Varmepumper for oppvarming av hjemmet: typer og prinsipp for drift

Prinsippet for drift av luft-til-vann-pumpen

Som allerede nevnt er hovedkilden til termisk energi for installasjoner av denne typen atmosfærisk luft. Det grunnleggende grunnlaget for driften av luftpumper er væskens fysiske egenskap til å absorbere og frigjøre varme under faseovergangen fra en flytende tilstand til en gassform, og omvendt. Som et resultat av tilstandsendringen frigjøres temperaturen. Systemet fungerer etter prinsippet om et kjøleskap i revers.

For å effektivt bruke disse egenskapene til væsken, sirkulerer et lavtkokende kjølemiddel (freon, freon) i en lukket krets, hvis utforming inkluderer:

• kompressor med elektrisk drift;
• vifte blåst fordamper;
• gass ​​(ekspansjon) ventil;
• Plate varmeveksler;
• kobber eller metall-plast sirkulasjonsrør som forbinder hovedelementene i kretsen.

Bevegelsen av kjølemediet langs kretsen utføres på grunn av trykket utviklet av kompressoren.For å redusere varmetapet er rørene dekket med et varmeisolerende lag av kunstig gummi eller polyetylenskum med et beskyttende metallisert belegg. Som kjølemiddel brukes freon eller freon, som kan koke ved en negativ temperatur og ikke fryser til -40 ° C.

Hele arbeidsprosessen består av følgende påfølgende sykluser:

1. Fordamperradiatoren inneholder et flytende kjølemedium som er kjøligere enn uteluften. Under aktiv radiatorblåsing overføres termisk energi fra luft med lavt potensial til freon, som koker og går over i gassform. Samtidig stiger temperaturen.
2. Den oppvarmede gassen kommer inn i kompressoren, hvor den varmes opp enda mer under kompresjonen.
3. I en komprimert og oppvarmet tilstand føres kjølemiddeldampen inn i en platevarmeveksler, hvor varmebæreren til varmesystemet sirkulerer gjennom den andre kretsen. Siden temperaturen på kjølevæsken er mye lavere enn den oppvarmede gassen, kondenserer freon aktivt på varmevekslerplatene, og avgir varme til varmesystemet.
4. Den avkjølte damp-væskeblandingen kommer inn i strupeventilen, som lar bare det avkjølte lavtrykksvæskekjølemediet passere til fordamperen. Deretter gjentas hele syklusen.

For å øke effektiviteten av varmeoverføringen til røret, vikles spiralfinner på fordamperen. Beregningen av varmesystemet, valg av sirkulasjonspumper og annet utstyr bør ta hensyn til hydraulisk motstand og koeffisient installasjon av varmeoverføringsplatevarmeveksler.

Videooversikt over systemenheten og dens drift

Inverter varmepumper

Tilstedeværelsen av en omformer som en del av installasjonen gir en jevn oppstart av utstyret og automatisk regulering av moduser avhengig av utetemperaturen. Dette maksimerer effektiviteten til varmepumpen ved å:

• oppnåelse av effektivitet på nivået 95-98%;
• redusere energiforbruket med 20-25%;
• minimering av belastninger på det elektriske nettverket;
• øke levetiden til anlegget.

Som et resultat av dette holdes innetemperaturen stabilt på samme nivå, uavhengig av værforandringer. Samtidig vil tilstedeværelsen av en omformer komplett med en automatisert kontrollenhet ikke bare gi oppvarming om vinteren, men også tilførsel av avkjølt luft om sommeren i varmt vær.

Samtidig bør det tas i betraktning at tilstedeværelsen av tilleggsutstyr alltid innebærer en økning i kostnadene og en økning i tilbakebetalingsperioden.

Inndeling etter type arbeidsvæske

Moderne varmepumper kan bruke gassformig kropp eller kjemisk væske ammoniakkløsning som varmetransportør. Egnetheten til en bestemt ordning blir evaluert av flere faktorer, systemfunksjoner.

