediante la fórmula:

Qt.pot = Qok + Qi - Qbp, donde:

Qi: consumo de energía para calentar el aire que ingresa a la habitación a través de fugas naturales;

Qbp: liberación de calor debido al funcionamiento de los electrodomésticos y las actividades humanas.

2. A partir de los datos obtenidos, se calcula el consumo anual de energía térmica para cada objeto individual:

Q año = 24 * 0,63 * Qt. sudor. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / hora por año.) donde:

tвн - temperatura del aire interior recomendada;

tnar - temperatura del aire exterior;

tout.av - el valor medio aritmético de la temperatura del aire exterior durante toda la temporada de calefacción;

d es el número de días del período de calefacción.

3. Para un análisis completo, también deberá calcular el nivel de energía térmica necesaria para calentar el agua:

Qgv = V * 17 (kW / hora por año). Donde:

V es el volumen de calentamiento diario de agua hasta 50 ° С.

Entonces, el consumo total de energía térmica estará determinado por la fórmula:

Q = Qgv + Qyear (kW / hora por año).

Teniendo en cuenta los datos obtenidos, no será difícil elegir la bomba de calor más adecuada para calefacción y suministro de agua caliente. Además, la potencia calculada se determinará como. Qtn = 1.1 * Q, donde:

Qtn = 1.1 * Q, donde:

1.1 es un factor de corrección que indica la posibilidad de aumentar la carga en la bomba de calor durante el período de temperaturas críticas.

Después de calcular las bombas de calor, puede seleccionar la bomba de calor más adecuada capaz de proporcionar los parámetros de microclima requeridos en habitaciones con cualquier característica técnica. Y dada la posibilidad de integrar este sistema con una unidad de aire acondicionado, un piso cálido puede destacarse no solo por su funcionalidad, sino también por su alto costo estético.

Fórmula para contar

Vías de pérdida de calor en la casa.

La bomba de calor puede hacer frente completamente a la calefacción de espacios.

Para elegir la unidad que más le convenga, debe calcular su potencia requerida.

En primer lugar, debe comprender el balance de calor en el edificio. Para estos cálculos, puede utilizar los servicios de especialistas, una calculadora en línea o usted mismo usando una fórmula simple:

R = (k x V x T) / 860, en donde:

R - consumo de energía de la habitación (kW / hora); k es el coeficiente promedio de pérdida de calor del edificio: por ejemplo, igual a 1 - un edificio perfectamente aislado y 4 - un cuartel hecho de tablas; V es el volumen total de toda la habitación climatizada, en metros cúbicos; T es la diferencia de temperatura máxima entre el exterior y el interior del edificio. 860 es el valor requerido para convertir las kcal resultantes a kW.

En el caso de una bomba de calor geotérmica agua-agua, también es necesario calcular la longitud requerida del circuito que estará en el depósito. El cálculo es aún más sencillo aquí.

Se sabe que 1 metro de colector da unos 30 vatios. En otras palabras, 1 kW de potencia de bomba requiere 22 metros de tuberías. Conociendo la potencia de bomba requerida, podemos calcular fácilmente cuántas tuberías necesitamos para hacer el circuito.

Cálculo basado en el ejemplo del sistema agua-agua.

Calculemos, por ejemplo, una casa con los siguientes datos iniciales:

• área calentada 300 metros cuadrados;
• altura del techo 2,8 m;
• el edificio está bien aislado;
• la temperatura mínima en el exterior en invierno es de -25 grados;
• temperatura ambiente confortable +22 grados.

En primer lugar, calculamos el volumen calentado de la habitación: 300 metros cuadrados. x 2.8 m = 840 metros cúbicos

Luego calculamos el valor "T": 22 - (-25) = 45 grados.

Sustituimos estos datos en la fórmula: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kW / h

Hemos recibido la capacidad requerida de la bomba de calor de 44 kW / h. Podemos determinar fácilmente que para su funcionamiento necesitamos un colector con una longitud total de al menos 968 metros.

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Entonces para una habitación bien aislada con un área de 300 metros cuadrados. es adecuada una bomba con una capacidad de al menos 44 kW. Como en otros lugares, es mejor hacer una reserva de marcha de al menos el 10%. Por lo tanto, es mejor comprar una unidad de 48-49 kW.

