Bomba de calor ar-ar: princípio de funcionamento, projeto, seleção e cálculos

Pretende instalar aquecimento por convecção na sua casa, onde é utilizada uma bomba de calor ar-ar para aquecer o refrigerante, proporcionando poupanças significativas nos custos de aquecimento? Concordo que obter aquecimento completo numa empresa com água quente praticamente gratuita é uma tarefa muito tentadora.

Mas não sabe como construir tal sistema para aquecer ambientes de forma alternativa e obter água quente para necessidades domésticas?

Nós o ajudaremos a resolver esse problema - o artigo aborda o princípio de operação e o design da bomba. Tal sistema terá que gastar energia apenas no funcionamento do compressor, e o principal volume de calor será simplesmente retirado da atmosfera da rua, pelo qual ainda não nos foi solicitado o pagamento.

Também são consideradas as vantagens de sua implementação no sistema e desvantagens significativas. É dada especial atenção à seleção e cálculo da bomba.

E para quem gosta de fazer tudo com as próprias mãos, sugerimos construir você mesmo essa bomba, utilizando os materiais disponíveis. Para ajudar, fornecemos materiais fotográficos e recomendações em vídeo sobre o projeto e operação de uma bomba de calor a ar.

Características da bomba de calor ar-ar

Qualquer bomba de calor pertence a equipamentos da esfera energia alternativa. Retira a energia térmica das massas de ar da rua, do espaço envolvente do interior, para com ela aquecer objetos residenciais e não residenciais.

Não utiliza combustíveis combustíveis.

Bomba de calor externa (TN) ar-ar é semelhante a um ar condicionado inverter, sistema dividido do bloco externo e interno.

E de acordo com o princípio de funcionamento, lembra mais uma geladeira, só que funciona “ao contrário”. Mas, ao contrário de ambos, esta bomba de calor é capaz de resfriar e aquecer as massas de ar da casa.

A bomba de calor retira energia térmica de baixa qualidade da atmosfera exterior e aquece o ar ambiente até temperaturas confortáveis

Princípio de funcionamento e estrutura interna

A operação de um HP ar-ar é baseada em um fenômeno físico simples da termodinâmica - quando um líquido evapora, ele esfria a superfície da qual é disperso. Por exemplo, vapor sobre uma caneca de chá quente demonstra o mesmo efeito.

Uma geladeira comum funciona segundo esse princípio. No seu interior existem tubos através dos quais o refrigerante circula sob alta pressão. Ele retira calor de dentro do freezer, ficando um pouco mais quente.

Em seguida, o calor coletado é liberado no ar da sala por meio de um trocador de calor (grade na parte traseira da geladeira).

No inverno, a bomba de calor ar-ar aquece o ar ambiente e no verão pode resfriá-lo

E para que o refrigerante esfrie até as temperaturas operacionais, ele é comprimido em um compressor. Além disso, durante o ciclo operacional freon dentro do sistema compressor-condensador-evaporador muda constantemente de gasoso para líquido e vice-versa.

Uma bomba de calor com fonte de ar funciona exatamente da mesma maneira. Só tira calor da rua, e não de um freezer fechado. Mesmo que esteja frio lá fora, ainda há muita energia térmica na atmosfera.

Para produzir calor, uma bomba de calor necessita apenas da energia despendida para operar o compressor. O diagrama mostra em detalhes o processo de transferência de calor

Uma bomba de calor ar-ar consiste nos seguintes elementos:

• compressor;
• evaporador com ventilador de ar forçado;
• válvula de expansão;
• tubos de cobre para bombear freon entre a rua e a casa;
• condensador com ventilador que fornece ar aquecido para o ambiente.

Os três primeiros elementos constituem a unidade externa e o último pertence à parte interna da bomba de calor. Os tubos de cobre com isolamento térmico são projetados para o movimento contínuo do líquido refrigerante entre esses módulos do sistema dividido.

