Bomba de calor água-água: dispositivo, princípio de funcionamento, regras para organizar o aquecimento com base nela

Para aquecimento e fornecimento de água quente a residências particulares, é aconselhável a utilização de bomba de calor água-água alimentada por fontes naturais - águas subterrâneas, rios, albufeiras, etc. O sistema é absolutamente seguro para o meio ambiente e não requer custos regulares com consumíveis, razão pela qual é cada vez mais procurado.

Falaremos sobre opções de bomba de calor que utiliza energia ecológica da água para transferi-la para sistemas de aquecimento doméstico. Para artesãos curiosos, descrevemos os princípios operacionais de opções populares de dispositivos e tecnologia de construção. Aqui você descobrirá quais equipamentos são necessários para o funcionamento do sistema.

Princípio de funcionamento de uma bomba de calor água-água

A bomba de calor incorpora o princípio do ciclo de Carnot.Está no fato de que uma substância que se move através de um sistema fechado e muda seu estado agregado de líquido para gasoso sob a influência de fatores químicos, físicos ou térmicos libera e absorve uma enorme quantidade de energia térmica.

A substância de trabalho é um transportador térmico - água de um poço ou reservatório.

Mesmo no inverno, as nascentes naturais a uma certa profundidade mantêm uma temperatura positiva, de modo que a energia térmica pode ser extraída delas durante todo o ano. A única desvantagem da instalação é o alto consumo de energia e a necessidade de aquisição de equipamentos adicionais.

O diagrama mostra o caminho de circulação de água e refrigerante. O sistema permite receber energia térmica, independente da estação do ano

Os principais elementos de uma bomba de calor água-água:

• compressor;
• evaporador;
• capacitor;
• válvula de indução de expansão;
• sistema automático que monitora indicadores;
• múltiplas linhas de tubos de cobre;
• substância de trabalho (refrigerante).

Usando uma bomba especial, a água flui através de tubos da fonte até a unidade de aquecimento, após o que interage com o gás (freon), que ferve a uma temperatura de +2-3 graus. Freon absorve parte do calor da água e é sugado para dentro do compressor, onde sua temperatura aumenta durante a compressão.

O equipamento da bomba de calor ocupa muito espaço, mas oferece uma oportunidade para se livrar da dependência de serviços públicos

Em seguida, o refrigerante entra no condensador, após o qual a substância quente aquece a água a uma determinada temperatura (de +40 a +80 graus), que é transportada pelas tubulações do sistema de aquecimento.

A água resfriada entra no evaporador e depois drena para o poço receptor.Após passar pelo condensador, o refrigerante torna-se líquido e se acumula na parte inferior do elemento, retornando então pelo acelerador ao seu local original. Então o ciclo se repete.

O que procurar ao organizar esse aquecimento?

Há um grande número de diferentes modificações de bombas de calor projetadas para instalações de qualquer finalidade e tamanho, além de operar em diferentes condições. O equipamento é destinado ao aquecimento de residências com área total de 50 a 150 metros quadrados.

Diretriz nº 1 - dureza da água

A qualidade da água de um poço ou reservatório desempenha um papel importante na escolha do equipamento. Nem todos os modelos são capazes de funcionar com água dura contendo grandes quantidades de manganês e ferro.

Uma alta concentração desses elementos prejudica o sistema - a corrosão se forma mais rapidamente nas tubulações, o que leva à diminuição da eficiência do equipamento e de sua vida útil.

Portanto, antes de adquirir uma bomba de calor, leve em consideração amostra de água e analise-o quanto à presença desses e de outros oligoelementos - sulfeto de hidrogênio, amônia, cloro, etc. Normalmente, se a temperatura na lagoa exceder +13 graus, há uma grande probabilidade de que haja muitos íons de ferro e manganês na água.

Assim, a bomba de calor água-água é selecionada tendo em conta a dureza da água. Existem sistemas cujos elementos são protegidos ao máximo contra a corrosão, mas são mais caros.

Diretriz nº 2 - modo de operação

A bomba de calor pode ser utilizada como única fonte de calor ou em conjunto com outros sistemas. Portanto, antes de escolher um modelo, é importante determinar em que modo o dispositivo irá operar.

