Tipos de bombas de calor para calefacción doméstica

Tipos de diseños de bombas de calor.

El tipo de HP generalmente se denota con una frase que indica el medio de origen y el portador de calor del sistema de calefacción.

Existen las siguientes variedades:

• TN "aire - aire";
• TN "aire - agua";
• TN "suelo - agua";
• TN "agua - agua".

La primera opción es un sistema dividido convencional que funciona en modo calefacción. El evaporador se monta en la calle y se instala un bloque con un condensador dentro de la casa. Este último es impulsado por un ventilador, por lo que se suministra una masa de aire caliente a la habitación.

Si dicho sistema está equipado con un intercambiador de calor especial con boquillas, se obtendrá una bomba de calor aire-agua. Está conectado al sistema de calentamiento de agua.

Se puede colocar un evaporador HP aire-aire o aire-agua no en la calle, sino en el conducto de ventilación de escape (debe ser forzado). En este caso, la eficiencia de HP aumentará varias veces.

Las bombas de calor del tipo "agua - agua" y "suelo - agua" utilizan el llamado intercambiador de calor externo o, como también se le llama, un colector para extraer calor.

Diagrama esquemático de la bomba de calor.

Se trata de un tubo largo en bucle, normalmente de plástico, por el que circula un medio líquido que lava el evaporador. Ambos tipos de HP son el mismo dispositivo: en un caso, el colector se sumerge hasta el fondo de un depósito de superficie, y en el segundo, hasta el suelo. El condensador de tal HP está ubicado en un intercambiador de calor conectado a un sistema de calentamiento de agua.

Conectar un HP según el esquema "agua - agua" es mucho menos laborioso que "suelo - agua", ya que no hay necesidad de movimientos de tierra. En el fondo del depósito, la tubería se coloca en forma de espiral. Por supuesto, solo un cuerpo de agua de este tipo es adecuado para este esquema, que no se congela hasta el fondo en invierno.

Es hora de estudiar la experiencia extranjera en detalle.

Casi todo el mundo ya conoce las bombas de calor capaces de extraer calor ambiental para calentar edificios, y si hasta hace poco un cliente potencial, por regla general, preguntaba desconcertado "¿cómo es esto posible?", Ahora la pregunta "¿cómo es posible?" cada vez se escucha más.

No es fácil responder a esta pregunta.

En busca de una respuesta a las numerosas preguntas que inevitablemente surgen al intentar diseñar sistemas de calefacción con bombas de calor, es recomendable recurrir a la experiencia de especialistas de aquellos países donde las bombas de calor sobre intercambiadores de calor en el suelo se han utilizado durante mucho tiempo.

Una visita * a la exposición estadounidense AHR EXPO-2008, que se realizó principalmente para obtener información sobre los métodos de cálculo de ingeniería de los intercambiadores de calor del suelo, no arrojó resultados directos en esta dirección, pero se vendió un libro en el stand de exhibición de ASHRAE, algunas de cuyas disposiciones sirvieron de base para esta publicación.

Cabe decir de inmediato que la transferencia de métodos estadounidenses a suelo nacional no es una tarea fácil. Los estadounidenses no hacen las cosas como lo hacen en Europa. Solo que ellos miden el tiempo en las mismas unidades que nosotros. Todas las demás unidades de medida son puramente americanas, o mejor dicho, británicas. Los estadounidenses tuvieron especialmente mala suerte con el flujo de calor, que se puede medir tanto en unidades térmicas británicas por unidad de tiempo como en toneladas de refrigeración, que probablemente se inventaron en Estados Unidos.

El principal problema, sin embargo, no fue el inconveniente técnico de recalcular las unidades de medida aceptadas en Estados Unidos, a las que eventualmente uno puede acostumbrarse, sino la ausencia en el libro mencionado de una base metodológica clara para construir un algoritmo de cálculo. Allí se da demasiado espacio a los métodos de cálculo rutinarios y bien conocidos, mientras que algunas disposiciones importantes permanecen completamente sin revelar.