1. Freoninstallasjoner har en varmepumpesyklus basert på gasskompresjons- og ekspansjonsprosesser. De er på en eller annen måte bygget på kompressorordningen. Utstyret har attraktive ytelsesindikatorer, men det har også ulemper. Selv om det veide gjennomsnittlige forbruket til systemet på tidspunktet for driftssyklusen er stabilt, er ledningene tungt belastet. I tillegg vil varmepumper med en gassformig varmetransportør ikke være nyttige i regioner der det ikke er sentralisert elektrisitetsnettverk eller en kraftkilde med tilstrekkelig lastekapasitet.
2. Anlegg av fordampningstypen som bruker ammoniakkløsning har en driftssyklus basert på fordampningsprosessen til stoffet ved lave kokepunkter. Flytende etter passasje av en ekstern varmeveksler skjer under påvirkning av en energikilde. Dette er en varmebrenner. Nesten alt drivstoff kan brukes til det: fast, bensin, diesel, gass, parafin, i noen tilfeller - metylalkohol. Derfor er fordampningsvarmepumper attraktive på steder hvor det ikke er strøm. I tillegg kan det billige drivstoffet av en viss type i regionen føre til valg av slikt utstyr.

Arten av arbeidsvæsken som brukes i systemet kan si mye om ytelsen til installasjonen og kraftuttaket. Så, freon kompressor varmepumper er i stand til et skarpt rykk, raskt varmer opp rommet. Ammoniakkfordampningsmodeller er ikke i stand til slike bragder. Deres foretrukne bruksmåte er stabil, kontinuerlig drift ved nominell varmeeffekt.

Typer varmepumper

Varmepumper er delt inn i flere typer. Den første typen (type) i klassifiseringen i henhold til metoden for overføring av termisk energi:

Komprimering. De viktigste installasjonselementene er kompressorer, kondensatorer, ekspandere og fordampere. Denne typen pumper er av meget høy kvalitet og effektiv, noe som fører til at den er veldig populær i markedet.

Absorpsjon. Den siste generasjonen varmepumper. De bruker en absorberende freon i arbeidet. Takket være dette økes kvaliteten på arbeidet flere ganger.

Kan skilles typer varmepumper i henhold til varmekilder, nemlig:

• Varmeenergi skapes av jorda (bildet);
• vann;
• Luftstrømmer
• Re-varme. De er hentet fra vannavrenning, skitten luft eller kloakk.

Etter typer inngangs-utgangskretser:

• luft-til-luft. Pumpen tar kald luft, senker temperaturen, mottar den nødvendige varmen, som overfører den til der oppvarming er nødvendig.
• vann-til-vann. Pumpen tar varmen fra grunnvannet, som gir den til vannet for å varme opp rommet.
• vann-til-luft. Fra vann til luft. Bruk av sonder og brønner for vann er typisk, og oppvarming skjer gjennom et luftvarmesystem.
• luft-til-vann. Fra luft til vann. Pumper av denne typen bruker varme fra atmosfæren til å varme opp vann.
• jord-vann. I denne formen tas varme fra rør med vann lagt i bakken. Varme tas fra bakken (jord).
• isvann. En interessant type varmepumpe. For å varme opp vann til romoppvarming brukes en isproduksjonsteknikk, hvor kolossal termisk energi frigjøres. Fryser du inntil 200 liter vann kan du få energi som kan varme opp en middels størrelse innen 40-60 minutter.

Fordeler og ulemper med varmepumper

Prinsipp varmepumpedrift, enkelt sagt, er basert på innsamling av lavkvalitets termisk energi og dens videre overføring til varme- og klimasystemer, samt til vannbehandlingssystemer, men ved høyere temperatur. Et enkelt eksempel kan gis i form av en gassflaske – når den er fylt med gass, varmes kompressoren opp ved å komprimere den. Og hvis du slipper gass fra sylinderen, vil sylinderen avkjøles - prøv å frigjøre gass skarpt fra en påfyllbar lighter for å forstå essensen av dette fenomenet.

Dermed tar varmepumper som det var bort termisk energi fra det omkringliggende rommet - det er i bakken, i vann og til og med i luften. Selv om luften har en negativ temperatur, er det fortsatt varme i den. Den finnes også i alle vannforekomster som ikke fryser helt til bunnen, samt i dype jordlag som heller ikke kan fryses - med mindre det selvfølgelig er permafrost.

