Este projeto visa desenvolver uma bomba de calor de código aberto de baixo custo com o objetivo de reduzir o uso de combustíveis fósseis para aquecimento, reduzir as forças climáticas e o financiamento dos militares russos. Instalar uma bomba de calor é uma das três principais coisas que as pessoas podem fazer para impedir a agressão russa a longo prazo
Conteúdo
Entendendo o mercado
Em geral, descobriu-se que o hardware de código aberto tem um custo mais baixo do que as ofertas proprietárias, por isso é razoável presumir que o código aberto do projeto de uma bomba de calor que pode ser fabricada em um processo distribuído poderia reduzir o custo e, assim, aumentar a taxa de adoção. As bombas de calor já são marginalmente económicas em alguns locais dos EUA, especialmente quando são acopladas à energia fotovoltaica, ver:
- Economia de sistemas solares fotovoltaicos ligados à rede acoplados a bombas de calor: o caso dos climas do norte dos EUA e Canadá para gás natural e para
- Descarbonização de edifícios residenciais rurais em climas frios: Uma análise técnico-económica da electrificação do aquecimento para propano.
Noções básicas de uma bomba de calor
 Licença CC-BY-SA v4.0](/File:M_Valden_Heat_Pump_Controller_model.jpg)
Uma bomba de calor W é um dispositivo que transfere energia térmica entre espaços, geralmente entre um espaço fechado e o exterior. Quando usada para aquecer um edifício, a energia é transferida do exterior para o edifício. Uma bomba de calor também pode funcionar como ar condicionado, transferindo calor do edifício para o exterior.
Devido à sua elevada eficiência e à crescente percentagem de eletricidade livre de combustíveis fósseis, as bombas de calor podem desempenhar um papel fundamental na transição energética e na mitigação das alterações climáticas. Com 1 kWh de eletricidade, podem transferir 3 a 6 kWh de energia térmica para um edifício. [1]
O processo é baseado no ciclo de refrigeração. No modo de aquecimento, um refrigerante à temperatura exterior está a ser comprimido. Como resultado, o refrigerante fica quente. Esta energia térmica pode ser transferida para um sistema de aquecimento central. Depois de ser movido novamente para fora, o refrigerante é descomprimido. Perdeu parte de sua energia térmica e retorna mais frio que o meio ambiente. Agora ele pode absorver a energia circundante do ar ou do solo antes que o processo se repita. Compressores, hélices e bombas funcionam com energia elétrica.
Projetos existentes de bombas de calor OS
- Controlador de bomba de calor Valden - O controlador de bomba de calor Valden é uma plataforma de código aberto para controlar com precisão bombas de calor. Este controlador pode ser utilizado para a automação de Bombas de Calor (HPs) recém-construídas, como controlador de reparo de sistemas antigos ou como sistema de controle para realização de experimentos em equipamentos de refrigeração. Veja Valden Gerber no Altium
- PCB da bomba de calor na Easyeda
- Monitor de bomba de calor aberto - Github
- Hackeando bombas de calor no Youtube
Metas do projeto
Versão 0.1
- Crie uma bomba de calor de fonte de ar de baixo custo com as seguintes propriedades:
- Montado a partir de componentes acessíveis e amplamente disponíveis
- Coeficiente de desempenho (COP) maior que 3
- Ruído de <50 DB a 1m
- Fornecendo ~4Kw de calor
- Fornecimento de eletricidade monofásica
- Projetado para economia circular/desmontagem/reparo
- Isso pode ser montado localmente em grande parte do mundo
- Usando hardware e software de código aberto eletrônicos/controlador
- Compatível com sistemas fotovoltaicos ~1Kw > ~10Kw
- Desenvolva uma estratégia para conformidade regulatória.
Versão 0.2
- Crie uma bomba de calor de fonte de ar de baixo custo com as seguintes propriedades:
- Bomba de calor de código totalmente aberto
- Isso pode ser fabricado localmente na maior parte do mundo
- Utiliza resíduos sempre que possível
- Projetado para economia circular/desmontagem/reparo
- Coeficiente de desempenho (COP) maior que 3
- Ruído de <50 DB a 1m
- Fornecendo ~4Kw de calor
- Fornecimento de eletricidade monofásica
- Valide e teste o sistema e forneça guia para testes de campo
- Compatível com sistemas fotovoltaicos ~1Kw > ~10Kw
- Fornece software, hardware, firmware e monitoramento completos
- Facilitar a produção peer-to-peer da bomba de calor de código aberto em todo o mundo através de fablabs, makerspaces e empresas de hardware aberto
- Desenvolva uma estratégia para conformidade regulatória.