O movimento do freon em uma bomba de calor ocorre em um círculo vicioso, como resultado do qual ele se contrai e se expande constantemente

O algoritmo de funcionamento de uma bomba de calor ar-ar é o seguinte:

1. O ar externo é aspirado para a unidade externa por um ventilador e forçado através das aletas do evaporador externo. O Freon que circula pelo trocador de calor absorve a energia térmica nele disponível, passando para o estado gasoso.
2. O gás então entra no condensador, onde é comprimido. E então é bombeado através de tubos de cobre para a unidade interna.
3. Em um condensador localizado na casa, o gás volta a ser líquido, transferindo calor para o ar interno.
4. Em seguida, o excesso de pressão é liberado através da válvula de expansão e o freon líquido é novamente enviado ao evaporador primário.

A temperatura do freon que entra na unidade externa é sempre inferior à temperatura ambiente. Portanto, sempre retira calor da atmosfera.

Mas o nível de “resfriamento” do refrigerante no sistema é constante e a temperatura externa flutua constantemente.Por isso, em geadas severas, o TN perde eficácia.

O ciclo de movimentação do refrigerante de uma bomba de calor ar-ar: 1. é comprimido por um compressor, 2. condensa no trocador de calor, liberando calor, 3. entra no trocador de calor externo na forma de um líquido, 4. ali evapora, captando a energia térmica do ambiente externo durante a evaporação, 5. retorna novamente ao capacitor

Para aumentar a potência da bomba de calor, as superfícies do condensador e do evaporador são tão grandes quanto possível. E para um funcionamento ininterrupto no inverno, o trocador de calor externo é equipado com sistema de degelo próprio.

Prós e contras de uma bomba de calor a ar

Cada sistema tecnicamente complexo tem suas próprias vantagens e desvantagens. Os folhetos publicitários são uma coisa, mas, na realidade, os proprietários de bombas de calor correm o risco de encontrar alguns problemas.

As unidades de aquecimento/resfriamento ar-ar são benéficas por vários motivos.

As principais vantagens incluem:

• Versatilidade. Os sistemas permitem aquecer e resfriar ambientes dependendo da finalidade do ambiente, das necessidades e da estação climática.
• Amizade ambiental. Eles permitem interromper completamente a queima de gás natural, carvão, lenha, etc., que poluem o ambiente natural com produtos de combustão.
• Fácil de instalar. Montar um sistema a partir de componentes produzidos na fábrica não é difícil. Você mesmo pode construir uma bomba de calor usando os materiais disponíveis.
• Segurança contra incêndios. O processo de geração de calor não envolve o uso de combustível. Mesmo as interrupções no funcionamento da instalação não causarão incêndios.
• Econômico. Eles são atraentes devido ao seu alto coeficiente de transferência de calor a custos mínimos (para 1 kW de eletricidade consumida eles produzem 4–5 kW de calor). Além disso, eles se pagam rapidamente.
• Acessibilidade. O custo dos sistemas fabricados na fábrica permite que quase todas as pessoas comprem uma bomba de calor. Uma instalação feita por você será praticamente gratuita.
• Fácil de usar. O dispositivo tecnicamente mais complexo do sistema é o compressor, cuja manutenção é difícil de realizar. Com a carga típica das bombas de calor, os compressores raramente falham antes do tempo prometido pelo fabricante.

Para organizar o aquecimento em uma sala é suficiente instalar um sistema dividido, pendurando um módulo externo na fachada e um convetor na parede interna. Para aquecer vários ambientes, será necessário instalar canais de distribuição de ar aquecido.

Por cada quilowatt de eletricidade consumido, a bomba de calor produz até cinco quilowatts de energia térmica

Todo o controle da bomba de calor ar-ar é realizado por automação integrada. Você não terá que prestar atenção especial ao funcionamento e configuração deste sistema. Você só precisará limpar regularmente os filtros de ar e trocá-los ocasionalmente.

Entre os aspectos negativos das bombas de calor estão:

• embora insignificante, mas ainda assim ruído de fundo;
• dependência direta da eficiência do sistema da temperatura externa;
• aumento no consumo de energia quando faz frio lá fora;
• poeira constantemente suspensa no ar devido ao funcionamento contínuo do ventilador e da convecção do ar no ambiente;
• dependência da fonte de alimentação (para operação ininterrupta será necessário um gerador).

Com temperaturas exteriores até -10°C, tudo funciona perfeitamente; o calor retirado da rua é suficiente para criar condições de conforto na casa. Porém, com mais resfriamento, a eficiência da bomba de corte diminui.

