Bomba de calor per escalfar una casa: principi de funcionament, varietats i ús

En el deteriorament de la situació ambiental del món i (més important per al consumidor mitjà) en l’augment ràpid de les tarifes de gas i electricitat, cada cop més europeus estan intentant introduir sistemes que utilitzen fonts d’energia alternatives a la seva vida diària. Una de les opcions per a aquests sistemes és l’anomenada bomba de calor, mitjançant la qual podeu escalfar la vostra llar a l’hivern i escalfar aigua per a usos domèstics, gastant-hi un mínim d’electricitat.

També a les llars dels nostres compatriotes dels darrers anys, cada cop podeu trobar més aquest miracle de l’enginyeria. Per descomptat, per als russos, el problema dels preus elevats per a les fonts d’energia tradicionals no és tan agut com a Europa, però, en primer lloc, només és de moment i, en segon lloc, no vull quedar enrere del món civilitzat ...

Així doncs, la bomba de calor ... Què és? En què es basa el principi de la seva acció? On, on i com transfereix la calor? Anem bé.

El principi de funcionament de la bomba de calor

El principi de funcionament de les bombes de calor es basa en la capacitat d’una substància (refrigerant) d’absorbir o desprendre calor quan canvia l’estat d’agregació. En essència, aquestes bombes no són molt diferents de les unitats de refrigeració. (Aquesta estranya declaració, a primera vista, no us sorprendrà si mai heu tocat la paret del darrere calenta d’un frigorífic de la llar.)

Esquemàticament, una bomba de calor es pot representar com un sistema format per tres circuits. El primer és un refrigerant que transfereix energia d’una font de calor potencial baixa. Al segon circuit circula el refrigerant (freó), que s’evapora periòdicament, prenent calor del primer circuit, i després es condensa de nou, donant-lo al tercer circuit. I, finalment, l’aigüera de calor “corre” pel tercer circuit, en el nostre cas, aigua que transfereix calor a través del sistema de calefacció.

El cicle de treball de la bomba de calor en termes generals es pot descriure de la manera següent. El refrigerant líquid entra a l’evaporador, on passa a un estat gasós. L’energia necessària perquè aquest procés flueix es pren del refrigerant que circula al circuit primari. A més, el refrigerant gasós escalfat en diversos graus és aspirat al compressor, el principal objectiu del qual és la compressió de gas (per descomptat, això consumeix electricitat).

La pressió del gas augmenta diverses vegades, mentre que s’escalfa significativament: si la temperatura del refrigerant a l’entrada del compressor és de 6-10 ° C, a la sortida ja són uns 60 ° C. A la següent etapa, el gas escalfat s’envia al condensador, on dóna la calor rebuda al sistema de calefacció, mentre que es condensa, és a dir. entra en estat líquid. A continuació, es alleuja la sobrepressió mitjançant una vàlvula de gas i el cicle torna a començar.

Com podeu veure, el dispositiu de la bomba de calor no difereix fonamentalment del dispositiu de la màquina frigorífica. El principal objectiu de les unitats frigorífiques és generar fred, de manera que allí es treu la calor per l’evaporador i el condensador només envia aquesta calor a l’espai circumdant.A la bomba de calor, el contrari és cert: el condensador és un intercanviador de calor que proporciona calor al consumidor i l’evaporatori és un intercanviador de calor que utilitza la calor de baix potencial dels recursos d’energia secundària.

Dit d'una altra manera, una bomba de calor és un "refrigerador al revés". Al mateix temps, "viceversa" no només és un dispositiu, sinó també un resultat. Si en el cas d’un refrigerador es malgasta la calor dels productes emmagatzemats al seu interior, l’energia generada per la bomba de calor aporta beneficis reals: es gasta en la calefacció específica de la casa.

Varietats de sistemes i bombes de calor

L’energia calorífica que es gasta en escalfar l’edifici i el sistema d’aigua calenta és el resultat de la conversió d’energia ambiental mitjançant una bomba de calor. La bomba concentra aquesta energia de baix potencial (baixa temperatura) i la transfereix al sistema de calefacció.

Resta entendre què s’entén en aquest cas per l’energia del medi ambient. La majoria de bombes domèstiques de calor permeten utilitzar la calor del sol i la calor interna de la terra, acumulades per les capes superiors de l'escorça i l'aigua terrestres durant tot l'any.