Componentes básicos
Um sistema de bomba de calor com fonte de ar geralmente consiste em uma unidade externa e uma unidade interna de tratamento de ar.
Unidade Externa
- Bobina 1: A bobina opera como condensador (no modo de resfriamento) ou como evaporador (no modo de aquecimento). Observe que a bobina é essencialmente um trocador de calor - e há geometrias mais eficientes para um trocador de calor
- Ventilador 1: O ventilador sopra ar externo sobre a bobina para facilitar a troca de calor. O ventilador é composto por motor e pás.
Unidade interna (manipulador de ar)
- Bobina 2: A bobina atua como evaporador (no modo de resfriamento) ou condensador (no modo de aquecimento).
- Ventilador 2: extrai o calor e o transporta para dentro do prédio
Refrigerante
- O refrigerante é a substância que absorve e rejeita calor à medida que circula pelo sistema da bomba de calor. Para começar na seleção de materiais:
| Tipo | Nome | Notas | |
|---|---|---|---|
| R290 | Propano | É provavelmente o favorito de usar, tem muito menos pressão e é mais fácil. Não deve haver problemas de lubrificação. | |
| R600(a) | Butano/ Isobutano | ||
| R717 | Amônia | Tóxico | |
| R134A | - | será descontinuado | |
| R407 | - | será descontinuado | |
| R410 | - | será descontinuado | |
| CO2 | Dióxido de carbono | O CO2 tem uma pressão muito mais alta e eu esperaria que desse muito mais trabalho para projetar. Possível? |
]
Compressor
- Um compressor pressuriza o refrigerante e o move através da unidade interna e externa. Existem vários tipos de compressores
Compressores de rolagem
Também chamado de compressor espiral , bomba scroll
Algo semelhante ao Copeland ZH06KCU-PFZN pode ser adequado
Artigo Creative Commons sobre compressores scroll isentos de óleo
Este compressor rotativo pode ser interessante
Esta ferramenta Select 8 pode ser útil para pergaminhos Copeland ou Hawco recomendados por Heatpumps.co.uk (recurso de introdução particularmente bom)
Compressores alternativos
Use pistões acionados por um virabrequim.
Válvula de reversão
- Válvula reversora - permite utilizar uma bomba de calor como ar condicionado (por exemplo, alternar entre aquecimento e arrefecimento).
Válvula de expansão
- Válvula de Expansão - regula o fluxo do refrigerante, permitindo a redução da pressão e da temperatura do refrigerante.
Válvulas de expansão eletrônica
0.1 Projeto
| Fornecedor | Número da peça | notas |
|---|---|---|
| Compressor | RK5480C | 1 |
| Condensador | Placa Alfa Laval CB52 16 ou placa 12 | 1 |
| Evaporador | Placa Alfa Laval CB52 16 ou placa 12 | 1 |
| Trocador de calor líquido de sucção | Fabricado em cobre | 1 |
| TEV | Parker SE-1/2-1.1/2VW R22/407C- 3/8", 1/2" | 1 |
| Acumulador? | Pode não ser necessário – já instalado no compressor | 1 |
| Secador | Secador 1/4" C-052 | 1 |
| Visor de vidro | 1/4" SA12 | 1 |
| Corte de alta pressão HP | 061F7505 261 psi, 20 bar Corte automático de botão | 2 |
| Corte de alta pressão HP | 061F7508 377 psi, 20 bar Corte automático de botão | 1 |
| Corte de baixa pressão | 061F7525 25 psi, 1,72 bar Corte automático de botão | 2 |
| Corte de baixa pressão | 061F7522 10 psi, 0,69 bar Corte automático de botão | 1 |
| Tubulação | 1/4", 3/8" de líquido e descarga, sucção de 3/8". | |
| acessórios de cobre | Camisetas de 1/4" | 3 |
| Camisetas de 3/8" | 4 | |
| camisetas de 1/2" | 1 | |
| Camisetas de 5/8" | 2 | |
| Redutor mf de 3/8" a 1/4" | 5 | |
| Redutor mf de 5/8" a 1/2" | 4 | |
| Redutor mf de 7/8" a 1/2" | 1 | |
| portas de carregamento | Porta de carregamento de 1/4 com cauda de cobre de 1/4" | 2 |
| Elétrica | ||
| Contator do compressor | Moeller | |
| Sobrecarga do compressor | Moeller 2,5 a 4A | |
| Termostato digital | Eliwell IC902 | |
| Transformador | 12v Eliwell | |
| caixa e conectores | 220 x 200 x 140 | |
| Termostato de gelo | Reinicialização automática. (tipo Calorex) | |
| Termostato de descarga | Reinicialização manual | |
| Luzes indicadoras | ||
| Medidor de horas de funcionamento | ||
| interruptor de isolamento |
Existe um. Versão XLS da tabela acima que inclui cálculos
Notas:
- A válvula de retenção servia simplesmente para ajudar no “arranque suave” do compressor.
