As primeiras versões de bombas de calor só conseguiam satisfazer parcialmente as necessidades de energia térmica. As variedades modernas são mais eficientes e podem ser utilizadas em sistemas de aquecimento. É por isso que muitos proprietários tentam instalar uma bomba de calor com as próprias mãos.

Diremos como escolher a melhor opção de bomba de calor, tendo em conta os geodados da área onde está prevista a sua instalação. O artigo proposto para consideração descreve detalhadamente o princípio de funcionamento dos sistemas de “energia verde” e lista as diferenças. Com o nosso conselho, você sem dúvida escolherá um tipo eficaz.

Para artesãos independentes, apresentamos a tecnologia de montagem de bomba de calor. As informações apresentadas para consideração são complementadas por diagramas visuais, seleções de fotos e instruções detalhadas em vídeo em duas partes.

O termo bomba de calor refere-se a um conjunto de equipamentos específicos. A principal função deste equipamento é captar energia térmica e transportá-la até o consumidor. A fonte dessa energia pode ser qualquer corpo ou ambiente com temperatura de +1º ou mais graus.

Existem fontes mais do que suficientes de calor de baixa temperatura em nosso ambiente. Trata-se de resíduos industriais de empresas, centrais térmicas e nucleares, esgotos, etc. Para operar bombas de calor no aquecimento doméstico, são necessárias três fontes naturais auto-regenerativas - ar, água e terra.

As bombas de calor “extraem” energia de processos que ocorrem regularmente no ambiente. O fluxo dos processos nunca para, pois as fontes são reconhecidas como inesgotáveis ​​segundo critérios humanos

Os três potenciais fornecedores de energia listados estão diretamente relacionados com a energia do sol, que, ao aquecer, movimenta o ar com o vento e transfere energia térmica para a terra. É a escolha da fonte o principal critério de classificação dos sistemas de bombas de calor.

O princípio de funcionamento das bombas de calor baseia-se na capacidade dos corpos ou meios de transferir energia térmica para outro corpo ou ambiente. Receptores e fornecedores de energia em sistemas de bombas de calor normalmente trabalham em pares.

Existem os seguintes tipos de bombas de calor:

• Ar é água.
• A Terra é água.
• Água é ar.
• Água é água.
• A Terra é ar.
• Água Água
• Ar é ar.

Neste caso, a primeira palavra determina o tipo de meio do qual o sistema retira calor de baixa temperatura. A segunda indica o tipo de portador para o qual esta energia térmica é transferida. Assim, nas bombas de calor, água é água, o calor é retirado do ambiente aquático e o líquido é utilizado como refrigerante.

Bomba de calor (HP)é um dispositivo que realiza a transferência, transformação e conversão de energia térmica. De acordo com o princípio de funcionamento, é semelhante a aparelhos e equipamentos conhecidos, como geladeira ou ar condicionado. A operação de qualquer TN é baseada no ciclo reverso de Carnot, em homenagem ao famoso físico e matemático francês Sidi Carnot.

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor

Vamos estudar mais detalhadamente a física dos processos operacionais deste equipamento. A bomba de calor consiste em quatro elementos principais:

1. Compressor
2. Trocador de calor (condensador)
3. Trocador de calor (evaporador)
4. Conexão de acessórios e elementos de automação.

Compressor necessário para comprimir e mover o refrigerante através do sistema. Quando o freon é comprimido, sua temperatura e pressão aumentam acentuadamente (a pressão se desenvolve até 40 bar, a temperatura até 140 C) e na forma de um gás com alto grau de compressão vai para o capacitor(processo adiabático, ou seja, processo em que o sistema não interage com o espaço externo), onde transfere energia para o consumidor. O consumidor pode ser o ambiente imediato que precisa ser aquecido (por exemplo, ar interno) ou o refrigerante (água, anticongelante, etc.), que então distribui energia através do sistema de aquecimento (radiadores, pisos aquecidos, rodapés aquecidos, convectores , ventiloconvectores, etc.). Neste caso, a temperatura do gás diminui naturalmente e muda o seu estado agregado de gasoso para líquido (um processo isotérmico, ou seja, um processo que ocorre a uma temperatura constante).

Em seguida, o refrigerante está no estado líquido entra no evaporador, passando por uma válvula termostática (TRV), necessária para reduzir a pressão e dosar o fluxo de freon no trocador de calor evaporativo. Como resultado da diminuição da pressão ao passar pelos canais do evaporador, ocorre uma transição de fase e o estado agregado do refrigerante muda novamente para gasoso. Nesse caso, a entropia do gás diminui (com base nas propriedades termofísicas dos freons), o que leva a uma queda acentuada da temperatura, e o calor é “removido” de uma fonte externa. A fonte externa pode ser o ar da rua, as entranhas da terra, rios, lagos. Em seguida, o freon gasoso resfriado é devolvido ao compressor e o ciclo se repete novamente.

Na verdade, verifica-se que a máquina térmica em si não produz calor, mas é um dispositivo para mover, modificar e modificar a energia do ambiente para dentro da sala. Porém, este processo requer energia elétrica, cujo principal consumidor é a unidade compressora. A relação entre a potência térmica recebida e a energia elétrica consumida é chamada de fator de conversão (COR). Varia dependendo do tipo de turboalimentador, fabricante e outros fatores e varia de 2 a 6.

Atualmente, vários tipos de freons amigos do ozônio (R410A, R407C) são usados ​​como refrigerante, causando danos mínimos ao meio ambiente.

Os motores térmicos modernos usam compressores do tipo scroll que não requerem manutenção, praticamente não têm atrito e podem operar continuamente por 30 a 40 anos. Isso garante uma longa vida útil de toda a unidade. Por exemplo, uma empresa alemã Stiebel Eltron Existem HPs que operam sem grandes reparos desde o início dos anos 70 do século passado.

