Dados técnicos das bombas de circulação para sistemas de aquecimento

Tipos de projetos de bomba de calor

O tipo de bomba de calor é geralmente denotado por uma frase que indica o meio de origem e o transportador de calor do sistema de aquecimento.
Existem as seguintes variedades:

• ТН "ar - ar";
• ТН "ar - água";
• TN “solo - água”;
• TH "água - água".

A primeira opção é um sistema split convencional operando em modo de aquecimento. O evaporador é montado ao ar livre e uma unidade com condensador é instalada dentro da casa. Este último é soprado por um ventilador, devido ao qual uma massa de ar quente é fornecida ao ambiente.

Se tal sistema for equipado com trocador de calor especial com bicos, será obtido o tipo HP "ar-água". Ele está conectado a um sistema de aquecimento de água.

O evaporador HP do tipo "ar-ar" ou "ar-água" pode ser colocado não ao ar livre, mas no duto de exaustão (deve ser forçado). Neste caso, a eficiência da bomba de calor aumentará várias vezes.

As bombas de calor do tipo "água para água" e "solo para água" utilizam um denominado permutador de calor externo ou, como também é designado, um colector para extracção de calor.

Diagrama esquemático da bomba de calor

Este é um tubo longo em loop, geralmente de plástico, através do qual um meio líquido circula ao redor do evaporador. Ambos os tipos de bombas de calor representam o mesmo dispositivo: em um caso, o coletor é imerso no fundo de um reservatório de superfície, e no segundo - no solo. O condensador dessa bomba de calor está localizado em um trocador de calor conectado ao sistema de aquecimento de água quente.

A ligação de bombas de calor segundo o esquema "água - água" é muito menos trabalhosa do que "solo - água", uma vez que não é necessária a realização de trabalhos de terraplenagem. No fundo do reservatório, o tubo é colocado em forma de espiral. Obviamente, para este esquema, apenas um reservatório é adequado, que não congele até o fundo no inverno.

É hora de estudar substancialmente a experiência estrangeira

Quase todo mundo agora sabe sobre bombas de calor capazes de extrair calor do ambiente para aquecimento de edifícios, e se não há muito tempo um cliente potencial geralmente fazia a pergunta perplexa "como isso é possível?", Agora a pergunta "como é correto? Fazer ? ".

A resposta a esta pergunta não é fácil.

Em busca de respostas às inúmeras perguntas que surgem inevitavelmente ao se tentar projetar sistemas de aquecimento com bombas de calor, é aconselhável recorrer à experiência de especialistas nos países onde as bombas de calor em trocadores de calor de solo são utilizadas há muito tempo.

Uma visita * à exposição americana AHR EXPO-2008, realizada principalmente com o objetivo de obter informações sobre os métodos de cálculos de engenharia para trocadores de calor de solo, não trouxe resultados diretos nesse sentido, mas um livro foi vendido na exposição ASHRAE stand, algumas disposições das quais serviram de base para estas publicações.

É preciso dizer desde já que a transferência da metodologia americana para o solo nacional não é uma tarefa fácil. Para os americanos, as coisas não são as mesmas que na Europa. Eles medem o tempo nas mesmas unidades que nós. Todas as outras unidades de medida são puramente americanas, ou melhor, britânicas. Os americanos não tiveram sorte com o fluxo de calor, que pode ser medido tanto em unidades térmicas britânicas, referenciadas a uma unidade de tempo, quanto em toneladas de refrigeração, que provavelmente foram inventadas na América.

O principal problema, porém, não foi o incômodo técnico de recalcular as unidades de medida adotadas nos Estados Unidos, às quais se pode acostumar com o tempo, mas a ausência no livro citado de uma base metodológica clara para a construção de um cálculo. algoritmo. Muito espaço é dado a métodos de cálculo de rotina e bem conhecidos, enquanto algumas disposições importantes permanecem completamente ocultas.

Em particular, esses dados iniciais fisicamente relacionados para calcular trocadores de calor verticais do solo, como a temperatura do fluido que circula no trocador de calor e o fator de conversão da bomba de calor, não podem ser definidos arbitrariamente e antes de prosseguir com cálculos relacionados ao calor instável transferência no solo, é necessário determinar as relações entre esses parâmetros.

O critério de eficiência de uma bomba de calor é o coeficiente de conversão α, cujo valor é determinado pela relação entre sua potência térmica e a potência do acionamento elétrico do compressor. Este valor é função dos pontos de ebulição tu no evaporador e tk de condensação, e em relação às bombas de calor água-água, podemos falar das temperaturas do líquido na saída do evaporador t2I e na saída do condensador t2K:

? =? (t2И, t2K). (1)

A análise das características do catálogo de máquinas frigoríficas em série e bombas de calor água / água possibilitou a visualização desta função na forma de um diagrama (Fig. 1).

Usando o diagrama, é fácil determinar os parâmetros da bomba de calor nos estágios iniciais do projeto. É óbvio, por exemplo, que se o sistema de aquecimento conectado à bomba de calor for projetado para fornecer um meio de aquecimento com uma temperatura de fluxo de 50 ° C, então o fator de conversão máximo possível da bomba de calor será de cerca de 3,5. Ao mesmo tempo, a temperatura do glicol na saída do evaporador não deve ser inferior a + 3 ° C, o que significa que será necessário um trocador de calor subterrâneo caro.