Existem dois tipos de operação do sistema:

• Monovalente. Os aparelhos possuem grande potência e são adequados para aquecer uma casa.
• Bivalente. Dispositivos menos eficientes complementam os principais equipamentos de aquecimento.

Para construir um sistema autônomo com unidade principal de aquecimento água-água, é necessário um tipo monovalente.

Diretriz nº 3 - potência da bomba

A potência é um indicador importante na escolha de uma bomba de calor, pois dela depende o desempenho do sistema. Quanto maior a potência, maior a eficiência do equipamento, mas maior o consumo de energia.

O desempenho da bomba de calor água-água é selecionado com base nas necessidades reais

Se você escolher um dispositivo com potência insuficiente, a eficiência do sistema diminuirá se a perda de calor na casa exceder a quantidade de energia fornecida pelo sistema.A bomba de calor pode funcionar 24 horas por dia, mas não terá efeito devido à queda da temperatura da água.

Quando a perda de calor de um edifício é inferior à transferência de calor do sistema, a bomba normalmente arranca automaticamente durante alguns minutos, aquece a água até à temperatura definida e transporta-a através do sistema. Depois desliga até a temperatura cair alguns graus. Então o ciclo se repete.

Diretriz nº 4 - funcionalidade de um modelo específico

As bombas de calor podem ter funções adicionais, são elas:

• Um sistema de controle automático que permitirá ajustar o microclima da sala ao seu gosto. O controle geralmente é realizado por meio de um controle remoto.
• Função de aquecimento de água para abastecimento de água quente.
• Caixa à prova de som.
• Possibilidade de ligação a outros sistemas de aquecimento, colectores solares, o que tornará o equipamento de aquecimento totalmente autónomo.

A vida útil das bombas de calor água-água geralmente excede 30 anos.

Igualmente importante na escolha do equipamento é o custo de instalação e montagem.

Cálculo da potência necessária da bomba de calor

Antes de adquirir um sistema, é importante primeiro fazer um projeto e calcular a potência necessária do equipamento. A produtividade é calculada tendo em conta as necessidades reais de energia térmica. O consumo de calor, a perda de calor em casa e a presença ou ausência de circuito são levados em consideração AQS.

Algoritmo de cálculo:

1. Calculamos a área total das instalações aquecidas.
2. Determinamos a quantidade necessária de energia para aquecimento. O indicador ideal por 1 metro quadrado é 0,07 kW.
3. Para aquecer uma casa de N metros quadrados, você precisará de N*0,07 kW.
4. Para AQS um adicional de 15-20% é adicionado ao número resultante, ou seja, N*0,07*0,85 ou N*0,07*0,80.

Este cálculo será ideal para salas com tetos não superiores a 2,7 M. Cálculos mais precisos serão feitos por especialistas durante a elaboração do projeto.

Trabalho preparatório antes da operação

A preparação para montagem, ligação e comissionamento de uma bomba de calor da série água-água inclui uma série de etapas padrão, que conheceremos mais tarde.

Escolhendo a fonte de água ideal

Deve-se notar que nem todo código aberto ou poço de água adequado para o funcionamento ininterrupto da bomba de calor. A qualidade da água desempenha um papel importante, mas os filtros ajudarão a resolver o problema da contaminação.

É permitida a utilização de reservatório ou lagoa localizada em um raio de 100 metros da edificação. Se não houver tal fonte, surge a necessidade de perfurar poços.

A escolha da fonte de uma bomba de calor deve basear-se na facilidade de utilização e no custo de utilização. Se houver um reservatório aberto próximo, é mais sensato usá-lo

O comportamento de uma fonte aberta é mais previsível que o das águas subterrâneas, por isso, se possível, é melhor dar preferência aos reservatórios.

Instalação de sistema térmico através de poço

Para instalar um sistema com bomba de calor, serão necessários dois poços. Um dos poços costuma ser chamado de débito. É nele que está imersa uma bomba especial, com a qual a água é retirada para posterior processamento no sistema. O segundo poço é um poço receptor. A água resfriada é drenada para ele.

