Bomba de calor aire-aire: principi de funcionament, disseny, selecció i càlculs
Vols instal·lar calefacció per convectors a casa teva, on s'utilitza una bomba de calor aire-aire per escalfar el refrigerant, amb un estalvi important en els costos de calefacció? Esteu d'acord que aconseguir una calefacció en tota regla en una empresa amb aigua calenta pràcticament gratuïta és una empresa molt temptadora.
Però no saps com construir un sistema d'aquest tipus per escalfar habitacions d'una manera alternativa i obtenir aigua calenta per a necessitats domèstiques?
L'ajudarem a resoldre aquest problema: l'article tracta el principi de funcionament i disseny de la bomba. Aquest sistema haurà de gastar energia només en el funcionament del compressor, i el volum principal de calor simplement es traurà de l'atmosfera del carrer, per la qual encara no se'ns ha demanat que paguem diners.
També es tenen en compte els avantatges de la seva implementació al sistema i els desavantatges significatius. Es presta especial atenció a la selecció i càlcul de la bomba.
I per a aquells que els agrada fer-ho tot amb les seves pròpies mans, us suggerim que construïu una bomba d'aquest tipus, utilitzant els materials disponibles. Per ajudar, oferim materials fotogràfics i recomanacions de vídeo sobre el disseny i el funcionament d'una bomba de calor d'aire.
El contingut de l'article:
Característiques de la bomba de calor aire-aire
Qualsevol bomba de calor pertany a un equip de l'esfera energia alternativa. Pren l'energia tèrmica de les masses d'aire del carrer, de l'espai que l'envolta a l'interior, per escalfar-hi objectes residencials i no residencials.
No utilitza combustibles combustibles.
Bomba de calor externa (TN) aire-aire és similar a un aparell d'aire condicionat inversor, sistema dividit del bloc extern i intern.
I segons el principi de funcionament, recorda més a una nevera, només que actua "al revés". Però a diferència d'ambdós, aquesta bomba de calor és capaç tant de refredar com d'escalfar les masses d'aire de la casa.
Principi de funcionament i estructura interna
El funcionament d'un HP aire-aire es basa en un simple fenomen físic de la termodinàmica: quan un líquid s'evapora, refreda la superfície des de la qual es dispersa. Per exemple, el vapor sobre una tassa de te calent demostra el mateix efecte.
Una nevera normal funciona amb aquest principi. A l'interior hi ha tubs per on circula el refrigerant a alta pressió. Pren calor de l'interior del congelador, fent-se una mica més calent.
A continuació, la calor recollida s'allibera a l'aire de l'habitació a través d'un intercanviador de calor (la reixa de la part posterior de la nevera).
I perquè el refrigerant es refredi a les temperatures de funcionament, es comprimeix en un compressor. A més, durant el cicle de funcionament freon dins del sistema compressor-condensador-evaporador canvia constantment de gasós a líquid i viceversa.
Una bomba de calor d'aire funciona exactament de la mateixa manera. Només agafa calor del carrer, i no d'un congelador tancat. Encara que a fora faci gel, encara hi ha molta energia tèrmica a l'atmosfera.
Una bomba de calor aire-aire consta dels elements següents:
- compressor;
- evaporador amb ventilador d'aire forçat;
- vàlvula d'expansió;
- canonades de coure per bombar freó entre el carrer i la casa;
- condensador amb un ventilador que subministra aire escalfat a l'habitació.
Els tres primers elements formen la unitat externa, i l'últim pertany a la part interna de la bomba de calor. Els tubs de coure amb aïllament tèrmic estan dissenyats per al moviment continu de refrigerant entre aquests mòduls del sistema dividit.
L'algorisme de funcionament d'una bomba de calor aire-aire és el següent:
- L'aire exterior és introduït a la unitat exterior per un ventilador i forçat a través de les aletes de l'evaporador extern. El freó que circula per l'intercanviador de calor absorbeix l'energia tèrmica disponible en ell, mentre passa a un estat gasós.
- Aleshores, el gas entra al condensador, on es comprimeix. I després es bombeja a través de canonades de coure fins a la unitat interior.
- En un condensador situat a la casa, el gas torna a ser líquid, transferint calor a l'aire interior.
- A continuació, l'excés de pressió s'allibera a través de la vàlvula d'expansió i el freó líquid torna a enviar-se a l'evaporador primari.
La temperatura del freó que entra a la unitat externa és sempre inferior a la temperatura ambient. Per tant, sempre pren calor de l'atmosfera.
Però el nivell de "refrigeració" del refrigerant del sistema és constant i la temperatura exterior fluctua constantment.Per aquest motiu, en les gelades severes, el TN perd la seva eficàcia.