En particular, tales datos de entrada relacionados físicamente para el cálculo de intercambiadores de calor de suelo verticales, como la temperatura del líquido que circula en el intercambiador de calor y el coeficiente de conversión de la bomba de calor, no pueden establecerse arbitrariamente y antes de proceder con los cálculos relacionados con el calor inestable. transferencia en el suelo, es necesario determinar las dependencias que conectan estas opciones.

El criterio para la eficiencia de una bomba de calor es el factor de conversión α, cuyo valor está determinado por la relación entre su potencia térmica y la potencia del accionamiento eléctrico del compresor. Este valor es función de las temperaturas de ebullición en el evaporador t_tu y condensación t_k, y en relación a las bombas de calor "agua-agua" podemos hablar de la temperatura del líquido a la salida del evaporador t_2I y a la salida del capacitor t_2k:

? = ?(t_2I,t_2k).         (1)

Un análisis de las características del catálogo de máquinas frigoríficas y bombas de calor agua-agua de serie permitió visualizar esta función en forma de diagrama (Fig. 1).

Usando el diagrama, es fácil determinar los parámetros de la bomba de calor en las etapas iniciales de diseño. Es obvio, por ejemplo, que si el sistema de calefacción conectado a la bomba de calor está diseñado para suministrar un medio de calefacción con una temperatura de flujo de 50 °C, entonces el factor de conversión máximo posible de la bomba de calor será de aproximadamente 3,5. Al mismo tiempo, la temperatura del glicol a la salida del evaporador no debe ser inferior a +3°C, lo que significa que será necesario un costoso intercambiador de calor terrestre.

Al mismo tiempo, si la casa se calienta con suelo radiante, entrará en el sistema de calefacción un refrigerante con una temperatura de 35 °C procedente del condensador de la bomba de calor. En este caso, la bomba de calor puede funcionar de forma más eficiente, por ejemplo, con un factor de conversión de 4,3, si la temperatura del glicol enfriado en el evaporador es de unos -2°C.

Usando hojas de cálculo de Excel, puede expresar la función (1) como una ecuación:

? = 0,1729 • (41,5 + t_2I – 0.015t_2I • t_2k – 0,437 • t_2k      (2)

Si con el factor de conversión deseado y un valor dado de la temperatura del refrigerante en el sistema de calefacción alimentado por bomba de calor, es necesario determinar la temperatura del líquido enfriado en el evaporador, entonces la ecuación (2) se puede representar como:

         (3)

Para seleccionar la temperatura del portador de calor en el sistema de calefacción para valores dados del coeficiente de conversión de la bomba de calor y la temperatura del líquido a la salida del evaporador, puede usar la fórmula:

    (4)

En las fórmulas (2)…(4) las temperaturas se expresan en grados Celsius.

Habiendo determinado estas dependencias, ahora podemos pasar directamente a la experiencia estadounidense.

Metodología de cálculo de bombas de calor

Por supuesto, el proceso de selección y cálculo de una bomba de calor es una operación técnicamente muy compleja y depende de las características individuales del objeto, pero aproximadamente se puede reducir a los siguientes pasos:

Se determinan las pérdidas de calor a través de la envolvente del edificio (paredes, techos, ventanas, puertas). Esto se puede hacer usando la siguiente proporción:

Qok \u003d S * ( tin - tout) * (1 + Σ β ) * n / Rt (W) donde

tout - temperatura del aire exterior (°C);

estaño – temperatura del aire interior (°C);

S es el área total de todas las estructuras de cerramiento (m2);

n es un coeficiente que indica la influencia del entorno sobre las características del objeto. Para locales en contacto directo con el ambiente exterior a través de techos n=1; para objetos con pisos de ático n=0.9; si el objeto está ubicado arriba del sótano n = 0.75;

β es el coeficiente de pérdida de calor adicional, que depende del tipo de edificio y su ubicación geográfica, β puede variar de 0,05 a 0,27;

Rt - resistencia térmica, está determinada por la siguiente expresión:

Rt = 1/α_interno + Σ ( δ_I /λ_I ) + 1/a_litera (m2*°С / W), donde:

d_I / λі es el indicador calculado de conductividad térmica de los materiales utilizados en la construcción.