Segons el tipus de disseny del primer circuit de l’intercanviador de calor, totes les bombes de calor es divideixen en sòl, aigua i aire.

Bombes de calor

Les bombes de calor terrestres reben la calor necessària per escalfar el refrigerant a l’evaporador des de terra. La temperatura d'aquest últim a una profunditat de diversos metres pràcticament no està sotmesa a fluctuacions estacionals. Per un sistema tancat de canonades col·locades a terra, hi circula una "salmorra". No és per casualitat que agafem la paraula “escabetx” entre cometes: la sal, com es podria esperar del nom, no la conté. De fet, és un anticongelant basat en etilenglicol o propilenglicol, menys freqüentment etanol aquós. Les canonades d'intercanviador de calor es poden posar al terra tant horitzontalment (col·lector horitzontal) com vertical (sonda geotèrmica).

Les canonades del col·lector horitzontal es posen al sòl a una profunditat per sota del nivell de congelació del sòl d’aquesta regió (normalment 1,5-2 m). El sistema d’intercanvi de calor d’aquest tipus ocupa una zona força gran. Per exemple, per proporcionar calor a una casa relativament petita amb una superfície de 100 m² caldrà destinar 2-3 hectàrees de terra. Cal tenir en compte que, al territori ocupat pel col·leccionista, només es poden plantar aquells arbres i arbusts les arrels de les quals no s’endinsen massa en el sòl, i és completament impossible col·locar-hi edificis aquí.

Una sonda geotèrmica és un intercanviador de calor, els tubs dels quals estan situats verticalment i immersos al sòl fins a una profunditat de 100-200 m. El nombre de sondes instal·lades depèn de la capacitat necessària de la instal·lació. Per escalfar la casa, que ja hem considerat com a exemple, n’hi haurà prou amb dues sondes amb una longitud d’uns 80 m situades a una distància de 5 m.

Com veieu, aquest sistema no requereix àmplies zones, podeu foradar pous en qualsevol part del vostre lloc, allà on us convingui. El principal desavantatge de les bombes de calor del sòl amb sondes geotèrmiques és l’elevat cost de la perforació del pou. Tot i això, malgrat això, la majoria dels usuaris prefereixen precisament aquests sistemes, perquè les sondes geotèrmiques són més eficients que els col·lectors horitzontals i tenen menys restriccions.

Perforació d’un pou per a una sonda geotèrmica.

Bombes de calor d’aigua

La bomba de calor de l’aigua “atrau” l’energia de les aigües subterrànies, que bomba a través del seu evaporador. Aquest sistema es caracteritza per una major eficiència i una bona estabilitat: la primera característica és el resultat d’una alta transferència de calor de l’aigua, la segona es deu a la constància de la temperatura de les aigües subterrànies.

Per descomptat, per utilitzar aquest tipus d’instal·lació, és necessari que aquestes mateixes aigües subterrànies estiguin disponibles al vostre territori i en una quantitat suficient. És altament desitjable que l’aqüífer estigui situat a una profunditat no superior a 30-40 m. El compliment simultani d’aquestes dues condicions és un fenomen poc freqüent. Un altre dels condicionants, el fracàs que pot convertir-se en un obstacle per a la instal·lació d'una bomba de calor d'aigua a la vostra casa o cabana, és el baix contingut de sals de ferro i altres impureses en les aigües subterrànies.

L’ús d’aigua de baixa qualitat farà que l’equip falli ràpidament, perquè l’intercanviador de calor simplement s’obstruirà. La presència de tantes restriccions és la raó per la qual aquestes bombes de calor, malgrat el seu atractiu, s’instal·len rarament (aproximadament un 5% de tots els projectes implementats).

Bombes de calor de l’aire

En termes de facilitat d’instal·lació, les bombes de calor de l’aire tenen un avantatge enorme sobre els seus “germans”. Per utilitzar l’aire ambient com a font de calor, no cal foradar pous ni realitzar cap altra obra de terra a gran escala. Com a resultat, si calculeu el cost de la instal·lació d'equips, una bomba d'aire us costarà molt menys que una bomba d'aigua o de terra.

Malgrat un avantatge tan important, aquest tipus d'equipaments climàtics no es poden anomenar ideals, ja que també tenen un inconvenient important. Aquesta bomba només funciona de manera eficient quan la temperatura ambient és superior a -15 ° C ... –20 ° C. Una caiguda de la temperatura per sota d’aquesta frontera, que a l’hivern no és infreqüent a la majoria de regions del nostre país, comporta una disminució important del coeficient d’eficiència d’una bomba de calor de l’aire.