Ao mesmo tempo, se a casa for aquecida por meio de um piso quente, um transportador de calor com uma temperatura de 35 ° C entrará no sistema de aquecimento do condensador da bomba de calor. Neste caso, a bomba de calor poderá funcionar de forma mais eficiente, por exemplo, com um fator de conversão de 4,3, se a temperatura do glicol resfriado no evaporador for cerca de –2 ° C.

Usando planilhas do Excel, você pode expressar a função (1) como uma equação:

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

Se, no fator de conversão desejado e um determinado valor da temperatura do refrigerante no sistema de aquecimento alimentado por uma bomba de calor, é necessário determinar a temperatura do líquido resfriado no evaporador, então a equação (2) pode ser representada como:

(3)

Você pode escolher a temperatura do refrigerante no sistema de aquecimento nos valores dados do coeficiente de conversão da bomba de calor e a temperatura do líquido na saída do evaporador usando a fórmula:

(4)

Nas fórmulas (2) ... (4) as temperaturas são expressas em graus Celsius.

Tendo identificado essas dependências, podemos agora ir diretamente para a experiência americana.

Método para calcular bombas de calor

Claro, o processo de seleção e cálculo de uma bomba de calor é uma operação tecnicamente muito complicada e depende das características individuais do objeto, mas pode ser aproximadamente reduzido aos seguintes estágios:

As perdas de calor através da envolvente do edifício (paredes, tectos, janelas, portas) são determinadas. Isso pode ser feito aplicando a seguinte proporção:

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

tnar - temperatura do ar externo (° С);

tvn - temperatura interna do ar (° С);

S é a área total de todas as estruturas de fechamento (m2);

n - coeficiente que indica a influência do ambiente nas características do objeto.Para divisões em contacto direto com o meio exterior através dos tectos n = 1; para objetos com piso de sótão n = 0,9; se o objeto está localizado acima do porão n = 0,75;

β é o coeficiente de perda adicional de calor, que depende do tipo de estrutura e sua localização geográfica β pode variar de 0,05 a 0,27;

RT - resistência térmica, é determinada pela seguinte expressão:

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

δі / λі é um indicador calculado da condutividade térmica dos materiais usados ​​na construção.

αout é o coeficiente de dissipação térmica das superfícies externas das estruturas de fechamento (W / m2 * оС);

αin - o coeficiente de absorção térmica das superfícies internas das estruturas de fechamento (W / m2 * оС);

- A perda total de calor da estrutura é calculada pela fórmula:

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

Qi - consumo de energia para aquecimento do ar que entra na sala por vazamentos naturais;

Qbp ​​- liberação de calor devido ao funcionamento de eletrodomésticos e atividades humanas.

2. Com base nos dados obtidos, o consumo anual de energia térmica para cada objeto individual é calculado:

Qano = 24 * 0,63 * Qt. pot. * ((d * (tvn - tout.) / (tvn - tout.)) (kW / hora por ano.) onde:

tвн - temperatura do ar interior recomendada;

tnar - temperatura do ar externo;

tout.av - o valor médio aritmético da temperatura do ar exterior para toda a estação de aquecimento;

d é o número de dias do período de aquecimento.

3. Para uma análise completa, você também precisará calcular o nível de energia térmica necessária para aquecer a água:

Qgv = V * 17 (kW / hora por ano.) Onde:

V é o volume de aquecimento diário de água até 50 ° С.

Então, o consumo total de energia térmica será determinado pela fórmula:

Q = Qgv + Qano (kW / hora por ano.)

Tendo em conta os dados obtidos, não será difícil escolher a bomba de calor mais adequada para aquecimento e abastecimento de água quente. Além disso, a potência calculada será determinada como. Qtn = 1,1 * Q, onde:

Qtn = 1,1 * Q, onde:

1.1 é um fator de correção que indica a possibilidade de aumentar a carga na bomba de calor durante o período de temperaturas críticas.

Depois de calcular as bombas de calor, você pode selecionar a bomba de calor mais adequada, capaz de fornecer os parâmetros de microclima necessários em salas com quaisquer características técnicas. E dada a possibilidade de integrar este sistema com um climatizador, um pavimento quente destaca-se não só pela sua funcionalidade, mas também pelo seu elevado custo estético.

Fórmula para contagem

Vias de perda de calor na casa

A bomba de calor é capaz de suportar totalmente o aquecimento ambiente.

Para escolher a unidade que mais lhe convier, você deve calcular a potência necessária.

Em primeiro lugar, você precisa entender o equilíbrio do calor no edifício. Para esses cálculos, você pode usar os serviços de especialistas, uma calculadora online ou você mesmo usando uma fórmula simples:

R = (k x V x T) / 860, em que:

R - consumo de energia da sala (kW / hora); k é o coeficiente médio de perda de calor pelo edifício: por exemplo, igual a 1 - um edifício perfeitamente isolado e 4 - um quartel feito de tábuas; V é o volume total de toda a sala aquecida, em metros cúbicos; T é a diferença máxima de temperatura entre o exterior e o interior do edifício. 860 é o valor necessário para converter a kcal resultante em kW.