Tarde o temprano todos llegaremos al uso de energías alternativas y hoy podemos dar el primer paso. Al usar bombas de calor, reducirá sus costos de calefacción, se independizará de los proveedores de gas o carbón y preservará la ecología de su planeta natal.

Con la ayuda de este artículo, podrá calcular los parámetros de los equipos geotérmicos que se adaptarán a sus instalaciones. Pero no olvide que los profesionales harán todo lo posible. Y siempre tendrás alguien que te preguntará si el sistema no funciona correctamente.

Mire un video en el que un especialista explica en detalle los principios para calcular la potencia de una bomba de calor para calentar una casa:

Tipos de bombas de calor

Las bombas de calor se dividen en tres tipos principales según la fuente de energía de bajo grado:

• Aire.
• Cebado.
• Agua: la fuente puede ser agua subterránea y masas de agua superficiales.

Para los sistemas de calentamiento de agua, que son más comunes, se utilizan los siguientes tipos de bombas de calor:

Aire-agua es una bomba de calor de tipo aire que calienta un edificio aspirando aire del exterior a través de una unidad externa. Funciona según el principio de un acondicionador de aire, solo al revés, convirtiendo la energía del aire en calor. Tal bomba de calor no requiere grandes costos de instalación, no es necesario asignarle una parcela de tierra y, además, perforar un pozo. Sin embargo, la eficiencia de funcionamiento a bajas temperaturas (-25 ° C) disminuye y se requiere una fuente adicional de energía térmica.

El dispositivo "agua subterránea" se refiere a la geotermia y produce calor del suelo mediante un colector, colocado a una profundidad por debajo de la congelación del suelo. Además, existe una dependencia del área del sitio y del paisaje, si el colector está ubicado horizontalmente. Para la colocación vertical, deberá perforar un pozo.

"Agua a agua" se instala donde hay un cuerpo de agua o agua subterránea cerca. En el primer caso, el reservorio se coloca en el fondo del reservorio, en el segundo, se perfora un pozo o varios, si el área del sitio lo permite. A veces, la profundidad del agua subterránea es demasiado profunda, por lo que el costo de instalar una bomba de calor de este tipo puede ser muy alto.

Cada tipo de bomba de calor tiene sus propias ventajas y desventajas, si el edificio está lejos del depósito o el agua subterránea es demasiado profunda, entonces "agua a agua" no funcionará. El "aire-agua" será relevante solo en regiones relativamente cálidas, donde la temperatura del aire en la estación fría no desciende por debajo de -25 ° C.

¿Cómo funciona una bomba de calor?

Una bomba de calor moderna es muy similar a un frigorífico banal.

¿Qué es una bomba geotérmica o, en otras palabras, una bomba de calor? Este es un equipo capaz de transferir calor desde la fuente al consumidor. Consideremos el principio de su funcionamiento en el ejemplo de la primera implementación práctica de la idea.

El principio de funcionamiento de las bombas geotérmicas se conoció en los años 50 del siglo XIX. En la práctica, estos principios se implementaron solo a mediados del siglo pasado.

Un día, un experimentador llamado Weber estaba manipulando un congelador y accidentalmente tocó un tubo condensador en llamas.Se le ocurrió una idea de por qué el calor no va a ninguna parte y no trae ningún beneficio. Sin pensarlo dos veces, alargó la tubería y la metió en un tanque para calentar agua.

Había tanta agua caliente que no supo qué hacer con ella. Era necesario ir más allá: ¿cómo calentar el aire con este sencillo sistema? La solución resultó ser muy simple y, por lo tanto, no menos ingeniosa.

El agua caliente se impulsa en espiral a través de un serpentín y luego un ventilador sopla aire caliente alrededor de la casa. ¡Todo ingenioso es simple! Weber era un hombre mesurado y, con el tiempo, se le ocurrió la idea de cómo prescindir de un congelador. ¡Debemos extraer calor de la tierra!

Después de enterrar las tuberías de cobre y bombearlas con freón (el mismo gas que se usa en los refrigeradores), comenzó a recibir energía térmica de las profundidades. Creemos que con este ejemplo, todos comprenderán el principio de funcionamiento de una bomba de calor.

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Método para calcular la potencia de una bomba de calor.

