Para calentar y proporcionar agua caliente a casas particulares, es aconsejable utilizar una bomba de calor de agua y agua que funcione a partir de fuentes naturales: agua subterránea, ríos, embalses, etc. El sistema se caracteriza por la seguridad ambiental absoluta, no requiere gastos regulares en consumibles, por lo tanto, se está volviendo cada vez más popular.
Hablaremos sobre las opciones para un dispositivo de bomba de calor que utiliza la ecoenergía del agua para transmitirla a los sistemas de calefacción domésticos. Para los maestros hogareños curiosos, describimos los principios de operación de las opciones de dispositivos populares y la tecnología de construcción. Aquí descubrirá qué equipo se necesita para operar el sistema.
El principio de funcionamiento de la bomba de calor agua-agua
La bomba de calor encarnaba el principio del ciclo de Carnot. Consiste en el hecho de que una sustancia en movimiento en un sistema cerrado y cambia su estado agregado de líquido a gaseoso bajo la influencia de factores químicos, físicos o térmicos libera y absorbe una gran cantidad de energía térmica.
El papel de la sustancia de trabajo es un portador térmico: agua de un pozo o depósito.
Incluso en invierno, las temperaturas naturales a cierta profundidad mantienen una temperatura positiva, por lo que se les puede extraer energía térmica durante todo el año. El único inconveniente de la instalación es el alto consumo de energía y la necesidad de comprar equipos adicionales.
El diagrama muestra la trayectoria de la circulación de agua y refrigerante. El sistema le permite recibir energía térmica, independientemente de la temporada.
Los elementos principales de una bomba de calor de agua a agua son:
- compresor;
- evaporador;
- condensador;
- válvula de inducción de expansión;
- sistema automático de monitoreo de indicadores;
- múltiples autopistas desde tuberías de cobre;
- sustancia de trabajo (refrigerante).
Usando una bomba especial, el agua fluye a través de las tuberías desde la fuente hasta la instalación térmica, luego de lo cual interactúa con el gas (freón) hirviendo a una temperatura de + 2-3 grados. El freón absorbe parte del calor del agua y es absorbido por el compresor, donde su temperatura aumenta durante la compresión.
El equipo de la bomba de calor ocupa mucho espacio, pero brinda la oportunidad de deshacerse de la dependencia comunitaria.
Luego, el refrigerante ingresa al condensador, después de lo cual la sustancia caliente calienta el agua a una temperatura predeterminada (de +40 a +80 grados), que se transporta a través de las tuberías del sistema de calefacción.
El agua fría ingresa al evaporador, luego se descarga en el pozo receptor. Después del paso del condensador, el refrigerante se vuelve líquido y se acumula en la parte inferior del elemento, luego a través del acelerador vuelve a su lugar original. Luego, el ciclo se repite.
galería de imágenes
Foto de
La esencia de la bomba de calor agua-agua
Unidad interior de sistema geotérmico
Bomba de calor compacta para una casa privada.
Arreglo económico de calefacción
¿Qué tener en cuenta al organizar dicho calentamiento?
Hay una gran cantidad de modificaciones diferentes de las bombas de calor diseñadas para habitaciones de cualquier propósito y tamaño, así como para trabajar en diferentes condiciones. El equipo está destinado a calentar casas con un área total de 50 a 150 metros cuadrados.
Punto de referencia número 1 - dureza del agua
La calidad del agua de un pozo o depósito juega un papel importante en la selección de equipos. No todos los modelos son capaces de funcionar en aguas duras que contienen grandes cantidades de manganeso y hierro.
Una alta concentración de estos elementos daña el sistema: la corrosión se forma más rápido en las tuberías, lo que conduce a una disminución en la eficiencia del equipo y su vida útil.
Por lo tanto, antes de comprar una bomba de calor, toman una muestra de agua y la analizan para detectar la presencia de estos y otros oligoelementos: sulfuro de hidrógeno, amoníaco, cloro, etc. Por lo general, si la temperatura en el estanque excede los +13 grados, entonces con un mayor grado de probabilidad hay muchos iones de hierro y manganeso en el agua.
Por lo tanto, la bomba de calor agua-agua se selecciona teniendo en cuenta la dureza del agua. Existe un sistema cuyos elementos están más protegidos contra la corrosión, pero cuestan más.
Punto de referencia número 2 - modo de operación
La bomba de calor se puede utilizar como única fuente de calor o interactuar con otros sistemas. Por lo tanto, antes de elegir un modelo, es importante determinar en qué modo funcionará el dispositivo.