- A válvula de retenção veda melhor do que a válvula de retenção simples do compressor, portanto, após a parada do compressor, a pressão tende a cair na descarga do compressor à medida que vaza de volta para o lado de baixa.
- O compressor tem partida retardada (no termostato, e dá partida com menos pressão nele. O compressor tem torque de partida baixo, então esse detalhe é importante.
Premissas. Contexto do Reino Unido:
- 5c <> +30c Ar ambiente
- 1c <> +26c 500 litros de água e 30% de glicol disponíveis externamente para mediar essas temperaturas. (-12c ponto de congelamento)
Unidades fixas de 4,4 kW e 6,2 kW em uma caixa (total de 10,6 kW) dariam uma produção um tanto variável.
| Descrição | Link | $EUA | £ GBP |
|---|---|---|---|
| Compressor | ZH04KCU-PFZN | ||
| Descrição | Link | $EUA | £ GBP |
|---|---|---|---|
| Compressor | ZH06KCU-PFZN | ||
Regulamento
EUA
Canadá
Europa
Produtos elétricos com marcação CE
Reino Unido
- Produtos elétricos com marcação CE, o 'produto' precisaria da marcação CE.
- Instalado por 'pessoa competente' (eletricista) que deve emitir um Certificado de Instalação Elétrica BS7671 e um Certificado de Conformidade com os Regulamentos de Construção.
- Para ser elegível para créditos renováveis também deve ser certificado MCS
Descreva seus custos aqui.
| Cabeçalho 1 | Cabeçalho 2 | Cabeçalho 3 |
|---|---|---|
| Linha 1, célula 1 | Linha 1, célula 2 | Linha 1, célula 3 |
| Linha 2, célula 1 | Linha 2, célula 2 | Linha 2, célula 3 |
Questões de pesquisa
Ideias de tópicos de artigos revisados por pares e questões de pesquisa:
- Revisão da literatura sobre bombas de calor de pequena escala
- Desenvolva um equipamento de teste compatível com OS Arduino para bombas de calor de pequena escala
- Validação do controlador da bomba de calor Valden
- Validação do Monitor de Bomba de Calor Aberto
- Os aparelhos de ar condicionado comerciais podem ser hackeados em bombas de calor? Se sim, qual COP? Análise de custos? Desempenho ambiental
- Fabricação distribuída de componentes para reduzir custos
- Válvula reversora que pode ser impressa ou distribuída em 3D: projeto, teste e validação de desempenho, economia
- Válvula de expansão imprimível ou distribuída em 3D: projeto, teste e validação de desempenho, economia
- Condensador imprimível ou fabricado distribuído em 3D: projeto, teste e validação de desempenho, economia
- Trocador de calor imprimível ou distribuído em 3D: projeto, teste e validação de desempenho, economia
- Compressor 3D imprimível ou fabricado distribuído: projeto, teste e validação de desempenho, economia
- Transformador imprimível ou fabricado distribuído em 3D: projeto, teste e validação de desempenho, economia
Discussão
Sua discussão.
Próximos passos
Os próximos passos.
Projetos comerciais
Algumas bombas baseadas em CO2 disponíveis comercialmente
Denso 'residencial'
Klima-Therm.co.uk 14KW +
purethemal.co.uk 15KW +
Cooltherm.co.uk 51KW +
clade-es.com 200KW +
Referências
- ^ "Wärmepumpen mit Prüf- / Effizienznachweis (bombas de calor com validação de eficiência)" (em alemão). BAFA (Escritório Federal para Assuntos Econômicos e Controle de Exportações na Alemanha) . Recuperado em 20/02/2022 .
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