Además de determinar la fuente de energía óptima, será necesario calcular la potencia de la bomba de calor necesaria para la calefacción. Depende de la cantidad de calor perdido en el edificio. Calculemos la potencia de una bomba de calor para calentar una casa usando un ejemplo específico.

Para esto, usamos la fórmula Q = k * V * ∆T, donde

• Q es la pérdida de calor (kcal / hora). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V es el volumen de la casa en m3 (el área se multiplica por la altura de los techos);
• ∆Т es la relación de las temperaturas mínimas dentro y fuera de las instalaciones durante el período más frío del año, ° С. Reste el exterior del interior tº;
• k es el coeficiente de transferencia de calor generalizado del edificio. Para un edificio de ladrillo con mampostería en dos capas k = 1; para un edificio bien aislado k = 0,6.

Así, el cálculo de la potencia de la bomba de calor para calentar una casa de ladrillo de 100 metros cuadrados y una altura de techo de 2,5 m, con una diferencia ttº de -30º exterior a + 20º interior, será el siguiente:

Q = (100x2.5) x (20- (-30)) x 1 = 12500 kcal / hora

12500/860 = 14,53 kW. Es decir, para una casa de ladrillos estándar con un área de 100 m, se necesitará un dispositivo de 14 kilovatios.

El consumidor acepta la elección del tipo y la potencia de la bomba de calor en función de una serie de condiciones:

• características geográficas del área (proximidad a cuerpos de agua, presencia de agua subterránea, área libre para un recolector);
• características del clima (temperatura);
• tipo y volumen interno de la habitación;
• oportunidades financieras.

Teniendo en cuenta todos los aspectos anteriores, podrá realizar la mejor elección de equipo. Para una selección más eficiente y correcta de una bomba de calor, es mejor contactar a especialistas, ellos podrán realizar cálculos más detallados y brindar la viabilidad económica de la instalación del equipo.

Durante mucho tiempo y con mucho éxito, las bombas de calor se han utilizado en refrigeradores y acondicionadores de aire domésticos e industriales.

Hoy en día, estos dispositivos han comenzado a usarse para realizar una función de naturaleza opuesta: calentar una vivienda durante el clima frío.

Echemos un vistazo a cómo se utilizan las bombas de calor para calentar casas particulares y qué necesita saber para calcular correctamente todos sus componentes.

Variedades principales

Sistemas de extracción de calor. (Click para agrandar)

• aire-aire es, en esencia, un acondicionador de aire convencional;
• aire-agua: agregamos un intercambiador de calor al aire acondicionado y ya estamos calentando el agua;
• tierra-agua: enterramos el colector de las tuberías en el suelo y, en la salida, calentamos el agua;
• agua-agua: las tuberías se colocan en un depósito abierto o subterráneo y emiten calor al sistema de calefacción del edificio.

(Puede encontrar una clasificación detallada de las bombas de calor para calefacción en este artículo).

Ejemplo de cálculo de bomba de calor

Seleccionaremos una bomba de calor para el sistema de calefacción de una casa de un piso con un área total de 70 metros cuadrados. m con una altura de techo estándar (2,5 m), arquitectura racional y aislamiento térmico de las estructuras de cerramiento que cumple con los requisitos de los códigos de construcción modernos. Para calentar el 1er cuarto.m de tal objeto, de acuerdo con los estándares generalmente aceptados, es necesario gastar 100 W de calor. Así, para calentar toda la casa necesitarás:

Q = 70 x 100 = 7000 W = 7 kW de energía térmica.

Elegimos una bomba de calor de la marca "TeploDarom" (modelo L-024-WLC) con una potencia térmica de W = 7,7 kW. El compresor de la unidad consume N = 2,5 kW de electricidad.

Cálculo de yacimientos

El suelo en el sitio asignado para la construcción del colector es arcilla, el nivel de agua subterránea es alto (tomamos el valor calorífico p = 35 W / m).

La potencia del colector está determinada por la fórmula:

Qk = W - N = 7,7 - 2,5 = 5,2 kW.

L = 5200/35 = 148,5 m (aprox).

Partiendo del hecho de que es irracional colocar un circuito con una longitud de más de 100 m debido a una resistencia hidráulica excesivamente alta, aceptamos lo siguiente: el colector de la bomba de calor constará de dos circuitos - 100 my 50 m de largo.

