Bomba de calor para calentar una casa: principio de funcionamiento y ejemplos de cálculo.

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 impulsado 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.

¿Cómo funciona una bomba de calor?

Una bomba de calor moderna es muy similar a un refrigerador común.

¿Qué es una bomba geotérmica o, en otras palabras, una bomba de calor? Estos son dispositivos que pueden transferir calor de una fuente a un 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. Siglo XIX. Estos principios se pusieron en práctica solo a mediados del siglo pasado.

Un día, un experimentador llamado Weber estaba ocupado con un congelador y accidentalmente tocó la línea de encendido del condensador. ¿Tenía una idea de por qué el calor no va a ninguna parte y no ayuda? No lo pensó mucho, alargó la tubería y la metió en el depósito de agua.

El agua caliente que le salía estaba tan caliente que no sabía dónde ponerla. Teníamos que continuar: ¿cómo calentaste el aire con este sencillo sistema? La solución fue muy simple y no menos brillante.

El agua caliente se enrolla a través de un intercambiador de calor y luego un ventilador sopla aire caliente a través de la casa. ¡Todo ingenioso es simple! Weber era un hombre humilde y, al final, descubrió cómo prescindir de un frigorífico. ¡Tienes que sacar el calor del suelo!

Habiendo enterrado tuberías de cobre y bombeando freón (el mismo gas que en los refrigeradores), comenzó a recibir energía térmica de los intestinos. Creemos que en este ejemplo todos entenderán cómo funciona una bomba de calor.

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Sistemas de eliminación de calor. (Click para agrandar)

• En esencia, un acondicionador de aire a aire es un acondicionador de aire convencional;
• Aire a agua: agregue un intercambiador de calor al aire acondicionado y ya calentaremos el agua;
• Agua subterránea: enterramos el colector de las tuberías en el suelo y calentamos el agua en la salida;
• Las tuberías de plomería se colocan en aguas abiertas o subterráneas y transfieren calor al sistema de calefacción del edificio.

(En este artículo se puede encontrar una clasificación detallada de las bombas de calor para calefacción).

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 solía hacer la pregunta desconcertada "¿cómo es esto posible?", Ahora la pregunta "¿cómo es correcto? ? "

La respuesta a esta pregunta no es sencilla.

En busca de respuestas a las numerosas preguntas que surgen inevitablemente al intentar diseñar sistemas de calefacción con bombas de calor, es aconsejable recurrir a la experiencia de especialistas en aquellos países donde las bombas de calor en intercambiadores de calor terrestres 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 para la 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 en la salida del evaporador t2I y en la salida del condensador t2K:

? =? (t2И, t2K). (uno)

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 ° C, lo que significa que se requerirá un costoso intercambiador de calor terrestre.

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.

Bomba de calor aire-agua: hechos reales

Este tipo de equipo de calefacción genera mucha controversia. Los usuarios se dividen en dos campos. Algunos creen que no se ha inventado nada mejor para calentar una casa. Otros creen que debido al alto costo de las bombas de calor (HP) y las duras condiciones climáticas en muchas regiones de la Federación de Rusia, la inversión inicial no se reembolsará. Es más rentable poner dinero en un banco y, utilizando los intereses recibidos, calentar la casa con electricidad. Como siempre, la verdad está en el medio. Mirando hacia el futuro, digamos que en el articulo solo hablaremos de bombas de calor aire-agua... Primero, un poco de teoría.

Una bomba de calor es una "máquina" que toma calor de una fuente de bajo grado y lo transfiere a la casa.

Fuentes de calor para la bomba de calor:

• aire;
• agua;
• tierra.

Diagrama esquemático de la bomba de calor.
Un punto importante: La bomba de calor no produce calor. Bombea calor del entorno externo al consumidor, pero se requiere electricidad para que funcione la bomba de calor.... La eficiencia de la bomba de calor se expresa en la relación entre la energía calorífica bombeada y la consumida de la red eléctrica. Esta cantidad se llama coeficiente de rendimiento (COP). Si las características técnicas de la bomba de calor establecen que COP = 3, esto significa que la bomba de calor bombea tres veces más calor de lo que "consume" electricidad.