Hay dos tipos de funcionamiento del sistema:
- Monovalente Los dispositivos tienen una gran potencia, adecuados para calentar la casa.
- Bivalente. Los dispositivos menos productivos complementan los principales equipos de calefacción.
Para construir un sistema autónomo con una unidad principal de calentamiento de agua y agua, se necesita un tipo monovalente.
Punto de referencia 3 - potencia de la bomba
La potencia es un indicador importante al elegir una bomba de calor, ya que el rendimiento del sistema depende de ello. Cuanto mayor es la potencia, mayor es la eficiencia del equipo, pero también mayor es el consumo de energía.
El rendimiento de la bomba de calor agua-agua se selecciona en función de las necesidades reales
Al elegir un dispositivo con energía insuficiente, la eficiencia del sistema disminuirá si la pérdida de calor en el hogar excede la cantidad de energía suministrada por el sistema. La bomba de calor puede funcionar durante todo el día, pero no tendrá ningún efecto debido a la disminución de la temperatura del agua.
Cuando la pérdida de calor del edificio es menor que la transferencia de calor del sistema, la bomba generalmente arranca automáticamente durante varios minutos, calienta el agua a la temperatura establecida y la transporta a través del sistema. Luego se apaga hasta que la temperatura baja varios grados. Entonces el ciclo se repite.
Punto de referencia No. 4 - el funcional de un modelo específico
Las bombas de calor pueden tener funciones adicionales, estas son:
- Un sistema de control automático que le permite ajustar el microclima de la habitación al gusto. La administración generalmente se realiza mediante un control remoto.
- Función de calentamiento de agua para suministro de agua caliente.
- Carcasa insonorizada.
- La capacidad de conectarse a otros sistemas de calefacción, colectores solares, lo que hará que los equipos de calefacción sean completamente autónomos.
La duración del funcionamiento de las bombas de calor agua-agua suele superar los 30 años.
No menos importante al elegir el equipo, considere el costo de instalación e instalación.
Cálculo de la capacidad requerida de la bomba de calor.
Antes de comprar un sistema, es importante realizar un primer borrador y calcular la capacidad necesaria del equipo. El rendimiento se calcula teniendo en cuenta la demanda de calor real. Se tienen en cuenta los costos del calor, la pérdida de calor en el hogar y la presencia o ausencia de un circuito de ACS.
Algoritmo de Cálculo:
- Calculamos el área total de las habitaciones con calefacción.
- Determinamos la cantidad de energía necesaria para calentar. El indicador óptimo por 1 metro cuadrado es 0.07 kW.
- Para derretir una casa en N metros cuadrados, necesita N * 0.07 kW.
- Para el ACS, se agrega un 15-20% adicional al número resultante, es decir, N * 0.07 * 0.85 o N * 0.07 * 0.80.
Este cálculo será óptimo para habitaciones con techos que no excedan una altura de 2.7 m. Los especialistas harán cálculos más precisos durante la preparación del proyecto.
galería de imágenes
Foto de
El interior de la bomba de calor de agua a agua.
¿Dónde es rentable organizar una bomba de calor agua-agua?
Equipo eficiente con ahorro de energía.
Intercambiador de calor de bomba de calor de hall de entrada
Trabajo preparatorio antes de la operación.
La preparación para el montaje, la conexión y la puesta en marcha de una bomba de calor de la serie agua-agua incluye una serie de pasos estándar, con los que nos familiarizaremos más.
Elegir la fuente de agua óptima
Cabe señalar que no todas las fuentes abiertas o pozos de agua son adecuados para el buen funcionamiento de una bomba de calor. La calidad del agua juega un papel importante, pero los filtros pueden ayudar a resolver el problema de la contaminación.
Está permitido usar un cuerpo de agua o un estanque ubicado dentro de un radio de 100 metros del edificio. Si no existe tal fuente, entonces existe la necesidad de perforar pozos.
La elección de la fuente de la bomba de calor debe centrarse en la simplicidad y el costo de uso. En el caso de un depósito de agua abierto cercano, es más razonable usarlo
El comportamiento de fuente abierta es más predecible que el agua subterránea, por lo que si es posible, se debe dar preferencia a los cuerpos de agua.
galería de imágenes
Foto de
Pozo geotérmico para bomba de calor
Evaporador de bomba de calor económico
Conexión de las tuberías del evaporador al intercambiador de calor.
Tubos del evaporador preparados para inspección
Instalación de un sistema térmico utilizando un pozo.