α_litera- coeficiente de disipación térmica de las superficies exteriores de las estructuras de cerramiento (W / m2 * ° C);

α_interno- coeficiente de absorción térmica de las superficies internas de las estructuras de cerramiento (W / m2 * ° C);

- La pérdida total de calor de la estructura se calcula según la fórmula:

Qt.pot \u003d Qok + Qi - Qbp, donde:

Qi: costos de energía para calentar el aire que ingresa a la habitación a través de fugas naturales;

Qbp ​​​​: liberación de calor debido al funcionamiento de los electrodomésticos y las actividades humanas.

2. Según los datos obtenidos, se calcula el consumo anual de energía térmica para cada objeto individual:

Qaño = 24*0,63*Qt. sudor.*(( d*( tin — tout.av.)/ ( tin — tout.)) (kWh por año) donde:

tvn - temperatura del aire recomendada dentro de la habitación;

tout - temperatura del aire exterior;

tout.average - la media aritmética de la temperatura del aire exterior durante toda la temporada de calefacción;

d es el número de días del período de calefacción.

3. Para un análisis completo, también será necesario calcular el nivel de potencia térmica necesaria para calentar el agua:

Qhv \u003d V * 17 (kW / h por año) donde:

V es el volumen de calentamiento diario de agua hasta 50 °C.

Entonces el consumo total de energía térmica está determinado por la fórmula:

Q \u003d Qgw + Qaño (kW / h por año).

Teniendo en cuenta los datos obtenidos, no será difícil elegir la bomba de calor más adecuada para calefacción y suministro de agua caliente. Además, la potencia calculada se determina como. Qtn=1.1*Q, donde:

Qtn=1.1*Q, donde:

1.1 - factor de corrección que indica la posibilidad de aumentar la carga de la bomba de calor durante la aparición de temperaturas críticas.

Después de realizar el cálculo de las bombas de calor, puede elegir la bomba de calor más adecuada que pueda proporcionar los parámetros de microclima requeridos en habitaciones con cualquier característica técnica. Y dada la posibilidad de integrar este sistema con una unidad de aire acondicionado por suelo radiante, se puede destacar no solo su funcionalidad, sino también su alto valor estético.

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En el siguiente video se puede encontrar cómo calcular correctamente el número y la profundidad de los pozos para HP:

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Tipos de bombas de calor

Las bombas de calor se dividen en tres tipos principales según la fuente de energía de bajo grado:

• Aire.
• Cebado.
• Agua: la fuente puede ser agua subterránea y cuerpos de agua en la superficie.

Para los sistemas de calentamiento de agua, que son los más comunes, se utilizan los siguientes tipos de bombas de calor:

"Aire-a-agua": una bomba de calor de tipo aire que calienta el edificio extrayendo aire del exterior a través de una unidad externa. Funciona según el principio de un acondicionador de aire, solo que al revés, convirtiendo la energía del aire en calor. Tal bomba de calor no requiere grandes costos de instalación, no necesita asignarle un terreno y, además, perforar un pozo. Sin embargo, la eficiencia de operación a bajas temperaturas (-25ºС) disminuye y se requiere una fuente adicional de energía térmica.

El dispositivo de "agua subterránea" se refiere a la geotermia y produce calor del suelo utilizando un colector colocado a una profundidad por debajo de la congelación del suelo. También existe una dependencia del área del sitio y el paisaje, si el colector está ubicado horizontalmente. Para una disposición vertical, será necesario perforar un pozo.

El "agua-agua" se instala donde hay un embalse o agua subterránea cerca. En el primer caso, el colector se coloca en el fondo del depósito, en el segundo, se perfora un pozo o varios, si el área del sitio lo permite. A veces, la profundidad del agua subterránea es demasiado grande, por lo que el costo de instalar una bomba de calor de este tipo puede ser muy alto.

Cada tipo de bomba de calor tiene sus ventajas y desventajas, si el edificio está lejos de una masa de agua o el agua subterránea es demasiado profunda, entonces el agua a agua no funcionará.El "aire-agua" será relevante solo en regiones relativamente cálidas, donde la temperatura del aire durante la estación fría no cae por debajo de -25º C.