Per augmentar la potència de la bomba de calor, les superfícies del condensador i de l'evaporador es fan tan grans com sigui possible. I per a un funcionament ininterromput a l'hivern, l'intercanviador de calor extern està equipat amb el seu propi sistema de descongelació.
Pros i contres d'una bomba de calor d'aire
Cada sistema tècnicament complex té els seus propis avantatges i desavantatges. Els fullets publicitaris són una cosa, però en realitat, els propietaris de bombes de calor corren el risc de trobar-se amb certs problemes.
Les unitats de calefacció/refrigeració aire-aire són beneficioses per diverses raons.
Els principals avantatges inclouen:
- Versatilitat. Els sistemes permeten escalfar i refredar habitacions en funció de la finalitat de l'habitació, les necessitats i l'estació climàtica.
- Respecte al medi ambient. Permeten aturar completament la combustió de gas natural, carbó, llenya, etc., que contaminen el medi natural amb productes de combustió.
- Fàcil d'instal·lar. Muntar un sistema a partir de components produïts en fàbrica no és difícil. Podeu construir una bomba de calor vosaltres mateixos utilitzant els materials disponibles.
- Seguretat contra incendis. El procés de generació de calor no implica l'ús de combustible. Fins i tot les interrupcions en el funcionament de la instal·lació no provocaran incendis.
- Econòmic. Són atractius pel seu alt coeficient de transferència de calor amb uns costos mínims (per 1 kW d'electricitat consumida produeixen 4–5 kW de calor). A més, es paguen per si mateixos ràpidament.
- Assequibilitat. El cost dels sistemes de fàbrica permet que gairebé tothom compri una bomba de calor. Una instal·lació feta a si mateix serà pràcticament gratuïta.
- Facilitat d'ús. El dispositiu tècnicament més complex del sistema és el compressor, el manteniment del qual és difícil de fer front. Amb la càrrega típica de les bombes de calor, els compressors rarament fallen abans del temps promès pel fabricant.
Per organitzar la calefacció en una habitació n'hi ha prou instal·lar un sistema dividit, penjant un mòdul exterior a la façana, i un convector a la paret interior. Per escalfar diverses habitacions, caldrà instal·lar canals de distribució d'aire calent.
Tot el control de la bomba de calor aire-aire es realitza mitjançant una automatització integrada. No haureu de prestar especial atenció al funcionament i configuració d'aquest sistema. Només caldrà netejar regularment els filtres d'aire i canviar-los de tant en tant.
Entre els aspectes negatius de les bombes de calor es troben:
- encara que insignificant, però encara soroll de fons;
- dependència directa de l'eficiència del sistema de la temperatura exterior;
- augment del consum d'energia quan fa fred a l'exterior;
- pols que penja constantment a l'aire a causa del funcionament continu del ventilador i la convecció de l'aire a l'habitació;
- dependència de l'alimentació (per a un funcionament ininterromput caldrà un generador).
A temperatures exteriors de fins a -10 °C, tot funciona a la perfecció; la calor agafada del carrer és suficient per crear condicions confortables a la casa. Però amb un refredament addicional, l'eficiència de la bomba de tall disminueix.
Si la casa de camp està construïda en una zona amb un clima fred i fortes gelades a l'hivern, no podeu prescindir d'una caldera o llar de foc addicionals.
Per disposició de la calefacció de l'aire Aquests sistemes són ideals. Mínim consum d'energia, esforç d'instal·lació i problemes de manteniment. Però no poden escalfar aigua. Per fer-ho, haureu d'instal·lar addicionalment una caldera o connectar-vos a xarxes centralitzades.
Les bombes de calor aire-aire són la manera òptima d'escalfar edificis de fusta o SIP. Aquests edificis tenen pèrdues de calor baixes i la capacitat de la bomba de calor d'aire per escalfar-los és abundant.
Diferències fonamentals amb l'aire condicionat
A l'exterior, una bomba de calor aire-aire és similar a un aire condicionat domèstic. Però té les seves pròpies característiques de disseny i característiques tècniques.
El primer dispositiu s'utilitza com a font principal de calefacció i funciona durant tot l'any. I el segon està més destinat a refredar l'aire a la calor de l'estiu.
La funció principal d'una bomba de calor és la calefacció. No obstant això, molts models també són capaços de refredar l'aire interior. Però en aquest mode de funcionament són significativament inferiors a l'aire condicionat en termes d'eficiència energètica. Aquest és més aviat un cas extrem del seu ús.
D'altra banda, molts aparells d'aire condicionat inverter pot escalfar l'aire interior. Però consumeixen molta més electricitat que les bombes de calor. Cada dispositiu té el seu propi propòsit.
L'ús de HP aire-aire és principalment una transició a fonts d'energia renovables.
Aquests sistemes són rendibles, malgrat la gran inversió inicial de diners. La reducció de les factures de calefacció paga tots els costos inicials.
