Para la calefacción y el suministro de agua caliente para hogares privados, es recomendable utilizar una bomba de calor de agua a agua que funcione a partir de fuentes naturales: aguas subterráneas, ríos, embalses, etc. El sistema se caracteriza por una seguridad ambiental absoluta, no requiere gastos regulares en consumibles y, por lo tanto, se vuelve cada vez más popular.
Hablaremos sobre las opciones para el dispositivo de una bomba de calor que utiliza la energía ecológica del agua para transferirla a sistemas de calefacción domésticos. Para los artesanos caseros curiosos, describimos los principios de operación de las opciones de dispositivos populares y la tecnología de construcción. Descubrirá de nosotros qué equipo se requiere para el funcionamiento del sistema.
El principio de funcionamiento de la bomba de calor agua a agua.
La bomba de calor encarna el principio del ciclo de Carnot. Consiste en el hecho de que una sustancia en movimiento en un sistema cerrado y cambiando su estado químico, bajo la influencia de factores químicos, físicos o térmicos, de un estado líquido a un estado gaseoso, libera y absorbe una gran cantidad de energía térmica.
El papel de la sustancia de trabajo es un medio térmico: el agua de un pozo o de un reservorio.
Incluso en invierno en fuentes naturales a una cierta profundidad se mantiene una temperatura positiva, por lo tanto, la energía térmica se puede extraer de ellas durante todo el año. El único inconveniente de la instalación es el alto consumo de energía y la necesidad de comprar equipos adicionales.
El diagrama muestra la trayectoria de la circulación de agua y refrigerante. El sistema permite recibir energía térmica, independientemente de la temporada.
Los elementos principales de la bomba de calor agua-agua:
- compresor
- evaporador
- condensador
- válvula de inducción de expansión;
- sistema automático que controla el rendimiento;
- múltiples autopistas de tuberías de cobre;
- Sustancia de trabajo (refrigerante).
Con la ayuda de una bomba especial, el agua ingresa en las tuberías desde la fuente hasta la instalación térmica y luego interactúa con el gas (freón), que hierve a una temperatura de + 2-3 grados. El freón absorbe parte del calor del agua y es absorbido por el compresor, donde su temperatura aumenta durante la compresión.
El equipo de la bomba de calor ocupa mucho espacio, pero brinda la oportunidad de deshacerse de la dependencia comunitaria.
A continuación, el refrigerante ingresa al condensador, después de lo cual la sustancia caliente calienta el agua a una temperatura predeterminada (de +40 a +80 grados), que se transporta a través de las tuberías del sistema de calefacción.
El agua enfriada ingresa al evaporador, luego se drena en el pozo receptor. Después de pasar a través del condensador, el refrigerante se convierte en líquido y se acumula en la parte inferior del elemento, luego regresa a su lugar original a través del estrangulador. Entonces el ciclo se repite.
Por principio de diseño, la bomba de calor es un refrigerador invertido. Solo su evaporador está sumergido en agua, y la parte calentada está en el suelo y produce calor. 
El trabajo de la unidad interna del geosistema agua-agua está destinado a calentar el refrigerante para los circuitos de calefacción y el agua para el suministro de agua caliente. 
Bombas de calor, fabricadas para la construcción de edificios de baja altura, por favor con pequeñas dimensiones. Utilizan agua de depósitos abiertos, pozos y anticongelante de sistemas cerrados, depositados en el suelo. 
Según el diseño y los equipos técnicos, las bombas de calor consumen del 5 al 25% de la energía, el resto de la energía se destina a la provisión de sistemas de ingeniería.
¿Qué mirar a la hora de organizar tal calefacción?
Hay una gran cantidad de diferentes modificaciones de bombas de calor, diseñadas para locales de cualquier propósito y tamaño, así como para trabajar en diferentes condiciones. El equipo está destinado a calentar casas con un área total de 50 a 150 metros cuadrados.
