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Bomba de calor de bricolaje

La calefacción con bomba de calor no solo es rentable, sino también práctica. En el contexto de un aumento constante de los precios de la energía, las fuentes autónomas pueden proporcionar calefacción a una casa y reducir significativamente los costos de electricidad. Además, el dispositivo se conecta fácilmente de acuerdo con el principio de una caldera de doble circuito al sistema de suministro de agua y proporciona agua caliente..

Tabla de contenido:

Bases teóricas

El principio de una bomba de calor es que el dispositivo extrae calor de un lugar y lo transfiere a otro, es decir, utiliza las leyes de la física geotérmica. Si consideramos el principio de funcionamiento de una bomba de calor lo más simple posible, entonces es un sistema de tuberías en el que fluye un líquido anticongelante. Se calienta mediante fuentes de calor externas, luego se traslada a la bomba, emite calor al sistema de calefacción y regresa a la fuente térmica..

Hay dos grandes grupos de tales equipos:

  • bombas de calor industriales;
  • bombas de calor domésticas.

El trabajo de una bomba de calor de tipo industrial se basa en la extracción de calor del suelo. Para esto, se perforan pozos a una profundidad de varios kilómetros, en los que se instalan espirales de metal. A través de ellos, el calor se transfiere al circuito térmico, al que se conecta la bomba de calor. Este método es el más efectivo porque tiene el mayor nivel de eficiencia. Sin embargo, el costo de instalación del equipo alcanza los 10-15 mil dólares estadounidenses. Esta circunstancia contribuyó a la aparición de bombas domésticas, menos eficientes, pero también más baratas..

Dispositivo de bomba de calor para el hogar

La bomba de calor consta de tres partes principales:

  • contorno del suelo;
  • contorno de freón;
  • circuito de calefaccion.

El contorno del suelo es la parte más simple de la estructura. Es un sistema de tuberías instaladas en el suelo o un cuerpo de agua en el que circula una salmuera anticongelante. Su temperatura oscila entre -3 y -5 grados centígrados. No hay una diferencia fundamental en el régimen de temperatura, ya que la salmuera se puede calentar mediante fuentes de calor externas solo a cero..

Esta temperatura es suficiente para hervir el freón, que se vuelve gaseoso ya a una temperatura de -2. Además, el vapor de freón se transfiere al compresor, que acumula presión y licúa el refrigerante. En este estado, la temperatura del freón aumenta a +100 grados..

Además, el agua hirviendo se transfiere al sistema de calefacción, calienta el agua en los radiadores, se enfría y regresa al circuito de freón. Por lo tanto, el consumo de energía se produce solo para el funcionamiento del compresor. Teniendo en cuenta que su potencia rara vez supera 1 kW, hay que decir que una bomba de calor en términos de consumo eléctrico es similar a una caldera, pero a diferencia de ella, es capaz no solo de calentar agua, sino también de calentar toda la casa..

Tipos de bombas de calor domésticas

Es habitual distinguir entre tres tipos de equipos térmicos:

  • bucle abierto;
  • con ciclo cerrado e hidrointercambiador;
  • con intercambiador de circuito cerrado y horizontal.

Un circuito abierto supone que el intercambiador de calor está conectado a una fuente de agua subterránea. Al usar una bomba, este método le permite proporcionar a la casa no solo agua, sino también calor..

En un ciclo cerrado con un intercambiador hidráulico, el refrigerante se instala en un depósito cerrado. Las tuberías de salmuera no tienen contacto directo con el agua, el calor se transfiere a través del cuerpo. Adecuado para casas con estanques o cerca de ríos..

El intercambiador de calor horizontal es una versión simplificada de una bomba de calor industrial. Las tuberías se instalan a una profundidad de solo unos pocos metros, pero esto es suficiente para un calentamiento de alta calidad de 80-100 m2. m. Si se instala una bomba de circulación en el sistema, entonces la profundidad aumenta a 250-300 m. Teniendo en cuenta que la temperatura inferior será de aproximadamente 15-18 grados, la eficiencia de la bomba de calor aumentará significativamente. Pero hay que tener en cuenta que el costo de la electricidad también será mayor, ya que la bomba de circulación opera exclusivamente desde la red..