Ràtio d'eficiència de la bomba de calor

Una mica més alt, es va fer servir el nou terme “coeficient d’eficiència”. Estaria malament no explicar què és, sobretot perquè és una característica important de les bombes de calor que permet comparar diferents tipus de bombes entre si.

El coeficient d’eficiència (també anomenat coeficient de transformació) és la relació de l’energia tèrmica generada per la bomba amb l’energia elèctrica que la consumeix. De fet, aquesta és l’eficiència de la bomba de calor. En el cas de les bombes de calor d’aigua, aquest coeficient és de 5, independentment de l’època de l’any. Això significa que quan es consumeix 1 kW * h d’electricitat, la instal·lació genera 5 kW * h d’energia tèrmica.

A les bombes de sòl, el coeficient d'eficiència és lleugerament inferior: de 4 a 4,5. I, finalment, les bombes de calor de l’aire es caracteritzen pel coeficient més reduït i la seva eficiència depèn fortament de la temperatura ambient: a 0 ° C el coeficient és de ~ 3,5 i a –20 º C no supera el 1,5 (a una eficiència tan baixa, la bomba). simplement no es paga, i té sentit pensar en comprar equipaments de clima més barats, com ara una caldera elèctrica).

Alguns gestors, que fan publicitat de les bombes de calor que venen, asseguren als clients potencials que aquest equipament té una eficiència del 400-500%. Per descomptat, no es parla de cap violació de les lleis de la termodinàmica. En aquest cas, els càlculs es fan malament intencionadament: no es tenen en compte les fonts d’energia diferents de l’electricitat consumida: l’aire, l’aigua o el sòl, escalfats pel Sol i els processos geotèrmics. Quan es calcula l’eficiència, només es té en compte l’electricitat i s’oblida de la font de calor de baix grau, el resultat és superior al 100%.

L’ús de bombes de calor en el clima rus

Després de conèixer les descripcions dels diferents tipus de bombes de calor, podeu respondre fàcilment a la pregunta de quina bomba és la més adequada per funcionar en el clima rus.

Les bombes de calor de l’aire són adequades per a l’ús només en un nombre limitat de regions del nostre país, on la temperatura de l’aire a l’hivern gairebé no baixa de zero. Per descomptat, els residents de Sibèria, l’Extrem Orient, el nord de la part europea de Rússia ni tan sols haurien de pensar en les bombes de calor de l’aire.

Hi ha moltes limitacions en l’ús de bombes de calor d’aigua. Ja hem parlat d’alguns d’ells, cal esmentar-ne un. Més de la meitat del territori del nostre país es troba a la zona de permafrost. Si fins i tot algun resident de l'est de Sibèria o del nord de l'Extrem Orient té "sort" i hi ha aigües subterrànies a la seva secció que no es troben massa profundes, encara que aquestes aigües subterrànies es troben en forma de gel, cosa que significa que no és adequat per al seu ús en el sistema de calefacció. .

Per tant, la majoria dels nostres compatriotes han de confiar en l’única opció, guanyadora, una bomba de calor del sòl. Al mateix temps, en un clima rus, és més adequada una bomba amb col·lector horitzontal, però amb sonda geotèrmica, que permet arribar a una profunditat on la temperatura del sòl és més estable.

Aplicació de la bomba de calor per a la refrigeració

Un gran avantatge de les bombes de calor és que no només poden escalfar la casa, sinó també refrigerar-la si cal. El nostre curt estiu rus a vegades és molt calorós i, quan la vostra llar literalment s’escalfa, la proposta de convertir l’escalfador en aire condicionat serà molt útil.

Una solució tècnica per a aquest problema es pot integrar a la bomba de calor inicialment, a la fase de fabricació, i gairebé tots els fabricants disposen d’una gamma de bombes que poden condicionar l’habitació (mode de refrigeració natural). Si la vostra bomba de calor no té aquestes habilitats, tot no està perdut; una bomba regular pot funcionar per al refrigeració. Els equips addicionals necessaris en forma de desacoblament hidràulic es muntaran fora de la bomba. Les dues opcions no requereixen grans inversions.

