Bombas de calor para aquecimento doméstico: tipos e princípio de operação

Opções de aquecimento alternativas incluem a crescente popularidade das bombas de calor. O alto custo do equipamento e a instalação desse projeto não permitem que alguns proprietários de casas particulares minimizem os custos de aquecimento. Eles definitivamente deveriam considerar fazer uma bomba de calor faça você mesmo.

Dispositivo e princípio de operação

Quase todo meio que nos rodeia possui uma certa quantidade de energia térmica, desde que sua temperatura exceda 1° C.Por que não usar parte dessa energia para aquecer sua própria casa? Isso é feito usando uma bomba de calor.

O princípio de operação de uma bomba de calor com base na transferência de calor de uma fonte com baixo potencial de energia térmica para um transportador de calor com temperatura mais alta é baseado. Na prática, fica assim:

1. O líquido de refrigeração entra na tubulação, localizada, por exemplo, no chão e aquece vários graus.
2. Em seguida, o transportador de calor entra no trocador de calor (ou evaporador) e transfere a energia térmica coletada para o circuito interno.
3. O refrigerante (substância com baixo ponto de ebulição, que está sob baixa pressão), localizado no circuito externo, é aquecido no evaporador e convertido em gás.
4. Em seguida, o refrigerante gasoso entra no compressor, onde é comprimido sob alta pressão. Ao mesmo tempo, a temperatura do refrigerante se torna ainda mais alta.
5. O gás quente entra no condensador, onde transfere energia térmica para o líquido de arrefecimento do sistema de aquecimento interno da casa.
6. Depois disso, o refrigerante que perdeu calor é devolvido ao sistema em estado líquido.

A operação das unidades de refrigeração é baseada no mesmo princípio; portanto, alguns tipos de bombas de calor no verão podem ser usados ​​com sucesso como condicionadores de ar, ou seja, para resfriar uma sala.

A bomba de calor permite aquecer a casa usando energia térmica de baixo potencial do ambiente

Vídeo: dispositivo e operação de unidades térmicas

Tipos de unidades

Uma ideia clara das opções para a construção de bombas de calor é sua classificação de acordo com o tipo de líquido de arrefecimento nos contornos externo e interno da estrutura. O dispositivo pode receber energia de:

• solo;
• água (massa de água ou fonte);
• ar.

Dentro da casa, a energia térmica recebida pode ser usada no sistema de aquecimento, bem como para aquecer água ou ar condicionado. Portanto, existem vários tipos de bombas de calor, dependendo da combinação desses elementos e funções.

Sistema de águas subterrâneas

Obter calor do solo é considerado um dos mais eficazes para esse tipo aquecimento alternativojá que a cerca de cinco metros da superfície a temperatura do solo permanece bastante constante, é pouco suscetível a mudanças nas condições climáticas.

Uma bomba de calor geotérmica usa sondas especiais de condução de calor

Como refrigerante no circuito externo, é utilizado um líquido especial, geralmente chamado de salmoura. É um composto ecológico.

O contorno externo da bomba de calor da água do solo é feito de tubos de plástico. Você pode colocá-los no chão horizontalmente ou verticalmente. No primeiro caso, pode ser necessário trabalhar em uma área grande, de 25 a 50 metros quadrados. m por quilowatt de energia da bomba. As áreas reservadas para o coletor horizontal não podem ser usadas para fins agrícolas. Aqui, apenas é permitida a quebra do gramado ou o plantio de plantas anuais.

Para a construção de um reservatório vertical, serão necessários vários poços com profundidade de 50 a 150 metros. Como a temperatura do solo a essa profundidade é mais alta e mais estável, uma bomba de calor geotérmica é considerada mais eficiente. Nesse caso, sondas de profundidade especiais são usadas para transferir calor.

Bomba água-a-água

O calor pode ser uma escolha igualmente eficaz. bomba de água água, já que em grandes profundidades a temperatura da água permanece bastante alta e constante. Como fonte de energia térmica de baixo potencial, pode ser utilizada:

• reservatórios abertos (lagos, rios);
• águas subterrâneas (poços, poços);
• águas residuais de ciclos tecnológicos industriais (abastecimento reverso de água).

