Bombas de calor para calefacción doméstica: principio de

¿Qué es una bomba de calor? ¿Cómo funciona? ¿Dónde pueden estos dispositivos extraer calor? Finalmente, ¿qué tan rentables y prácticas son en comparación con otras fuentes de energía térmica? Vamos a resolverlo.

Que es

El principio de funcionamiento de la bomba de calor es completamente idéntico al esquema de funcionamiento de un refrigerador ordinario.

• Compresor comprime refrigerante volátil. Esto produce una cantidad significativa de calor, que se le da al intercambiador de calor. Este calor puede usarse para calentar el aire que sopla a través del intercambiador de calor por el ventilador o cualquier portador de calor.
• El refrigerante enfriado pasa a través de la válvula de expansión y aumenta dramáticamente en volumen.. Al mismo tiempo, de acuerdo con las leyes de la física, se enfría rápidamente y, al pasar por el segundo intercambiador de calor, absorbe el calor de su entorno.

Nota: cuanto mayor sea el grado de expansión del refrigerante, menor será su temperatura final. Por consiguiente, bajo ciertas condiciones, es bastante capaz de extraer calor de un medio enfriado muy por debajo del punto de congelación del agua.

Si el refrigerador puede funcionar de una sola manera: para enfriar el espacio interno, cualquier bomba de calor para calentar la casa puede invertir la dirección del movimiento del refrigerante. Desde el punto de vista práctico, esto significa que el propietario de un dispositivo de este tipo tiene a su disposición un aire acondicionado completo: en el invierno calienta la habitación, pero en el verano se utiliza para enfriar la casa de campo a una temperatura agradable.

Finalmente, la calefacción con bomba de calor tiene otra característica muy buena. Dado que la energía eléctrica se gasta solo en el funcionamiento del compresor, y el entorno externo se utiliza como fuente de calor, la bomba proporciona entre 3 y 5 kilovatios de energía térmica por cada kilovatio de energía eléctrica consumida.

Fuentes de calor

¿Qué puede ser una fuente de calor de bajo grado?

Suelo

Como se sabe, en el frío del invierno el suelo se congela a una profundidad bastante insignificante. Sólo un metro por debajo del nivel de congelación, la temperatura del suelo es estable y es de 8-12 grados en cualquier momento del año.

Bombas de calor de fuente de tierra utilizan calor geotérmico.

Hay dos tipos de intercambiadores de calor:

1. Vertical es un tubo largo y flexible, sumergido en pozos verticales a una profundidad de 60-100 metros. Teniendo en cuenta el hecho de que el costo de perforar un medidor de un pozo es de 2 a 3 mil rublos, la instalación de los intercambiadores de calor cuesta una cantidad considerable; pero el intercambiador de calor vertical no tiene lugar en el sitio.

1. Horizontal, por el contrario, se mantiene a poca profundidad.. Las trincheras que se encuentran debajo pueden ser excavadas con sus propias manos, sin la participación de la tecnología; En consecuencia, la instalación será mucho más barata. Sin embargo, toda la superficie del suelo sobre el colector (es aproximadamente tres veces el área calentada de la casa) no será adecuada para la siembra: la mayoría de las plantas no tolerarán el sobrecalentamiento de las raíces en verano.

El costo estimado de una bomba de calor geotérmica con una potencia calorífica de 20 KW es aproximadamente medio millón de rublos. La instalación en función de las condiciones (número y profundidad de los pozos, la presencia o ausencia de agua subterránea, etc.) obligará al comprador a gastar otros 100 - 400 mil.

El agua

Si su casa está en el banco de un depósito sin congelación, tiene suerte: en este caso, la calefacción con bombas de calor puede implementarse con costos de instalación mínimos. El intercambiador de calor se calienta por pesos y elimina el calor del agua.

Las bombas que utilizan agua subterránea como fuente de calor son algo más complicadas. En este caso, se perforan dos pozos en el área, uno de los cuales se convierte en una fuente de agua, y el segundo se utiliza para descargarlo después de pasar por el intercambiador de calor. Caudal aproximado del pozo, asegurando el funcionamiento del dispositivo con una capacidad térmica de 16 KW - 0.8 m3 / hora.

El aire

Finalmente, las bombas de calor más baratas que utilizan el aire ambiental como fuente de calor. La simplicidad del diseño los hace relativamente baratos; La instalación también es más que simple.

A la venta se pueden encontrar dispositivos que operan en dos esquemas.

1. Las bombas aire-aire se utilizan solo para calentar o enfriar el aire interior.
2. El esquema aire-agua permite, además de calentar, proporcionar agua caliente a la casa.

A modo de ejemplo, presentamos los precios minoristas actuales para varios dispositivos que funcionan de acuerdo con el segundo esquema.

¿Y qué pasa con las bombas aire-aire? Oh, aquí la imagen es mucho más atractiva. La bomba de calor más simple de este tipo, un acondicionador de aire para ventanas, se puede comprar por 4-5 mil rublos; Una compra más significativa, un sistema de inversor dividido, costará entre 20 y 40 mil.