No caso de uma bomba de calor geotérmica água-água, também é necessário calcular o comprimento necessário do circuito que ficará no reservatório. O cálculo é ainda mais simples aqui.

Sabe-se que 1 metro de coletor dá cerca de 30 watts. Em outras palavras, 1 kW de potência da bomba requer 22 metros de tubos. Sabendo a potência da bomba necessária, podemos calcular facilmente quantos tubos precisamos para fazer o circuito.

Cálculo baseado no exemplo do sistema água-água

Vamos calcular, por exemplo, uma casa com os seguintes dados iniciais:

• área aquecida 300 m2;
• pé-direito 2,8 m;
• o edifício está bem isolado;
• a temperatura mínima lá fora no inverno é de -25 graus;
• temperatura ambiente confortável +22 graus.

Em primeiro lugar, calculamos o volume aquecido da sala: 300 m2. x 2,8 m = 840 metros cúbicos

Em seguida, calculamos o valor "T": 22 - (-25) = 45 graus.

Substituímos esses dados na fórmula: R = (1 x 840 x 45) / 860 = 43,9 kWh

Recebemos a capacidade necessária da bomba de calor de 44 kW / h. Podemos facilmente determinar que para seu funcionamento precisamos de um coletor com comprimento total de pelo menos 968 metros.

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então para uma sala bem isolada com uma área de 300 m2. uma bomba com uma capacidade de pelo menos 44 kW é adequada. Como em outros lugares, é melhor fazer uma reserva de energia de pelo menos 10%. Portanto, é melhor comprar uma unidade de 48-49 kW.

Mais cedo ou mais tarde, todos chegaremos ao uso de energias alternativas e podemos dar o primeiro passo hoje. Usando bombas de calor, você reduzirá seus custos de aquecimento, se tornará independente de fornecedores de gás ou carvão e preservará a ecologia de seu planeta natal.

Com a ajuda deste artigo, você poderá calcular os parâmetros do equipamento geotérmico que mais se adequarão às suas instalações. Mas não se esqueça que os profissionais farão o seu melhor. E você sempre terá alguém para lhe perguntar se o sistema não funciona corretamente.

Assista a um vídeo no qual um especialista explica em detalhes os princípios de cálculo da potência de uma bomba de calor para aquecer uma casa:

Tipos de bomba de calor

As bombas de calor são divididas em três tipos principais de acordo com a fonte de energia de baixo grau:

• Ar.
• Priming.
• Água - A fonte pode ser água subterrânea e corpos d'água superficiais.

Para sistemas de aquecimento de água, que são mais comuns, os seguintes tipos de bombas de calor são usados:

Ar-água é uma bomba de calor do tipo ar que aquece um edifício aspirando o ar de fora por meio de uma unidade externa. Ele funciona segundo o princípio de um ar condicionado, mas o contrário, convertendo a energia do ar em calor. Essa bomba de calor não requer grandes custos de instalação, não é necessário destinar um terreno para ela e, além disso, perfurar um poço. No entanto, a eficiência de operação em baixas temperaturas (-25 ° C) diminui e uma fonte adicional de energia térmica é necessária.

O dispositivo “lençol freático” refere-se à geotérmica e produz calor do solo por meio de um coletor colocado a uma profundidade abaixo do ponto de congelamento do solo. Além disso, existe uma dependência da área do local e da paisagem, caso o coletor esteja na horizontal. Para a colocação vertical, você precisará perfurar um poço.

"Água para água" é instalado onde houver um corpo d'água ou lençol freático próximo. No primeiro caso, o reservatório é colocado no fundo do reservatório, no segundo é perfurado um ou vários poços, se a área do local permitir. Às vezes, a profundidade da água subterrânea é muito grande, então o custo de instalação de uma bomba de calor pode ser muito alto.

Cada tipo de bomba de calor tem suas próprias vantagens e desvantagens, se o edifício estiver longe do reservatório ou se o lençol freático for muito profundo, então "água para água" não funcionará. "Ar-água" será relevante apenas em regiões relativamente quentes, onde a temperatura do ar na estação fria não cai abaixo de -25 ° C.

Como funciona uma bomba de calor

Uma bomba de calor moderna é muito semelhante a um refrigerador comum.

O que é uma bomba geotérmica ou, em outras palavras, uma bomba de calor? É um equipamento capaz de transferir calor da fonte ao consumidor. Vamos considerar o princípio de seu funcionamento no exemplo da primeira implementação prática da ideia.

O princípio de funcionamento das bombas geotérmicas tornou-se conhecido ainda na década de 50 do século XIX. Na prática, esses princípios foram implementados apenas em meados do século passado.

Um dia, um experimentador chamado Weber estava separando um freezer e acidentalmente tocou em um tubo de condensador em chamas.Ele teve uma ideia porque o calor não vai a lugar nenhum e não traz nenhum benefício? Sem pensar duas vezes, ele alongou o cano e o colocou em um tanque para aquecer água.

