Habiendo aprendido a bombear gas desde las entrañas de la tierra y quemarlo, la humanidad tuvo dos problemas serios. El calentamiento global y el envenenamiento del hábitat son un precio demasiado alto para la comodidad. Además, el combustible crudo es un recurso limitado, cuyas reservas se están agotando rápidamente. Estos factores han despertado un interés activo en las bombas de calor, instalaciones que extraen energía limpia de la tierra, el agua y el aire. Sin salas de calderas glotonas y emisiones nocivas, proporcionan calefacción y agua caliente a los hogares.
En Occidente, una bomba de calor para calentar una casa se ha vuelto tan común como un aire acondicionado o una lavadora. En nuestro país, esta unidad aún no es familiar para la mayoría de los propietarios de fincas privadas y casas de veraneo. Este artículo lo ayudará a familiarizarse con el principio de su trabajo, las variedades existentes, las ventajas y desventajas.
¿Cómo funciona una bomba de calor?
El ejemplo más simple que explica el principio de funcionamiento de las bombas de calor es un frigorífico doméstico. Todos sabemos que la comida se enfría en su congelador mediante la circulación de refrigerante. Quitando el calor interno, el frigorífico lo tira. Por lo tanto, hace frío en el compartimento del congelador y la rejilla trasera del dispositivo siempre está caliente.
El principio de funcionamiento de una bomba de calor es exactamente el contrario. Tomando calor del ambiente, lo transfiere a la casa. En sentido figurado, el "congelador" de este dispositivo está en la calle y la parrilla caliente está en la casa.
Según el tipo de fuente de calor externa y el entorno que recolecta energía, las bombas de calor se dividen en cuatro tipos:
- Agua subterránea.
- Agua agua.
- Aire a agua.
- Aire a aire.
Las instalaciones del primer tipo extraen calor del suelo mediante colectores tubulares o sondas. Un líquido anticongelante circula en el circuito externo de dicha bomba, que transfiere calor al tanque de evaporación. Aquí, la energía térmica se transfiere al freón, que se mueve en un circuito cerrado entre el compresor y la válvula de mariposa. El refrigerante calentado ingresa al tanque del condensador, donde emite el calor obtenido al agua enviada al sistema de calefacción. El ciclo de intercambio de calor se repite siempre que la unidad esté conectada a la red.
Diagrama de funcionamiento de la bomba de calor
El principio de funcionamiento de una bomba de calor de agua no es diferente del de tierra. La única diferencia es que la energía la proporciona el agua, no el suelo.
La bomba de calor de la fuente de aire no necesita un colector externo grande para recolectar calor. Simplemente bombea el aire de la calle a través de sí mismo, extrayendo preciosas calorías de él. El intercambio de calor secundario en este caso se produce a través del agua (suelos cálidos) o del aire (sistema de calefacción de aire).
Al evaluar el aspecto económico del problema, cabe señalar que la instalación de "agua subterránea" requiere la mayor inversión financiera. Para instalar sus sondas de recepción de calor, debe perforar pozos profundos o quitar tierra en un área grande para colocar el colector.
Una bomba de calor de fuente terrestre no puede funcionar sin un sistema de tuberías externo o pozos profundos con sondas de captación de calor
El segundo lugar lo ocupa una bomba de calor de agua, entregada al cliente llave en mano. No requiere cavar la tierra y perforar pozos para su trabajo. Basta sumergir una cantidad suficiente de tubos flexibles en el depósito por el que circulará el refrigerante.
Las unidades más baratas son las unidades aire-aire y aire-agua, ya que no necesitan instalar receptores de calor externos.
Una característica de la instalación de la mayoría de los sistemas de bombas de calor es su conexión, no a radiadores de calefacción, sino a un suelo cálido. Esto se debe a que el calentamiento máximo de su agua se lleva a cabo a una temperatura de + 45C, que es óptima para un piso cálido, pero insuficiente para el funcionamiento normal del radiador.
Una característica ventajosa del funcionamiento de esta unidad para el propietario es la posibilidad de modo inverso: transferir para enfriar las instalaciones durante la temporada de calor. En este caso, el exceso de calor es absorbido por la tubería de calefacción por suelo radiante y es eliminado por la bomba al suelo, agua o aire.
Un diagrama de bloques simplificado de una instalación de bomba de calor terrestre se ve así:
Además de la bomba de calor, circuito de tierra y suelo radiante, aquí vemos dos bombas de circulación, válvulas de cierre de agua caliente y calefacción, así como un depósito que acumula agua caliente para uso doméstico.
Características de la bomba de calor
El indicador principal por el cual se evalúa la eficiencia de una bomba de calor es el coeficiente de conversión de calor, abreviado como KPT (en la abreviatura en inglés COP). No tiene nada que ver con el factor de eficiencia, que es habitual en nosotros, con el factor de eficiencia. KPT (COP) muestra cuántos kilovatios de energía bombea la bomba por cada kilovatio de electricidad que recibe. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento, la cogeneración de la bomba de calor puede ser de 3 a 5, lo que, sin discusión innecesaria, confirma los beneficios económicos de su uso.
Los indicadores de rendimiento más estables los demuestran las instalaciones de suelo y agua, ya que la temperatura del agua y del suelo no desciende por debajo de cero grados. Las unidades que recolectan calor del aire dependen de su temperatura. En las marcas negativas del termómetro, su rendimiento disminuye en un promedio de 40-50%.
