En relación con el aumento regular en el costo de los refrigerantes, los métodos de calentamiento alternativos se están volviendo populares. Por ejemplo, una práctica bomba de calor aire-agua que utiliza energía del aire para calentar. La instalación no requiere consumibles caros, fáciles de usar, seguros.
Debido al considerable costo del ensamblaje en fábrica de la unidad, muchos tienen interés en la construcción independiente de este sistema. Le diremos qué necesitará un capataz casero para hacer una bomba de calor casera. Aquí descubrirá qué medios técnicos deben almacenarse.
Características del sistema térmico aire-agua.
La bomba de calor, a la que está dedicado este artículo, a diferencia de otras modificaciones de dicho dispositivo (en particular, agua-agua y agua del suelo), tiene varias ventajas:
- ahorra electricidad;
- la instalación no requerirá movimientos de tierra a gran escala, perforación, obtención de permisos especiales;
- Si conecta el sistema a paneles solares, puede garantizar su plena autonomía.
Una ventaja significativa de un sistema térmico que extrae energía eólica y la transfiere al agua es la seguridad medioambiental al cien por cien.
Antes de continuar con el diseño de la bomba, es necesario averiguar en qué casos el sistema se manifiesta de la manera más eficiente posible y cuándo su uso no es práctico.
Un sistema de bomba de calor que extrae energía de la masa de aire se puede usar para calentar todo tipo de refrigerantes utilizados en el CIS: agua, aire, vapor.
Aplicación y detalles del trabajo
La bomba de calor funciona productivamente exclusivamente en el rango de temperatura de -5 a +7 grados. A una temperatura del aire de +7, el sistema generará más calor del necesario, y con un valor inferior a -5 no es suficiente para calentar. Esto se debe al hecho de que el freón concentrado en la estructura hierve a una temperatura de -55 grados.
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Instalar una bomba de calor aire-agua
Componentes del sistema aire-agua
Sistema de aire-agua de la unidad interior
Componentes de la unidad de bomba externa.
Bomba de calor en sistemas de calentamiento de vapor y agua.
Tratamiento de agua para abastecimiento a circuitos de agua caliente sanitaria.
Piso cálido: uno de los principales consumidores
Dispositivos para circuitos de calefacción a baja temperatura.
Teóricamente, el sistema puede generar calor incluso en una helada de 30 grados, pero no será suficiente para calentar, porque la producción de calor depende directamente de la diferencia entre el punto de ebullición del refrigerante y la temperatura del aire.
Por lo tanto, este sistema no es adecuado para los residentes de las regiones del norte, donde el clima frío ocurre antes, y en las casas de las regiones del sur puede servir efectivamente varios meses fríos.
Si se instalan baterías estándar en la habitación, la bomba de calor funcionará de manera menos eficiente. Lo mejor de todo es que el dispositivo de aire a agua se combina con convectores y otros radiadores con un área grande, así como con los sistemas de agua de "piso cálido" y "paredes calientes".
Además, la habitación en sí debe estar bien aislada del exterior, tener ventanas multicámara incorporadas que proporcionen un mejor aislamiento térmico que la madera o el plástico ordinario.
La bomba de calor interactúa mejor con el sistema de agua de calefacción por suelo radiante, que no requiere calentar el refrigerante por encima de 40 - 45º С
Una bomba de calor casera podrá calentar efectivamente hogares de hasta 100 metros cuadrados. my garantizado para dar una potencia de 5 kW.Debe entenderse que el freón no se puede verter con suficiente calidad en una estructura creada en condiciones domésticas, por lo tanto, uno debería esperar su punto de ebullición a -22 grados.
El dispositivo de ensamblaje doméstico es ideal para suministrar calor al garaje, invernadero, cuartos de servicio, piscina privada pequeña, etc. El sistema generalmente se usa como calefacción adicional.
En cualquier caso, se requerirá una caldera eléctrica u otro equipo tradicional para la temporada de calefacción. Durante las heladas severas (-15-30 grados), se recomienda apagar la bomba de calor para evitar el desperdicio de electricidad, ya que durante este período su eficiencia no es superior al 10%.