Os poços de drenagem e abastecimento devem estar localizados a pelo menos 15 metros de distância um do outro.

A profundidade do poço de débito não deve ultrapassar 50 metros. Quanto mais profunda for a fonte de água, mais potente será a bomba necessária para abastecê-la, o que aumentará a quantidade de energia consumida.

Construção de poço de débito

Antes de começar a operar bem um débito, é importante saber quanta água ele pode produzir e quanto líquido é necessário para fornecer calor a todo o ambiente. Quanto mais alta for a temperatura da água, menos será necessária para aquecimento.

É importante pré-calcular o volume V, que deve ser bombeado para fora do poço dentro de uma hora para aquecer o ambiente. Digamos que exista uma bomba cuja produção de calor seja igual a um certo número P kW e consumo de energia - para o número P kW. Você também precisará descobrir a temperatura das águas subterrâneas (t1) e sua temperatura após troca de temperatura (t2).

Então a fórmula para calcular o volume da quantidade necessária de água por hora fica assim:

V = (Q-P)/(t1-t2).

É analiticamente impossível determinar a capacidade de um poço de débito em produzir o volume necessário de água, por isso é testado. Durante 3 dias, a bomba bombeia água do poço ininterruptamente. Desta forma, o poço receptor também é verificado quanto à sua capacidade de receber a quantidade necessária de água sob alta carga.

É importante compreender que as águas subterrâneas se comportam de forma imprevisível, portanto a quantidade de água de um poço de débito pode diminuir com o tempo. Por exemplo, na primavera há marés altas, mas no inverno, ao contrário, a água diminui. Se não houver água suficiente no poço, o sistema desliga automaticamente e o aquecimento não ocorre.

Características do poço receptor

O poço receptor está localizado a jusante do lençol freático. É analiticamente impossível determinar em que direção a água se move. Portanto, na prática, um poço arbitrário é selecionado como um poço de débito e lançado nele submersível bombear.

Se o nível da água não cair durante o funcionamento do sistema, a escolha foi feita corretamente.Se o nível caiu e a temperatura da água caiu, é necessário mudar a posição dos poços - mover submersível bombeie para outro buraco.

O tubo de drenagem do poço receptor deve ser imerso alguns centímetros na água, sem atingir o fundo. Se você despejar o líquido residual de cima, isso causará alagamento. O poço do tubo pode parar de receber água e ficar entupido.

O resultado ameaça transbordamento e, no inverno, possível formação de gelo. As melhores opções de fonte receptora são um rio ou lagoa. Se esses objetos não estiverem próximos, será necessário perfurar um ou mais poços receptores para garantir contra transbordamento.

A figura mostra um exemplo de uso de um poço como receptor e débito

É impossível saber se um poço receberá água, seja analiticamente ou por meio de testes. A prática mostra que um poço de drenagem pode absorver água ininterruptamente por muitos anos ou pode falhar completamente em uma estação.

Existem tecnologias que permitem utilizar um poço como débito e como receptor, mas este método não é eficaz - o funcionamento será acompanhado de dificuldades, diminuição da temperatura da água, alagamentos e uma série de outros problemas são possíveis.

Projeto de um sistema usando um reservatório

O tanque selecionado deve ser profundo o suficiente para que as camadas inferiores da água não congelem durante geadas severas. Nas regiões Sul a profundidade ideal será de aproximadamente 1 metro, nas regiões Norte será necessária uma fonte com profundidade de 3 metros. Além disso, a lagoa deve ser estável - flutuações no nível da água e sua diminuição são inaceitáveis.

Existem duas tubulações para o reservatório - débito e recebimento.Uma bomba submersível é instalada na área receptora

Recomenda-se usar modelos feitos de PEAD, caracterizado pela durabilidade e confiabilidade. É importante proteger os tubos contra congelamento, isolando-os adicionalmente e contra rupturas.

Preparando sua casa para instalação de bomba de calor

Para interagir com uma bomba de calor água-água, a casa deve estar equipada com um sistema de aquecimento a água, apresentado sob a forma de tubos e baterias de radiadores. Para um melhor isolamento, também é permitida a instalação de tubos de aquecimento no piso e nas paredes.