Método para calcular la potencia de una bomba de calor

Además de determinar la fuente de energía óptima, será necesario calcular la potencia de la bomba de calor necesaria para la calefacción. Depende de la cantidad de pérdida de calor del edificio. Calculemos la potencia de una bomba de calor para calentar una casa usando un ejemplo específico.

Para hacer esto, usamos la fórmula Q=k*V*∆T, donde

• Q es la pérdida de calor (kcal/hora). 1 kWh = 860 kcal/h;
• V es el volumen de la casa en m3 (multiplicamos el área por la altura de los techos);
• ∆Т es la relación entre las temperaturas mínimas exterior e interior del local durante la época más fría del año, °C. A la tº interna le restamos la externa;
• k es el coeficiente de transferencia de calor generalizado del edificio. Para un edificio de ladrillo con dos capas de mampostería k=1; para un edificio bien aislado k=0,6.

Así, el cálculo de la potencia de una bomba de calor para calentar una casa de ladrillo de 100 m2 y una altura de techo de 2,5 m, con una diferencia de ttº de -30º exterior a +20º interior, será el siguiente:

Q \u003d (100x2.5) x (20- (-30)) x 1 \u003d 12500 kcal / hora

12500/860= 14,53kW. Es decir, para una casa de ladrillo estándar con un área de 100 m2, necesitará un dispositivo de 14 kilovatios.

El consumidor acepta la elección del tipo y potencia de la bomba de calor en función de una serie de condiciones:

• características geográficas del área (proximidad de cuerpos de agua, presencia de aguas subterráneas, área libre para un colector);
• características climáticas (temperatura);
• tipo y volumen interno de la habitación;
• oportunidades financieras

Teniendo en cuenta todos los aspectos anteriores, podrá hacer la mejor elección de equipo. Para una selección más eficiente y correcta de una bomba de calor, es mejor contactar a especialistas, ellos podrán hacer cálculos más detallados y brindar la viabilidad económica de instalar el equipo.

Durante mucho tiempo y con mucho éxito, las bombas de calor se han utilizado en acondicionadores de aire y refrigeradores domésticos e industriales.

Hoy, estos dispositivos comenzaron a usarse para realizar la función de la naturaleza opuesta: calentar el hogar durante la estación fría.

Veamos cómo se usan las bombas de calor para calentar casas privadas y qué necesita saber para calcular correctamente todos sus componentes.

Ejemplo de cálculo de bomba de calor

Seleccionaremos una bomba de calor para el sistema de calefacción de una casa de un piso con un área total de 70 metros cuadrados. m con una altura de techo estándar (2,5 m), arquitectura racional y aislamiento térmico de las estructuras de cerramiento que cumplen con los requisitos de los códigos de construcción modernos. Para calentar el 1er sq. m de dicho objeto, de acuerdo con los estándares generalmente aceptados, debe gastar 100 W de calor. Por lo tanto, para calentar toda la casa necesitará:

Q \u003d 70 x 100 \u003d 7000 W \u003d 7 kW de energía térmica.

Elegimos una bomba de calor de la marca "TeploDarom" (modelo L-024-WLC) con una potencia calorífica de W = 7,7 kW. El compresor de la unidad consume N = 2,5 kW de electricidad.

Cálculo del colector

El suelo en el área asignada para la construcción del colector es arcilloso, el nivel freático es alto (tomamos el poder calorífico p = 35 W/m).

La potencia del colector está determinada por la fórmula:

Qk \u003d W - N \u003d 7,7 - 2,5 \u003d 5,2 kW.

L = 5200 / 35 = 148,5 m (aprox.).

Partiendo del hecho de que la instalación de un circuito de más de 100 m es irracional debido a una resistencia hidráulica demasiado alta, asumimos lo siguiente: el colector de la bomba de calor constará de dos circuitos: 100 m y 50 m de largo.

El área del sitio que deberá tomarse debajo del colector está determinada por la fórmula:

S = L x A,

Donde A es el paso entre secciones adyacentes del contorno. Aceptamos: A = 0,8 m.

Entonces S = 150 x 0,8 = 120 cuadrados. metro.