Havia tanta água quente que ele não sabia o que fazer com ela. Era preciso ir mais longe - como aquecer o ar com este sistema simples? A solução acabou sendo muito simples e, portanto, não menos engenhosa.

A água quente é conduzida em espiral através de uma bobina e, em seguida, um ventilador sopra ar quente pela casa. Todo engenhoso é simples! Weber era um homem medido e, com o tempo, teve a ideia de como viver sem um freezer. Devemos extrair calor da terra!

Depois de enterrar tubos de cobre e bombeá-los com freon (o mesmo gás usado nas geladeiras), passou a receber energia térmica das profundezas. Pensamos que com este exemplo, todos compreenderão o princípio de funcionamento de uma bomba de calor.

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Método para calcular a potência de uma bomba de calor

Além de determinar a fonte de energia ideal, será necessário calcular a potência da bomba de calor necessária para o aquecimento. Depende da quantidade de perda de calor no edifício. Vamos calcular a potência de uma bomba de calor para aquecer uma casa usando um exemplo específico.

Para isso, usamos a fórmula Q = k * V * ∆T, onde

• Q é a perda de calor (kcal / hora). 1 kWh = 860 kcal / h;
• V é o volume da casa em m3 (a área é multiplicada pela altura do teto);
• ∆Т é o rácio das temperaturas mínimas no exterior e no interior das instalações durante o período mais frio do ano, ° С. Subtraia o exterior do tº interno;
• k é o coeficiente generalizado de transferência de calor do edifício. Para um edifício de tijolo com alvenaria em duas camadas k = 1; para um edifício bem isolado k = 0,6.

Assim, o cálculo da potência da bomba de calor para aquecimento de uma casa de alvenaria de 100 metros quadrados e pé-direito de 2,5 m, com uma diferença ttº de -30º exterior a + 20º interior, será o seguinte:

Q = (100x2,5) x (20- (-30)) x 1 = 12.500 kcal / hora

12500/860 = 14,53 kW. Ou seja, para uma casa padrão de alvenaria com área de 100 m, será necessário um dispositivo de 14 quilowatts.

O consumidor aceita a escolha do tipo e potência da bomba de calor com base em uma série de condições:

• características geográficas da área (proximidade de corpos d'água, presença de lençóis freáticos, área livre para coletor);
• características do clima (temperatura);
• tipo e volume interno da sala;
• oportunidades financeiras.

Considerando todos os aspectos acima, você poderá fazer a melhor escolha do equipamento. Para uma seleção mais eficaz e correta de uma bomba de calor, é melhor entrar em contato com especialistas, eles poderão fazer cálculos mais detalhados e fornecer a viabilidade econômica da instalação do equipamento.

Por muito tempo e com muito sucesso, as bombas de calor têm sido usadas em refrigeradores domésticos e industriais e condicionadores de ar.

Hoje, esses aparelhos começaram a ser usados ​​para realizar uma função de natureza oposta - aquecer uma casa durante o tempo frio.

Vamos dar uma olhada em como as bombas de calor são usadas para aquecer casas particulares e o que você precisa saber para calcular corretamente todos os seus componentes.

Principais variedades

Sistemas de extração de calor. (Clique para ampliar)

• ar-ar é, em essência, um condicionador de ar convencional;
• ar-água - colocamos um trocador de calor no ar condicionado e já estamos aquecendo a água;
• terra-água - enterramos o coletor dos canos no solo e na saída aquecemos a água;
• água-água - os tubos são colocados em um reservatório aberto ou subterrâneo e liberam calor para o sistema de aquecimento do edifício.

(Você pode encontrar uma classificação detalhada de bombas de calor para aquecimento neste artigo).

Exemplo de cálculo de bomba de calor

Vamos selecionar uma bomba de calor para o sistema de aquecimento de uma casa térrea com uma área total de 70 m2. m com pé-direito padrão (2,5 m), arquitetura racional e isolamento térmico das estruturas de fechamento que atendem aos requisitos dos códigos de construção modernos. Para aquecimento ao 1º quarto.m de tal objeto, de acordo com os padrões geralmente aceitos, é necessário gastar 100 W de calor. Assim, para aquecer toda a casa você precisará de:

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

Escolhemos uma bomba de calor da marca "TeploDarom" (modelo L-024-WLC) com uma potência térmica de W = 7,7 kW. O compressor da unidade consome N = 2,5 kW de eletricidade.

Cálculo de reservatório

O solo no local destinado à construção do coletor é argiloso, o nível do lençol freático é alto (tomamos o poder calorífico p = 35 W / m).

O poder coletor é determinado pela fórmula:

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

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

Com base no facto de ser irracional instalar um circuito com um comprimento superior a 100 m devido a uma resistência hidráulica excessivamente elevada, aceitamos o seguinte: o colector da bomba de calor consistirá em dois circuitos - 100 me 50 m de comprimento.

A área do local que precisará ser alocada para o coletor é determinada pela fórmula:

S = L x A,

Onde A é a etapa entre as seções adjacentes do contorno. Aceitamos: A = 0,8 m.

Então S = 150 x 0,8 = 120 sq. m.