Circuito de bomba de calor

Hoy en día, existen dos diseños más comunes:

  • condensador;
  • en placas Peltier.

Para empezar, consideremos el principio de funcionamiento de una bomba de calor basado en la electrodinámica. Consiste en:

  • placas con recubrimientos que difieren en diferentes niveles de energía electrónica;
  • cables de suministro de energía;
  • condensador de calor;
  • Fuente de alimentación de CA de 12V.

El sistema de bomba de calor es extremadamente sencillo de operar. Bajo la influencia de la corriente, una de las placas se calienta, la segunda se enfría, cuando cambia la polaridad, cambian los lados frío y caliente. Los condensadores están ubicados a ambos lados de las placas, que acumulan calor y lo transfieren al sistema de calefacción..

Con ventajas obvias, como:

  • silencio
  • facilidad de instalación;
  • talla pequeña.

Hay un inconveniente importante: una eficiencia muy baja. Para combatir este problema, es necesario aumentar el área de las placas, y esto, a su vez, conducirá a mayores costos de energía. Teniendo en cuenta que en nuestro país no es un placer barato, es más eficiente utilizar una bomba de calor de condensador estándar..

Bomba de calor llave en mano de bricolaje

Para montar una bomba de calor necesitará:

  • tuberías;
  • tubos de metal y plástico para calefacción;
  • compresor;
  • capacidad para un tanque de expansión;
  • capacidad del condensador;
  • salmuera;
  • freón
  • fuente de alimentación;
  • tanque de freón.

En la primera etapa, deberá ensamblar un circuito de intercambio de calor:

1. Determine la fuente térmica: tierra o embalse..

2. Llevamos tuberías a la fuente termal.

3. Conectamos el tubo de calor al tanque de expansión con freón.

En la segunda etapa, montamos el sistema de circulación:

1. Conectamos el tanque con freón al compresor, para esto la salida de gas debe estar ubicada en la parte superior del tanque de expansión..

2. Conectamos la tubería de alta presión al compresor.

3. Conectamos el compresor y el condensador con una tubería, la cual debe estar separada por un estrangulador.

4. Desde el condensador, hacemos un drenaje de retorno al compresor y al tanque de expansión..

Etapa final – conexión de calefacción:

1. Es necesario conectar el portador de calor al condensador, como regla, es agua.

2. Desde el tanque con el refrigerante, haga la tubería para calentar.

3. Conectar radiadores.

Importante: se considera el sistema más simple para crear una bomba de calor. Para su funcionamiento normal, necesitará una instalación adicional de una bomba de circulación, que garantizará el movimiento del agua en el sistema..

La bomba de calor, cuya instalación se describe anteriormente, se puede actualizar adicionalmente con una bomba de agua. Esto es cierto si hay mucha agua subterránea en la región. En este caso, será necesario modificar el sistema:

1. La tubería de bombeo debe enrollarse en un anillo debajo del tanque con freón.

2. Durante el funcionamiento de la bomba, el agua subirá a través de esta tubería, que debe ingresar al tanque de distribución..

3. Tiene sentido instalar una T del tanque, por separado para calentar, por separado para el suministro de agua de la casa.

Importante: se asume que el tanque servirá como contenedor para el refrigerante, por lo tanto su tamaño debe ser proporcional a la potencia de la bomba..

Bomba de calor: cálculo de eficiencia

Según muchos expertos, la eficiencia de las bombas de calor es 2-3 veces mayor que la de las calderas de gas. Si tomamos el costo de los recursos energéticos, entonces no hay objeciones. Pero aún vale la pena comprobar las posibilidades reales de esta invención..

Calcular la energía térmica necesaria para calentar 1 metro cúbico. m de agua, usaremos la fórmula estándar en física:

Q = c * m * (t2-t1)

  • c es la capacidad calorífica específica de la sustancia;
  • m es la masa; calculado por la fórmula – m = p * V, donde p es la densidad de la sustancia, V es el volumen;
  • t2 es la temperatura deseada;
  • t1 – temperatura del refrigerante.

Sustituyamos valores específicos bajo la fórmula:

  • Q = 4183 * 1000 (1 metro cúbico) * (60-10);
  • Q = 209.15 mJ, que es aproximadamente igual a 58.6 kWh.