Número de referencia 1 - dureza del agua
La calidad del agua de un pozo o reservorio juega un papel importante en la selección de equipos. No todos los modelos pueden trabajar en agua dura que contiene una gran cantidad de manganeso y hierro.
La alta concentración de estos elementos daña el sistema: la corrosión se forma más rápido en las tuberías, lo que conduce a una disminución en la eficiencia del equipo y su vida útil.
Por lo tanto, antes de comprar una bomba de calor, se toma una muestra de agua y se analiza la presencia de estos y otros oligoelementos: sulfuro de hidrógeno, amoníaco, cloro, etc. Por lo general, si la temperatura en el estanque supera los +13 grados, es más probable que haya muchos iones de hierro y manganeso en el agua.
Por lo tanto, la bomba de calor de agua a agua se selecciona según la dureza del agua. Hay sistemas cuyos elementos están más protegidos contra la corrosión, pero son más caros.
Número de referencia 2 - modo de operación
La bomba de calor puede utilizarse como única fuente de calor o interactuar con otros sistemas. Por lo tanto, antes de elegir un modelo, es importante determinar en qué modo funcionará el dispositivo.
En total hay dos tipos de funcionamiento del sistema:
- Monovalente Los aparatos tienen gran potencia, aptos para calentar la casa.
- Bivalente Dispositivos menos productivos que complementan los principales equipos de calefacción.
Para la construcción de un sistema autónomo con la unidad de calefacción principal agua-agua, se necesita un tipo monovalente.
Número de referencia 3 - potencia de la bomba
La potencia es un indicador importante al elegir una bomba de calor, ya que el rendimiento del sistema depende de ella. Cuanto mayor sea la potencia, mayor será la eficiencia del equipo, pero también el mayor consumo de energía.
El rendimiento de la bomba de calor de agua a agua se selecciona en función de las necesidades reales.
Al elegir un dispositivo con potencia insuficiente, la eficiencia del sistema disminuirá si la pérdida de calor de la casa excede la cantidad de energía devuelta por el sistema. La bomba de calor puede funcionar durante todo el día, pero su efecto no será debido a una disminución en la temperatura del agua.
Cuando la pérdida de calor del edificio es menor que la transferencia de calor del sistema, la bomba generalmente se inicia automáticamente durante unos minutos, calienta el agua a la temperatura establecida y la transporta a través del sistema. Luego se apaga hasta el momento en que la temperatura desciende varios grados. Entonces el ciclo se repite.
Número de referencia 4 - modelo funcionalmente específico
Las bombas de calor pueden tener funciones adicionales tales como:
- Sistema de control automático que te permitirá ajustar el microclima de la habitación al gusto. El control se hace generalmente con un control remoto.
- Función de calentamiento de agua para agua caliente.
- Carcasa insonorizada.
- La capacidad de conectarse a otros sistemas de calefacción, colectores solares, que harán que el equipo para calefacción sea completamente autónomo.
La duración de la operación de las bombas de calor agua a agua generalmente supera los 30 años.
No menos importante a la hora de elegir el equipo, considere el costo de instalación e instalación.
Cálculo de la potencia requerida de la bomba de calor.
Antes de comprar un sistema, es importante realizar un borrador previo y calcular la capacidad del equipo requerido. La productividad se calcula teniendo en cuenta las necesidades reales de energía térmica. Tenga en cuenta los costos del calor, la pérdida de calor en el hogar y la presencia o ausencia de un circuito de ACS.
Algoritmo de cálculo:
- Calcula el área total de locales climatizados.
- Determinamos la cantidad necesaria de energía para calentar. La tasa óptima por metro cuadrado es de 0.07 kW.
- Para calentar una casa en N metros cuadrados, necesita N * 0.07 kW.
- Para ACS, se agrega un 15-20% adicional al número resultante, es decir, N * 0.07 * 0.85 o N * 0.07 * 0.80.
Este cálculo será óptimo para habitaciones con techos que no excedan una altura de 2, 7 m. Los especialistas realizarán cálculos más precisos durante la preparación del proyecto.