Cálculos

Como sabem, as bombas de calor utilizam fontes de energia gratuitas e renováveis: calor do ar de baixo potencial, solo, subsolo, águas residuais e residuais de processos tecnológicos, corpos d'água abertos não congelantes. A eletricidade é gasta nisso, mas a razão entre a quantidade de energia térmica recebida e a quantidade de energia elétrica consumida é de cerca de 3-6.

Mais precisamente, as fontes de calor de baixo grau podem ser o ar externo com uma temperatura de –10 a + 15 ° С, o ar removido da sala (15–25 ° С), o subsolo (4–10 ° С) e as águas subterrâneas ( mais de 10 ° C), água de lagos e rios (0–10 ° С), superfície (0–10 ° С) e solo profundo (mais de 20 m) (10 ° С).

Existem duas opções para obter o calor de baixo grau do solo: colocar tubos de metal-plástico em valas de 1,2-1,5 m de profundidade ou em poços verticais de 20 a 100 m de profundidade. Às vezes, os tubos são colocados em forma de espirais em valas 2-4 m de profundidade, o que reduz significativamente o comprimento total das trincheiras. A transferência máxima de calor do solo superficial é de 50-70 kWh / m2 por ano. A vida útil de valas e poços é de mais de 100 anos.

Exemplo de cálculo de bomba de calor

Condições iniciais: É necessária a escolha de bomba de calor para aquecimento e abastecimento de água quente de um chalé de dois pisos com área de 200m2; a temperatura da água no sistema de aquecimento deve ser de 35 ° C; a temperatura mínima do refrigerante é 0 ° С. A perda de calor do edifício é de 50W / m2. Solo argiloso, seco.

Cálculo:

Potência térmica necessária para aquecimento: 200 * 50 = 10 kW;

Saída de calor necessária para aquecimento e fornecimento de água quente: 200 * 50 * 1,25 = 12,5 kW

Para aquecer o edifício, foi selecionada uma bomba de calor WW H R P C 12 com uma potência de 14,79 kW (o tamanho padrão maior mais próximo), que gasta 3,44 kW para aquecimento de freon. Remoção de calor da camada superficial do solo (argila seca) q é igual a 20 W / m. Nós calculamos:

1) a potência térmica necessária do coletor Qo = 14,79 - 3,44 = 11,35 kW;

2) comprimento total dos tubos L = Qo / q = 11,35 / 0,020 = 567,5 m. Para organizar tal coletor, são necessários 6 circuitos com comprimento de 100 m;

3) com uma etapa de assentamento de 0,75 m, a área necessária do local é A = 600 x 0,75 = 450 m2;

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

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

dt é a diferença de temperatura entre as linhas de alimentação e retorno, geralmente igual a 3 K. A taxa de fluxo por circuito é 0,584 m3 / h. Para o dispositivo coletor, selecionamos um tubo de plástico reforçado de tamanho padrão 32 (por exemplo, PE32x2). A perda de pressão nele será de 45 Pa / m; a resistência de um circuito é de aproximadamente 7 kPa; taxa de fluxo do refrigerante - 0,3 m / s.

Cálculo do coletor da bomba de calor horizontal

A remoção de calor de cada metro da tubulação depende de muitos parâmetros: a profundidade da instalação, a disponibilidade de água subterrânea, a qualidade do solo, etc. Pode-se considerar aproximadamente que para coletores horizontais é de 20 W / m. Mais precisamente: areia seca - 10, argila seca - 20, argila úmida - 25, argila com alto teor de água - 35 W / m. A diferença na temperatura do refrigerante nas linhas diretas e de retorno do circuito nos cálculos é geralmente considerada como sendo 3 ° C. Nenhuma estrutura deve ser erguida no local acima do coletor para que o calor da terra seja reabastecido pela radiação solar. A distância mínima entre os tubos colocados deve ser de 0,7–0,8 m.O comprimento de uma trincheira é geralmente entre 30 e 120 m. Recomenda-se o uso de uma solução de glicol a 25% como refrigerante primário. Nos cálculos, deve-se levar em consideração que sua capacidade calorífica à temperatura de 0 ° C é 3,7 kJ / (kg K), e sua densidade é 1,05 g / cm3. Ao usar anticongelante, a perda de pressão nas tubulações é 1,5 vezes maior do que na água em circulação. Para calcular os parâmetros do circuito primário da instalação da bomba de calor, será necessário determinar a vazão do anticongelante: Vs = Qo · 3600 / (1,05 · 3,7 · .t), onde .t é a diferença de temperatura entre os linhas de alimentação e retorno, que geralmente são consideradas iguais a 3 K, e Qo é a energia térmica recebida de uma fonte de baixo potencial (terra). O último valor é calculado como a diferença entre a potência total da bomba de calor Qwp e a energia elétrica gasta no aquecimento do freon P: Qo = Qwp - P, kW. O comprimento total dos tubos coletores L e a área total da seção sob eles A são calculados pelas fórmulas: L = Qo / q, A = L · da. Aqui, q é a remoção de calor específica (a partir de 1 m de tubo); da é a distância entre os tubos (etapa de assentamento).

