Prinsippet for drift av en varmepumpe for oppvarming. Hvordan lage en jordvarmepumpe fra et klimaanlegg. Varmtvannsvarmepumpeapplikasjon
Artikkelplan
En varmepumpe er en enhet som varmer opp vann i varme- og varmtvannsforsyningssystemer ved å komprimere freon, opprinnelig oppvarmet fra en lavkvalitets varmekilde, av en kompressor opp til 28 bar. Blir utsatt for høyt trykk, gassformig kjølevæske med en starttemperatur på 5-10 °C; avgir mye varme. Det lar deg varme opp kjølevæsken til forbrukssystemet til 50-60 ° C, uten bruk av tradisjonelle drivstoff. Derfor vurderes det at varmepumpen gir brukeren den billigste varmen.
For mer informasjon om fordeler og ulemper, se videoen:
Slikt utstyr har vært i drift i mer enn 40 år i Sverige, Danmark, Finland og andre land som støtter utviklingen av alternativ energi på statlig nivå. Ikke så aktiv, men mer selvsikker hvert år, kommer varmepumper inn på det russiske markedet.
Formålet med artikkelen: lage en oversikt over populære modeller av varmepumper. Informasjonen vil være nyttig for de som søker å spare mest mulig på oppvarming og varmtvannsforsyning av egen bolig.
Varmepumpen varmer opp huset med naturens frie energi
I teorien er varmeutvinning mulig fra luft, jord, grunnvann, avløpsvann (inkludert fra en septiktank og kloakkpumpestasjon), åpne reservoarer. I praksis er det i de fleste tilfeller bevist at det er hensiktsmessig å bruke utstyr som tar termisk energi fra luft og jord.
Alternativer med varmeavtrekk fra septiktank eller kloakkpumpestasjon (SPS) er de mest fristende. Ved å drive en kjølevæske fra 15-20 °C gjennom HP, kan minst 70 °C oppnås ved utløpet. Men dette alternativet er bare akseptabelt for et varmtvannsforsyningssystem. Varmekretsen reduserer temperaturen i den "fristende" kilden. Noe som fører til en rekke ubehagelige konsekvenser. For eksempel frysing av avløp; og hvis varmevekslingskretsen til varmepumpen er plassert på veggene i sumpen, så septiktanken selv.
De mest populære HP for behovene til CO og DHW er geotermiske enheter (ved å bruke jordens varme). De utmerker seg ved den beste ytelsen i varmt og kaldt klima, i sand- og leirjord med forskjellige nivåer av grunnvann. Fordi temperaturen i jorda under frysepunktet nesten ikke endres gjennom året.
Slik fungerer en varmepumpe
Varmebæreren varmes opp fra en kilde med lavgradig (5…10 °C) varme. Pumpen komprimerer kjølemediet, hvis temperatur stiger samtidig (50 ... 60 ° C) og varmer opp kjølevæsken til varmesystemet eller varmtvannsforsyningen.
Under driften av HP er tre termiske kretser involvert:
- utendørs (system med varmebærer og sirkulasjonspumpe);
- mellomliggende (varmeveksler, kompressor, kondensator, fordamper, strupeventil);
- forbrukerkrets (sirkulasjonspumpe, gulvvarme, radiatorer; for varmtvannsforsyning - en tank, tappepunkter).
Selve prosessen ser slik ut:
Varmegjenvinningskrets
- Jorden varmer opp saltløsningen.
- Sirkulasjonspumpen løfter brine inn i varmeveksleren.
- Løsningen avkjøles med et kjølemiddel (freon) og føres tilbake til bakken.
varmeveksler
- Flytende freon, som fordamper, tar termisk energi fra saltlaken.
- Kompressoren komprimerer kjølemediet, temperaturen stiger kraftig.
- I kondensatoren avgir freon gjennom fordamperen energi til kjølevæsken i varmekretsen og blir igjen flytende.
- Det avkjølte kjølemediet går gjennom strupeventilen til den første varmeveksleren.
Varmekrets
- Den oppvarmede kjølevæsken til varmesystemet trekkes av sirkulasjonspumpen til de dissiperende elementene.