Las bombas de calor no son muy populares entre nosotros todavía. Esto se debe al combustible azul barato, que no tiene alternativa en este momento. 
Sin embargo, en áreas que no tienen acceso a un suministro de gas centralizado, la instalación de una bomba de calor es ventajosa y conveniente. 
Por 1 kW de energía gastada, la bomba de calor genera 5-6 kW. A diferencia de los calentadores eléctricos que producen calor tanto como la energía consumida. 
Las nuevas modificaciones de las bombas de calor no requieren la disposición de una habitación separada. Son prácticamente silenciosos y compactos, pueden ubicarse en pasillos, pasillos, cocinas.
Trabajos preparatorios antes de la operación.
La preparación para el montaje, la conexión y la puesta en servicio de una bomba de calor de la serie agua a agua incluye una serie de pasos estándar, que seguiremos explorando.
Selección de la fuente de agua óptima.
Debe tenerse en cuenta que no todas las fuentes abiertas o pozos de agua son adecuados para el buen funcionamiento de una bomba de calor. La calidad del agua juega un papel importante, pero los filtros pueden resolver el problema de la contaminación.
Se puede usar un estanque o estanque ubicado dentro de un radio de 100 metros del edificio. Si no hay tal fuente, entonces es necesario perforar pozos.
La elección de la fuente de la bomba de calor debe centrarse en la simplicidad y el costo de uso. En el caso de un estanque abierto cercano, es más prudente utilizar
El comportamiento del código abierto es más predecible que el agua subterránea, por lo que, si es posible, es mejor dar preferencia a los cuerpos de agua.
La perforación y el desarrollo del pozo geotérmico utilizado en el esquema de bomba de calor no siempre justifican la inversión 
La versión más sencilla y económica del evaporador: tubos de anillos enrollados repetidamente colocados en el depósito más cercano 
La gran ventaja de usar el reservorio es el costo mínimo de instalar un sistema que utiliza energía natural gratuita. 
Cuando el rendimiento de la bomba de calor disminuye, las tuberías se retiran a la superficie, inspeccionan y reparan los daños.
Instalación de un sistema de calefacción utilizando un pozo.
Para instalar el sistema utilizando una bomba de calor, se necesitarán dos pozos. Uno de los pozos se llama débito. Es en él que se sumerge una bomba especial, a través de la cual se toma agua para su posterior procesamiento en el sistema. El segundo pozo es el que recibe. Se vierte agua fría en ella.
Los pozos de drenaje y suministro deben ubicarse a una distancia de al menos 15 metros
La profundidad del pozo de débito no debe superar los 50 metros. Cuanto más profunda esté la fuente de agua, más potente será la bomba para suministrarla, lo que aumentará la cantidad de energía consumida.
Dispositivo de débito bien
Antes de usar un pozo de débito, es importante saber cuánta agua puede dar y cuánto líquido se necesita para mantener caliente todo el espacio. Cuanto más alta sea la temperatura del agua, menos necesitará para calentar.
Es importante pre-calcular el volumen V, que debe ser bombeado fuera del pozo dentro de una hora para calentar la habitación. Supongamos que hay una bomba cuya salida de calor es igual a un cierto número de Q kW, y el consumo de energía es el número P kW. También necesita saber la temperatura del agua subterránea ( t1 ) y su temperatura después del intercambio de calor ( t2 ).
Luego, la fórmula para calcular el volumen de la cantidad de agua requerida por hora es la siguiente:
V = (QP) / (t1-t2).
Es analíticamente imposible determinar la capacidad de un pozo de débito para producir el volumen requerido de agua, por lo tanto, se prueba. En 3 días, la bomba bombea continuamente el agua del pozo. Por lo tanto, el pozo de prueba se lleva a cabo en la posibilidad de recibir la cantidad requerida de agua bajo carga alta.
Es importante comprender que las aguas subterráneas se comportan de manera impredecible, por lo que el agua de un pozo de débito puede eventualmente disminuir. Por ejemplo, en primavera hay mareas, y en invierno, por el contrario, el agua disminuye. Si no hay suficiente agua en el pozo, el sistema se apaga automáticamente, no se produce calentamiento.