Se a casa for construída numa zona com clima frio e fortes geadas no inverno, não pode prescindir de uma caldeira ou lareira adicional.

Em climas quentes, uma bomba de calor de fonte de ar lida com as tarefas de aquecimento de uma casa particular sem problemas, mas em geadas severas, uma fonte de calor adicional não fará mal

Para arranjo de aquecimento de ar Esses sistemas são ideais. Consumo mínimo de energia, esforço de instalação e problemas de manutenção. Mas eles não podem aquecer água. Para tal, terá de instalar adicionalmente uma caldeira ou ligar-se a redes centralizadas.

As bombas de calor ar-ar são a forma ideal de aquecer edifícios de madeira ou SIP. Tais edifícios têm baixas perdas de calor e a capacidade da bomba de calor a ar para aquecê-los é abundante.

No verão, uma bomba de calor ar-ar pode ser usada para aquecer a água da piscina

Diferenças fundamentais do ar condicionado

Externamente, uma bomba de calor ar-ar é semelhante a um ar condicionado doméstico. Mas tem suas próprias características de design e características técnicas distintas.

O primeiro dispositivo é utilizado como principal fonte de aquecimento, funcionando o ano todo. E o segundo é mais voltado para resfriar o ar no calor do verão.

A principal função de uma bomba de calor é o aquecimento. No entanto, muitos modelos também são capazes de resfriar o ar interno. Mas neste modo de operação eles são significativamente inferiores ao ar condicionado em termos de eficiência energética. Este é um caso extremo de seu uso.

Na aparência, o ar condicionado e o aquecedor de ar são semelhantes, mas têm finalidades e características de desempenho completamente diferentes.

Por outro lado, muitos condicionadores de ar inverter pode aquecer o ar interno. Mas consomem muito mais eletricidade do que as bombas de calor. Cada dispositivo tem sua própria finalidade.

O uso de HP ar-ar é principalmente uma transição para fontes de energia renováveis.

Estes sistemas são rentáveis, apesar do grande investimento inicial de dinheiro. A redução nas contas de aquecimento paga todos os custos iniciais.

Seleção e cálculos de uma bomba de calor

Uma bomba de calor ar-ar só será eficaz se for selecionada corretamente. É necessário calcular antecipadamente sua potência dependendo da metragem quadrada da casa. E só então observe os preços dos diferentes fabricantes.

Os cálculos utilizam o coeficiente de eficiência energética COP (a relação entre a potência HP e a energia gasta).

Em “condições de estufa” atinge frequentemente 4–5 pontos, e os modelos mais modernos atingem 7–8. No entanto, quando a temperatura exterior cai para -15–20°C, este número cai drasticamente para apenas dois.

A bomba de calor produz um desempenho de aquecimento ideal a temperaturas exteriores de -10...+10 graus Celsius, pelo que retira até ¾ da energia térmica da rua

No cálculo do aquecimento do ar deve ser levado em conta:

• isolamento térmico e isolamento de instalações;
• área dos quartos;
• número de pessoas que moram no chalé;
• condições climáticas gerais da área onde a casa está localizada.

Para a maioria das casas, são necessários cerca de 0,7 kW de potência da bomba de calor para cada dez metros quadrados. Mas tudo aqui é bastante arbitrário. Se os tetos forem superiores a 2,7 m ou se as paredes e janelas estiverem mal isoladas, será necessário mais calor.

Existem muitos fabricantes de bombas de calor ar-ar na Ásia e na Europa.

Os sistemas têm boas críticas de Daikin, Dimplex, Hitachi, Vaillant, Mitsubishi, Fujitsu, Operadora, Aertec, Panasonic E Toshiba. Quase todos os seus modelos estão adaptados às condições de operação domésticas e têm se mostrado bem.

Mesmo com picos de tensão, eles não quebram e continuam funcionando corretamente após ligar a energia elétrica.

O preço do funcionamento das bombas de calor a ar varia de 90 a 450 mil rublos. Aqui depende muito não apenas da potência da unidade, mas também da funcionalidade adicional e do país de fabricação.

