Calefacción e refrixeración cunha bomba de calor - Parte 1

Introdución

Se estás explorando opcións para quentar e refrescar a túa casa ou reducir as túas facturas de enerxía, podes considerar un sistema de bomba de calor. As bombas de calor son unha tecnoloxía comprobada e fiable en Canadá, capaz de proporcionar un control de confort durante todo o ano para a súa casa, proporcionando calor no inverno, refrixerando no verán e, nalgúns casos, quentando auga quente para a súa casa.

As bombas de calor poden ser unha excelente opción en unha variedade de aplicacións, tanto para vivendas novas como para renovacións dos sistemas de calefacción e refrixeración existentes. Tamén son unha opción á hora de substituír os sistemas de aire acondicionado existentes, xa que o custo incremental para pasar dun sistema de só refrixeración a unha bomba de calor adoita ser bastante baixo. Dada a riqueza de diferentes tipos de sistemas e opcións, moitas veces pode ser difícil determinar se unha bomba de calor é a opción correcta para a súa casa.

Se está a pensar nunha bomba de calor, é probable que teña unha serie de preguntas, entre elas:

• Que tipos de bombas de calor están dispoñibles?
• Canto das miñas necesidades anuais de calefacción e refrixeración pode proporcionar unha bomba de calor?
• Que tamaño de bomba de calor necesito para a miña casa e aplicación?
• Canto custan as bombas de calor en comparación con outros sistemas e canto podería aforrar na miña factura de enerxía?
• Terei que facer modificacións adicionais na miña casa?
• Canto servizo requirirá o sistema?

Este folleto ofrece datos importantes sobre as bombas de calor para axudarche a estar máis informado e axudarche a tomar a decisión correcta para a túa casa. Usando estas preguntas como guía, este folleto describe os tipos máis comúns de bombas de calor e analiza os factores que interveñen na elección, instalación, funcionamento e mantemento dunha bomba de calor.

Público destinado

Este folleto está destinado aos propietarios que buscan información básica sobre tecnoloxías da bomba de calor para apoiar a toma de decisións informadas sobre a selección e integración, operación e mantemento do sistema. A información que se ofrece aquí é xeral e os detalles específicos poden variar dependendo da súa instalación e do tipo de sistema. Este folleto non debe substituír o traballo cun contratista ou asesor enerxético, que se asegurará de que a súa instalación satisfaga as súas necesidades e obxectivos desexados.

Unha nota sobre a xestión da enerxía no fogar

As bombas de calor son sistemas de calefacción e refrixeración moi eficientes e poden reducir significativamente os seus custos de enerxía. Ao pensar na casa como un sistema, recoméndase minimizar as perdas de calor da súa casa por áreas como as fugas de aire (por fendas, buratos), paredes, teitos, fiestras e portas mal illados.

Abordar estes problemas primeiro pode permitirche utilizar un tamaño de bomba de calor máis pequeno, reducindo así os custos do equipamento da bomba de calor e permitindo que o teu sistema funcione de forma máis eficiente.

Existen varias publicacións que explican como facelo en Natural Resources Canada.

Que é unha bomba de calor e como funciona?

As bombas de calor son unha tecnoloxía comprobada que se utilizou durante décadas, tanto en Canadá como no mundo, para proporcionar calefacción, refrixeración e, nalgúns casos, auga quente aos edificios de forma eficiente. De feito, é probable que interactúes coa tecnoloxía da bomba de calor a diario: os frigoríficos e os equipos de aire acondicionado funcionan utilizando os mesmos principios e tecnoloxía. Esta sección presenta os conceptos básicos de como funciona unha bomba de calor e presenta diferentes tipos de sistemas.

Conceptos básicos da bomba de calor

Unha bomba de calor é un dispositivo accionado eléctricamente que extrae calor dun lugar de baixa temperatura (unha fonte) e entrégao a un lugar de maior temperatura (un sumidoiro).

Para entender este proceso, pense nun paseo en bicicleta por un outeiro: non se require ningún esforzo para ir dende o alto do outeiro ata o fondo, xa que a bicicleta e o ciclista moveranse naturalmente dun lugar alto a outro máis baixo. Non obstante, subir o monte require moito máis traballo, xa que a bicicleta está a moverse en contra da dirección natural do movemento.