Como puede verse en el cálculo, la potencia de la bomba de calor para un calentamiento eficiente de la habitación debe ser de unos 60 kW / h, siempre que circule 1 metro cúbico por el sistema. m. de agua.

Ahora calculemos los indicadores de potencia real para el freón. Para no profundizar demasiado en las matemáticas, compongamos una ecuación simple pero clara:

  • 209150000 = 2010 * x * 100;
  • x = 209150000/2010/100;
  • x = 1040,55.

En este cálculo, x es masa. Necesitas saber el volumen:

  • V = m / p;
  • V = 1040,55 / 196,2;
  • V = 5.3 metros cúbicos m. de gas o 1,2 metros cúbicos. m. líquido.

Como puede verse en los cálculos, se necesitarán 5,3 metros cúbicos para la calefacción normal de la habitación. m. vapor de freón. El valor es bastante arbitrario, ya que depende de la temperatura, la presión en el sistema, la calidad del freón y muchos otros indicadores. Sin embargo, este cálculo se basa en valores de referencia, excluidos los factores ambientales. El indicador exacto se calcula de acuerdo con la ecuación de Clapeyron-Mendeleev.

A pesar de la convencionalidad de los cálculos, se puede ver que para asegurar la temperatura del refrigerante en los 60 grados estándar, se necesitará más freón que agua en el sistema. De esto se deduce directamente que una bomba de calor verdaderamente eficaz debe tener dimensiones suficientemente grandes, de lo contrario habrá escasez de calor..

Una solución definitiva será utilizar otros refrigerantes, por ejemplo, a base de amoníaco o sus análogos, donde la temperatura del vapor puede ser significativamente superior a 100 grados Celsius. Por ejemplo, si calienta el vapor a 200 grados, la proporción cambiará aproximadamente ¾, a favor del refrigerante.

El sistema de bomba de calor específico depende de muchos factores y requiere una investigación matemática seria, ya que sin esto, la calefacción no será efectiva. Para los cálculos, es mejor recurrir a expertos o consultar con un maestro de física de la escuela, ya que la mayoría de las fórmulas se encuentran en el programa de los grados 8-9. No es práctico dar ejemplos específicos en el artículo, ya que es imposible generalizar las fórmulas para cada caso individual..

Calentar una casa con bomba de calor: precio

Antes de comenzar a buscar expertos en el campo de la termodinámica, debe completar un procedimiento simple usted mismo: calcular la electricidad consumida y el costo de fabricación de la bomba..

Teniendo en cuenta el valor de mercado de los materiales de construcción, será necesario invertir entre 600 y 800 dólares estadounidenses. Además, debe comprar un compresor de calidad. No se tiene en cuenta el reemplazo de la calefacción, ya que depende de deseos específicos. Por ejemplo, un radiador de aluminio para 10 secciones costará $ 80-150.

Pero esta es una inversión única. Los costos de energía se calculan de acuerdo con la capacidad del compresor:

  • multiplique la potencia nominal por el tiempo de funcionamiento;
  • potencia nominal – potencia del compresor;
  • tiempo de funcionamiento: el período en el que el dispositivo consume electricidad.

Así, un compresor con una potencia de 1 kW durante 12 horas de funcionamiento continuo producirá 12 kW de electricidad..

Si asumimos que el compresor funciona casi constantemente, el consumo diario será de unos 20 kW. Durante un mes, obtienes un consumo de 600 kW. Si contamos con la tarifa más alta para Moscú, resulta 600 * 4.68 = 2748 rublos. A modo de comparación, 1 metro cúbico. m de gas cuesta 3,87 rublos. Con calefacción de gas de alta calidad de 600 metros cúbicos. m. es suficiente para 2-3 meses.

Teniendo en cuenta que la mayoría de los compresores tienen una potencia de más de 2 kW, se cuestiona la eficiencia de la calefacción. La solución al problema son las fuentes independientes de electricidad..

Con base en lo anterior, la instalación de una bomba de calor sigue siendo un tema controvertido. Sujeto a ciertas condiciones, ciertamente vale la pena y con bastante rapidez. Por otro lado, un rendimiento de alta calidad requerirá grandes costos financieros y la instalación de equipos adicionales..