Para instalar un sistema usando una bomba de calor, se necesitan dos pozos. Uno de los pozos se llama débito. Es en él que se sumerge una bomba especial, con la ayuda de la cual se toma agua para su posterior procesamiento en el sistema. El segundo pozo es el pozo receptor. El agua fría se drena en ella.
Los pozos de drenaje y suministro deben estar separados por al menos 15 metros
La profundidad del pozo de débito no debe exceder los 50 metros. Cuanto más profunda se encuentre la fuente de agua, más poderosa será la bomba necesaria para suministrarla, lo que aumentará la cantidad de energía consumida.
Dispositivo de débito
Antes de operar un pozo de débito, es importante saber cuánta agua puede producir y cuánto líquido se necesita para proporcionar calor a toda la habitación. Cuanto mayor sea la temperatura del agua, menos se necesitará para calentar.
Es importante calcular previamente el volumen V, que deben bombearse fuera del pozo durante una hora para calentar la habitación. Supongamos que hay una bomba cuya salida de calor es igual a un cierto número Q kW y consumo de energía: el número PAGS kW También deberá averiguar la temperatura del agua subterránea (t1) y su temperatura después del intercambio de calor (t2).
Entonces la fórmula para calcular el volumen de la cantidad requerida de agua por hora se ve así:
V = (Q-P) / (t1-t2).
Es analíticamente imposible determinar la capacidad de un pozo de débito para entregar el volumen de agua requerido, por lo tanto, se prueba. En 3 días, la bomba bombea ininterrumpidamente agua del pozo. Por lo tanto, se realiza la verificación del pozo receptor para ver la capacidad de recibir la cantidad de agua requerida a alta carga.
Es importante comprender que el agua subterránea se comporta de manera impredecible, por lo que el agua de un pozo de débito puede reducirse con el tiempo. Por ejemplo, las mareas se observan en primavera y en invierno, por el contrario, el agua disminuye. Si no hay suficiente agua en el pozo, el sistema se apaga automáticamente, no se produce calentamiento.
Características del pozo receptor
El pozo tubular receptor está ubicado aguas abajo del agua subterránea. Es analíticamente imposible determinar en qué dirección se mueve el agua. Por lo tanto, en la práctica, se selecciona un pozo arbitrario como pozo de débito y se lanza una bomba sumergible.
Si durante el funcionamiento del sistema el nivel del agua no baja, entonces la elección se realiza correctamente. Si el nivel ha bajado y la temperatura del agua ha bajado, entonces debe cambiar los pozos en algunos lugares: transferir la bomba sumergible a otro orificio.
La tubería de drenaje en el pozo receptor debe sumergirse varios centímetros en agua, sin llegar al fondo.Si descarga el líquido residual desde arriba, esto provocará un encharcamiento. El pozo tubular puede dejar de tomar agua y obstruirse.
El resultado amenaza el desbordamiento y, en invierno, la posible formación de hielo. La mejor opción para una fuente receptora es un río o estanque. Si estos objetos no están cerca, entonces es necesario perforar uno o más pozos receptores para evitar el desbordamiento.
La figura muestra un ejemplo de uso de un pozo como pozo de recepción y débito
Es imposible saber si un pozo recibirá agua, ya sea analíticamente o mediante un método de prueba. La práctica muestra que un pozo de drenaje puede absorber agua continuamente durante muchos años e incluso puede fallar en una temporada.
Existen tecnologías que permiten usar uno bien como débito y recibir bien, pero este método no es efectivo: la operación irá acompañada de dificultades, posiblemente disminuyendo la temperatura del agua, el anegamiento y una serie de otros problemas.
Sistema de dispositivo con estanque
El estanque seleccionado debe ser lo suficientemente profundo para que las capas inferiores de agua no se congelen durante las heladas severas. En las regiones del sur, la profundidad óptima es de aproximadamente 1 metro, en las regiones del norte se requiere una fuente con una profundidad de 3 metros o más. Además, el estanque debe ser estable: las fluctuaciones en el nivel del agua y su reducción son inaceptables.
Hay dos tuberías al depósito: débito y recepción. Una bomba sumergible está instalada en el receptor
Como tuberías, se recomienda utilizar modelos de HDPE, caracterizados por su durabilidad y confiabilidad. Es importante proteger las tuberías de la congelación, aislándolas adicionalmente y de los avances.
Preparando una casa para una bomba de calor
Para interactuar con una bomba de calor agua-agua, debe instalarse un sistema de calefacción a base de agua en la casa, presentado en forma de tuberías, baterías de radiador. Para un mejor aislamiento en el piso y las paredes, también está permitido instalar tuberías de calefacción.