Se o equipamento for utilizado para abastecimento de água quente, a casa deverá ter sistema de coleta. Para operar a bomba, é necessário estar conectado a uma rede elétrica com potência ilimitada.

Sem medidas adicionais de isolamento térmico da casa (isolamento do lado de fora, instalação de janelas de câmara dupla, etc.) operar uma bomba de calor não faz sentido.

Os especialistas recomendam a instalação adicional fornecer sistema de ventilação com mecanismo de aquecimento de ar. O freon utilizado no equipamento é prejudicial ao ser humano. Se no circuito do sistema houver microfraturas, o gás será liberado e, assim, deslocará o ar da sala. O refrigerante pode causar exacerbação de doenças pulmonares e ataques de asma em humanos.

Uma bomba de calor é um equipamento pesado, o seu peso pode atingir uma tonelada (dependendo da potência e do tamanho), pelo que em alguns casos a sua instalação requer a construção de uma fundação própria, não ligada à fundação da casa.

Antes de instalar o equipamento, é necessário levar em consideração as dimensões permitidas da sala e manter a distância das paredes especificada no passaporte do produto.

Equipamento opcional

Escolha equipamento adicional para bomba de calor - uma tarefa responsável, cuja solução determina em grande parte a vida útil a longo prazo do sistema de aquecimento como um todo e a ausência de problemas de funcionamento.

Submersível bomba para poços e reservatórios

Se o sistema utilizar bomba de calor para fornecer água quente, um dispositivo com baixa potência pode reduzir a pressão nas torneiras. Uma bomba potente resolverá este problema, mas consome mais energia. Potência mínima permitida durante a operação GPF — 1 kW.

Existem muitas modificações diferentes submersível bombas A escolha é feita levando em consideração três critérios, são eles:

• Quantidade líquidausado para bombeamento (quanto mais água for transportada, maior deverá ser a potência da bomba).
• Bem profundidade (quanto mais profundo o poço, maior deverá ser a potência do equipamento);
• Diâmetro do poço (tradicionalmente, os eixos de 4 polegadas são preferidos porque possuem o maior número de bombas, em oposição aos de 3 polegadas).

Para determinar a profundidade do poço, é necessário prender um peso a uma corda e baixá-lo até o poço. A parte molhada da corda indicará toda a profundidade do poço, a parte seca determinará a distância do início da água até a superfície.

A bomba é imersa no poço até uma profundidade especificada pelo fabricante do dispositivo. Normalmente o passaporte técnico indica quantos metros devem existir entre a superfície da água e a bomba, o fundo da escavação e a bomba

Tanto bombas universais quanto equipamentos projetados especificamente para poços podem ser adequados para minas. Se a mina foi desenvolvida por profissionais, ela fica menos entupida de areia, então você pode usar com segurança uma bomba universal.

As bombas projetadas especificamente para poços são mais caras, mas lidam bem com areia e sujeira e ficam menos entupidas. Os universais são sensíveis ao alto teor orgânico, devem ser regularmente limpos de sujeira, o que reduz sua vida útil.

Deve-se dar preferência às bombas com automação, pois se o motor superaquecer, houver entupimento excessivo ou não houver água no poço, elas desligam sozinhas, fazendo com que o motor não superaqueça e falhe.

Com base no princípio de funcionamento, existem 2 tipos submersível bombas:

• Centrífuga.
• Vibrando.

Para trabalhos em poços de produção de água em calcário, são preferíveis modelos centrífugos profundos. São sensíveis à água com grãos de areia e suspensão de argila.

Se a bomba de calor for conectada a um reservatório aberto, é melhor usar equipamento de bombeamento de superfície projetado para bombear água suja ou um dispositivo vibratório barato.

Trocador de calor intermediário da bomba de calor

Nas bombas de calor, o freon pode não ser resfriado o suficiente durante a circulação, causando superaquecimento do compressor devido às temperaturas excessivas de descarga. Portanto, é importante melhorar o resfriamento da substância, reduzindo assim a pressão nos circuitos.