El segundo parámetro operativo es la potencia en kilovatios. Se selecciona en función de la cantidad de pérdida de calor en el edificio.
Cálculo de calentar una casa con bomba de calor.
Para el funcionamiento normal de la unidad de bombeo de calor, se requiere un aislamiento térmico de alta calidad del edificio. Por lo tanto, antes de comprar una bomba de calor, es necesario aislar las paredes, pisos y techos, y luego calcular las pérdidas de calor (Q).
Una fórmula simplificada para calcular la cantidad de calor (W) que sale de la casa a través de las estructuras circundantes (paredes, ventanas, piso, techo) se ve así:
Q = S х (diferencia entre la temperatura interior y exterior) / RT.
S es el área de la estructura de cerramiento en m2;
Rt es la resistencia térmica del material de la estructura de cerramiento (tomado de las tablas SNiP para ingeniería térmica de edificios).
Calculando alternativamente la pérdida de calor de las paredes, ventanas, piso y techo, se suman y se obtiene el número de kilovatios perdidos por la casa en 1 hora en el período más frío del año. La potencia de la bomba de calor no debe ser inferior al valor total de la pérdida de calor. Si, además de la calefacción, la instalación calienta agua para las necesidades domésticas, entonces su capacidad aumentará en un 20%.
Al elegir una bomba de calor "aire-aire" o "aire-agua", uno debe guiarse por la salida de calor que desarrolla en el rango de temperatura baja, ya que es significativamente menor que la potencia cuando se opera en el temporada cálida.
Como ejemplo, daremos los parámetros de la instalación aire-agua NIBE FIGHER F2300-14. Trabajando en el rango de temperatura de +7 a + 45C, produce alrededor de 18 kW, ya una temperatura del aire de -15C, solo 10.7 kW.
Marcas famosas y precios estimados
Se ha formado el mercado de equipos de bomba de calor en Rusia. Las posiciones de liderazgo aquí están ocupadas por empresas extranjeras, como: Nibe (Suecia), Mitsubishi Electric (Japón), Danfoss (Dinamarca), Vaillant (Alemania), Viessmann (Alemania), Mammoth (EE. UU.) Y otras. En términos de relación calidad-precio, los productos fabricados en Rusia (marcas comerciales Henk y SunDue) no son inferiores a las marcas eminentes en términos de relación calidad-precio.
El precio aproximado (para 2016) de una bomba de calor de agua subterránea importada con una capacidad de 10 kW, diseñada para calentar una casa con un área de 100 m2 (sin instalación) es de 500,000 rublos. Para trabajar en la perforación de pozos, instalación de tuberías y puesta en marcha, deberá pagar un promedio de 80,000 rublos, excluyendo materiales adicionales.
El equipo doméstico es más barato. El precio de una bomba de calor rusa con parámetros similares es de aproximadamente 360,000 rublos. Su compra con instalación llave en mano costará alrededor de 430.000 rublos. El precio aproximado de una bomba de calor aire-agua de 10 kilovatios es de 270.000 rublos. El costo promedio de esta unidad con instalación llave en mano es de 320,000 rublos.
Las críticas de los verdaderos propietarios de este tipo de equipos son abrumadoramente positivas. Cuentan con un funcionamiento confiable de las bombas de calor geotérmicas y bajos costos operativos (mantenimiento, electricidad).
Los miedos de quienes todavía están pensando en comprar una bomba de calor aire-agua basándose en la práctica de utilizar esta técnica no están justificados. Estas unidades producen calor de forma estable hasta la temperatura del aire exterior de -25 ° C.
Bomba de calor de fabricación propia
Teniendo en cuenta el costo bastante alto de este equipo, muchos constructores de viviendas se ven tentados a ensamblarlo con sus propias manos, utilizando unidades y componentes improvisados. ¿Qué se debe decir sobre esto?
Este trabajo incluye dos etapas principales: preparación del circuito externo y montaje de la propia unidad de bomba de calor. Puede cavar trincheras por su cuenta para colocar tuberías. No es realista hacer un pozo de 50 metros para montar la sonda sin equipo especial. La colocación de la superficie del colector, según los expertos, no es rentable, ya que no proporciona suficiente calor para el funcionamiento estable de la instalación.
Ahora veamos si es posible montar una bomba de calor con nuestras propias manos. Esto requiere la experiencia práctica de un maestro de refrigeración, ya que el novato no puede llenar el sistema con freón y presurizarlo.
La fabricación de una instalación basada en unidades de un viejo frigorífico o aire acondicionado puede considerarse solo como una opción de demostración que no tiene valor práctico debido a su baja eficiencia.
En Internet se está replicando un manual para el montaje de una bomba de calor basado en un compresor de un acondicionador de aire, un recipiente de acero inoxidable (condensador) y un barril de plástico (evaporador). Habiendo dicho cómo enrollar los tubos de cobre en el cilindro y fijar el compresor en la pared, el autor termina su historia con un consejo después de completar el montaje, se dirige al maestro, quien aceptará encargar y arreglar todas las "jambas" permitidas por el constructor de viviendas. No puede llamar a esta instrucción una ayuda seria para el trabajo independiente.