Os modelos selecionados complementam:

• filtros para purificação e desinfecção do ar;
• aquecedores de reserva;
• geradores elétricos;
• Módulos GSM para gerenciamento de sistemas;
• ionizadores e ozonizadores.

A prática mostra que em geadas abaixo de -15 ° C, os ambientes aquecidos apenas por uma bomba de calor e ar ficam frios. E sem um aquecedor adicional, os quartos francamente não têm um cheiro confortável.

Porém, nas regiões do sul, onde essas geadas são raras, o HP é bastante eficaz e mais do que justifica o dinheiro gasto na economia de recursos energéticos.

Caseiro de uma geladeira velha

É muito difícil montar uma bomba de calor ar-ar a partir de compressores e condensadores individuais sem conhecimento especializado de engenharia. Mas para uma pequena sala ou estufa, você pode usar uma geladeira velha.

A bomba de calor a ar mais simples pode ser feita a partir de uma geladeira, estendendo um duto de ar da rua e pendurando o ventilador na grade traseira do trocador de calor

Para isso, é necessário fazer dois furos na porta frontal da geladeira. Pelo primeiro o ar da rua entrará no freezer e pelo segundo inferior será descarregado de volta para a rua.

Ao mesmo tempo, durante sua passagem pela câmara interna, ele liberará parte do calor nela presente para o freon.

Você também pode simplesmente montar a máquina de refrigeração na parede com a porta aberta para o exterior e o trocador de calor na parte traseira para a sala. Mas deve-se ter em mente que a potência desse aquecedor será pequena e consome muita eletricidade.

O ar da sala é aquecido por um trocador de calor na parte traseira do refrigerador. No entanto, tal bomba de calor só pode funcionar a temperaturas exteriores não inferiores a mais cinco Celsius.

Estes eletrodomésticos destinam-se apenas a uso interno.

Em uma casa grande, o sistema de aquecimento de ar deverá ser complementado com dutos de ar que distribuam o ar quente uniformemente por todos os cômodos

A instalação de uma bomba de calor ar-ar é extremamente simples. É necessário instalar os blocos externo e interno e, em seguida, conectá-los entre si por meio de um circuito com refrigerante.

A primeira parte do sistema é instalada ao ar livre: diretamente na fachada, telhado ou próximo ao edifício. O segundo da casa pode ser colocado no teto ou na parede.

Recomenda-se instalar a unidade externa a poucos metros da entrada da casa e longe das janelas, não se esqueça do ruído produzido pelo ventilador.

E o interno é instalado de forma que o fluxo de ar quente dele se espalhe uniformemente por todo o ambiente.

Se pretende aquecer uma casa com várias divisões em pisos diferentes através de uma bomba de calor ar-ar, terá que instalar um sistema de condutas de ventilação de ar forçado.

Neste caso, é preferível encomendar o projeto a um engenheiro competente, caso contrário a potência do aquecedor pode não ser suficiente para todas as instalações.

O contador eléctrico e o dispositivo de protecção devem ser capazes de suportar os picos de carga gerados pela bomba de calor. Quando ocorre uma onda de frio repentina lá fora, o compressor começa a consumir eletricidade muitas vezes mais do que o normal.

É melhor instalar uma linha de alimentação separada do painel de distribuição para esse aquecedor de ar.

Atenção especial deve ser dada à instalação de tubos freon. Mesmo as menores lascas no interior podem danificar o equipamento do compressor.

Você não pode prescindir de habilidades de soldagem de cobre aqui. Em geral, o reabastecimento de refrigerante deve ser confiado a um profissional para evitar problemas posteriores com vazamentos de refrigerante.

As instruções passo a passo para fazer uma bomba de calor a partir de uma geladeira são descritas em Este artigo.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Princípio de funcionamento do sistema de divisão térmica ar-ar:

Bomba de calor a ar no sistema de aquecimento de uma casa de dois andares:

Ar condicionado inverter ou bomba de calor a ar - o que é melhor?

As bombas de calor ar-ar são dispositivos altamente eficientes. Eles são fáceis de manter, fáceis de usar e econômicos.

Existe agora uma vasta gama de sistemas semelhantes à venda, podendo escolher uma instalação de aquecimento para qualquer casa. Você só precisa calcular corretamente sua potência, então ele servirá com eficácia por muitos anos.

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