Las bombas de calor suministran suficiente energía para calentar agua en piscinas privadas cubiertas (+)
El principio del sistema.
La sustancia de trabajo en el diseño es el aire. A través de la unidad exterior, que está instalada en la calle, se transporta oxígeno al evaporador, donde interactúa con el refrigerante.
El freón se vuelve gaseoso bajo la influencia de la temperatura (ya que hierve a -55 grados) y en estado caliente ingresa al compresor bajo presión. El dispositivo comprime el gas, aumentando así su temperatura.
El freón caliente ingresa al circuito del tanque de almacenamiento (condensador), donde el calor se transfiere al agua, que luego puede usarse para organizar la calefacción y el agua caliente sanitaria. En el condensador, el freón pierde solo una parte de su calor y todavía está en estado gaseoso.
Al pasar por el estrangulador, se rocía el refrigerante, por lo que su temperatura baja. El freón se vuelve líquido y de esta forma pasa al evaporador. El ciclo se repite.
La figura muestra esquemáticamente la implementación del principio de una bomba de calor elemental, dividida por un compresor y un expansor en dos circuitos: alta y baja presión.
Aquellos que deseen construir independientemente una bomba de calor a partir de materiales de desecho y equipos viejos, por ejemplo, a partir de un refrigerador viejo, ayudarán con la información descrita en nuestro artículo.
Construcción de bomba de calor aire-agua
El sistema de bomba de calor consta de cuatro elementos principales:
- unidad exterior;
- capacidades de intercambiador de calor-evaporador;
- unidad para compresor;
- Capacidad de almacenamiento (condensador).
Considere las características de diseño de cada uno de los bloques.
Ensamblaje de unidad exterior
Para crear un bloque externo, necesitará:
- Alojamiento. Un bloque de un sistema dividido, una lavadora y otros equipos en general es tradicionalmente adecuado; a veces se construye de forma independiente mediante la soldadura de elementos metálicos. Es importante tratar el metal con pintura anticorrosiva de tipo polvo después del ensamblaje.
- Ventilador. El producto se puede tomar prestado de un antiguo sistema de aire acondicionado en funcionamiento o se puede comprar por separado.
El modelo de ventilador debe tener aspas de plástico anchas y, preferiblemente, con un motor desmontable, para poder conectarlo al sensor.
Para ensamblar la unidad exterior, necesita una caja y un ventilador debajo del sistema de aire acondicionado. Parámetros aproximados del bloque - 75x85x30 cm
Se puede instalar un evaporador y elementos auxiliares para su funcionamiento en la unidad exterior, pero es más aconsejable colocar estas piezas en una carcasa separada.
Instale la unidad exterior a una distancia de 2-10 m de la casa. Es importante construir una base debajo y colocar un dosel para proteger la estructura de la precipitación. También es necesario fijar la rejilla frente al ventilador para evitar que la suciedad, los desechos y las hojas entren en las aspas y tuberías del ventilador.
Además, es deseable instalar calentadores que protejan las paredes laterales y los paneles de la formación de hielo. En este caso, no se necesita un calentamiento adicional de la carcasa. El lugar para instalar la unidad debe estar bien ventilado, lejos de fuentes de llamas abiertas.
Unidad con intercambiador de calor-evaporador
El evaporador se puede comprar listo para usar utilizando los servicios de proveedores en la red, o creado independientemente. Para hacer esto, necesita un tanque de 80 litros y un cable de cobre con un diámetro de 10 mm y un grosor de al menos 1 mm.
La longitud se calcula individualmente teniendo en cuenta la potencia requerida. Para un dispositivo de 5 kW, puede tomar 10 m. En el evaporador, se producirá calentamiento y circulación de freón, así como el contacto con el aire.
Para crear un intercambiador de calor, debe diseñar una bobina. Para esto, el cable se enrolla alrededor de una tubería de paredes gruesas con un diámetro que no excede el ancho del tanque. Es importante dejar rebanadas que sobresalgan más allá de la altura de la carcasa. Serán necesarios para conectar la bobina con otros elementos del sistema: el compresor y el tanque de almacenamiento.
Para crear una bobina, se envuelve un tubo de cobre con paredes de aproximadamente 1 mm alrededor de un cilindro de gas, tubería o botella de plástico llena de agua.