Tipos de bombas de calor

Dependendo do meio utilizado para a seleção e redistribuição de energia, bem como dos recursos de design e métodos de aplicação, existem quatro tipos principais de HP:

Bomba de calor ar-ar

Este tipo de equipamento utiliza o ar da rua como fonte de energia de baixo potencial. Externamente, não difere de um sistema de ar condicionado split convencional, mas possui uma série de características funcionais que permitem operar em baixas temperaturas (até -30 C) e “retirar” energia do ambiente. A casa é aquecida diretamente pelo ar quente aquecido no condensador da bomba de calor.

Vantagens do HP ar-ar:

• Baixo custo
• Tempo de instalação curto e facilidade comparativa de instalação
• Sem possibilidade de vazamento de refrigerante

Imperfeições:

• Desempenho estável até -20 C
• A necessidade de instalar uma unidade interna em cada ambiente ou organizar um sistema de dutos de ar para fornecer ar aquecido a todos os ambientes.
• Incapacidade de obter água quente (AQS)

Na prática, tais sistemas são utilizados para habitação sazonal e não podem atuar como principal fonte de aquecimento.

Bomba de calor ar-água

Seu princípio de funcionamento é semelhante ao tipo anterior, porém, não aquecem diretamente o ar do ambiente, mas sim o refrigerante, que por sua vez é utilizado para aquecer a casa e preparar água quente.

Vantagens do TN “Ar – Água”:

• não requer a organização de um “contorno externo” (perfuração)
• confiabilidade e durabilidade
• indicadores de alta eficiência (COP) nos períodos de outono e primavera

Desvantagens do TN:

• Redução significativa no COP em baixas temperaturas (até 1,2)
• A necessidade de descongelar a unidade externa (modo reverso)
• Impossibilidade de operação em temperaturas abaixo de -25 C - -30 C

Essas bombas em nosso clima ainda não podem atuar como única fonte de aquecimento. Portanto, são frequentemente instalados (de acordo com um esquema bivalente) em conjunto com equipamentos de aquecimento adicionais (elétrico, pellet, combustível sólido, caldeira a diesel, lareira com camisa de água). Também são adequados para a reconstrução e automação de antigas caldeiras utilizando combustíveis tradicionais. Isso permite que o sistema funcione em modo automático durante a maior parte do ano (não há necessidade de carregar combustível sólido ou reabastecer óleo diesel), utilizando apenas a potência do HP.

Bomba de calor de água salgada

Um dos mais comuns na República da Bielorrússia. Utilizando estatísticas da nossa organização, 90% das bombas de calor instaladas são geotérmicas. Neste caso, as entranhas da terra são utilizadas como “contorno externo”. Devido a isto, estas bombas de calor têm a vantagem mais importante sobre outros tipos de bombas de calor - um indicador de eficiência operacional (COP) estável, independentemente da época do ano.

De acordo com a terminologia estabelecida, o circuito externo é denominado geotérmico.

Existem dois tipos principais de circuito geotérmico:

• Horizontal
• Vertical

Vejamos cada um deles com mais detalhes.

Contorno horizontal

Contorno horizontalé um sistema de tubos de polietileno colocados sob a camada superior do solo a uma profundidade de cerca de 1,5 a 2 m, abaixo do nível de congelamento. A temperatura nesta zona mantém-se positiva (de +3 a +15 C) durante todo o ano civil, atingindo um máximo em outubro e um mínimo em maio. A área ocupada pelo coletor depende da área do edifício, do grau de seu isolamento e do tamanho do envidraçamento. Assim, por exemplo, para um edifício residencial de dois andares com área de 200 m2, que tenha um bom isolamento que atenda aos padrões modernos, será necessário destinar cerca de quatro acres de terreno (400 m2) para um campo geotérmico. Obviamente, para uma avaliação mais precisa do diâmetro dos tubos utilizados e da área ocupada, é necessário um cálculo detalhado de engenharia térmica.

Esta é a aparência da instalação de um coletor horizontal em uma de nossas instalações em Dzerzhinsk (República da Bielo-Rússia):

Vantagens de um coletor horizontal:

• Custo mais baixo em comparação com poços geotérmicos
• Possibilidade de realizar trabalhos de instalação em conjunto com a colocação de outras comunicações (abastecimento de água, esgotos)

Desvantagens de um coletor horizontal:

• Grande área ocupada (é proibida a construção de estruturas permanentes, pavimentação asfáltica, colocação de lajes, é necessário garantir o acesso natural à luz e à precipitação)
• Falta de possibilidade de arranjo com projeto paisagístico pronto do local
• Menos estabilidade em comparação com um coletor vertical.

A disposição desse tipo de coletor costuma ser feita de duas maneiras. No primeiro caso em toda a área de assentamento, remova a parte superior camada de solo, 1,5-2 m de espessura, os tubos do trocador de calor estão sendo dispostos com um determinado passo (de 0,6 a 1,5 m) e o preenchimento é realizado. Para realizar esse trabalho, são adequados equipamentos potentes, como carregador frontal, escavadeira, escavadeiras de grande alcance e volume de caçamba.

No segundo caso a colocação dos loops de contorno do solo é realizada passo a passo em preparado trincheiras, largura de 0,6 m a 1 m. Pequenas escavadeiras e retroescavadeiras são adequadas para essa finalidade.

Contorno vertical

Coletor vertical representa poços com profundidades de 50 a 200 m e mais, nos quais são baixados dispositivos especiais - sondas geotérmicas. A temperatura nesta zona permanece constante durante muitos anos e décadas e aumenta com o aumento da profundidade. O aumento ocorre em média de 2 a 5 C para cada 100 m. Este valor característico é chamado de gradiente de temperatura.