El área del sitio que deberá asignarse al recolector está determinada por la fórmula:

S = L x A,

Donde A es el paso entre secciones adyacentes del contorno. Aceptamos: A = 0,8 m.

Entonces S = 150 x 0.8 = 120 sq. metro.

Cálculos

Como saben, las bombas de calor utilizan fuentes de energía renovables y gratuitas: calor de aire, suelo, subterráneo, aguas residuales y residuales de procesos tecnológicos de bajo potencial, masas de agua abiertas no heladas. En esto se gasta electricidad, pero la relación entre la cantidad de energía térmica recibida y la cantidad de electricidad consumida es de aproximadamente 3 a 6.

Más precisamente, las fuentes de calor de bajo grado pueden ser aire exterior con una temperatura de –10 a + 15 ° С, aire extraído de la habitación (15–25 ° С), subsuelo (4–10 ° С) y agua subterránea ( más de 10 ° C), agua de lago y río (0–10 ° С), superficie (0–10 ° С) y suelo profundo (más de 20 m) (10 ° С).

Hay dos opciones para obtener calor de bajo grado del suelo: colocar tuberías de metal y plástico en zanjas de 1,2 a 1,5 m de profundidad o en pozos verticales de 20 a 100 m de profundidad. A veces, las tuberías se colocan en forma de espirales en zanjas 2-4 m de profundidad, lo que reduce significativamente la longitud total de las trincheras. La máxima transferencia de calor desde la superficie del suelo es de 50 a 70 kWh / m2 por año. La vida útil de zanjas y pozos es de más de 100 años.

Ejemplo de cálculo de bomba de calor

Condiciones iniciales: es necesario elegir una bomba de calor para calefacción y suministro de agua caliente de una casa de campo de dos pisos con una superficie de 200m2; la temperatura del agua en el sistema de calefacción debe ser de 35 ° C; la temperatura mínima del refrigerante es 0 ° С. La pérdida de calor del edificio es de 50W / m2. Suelo arcilloso, seco.

Cálculo:

Potencia térmica necesaria para calefacción: 200 * 50 = 10 kW;

Potencia calorífica necesaria para calefacción y suministro de agua caliente: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Para calentar el edificio, se seleccionó una bomba de calor WW H R P C 12 con una potencia de 14,79 kW (el tamaño estándar más grande más cercano), que gasta 3,44 kW para calentar freón. La eliminación de calor de la capa superficial del suelo (arcilla seca) q es igual a 20 W / m. Calculamos:

1) la potencia térmica requerida del colector Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) la longitud total de las tuberías L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m Para organizar tal colector, se requieren 6 circuitos con una longitud de 100 m;

3) con un paso de colocación de 0,75 m, el área requerida del sitio es A = 600 x 0,75 = 450 m2;

4) consumo total de solución de glicol (25%)

Vs = 11,35 3600 / (1,05 3,7 dt) = 3,506 m3 / h,

dt es la diferencia de temperatura entre las líneas de suministro y retorno, que a menudo se toma igual a 3 K. El caudal por circuito es de 0,584 m3 / h. Para el dispositivo colector, seleccionamos una tubería de plástico reforzado de tamaño estándar 32 (por ejemplo, PE32x2). La pérdida de presión en él será de 45 Pa / m; la resistencia de un circuito es de aproximadamente 7 kPa; caudal de refrigerante - 0,3 m / s.