Cálculo da sonda

Ao usar poços verticais com uma profundidade de 20 a 100 m, tubos de metal-plástico ou plástico em forma de U (com diâmetros acima de 32 mm) são imersos neles. Via de regra, dois loops são inseridos em um poço, após o qual é preenchido com argamassa de cimento. Em média, a produção de calor específico de tal sonda pode ser considerada igual a 50 W / m. Você também pode se concentrar nos seguintes dados sobre a produção de calor:

* rochas sedimentares secas - 20 W / m;

* solo pedregoso e rochas sedimentares saturadas de água - 50 W / m;

* rochas com alta condutividade térmica - 70 W / m;

* águas subterrâneas - 80 W / m.

A temperatura do solo a mais de 15 m de profundidade é constante e é de aproximadamente + 10 ° С. A distância entre os poços deve ser superior a 5 m. Se houver correntes subterrâneas, os poços devem estar localizados em uma linha perpendicular ao fluxo. A seleção dos diâmetros dos tubos é realizada com base na perda de pressão para a vazão de refrigerante necessária. O cálculo da vazão do líquido pode ser realizado para t = 5 ° С. Exemplo de cálculo. Os dados iniciais são iguais aos do cálculo acima do coletor horizontal. Com uma remoção de calor específica da sonda de 50 W / me a potência necessária de 11,35 kW, o comprimento da sonda L deve ser 225 m .0); no total - 6 circuitos, 150 m cada.

A vazão total do refrigerante a .t = 5 ° С será de 2,1 m3 / h; taxa de fluxo através de um circuito - 0,35 m3 / h. Os circuitos terão as seguintes características hidráulicas: perda de pressão na tubulação - 96 Pa / m (portador de calor - solução de glicol 25%); resistência de loop - 14,4 kPa; velocidade de fluxo - 0,3 m / s.

Retorno da bomba de calor

Quando se trata de quanto tempo uma pessoa leva para devolver o dinheiro investido em algo, isso significa o quão lucrativo o próprio investimento foi. Na área do aquecimento, tudo é bastante difícil, já que nos proporcionamos conforto e aquecimento, e todos os sistemas são caros, mas neste caso, você pode procurar uma opção que devolveria o dinheiro gasto reduzindo custos durante o uso. E quando você procura uma solução adequada, você compara tudo: uma caldeira a gás, uma bomba de calor ou uma caldeira elétrica. Analisaremos qual sistema terá resultados mais rápidos e mais eficientes.

O conceito de payback, neste caso, a introdução de uma bomba de calor para modernizar o sistema de fornecimento de calor existente, para simplificar, pode ser explicado da seguinte forma:

Existe um sistema - uma caldeira a gás individual, que fornece aquecimento autônomo e fornecimento de água quente. Há um sistema de ar condicionado split que fornece frio para um cômodo. Instalado 3 sistemas de divisão em salas diferentes.

E há uma tecnologia avançada mais econômica - uma bomba de calor que aquece / resfria casas e aquece água nas quantidades certas para uma casa ou apartamento. É necessário determinar o quanto o custo total do equipamento e os custos iniciais mudaram, e também estimar o quanto os custos operacionais anuais dos tipos de equipamento selecionados diminuíram. E para determinar quantos anos, com a economia resultante, equipamentos mais caros valerão a pena.Idealmente, várias soluções de design propostas são comparadas e a mais econômica é selecionada.

Faremos o cálculo e vyyaski, qual é o período de retorno de uma bomba de calor na Ucrânia

Vamos considerar um exemplo específico

• A casa é de 2 pisos, bem isolada, com uma área total de 150 m2.
• Sistema de distribuição de calor / aquecimento: circuito 1 - piso radiante, circuito 2 - radiadores (ou ventiloconvectores).
• Foi instalada uma caldeira a gás para aquecimento e abastecimento de água quente (AQS), por exemplo 24 kW, circuito duplo.
• Sistema de ar condicionado de sistemas split para 3 quartos da casa.

Custos anuais de aquecimento e aquecimento de água

1. O custo aproximado de uma sala de caldeiras com uma caldeira a gás de 24 kW (caldeira, tubulação, fiação, tanque, medidor, instalação) é de cerca de 1000 euros. Um sistema de ar condicionado (um sistema split) para uma casa desse tipo custará cerca de 800 euros. No total com o arranjo da casa da caldeira, obra de projecto, ligação à rede de gasodutos e obra de instalação - 6100 euros.

1. O custo aproximado da bomba de calor Mycond com sistema de fan coil adicional, trabalhos de instalação e ligação à rede é de 6.650 euros.

1. O crescimento do investimento é: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euros (ou cerca de 16500 UAH)
2. A redução dos custos operacionais é: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Período de recuperação Tocup. = 16500/19608 = 0,84 anos!

Facilidade de uso da bomba de calor

As bombas de calor são os equipamentos mais versáteis, multifuncionais e energeticamente eficientes para aquecimento de uma casa, apartamento, escritório ou instalação comercial.

Um sistema de controle inteligente com programação semanal ou diária, comutação automática das configurações sazonais, manutenção da temperatura na casa, modos de economia, controle de caldeira escrava, caldeira, bombas de circulação, controle de temperatura em dois circuitos de aquecimento, é o mais avançado e avançado. O controle inversor da operação do compressor, ventilador, bombas, permite a máxima economia de energia.