- Gir varmeenergi til luftmassen i rommet.
- Den avkjølte kjølevæsken føres tilbake gjennom returrøret til mellomvarmeveksleren.
Video som beskriver prosessen:
Hva er billigere for oppvarming: strøm, gass eller varmepumpe?
Her er kostnadene for å koble til hver type oppvarming. For å presentere det generelle bildet, la oss ta Moskva-regionen. I regionene kan prisene variere, men prisforholdet vil forbli det samme. I beregningene forutsetter vi at tomten er "bar" - uten gass og strøm.
Tilkoblingskostnader
Varmepumpe. Legge en horisontal kontur til MO-priser - 10 000 rubler per bytte av en gravemaskin med en kubikkbøtte (velger opptil 1 000 m³ jord på 8 timer). Et system for et hus på 100 m² vil bli begravet om 2 dager (dette gjelder for leirjord, hvor opptil 30 W termisk energi kan fjernes fra 1 m av kretsen). Omtrent 5000 rubler vil være nødvendig for å forberede kretsen for arbeid. Som et resultat vil det horisontale alternativet for å plassere primærkretsen koste 25.000.
Brønnen vil bli dyrere (1000 rubler per lineær meter, med tanke på installasjon av sonder, rør dem inn i en linje, fylling med kjølevæske og trykktesting.), Men det er mye mer lønnsomt for fremtidig drift. Med et mindre okkupert område av tomten øker avkastningen (for en brønn på 50 m - minst 50 W per meter). Behovene til pumpen er dekket, ytterligere potensial vises. Derfor vil ikke hele systemet fungere for slitasje, men med en viss kraftreserve. Plasser 350 meter av konturen i vertikale brønner - 350 000 rubler.
Gasskjele. I Moskva-regionen, for tilkobling til gassnettverket, arbeid på stedet og installasjon av kjelen, ber Mosoblgaz fra 260 000 rubler.
Elektrisk kjele.Å koble til et trefasenettverk vil koste 10 000 rubler: 550 - til lokale strømnettverk, resten - til sentralbord, måler og annet innhold.
Forbruk
For å drive en HP med en termisk effekt på 9 kW, kreves det 2,7 kW / t strøm - 9 rubler. 53 kop. i timen,
Den spesifikke varmen ved forbrenning av 1 m³ gass er den samme 9 kW. Husholdningsgass for Moskva-regionen er satt til 5 rubler. 14 kop. per kube
Den elektriske kjelen bruker 9 kWh = 31 rubler. 77 kop. i timen. Forskjellen med TN er nesten 3,5 ganger.
Utnyttelse
- Hvis det leveres gass, er det mest kostnadseffektive alternativet for oppvarming en gasskjele. Utstyret (9 kW) koster minst 26 000 rubler, den månedlige betalingen for gass (i 12 timer / dag) vil være 1 850 rubler.
- Kraftig elektrisk utstyr er mer lønnsomt når det gjelder å organisere et trefaset nettverk og anskaffe selve utstyret (kjeler - fra 10 000 rubler). Et varmt hus vil koste 11 437 rubler per måned.
- Tatt i betraktning den første investeringen i alternativ oppvarming (utstyr 275 000 og installasjon av en horisontal krets 25 000), vil en varmepumpe som bruker strøm til 3 430 rubler / måned betale seg tidligst om 3 år.
Sammenligner man alle oppvarmingsalternativer, forutsatt at systemet lages "fra bunnen av", blir det åpenbart: gass vil ikke være mye mer lønnsomt enn en jordvarmepumpe, og oppvarming med strøm i et 3-årsperspektiv vil håpløst tape for begge disse alternativer.
Detaljerte beregninger til fordel for driften av varmepumpen finner du ved å se videoen fra produsenten:
Noen tillegg og erfaring med effektiv drift er dekket i denne videoen:
Hovedtrekk
Når du velger utstyr fra hele utvalget av egenskaper, vær oppmerksom på følgende egenskaper.