Cálculo del colector de bomba de calor horizontal

La eliminación de calor de cada metro de la tubería depende de muchos parámetros: la profundidad de tendido, la disponibilidad de agua subterránea, la calidad del suelo, etc. A grandes rasgos se puede considerar que para los colectores horizontales es de 20 W / m. Más precisamente: arena seca - 10, arcilla seca - 20, arcilla húmeda - 25, arcilla con un alto contenido de agua - 35 W / m. La diferencia en la temperatura del refrigerante en las líneas directa y de retorno del circuito en los cálculos generalmente se toma en 3 ° C. No se deben erigir estructuras en el sitio por encima del colector, de modo que el calor de la tierra se reponga con la radiación solar. La distancia mínima entre las tuberías tendidas debe ser de 0,7 a 0,8 m.La longitud de una zanja suele ser de entre 30 y 120 m Se recomienda utilizar una solución de glicol al 25% como refrigerante primario. En los cálculos se debe tener en cuenta que su capacidad calorífica a una temperatura de 0 ° C es de 3.7 kJ / (kg K), y su densidad es de 1.05 g / cm3. Cuando se usa anticongelante, la pérdida de presión en las tuberías es 1,5 veces mayor que cuando se hace circular el agua. Para calcular los parámetros del circuito primario de la instalación de la bomba de calor, será necesario determinar el caudal de anticongelante: Vs = Qo 3600 / (1.05 3.7 .t), donde .t es la diferencia de temperatura entre el suministro y el retorno. líneas, que a menudo se toma igual a 3 K, y Qo es la potencia térmica recibida de una fuente de bajo potencial (tierra). Este último valor se calcula como la diferencia entre la potencia total de la bomba de calor Qwp y la potencia eléctrica gastada en calentar el freón P: Qo = Qwp - P, kW. La longitud total de las tuberías colectoras L y el área total de la sección debajo de ella A se calculan mediante las fórmulas: L = Qo / q, A = L · da. Aquí q es la eliminación de calor específica (de 1 m de tubería); da es la distancia entre las tuberías (paso de colocación).

Cálculo de sonda

Cuando se utilizan pozos verticales con una profundidad de 20 a 100 m, se sumergen en ellos tuberías de metal-plástico o plástico en forma de U (con diámetros superiores a 32 mm). Como regla general, se insertan dos bucles en un pozo, después de lo cual se llena con mortero de cemento. En promedio, la salida de calor específica de una sonda de este tipo se puede considerar igual a 50 W / m. También puede centrarse en los siguientes datos sobre la producción de calor:

* rocas sedimentarias secas - 20 W / m;

* suelo pedregoso y rocas sedimentarias saturadas de agua - 50 W / m;

* rocas con alta conductividad térmica - 70 W / m;

* agua subterránea - 80 W / m.

La temperatura del suelo a una profundidad de más de 15 m es constante y es de aproximadamente + 10 ° С. La distancia entre los pozos debe ser superior a 5 m Si hay corrientes subterráneas, los pozos deben ubicarse en una línea perpendicular al flujo. La selección de los diámetros de la tubería se realiza en función de la pérdida de presión para el caudal de refrigerante requerido. El cálculo del caudal de líquido se puede realizar para t = 5 ° С. Ejemplo de cálculo. Los datos iniciales son los mismos que en el cálculo anterior del colector horizontal. Con una extracción de calor específica de la sonda de 50 W / my la potencia requerida de 11,35 kW, la longitud de la sonda L debe ser de 225 m. .0); en total - 6 circuitos, 150 m cada uno.

El caudal total del refrigerante a .t = 5 ° С será de 2,1 m3 / h; caudal a través de un circuito - 0,35 m3 / h. Los circuitos tendrán las siguientes características hidráulicas: pérdida de presión en la tubería - 96 Pa / m (portador de calor - solución de glicol al 25%); resistencia de bucle - 14,4 kPa; velocidad de flujo - 0,3 m / s.

Recuperación de la inversión de la bomba de calor

Cuando se trata de cuánto tiempo le toma a una persona devolver el dinero invertido en algo, significa cuán rentable fue la inversión en sí. En el campo de la calefacción todo es bastante difícil, ya que nos dotamos de comodidad y calor, y todos los sistemas son caros, pero en este caso, puedes buscar una opción que te devuelva el dinero gastado reduciendo costes durante el uso. Y cuando empiezas a buscar una solución adecuada, lo comparas todo: una caldera de gas, una bomba de calor o una caldera eléctrica. Analizaremos qué sistema dará sus frutos de forma más rápida y eficiente.

El concepto de recuperación de la inversión, en este caso, la introducción de una bomba de calor para modernizar el sistema de suministro de calor existente, en pocas palabras, se puede explicar de la siguiente manera:

Hay un sistema: una caldera de gas individual, que proporciona calefacción autónoma y suministro de agua caliente. Hay un aire acondicionado de sistema dividido que proporciona frío a una habitación. Se instalaron 3 sistemas split en diferentes habitaciones.