Não há diferenças fundamentais no design das bombas de calor água-solo ou água-água. O menor custo exigirá a construção de uma bomba de calor que utilize a energia de um reservatório aberto: tubos com refrigerante devem ser fornecidos com carga e imersos em água. Usar o potencial da água subterrânea exigirá um projeto mais complexo. Pode ser necessário um poço adicional para descarregar a água que passa pelo trocador de calor.

Usar uma bomba de calor água-água em um lago aberto pode ser muito benéfico.

Opção universal "ar-água"

Por eficiência bomba de calor ar água inferior a outros modelos, porque na estação fria seu poder é reduzido significativamente. No entanto, para sua instalação não requer escavação complexa ou construção de poços profundos. Só é necessário selecionar e instalar equipamentos adequados, por exemplo, diretamente no telhado da casa.

A bomba de calor ar-água pode ser instalada sem extensos trabalhos de instalação

Uma vantagem indiscutível desse projeto é a capacidade de reutilizar o calor que deixa as instalações aquecidas pela bomba de calor com ar ou água de exaustão, além de fumaça, gás etc. Para compensar a falta de energia da bomba de calor de ar no inverno, devem ser consideradas opções alternativas de aquecimento.

A opção menos cara pode ser uma bomba de calor ar-ar, cuja construção não requer trabalho complicado para criar um sistema tradicional de aquecimento de água nos quartos.

Leia mais sobre esse tipo de bomba de calor em nosso artigo:https://aquatech.tomathouse.com/pt/otoplenie/alt_otoplenie/teplovoj-nasos-vozdux-vozdux.html.

Vantagens e desvantagens do sistema

A instalação de uma bomba de calor em casa e sua inclusão no sistema de aquecimento ou a criação de uma estação de aquecimento completa resolverá vários problemas de prensagem e possui as seguintes vantagens:

• é um sistema de aquecimento autônomo, cujo único elemento centralizado é a conexão à rede elétrica;
• esse método pode economizar significativamente em transportadoras de energia caras, tradicionalmente usadas para aquecimento e reduzir significativamente os custos de serviços públicos.O coeficiente médio de conversão de calor é de 3,5 a 4,5. A partir de 1 kW de eletricidade, a bomba gera de 3 a 7 kW de calor. Essas são as taxas mais altas entre todos os tipos de caldeiras funcionando com qualquer combustível;
• o sistema é seguro para a saúde humana e para o meio ambiente. Ajuda a economizar os recursos energéticos não renováveis ​​do planeta;
• segurança contra incêndio e não inflamabilidade de peças. Esta caldeira não superaquece, não explode, não queima, não emite monóxido de carbono;
• uma bomba pode produzir calor e frio, fornecendo o microclima necessário na casa, além de aquecer a água para as necessidades domésticas;
• durabilidade - de acordo com a experiência dos residentes europeus, a vida útil do equipamento é de 20 a 50 anos;
• conforto e operação silenciosa. O sistema é controlado por automação;
• a instalação da bomba não requer aprovações necessárias durante a instalação, por exemplo, de equipamentos a gás.

Na Noruega e na Suécia, 95% de todas as casas são aquecidas por bombas de calor.

As vantagens desse sistema são muito maiores que as desvantagens

As desvantagens incluem:

• o custo relativamente alto da instalação e a própria bomba, o retorno de tal sistema depende da intensidade de sua operação;
• a necessidade de atrair especialistas e usar equipamentos especiais de perfuração e outros equipamentos para equipar uma bomba geotérmica com um circuito vertical, cuja profundidade pode atingir 200 m.