Parece que esta es la solución a todos los problemas, relativamente hablando, habiendo gastado 1 kW de electricidad en una hora, durante este tiempo, recibiremos 3 kilovatios-hora de calor para el sistema de calefacción. De hecho, desde estamos hablando de bombas de calor de fuente de aire con una unidad externa instalada fuera de la casa, la relación de transformación para la temporada de calefacción variará en función de la temperatura exterior. En heladas severas (-25 - -30 ° C y menos) el COP del conducto de aire cae a la unidad.

Esto evita que los aldeanos instalen bombas de calor de aire a agua, equipos en los que el calor bombeado se utiliza para calentar el fluido de transferencia de calor. La gente cree que para nuestras condiciones, no para las regiones del sur del país, las bombas de calor geotérmicas con un intercambiador de calor terrestre enterrado en el suelo, un sistema de tuberías colocadas horizontal o verticalmente, son las más adecuadas.

¿Es esto cierto?

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A menudo me encuentro con el mito de que una bomba de calor aire-agua es ineficaz en climas fríos, pero una bomba de calor geotérmica es solo eso. Compare la relación de transformación de calor del equipo en la primavera. El circuito geotérmico se agota después del invierno. Es bueno si la temperatura es de unos 0 grados. Pero el aire ya se ha calentado lo suficiente. La necesidad de calor disminuye, pero no desaparece en verano, porque Se necesita suministro de agua caliente todo el año.Las bombas de calor geotérmicas son excelentes para regiones con inviernos duros y períodos de calefacción prolongados. Para el Distrito Federal Sur y la Región de Moscú, la bomba de calor aire-agua muestra un COP anual promedio comparable al de una geotermia.

Las temperaturas de -20 - -25 ° C y más bajas en la región de Moscú no son frecuentes y duran solo unos pocos días. En promedio, el invierno en la región de Moscú se caracteriza por -7 - -12 ° C y deshielos frecuentes con temperaturas que suben a -3 - 0 grados. Por lo tanto, durante la mayor parte de la temporada de calefacción, el aire HP funcionará con un COP cercano a las tres unidades.

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 determina la pérdida 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. pot. * ((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 climatización, un suelo cálido puede destacarse no solo por su funcionalidad, sino también por su alto coste estético.

Cálculo de la potencia de la bomba de calefacción.

¿Cómo calcular la potencia calorífica de una bomba? Al elegir una bomba para un sistema de calefacción, debe prestar atención al punto de funcionamiento desde el cual comienza su funcionamiento. Se instalará en el mismo punto.

El caudal y la presión del agua serán indicadores que caracterizarán la posición de la bomba. Para medir el flujo de agua, se utiliza un valor como metros cúbicos de agua por hora (velocidad de la bomba en el sistema de calefacción) y la altura se mide en metros. Dichos indicadores dependen en gran medida de las características que tenga la bomba.

Al calcular una bomba para calefacción, es mejor elegir una opción en la que la potencia de su punto de partida sea igual a la potencia consumida por el propio sistema de calefacción.

Este patrón solo se puede rastrear en un gráfico especial. Este procedimiento ayudará a determinar si una bomba en particular es adecuada para su sistema de calefacción en términos de sus indicadores de potencia.

A continuación se muestra una fórmula que lo ayudará a descubrir la potencia de la bomba de circulación para calentar:

P2 (kW) = (p * Q * H) / 367 * eficiencia

Р es el nivel de densidad del agua;

Q es el nivel de consumo de agua;

Í - nivel de presión del agua.

Por lo tanto, se realiza el cálculo de la potencia de la bomba para calefacción.

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 utilizando 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.

Bomba de calor. Diseño de calefacción de la casa

En el sistema de calefacción de una casa, una bomba de calor (HP) juega el mismo papel que una caldera, es decir, es un generador de calor.
La única diferencia es que la caldera quema combustible, mientras que la HP “bombea” energía térmica de fuentes que, a primera vista, no son nada ricas en ella.

Agua del suelo y del río con una temperatura de 5 a 7 grados, o incluso aire helado de invierno, cuya temperatura era generalmente bajo cero.

Estas fuentes se denominan de bajo potencial y, aunque no están asociadas con el concepto de calor de ninguna manera, TH se las arregla para "exprimirlas" una cantidad impresionante de energía vital. A esto hay que sumarle el calor generado por el motor eléctrico del compresor HP: aquí, a diferencia de un frigorífico y aire acondicionado, no se desperdicia.