Do mesmo xeito, a calor flúe naturalmente desde lugares con temperaturas máis altas a lugares con temperaturas máis baixas (por exemplo, no inverno, a calor do interior do edificio pérdese cara ao exterior). Unha bomba de calor utiliza enerxía eléctrica adicional para contrarrestar o fluxo natural de calor e bombea a enerxía dispoñible nun lugar máis frío a outro máis cálido.

Entón, como quenta ou refresca a túa casa unha bomba de calor? A medida que se extrae enerxía dunha fonte, a temperatura da fonte redúcese. Se a vivenda se utiliza como fonte, eliminarase a enerxía térmica, arrefriando este espazo. Así funciona unha bomba de calor en modo refrixeración, e é o mesmo principio que usan os aires acondicionados e os frigoríficos. Do mesmo xeito, a medida que se lle engade enerxía a unha pía, a súa temperatura aumenta. Se a vivenda se utiliza como lavabo, engadirase enerxía térmica quentando o espazo. Unha bomba de calor é totalmente reversible, o que significa que pode quentar e refrescar a súa casa, proporcionando confort durante todo o ano.

Fontes e sumidoiros para bombas de calor

A selección da fonte e do sumidoiro para o seu sistema de bomba de calor permite determinar o rendemento, os custos de capital e os custos operativos do seu sistema. Esta sección ofrece unha breve visión xeral das fontes e sumidoiros comúns para aplicacións residenciais en Canadá.

Fontes: dúas fontes de enerxía térmica úsanse máis habitualmente para quentar fogares con bombas de calor en Canadá:

• Fonte de aire: a bomba de calor extrae calor do aire exterior durante a estación de calefacción e rexeita a calor exterior durante a estación de refrixeración estival.
• Pode ser sorprendente saber que aínda cando as temperaturas exteriores son frías, aínda hai unha boa cantidade de enerxía dispoñible que se pode extraer e entregar ao edificio. Por exemplo, o contido de calor do aire a -18 °C equivale ao 85% da calor contida a 21 °C. Isto permite que a bomba de calor proporcione unha boa cantidade de calefacción, incluso durante o tempo máis frío.
• Os sistemas de fonte de aire son os máis comúns no mercado canadense, con máis de 700.000 unidades instaladas en todo Canadá.
• Este tipo de sistema é discutido con máis detalle na sección Bombas de calor de fonte de aire.
• Fonte do chan: unha bomba de calor terrestre utiliza a terra, a auga subterránea ou ambas as dúas como fonte de calor no inverno e como depósito para rexeitar a calor eliminada da casa no verán.
• Estas bombas de calor son menos comúns que as unidades de fonte de aire, pero son cada vez máis utilizadas en todas as provincias de Canadá. A súa principal vantaxe é que non están suxeitos a variacións de temperatura extremas, utilizando o chan como fonte de temperatura constante, o que resulta no tipo de sistema de bomba de calor máis eficiente enerxéticamente.
• Este tipo de sistema explícase con máis detalle na sección Bombas de calor terrestres.

Píos: dous pías para enerxía térmica úsanse máis habitualmente para quentar fogares con bombas de calor en Canadá:

• O aire interior quéntase pola bomba de calor. Isto pódese facer a través de: A auga no interior do edificio quéntase. Esta auga pódese usar entón para servir sistemas terminais como radiadores, chan radiante ou unidades fan coil mediante un sistema hidrónico.
  • Un sistema de canalización central ou
  • Unha unidade interior sen condutos, como unha unidade de parede.

Unha introdución á eficiencia da bomba de calor

Os fornos e as caldeiras proporcionan calefacción do espazo engadindo calor ao aire mediante a combustión dun combustible como o gas natural ou o gasóleo. Aínda que as eficiencias melloraron continuamente, aínda permanecen por debaixo do 100%, o que significa que non toda a enerxía dispoñible da combustión se utiliza para quentar o aire.

As bombas de calor funcionan cun principio diferente. A entrada de electricidade á bomba de calor utilízase para transferir enerxía térmica entre dous lugares. Isto permite que a bomba de calor funcione de forma máis eficiente, cunha eficiencia típica moi superior

100%, é dicir, prodúcese máis enerxía térmica que a cantidade de enerxía eléctrica utilizada para bombeala.