Kjennetegn | Verdiområde | Egendommer |
---|---|---|
Termisk effekt, kW | Opptil 8 | Lokaler med et areal på ikke mer enn 80 - 100 m², med en takhøyde på ikke mer enn 3 m. |
8-25 | For landhus i ett plan med et tak på 2,5 m, et areal på 50 m²; hytter for permanent opphold, inntil 260 m². | |
over 25 | Det er tilrådelig å vurdere for 2-3-etasjes boligbygg med tak på 2,7m; industrianlegg - ikke mer enn 150 m², med en takhøyde på 3 eller mer. | |
Strømforbruk til hovedutstyret (begrensende forbruk av hjelpeelementer) kWh | Fra 2 (fra 6) | Det karakteriserer energiforbruket til kompressoren og sirkulasjonspumpene (varmeelementet). |
Arbeidsordning | Luft til luft | Den transformerte termiske energien til luften overføres til rommet ved en strøm av oppvarmet luft gjennom det delte systemet. |
Luft - vann | Energien som tas fra luften som passerer gjennom enheten, overføres til kjølevæsken til det flytende varmesystemet. | |
Saltlake-vann | Overføringen av termisk energi fra en fornybar kilde utføres av en natrium- eller kalsiumløsning. | |
vann-vann | Gjennom den åpne primærkretsen fører grunnvannet termisk energi direkte til varmeveksleren. | |
Kjølevæske utløpstemperatur, °C | 55-70 | Indikatoren er viktig for å beregne tap på en lang varmekrets og når du organiserer et ekstra varmt varmeforsyningssystem. |
Nettspenning, V | 220, 380 | Enfaset - strømforbruk ikke mer enn 5,5 kW, bare for et stabilt (lett belastet) husholdningsnettverk; den billigste - kun gjennom stabilisatoren. Hvis det er et 380 V-nettverk, er trefaseenheter å foretrekke - et større strømområde, mindre sannsynlighet for å "synke" nettverket. |
Sammendragstabell over modeller
I artikkelen undersøkte vi de mest populære modellene, identifiserte deres styrker og svakheter. Listen over modeller finner du i følgende tabell:
Modell (produsentens land) | Egendommer | pris, gni. |
---|---|---|
Varmepumper for oppvarming av små rom eller for varmtvann til husholdningsbruk |
||
1. | Luft-til-vann-system; arbeider fra et enfaset nettverk; den utstikkende kondensledningen føres inn i vanntanken. | 184 493 |
2. | "Saltlake-vann"; mat fra et trefasenettverk; variabel kraftkontroll; muligheten til å koble til ekstra utstyr - en varmeveksler, multi-temperatur utstyr. | 355 161 |
3. | Luft-til-vann varmepumpe med 220V nettforsyning og frostbeskyttelsesfunksjon. | 524 640 |
Utstyr for varmesystemer av hytter for permanent opphold | ||
4. | Ordning "vann - vann". For at HP skal kunne produsere en stabil 62 ° C av kjølevæsken i varmesystemet, kompletteres egenskapene til settet med kompressor og pumper (1,5 kW) av en elektrisk varmeovn med en effekt på 6 kW. | 408 219 |
5. | På grunnlag av "luft-vann"-ordningen, i en enhet, bestående av to blokker, realiseres potensialene til kjøle- og oppvarmingsenhetene. | 275 000 |
6. | "brine-vann", enheten varmer kjølevæsken for radiatorer opp til 60 ° C, kan brukes i organiseringen av kaskadevarmesystemer. | 323 300 |
7. | I en bygning med geotermisk pumpe er det en lagertank for et varmtvannsforsyningssystem, for 180 liter kjølevæske | 1 607 830 |
Kraftige varmepumper for behovene til varme- og varmtvannsanlegg | ||
8. | Det er mulig å hente varme fra jord og grunnvann; drift som en del av kaskadesystemer og fjernkontroll er mulig; fungerer fra et trefaset nettverk. | 708 521 |
9. | "saltlake-vann"; kontroll av kompressoreffekten og rotasjonshastigheten til sirkulasjonspumpene utføres ved hjelp av frekvensregulering; ekstra varmeveksler; nettverk - 380 V. | 1 180 453 |
10. | arbeidsordning "vann-vann"; innebygde primær- og sekundærkretspumper; det er mulig å koble til solcelleanlegg. | 630 125 |
Varmepumper for oppvarming av små rom eller for varmtvann til husholdningsbruk
Formål - økonomisk oppvarming av bolig- og hjelpelokaler, vedlikehold av varmtvannsforsyningssystemet. Det laveste forbruket (opptil 2 kW) er enfasemodeller. For å beskytte mot strømstøt trenger de en stabilisator. Påliteligheten til trefaset forklares av funksjonene til nettverket (belastningen fordeles jevnt) og tilstedeværelsen av egne beskyttelseskretser som forhindrer skade på enheten under spenningsstøt. Utstyr i denne kategorien takler ikke alltid det samtidige vedlikeholdet av varmesystemet og varmtvannskretsen.