Podeu transportar el fred generat per la bomba de calor directament a l’habitació de diverses maneres. Aquesta funció es pot assignar a panells freds en parets o sostres, calefacció per terra radiant, radiadors amb bon flux d'aire o un ventilador: un dispositiu en el qual un ventilador està integrat per un ventilador.

L’ús d’una bomba de calor per a l’aigua calenta

Qualsevol bomba de calor no només pot escalfar casa vostra, sinó que també et subministra aigua calenta durant tot l'any. Tot i això, cal tenir en compte que aquest sistema és de baixa temperatura, cosa que significa que la temperatura de l’aigua a la caldera no superarà els 45-55 ºC. Es dedueix que el volum de la caldera ha de ser superior a l’ús d’un sistema de calefacció normal, en cas contrari, vosaltres i la vostra llar haureu de viure en condicions d’austeritat d’aigua calenta.

Aquest fet s’ha de tenir en compte a l’hora d’assignar espai per a una sala de calderes, és a dir, fins i tot en l’etapa de dissenyar una casa. A més, a l’hora d’escollir una caldera, heu de tenir en compte que aquest ha de ser un equipament especial dissenyat per funcionar amb instal·lacions de bombes de calor. La principal diferència entre aquesta caldera i l’habitual és l’augment de l’àrea de l’intercanviador de calor necessari per a la transferència de calor més eficient de la bomba de calor.

Bombes de calor amb element de calefacció integrat

Sovint els fabricants integren escalfadors elèctrics addicionals a les seves bombes de calor. L’escalfador integrat permet, si cal, canviar a una font d’energia alternativa des del punt de vista de la bomba de calor: l’electricitat. Per a què serveix? En quins casos cal utilitzar TEN?

La selecció d'una bomba de calor per escalfar una casa es realitza tenint en compte diversos paràmetres, incloses les característiques climàtiques de la regió. En aquest cas, es considera poc pràctic instal·lar una bomba amb excés de potència.El fet és que els dies extremadament freds no passen gaire sovint, almenys a la part central europea de Rússia. La pràctica demostra que una opció més econòmica és "obtenir" l'energia necessària amb electricitat durant aquests períodes de gel que no pas instal·lar inicialment una bomba més potent. La presència d’un element de calefacció elimina la necessitat de fer més potent el sistema del que requereix la majoria de la temporada de calefacció.

Per als propietaris de bombes d'aigua i calor del sòl, un escalfador integrat és més que un excés. La situació de les bombes de calor de l’aire sembla completament diferent. A una temperatura de -20 ºC o inferior, una bomba, si no s’apaga, serà ineficaç. I, tot i que no hi ha gaires dies i nits fredes a l'any, no vull quedar-me en un bon moment de congelació ràpida. La presència d’un generador de calor duplicat en aquest cas no es pot anomenar luxe.

Bomba de calor de l’aire.

Consells i trucs

Una bomba de calor és un equip tècnicament sofisticat i bastant car, per la qual cosa hauríeu d’apropar-lo amb molta responsabilitat. Per no ser infundades, fem algunes recomanacions molt específiques.

1. Mai comenceu a triar una bomba de calor sense abans fer càlculs i crear un projecte. La manca d’un projecte pot provocar errors fatals, que només es poden corregir amb l’ajuda d’enormes inversions financeres addicionals.

2. Només els professionals han de confiar el disseny, instal·lació i manteniment del sistema de calefacció i bomba de calor. Com assegurar-se que els professionals treballin en aquesta empresa? En primer lloc, segons la disponibilitat de tota la documentació necessària, una cartera d’objectes venuts, certificats de proveïdors d’equips. És molt desitjable que tota la gamma de serveis necessaris sigui proporcionada per una empresa, que en aquest cas serà la total responsable de la implementació del projecte.

3. Us aconsellem que preferiu una bomba de calor fabricada a nivell europeu. No us confongueu pel fet que és més car que l'equip xinès o rus. Si s'inclou en l'estimació del cost d'instal·lació, posada en servei i depuració de tot el sistema de calefacció, la diferència de preu de les bombes serà gairebé invisible. Però, d’altra banda, tenint un “europeu” a la vostra disposició, estarà segur de la seva fiabilitat, ja que l’elevat preu de la bomba només és el resultat d’utilitzar tecnologies modernes i materials de gran qualitat a l’hora de crear-la.