Há outro problema comum a todas as bombas de calor - o refrigerante pode misturar-se com o vapor de água. Se o líquido entrar no compressor, pode ocorrer martelo hidráulico. Neste caso, será necessário reparar ou substituir a peça. Além disso, a água pode entrar no óleo e é difícil removê-la de lá.

Todos os problemas descritos acima são resolvidos com a instalação de um trocador de calor intermediário.Existem três tipos de trocadores de calor - tipo aberto, casco e tubo e bobina.

A modificação do tipo aberto neutraliza o líquido que entra no freon durante a circulação, o que minimiza a probabilidade martelo hidráulico compressor. O dispositivo apresenta alto desempenho com consumo mínimo de energia.

Ao instalar um trocador de calor do tipo aberto, é importante selecionar o tamanho correto da tubulação de líquido para garantir compressão de pressão mínima

Tubos corretamente selecionados neutralizarão a possibilidade de ebulição do líquido. Neste caso, a válvula deve ter vazão suficiente para que o líquido possa penetrar no dispositivo com uma pequena diferença de pressão.

O trocador de calor casco e tubo é apresentado na forma de uma estrutura fechada. A troca de calor ocorre através das paredes das tubulações, e o líquido e o refrigerante nela contidos não se misturam, ao contrário das abertas, o que proporciona alta pressão para a circulação de vapor e ar.

O trocador de calor da bobina se distingue pela presença de um regulador de fluxo que controla o fluxo do freon líquido. O tamanho do dispositivo depende diretamente da potência da bomba de calor. É necessário selecionar um produto levando em consideração a funcionalidade e a quantidade disponível. É aconselhável dar preferência aos modelos dobráveis.

Filtros de bomba de calor

A água de poços ou reservatórios não vem na forma pura. Pode conter areia, sujidade, vários oligoelementos - ferro, sulfureto de hidrogénio, manganês, cloro, amoníaco, etc. Antes de entrar na bomba de calor, a água deve ser filtrada.

Em primeiro lugar, é necessário eliminar substâncias grandes - pedras, areia, sujeira, lodo. Para retirá-los da água é necessária a instalação hidrociclone.

Um hidrociclone é um dispositivo necessário para a purificação de água bruta.Deve ser selecionado levando em consideração a potência da bomba

Em seguida, é importante instalar filtros que eliminem ferro, sulfeto de hidrogênio, manganês e amônia. Esses microelementos encurtam a vida útil do equipamento e o expõem à corrosão.

Você pode usar filtros Osmose Inversa, amaciantes, removedores de ferro e suas modificações. Para fornecer água quente potável, você deve equipá-la adicionalmente com filtros de carbono e um esterilizador UV que destrói bactérias e vírus.

Gerador elétrico para energia de reserva

As bombas de calor funcionam a partir da rede eléctrica, pelo que em caso de corte de energia a casa ficará sem aquecimento. É aconselhável adquirir adicionalmente um gerador elétrico que funcione com substâncias inflamáveis.

É importante que o gerador elétrico possa gerar a energia necessária para operar a bomba compressora

Características de operação de tal bomba de calor

Uma vez por ano, é necessário realizar uma inspeção visual independente dos componentes da bomba, seguir as recomendações de manutenção - lubrificar as peças em tempo hábil, monitorar o correto funcionamento do dispositivo ao bombear água.

Alguns tipos de equipamentos exigem inspeção regular (geralmente 1 a 2 vezes por ano) por especialistas do centro de serviço. Durante a inspeção, é revelado o seguinte:

• o óleo do motor vaza através de rachaduras no circuito;
• qualidade das fixações e conexões;
• nível de pressão em tanques e circuitos;
• mau funcionamento na fiação de energia.

A instalação de uma bomba de calor água-água deve ser realizada por especialistas qualificados. A ineficácia do sistema é na maioria das vezes devido à sua instalação incorreta. O equipamento térmico é adequado para uso tanto por moradores das regiões Sul quanto Norte.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

O vídeo apresentará o princípio de operação e os recursos do dispositivo:

Como resultado, podemos concluir que uma bomba de calor água-água é considerada um equipamento eficaz e amigo do ambiente, concebido para aquecer casas até 150 metros quadrados. Organizar uma área maior pode exigir pesquisas de engenharia bastante complexas.

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