Selecció i càlcul d'una bomba de calor
Una bomba de calor aire-aire només serà efectiva si s'ha seleccionat correctament. Cal calcular la seva potència per endavant en funció de la superfície de la casa. I només llavors mireu els preus dels diferents fabricants.
Els càlculs utilitzen el coeficient d'eficiència energètica COP (la relació entre la potència de HP i l'energia gastada).
En "condicions d'hivernacle" sovint arriba als 4-5 punts, i els models més moderns arriben als 7-8. No obstant això, quan la temperatura exterior baixa a -15-20 °C, aquesta xifra baixa bruscament a només dos.
A les càlcul de la calefacció de l'aire cal tenir en compte:
- aïllament tèrmic i insolació de locals;
- àrea d'habitacions;
- nombre de persones que viuen a la casa de camp;
- condicions climàtiques generals de la zona on es troba l'habitatge.
Per a la majoria de les llars, es necessiten uns 0,7 kW de potència de bomba de calor per cada deu metres quadrats. Però aquí tot és força arbitrari. Si els sostres superen els 2,7 m o les parets i les finestres estan mal aïllades, caldrà més calor.
Hi ha molts fabricants de bombes de calor aire-aire tant a Àsia com a Europa.
Els sistemes tenen bones crítiques Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Portador, Aertec, Panasonic I Toshiba. Gairebé tots els seus models s'adapten a les condicions de funcionament domèstiques i s'han demostrat bé.
Fins i tot amb pujades de tensió, no es trenquen i continuen funcionant correctament després d'encendre l'electricitat.
El preu de les bombes de calor d'aire varia entre 90 i 450 mil rubles. Aquí, molt depèn no només de la potència de la unitat, sinó també de la funcionalitat addicional i del país de fabricació.
Complement de models seleccionats:
• filtres per a la purificació i desinfecció de l'aire;
• escalfadors de seguretat;
• generadors elèctrics;
• Mòduls GSM per a la gestió del sistema;
• ionitzadors i ozonitzadors.
La pràctica demostra que a les gelades per sota dels -15 ° C, les habitacions escalfades només per una bomba de calor-aire es refreden. I sense un escalfador addicional, les habitacions, francament, no fan olor còmode.
Tanmateix, a les regions del sud, on aquestes gelades són rares, HP és bastant eficaç i justifica més que els diners gastats estalviant recursos energètics.
Fet a casa amb una nevera antiga
És bastant difícil muntar una bomba de calor aire-aire a partir de compressors i condensadors individuals sense coneixements d'enginyeria especialitzats. Però per a una habitació petita o hivernacle, podeu utilitzar una nevera antiga.
Per fer-ho, heu de fer dos forats a la porta principal de la nevera. A través del primer, l'aire del carrer entrarà al congelador, i pel segon inferior, tornarà a sortir al carrer.
Al mateix temps, durant el seu pas per la cambra interior, lliurarà part de la calor present en ella al freó.
També podeu instal·lar simplement la màquina de refrigeració a la paret amb la porta oberta a l'exterior i l'intercanviador de calor a la part posterior a l'habitació. Però cal tenir en compte que la potència d'aquest escalfador serà petita i consumeix molta electricitat.
L'aire de l'habitació s'escalfa mitjançant un intercanviador de calor situat a la part posterior de la nevera. Tanmateix, aquesta bomba de calor només pot funcionar a temperatures exteriors no inferiors a més de cinc graus centígrads.
Aquests electrodomèstics només estan pensats per a ús interior.
La instal·lació d'una bomba de calor aire-aire és extremadament senzilla. Cal instal·lar els blocs externs i interns i, a continuació, connectar-los entre ells amb un circuit amb refrigerant.
La primera part del sistema s'instal·la a l'exterior: directament a la façana, coberta o al costat de l'edifici. El segon de la casa es pot col·locar al sostre o a la paret.
Es recomana instal·lar la unitat exterior a pocs metres de l'entrada de la casa i lluny de les finestres; no us oblideu del soroll produït pel ventilador.
I l'interior s'instal·la de manera que el flux d'aire calent s'estén uniformement per tota l'habitació.
Si teniu previst escalfar una casa amb diverses habitacions en diferents plantes mitjançant una bomba de calor aire-aire, haureu d'instal·lar un sistema de conductes de ventilació d'aire forçat.
En aquest cas, és millor demanar el projecte a un enginyer competent, en cas contrari, la potència de l'escalfador pot no ser suficient per a totes les instal·lacions.
El comptador d'electricitat i el dispositiu de protecció han de ser capaços de suportar les pics de càrrega generades per la bomba de calor. Quan hi ha una olla de fred sobtada a l'exterior, el compressor comença a consumir electricitat moltes vegades més de l'habitual.