Y hay una tecnología avanzada más económica: una bomba de calor que calentará / enfriará casas y calentará agua en las cantidades adecuadas para una casa o apartamento. Es necesario determinar cuánto han cambiado el costo total del equipo y los costos iniciales, y también estimar cuánto han disminuido los costos operativos anuales de los tipos seleccionados de equipo. Y para determinar en cuántos años, con los ahorros resultantes, los equipos más costosos darán sus frutos.Idealmente, se comparan varias soluciones de diseño propuestas y se selecciona la más rentable.

Calculemos y vyyaski, ¿cuál es el período de recuperación de una bomba de calor en Ucrania?

Consideremos un ejemplo específico

• La casa es de 2 plantas, bien aislada, con una superficie total de 150 m2.
• Sistema de distribución de calor / calefacción: circuito 1 - suelo radiante, circuito 2 - radiadores (o fancoils).
• Se instaló una caldera de gas para calefacción y suministro de agua caliente (suministro de agua caliente), por ejemplo 24kW, doble circuito.
• Sistema de aire acondicionado a partir de sistemas split para 3 habitaciones de la casa.

Costos anuales de calefacción y calentamiento de agua.

1. El costo aproximado de una sala de calderas con una caldera de gas de 24 kW (caldera, tuberías, cableado, tanque, medidor, instalación) es de aproximadamente 1000 euros. Un sistema de aire acondicionado (un sistema split) para una casa de este tipo costará unos 800 euros. En total con la disposición de la sala de calderas, trabajos de diseño, conexión a la red de gasoductos y trabajos de instalación - 6100 euros.

1. El coste aproximado de la bomba de calor Mycond con fancoil adicional, trabajos de instalación y conexión a la red es de 6.650 euros.

1. El crecimiento de la inversión es: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euros (o alrededor de 16500 UAH)
2. La reducción de los costos operativos es: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Periodo de amortización Tocup. = 16500/19608 = 0,84 años!

Facilidad de uso de la bomba de calor

Las bombas de calor son los equipos más versátiles, multifuncionales y energéticamente eficientes para calentar una casa, un apartamento, una oficina o una instalación comercial.

Un sistema de control inteligente con programación semanal o diaria, conmutación automática de los ajustes estacionales, mantenimiento de la temperatura en la casa, modos de economía, control de una caldera esclava, caldera, bombas de circulación, control de temperatura en dos circuitos de calefacción, es el más avanzado y avanzado. El control por inversor del funcionamiento del compresor, ventilador, bombas, permite el máximo ahorro energético.

Funcionamiento de la bomba de calor cuando se trabaja según el esquema de aguas subterráneas.

El recolector se puede enterrar de tres formas.

Opción horizontal

Las tuberías se colocan en trincheras como una serpiente a una profundidad que excede la profundidad de congelación del suelo (en promedio, de 1 a 1,5 m).
Tal recolector requerirá una parcela de tierra de un área suficientemente grande, pero cualquier propietario puede construirla; no se necesitan habilidades, aparte de la capacidad de trabajar con una pala.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la construcción de un intercambiador de calor a mano es un proceso bastante laborioso.

Opción vertical

Las tuberías del depósito en forma de bucles con la forma de la letra “U” se sumergen en pozos con una profundidad de 20 a 100 m, si es necesario, se pueden construir varios de estos pozos. Después de instalar las tuberías, los pozos se llenan con mortero de cemento.

La ventaja de un colector vertical es que se necesita un área muy pequeña para su construcción. Sin embargo, no hay forma de perforar pozos de más de 20 m de profundidad por su cuenta; tendrá que contratar un equipo de perforadores.

Opción combinada

Este colector puede considerarse una especie de horizontal, pero se requiere mucho menos espacio para su construcción.
Se cava un pozo redondo en el sitio con una profundidad de 2 m.

Los tubos del intercambiador de calor se colocan en espiral, de modo que el circuito es como un resorte instalado verticalmente.

Una vez finalizado el trabajo de instalación, el pozo se llena. Como en el caso de un intercambiador de calor horizontal, todo el trabajo necesario se puede realizar a mano.

El colector está lleno de anticongelante - anticongelante o solución de etilenglicol.Para asegurar su circulación, se corta una bomba especial en el circuito. Habiendo absorbido el calor del suelo, el anticongelante va al evaporador, donde tiene lugar el intercambio de calor entre él y el refrigerante.