Se cortan 2 accesorios para conectar tuberías en el cuerpo, se crean dos conectores para la salida del cable. Los compuestos están sellados. Sujete la estructura terminada con soportes en forma de L.
Se recomienda instalar un relé de descongelación adicional en el evaporador, ya que el aire circulará en el tanque a una temperatura negativa. En este caso, la condensación acumulada en el sistema puede hacer que el evaporador se congele. Además, para eliminar la formación de humedad, es posible incorporar un secador de filtro en el sistema.
Reglas de instalación del compresor
Para instalar el compresor, necesitará una carcasa separada con aislamiento de sonido y vibración, ya que casi todas las modificaciones del dispositivo son ruidosas durante la operación. Puede tomar un compresor usado debajo de un refrigerador, un aire acondicionado o comprar un nuevo modelo.
Los siguientes tipos de compresores son adecuados para bombas de calor:
- Giratorio Los compresores son los más económicos, pero tienen una serie de desventajas: hacen ruido, tienen baja eficiencia y duran 8-10 años.
- Espiral Se instalan modificaciones en todos los modelos modernos de aires acondicionados, refrigeradores. Son duraderos (15-20 años), silenciosos, eficientes, pero tienen un alto costo.
- Pistón Los modelos se instalan principalmente en refrigeradores industriales. Los productos tienen buena eficiencia, durabilidad (15-20 años), pero extremadamente ruidosos y costosos.
Para una bomba de calor, se debe seleccionar un compresor monofásico. Antes de comprar, es importante averiguar con qué tipo de freón funciona el dispositivo. Es recomendable comprar un modelo que se ejecute en R22, preferiblemente en R422. Es más fácil trabajar con un refrigerante de este tipo que con cualquier otro tipo de freón.
El compresor está conectado por tubos a la unidad de evaporador y condensador. Gracias al dispositivo, el freón aumenta su temperatura.
Diseño de capacidad de almacenamiento (condensador)
Para hacer un condensador, necesita un cuerpo debajo de una caldera de 100 litros o cualquier otro tanque de acero inoxidable del mismo volumen. También se necesita una bobina hecha de un tubo de cobre. En una bomba de 5 kW, puede tomar un cable de 12 metros. El freón caliente pasará a través del tubo de la bobina, por lo que se calienta el agua.
Paso # 1: crear una bobina
Para la fabricación de una bobina, necesita un cable de cobre con un diámetro de al menos 26 mm y un grosor de pared de 1 mm. Debe enrollarse en una tubería que tenga una sección transversal más pequeña que el tanque.
La altura de la espiral debe coincidir con la altura de la carcasa. Es importante dejar las salidas de la tubería fuera del tanque para poder conectar la bobina con el evaporador y el compresor.
Paso # 2: preparando el caso
Para instalar la bobina, se debe cortar el tanque. Arriba y abajo, debe crear agujeros para las salidas del cable de cobre, así como cortar compartimentos adicionales para la instalación de 2 accesorios, uno de los cuales está diseñado para salir del agua y el otro para ingresar. Después de los procedimientos realizados, el tanque debe sellarse.
El intercambiador de calor-compresor se puede comprar por separado en forma de diseño terminado. Con un dispositivo ensamblado de fábrica, puede aumentar la potencia y la eficiencia de la instalación.
El refrigerante etiquetado R22 de acuerdo con las regulaciones de Montreal está programado para ser dado de baja para 2030. Para llenar el sistema, es mejor usar su sustituto: refrigerante R422
Conexión de la unidad externa al evaporador.
Para conectar la unidad exterior y el evaporador, se necesitarán 2 tubos de polietileno de HDPE 32. El aire pasará a través de un tubo y saldrá por el otro.
Las tuberías se pueden enterrar en el suelo, después de agregar cualquier material de arena a la zanja, o dejarlas en la superficie si la carcasa exterior se encuentra cerca de la casa.