Operação da bomba de calor ao trabalhar de acordo com o esquema de água subterrânea

O coletor pode ser enterrado de três maneiras.

Opção horizontal

Os tubos são colocados em trincheiras como uma cobra a uma profundidade que excede a profundidade de congelamento do solo (em média - de 1 a 1,5 m).
Tal coletor exigirá um lote de terreno com uma área suficientemente grande, mas qualquer proprietário pode construí-lo - nenhuma habilidade, a não ser a habilidade de trabalhar com uma pá, é necessária.

No entanto, deve-se levar em consideração que a construção manual de um trocador de calor é um processo bastante trabalhoso.

Opção vertical

Os tubos do reservatório em forma de alças com a forma da letra “U” são imersos em poços com profundidade de 20 a 100 m, podendo ser construídos vários desses poços, se necessário. Após a instalação dos tubos, os poços são preenchidos com argamassa de cimento.

A vantagem de um coletor vertical é que para sua construção é necessária uma área muito pequena. No entanto, não há como perfurar poços com mais de 20 m de profundidade sozinho - você terá que contratar uma equipe de perfuradores.

Opção combinada

Este coletor pode ser considerado uma espécie de coletor horizontal, mas requer muito menos espaço para sua construção.
No local é cavado um poço redondo com profundidade de 2 m.

Os tubos do trocador de calor são dispostos em espiral, de modo que o circuito seja como uma mola instalada verticalmente.

Após a conclusão da obra de instalação, o poço é preenchido. Como no caso de um trocador de calor horizontal, todo o trabalho necessário pode ser feito manualmente.

O coletor é preenchido com anticongelante - anticongelante ou solução de etilenoglicol.Para garantir sua circulação, uma bomba especial é cortada no circuito. Tendo absorvido o calor do solo, o anticongelante vai para o evaporador, onde ocorre a troca de calor entre ele e o refrigerante.

Deve-se ter em mente que a extração ilimitada de calor do solo, principalmente quando o coletor está localizado na vertical, pode levar a consequências indesejáveis ​​para a geologia e ecologia do local. Portanto, no período de verão, é altamente desejável operar a bomba de calor do tipo "solo - água" no modo reverso - ar condicionado.

O sistema de aquecimento a gás tem muitas vantagens, e uma das principais é o baixo custo do gás. Como equipar o aquecimento doméstico com gás, será solicitado pelo esquema de aquecimento de uma casa privada com caldeira a gás. Considere o projeto do sistema de aquecimento e os requisitos de substituição.

Leia sobre as características de escolha de painéis solares para aquecimento doméstico neste tópico.

Cálculo do coletor da bomba de calor horizontal

A eficiência de um coletor horizontal depende da temperatura do meio em que está imerso, de sua condutividade térmica e da área de contato com a superfície do tubo. O método de cálculo é bastante complicado, portanto, na maioria dos casos, são usados ​​dados médios.

Acredita-se que cada metro do trocador de calor forneça ao HP a seguinte saída de calor:

• 10 W - quando enterrado em solo arenoso ou rochoso;
• 20 W - em solo argiloso seco;
• 25 W - em solo argiloso úmido;
• 35 W - em solo argiloso muito úmido.

Assim, para calcular o comprimento do coletor (L), a potência térmica necessária (Q) deve ser dividida pelo valor calorífico do solo (p):

L = Q / p.

Os valores fornecidos só podem ser considerados válidos se as seguintes condições forem atendidas:

• A parcela de terreno acima do coletor não é construída, não é sombreada ou plantada com árvores ou arbustos.
• A distância entre voltas adjacentes da espiral ou seções da "cobra" é de pelo menos 0,7 m.

Como funcionam as bombas de calor

Qualquer bomba de calor possui um meio de trabalho denominado refrigerante. Normalmente o freon atua nesta capacidade, com menos frequência a amônia. O próprio dispositivo consiste em apenas três componentes:

O evaporador e o condensador são dois tanques, que se parecem com longos tubos curvos - serpentinas. O condensador é conectado em uma extremidade à saída do compressor e o evaporador à entrada. As pontas das bobinas são unidas e uma válvula redutora de pressão é instalada na junção entre elas. O evaporador está em contato - direta ou indiretamente - com o meio de origem, e o condensador está em contato com o sistema de aquecimento ou AQS.

Como funciona a bomba de calor

A operação da HP é baseada na interdependência do volume do gás, pressão e temperatura. Aqui está o que acontece dentro da unidade:

1. Amônia, freon ou outro refrigerante, movendo-se ao longo do evaporador, aquece do meio de origem, por exemplo, a uma temperatura de +5 graus.
2. Depois de passar pelo evaporador, o gás chega ao compressor, que o bombeia para o condensador.
3. O refrigerante descarregado pelo compressor é retido no condensador pela válvula redutora de pressão, de modo que sua pressão é mais alta aqui do que no evaporador. Como você sabe, com o aumento da pressão, a temperatura de qualquer gás aumenta. Isso é exatamente o que acontece com o refrigerante - ele aquece até 60-70 graus. Uma vez que o condensador é lavado pelo líquido refrigerante que circula no sistema de aquecimento, este também aquece.
4. O refrigerante é descarregado em pequenas porções através da válvula redutora de pressão para o evaporador, onde sua pressão cai novamente. O gás se expande e esfria e, como parte de sua energia interna foi perdida como resultado da troca de calor no estágio anterior, sua temperatura cai abaixo dos +5 graus iniciais. Seguindo o evaporador, ele aquece novamente, então é bombeado para o condensador pelo compressor - e assim por diante em um círculo. Cientificamente, esse processo é chamado de ciclo de Carnot.