Varmepumper har en ganske komplisert enhet, som du kan se ved å prøve å demontere et kjøleskap eller klimaanlegg. Disse husholdningsenhetene som er kjent for oss, ligner litt på de ovennevnte pumpene, bare de jobber i motsatt retning - de tar varme fra lokalene og sender den utenfor. Hvis du legger hånden på den bakre radiatoren til kjøleskapet, vil vi merke at den er varm. Og denne varmen er ingenting annet enn energien tatt fra frukt, grønnsaker, melk, supper, pølser og andre produkter som er i kammeret.

Klimaanlegg og delte systemer fungerer på samme måte - varmen som genereres av utendørsenheter er termisk energi som samles opp bit for bit i avkjølte rom.

Prinsippet for drift av en varmepumpe er det motsatte av et kjøleskap. Den samler varme fra luften, vannet eller jorda i de samme kornene, hvoretter den omdirigerer den til forbrukerne - dette er varmesystemer, varmeakkumulatorer, gulvvarmesystemer og varmtvannsberedere. Det ser ut til at ingenting hindrer oss i å varme opp kjølevæsken eller vannet med et vanlig varmeelement - det er lettere på den måten. Men la oss sammenligne produktiviteten til varmepumper og konvensjonelle varmeelementer:

Når du velger varmepumpe, er det viktigste tilgjengeligheten av en bestemt naturlig energikilde.

• Konvensjonelt varmeelement - for produksjon av 1 kW varme bruker det 1 kW elektrisitet (unntatt feil;
• Varmepumpe – den bruker kun 200 W strøm for å produsere 1 kW varme.

Nei, det er ingen effektivitet som tilsvarer 500 % her – fysikkens lover er urokkelige. Det er bare termodynamikkens lover som fungerer her. Pumpen, som det var, akkumulerer energi fra verdensrommet, "tykner" den og sender den til forbrukerne. På samme måte kan vi samle regndråper gjennom en stor vannkanne, og få en solid vannstrøm ved utgangen.

Vi har allerede gitt mange analogier som lar oss forstå essensen av varmepumper uten abstrue formler med variabler og konstanter. La oss nå se på fordelene deres:

• Energisparing - hvis standard elektrisk oppvarming av en 100 kvm. m. vil føre til kostnader på 20-30 tusen rubler per måned (avhengig av lufttemperaturen utenfor), så vil varmesystemet med en varmepumpe redusere kostnadene til akseptable 3-5 tusen rubler - du må innrømme, dette er allerede ganske solide besparelser. Og dette er uten triks, uten bedrag og uten markedsføringstriks;
• Omsorg for miljøet - kull-, kjernekraft- og vannkraftverk skader naturen. Derfor reduserer redusert strømforbruk mengden skadelige utslipp;
• Et bredt spekter av bruksområder - den resulterende energien kan brukes til å varme opp et hjem og forberede varmt vann.

Det er også ulemper:

• De høye kostnadene for varmepumper - denne ulempen pålegger en begrensning på bruken deres;
• Behovet for regelmessig vedlikehold - du må betale for det;
• Vanskeligheter med installasjon - dette gjelder i størst grad varmepumper med lukkede kretsløp;
• Mangel på aksept fra folk - få av oss ville gå med på å investere i dette utstyret for å redusere belastningen på miljøet. Men noen mennesker som bor langt fra gassnettet og er tvunget til å varme opp hjemmene sine med alternative varmekilder, samtykker i å bruke penger på å kjøpe en varmepumpe og redusere sine månedlige strømregninger;
• Avhengighet av strømnettet - hvis tilførselen av elektrisitet stopper, vil utstyret umiddelbart fryse. Situasjonen vil bli reddet ved å installere en varmeakkumulator eller en reservestrømkilde.

Som du kan se, er noen av ulempene ganske alvorlige.

Bensin- og dieselkraftgeneratorer kan tjene som reservestrømkilder for varmepumper.