O processo de instalação de um coletor vertical em nossas instalações na vila de Kryzhovka, perto de Minsk:

Estudando mapas de distribuição de temperatura em várias profundidades no território da República da Bielorrússia e na cidade de Minsk em particular, pode-se notar que a temperatura varia de região para região e pode diferir significativamente dependendo da localização. Assim, por exemplo, a uma profundidade de 100 m na área de Svetlogorsk pode atingir +13 C, e em algumas áreas da região de Vitebsk na mesma profundidade não excede +8,5 C.

Obviamente, ao calcular a profundidade de perfuração e projetar o tamanho, diâmetro e outras características das sondas geotérmicas, é necessário levar este fator em consideração. Além disso, é necessário levar em consideração a composição geológica das rochas por onde passam. Somente com base nesses dados você poderá projetar corretamente um circuito geotérmico.

Como mostram a prática e as estatísticas da nossa organização, 99% dos problemas durante o funcionamento do HP estão associados ao funcionamento do circuito externo, e este problema não aparece imediatamente após o comissionamento do equipamento. E há uma explicação para isso, porque se o geocontorno for calculado incorretamente (por exemplo, no território da região de Vitebsk, onde, como lembramos, o gradiente geotérmico é um dos mais baixos da República), o seu trabalho inicial é não é satisfatório, mas com o tempo a espessura da terra “esfria”. O equilíbrio termodinâmico é perturbado e os problemas começam, e o problema pode surgir apenas na segunda ou terceira estação de aquecimento. Um contorno superdimensionado parece menos problemático, mas o cliente é obrigado a pagar por metros desnecessários de perfuração por incompetência do empreiteiro, o que inexoravelmente leva ao aumento do custo de todo o projeto.

O estudo do subsolo da terra deve ser especialmente crítico durante a construção de grandes instalações comerciais, onde o número de poços chega a dezenas e os recursos economizados (ou desperdiçados) na sua construção podem ser muito significativos.

Bomba de calor água-água

Um tipo de fonte de calor geotérmico pode ser a água subterrânea. Eles têm uma temperatura constante (de +7 C e acima) e ocorrem em quantidades significativas em várias profundidades no território da República da Bielorrússia. De acordo com a tecnologia, a água subterrânea é retirada de um poço por uma bomba centrífuga e entra em uma estação de transferência de calor e massa, onde transfere energia para o anticongelante do circuito inferior da bomba de calor. A eficiência operacional deste sistema depende do nível do lençol freático (dependendo da profundidade de subida, é necessária uma determinada potência da bomba) e da distância do poço de captação até a estação de troca. Esta tecnologia possui um dos maiores valores de COP, mas possui uma série de características que limitam seu uso.

Entre eles:

• Falta de água subterrânea, ou baixo nível de sua ocorrência;
• Falta de vazão constante do poço, diminuição dos níveis estáticos e dinâmicos;
• A necessidade de ter em conta a composição do sal e a contaminação (se a qualidade da água não for adequada, o permutador de calor fica entupido e os indicadores de desempenho diminuem)
• A necessidade de instalar um poço de drenagem para descarregar volumes significativos de águas residuais (a partir de 2200 l/h ou mais)

Como mostra a prática, a instalação de tais sistemas é aconselhável se houver um lago ou rio nas imediações. As águas residuais também podem ser utilizadas para fins económicos e industriais, por exemplo, para irrigação ou para organização de reservatórios artificiais.

Quanto à qualidade da água captada, por exemplo, um fabricante alemão de sistemas de aquecimento alternativos Stiebel Eltron recomenda as seguintes configurações: a proporção total de ferro e magnésio não é superior a 0,5 mg/l, o teor de cloreto é inferior a 300 mg/l, a ausência de substâncias precipitadas. Caso esses parâmetros sejam ultrapassados, é necessária a instalação de um sistema de purificação adicional - uma estação de preparação e dessalinização, o que aumenta o consumo de materiais do projeto.

Trabalhos de perfuração para bomba de calor.

Com base na experiência na instalação e operação de unidades geotérmicas, recomendamos a perfuração de poços de pelo menos 100 m. A prática mostra que melhor desempenho e estabilidade de uma máquina térmica serão observados, por exemplo, para dois poços de 150 m cada do que para três poços de 100 m cada. É claro que a construção de tais minas requer equipamento especial e um método de perfuração rotativa. As instalações de trados de pequeno porte não são capazes de fornecer o comprimento necessário dos poços.

Como o circuito geotérmico é o componente mais importante e a correção de sua disposição é a chave para o bom funcionamento de todo o sistema, o empreiteiro de perfuração deve atender a uma série de critérios:

• É necessário ter experiência na produção deste tipo de serviço;
• possuir ferramenta especial para imersão de sondas;
• garantir que a sonda ficará imersa até a profundidade projetada e garantir sua integridade e estanqueidade durante o processo de trabalho;
• após a imersão, realizar medidas de tamponamento do poço para aumentar sua transferência de calor e produtividade, calafetar o poço da mina antes do aterro.

Em geral, com projeto adequado e instalação qualificada, as sondas geotérmicas são muito confiáveis ​​e podem durar até 100 anos.