1. Huch EnTEC VARIO China S2-E (Tyskland) - fra 184 493 rubler.
Huch EnTEC VARIO drives ikke uavhengig. Kun i forbindelse med lagertanken til varmtvannsforsyningssystemet. HP varmer opp vann for sanitærbehov, og kjøler ned luften i rommet.
Av fordelene - et lite strømforbruk til enheten, en akseptabel temperatur på vannet i varmtvannskretsen og funksjonen til å rengjøre systemet (ved periodisk kortvarig oppvarming opp til 60 ° C) fra patogene bakterier som utvikler seg i en fuktig miljø.
Ulempene er at pakninger, flenser og mansjetter må kjøpes separat. Pass på å originale, ellers blir det drypp.
Når du beregner, må det huskes at enheten pumper 500 m³ luft i timen, så minimumsarealet til rommet der Huch EnTEC VARIO er installert må være minst 20 m², med en takhøyde på 3 meter eller mer.
2. NIBE F1155-6 EXP (Sverige) - fra 355 161 rubler.
Modellen er erklært som "intelligent" utstyr, med automatisk tilpasning til anleggets behov. En inverter strømforsyningskrets for kompressoren er introdusert - det har blitt mulig å justere utgangseffekten.
Tilstedeværelsen av en slik funksjon med et lite antall forbrukere (vannpunkter, varmeradiatorer) gjør oppvarming av et lite hus mer lønnsomt enn i tilfellet med en konvensjonell, ikke-omformer HP (som ikke har en mykstartkompressor og utgang strøm er ikke regulert). For på NIBE, ved lave effektverdier, slår varmeelementene seg sjelden på, og varmepumpens eget maksforbruk er ikke mer enn 2 kW.
Under forholdene til et lite objekt er støy (47 dB) ikke akseptabelt. Det beste installasjonsalternativet er et separat rom. Selen skal plasseres på veggene som ikke grenser til hvilerommene.
3. Fujitsu WSYA100DD6 (Japan) - fra 524 640 rubler.
"Ut av boksen" fungerer kun for oppvarming i en krets. Eventuelt tilbys et sett for tilkobling av den andre kretsen, med mulighet for uavhengige innstillinger for hver. Men selve varmepumpen er designet for et romvarmesystem på opptil 100 m², med en takhøyde på ikke mer enn 3 meter.
Listen over fordeler inkluderer små dimensjoner, drift fra en husholdningsstrømforsyning, uttakstemperaturkontroll på 8 ...
Men alt ble krysset over av lav effekt. I vårt klima, oppvarming av de deklarerte 100 m², vil enheten fungere for slitasje. Dette bekreftes av de hyppige overgangene til enheten til "nødmodus", med pumpen slått av og feil på skjermen. Saken er ikke garantert. Rettet ved å starte maskinvaren på nytt.
«Ulykker» påvirker forbruket av strøm. For når kompressoren stopper, kommer varmeelementet i drift. Derfor er felles tilkobling av CO og gulvvarme (eller varmtvann) kretser tillatt på et objekt med et areal på ikke mer enn 70 m².