Tips og triks

En varmepumpe er et teknisk komplekst og ganske dyrt utstyr, så valget bør tas med stort ansvar. For ikke å være ubegrunnet, her er noen veldig spesifikke anbefalinger.

1. Begynn aldri å velge varmepumpe uten først å gjøre beregninger og lage et prosjekt. Fraværet av et prosjekt kan forårsake fatale feil, som bare kan rettes ved hjelp av enorme ekstra økonomiske investeringer.

2. Design, installasjon og vedlikehold av varmepumpen og varmesystemet bør kun overlates til fagfolk. Hvordan sikre at fagfolk jobber i denne bedriften? Først av alt, ved tilgjengeligheten av all nødvendig dokumentasjon, en portefølje av implementerte objekter, sertifikater fra utstyrsleverandører.Det er svært ønskelig at hele spekteret av nødvendige tjenester leveres av ett selskap, som i dette tilfellet vil være fullt ansvarlig for gjennomføringen av prosjektet.

3. Vi anbefaler deg å foretrekke en europeisk laget varmepumpe. Ikke bli forvirret av det faktum at det er dyrere enn kinesisk eller russisk utstyr. Når inkludert i estimatet for kostnadene ved installasjon, igangkjøring og feilsøking av hele varmesystemet, vil forskjellen i prisen på pumpene være nesten umerkelig. Men på den annen side, med en "europeisk" til din disposisjon, vil du være sikker på dens pålitelighet, siden den høye prisen på pumpen bare er et resultat av å bruke moderne teknologi og materialer av høy kvalitet for å lage den.

Hovedvarianter

Alle sirkulasjonspumper for varmesystemer er delt inn i to designtyper: enheter med en "tørr" rotor og sirkulasjonspumper med en "våt" rotor.

I sirkulasjonspumper av den første typen, som allerede er tydelig fra navnet deres, kommer ikke rotoren i kontakt med det flytende arbeidsmediet - kjølevæsken. Løftehjulet til slike pumper er skilt fra rotoren og statoren ved å tette stålringer, presset mot hverandre ved hjelp av en spesiell fjær som kompenserer for slitasjen til disse elementene. Tettheten til denne tetningsenheten under driften av pumpen sikres av et tynt lag vann mellom stålringene, som dannes på grunn av forskjellen mellom trykket i varmesystemet og i det ytre miljøet.

Sirkulasjonspumper for oppvarming med en "tørr" rotor utmerker seg med ganske høy effektivitet (89%) og produktivitet, men hydrauliske maskiner av denne typen har også ulemper, inkludert sterke støy på jobb og kompleksitet i drift, vedlikehold og reparasjon.Som regel er industrielle varmesystemer utstyrt med pumper av denne typen; de brukes sjelden i husholdningsvarmesystemer.

Ett-trinns sirkulasjonspumpe med "tørr" rotor

En sirkulasjonspumpe for varmesystemer utstyrt med en "våt" type rotor er en enhet hvis impeller og rotor er i konstant kontakt med kjølevæsken. Arbeidsmediet som rotoren og løpehjulet roterer i fungerer som smøremiddel og kjølemiddel. Statoren og rotoren til pumper av denne typen er isolert fra hverandre ved hjelp av et spesielt glass laget av rustfritt stål. Et slikt glass, på innsiden av hvilket en rotor og et løpehjul som roterer i kjølemediet, beskytter den energiserte statorviklingen fra inntrengning av arbeidsvæske på den.

Effektiviteten til pumper av denne typen er ganske lav og er bare 55%, men de tekniske egenskapene til en slik enhet er nok til å sikre sirkulasjonen av kjølevæsken i varmesystemer ikke for store hus. Hvis vi snakker om fordelene med sirkulasjonspumper med en "våt" rotor, bør de inkludere minimumsmengden støy som slippes ut under driften av slike enheter, høy pålitelighet, enkel betjening, vedlikehold og reparasjon.

Våt sirkulasjonspumpe

Velge type varmepumpe

Hovedindikatoren for dette varmesystemet er strøm. Først av alt vil de økonomiske kostnadene for kjøp av utstyr og valg av en eller annen kilde til lavtemperaturvarme avhenge av kraften.Jo høyere effekt varmepumpesystemet har, desto større er kostnadene for komponenter.