O processo de baixar uma sonda geotérmica em um poço perfurado:

Sonda geotérmica na estrutura, antes de realizar um teste de vazamento (“teste de pressão”):

conclusões

Com base na nossa experiência na concepção de sistemas de energias alternativas, podemos destacar os principais factos que são fundamentais quando os nossos Clientes escolhem bombas de calor:

• completo segurança e respeito ao meio ambiente(sem processos de combustão ou peças móveis)
• a oportunidade de solicitar o sistema “hoje” e aproveitar seu uso em três semanas sem qualquer coordenação com autoridades reguladoras e licenciadoras.
• Autonomia total e manutenção mínima(não há necessidade de ser sócio de uma cooperativa de gás, de depender dela; não há necessidade de jogar lenha ou fazer limpeza mensal de dutos de ar, organizar o acesso de caminhão-tanque de combustível, etc.)
• O custo de um terreno para construção de uma moradia individual sem abastecimento de gás é muito inferior e o prazo de entrega não depende do serviço de gás
• Oportunidade controle remoto pela Internet
• Equipamentos avançados e inovadores, com design elegante, que não tem vergonha de mostrar a amigos e conhecidos, o que certamente valoriza o estatuto do proprietário.

Se não abordamos nenhuma dúvida neste artigo e você deseja perguntá-la pessoalmente, pode vir ao nosso escritório no endereço: Minsk, st. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC e consulte nossos engenheiros.

Temos também a oportunidade de organizar visitas gratuitas a instalações operacionais já concluídas.

Telefone de contacto: 044 765 29 58; 017 399 70 51

A combustão de combustíveis clássicos (gás, madeira, turfa) é uma das formas antigas de produção de calor. No entanto, o esgotamento das fontes de energia tradicionais levou as pessoas a procurar alternativas mais complexas, mas não menos eficazes. Uma delas foi a invenção de uma bomba de calor, cujo funcionamento se baseia nas leis escolares da física.

Funcionamento da bomba de calor

O princípio de funcionamento das bombas de calor, que à primeira vista é muito complexo, baseia-se em várias leis simples da termodinâmica e nas propriedades dos líquidos e gases:

1. Quando um gás passa para o estado líquido (condensação), o calor é liberado
2. Quando um líquido se transforma em gás (evaporação), o calor é absorvido

A maioria dos líquidos pode ferver a temperaturas bastante elevadas, perto de 100 graus. Mas também existem substâncias com pontos de ebulição bastante baixos. Para freon é cerca de 3-4 graus. Transformando-se em gás, é facilmente comprimido e a temperatura dentro do recipiente começa a subir.

Teoricamente, o freon pode ser comprimido para obter qualquer temperatura desejada, mas na prática é limitado a 80-90 graus necessários para o pleno funcionamento de um sistema de aquecimento clássico.

Todo mundo encontra uma bomba de calor mais de uma vez por dia quando passa pela geladeira. Porém, nele atua no sentido inverso, retirando o calor dos produtos e dissipando-o na atmosfera.

Vídeo sobre tecnologia de trabalho

Diagrama da bomba de calor

O desempenho da maioria das bombas de calor é baseado no calor do solo, no qual a temperatura praticamente não oscila ao longo do ano (entre 7 e 10 graus). O calor se move entre três circuitos:

1. Circuito de aquecimento
2. Bomba de calor
3. Circuito de salmoura (também conhecido como terra)

O princípio clássico de funcionamento das bombas de calor num sistema de aquecimento consiste nos seguintes elementos:

1. Trocador de calor que transfere o calor retirado do solo para o circuito interno
2. Dispositivo de compressão
3. Um segundo dispositivo de troca de calor que transfere a energia recebida no circuito interno para o sistema de aquecimento
4. Mecanismo que reduz a pressão no sistema (acelerador)
5. Circuito de salmoura
6. Sonda terrestre
7. Circuito de aquecimento

A tubulação, que serve de circuito primário, é colocada em um poço ou enterrada diretamente no solo. Um refrigerante líquido não congelante se move ao longo dele, cuja temperatura sobe para uma característica semelhante à da Terra (cerca de +8 graus) e entra no segundo circuito.

O circuito secundário retira calor do líquido. O freon que circula em seu interior começa a ferver e se transforma em gás, que é enviado ao compressor. O pistão o comprime até 24-28 atm, devido ao qual a temperatura aumenta para +70-80 graus.

Nesta fase de trabalho, a energia está concentrada num pequeno coágulo. Devido a isso, a temperatura aumenta.

O gás aquecido entra no terceiro circuito, que é representado por sistemas de abastecimento de água quente ou mesmo sistemas de aquecimento doméstico. Durante a transferência de calor, são possíveis perdas de até 10-15 graus, mas não são significativas.

Quando o freon esfria, a pressão diminui e ele volta ao estado líquido. A uma temperatura de 2-3 graus, ele retorna para o segundo circuito. O ciclo se repete continuamente.

Tipos principais

O princípio de funcionamento das bombas de calor é projetado para que possam operar facilmente e sem interrupção em uma ampla faixa de temperatura - de -30 a +40 graus. Os dois tipos de modelos a seguir são mais populares:

• Tipo de absorção
• Tipo de compressão

Os modelos do tipo absorção têm uma estrutura bastante complexa. Eles transferem a energia térmica recebida diretamente através da fonte. Sua operação reduz significativamente os custos de material para eletricidade e combustível consumidos. Os modelos do tipo compressão consomem energia (mecânica e elétrica) para transferir calor.

Dependendo da fonte de calor utilizada, as bombas são divididas nos seguintes tipos:

1. Reciclagem de calor residual- os modelos mais caros que ganharam popularidade para aquecimento de instalações industriais, nos quais o calor secundário gerado por outras fontes é desperdiçado.
2. Ar– retirando calor do ar circundante
3. Geotérmico– selecione o calor da água ou da terra

De acordo com os tipos de entrada/saída, todos os modelos podem ser classificados da seguinte forma – solo, água, ar e suas diversas combinações.

Bombas de calor geotérmicas

Populares são os modelos de bombas geotérmicas, que são divididos em dois tipos: tipo fechado ou aberto.

O design simples dos sistemas abertos permite aquecer a água que passa no seu interior, que posteriormente entra novamente no solo. Funciona idealmente na presença de um volume ilimitado de líquido refrigerante limpo, que, após o consumo, não agride o meio ambiente.