Recuperación de una bomba de calor

Cuando se trata de cuánto tiempo una persona podrá devolver su dinero invertido en algo, significa qué tan rentable fue la inversión en sí. En el campo de la calefacción todo es bastante difícil, ya que nos proporcionamos comodidad y calidez, y todos los sistemas son caros, pero en este caso puedes buscar una opción que te devuelva el dinero gastado reduciendo costes a la hora de utilizarlo. Y cuando empiezas a buscar una solución adecuada, comparas todo: una caldera de gas, una bomba de calor o una caldera eléctrica. Analizaremos qué sistema dará sus frutos de manera más rápida y eficiente.

El concepto de recuperación de la inversión, en este caso, la introducción de una bomba de calor para modernizar el sistema de suministro de calor existente, aunque sea simple, se puede explicar de la siguiente manera:

Hay un sistema: una caldera de gas individual, que proporciona calefacción y agua caliente independientes. Hay un aire acondicionado de sistema split que proporciona frío a una habitación. Instalado 3 sistemas split en diferentes habitaciones.

Y existe una tecnología avanzada más económica: una bomba de calor que calentará/enfriará casas y calentará agua en las cantidades adecuadas para una casa o apartamento. Es necesario determinar cuánto ha cambiado el costo total del equipo y los costos iniciales, así como evaluar cuánto han disminuido los costos anuales de operación de los tipos de equipo seleccionados. Y para determinar cuántos años se pagarán los equipos más caros con los ahorros resultantes. Idealmente, se comparan varias soluciones de diseño propuestas y se selecciona la más rentable.

Calcularemos y descubriremos cuál es el período de recuperación de una bomba de calor en Ucrania

Considere un ejemplo específico

• Casa de 2 plantas, bien aislada, con una superficie total de 150 m2.
• Sistema de distribución de calor / calefacción: circuito 1 - calefacción por suelo radiante, circuito 2 - radiadores (o unidades fancoil).
• Se instala una caldera de gas para calefacción y suministro de agua caliente sanitaria (ACS), por ejemplo, de 24kW, de doble circuito.
• Sistema de aire acondicionado split para 3 habitaciones de la casa.

Gastos anuales de calefacción y calentamiento de agua

máx. potencia calorífica HP para calefacción, kW	19993,59
máx. consumo de energía HP cuando se trabaja para calefacción, kW	7283,18

máx. capacidad de calefacción de HP para el suministro de agua caliente, kW	2133,46
máx. consumo de energía HP cuando se trabaja en el suministro de agua caliente, kW	866,12

1. El coste aproximado de una sala de calderas con caldera de gas de 24 kW (caldera, tuberías, cableado, depósito, contador, instalación) es de unos 1000 Euros. Un sistema de aire acondicionado (un sistema dividido) para una casa de este tipo costará alrededor de 800 euros. En total, con la disposición de la sala de calderas, trabajos de diseño, conexión a la red de gasoductos y trabajos de instalación: 6100 euros.

1. El coste aproximado de una bomba de calor Mycond con sistema fancoil adicional, trabajos de instalación y conexión eléctrica es de 6650 euros.

1. El crecimiento de las inversiones de capital es: K2-K1 = 6650 - 6100 = 550 euros (o alrededor de 16500 UAH)
2. La reducción en los costos operativos es: C1-C2 = 27252 - 7644 = 19608 UAH.
3. Período de recuperación Tokup. = 16500 / 19608 = 0,84 años!

Facilidad de uso de la bomba de calor

Las bombas de calor son los equipos más versátiles, multifuncionales y energéticamente eficientes para calentar una casa, apartamento, oficina o local comercial.

Un sistema de control inteligente con programación semanal o diaria, cambio automático de ajustes estacionales, mantenimiento de la temperatura en las casas, modos económicos, control de una caldera esclava, caldera, bombas de circulación, control de temperatura en dos circuitos de calefacción, es el más avanzado y avanzado. . El control inverter del funcionamiento del compresor, ventilador, bombas, permite el máximo ahorro en el consumo energético.