Características del pozo receptor.
El pozo tubular receptor está ubicado aguas abajo del agua subterránea. Es analíticamente imposible determinar en qué dirección se está moviendo el agua. Por lo tanto, en la práctica, se elige un pozo arbitrario como débito y se lanza una bomba sumergible en él.
Si durante el funcionamiento del sistema el nivel del agua no cae, la elección se realiza correctamente. Si el nivel ha bajado y la temperatura del agua ha bajado, entonces es necesario cambiar los pozos en algunos lugares: mueva la bomba sumergible a otro orificio.
El tubo de desagüe en el pozo receptor debe sumergirse unos pocos centímetros en el agua, sin llegar al fondo. Si tira el líquido de desecho desde la parte superior, se producirá un anegamiento. El pozo tubular puede dejar de tomar agua y atascarse.
El resultado amenaza con desbordarse, y en invierno, la posible formación de hielo. Las mejores opciones para recibir la fuente es un río o estanque. Si estos objetos no están cerca, entonces es necesario perforar uno o más pozos de recepción para asegurarse contra el desbordamiento.
La figura muestra un ejemplo de uso de un pozo como receptor y débito.
Es imposible saber si un pozo aceptará agua de manera analítica o de prueba. La práctica demuestra que el pozo de drenaje puede absorber el agua sin problemas durante muchos años, e incluso puede fallar en una temporada.
Existen tecnologías que permiten usar un pozo como débito y recibirlo, pero este método no es efectivo: la operación estará acompañada por dificultades, posiblemente disminuyendo la temperatura del agua, la acumulación de agua y otros problemas.
Sistema de dispositivos mediante el depósito.
El estanque seleccionado debe ser lo suficientemente profundo como para que las capas inferiores de agua no se congelen durante las heladas severas. En las regiones del sur, la profundidad óptima será de aproximadamente 1 metro, en las áreas del norte se requerirá una fuente con una profundidad de 3 metros o más. Además, el estanque debe ser estable: las fluctuaciones en el nivel del agua y su disminución son inaceptables.
Al reservorio hay dos tuberías: débito y recepción. Una bomba sumergible está instalada en la admisión.
Como tuberías, se recomienda utilizar modelos de HDPE, caracterizados por su durabilidad y confiabilidad. Es importante proteger las tuberías contra la congelación, también calentarlas y evitar los avances.
Preparación de la casa para la instalación de una bomba de calor.
Para interactuar con la bomba de calor, el agua-agua en la casa debe estar equipada con un sistema de calefacción a base de agua, presentado en forma de tuberías, baterías de radiadores. Para un mejor aislamiento en el piso y las paredes, también se permite instalar tuberías de calefacción.
Si el equipo se utilizará para suministrar agua caliente, entonces debe haber un sistema de recolección en la casa. Para operar la bomba, necesita una conexión eléctrica con potencia ilimitada.
Sin medidas adicionales para el aislamiento térmico de la casa (aislamiento exterior, instalación de ventanas de dos cámaras, etc.), el funcionamiento de la bomba de calor no tiene sentido.
Los expertos recomiendan instalar adicionalmente un sistema de ventilación de tipo nuevo con un mecanismo de calentamiento de aire. El freón usado en equipos es dañino para los humanos. Si se producen micro-explosiones en el circuito del sistema, el gas se liberará y, por lo tanto, desplazará el aire de la habitación. El refrigerante puede causar el empeoramiento de la enfermedad pulmonar de una persona, los ataques de asfixia.
La bomba de calor es un equipo pesado, su peso puede alcanzar una tonelada (depende de la potencia y el tamaño), por lo que para su instalación, en algunos casos, es necesario construir su propia base, no conectada a la base de la casa.
Antes de instalar el equipo, es necesario tener en cuenta las dimensiones permitidas de la habitación, para mantener la distancia a las paredes indicadas en el pasaporte del producto.