Os sistemas de circuito fechado de bombas de calor geotérmicas são divididos nos seguintes tipos:

• Água – localizada em um reservatório em profundidade descongelada
• Com disposição vertical - o coletor é colocado em poço com profundidade de até 200 m e é aplicável em áreas com terreno irregular
• Com disposição horizontal - o coletor é colocado no solo a uma profundidade de 0,5-1 m, é muito importante fornecer um grande contorno em uma área limitada

Bomba ar-água

Uma das opções mais versáteis é o modelo ar-água. Durante os períodos quentes do ano é muito eficaz, mas no inverno a produtividade pode cair significativamente.

A vantagem do sistema é a sua instalação simples. O equipamento adequado pode ser montado em qualquer local conveniente, por exemplo, no telhado. O calor retirado do ambiente na forma de gás ou fumaça pode ser reaproveitado.

Tipo água para água

A bomba de calor água-água é uma das mais eficientes. Mas seu uso pode ser limitado pela presença de reservatório próximo ou profundidade insuficiente, onde não se observa queda significativa de temperatura no inverno.

A energia de baixo potencial pode ser selecionada das seguintes fontes:

• Lençóis freáticos
• Reservatórios abertos
• Águas residuais industriais

O princípio mais simples de funcionamento das bombas de calor é para modelos que extraem calor de um reservatório. Se for tomada a decisão de utilizar águas subterrâneas, pode ser necessária a perfuração de um poço.

Tipo solo-água

O calor pode ser obtido do solo durante todo o ano, pois em profundidades de 1 m a temperatura permanece praticamente inalterada. A “salmoura” é usada como transportador de calor - um líquido não congelante que circula.

Uma das desvantagens do sistema de águas subterrâneas é a necessidade de uma grande área para atingir a eficiência desejada. Eles tentam nivelá-lo colocando tubos em anéis.

O coletor pode ser colocado na posição vertical, mas será necessário um poço de até 150 m de profundidade na parte inferior para coletar o calor do solo.

Prós e contras dos sistemas de aquecimento com bomba de calor

As bombas de calor são amplamente utilizadas em sistemas de aquecimento para áreas residenciais ou industriais privadas. Eles estão gradualmente substituindo fontes de energia mais clássicas devido à sua confiabilidade e eficiência.

Entre os muitos benefícios que a operação de uma bomba de calor proporciona estão:

• Economizando recursos materiais na manutenção do sistema e refrigerante
• As bombas funcionam de forma totalmente autónoma
• Nenhum produto de combustão prejudicial ou outras substâncias tóxicas são liberadas no meio ambiente
• Segurança contra incêndio de equipamentos instalados
• Capacidade de reverter facilmente a operação do sistema

Apesar das inúmeras vantagens, é necessário levar em consideração os aspectos negativos da utilização de uma bomba de calor:

• Grandes investimentos iniciais para instalação de sistema de aquecimento - de 3 a 10 mil dólares
• Durante os períodos de frio, quando as temperaturas caem abaixo de -15 graus, você precisa pensar em opções alternativas de aquecimento
• O aquecimento baseado na operação de uma bomba de calor é mais eficaz apenas em sistemas com refrigerante de baixa temperatura

Outro vídeo esquemático:

Vamos resumir

Tendo aprendido e dominado o princípio de funcionamento de uma bomba de calor, poderá pensar e decidir sobre a conveniência da sua instalação e utilização. Os custos iniciais, que podem parecer muito elevados, logo serão recompensados ​​​​e começarão a trazer uma espécie de lucro na forma de economia no combustível clássico.

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O termo bomba de calor significa um conjunto de unidades destinadas a acumular energia térmica de diversas fontes do ambiente e transferir essa energia aos consumidores.

Por exemplo, tais fontes podem ser risers de esgoto, resíduos de várias grandes indústrias, calor gerado durante a operação de várias usinas de energia, etc. Como resultado, a fonte pode ser vários ambientes e corpos com temperatura superior a um grau.

O objetivo de uma bomba de calor é converter a energia natural da água, da terra ou do ar em energia térmica para as necessidades do consumidor. Como esses tipos de energia se auto-regeneram constantemente, podem ser considerados uma fonte ilimitada.

Princípio de funcionamento da bomba de calor para aquecimento de uma casa

O princípio de funcionamento das bombas de calor baseia-se na capacidade dos corpos e meios de transferir a sua energia térmica para outros corpos e meios semelhantes. Com base nesta característica distinguem-se diferentes tipos de bombas de calor, nas quais existe sempre um fornecedor de energia e o seu destinatário.

No nome da bomba, em primeiro lugar, é indicada a fonte de energia térmica e, em segundo lugar, o tipo de meio para o qual a energia é transferida.

Existem 4 elementos principais no design de cada bomba de calor para aquecimento doméstico:

1. Um compressor projetado para aumentar a pressão e a temperatura do vapor resultante da fervura do freon.
2. Um evaporador, que é um tanque no qual o freon passa do estado líquido para o estado gasoso.
3. No condensador, o refrigerante transfere energia térmica para o circuito interno.
4. A válvula borboleta controla a quantidade de refrigerante que entra no evaporador.

A bomba de calor do tipo ar-ar significa que a energia térmica será retirada do ambiente externo (atmosfera) e transferida para o transportador, também para o ar.

Bomba de calor ar-ar: princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento deste sistema baseia-se no seguinte fenômeno físico: um meio em estado líquido, evaporando, diminui a temperatura da superfície de onde se dissipa.