Como fazer uma bomba de calor DIY

Usar bombas de calor para aquecer sua casa é rentável e conveniente. A experiência mostra que em casas particulares com uma área útil de mais de 400 metros quadrados. m, esse projeto será recompensado dentro de alguns anos de operação, apesar do alto custo. Proprietários de casas com tamanhos mais modestos desenvolvem e instalam com sucesso bombas de calor de seu próprio projeto. Aqui estão algumas diretrizes para criar esses dispositivos úteis:

• Primeiro, você precisa cuidar da compra de um compressor, por exemplo, projetado para ar condicionado. Geralmente é fixado na parede.
• outra parte importante do projeto - o capacitor - pode ser realizada de forma independente. Para fazer isso, você precisa fazer uma bobina a partir de um tubo de cobre (com pelo menos 1 mm de espessura), que é colocado em uma caixa de metal ou plástico. Um tanque de tamanho adequado é adequado como um alojamento. Após a instalação da bobina, as metades do tanque são soldadas, montando as conexões rosqueadas necessárias. O evaporador também costuma ser montado na parede. Para fazer uma bobina de alta qualidade, você pode enrolar um tubo de cobre em um objeto de diâmetro adequado; um cilindro de gás é bastante adequado. Para garantir que a distância entre as curvas seja a mesma, use um canto de alumínio perfurado, no qual as bobinas da bobina são fixas.
• instalação final deste equipamento: solda de um tubo de cobre, injeção de freon, etc. - deve ser realizada apenas por um especialista qualificado. Ações inadequadas podem danificar o equipamento, além disso, estão associadas a uma alta probabilidade de ferimentos pessoais.
• depois disso, o design é conectado ao sistema de aquecimento interno da casa.
• depois que o circuito externo estiver instalado e conectado, os recursos desse processo dependem do tipo de bomba de calor.

Antes de iniciar a bomba de calor, não será necessário diagnosticar a condição da fiação e do medidor da casa. Equipamentos antigos e desatualizados devem ser substituídos. O medidor de energia aceitável é de pelo menos 40 amperes.

Infelizmente, nem todas as bombas de calor para aquecimento doméstico atendem às expectativas dos proprietários. Na maioria das vezes, isso ocorre devido à falta de cálculos termodinâmicos corretos. O resultado é um sistema com energia insuficiente ou os custos de equipamentos excessivamente potentes estão aumentando de maneira irracional. Para escolher um sistema com capacidade adequada, é necessário levar em consideração a perda de calor do edifício, além de muitas outras características. Tais cálculos devem ser confiados a um engenheiro de projeto.

Relação custo-benefício e viabilidade do uso de bombas de calor

Para obter economias significativas no orçamento de aquecimento por muitos anos, é necessário gastar fundos significativos no estágio de projeto e instalação. O retorno de tal sistema de aquecimento é atrasado no tempo, depende das condições de operação.

A energia retirada do meio ambiente não requer pagamento e não termina aí.

Se o piso e as paredes estiverem adequadamente isolados na casa, a bomba de calor funcionará da maneira mais eficiente possível. As perdas de calor não devem exceder 100 W por 1 sq. metro.

A seguir, é apresentada uma comparação dos custos de aquecimento ao usar várias fontes de energia.

Para economizar no aquecimento, você precisa gastar uma quantia considerável na instalação de uma bomba de calor

É muito benéfico incluir a bomba em um sistema de piso radiante ou paredes, onde a temperatura operacional é de aproximadamente 40 graus. Um indicador de economia pode ser considerado a ausência de superaquecimento do circuito de aquecimento e congelamento do líquido de arrefecimento quando a bomba é desligada, o que permite aumentar a confiabilidade do sistema e reduzir o risco de um acidente e a frequência de trabalhos de prevenção e reparo.

O custo da instalação desse sistema depende de vários fatores:

• a área das instalações aquecidas da casa;
• variedade de design de bomba;
• sistemas de aquecimento e tubos instalados em casa;
• indicadores de perda de calor.

Para uma pequena casa de 130 metros quadrados. m ao instalar uma bomba com uma entrada de calor no solo, o custo do equipamento será de 450.000 p. e a instalação extrairá 300.000 p.

A bomba de ar e água custará 300 00 r., A instalação será 80 000 r. Esta é a opção mais barata.

O custo das instalações começa em 450 mil rublos.

Os custos máximos serão necessários para a perfuração profunda com baixo ponto de congelamento e para uma grande área da casa, por exemplo, 400 metros quadrados. M. O equipamento custará 800.000 p. e instalação - 360.000 p. Os custos incluem todo o projeto e escavação, obras no solo e todos os elementos da bomba e sistema de aquecimento.

Material atualizado em 03.03.2018