El resto del sistema de calefacción basado en HP no es diferente del habitual: se usa un portador de calor, agua o aire, que se calienta, fluye a través de un intercambiador de calor y luego transporta el calor por toda la casa. La circulación es proporcionada por una bomba (para calentar agua) o un ventilador (para aire). Al igual que un generador de calor tradicional, el HP se puede conectar simultáneamente al circuito de suministro de agua caliente (ACS) con o sin acumulador (caldera).

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En Rusia, el calentamiento por vapor apareció antes que el calentamiento por agua, pero ahora este sistema rara vez se usa. Aquí https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/montazh-sistem-otopleniya/parovoe-otoplenie-v-chastnom-dome-sxema.html encontrará una descripción general de los principales tipos de calderas y métodos de calentamiento de vapor.

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 instalar el 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.

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 medio de pérdida de calor del edificio: por ejemplo, igual a 1 - un edificio perfectamente aislado y 4 - un cuartel hecho de tablones; 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 un circuito.

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 arcilloso, el nivel del 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.

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 brindamos comodidad y calor, y todos los sistemas son costosos, pero en este caso, puede buscar una opción de este tipo que le devuelva el dinero gastado al reducir los costos 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 existe 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 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.

Realizaremos el cálculo 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 (ACS), 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.

Max. capacidad calorífica de la bomba de calor para calefacción, kW	19993,59
Max.consumo de energía de la bomba de calor cuando funciona para calefacción, kW	7283,18

Max. capacidad calorífica de la bomba de calor para el suministro de agua caliente, kW	2133,46
Max. consumo de energía de la bomba de calor durante el funcionamiento con suministro de agua caliente, kW	866,12

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: К2-К1 = 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.

Cálculo general y matices.

Sumando el consumo de electricidad para calefacción y suministro de agua caliente, obtenemos el costo total de operación de la bomba de calor. Pero quedan dos matices, a saber:

• Los fabricantes de bombas de calor a menudo sobreestiman los datos. Por ejemplo, no tienen en cuenta el costo de hacer funcionar una bomba que bombea agua a través del sistema de calefacción. A veces, la trama de la COP no es cierta.
• Cuando no se usa agua caliente, está en el tanque de almacenamiento y se enfría gradualmente. La bomba de calor mantendrá su temperatura, que también consume electricidad.

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 zanjas 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 vierten 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 de 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.

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Eficiencia y COP

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Primero, definamos en términos:

• Eficiencia: coeficiente de eficiencia, es decir cuánta energía útil se obtiene como porcentaje de la energía gastada en el funcionamiento del sistema;
• COP - coeficiente de rendimiento.

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Un indicador como la eficiencia se utiliza a menudo con fines publicitarios: "¡La eficiencia de nuestra bomba es del 500%!" Parece que dicen la verdad: por 1 kW de energía consumida (para el funcionamiento completo de todos los sistemas y unidades), produjeron 5 kW de energía térmica.

Sin embargo, recuerde que la eficiencia no puede ser superior al 100% (este indicador se calcula para sistemas cerrados), por lo que sería más lógico utilizar el indicador COP (utilizado para calcular sistemas abiertos), que muestra el factor de conversión de la energía utilizada en energía útil.

Por lo general, el COP se mide en números del 1 al 7. Cuanto mayor sea el número, más eficiente será la bomba de calor. En el ejemplo anterior (al 500% de eficiencia), el COP es 5.

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 y 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, moviéndose 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 se mantiene en el condensador mediante una 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.

Elección del entorno externo

La bomba de calor requiere una fuente de calor externa para funcionar. Puede ser aire exterior o agua de un depósito o pozo. Por tanto, se puede utilizar lo siguiente:

• temperatura del aire exterior de –3 a +15 ° С
• aire del sistema de ventilación de escape descargado de la habitación (de +15 a +25 ° С)
• aguas subterráneas (+ 4 ... + 10 ° C) y subterráneas (aproximadamente + 10 ° C)
• agua de lago y río (+ 5 ... + 10 ° С)
• capa superficial del suelo de la tierra (debajo de la profundidad de congelación; + 3 ... + 9 ° С)
• capa profunda de la tierra (más de 6 m; +8 ° С).