Utstyr for varmesystemer av typiske hytter for permanent opphold
Her er geotermiske, luft og vann (fjerner termisk energi fra grunnvann) enheter. Den deklarerte utgangseffekten (minst 8 kW) er nok til å gi varme til alle forbrukersystemer i landhus (og permanent bolig). Mange varmepumper i denne kategorien har en kjølemodus. De introduserte inverterkraftkretsene er ansvarlige for jevn start av kompressoren, på grunn av dens jevne drift, reduseres delta (temperaturforskjell) til kjølevæsken. Den optimale driftsmodusen til kretsen opprettholdes (uten unødvendig overoppheting og kjøling). Det gjør det mulig å redusere forbruket av elektrisitet i alle driftsmoduser til HP. Den største økonomiske effekten er i luft-til-luft-enheter.
4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Tyskland) - fra 408 219 rubler.
Bruken av brønnvann som primær kjølevæske (kun VWW) gjorde det mulig å forenkle designet og redusere prisen på HP uten tap i ytelse.
Enheten er preget av lavt strømforbruk i hoveddriftsmodus og lavt støynivå.
Minus Vaillant - krevende på vann (kjente tilfeller av skade på tilførselsledningen og varmeveksleren av jern- og manganforbindelser); arbeid med saltholdig vann bør unngås. Situasjonen er ikke garantert, men hvis installasjonen ble utført av spesialistene til servicesenteret, det vil si hvem du skal stille krav til.
Det kreves et tørt, frostfritt rom med et volum på minst 6,1 m³ (2,44 m² med tak på 2,5 m). Dråpedannelse under pumpen er ikke en defekt (kondensat kan renne fra overflatene til isolerte kretsløp).
5. LG Therma V AH-W096A0 (Korea) - fra 275 000 rubler.
Luft-til-vann varmepumpe. Enheten består av 2 moduler: den ytre tar termisk energi fra luftmassene, den indre transformerer og overfører den til varmesystemet.
Den største fordelen er allsidighet. Den kan konfigureres for både oppvarming og kjøling av objektet.
Ulempen med denne LG Therma-serien er at potensialet (og hele linjen) ikke er nok for behovene til en hytte med et areal på mer enn 200 m².
Et viktig poeng: Arbeidsblokkene til et tokomponentsystem kan ikke ha en avstand på mer enn 50 m i horisontalplanet og 30 m vertikalt.
6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Tyskland) - fra 323 300 rubler.
WPF 10MS-modellen er den kraftigste av STIEBEL ELTRON varmepumpene.
Blant fordelene er en automatisk justerbar varmemodus og muligheten til å koble 6 enheter til en kaskade (dette er en parallell eller seriell tilkobling av enheter for å øke strømningen, trykket eller organisere en nødreserve) system med en effekt på opptil 60 kW.
Ulempen er at organiseringen av et kraftig elektrisk nettverk, for samtidig tilkobling av 6 slike enheter, kun er mulig med tillatelse fra den lokale avdelingen av Rostekhnadzor.
Det er en funksjon i å stille inn modusene: etter å ha gjort de nødvendige justeringene av programmet, bør du vente til kontrollampen slukker. Ellers, etter å ha lukket dekselet, vil systemet gå tilbake til de opprinnelige innstillingene.
7. Daikin EGSQH10S18A9W (Japan) - fra 1 607 830 rubler.
En kraftig enhet for samtidig tilførsel av varme fra CO, varmtvann og gulvvarme til en boligbygning med et areal på opptil 130 m².
Programmerbare og brukerstyrte moduser; innenfor de spesifiserte parametrene er alle betjente kretser kontrollert; det er innebygget lager (for behov for varmtvann til husholdningsbruk) for 180 liter og tilleggsvarmer.
Blant manglene er et imponerende potensial som ikke vil bli fullt utnyttet i et hus på 130 m²; prisen, på grunn av hvilken tilbakebetalingsperioden er strukket for en ubestemt periode; automatisk tilpasning til ytre klimatiske forhold som ikke er implementert i grunnkonfigurasjonen. Termistorer (termiske motstander) av miljøet er valgfrie. Det vil si at når den eksterne temperaturen endres, foreslås det å stille inn driftsmodus manuelt.