Si el equipo se utilizará para suministrar agua caliente, entonces la casa debe tener un sistema de recolección. Para que la bomba funcione, debe conectarse a una red eléctrica con energía ilimitada.
Sin medidas adicionales para el aislamiento térmico de la casa (aislamiento desde el exterior, instalación de ventanas de doble cámara, etc.), el funcionamiento de una bomba de calor no tiene sentido.
Los expertos recomiendan instalar adicionalmente un sistema de ventilación de tipo ventilación con un mecanismo de calentamiento de aire. El freón utilizado en el equipo es perjudicial para los humanos. Si se producen microfracturas en el circuito del sistema, el gas se liberará y, por lo tanto, desplazará el aire de la habitación. El refrigerante puede causar una exacerbación de enfermedades pulmonares en una persona, ataques de asma.
La bomba de calor es un equipo pesado, su peso puede alcanzar toneladas (dependiendo de la potencia y el tamaño), por lo tanto, para instalarla, en algunos casos es necesario construir su propia base, no conectada a la base de la cabaña.
Antes de instalar el equipo, debe tener en cuenta las dimensiones permitidas de la habitación, mantener la distancia a las paredes indicadas en el pasaporte del producto.
Equipamiento opcional
La elección de equipos adicionales para la bomba de calor es una tarea responsable, cuya solución determina en gran medida el servicio a largo plazo del sistema de calefacción en su conjunto y la ausencia de problemas de funcionamiento.
Bomba sumergible para pozos y estanques.
Si se utiliza una bomba de calor en el sistema para suministrar agua caliente, un dispositivo con baja potencia puede reducir la presión en los grifos. Una bomba potente resolverá este problema, pero consume más energía. La potencia mínima permitida durante el funcionamiento del FGP es de 1 kW.
Hay muchas modificaciones diferentes de las bombas sumergibles. La elección se realiza teniendo en cuenta tres criterios, estos son:
- Cantidad de fluidoutilizado para bombear (cuanto más agua tenga que transportar, mayor será la potencia de la bomba).
- Bien la profundidad (cuanto más profundo sea el pozo, mayor será la capacidad del equipo);
- Diámetro del pozo (tradicionalmente prefieren ejes de 4 pulgadas, porque crearon la mayor cantidad de bombas, a diferencia de 3 pulgadas).
Para determinar la profundidad del pozo, es necesario asegurar la carga en la cuerda y bajarla al eje. La parte húmeda de la cuerda indicará la profundidad total del pozo, mientras que la parte seca determinará la distancia desde el comienzo del agua hasta la superficie.
La bomba se sumerge en el pozo a una profundidad especificada por el fabricante del dispositivo. Por lo general, la hoja de datos indica cuántos metros deben estar entre el espejo de agua y la bomba, la parte inferior de la salida y la bomba.
Tanto las bombas universales como los equipos especialmente diseñados para pozos pueden ser adecuados para minas. Si la mina fue desarrollada por profesionales, entonces está menos obstruida con arena, por lo que puede usar con seguridad una bomba universal.
Las bombas diseñadas específicamente para perforaciones son más caras, pero hacen un gran trabajo con arena y barro, menos obstrucción. Universal son sensibles a un alto contenido de materia orgánica, deben limpiarse regularmente de suciedad, como resultado de lo cual se reduce su vida útil.
Se deben preferir las bombas con equipo automático, ya que cuando el motor se sobrecalienta, se obstruye en exceso o no hay agua en el pozo, se apaga de manera independiente, por lo que el motor no se sobrecalienta y no falla.
Según el principio de acción, se distinguen 2 tipos de bombas sumergibles:
- Centrífugo.
- Vibrante
Para el trabajo en pozos que producen agua en piedra caliza, son preferibles los modelos centrífugos profundos. Son sensibles al agua con granos de arena y suspensión de arcilla.
Si la bomba de calor se conectará a un depósito abierto, es mejor usar un equipo de bombeo de superficie diseñado para bombear agua sucia o un dispositivo vibratorio económico.
Intercambiador de calor intermedio de bomba de calor
En las bombas de calor, durante la circulación, es posible que el freón no se enfríe lo suficiente, lo que conduce a un sobrecalentamiento del compresor como resultado de una temperatura de descarga excesiva. Por lo tanto, es importante mejorar el enfriamiento de la sustancia, reduciendo así la presión en los circuitos.
Hay otro problema común a todas las bombas de calor: el refrigerante puede mezclarse con vapor de agua. Si entra líquido en el compresor, puede producirse un golpe de ariete. En este caso, debe reparar o reemplazar la pieza. Además, el agua puede penetrar en el aceite y es difícil extraerlo de allí.