É importante ter en conta que a eficiencia da bomba de calor depende en gran medida das temperaturas da fonte e do pía. Do mesmo xeito que un outeiro máis empinado require máis esforzo para subir nunha bicicleta, as maiores diferenzas de temperatura entre a fonte e o sumidoiro da bomba de calor requiren que traballe máis e poden reducir a eficiencia. Determinar o tamaño correcto da bomba de calor para maximizar a eficiencia estacional é fundamental. Estes aspectos explícanse con máis detalle nas seccións Bombas de calor de fonte de aire e Bombas de calor de fonte terrestre.

Terminoloxía da eficiencia

Nos catálogos de fabricantes utilízanse unha variedade de métricas de eficiencia, o que pode facer que a comprensión do rendemento do sistema resulte algo confusa para o comprador por primeira vez. A continuación móstrase un desglose dalgúns termos de eficiencia de uso común:

Métricas de estado estacionario: estas medidas describen a eficiencia da bomba de calor nun "estado estacionario", é dicir, sen flutuacións na vida real da estación e da temperatura. Polo tanto, o seu valor pode cambiar significativamente a medida que cambian as temperaturas da fonte e do sumidoiro e outros parámetros operativos. As métricas de estado estacionario inclúen:

Coeficiente de rendemento (COP): o COP é unha relación entre a velocidade á que a bomba de calor transfire enerxía térmica (en kW) e a cantidade de enerxía eléctrica necesaria para facer o bombeo (en kW). Por exemplo, se unha bomba de calor utilizase 1 kW de enerxía eléctrica para transferir 3 kW de calor, o COP sería 3.

Relación de eficiencia enerxética (EER): O EER é semellante ao COP e describe a eficiencia de refrixeración en estado estacionario dunha bomba de calor. Determínase dividindo a capacidade de refrixeración da bomba de calor en Btu/h pola entrada de enerxía eléctrica en vatios (W) a unha temperatura específica. EER está estrictamente asociado coa descrición da eficiencia de arrefriamento en estado estacionario, a diferenza do COP que se pode usar para expresar a eficiencia dunha bomba de calor en calefacción e refrixeración.

Métricas de rendemento estacional: estas medidas están deseñadas para dar unha mellor estimación do rendemento durante unha tempada de calefacción ou refrixeración, incorporando as variacións da "vida real" das temperaturas ao longo da tempada.

As métricas estacionais inclúen:

• Factor de rendemento estacional de calefacción (HSPF): HSPF é unha relación entre a cantidade de enerxía que a bomba de calor entrega ao edificio durante a tempada de calefacción completa (en Btu) e a enerxía total (en vatios-hora) que utiliza durante o mesmo período.

As características dos datos meteorolóxicos das condicións climáticas a longo prazo úsanse para representar a estación de calefacción no cálculo do HSPF. Non obstante, este cálculo adoita limitarse a unha única rexión e é posible que non represente completamente o rendemento en Canadá. Algúns fabricantes poden proporcionar un HSPF para outra rexión climática previa solicitude; non obstante, normalmente se informan de HSPF para a Rexión 4, que representan climas similares ao medio oeste dos EUA. A Rexión 5 cubriría a maior parte da metade sur das provincias de Canadá, desde o interior de BC ata Novo Brunswick.

• Ratio de eficiencia enerxética estacional (SEER): SEER mide a eficiencia de refrixeración da bomba de calor durante toda a tempada de refrixeración. Determínase dividindo a refrixeración total proporcionada durante a estación de refrixeración (en Btu) pola enerxía total utilizada pola bomba de calor durante ese tempo (en vatios-hora). O SEER baséase nun clima cunha temperatura media estival de 28 °C.

Terminoloxía importante para sistemas de bombas de calor

Aquí tes algúns termos comúns que podes atopar mentres investigas as bombas de calor.

Compoñentes do sistema de bomba de calor

O refrixerante é o fluído que circula pola bomba de calor, absorbendo, transportando e liberando calor alternativamente. Dependendo da súa localización, o fluído pode ser líquido, gasoso ou unha mestura de gas/vapor

A válvula inversora controla a dirección do fluxo do refrixerante na bomba de calor e cambia a bomba de calor do modo de calefacción ao modo de refrixeración ou viceversa.