Mas a bomba de calor ainda é muito lucrativa: para cada kW * h de eletricidade gasto, é possível obter de 3 a 5 kW * h de calor.

Acessórios de fabricação própria para um sistema de aquecimento com bomba de calor

É muito difícil para um proprietário comum competir com bombas de calor industriais de fabricantes nacionais e estrangeiros; no entanto, sua instalação e fabricação de unidades individuais não é uma tarefa impossível. A principal tarefa na instalação de uma bomba de calor é a correcção dos cálculos, pois em caso de erro o sistema pode ter baixa eficiência e tornar-se ineficaz.

Compressor

Para a instalação, você precisará de um novo ou usado. o compressor está funcionando com um recurso não expirado de potência adequada. A potência típica do compressor deve ser de 20 a 30% da calculada, você pode usar unidades padrão de fábrica para refrigeradores ou condicionadores de ar em espiral, que têm uma eficiência mais alta em comparação com dispositivos de pistão.

Evaporador e condensador

Para resfriar e aquecer líquidos, eles geralmente são passados ​​por tubos de cobre colocados em um recipiente com um trocador de calor. Para aumentar a área de resfriamento, o tubo de cobre é disposto em forma de espiral, o comprimento necessário é calculado usando a fórmula de cálculo da área dividida pela seção. O volume do tanque de troca de calor é calculado com base na implementação da troca de calor efetiva, o valor médio usual é de cerca de 120 litros. Para uma bomba de calor, é racional usar tubos para condicionadores de ar, que inicialmente têm uma forma espiral e são implementados em bobinas.

FIG. 3 Tubo de cobre e tanque para trocador de calor

Muitos fabricantes de bombas de calor substituíram este método de construção de trocadores de calor por um mais compacto, usando a troca de calor de acordo com o princípio "tubo em tubo". O diâmetro padrão do tubo de plástico para o evaporador é de 32 mm, um tubo de cobre com um diâmetro de 19 mm é colocado nele, o evaporador é isolado termicamente, o comprimento total do trocador de calor é de cerca de 10 - 12 m. condensador de 25 mm pode ser usado. tubo metal-plástico e 12,7 mm. cobre.

Fig 4. Montagem e aparência de um trocador de calor feito de tubos de cobre e plástico

Para aumentar a área e a eficiência do trocador de calor, alguns artesãos torcem uma trança de vários tubos de cobre de pequeno diâmetro, transferem-nos com um fio fino e colocam a estrutura em plástico. Isso permite obter uma área de troca de calor de cerca de 1 metro cúbico em uma seção de 10 metros.

Válvula de expansão termostática

O dispositivo certo controla o nível de enchimento do evaporador e é amplamente responsável pelo desempenho de todo o sistema. Por exemplo, se o fluxo de refrigerante for muito alto, não haverá tempo para evaporar completamente, e gotículas de líquido entrarão no compressor, levando à interrupção de seu funcionamento e diminuição da temperatura do gás de saída. Uma quantidade muito pequena de freon no evaporador após aumentar a temperatura no compressor não será suficiente para aquecer o volume de água necessário.

FIG. 5 Equipamento básico para bomba de calor

Sensores

Para facilidade de uso, controle de operação, detecção de falhas e configuração do sistema, sensores de temperatura embutidos são necessários. A informação é importante em todas as fases de funcionamento do sistema, apenas com o seu auxílio, de acordo com as fórmulas, é possível estabelecer o parâmetro mais importante dos equipamentos instalados para bombas de calor de água - o indicador de eficiência COP.

Equipamento de bomba

Quando as bombas de calor estão em funcionamento, a captação e o abastecimento de água de um poço, poço ou reservatório aberto são efetuados por meio de bombas d'água. Podem ser usados ​​tipos submersíveis ou de superfície, geralmente sua potência é baixa, 100 - 200 watts são suficientes para fornecer água. Para controlar o funcionamento, proteger as bombas e o sistema, são instalados, adicionalmente, filtros, manômetro, hidrômetros e a mais simples automação.

FIG. 6 Aparência de uma bomba de calor automontada

A montagem "faça você mesmo" do equipamento de bombeamento de calor não apresenta grandes dificuldades na capacidade de manusear uma ferramenta especial para soldar e soldar cobre. O trabalho executado ajudará a economizar fundos significativos - o custo dos componentes será de cerca de US $ 600. Ou seja, a compra de equipamentos industriais custará 10 vezes mais (cerca de US $ 6.000). Uma estrutura automontada, quando corretamente calculada e configurada, tem uma eficiência (COP) de cerca de 4, que corresponde a desenhos industriais.

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