Equipo adicional
La elección de un equipo adicional para una bomba de calor es una tarea crucial, cuya solución en muchos aspectos determina la vida útil a largo plazo del sistema de calefacción en su conjunto y la ausencia de problemas en el funcionamiento.
Bomba sumergible para pozos y estanques.
Si la bomba de calor del sistema se utiliza para suministrar agua caliente, un dispositivo con poca capacidad puede disminuir la presión en los grifos. Una bomba potente resolverá este problema, pero consume más energía. Potencia mínima admisible durante el funcionamiento de FGP - 1 kW.
Hay muchas modificaciones diferentes de las bombas sumergibles. La selección se realiza de acuerdo a tres criterios, es:
- La cantidad de fluido utilizado para el bombeo (cuanto más agua tenga que ser transportada, mayor será la capacidad de la bomba).
- Profundidad del pozo (cuanto más profundo sea el pozo, mayor debe ser la capacidad del equipo);
- El diámetro del pozo (tradicionalmente se prefieren los ejes de 4 pulgadas, porque crearon el mayor número de bombas, en lugar de 3 pulgadas).
Para determinar la profundidad del pozo, es necesario asegurar la carga en la cuerda y bajarla a la mina. La parte húmeda de la cuerda indicará la profundidad completa del pozo, la parte seca determinará la distancia desde el comienzo del agua hasta la superficie.
La bomba se sumerge en el pozo a la profundidad indicada por el fabricante del dispositivo. Generalmente en la hoja de datos se indica cuántos metros deben haber entre el espejo del agua y la bomba, la parte inferior de la generación y la bomba.
Para minas, tanto las bombas universales como los equipos diseñados especialmente para pozos pueden ser adecuados. Si la mina fue desarrollada por profesionales, entonces está menos obstruida con arena, por lo que puede usar una bomba universal de manera segura.
Las bombas, diseñadas específicamente para pozos, son más caras, pero hacen un excelente trabajo con arena y lodo, menos obstruidas. Los universales son sensibles al alto contenido orgánico, deben limpiarse regularmente de suciedad, como resultado de lo cual se reduce su vida útil.
Vale la pena dar preferencia a las bombas con sistemas automáticos, ya que cuando el motor se sobrecalienta, el bloqueo excesivo o la falta de agua en el pozo, se apagan de forma independiente, como resultado de lo cual el motor no se sobrecalienta y no falla.
De acuerdo con el principio de acción, existen 2 tipos de bombas sumergibles:
- Centrífuga
- Vibracion
Para la operación en pozos que producen agua en piedra caliza, son preferibles los modelos de profundidad centrífuga. Son sensibles al agua con granos de arena y lodos de arcilla.
Si la bomba de calor está conectada a un estanque abierto, es mejor usar equipos de bombeo de superficie diseñados para bombear agua sucia o un dispositivo de vibración económico.
Intercambiador de calor intermedio de bomba de calor
En las bombas de calor, el freón no se enfría lo suficiente durante la circulación, lo que provoca un sobrecalentamiento del compresor como resultado de una temperatura de descarga excesiva. Por lo tanto, es importante mejorar el enfriamiento de la sustancia, disminuyendo así la presión en los circuitos.
Hay otro problema que es común a todas las bombas de calor, el refrigerante se puede mezclar con vapor de agua. Si entra líquido en el compresor, puede producirse un golpe de ariete. En este caso, necesita reparar o reemplazar partes. Además, el agua puede entrar en el aceite, y es difícil eliminarlo de allí.
Todos los problemas anteriores se resuelven mediante la instalación de un intercambiador de calor intermedio. Los intercambiadores de calor son de tres tipos: abierto, concha y tubo y serpentina.
La modificación del tipo abierto neutraliza el líquido atrapado en el freón durante la circulación, lo que minimiza la probabilidad de choque del compresor. El dispositivo se caracteriza por un alto rendimiento con un mínimo consumo de energía.