¿Por qué a esta relación de precio los dispositivos que extraen calor del agua y el suelo conservan su popularidad? La respuesta es simple: las bombas de aire siguen funcionando solo a temperaturas exteriores relativamente altas (hasta -25 C); Mientras tanto, en la mayor parte del país, en la cima de las heladas de invierno, el termómetro cae notablemente más bajo.

Además, cuanto más baja es la temperatura de la calle, menos ventajoso es el calentamiento de la casa por una bomba de calor de este tipo. Existe el COP (coeficiente de rendimiento), es decir, la relación entre el calor generado y el costo de la electricidad. Entonces, esta característica básica de las bombas de calor para el muy popular Mitsubishi Zubadan es de 4.0 a + 5 ° C y 2.0 a -25.

La conclusión es obvia. El calentamiento de una casa de campo con una bomba de calor que funciona según el esquema aire-aire se justifica solo en una zona de clima cálido. En el territorio de Yakutia o Khabarovsk, deben preferirse los dispositivos geotérmicos.

Rentabilidad

Calentar una casa privada con convectores de calefacción eléctrica, calefactores y otros dispositivos de calefacción es el más caro entre todos los esquemas existentes. Juzga por ti mismo:

Sin embargo, si no usa calefacción directa, sino una bomba de calor, la calefacción será notablemente más barata. Cuánto - depende de la COP ya mencionada. Para la mayoría de los modelos de dispositivos de diferentes tipos, este parámetro se encuentra en el rango de 3-4; Las mejores muestras tienen un COP de 6.

Vale la pena considerar algunos matices más.

• Como ya se mencionó, con las bombas de aire, la eficiencia energética disminuye a medida que la temperatura desciende en el exterior, por lo que para una estimación sería correcto tomar el valor promedio por temporada (COP para la temperatura promedio de invierno).
• El COP depende no solo de la temperatura de una fuente de calor de bajo grado, sino también de la temperatura del objeto al que se transfiere este calor. La bomba de calor es precisamente la temperatura delta. Por ejemplo, una bomba geotérmica, que calienta un piso cálido hasta + 30 ° C, será mucho más económica que dar el mismo calor a los radiadores con una temperatura de +60.

Consecuencia práctica: si pretende conectar bombas de calor para calentar sus manos al circuito de calefacción con radiadores, tenga en cuenta que el número de secciones debe aumentarse y la temperatura del portador de calor debe reducirse a +40 - +45 C.

Teniendo en cuenta todas las numerosas reservas, el valor de COP promedio puede tomarse de manera segura igual a 3.0. En este caso, como es fácil de calcular, el costo de un kilovatio-hora de calor será de 1,2 rublos, que es solo un poco más caro que el gas principal, la leña y más barato que todas las demás fuentes de calor.

Al elegir la calefacción, vale la pena considerar no solo el estado actual de las cosas, sino también las perspectivas. Y lo son: gracias al desarrollo emergente de energía verde (utilizando fuentes renovables), el costo de la electricidad crecerá mucho más lento que el costo del gas, el carbón y los productos derivados del petróleo.

En particular, el pronóstico de crecimiento de los precios realizado en 2010 anticipa un aumento en el costo de un metro cúbico de gas en un 1000% para 2032, y solo un 130% de la electricidad.

Del autor

Quizás el lector encuentre interesante la propia experiencia del autor. Él usa un par de bombas aire-aire para calentar el hogar.

Entonces, dado:

• Lugar de acciones - Sebastopol, Crimea. La temperatura media de enero es de +3. El invierno actual fue inusualmente frío: durante un par de días la escarcha se mantuvo a -20 grados.
• El área del ático climatizado es de 60 metros cuadrados. Los gabletes son un acristalamiento completo con ventanas de doble cámara de doble cámara con ahorro de energía. El aislamiento térmico de las paredes y el techo es de 5 centímetros de lana mineral y espuma plástica.
• Cooper actúa como una fuente de calor.&Hunter CH-S12 FTXN. Potencia térmica cuando se trabaja en calefacción - 4.12 kW, COP es 4.2, el límite inferior declarado de la temperatura de trabajo es -25 ° C; El costo en el momento de la compra es de 24.000 rublos.

Resultados:

• Durante todo el invierno, se mantuvieron bastante cómodos +20 grados en el ático.
• El consumo aproximado de electricidad para la calefacción del ático fue de 400 KW-horas. El consumo es fácil de convertir a un equivalente en efectivo basado en las tarifas locales.

El único problema revelado por el calentamiento de la bomba de calor a bajas temperaturas es la congelación del hielo en el tubo de drenaje. Para eliminarlo, se planea simplemente colocar una sección de cable de calefacción autorregulable en el drenaje.

Conclusión

¿Vale la pena invertir en un sistema de calefacción aún no acostumbrado con bombas de calor? Desde el punto de vista del autor, sí. Parece muy atractivo incluso con el fondo del gas principal, solo porque es absolutamente seguro y no requiere la eliminación de productos de combustión.

Sin embargo, deje que el lector haga una elección de forma independiente. Como siempre, se puede encontrar información temática adicional en el video adjunto. ¡Éxitos!