Para maior clareza, vamos considerar brevemente o diagrama de operação do refrigerador com freezer. O Freon que circula pelos tubos da geladeira retira o calor da geladeira e se aquece. Posteriormente, o calor por ele coletado é transferido para o ambiente externo (ou seja, para o ambiente onde está localizado o refrigerador). Então o refrigerante comprimido no compressor esfria novamente e o ciclo continua. Uma bomba de calor com fonte de ar funciona com o mesmo princípio - retira o calor do ar da rua e aquece a casa.

O design da unidade consiste nas seguintes partes:

• A unidade de bomba externa é composta por um compressor, um evaporador com ventilador e uma válvula de expansão.
• Tubos de cobre isolados termicamente servem para circulação de freon
• Um capacitor com um ventilador localizado nele. Serve para dispersar o ar já aquecido pela área das instalações.

Quando uma bomba de calor de fonte de ar funciona durante o aquecimento de uma casa, os seguintes processos ocorrem em uma determinada ordem:

• Por meio de um ventilador, o ar da rua é aspirado para dentro do aparelho e passa pelo evaporador externo. Freon que circula no sistema coleta toda a energia térmica do ar externo. Como resultado, ele passa do estado líquido para o estado gasoso.
• Posteriormente, o freon gasoso é comprimido no condensador e passa para a unidade interna.
• O gás então se transforma em estado líquido, liberando o calor acumulado para o ar da sala. Este processo ocorre em um condensador localizado em um ambiente interno.
• O excesso de pressão passa pela válvula de expansão e o freon no estado líquido vai para um novo círculo.

Freon retirará constantemente energia térmica do ar externo, pois sua temperatura será sempre mais baixa. A exceção é quando há geadas fortes lá fora. Nestas condições, a eficiência da bomba de calor diminuirá.

Para aumentar a potência da unidade, as superfícies do condensador e do evaporador são maximizadas.

Como todo dispositivo complexo, uma bomba de calor com fonte de ar tem seus prós e contras. Dentre as vantagens vale destacar:

1. Dependendo da necessidade, a unidade pode aumentar ou diminuir a temperatura de aquecimento da casa.
2. Este tipo de bomba não polui o meio ambiente com produtos nocivos da combustão de combustível.
3. O dispositivo é fácil de instalar.
4. A bomba de ar é absolutamente segura em termos de incêndio.
5. O coeficiente de transferência de calor da bomba é muito elevado em comparação com os custos de energia (para 1 kW de eletricidade consumida são gerados 4 a 5 kW de calor)
6. Têm um preço acessível.
7. O dispositivo é fácil de usar.
8. O sistema é controlado automaticamente.

Vale a pena mencionar as desvantagens do sistema de ar:

1. Ligeiro ruído gerado durante o funcionamento do dispositivo.
2. A eficácia do dispositivo depende da temperatura ambiente.
3. Com temperaturas externas baixas, o consumo de eletricidade aumenta. (abaixo de -10 graus)
4. O sistema depende inteiramente da disponibilidade de eletricidade. O problema pode ser resolvido com a instalação de um gerador autônomo.
5. Uma bomba de ar não pode aquecer água.

Em geral, os aparelhos ar-ar são ideais para o aquecimento de casas de madeira, que, pela natureza do material, apresentam perda natural de calor reduzida.

Antes de escolher uma bomba de ar, você deve descobrir os seguintes pontos-chave:

• Indicador de isolamento térmico de instalações.
• Quadratura de todos os quartos
• Número de pessoas que moram em uma casa particular
• Condições climáticas

Na maioria dos casos, 10 m². m de sala deve representar cerca de 0,7 kW de potência do dispositivo.

Bombas de calor para aquecimento doméstico de água.

Ao instalar um sistema de aquecimento em uma casa particular, os sistemas água-água são adequados. Além disso, poderão fornecer água quente à casa. Vários reservatórios, águas subterrâneas, etc. são adequados como fontes de calor natural.

O funcionamento da bomba água-água baseia-se na lei de que uma mudança no estado agregado (de líquido para gasoso e vice-versa) de uma substância, sob a influência de vários fatores, acarreta a liberação ou absorção de energia térmica.

Este tipo de bomba pode ser utilizada para aquecer uma casa mesmo em baixas temperaturas ambientes, uma vez que as temperaturas positivas ainda são mantidas nas camadas profundas da terra.

O princípio de funcionamento de uma bomba de calor água-água é o seguinte:

• Uma bomba especial conduz água através dos tubos de cobre do sistema de uma fonte externa para a instalação.
• No aparelho, a água do meio ambiente atua sobre o refrigerante (freon), cujo ponto de ebulição é de +2 a +3 graus. Parte da energia térmica da água é transferida para freon.
• O compressor aspira gás refrigerante e o comprime. Como resultado deste processo, a temperatura do refrigerante aumenta ainda mais.
• Em seguida, o freon é enviado para o condensador, onde aquece a água até a temperatura desejada (40-80 graus). A água aquecida entra na tubulação do sistema de aquecimento. Aqui o freon retorna ao estado líquido e o ciclo começa novamente.

É importante notar que os aparelhos água-água são utilizados para aquecer uma casa com uma área de 50-150 m2.

Água da bomba de calor: princípio de funcionamento

Ao escolher um dispositivo desta classe, você deve prestar atenção a algumas condições:

• Como fonte de energia, deve-se dar preferência aos reservatórios abertos (é mais fácil instalar tubulações), a uma distância não superior a 100 m. Além disso, a profundidade do reservatório para regiões mais ao norte deve ser de no mínimo 3 metros (. nesta profundidade a água geralmente não congela). As tubulações fornecidas à água devem ser isoladas.
• A dureza da água afeta muito o funcionamento da bomba. Nem todo modelo é capaz de funcionar com altos níveis de rigidez. Assim, antes de adquirir o aparelho, é retirada uma amostra de água e uma bomba é selecionada com base nos resultados obtidos.
• Com base no tipo de operação, as unidades são divididas em monovalentes e bivalentes. Os primeiros farão um excelente trabalho como principal fonte de calor (devido à sua alta potência). Este último pode atuar como fonte adicional de aquecimento.
• À medida que a potência da bomba aumenta, a sua eficiência aumenta, mas, ao mesmo tempo, o consumo de eletricidade também aumenta.
• Recursos adicionais do dispositivo. Por exemplo: caixa insonorizada, função de aquecimento de águas domésticas, controlo automático, etc.
• Para calcular a potência necessária do dispositivo, é necessário multiplicar a área total das instalações por 0,07 kW (indicador de energia por 1 m²). Esta fórmula é válida para quartos standard com altura não superior a 2,7 m.