Unha bobina é un bucle, ou bucles, de tubos onde ten lugar a transferencia de calor entre a fonte/sumidoiro e o refrixerante. O tubo pode ter aletas para aumentar a superficie dispoñible para o intercambio de calor.

O evaporador é un serpentín no que o refrixerante absorbe calor do seu entorno e ferve para converterse nun vapor de baixa temperatura. A medida que o refrixerante pasa da válvula inversora ao compresor, o acumulador recolle o exceso de líquido que non se vaporizou nun gas. Non todas as bombas de calor, porén, teñen acumulador.

O compresor comprime as moléculas do gas refrixerante xuntas, aumentando a temperatura do refrixerante. Este dispositivo axuda a transferir enerxía térmica entre a fonte e a pía.

O condensador é un serpentín no que o refrixerante cede calor ao seu contorno e convértese nun líquido.

O dispositivo de expansión reduce a presión creada polo compresor. Isto fai que a temperatura baixe e o refrixerante convértese nunha mestura de vapor/líquido a baixa temperatura.

A unidade exterior é onde se transfire a calor ao aire exterior nunha bomba de calor de fonte de aire. Esta unidade xeralmente contén unha bobina de intercambiador de calor, o compresor e a válvula de expansión. Ten un aspecto e funciona do mesmo xeito que a parte exterior dun aire acondicionado.

O serpentín interior é onde se transfire a calor ao aire interior en certos tipos de bombas de calor de fonte de aire. Xeralmente, a unidade interior contén un serpentín de intercambiador de calor e tamén pode incluír un ventilador adicional para facer circular o aire quente ou arrefriado ao espazo ocupado.

O pleno, só visto en instalacións canalizadas, forma parte da rede de distribución de aire. O pleno é un compartimento de aire que forma parte do sistema de distribución do aire quente ou arrefriado pola vivenda. Xeralmente é un gran compartimento inmediatamente por riba ou arredor do intercambiador de calor.

Outros termos

Unidades de medida de capacidade ou consumo de enerxía:

• Un Btu/h, ou unidade térmica británica por hora, é unha unidade utilizada para medir a produción de calor dun sistema de calefacción. Un Btu é a cantidade de enerxía térmica que desprende unha vela de aniversario típica. Se esta enerxía térmica se liberase ao longo dunha hora, sería o equivalente a un Btu/h.
• Un kW, ou quilovatio, é igual a 1000 vatios. Esta é a cantidade de enerxía que necesitan dez lámpadas de 100 watts.
• Unha tonelada é unha medida da capacidade da bomba de calor. É equivalente a 3,5 kW ou 12 000 Btu/h.

Bombas de calor de fonte de aire

As bombas de calor de fonte de aire usan o aire exterior como fonte de enerxía térmica no modo de calefacción e como sumidoiro para rexeitar a enerxía cando están en modo de refrixeración. Estes tipos de sistemas pódense clasificar xeralmente en dúas categorías:

Bombas de calor aire-aire. Estas unidades quentan ou arrefrían o aire dentro da súa casa e representan a gran maioría das integracións de bombas de calor con fonte de aire en Canadá. Pódense clasificar ademais segundo o tipo de instalación:

• Conducto: o serpentín interior da bomba de calor está situado nun conduto. O aire quéntase ou arrefríase pasando sobre o serpentín, antes de ser distribuído a través dos conductos a diferentes lugares da casa.
• Sen conductos: o serpentín interior da bomba de calor está situado nunha unidade interior. Estas unidades interiores sitúanse xeralmente no chan ou na parede dun espazo ocupado e quentan ou arrefrían o aire nese espazo directamente. Entre estas unidades, podes ver os termos mini-e multi-split:
  • Mini-Split: unha única unidade interior está situada no interior da casa, servida por unha única unidade exterior.
  • Multi-Split: varias unidades interiores están situadas na casa e son atendidas por unha única unidade exterior.