Funcionamiento de la bomba de calor durante el funcionamiento con agua subterránea

La colocación del colector en el suelo se puede hacer de tres maneras.

opción horizontales

Las tuberías se colocan en zanjas "serpiente" a una profundidad superior a la profundidad de congelación del suelo (en promedio, de 1 a 1,5 m).

Tal recolector requerirá una parcela de terreno de un área suficientemente grande, pero cualquier propietario puede construirlo; no se necesitarán más habilidades que la capacidad de trabajar con una pala.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la construcción manual de un intercambiador de calor es un proceso bastante laborioso.

opción verticales

Los tubos colectores en forma de bucles, que tienen la forma de la letra "U", se sumergen en pozos con una profundidad de 20 a 100 M. Si es necesario, se pueden construir varios de estos pozos. Después de instalar las tuberías, los pozos se llenan con mortero de cemento.

La ventaja de un colector vertical es que se necesita un área muy pequeña para su construcción. Sin embargo, no hay forma de perforar pozos con una profundidad de más de 20 m por su cuenta; deberá contratar un equipo de perforadores.

variante combinada

Este colector puede considerarse una variación del horizontal, pero requerirá mucho menos espacio para construir.

Se cava un pozo redondo en el sitio con una profundidad de 2 m.

Los tubos del intercambiador de calor se colocan en espiral, de modo que el circuito es como un resorte montado verticalmente.

Una vez finalizado el trabajo de instalación, el pozo se duerme. Como en el caso de un intercambiador de calor horizontal, todo el trabajo necesario se puede realizar a mano.

El colector está lleno de anticongelante, anticongelante o solución de etilenglicol. Para asegurar su circulación, una bomba especial choca contra el circuito. Habiendo absorbido el calor del suelo, el anticongelante ingresa al evaporador, donde se produce el intercambio de calor entre él y el refrigerante.

Debe tenerse en cuenta que la extracción ilimitada de calor del suelo, especialmente cuando el colector está ubicado verticalmente, puede tener consecuencias indeseables para la geología y la ecología del sitio. Por lo tanto, en el verano, es muy deseable operar el HP del tipo "suelo - agua" en el modo inverso: aire acondicionado.

El sistema de calefacción a gas tiene muchas ventajas y una de las principales es el bajo coste del gas. Cómo equipar una casa con calefacción de gas, se le indicará un esquema de calefacción para una casa privada con una caldera de gas. Considere el diseño del sistema de calefacción y los requisitos para el reemplazo.

Lea sobre las características de elegir paneles solares para calentar el hogar en este tema.

Cálculo del colector horizontal de una bomba de calor

La eficiencia de un colector horizontal depende de la temperatura del medio en el que se sumerge, de su conductividad térmica, así como del área de contacto con la superficie de la tubería. El método de cálculo es bastante complicado, por lo que, en la mayoría de los casos, se utilizan datos promediados.

Se cree que cada metro del intercambiador de calor proporciona al HP la siguiente salida de calor:

• 10 W - cuando está enterrado en suelo arenoso o rocoso seco;
• 20 W - en suelo arcilloso seco;
• 25 W - en suelo arcilloso húmedo;
• 35 W - en suelo arcilloso muy húmedo.

Así, para calcular la longitud del colector (L), se debe dividir la potencia térmica requerida (Q) por el poder calorífico del suelo (p):

L=Q/pág.

Los valores dados solo pueden considerarse válidos si se cumplen las siguientes condiciones:

• El terreno sobre el colector no está edificado, sombreado ni plantado con árboles o arbustos.
• La distancia entre vueltas adyacentes de la espiral o secciones de la "serpiente" es de al menos 0,7 m.

Cómo funcionan las bombas de calor

En cualquier HP hay un medio de trabajo llamado refrigerante. El freón generalmente actúa en esta capacidad, con menos frecuencia: amoníaco. El dispositivo en sí consta de solo tres componentes:

El evaporador y el condensador son dos depósitos que parecen tubos largos y curvos: bobinas. El condensador está conectado en un extremo a la salida del compresor y el evaporador a la entrada. Se unen los extremos de los serpentines y se instala una válvula reductora de presión en la unión entre ellos. El evaporador está en contacto, directa o indirectamente, con el medio fuente, mientras que el condensador está en contacto con el sistema de calefacción o ACS.