Al instalar un intercambiador de calor de tipo abierto, es importante elegir correctamente el tamaño de la tubería de líquido para asegurar la compresión de presión mínima
Las tuberías correctamente seleccionadas neutralizarán la posibilidad de hervir líquidos. En este caso, la válvula debe tener una capacidad de flujo suficiente para que un líquido con una diferencia de presión baja pueda penetrar en el dispositivo.
El intercambiador de calor de carcasa y tubos se presenta en forma de una estructura cerrada. La transferencia de calor se produce a través de las paredes de las tuberías, y el líquido y el refrigerante que contiene no se mezclan, a diferencia de los abiertos, lo que proporciona una alta presión para la circulación del vapor y el aire.
El intercambiador de calor de la bobina se caracteriza por la presencia de un regulador de flujo que controla el flujo de freón líquido. El tamaño del dispositivo depende de la potencia de la bomba de calor. Es necesario elegir un producto teniendo en cuenta la funcionalidad y la suma disponible. Es conveniente dar preferencia a los modelos plegables.
Filtros de bomba de calor
El agua de pozos o reservorios no fluye en forma pura. Puede contener arena, suciedad, diversos elementos traza: hierro, sulfuro de hidrógeno, manganeso, cloro, amoníaco, etc. Antes de ingresar a la bomba de calor, el agua debe filtrarse.
En primer lugar, es necesario eliminar sustancias grandes: piedras, arena, tierra, limo. Para eliminarlos del agua, es necesario instalar un hidrociclón.
Un hidrociclón es un dispositivo requerido para el tratamiento brusco del agua. Es necesario elegirlo teniendo en cuenta la potencia de bombeo.
Además, es importante instalar filtros que eliminen el hierro, el sulfuro de hidrógeno, el manganeso y el amoníaco. Estos elementos traza acortan la vida útil del equipo y lo corroen.
Puede utilizar filtros de ósmosis inversa, suavizantes, removedores de hierro y sus modificaciones. Para garantizar el consumo de agua caliente, se deben equipar adicionalmente filtros de carbón y un esterilizador UV que destruye las bacterias y los virus.
Generador eléctrico para energía de respaldo.
Las bombas de calor funcionan en la red eléctrica, por lo que si se produce un corte de energía, la casa permanecerá sin calefacción. Es recomendable comprar adicionalmente un generador que funcione con sustancias combustibles.
Es importante que el generador pueda generar la potencia necesaria para operar el compresor de la bomba.
Las características de la operación de tal bomba de calor
Una vez al año, es necesario realizar una inspección visual independiente de los componentes de la bomba, seguir las recomendaciones de mantenimiento: lubricar las piezas de manera oportuna, controlar el funcionamiento correcto del dispositivo cuando se bombea agua.
Algunos especialistas de los centros de servicio deben revisar con regularidad algunos tipos de equipos (generalmente de 1 a 2 veces al año). Durante la prueba, identifique:
- Fugas de aceite del motor a través de grietas en el circuito;
- cierres de calidad y conexiones;
- nivel de presión en tanques y circuitos;
- Mal funcionamiento en el cableado de potencia.
La instalación de la bomba de calor de agua a agua debe confiarse a profesionales capacitados. La ineficiencia del sistema suele estar asociada con una instalación incorrecta. El equipo térmico es adecuado para el uso de los residentes de las regiones del sur y del norte.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
El video introducirá el principio de funcionamiento y las características del dispositivo:
Como resultado, se puede concluir que la bomba de calor de agua a agua se considera un equipo eficaz y respetuoso con el medio ambiente diseñado para calentar hogares de hasta 150 metros cuadrados. En la disposición de los locales de un área más grande puede que ya necesite estudios de ingeniería bastante complejos.
Si tiene alguna pregunta durante la revisión de la información proporcionada, pregúnteles en el cuadro a continuación. Estamos esperando sus comentarios, preguntas sobre el tema, historias y fotos sobre la construcción de una mini central hidroeléctrica. Nos interesa tu opinión.