Todos los problemas anteriores se resuelven instalando un intercambiador de calor intermedio. Los intercambiadores de calor vienen en tres tipos: tipo abierto, carcasa y tubo y bobina.
La modificación del tipo abierto neutraliza el líquido atrapado en el freón durante la circulación, lo que minimiza la probabilidad de choque del compresor. El dispositivo se caracteriza por un alto rendimiento con un consumo mínimo de energía.
Al instalar un intercambiador de calor de tipo abierto, es importante seleccionar correctamente el tamaño de la tubería de líquido para garantizar una compresión de presión mínima
Las tuberías seleccionadas correctamente neutralizarán la posibilidad de hervir líquido. Al mismo tiempo, la válvula debe tener capacidad suficiente para que el líquido a una baja diferencia de presión pueda penetrar en el dispositivo.
El intercambiador de calor de carcasa y tubo se presenta en forma de diseño cerrado. La transferencia de calor ocurre a través de las paredes de las tuberías, y el líquido y el refrigerante que contiene no se mezclan, a diferencia de los abiertos, lo que proporciona una alta presión para la circulación de vapor y aire.
El intercambiador de calor de la bobina se caracteriza por la presencia de un regulador de flujo que controla el flujo de freón líquido. El tamaño del dispositivo depende de la potencia de la bomba de calor.Es necesario elegir un producto, teniendo en cuenta la funcionalidad y la cantidad disponible. Es aconsejable dar preferencia a los modelos plegables.
Filtros de bomba de calor
El agua de pozos o estanques no viene en forma pura. Puede contener arena, tierra, varios oligoelementos: hierro, sulfuro de hidrógeno, manganeso, cloro, amoníaco, etc. Antes de ingresar a la bomba de calor, el agua debe filtrarse.
En primer lugar, es necesario eliminar sustancias grandes: piedras, arena, tierra, limo. Para eliminarlos del agua, es necesaria la instalación de un hidrociclón.
Hidrociclón: un dispositivo necesario para el tratamiento de aguas turbulentas. Debe seleccionarse teniendo en cuenta la potencia de la bomba.
A continuación, es importante instalar filtros que eliminen el hierro, el sulfuro de hidrógeno, el manganeso y el amoníaco. Estos oligoelementos acortan la vida útil del equipo y lo corroen.
Puede usar filtros de ósmosis inversa, suavizantes, removedores de hierro y sus modificaciones. Para garantizar el consumo de agua caliente, también se deben equipar filtros de carbón y un esterilizador UV que destruya las bacterias y los virus.
Generador de energía para energía de respaldo
Las bombas de calor funcionan desde la red eléctrica, por lo que si se produce un corte de energía, la casa permanecerá sin calefacción. También es recomendable comprar un generador eléctrico que funcione con sustancias combustibles.
Es importante que el generador pueda generar la potencia necesaria para operar el compresor de la bomba.
Características del funcionamiento de dicha bomba de calor.
Una vez al año, es necesario realizar una inspección visual independiente de los componentes de la bomba, seguir las recomendaciones de mantenimiento: lubricar las piezas a tiempo, controlar el funcionamiento correcto del dispositivo cuando se bombea agua.
Algunos tipos de equipos requieren una inspección periódica (generalmente 1-2 veces al año) por parte de especialistas del centro de servicio. Durante la inspección, identifique:
- fuga de aceite del motor a través de grietas en el circuito;
- calidad de accesorios y accesorios;
- nivel de presión en tanques y circuitos;
- mal funcionamiento en el cableado de alimentación.
La instalación de una bomba de calor de agua a agua debe confiarse a especialistas capacitados. La ineficiencia del sistema se asocia con mayor frecuencia con su instalación incorrecta. El equipo térmico es adecuado para la operación de los residentes de las regiones del sur y del norte.
El video presenta el principio de funcionamiento y las características del dispositivo:
Como resultado, podemos concluir que la bomba de calor de agua a agua se considera un equipo eficiente y ecológico diseñado para calentar hogares de hasta 150 metros cuadrados. Para la disposición de las instalaciones de un área más grande, ya pueden ser necesarias encuestas de ingeniería bastante complicadas.
Si tiene alguna pregunta mientras se familiariza con la información proporcionada, hágala en el cuadro a continuación. Esperamos sus comentarios, preguntas sobre el tema, historias y fotos sobre la construcción autónoma de una mini central hidroeléctrica. Estamos interesados en su opinión.