Cómo funciona una bomba de calor

El funcionamiento de la HP se basa en la interdependencia del volumen, la presión y la temperatura del gas. Esto es lo que sucede dentro del agregado:

1. El amoníaco, el freón u otro refrigerante, que se mueve a través del evaporador, se calienta desde el medio fuente, por ejemplo, a una temperatura de +5 grados.
2. Después de pasar por el evaporador, el gas llega al compresor, que lo bombea al condensador.
3. El refrigerante bombeado por el compresor se mantiene en el condensador mediante una válvula reductora de presión, por lo que su presión es mayor aquí que en el evaporador. Como saben, al aumentar la presión, aumenta la temperatura de cualquier gas.Esto es exactamente lo que le sucede al refrigerante: se calienta hasta 60 o 70 grados. Dado que el refrigerante que circula en el sistema de calefacción lava el condensador, este último también se calienta.
4. A través de la válvula reductora de presión, el refrigerante se descarga en pequeñas porciones al evaporador, donde su presión vuelve a caer. El gas se expande y se enfría, y dado que perdió parte de la energía interna como resultado de la transferencia de calor en la etapa anterior, su temperatura cae por debajo de los +5 grados iniciales. Después del evaporador, se calienta nuevamente, luego el compresor lo bombea al condensador, y así sucesivamente en un círculo. Científicamente, este proceso se llama el ciclo de Carnot.

Pero HP sigue siendo muy rentable: por cada kWh de electricidad gastado, es posible obtener de 3 a 5 kWh de calor.

Influencia de los datos iniciales en el resultado del cálculo

Usemos ahora el modelo matemático construido en el curso de los cálculos para rastrear la influencia de varios datos iniciales en el resultado final del cálculo. Cabe señalar que los cálculos realizados en Excel permiten realizar dicho análisis con mucha rapidez.

Para empezar, veamos cómo su conductividad térmica afecta la magnitud del flujo de calor al WGT desde el suelo.

¿Nuestro ejemplo de cálculo se realizó para suelos con conductividad térmica? \u003d 2.076 W / (K • m), y el flujo de calor específico fue q_yD = 41,4 W. En la fig. 3 muestra la función q_yD = ?(?) con otras condiciones de cálculo sin cambios.

 

Se sabe que cuando se usa VGT en verano en el modo de eliminar el calor de las máquinas de refrigeración del sistema de aire acondicionado, aumenta la eficiencia de los intercambiadores de calor del suelo que funcionan en invierno junto con una bomba de calor. La curva de la fig. La Figura 4 muestra la naturaleza de la dependencia del flujo de calor específico del suelo al VGT en invierno en la relación entre la necesidad anual de frío del edificio y su necesidad anual de calor para calefacción.

En la práctica europea, en la construcción de bombas de calor geotérmicas, se suelen utilizar VGT con dos tubos de polietileno en forma de U instalados en un pozo. El modelo matemático permite evaluar la efectividad de tal solución técnica (Fig. 5). Los valores del flujo de calor específico en las columnas izquierda y derecha del diagrama se calculan para los valores del diámetro equivalente del VGT, correspondiente al diseño del intercambiador de calor con uno y dos tubos en U.

La diferencia de temperatura entre el suelo y el glicol enfriado en el evaporador de la bomba de calor es decisiva para la intensificación de la transferencia de calor en el suelo. En la fig. 6 muestra la dependencia del flujo de calor específico de esta diferencia de temperatura.

Cabe señalar especialmente que las Figuras 3…6 no muestran los valores absolutos del flujo de calor específico del suelo al VGT, sino la naturaleza del cambio en estos valores de uno de los argumentos, mientras que muchos otros los argumentos permanecen sin cambios, o más bien, como fueron definidos o dados en nuestro ejemplo de cálculo. Por lo tanto, es imposible guiarse por los diagramas que se muestran en estas figuras para calcular la longitud del VGT en proyectos específicos.

 

Se recomienda determinar la longitud de los intercambiadores de calor de suelo verticales utilizando la fórmula (6).