El millor és col·locar una línia de subministrament separada del panell de distribució per a aquest escalfador d'aire.
S'ha de prestar especial atenció a la instal·lació de canonades de freó. Fins i tot els xips més petits a l'interior poden danyar l'equip del compressor.
Aquí no podeu prescindir de les habilitats de soldadura de coure. En general, l'ompliment de refrigerant s'ha de confiar a un professional per evitar problemes amb fuites de refrigerant més endavant.
Es descriuen les instruccions pas a pas per fer una bomba de calor des d'una nevera Aquest article.
Conclusions i vídeo útil sobre el tema
Principi de funcionament del sistema de divisió tèrmica aire-aire:
Bomba de calor d'aire al sistema de calefacció d'una casa de dos pisos:
Aire condicionat inversor o bomba de calor d'aire: què és millor?
Les bombes de calor aire-aire són dispositius molt eficients. Són fàcils de mantenir, còmodes d'utilitzar i econòmics.
Ara hi ha una gran varietat de sistemes similars a la venda; podeu triar una instal·lació de calefacció per a qualsevol llar. Només cal calcular correctament la seva potència, aleshores servirà de manera eficaç durant molts anys.
Què en penseu de l'eficiència i la viabilitat d'utilitzar bombes de calor aire-aire? Comparteix la teva opinió, deixa comentaris sobre l'ús de les unitats i fes preguntes. El formulari de comentaris es troba a continuació.
A causa de l'augment constant dels preus de l'energia, finalment hem parat atenció a com podem utilitzar la tecnologia per estalviar en aquest tipus de despeses. Una bomba de calor d'aire també té els seus inconvenients, però estan més que compensats per l'efecte positiu que comporta. L'únic negatiu: si la regió està dominada per dies amb temperatures baixes, aquesta bomba no és per a vostè.
Tenim molts llocs amb un clima prou càlid per a aquestes bombes. Prenguem per exemple la costa del mar Negre: no hi ha gelades i el subministrament de gas, sobretot als contraforts, és molt car. Aquí, aquesta bomba és correcta!
Una bomba de calor aire-aire utilitza l'atmosfera com a font d'energia.Aquí és on està enterrat el gos, com més baixa és la temperatura de l'aire, menys energia es genera per escalfar l'interior. Aquesta propietat limita l'ús rendible de la bomba a zones amb t>-10 C. Si l'hivern és sever a la vostra zona, presteu atenció a la nostra mare terra (per sota del nivell de congelació), podeu utilitzar una massa d'aigua propera ( preferentment un riu, rentat natural de les canonades). És un cost addicional, però val la pena mantenir la casa calenta.
Les bombes de calor tenen una característica: la màxima eficiència s'aconsegueix quan el refrigerant s'escalfa a temperatures relativament baixes: uns 45ºC. Per treballar amb radiadors de calefacció convencionals, aquesta temperatura no és suficient, o caldrà instal·lar grans bateries de 20 seccions. Però per a sòls climatitzats, aquesta temperatura és l'adequada. En els sistemes convencionals (amb una caldera de gas, per exemple), es redueix especialment a aquests valors per no sobreescalfar el terra i, en conseqüència, l'habitació.
I Víctor i Alexander, no teniu del tot raó. Per exemple, l'aplicació rendible a -10 és informació obsoleta. Els enginyers treballen, inventen i ara han aconseguit un sistema aire-aire COP > 3 a -15 graus. I el treball es va provar a temperatures > -30 graus (naturalment amb una lleugera disminució de l'eficiència i el COP). És a dir, compensa en un parell d'anys com a màxim!
A continuació, sobre l'escalfament del refrigerant. Els enginyers també van treballar molt aquí. Per exemple, van aconseguir comprimir compressors més potents en imants de samari a la mida de les unitats antigues (que immediatament va permetre reduir gairebé a la meitat el consum d'energia amb la mateixa potència que els motors de gàbia d'esquirol), i l'eficiència també va augmentar amb l'ús. de compressors scroll (un 10 per cent).Les aletes internes (!) de les canonades de freó i la canonada de doble fila dels mateixos radiadors (l'últim Daikin de gamma alta té un radiador de cinc files de la unitat interior) va permetre maximitzar l'eficiència dels radiadors d'ambdós. les unitats externes i internes. Tot això va permetre reduir la diferència de temperatures de funcionament entre les unitats externa i interna i, en conseqüència, augmentar el COP. I també transferir bombes de calor a la zona d'eficiència energètica A++!
En conseqüència, a l'estiu tindreu un aire condicionat molt econòmic, que també accelera la recuperació!
M'agradaria fer una pregunta, què passa si col·loqueu la unitat externa sota terra i li feu una camisa d'aigua, o la col·loqueu en un recipient amb aigua?