Først og fremst refererer dette til kompressoreffekten, dybden på brønner for geotermiske sonder, eller området for å romme en horisontal kollektor. Riktige termodynamiske beregninger er en slags garanti for at systemet vil fungere effektivt.

Hvis det er et reservoar i nærheten av ditt personlige område, vil det mest kostnadseffektive og produktive valget være varmepumpe vann-vann

Først må du studere området som er planlagt for installasjon av pumpen. Den ideelle tilstanden ville være tilstedeværelsen av et reservoar i dette området. Bruk av vann-til-vann-alternativet vil redusere utgravingsmengden betydelig.

Bruken av jordens varme innebærer tvert imot et stort antall arbeider knyttet til utgraving. Systemer som bruker vann som lavgradig varme anses som de mest effektive.

Enheten til en varmepumpe som trekker ut termisk energi fra bakken innebærer en imponerende mengde jordarbeid. Oppsamleren legges under nivået for sesongfrysing

Det er to måter å bruke jordas termiske energi på. Den første innebærer boring av brønner med en diameter på 100-168 mm. Dybden til slike brønner, avhengig av parametrene til systemet, kan nå 100 m eller mer.

Spesielle sonder er plassert i disse brønnene. Den andre metoden bruker en samler av rør. En slik samler plasseres under jorden i et horisontalt plan. Dette alternativet krever et ganske stort område.

For å legge oppsamleren anses områder med våt jord som ideelle.Naturligvis vil borebrønner koste mer enn et horisontalt reservoar. Imidlertid har ikke alle nettsteder ledig plass. For én kW varmepumpeeffekt trenger du fra 30 til 50 m² areal.

Konstruksjonen for inntak av termisk energi med én dyp brønn kan vise seg å være litt billigere enn å grave en grop

Men et betydelig pluss ligger i de betydelige besparelsene i plass, som er viktig for eiere av små tomter. Ved tilstedeværelse av en høytliggende grunnvannshorisont på stedet, kan varmevekslere anordnes i to brønner plassert i en avstand på ca. 15 m fra hverandre

Ved tilstedeværelse av en høytliggende grunnvannshorisont på stedet, kan varmevekslere anordnes i to brønner plassert i en avstand på ca. 15 m fra hverandre.

Utvinning av termisk energi i slike systemer ved å pumpe grunnvann i en lukket krets, hvorav deler er plassert i brønner. Et slikt system krever installasjon av et filter og periodisk rengjøring av varmeveksleren.

Den enkleste og billigste varmepumpeordningen er basert på å hente ut termisk energi fra luften. Når det ble grunnlaget for konstruksjonen av kjøleskap, ble senere klimaanlegg utviklet i henhold til prinsippene.

Det enkleste varmepumpesystemet henter energi fra luftmassen. Om sommeren er det involvert i oppvarming, om vinteren i klimaanlegg. Ulempen med systemet er at, i en uavhengig versjon, en enhet med utilstrekkelig kraft

Effektivitet ulike typer av dette utstyret ikke det samme. Pumper som bruker luft har lavest ytelse. I tillegg er disse indikatorene direkte avhengige av værforholdene.

Jordvarianter av varmepumper har stabil ytelse. Effektivitetskoeffisienten til disse systemene varierer innenfor 2,8 -3,3. Vann-til-vann-systemer er de mest effektive. Dette skyldes først og fremst stabiliteten til kildetemperaturen.

Det skal bemerkes at jo dypere pumpeoppsamleren er plassert i reservoaret, desto mer stabil vil temperaturen være. For å få en systemeffekt på 10 kW trengs det ca 300 meter rørledning.

Hovedparameteren som karakteriserer effektiviteten til en varmepumpe er dens konverteringsfaktor. Jo høyere omregningsfaktor, jo mer effektiv vurderes varmepumpen.

Omregningsfaktoren til en varmepumpe uttrykkes gjennom forholdet mellom varmestrømmen og den elektriske kraften brukt på driften av kompressoren