Cada vez mais usuários da Internet estão interessados ​​em métodos alternativos de aquecimento: bombas de calor.

Para a maioria, esta é uma tecnologia completamente nova e desconhecida, razão pela qual surgem questões como: “O que é?”, “Como é uma bomba de calor?”, “Como funciona uma bomba de calor?” etc.

Aqui tentaremos dar respostas simples e acessíveis a todas estas e muitas outras questões relacionadas com bombas de calor.

O que é uma bomba de calor?

Bomba de calor- um dispositivo (ou seja, uma “caldeira térmica”) que retira o calor dissipado do ambiente (solo, água ou ar) e o transfere para o circuito de aquecimento da sua casa.

Graças aos raios solares, que penetram continuamente na atmosfera e na superfície terrestre, ocorre uma liberação constante de calor. É assim que a superfície da Terra recebe energia térmica durante todo o ano.

O ar absorve parcialmente o calor da energia dos raios solares. A energia térmica solar restante é quase completamente absorvida pela Terra.

Além disso, o calor geotérmico das entranhas da terra garante constantemente a temperatura do solo de +8°C (a partir de uma profundidade de 1,5-2 metros e abaixo). Mesmo no inverno frio, a temperatura nas profundezas dos reservatórios permanece na faixa de +4-6°C.

É este calor fraco do solo, da água e do ar que a bomba de calor transfere do ambiente para o circuito de aquecimento de uma casa privada, tendo previamente aumentado o nível de temperatura do refrigerante para os +35-80°C necessários.

VÍDEO: Como funciona uma bomba de calor para águas subterrâneas?

O que uma bomba de calor faz?

Bombas de calor- motores térmicos concebidos para produzir calor através de um ciclo termodinâmico reverso. transferir energia térmica de uma fonte de baixa temperatura para um sistema de aquecimento de temperatura mais alta. Durante o funcionamento de uma bomba de calor ocorrem custos de energia que não excedem a quantidade de energia produzida.

O funcionamento de uma bomba de calor é baseado em um ciclo termodinâmico reverso (ciclo reverso de Carnot), composto por duas isotermas e duas adiabats, mas ao contrário do ciclo termodinâmico direto (ciclo direto de Carnot), o processo ocorre na direção oposta: sentido anti-horário.

No ciclo reverso de Carnot, o ambiente atua como uma fonte de calor frio. Quando uma bomba de calor funciona, o calor do ambiente externo é transferido para o consumidor devido ao trabalho realizado, mas a uma temperatura mais elevada.

É possível transferir calor de um corpo frio (solo, água, ar) apenas através do dispêndio de trabalho (no caso de bomba de calor, dispêndio de energia elétrica para funcionamento de compressor, bombas de circulação, etc.) ou outro processo de compensação.

Uma bomba de calor também pode ser chamada de “geladeira ao contrário”, pois uma bomba de calor é a mesma máquina de refrigeração, só que ao contrário de uma geladeira, uma bomba de calor retira calor de fora e o transfere para o ambiente, ou seja, aquece o ambiente (uma geladeira esfria retirando calor da câmara de refrigeração e jogando-o para fora através do capacitor).

Como funciona uma bomba de calor?

Agora fale sobre como funciona uma bomba de calor. Para compreender o princípio de funcionamento de uma bomba de calor, precisamos de compreender várias coisas.

1. A bomba de calor é capaz de extrair calor mesmo em temperaturas abaixo de zero.

A maioria dos futuros proprietários não consegue compreender o princípio de funcionamento (em princípio, de qualquer bomba de calor de fonte de ar), porque não compreende como o calor pode ser extraído do ar a temperaturas abaixo de zero no inverno. Voltemos aos fundamentos da termodinâmica e lembremos da definição de calor.

Aquecer- uma forma de movimento da matéria, que é um movimento aleatório de partículas que formam um corpo (átomos, moléculas, elétrons, etc.).

Mesmo a 0˚C (zero graus Celsius), quando a água congela, ainda há calor no ar. É significativamente menor do que, por exemplo, a uma temperatura de +36˚С, mas mesmo assim, tanto em zero quanto em temperaturas negativas, ocorre o movimento dos átomos e, portanto, o calor é liberado.

O movimento de moléculas e átomos para completamente a uma temperatura de -273˚C (menos duzentos e setenta e três graus Celsius), que corresponde à temperatura zero absoluto (zero graus na escala Kelvin). Ou seja, mesmo no inverno, em temperaturas abaixo de zero, há um calor fraco no ar que pode ser extraído e transferido para dentro de casa.

2. O fluido de trabalho nas bombas de calor é o refrigerante (freon).

O que é um refrigerante? Refrigerante- uma substância de trabalho em uma bomba de calor que remove calor do objeto resfriado durante a evaporação e transfere calor para o meio de trabalho (por exemplo, água ou ar) durante a condensação.