Os sistemas aire-aire son máis eficientes cando a diferenza de temperatura entre o interior e o exterior é menor. Por iso, as bombas de calor aire-aire xeralmente tentan optimizar a súa eficiencia proporcionando un maior volume de aire quente e quentando ese aire a unha temperatura máis baixa (normalmente entre 25 e 45 °C). Isto contrasta cos sistemas de fornos, que entregan un menor volume de aire, pero quentan ese aire a temperaturas máis altas (entre 55 °C e 60 °C). Se estás cambiando a unha bomba de calor desde un forno, podes notar isto cando comeces a usar a túa nova bomba de calor.

Bombas de calor aire-auga: menos comúns en Canadá, as bombas de calor aire-auga quentan ou arrefrían auga, e úsanse en casas con sistemas de distribución hidrónicos (a base de auga), como radiadores de baixa temperatura, pisos radiantes ou unidades fan coil. No modo de calefacción, a bomba de calor proporciona enerxía térmica ao sistema hidrónico. Este proceso invértese no modo de arrefriamento, e a enerxía térmica é extraída do sistema hidrónico e rexeitada ao aire exterior.

As temperaturas de funcionamento do sistema hidrónico son críticas á hora de avaliar as bombas de calor aire-auga. As bombas de calor aire-auga funcionan de forma máis eficiente ao quentar a auga a temperaturas máis baixas, é dicir, por debaixo de 45 a 50 °C, e como tales son unha mellor combinación para chans radiantes ou sistemas de fan coil. Hai que ter coidado se se considera o seu uso con radiadores de alta temperatura que requiren temperaturas da auga superiores a 60 °C, xa que estas temperaturas xeralmente superan os límites da maioría das bombas de calor residenciais.

Principais beneficios das bombas de calor de fonte de aire

A instalación dunha bomba de calor con fonte de aire pode ofrecerche unha serie de beneficios. Esta sección explora como as bombas de calor de fonte de aire poden beneficiar a súa pegada enerxética doméstica.

Eficiencia

O principal beneficio de usar unha bomba de calor de fonte de aire é a alta eficiencia que pode proporcionar na calefacción en comparación cos sistemas típicos como fornos, caldeiras e zócalos eléctricos. A 8 °C, o coeficiente de rendemento (COP) das bombas de calor de fonte de aire normalmente oscila entre 2,0 e 5,4. Isto significa que, para as unidades cun COP de 5, transfírense 5 quilovatios hora (kWh) de calor por cada kWh de electricidade subministrada á bomba de calor. A medida que baixa a temperatura do aire exterior, os COP son máis baixos, xa que a bomba de calor debe funcionar nunha maior diferenza de temperatura entre o espazo interior e o exterior. A -8 °C, os COP poden oscilar entre 1,1 e 3,7.

De forma estacional, o factor de rendemento estacional de calefacción (HSPF) das unidades dispoñibles no mercado pode variar entre 7,1 e 13,2 (Rexión V). É importante ter en conta que estas estimacións do HSPF son para unha zona cun clima similar ao de Ottawa. O aforro real depende moito da localización da súa instalación da bomba de calor.

Aforro Enerxético

A maior eficiencia da bomba de calor pode traducirse en importantes reducións de consumo de enerxía. O aforro real na súa casa dependerá dunha serie de factores, incluíndo o seu clima local, a eficiencia do seu sistema actual, o tamaño e tipo de bomba de calor e a estratexia de control. Moitas calculadoras en liña están dispoñibles para proporcionar unha estimación rápida do aforro de enerxía que pode esperar para a súa aplicación en particular. A ferramenta ASHP-Eval de NRCan está dispoñible de xeito gratuíto e pode ser usada por instaladores e deseñadores mecánicos para axudarche a aconsellar sobre a túa situación.

Como funciona unha bomba de calor de fonte de aire?

Transcrición

Unha bomba de calor con fonte de aire ten tres ciclos:

• Ciclo de calefacción: subministración de enerxía térmica ao edificio
• O ciclo de refrixeración: eliminación de enerxía térmica do edificio
• Ciclo de desconxelación: eliminación de xeadas
• acumulación en bobinas exteriores

O ciclo de calefacción

Observación:

Algúns dos artigos están tirados de Internet. Se hai algunha infracción, póñase en contacto connosco para eliminala. Se estás interesado nos produtos da bomba de calor, póñase en contacto coa empresa de bombas de calor OSB, somos a mellor opción.