Conexión del evaporador, compresor y tanque
El freón circula en este sistema. Para conectar las bobinas con el compresor y el acelerador, es necesario contactar a especialistas en equipos de refrigeración. Será difícil para una persona que no tiene experiencia en trabajos de soldadura, incluso con herramientas y materiales, combinar correctamente todos los elementos en un solo sistema para garantizar los trabajos de construcción.
Además, se necesitarán muchos materiales adicionales: tuberías de diferentes diámetros, diversas modificaciones de válvulas de drenaje, válvulas de grabado de aire, válvulas de seguridad, así como clips para tuberías, abrazaderas, cortatubos para cortar secciones de la tubería.
Se necesitarán otros dispositivos especializados que estén disponibles en cualquier taller para reparar refrigeradores y aires acondicionados.
La inyección de freón de alta calidad también se lleva a cabo utilizando equipos especiales. Por lo tanto, para combinar intercambiadores de calor, un compresor y un acelerador en un sistema de trabajo, es más conveniente y rentable recurrir a profesionales.
Implementación del sistema de gestión de instalación
Para controlar la presión y la temperatura del freón, puede usar el tablero con una pantalla debajo de cualquier aire acondicionado. En el proceso de trabajo de soldadura con la ayuda de especialistas, el diseño se puede implementar correctamente en la instalación.
También es posible conectar un dispositivo especial: un sensor de rotación del ventilador. Regula la velocidad de rotación de las cuchillas y también automatiza la velocidad de la bomba de circulación de freón.
Además, puede configurar un temporizador, un arrancador eléctrico, un dispositivo que protege el compresor contra el sobrecalentamiento. Todas estas piezas se pueden comprar en talleres de reparación o en el mercado de repuestos.
Cálculo de la potencia de la bomba de calor aire-agua.
Para calentar habitaciones con una superficie de 100 metros cuadrados. Necesito una bomba de calor más grande. La potencia requerida de la instalación se puede calcular aproximadamente usando la tabla:
Los datos en la tabla ayudarán a calcular el área de la bobina para crear una instalación de una u otra potencia.
Para determinar qué potencia debe tener el compresor, qué diámetros se deben usar y otros datos importantes al diseñar una bomba de calor aire-agua, debe recurrir a uno de los siguientes métodos:
- Utilice las calculadoras en línea disponibles en los sitios web de los fabricantes de intercambiadores de calor.
- Aplique el software CoolPack 1.46, Copeland.
- Invite a un especialista que haga las mediciones y cálculos necesarios.
El área de la bobina del condensador (PZK) se puede calcular mediante la fórmula:
PZK = M / 0,8DT,
donde M es la unidad de potencia en kW; 0.8 - coeficiente de conductividad térmica al contacto del agua y el cobre; DT es la diferencia de temperatura entre el aire entrante y saliente en el sistema.
Los parámetros de la bomba de calor anteriores son adecuados para habitaciones de hasta 100 metros cuadrados. metros La potencia de la instalación es de 5 kW. Si compra intercambiadores de calor especiales, es muy posible aumentar la capacidad de la instalación hasta 10-15 kW.
La figura muestra un sistema en el que los intercambiadores de calor, un compresor y un acelerador se combinan en un tanque. El diseño utiliza intercambiadores de calor de fábrica (+)
Servicio de instalación casera
Para una operación de alta calidad, la bomba de calor necesita mantenimiento adicional. Si usa el dispositivo en invierno (dado que no hay calefacción adicional instalada en la carcasa), entonces la unidad deberá calentarse periódicamente, ya que se formará una costra de hielo en su superficie.
También es necesario periódicamente:
- Limpie las aspas del ventilador de escombros: hojas, polvo, suciedad, nieve, etc.
- Lubrique el compresor de acuerdo con sus instrucciones.
- Cambie el aceite en el compresor y el ventilador.
Además, para el funcionamiento normal del sistema, es necesario verificar periódicamente la integridad de la tubería de cobre, el cable de alimentación que suministra el compresor, el ventilador y otros dispositivos.
El siguiente video lo familiarizará con el principio de operación y el diseño de una bomba de calor que procesa la energía eólica:
Una bomba de calor de aire y agua hecha en casa es uno de los dispositivos más eficientes y de bajo costo para la calefacción adicional de los hogares. Cualquiera puede hacer e instalar este sistema.
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