Debe tenerse en cuenta que la extracción ilimitada de calor del suelo, especialmente cuando el colector está ubicado verticalmente, puede tener consecuencias indeseables para la geología y ecología del sitio. Por lo tanto, en el período de verano, es muy conveniente operar la bomba de calor del tipo "suelo - agua" en modo inverso: aire acondicionado.

El sistema de calefacción a gas tiene muchas ventajas, y una de las principales es el bajo costo del gas. Cómo equipar la calefacción del hogar con gas, se le indicará el esquema de calefacción de una casa privada con una caldera de gas. Tenga en cuenta el diseño del sistema de calefacción y los requisitos de reemplazo.

Lea sobre las características de elegir paneles solares para calefacción doméstica en este tema.

Cálculo del colector de bomba de calor horizontal

La eficiencia de un colector horizontal depende de la temperatura del medio en el que está sumergido, su conductividad térmica, así como el área de contacto con la superficie de la tubería. El método de cálculo es bastante complicado, por lo que, en la mayoría de los casos, se utilizan datos promediados.

Se cree que cada metro del intercambiador de calor proporciona al HP la siguiente salida de calor:

• 10 W - cuando se entierra en suelo arenoso o rocoso seco;
• 20 W - en suelo arcilloso seco;
• 25 W - en suelo arcilloso húmedo;
• 35 W - en suelo arcilloso muy húmedo.

Por lo tanto, para calcular la longitud del colector (L), la potencia térmica requerida (Q) debe dividirse por el poder calorífico del suelo (p):

L = Q / p.

Los valores dados solo pueden considerarse válidos si se cumplen las siguientes condiciones:

• La parcela de tierra sobre el recolector no está edificada, no tiene sombra ni está plantada con árboles o arbustos.
• La distancia entre vueltas adyacentes de la espiral o secciones de la "serpiente" es de al menos 0,7 m.

Cómo funcionan las bombas de calor

Cualquier bomba de calor tiene un medio de trabajo llamado refrigerante. Por lo general, el freón actúa en esta capacidad, con menos frecuencia el amoníaco. El dispositivo en sí consta de solo tres componentes:

El evaporador y el condensador son dos tanques, que parecen tubos largos y curvos: serpentines. El condensador está conectado en un extremo a la salida del compresor y el evaporador a la entrada. Los extremos de las bobinas están unidos y se instala una válvula reductora de presión en la unión entre ellos. El evaporador está en contacto, directa o indirectamente, con el medio fuente y el condensador está en contacto con el sistema de calefacción o ACS.

Cómo funciona la bomba de calor

La operación de HP se basa en la interdependencia del volumen de gas, la presión y la temperatura. Esto es lo que sucede dentro de la unidad:

1. El amoníaco, el freón u otro refrigerante, que se mueve a lo largo del evaporador, se calienta desde el medio de origen, por ejemplo, a una temperatura de +5 grados.
2. Después de pasar por el evaporador, el gas llega al compresor, que lo bombea al condensador.
3. El refrigerante descargado por el compresor es retenido en el condensador por la válvula reductora de presión, por lo que su presión es más alta aquí que en el evaporador. Como sabe, al aumentar la presión, aumenta la temperatura de cualquier gas. Esto es exactamente lo que sucede con el refrigerante: se calienta entre 60 y 70 grados. Dado que el refrigerante que circula en el sistema de calefacción lava el condensador, este último también se calienta.
4. El refrigerante se descarga en pequeñas porciones a través de la válvula reductora de presión al evaporador, donde su presión vuelve a caer. El gas se expande y se enfría, y dado que parte de la energía interna se perdió como resultado del intercambio de calor en la etapa anterior, su temperatura cae por debajo de los +5 grados iniciales. Después del evaporador, se calienta nuevamente, luego el compresor lo bombea al condensador, y así sucesivamente en un círculo. Científicamente, este proceso se llama ciclo de Carnot.

Pero la bomba de calor sigue siendo muy rentable: por cada kW * h de electricidad gastado, es posible obtener de 3 a 5 kW * h de calor.

Accesorios de fabricación propia para sistema de calefacción con bomba de calor.

Es bastante difícil para un propietario común competir con las bombas de calor industriales de fabricantes nacionales y extranjeros, sin embargo, su instalación y fabricación de unidades individuales no es un trabajo imposible. La tarea principal al instalar una bomba de calor es la corrección de los cálculos, porque en caso de error, el sistema puede tener una baja eficiencia y volverse ineficaz.