A peculiaridade dos refrigerantes é que eles são capazes de ferver tanto em temperaturas negativas quanto em temperaturas relativamente baixas. Além disso, os refrigerantes podem passar do estado líquido para o gasoso e vice-versa. É durante a transição do estado líquido para o gasoso (evaporação) que o calor é absorvido, e durante a transição do estado gasoso para o líquido (condensação) ocorre a transferência de calor (liberação de calor).

3. O funcionamento de uma bomba de calor é possível graças aos seus quatro componentes principais.

Para compreender o princípio de funcionamento de uma bomba de calor, o seu dispositivo pode ser dividido em 4 elementos principais:

1. Compressor, que comprime o refrigerante para aumentar sua pressão e temperatura.
2. Válvula de expansão- uma válvula termostática que reduz drasticamente a pressão do refrigerante.
3. Evaporador- um trocador de calor no qual um refrigerante de baixa temperatura absorve calor do ambiente.
4. Capacitor- um trocador de calor no qual o refrigerante já quente, após compressão, transfere calor para o ambiente de trabalho do circuito de aquecimento.

São estes quatro componentes que permitem que as máquinas de refrigeração produzam frio e as bombas de calor produzam calor. Para compreender como funciona cada componente de uma bomba de calor e porque é necessário, sugerimos assistir a um vídeo sobre o princípio de funcionamento de uma bomba de calor geotérmica.

VÍDEO: Princípio de funcionamento da bomba de calor de águas subterrâneas

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor

Agora tentaremos descrever detalhadamente cada etapa do funcionamento da bomba de calor. Conforme mencionado anteriormente, o funcionamento das bombas de calor é baseado no ciclo termodinâmico. Isto significa que o funcionamento de uma bomba de calor consiste em várias etapas do ciclo que se repetem continuamente numa determinada sequência.

O ciclo de trabalho de uma bomba de calor pode ser dividido nas seguintes quatro etapas:

1. Absorção de calor do ambiente (ebulição do refrigerante).

O evaporador (trocador de calor) recebe refrigerante, que está no estado líquido e tem baixa pressão. Como já sabemos, a baixas temperaturas o refrigerante pode ferver e evaporar. O processo de evaporação é necessário para que a substância absorva calor.

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor é transferido de um corpo com temperatura alta para um corpo com temperatura mais baixa. É nesta fase do funcionamento da bomba de calor que um refrigerante de baixa temperatura, passando por um trocador de calor, retira o calor do refrigerante (salmoura), que anteriormente subia dos poços, de onde retirava o calor de baixo teor de o solo (no caso de bombas de calor subterrâneas para águas subterrâneas).

O fato é que a temperatura do solo subterrâneo em qualquer época do ano é de + 7-8 ° C. Quando utilizadas, são instaladas sondas verticais por onde circula a salmoura (refrigerante). A tarefa do refrigerante é aquecer até a temperatura máxima possível enquanto circula pelas sondas profundas.

Quando o refrigerante retira calor do solo, ele entra no trocador de calor da bomba de calor (evaporador), onde “encontra” o refrigerante, que tem temperatura mais baixa. E de acordo com a segunda lei da termodinâmica, ocorre a troca de calor: o calor de uma salmoura mais aquecida é transferido para um refrigerante menos aquecido.

Aqui está um ponto muito importante: a absorção de calor é possível durante a evaporação de uma substância e vice-versa, a transferência de calor ocorre durante a condensação. Quando o refrigerante é aquecido a partir do refrigerante, ele muda seu estado de fase: o refrigerante passa do estado líquido para o estado gasoso (o refrigerante ferve e evapora).

Depois de passar pelo evaporador o refrigerante está na fase gasosa. Não é mais um líquido, mas um gás que retirou calor do refrigerante (salmoura).

2. Compressão do refrigerante por um compressor.

Na próxima etapa, o refrigerante entra no compressor em estado gasoso. Aqui o compressor comprime o freon, que, devido a um aumento acentuado da pressão, aquece até uma determinada temperatura.

O compressor de uma geladeira doméstica comum funciona de maneira semelhante. A única diferença significativa entre um compressor de refrigerador e um compressor de bomba de calor é o desempenho significativamente inferior.

VÍDEO: Como funciona uma geladeira com compressor

3. Transferência de calor para o sistema de aquecimento (condensação).

Após a compressão no compressor, o refrigerante, que possui alta temperatura, entra no condensador. Neste caso, um condensador é também um permutador de calor no qual, durante a condensação, o calor é transferido do refrigerante para o meio de trabalho do circuito de aquecimento (por exemplo, água num sistema de piso aquecido ou radiadores de aquecimento).

No condensador, o refrigerante muda da fase gasosa para a fase líquida novamente. Este processo é acompanhado pela libertação de calor, que é utilizado para o sistema de aquecimento da casa e para o abastecimento de água quente (AQS).

4. Redução da pressão do refrigerante (expansão).

Agora o refrigerante líquido deve estar preparado para repetir o ciclo operacional. Para fazer isso, o refrigerante passa pela abertura estreita da válvula de expansão (válvula de expansão). Depois de “empurrar” através da abertura estreita do acelerador, o refrigerante se expande, resultando em queda de temperatura e pressão.

Este processo é comparável à pulverização de um aerossol a partir de uma lata de spray. Após a pulverização, a lata fica mais fria por um curto período de tempo. Ou seja, houve uma queda acentuada na pressão do aerossol devido à pressão para fora, e a temperatura também caiu de acordo.

Agora o refrigerante está novamente sob tal pressão que pode ferver e evaporar, o que é necessário para absorvermos o calor do refrigerante.

A tarefa da válvula de expansão (válvula de expansão termostática) é reduzir a pressão do freon expandindo-a na saída de um orifício estreito. Agora o freon está pronto para ferver novamente e absorver o calor.

O ciclo repete-se novamente até que o sistema de aquecimento e de água quente sanitária receba a quantidade necessária de calor da bomba de calor.