Compresor

Para la instalación necesitará uno nuevo o usado. el compresor funciona correctamente con un recurso no agotado de potencia adecuada. La potencia típica del compresor debe ser del 20 al 30% de la calculada, puede usar unidades estándar de fábrica para refrigeradores o acondicionadores de aire en espiral, que tienen una mayor eficiencia en comparación con los dispositivos de pistón.

Evaporador y condensador

Para enfriar y calentar líquidos, se suelen pasar a través de tubos de cobre colocados en un recipiente con intercambiador de calor. Para aumentar el área de enfriamiento, la tubería de cobre está dispuesta en forma de espiral, la longitud requerida se calcula utilizando la fórmula para calcular el área dividida por la sección. El volumen del tanque de intercambio de calor se calcula en función de la implementación del intercambio de calor efectivo, el promedio habitual es de aproximadamente 120 litros. Para una bomba de calor, es racional utilizar tuberías para acondicionadores de aire, que inicialmente tienen forma de espiral y se implementan en bobinas.

Higo. 3 Tubería y tanque de cobre para intercambiador de calor

Muchos fabricantes de bombas de calor han reemplazado este método de construcción de intercambiadores de calor por uno más compacto, utilizando el intercambio de calor según el principio de "tubería en tubería". El diámetro estándar de la tubería de plástico para el evaporador es de 32 mm, se coloca una tubería de cobre con un diámetro de 19 mm, el evaporador está aislado térmicamente, la longitud total del intercambiador de calor es de aproximadamente 10 a 12 m. condensador, se puede utilizar 25 mm. tubo metal-plástico y 12,7 mm. cobre.

Fig 4. Montaje y apariencia de un intercambiador de calor de tubos de cobre y plástico

Para aumentar el área y la eficiencia del intercambiador de calor, algunos artesanos tuercen una trenza de varios tubos de cobre de pequeño diámetro, los transfieren con un alambre delgado y colocan la estructura en plástico. Esto permite obtener un área de intercambio de calor de aproximadamente 1 metro cúbico en una sección de 10 metros.

Válvula de expansión termostática

El dispositivo correcto controla el nivel de llenado del evaporador y es en gran parte responsable del rendimiento de todo el sistema. Por ejemplo, si el flujo de refrigerante es demasiado alto, no tendrá tiempo de evaporarse por completo y entrarán gotas de líquido en el compresor, lo que provocará la interrupción de su funcionamiento y una disminución de la temperatura del gas de salida. Una cantidad demasiado pequeña de freón en el evaporador después de aumentar la temperatura en el compresor no será suficiente para calentar el volumen de agua requerido.

Higo. 5 Equipo básico para la bomba de calor

Sensores

Para facilitar el uso, el control del funcionamiento, la detección de averías y la configuración del sistema, es necesario contar con sensores de temperatura incorporados. La información es importante en todas las etapas del funcionamiento del sistema, solo con su ayuda, de acuerdo con las fórmulas, es posible establecer el parámetro más importante del equipo instalado para bombas de calor de agua: el indicador de eficiencia COP.

Equipo de bombeo

Cuando las bombas de calor están en funcionamiento, la toma y suministro de agua de un pozo, un pozo o un depósito abierto se realiza mediante bombas de agua. Se pueden usar tipos sumergibles o de superficie, generalmente su potencia es baja, 100-200 vatios son suficientes para suministrar agua. Para controlar el funcionamiento, proteger las bombas y el sistema, se instalan además filtros, un manómetro, contadores de agua y la automatización más sencilla.

Higo. 6 Aspecto de una bomba de calor autoensamblada

El ensamblaje de equipos de bombeo de calor por parte de usted mismo no presenta grandes dificultades en la capacidad de manejar una herramienta especial para soldar y soldar cobre. El trabajo realizado ayudará a ahorrar fondos significativos: el costo de los componentes será de aproximadamente $ 600. Es decir, la compra de equipos industriales costará 10 veces más (unos 6000 USD). Una estructura autoensamblada, correctamente calculada y configurada, tiene una eficiencia (COP) de aproximadamente 4, que corresponde a diseños industriales.

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