Utstyr for objekter med høyt varmeforbruk
For å fullt ut møte oppvarmingsbehovet til bolig- og næringsbygg med et areal på mer enn 200 m². Fjernkontroll, kaskadedrift, interaksjon med recuperatorer og solcelleanlegg - utvide brukerens evner til å skape en behagelig temperatur.
8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Tyskland) - fra 708 521 rubler.
Modifikasjon DS 5027.5 Ai er den kraftigste i EcoTouch-serien. Varmer opp varmebæreren til varmekretsen stabilt og gir termisk energi til varmtvannsanlegget i rom opptil 280 m².
Scroll (den mest produktive av eksisterende) kompressor; justering av strømningshastigheten til kjølevæsken lar deg få stabile utløpstemperaturer; fargeskjerm; Russifisert meny; pent utseende og lite støy. Hver detalj for komfortabel betjening.
Ved aktiv bruk av vannpunkter slås varmeelementer på, på grunn av hvilket energiforbruket øker med 6 kW / t.
9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Sverige) - fra 1 180 453 rubler.
Tilstrekkelig kraftig utstyr for å gi termisk energi til varmtvannsforsyningssystemet og varmekretsene til en hytte med flere nivåer med permanent bolig.
I stedet for tilleggsvarmer for varmtvann til husholdningsbruk brukes her varmtvannsstrømmen fra varmekretsforsyningen. Ved å føre allerede varmt vann gjennom desuperheateren, varmer varmepumpen vannet i den ekstra varmtvannsvarmeveksleren opp til 90 °C. En stabil temperatur i CO og varmtvannstanken opprettholdes ved automatisk justering av hastigheten på sirkulasjonspumpene. Egnet for kaskadetilkobling (opptil 8 TH).
Det er ingen varmeelementer for varmekretsen. Ytterligere ressurser tas fra enhver kombinert kjele - kontrollenheten vil ta så mye varme fra den som nødvendig i et bestemt tilfelle.
Når du beregner stedet for installasjon av en varmepumpe, er det nødvendig å etterlate et gap på 300 mm mellom veggen og baksiden av enheten (for enkel kontroll og vedlikehold av kommunikasjon).
10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Tyskland) - fra 630 125 rubler.
Den primære kjølevæsken er grunnvann. Derav den konstante temperaturen på den første varmeveksleren, og den høyeste COP-koeffisienten.
Blant fordelene er en ekstra elektrisk varmeovn med lav effekt på primærkretsen og en proprietær kontroller (i hovedsak en trådløs fjernkontroll) for fjernkontroll.
Minus - driften av sirkulasjonspumpen, tilstanden til hovedledningen og varmeveksleren til primærkretsen avhenger av kvaliteten på det destillerte grunnvannet. Filtrering er nødvendig.
Grunnvannsanalyse vil bidra til å eliminere utseendet til vanskelige problemer med dyrt utstyr. Noe som bør gjøres før man kjøper en vann-til-vann varmepumpe.
Redaktørens valg
Mange års erfaring med produksjon og drift av varmepumper i Nord-Europa har gjort det mulig for våre landsmenn å redusere søket etter den mest lønnsomme måten å varme opp hjemmet sitt på. Det finnes reelle alternativer for enhver forespørsel.
Trenger du å levere varme til en varmtvannskrets eller et varmesystem for et boligbygg på opptil 80 - 100 m²? Vurder potensialet NIBE F1155- dens "intelligente" fylling sparer uten at det går på bekostning av varmetilførselen.
En stabil temperatur i kretsene for gulvvarme, CO, varmtvannsforsyning til en hytte på 130 m² vil bli sikret - en varmtvannsvarmeveksler (180 liter) er involvert her.
Den produserer en konstant varmestrøm samtidig for alle forbrukere. Muligheten for å lage en kaskade på 8 HP lar deg gi varme til en gjenstand med et areal på minst 3000 m².
Hver av disse modellene er ikke et ubetinget, men et grunnleggende alternativ. Hvis du har funnet en passende VT - se hele linjen, studer valgfrie tilbud. Utvalget av utstyr er stort, det er en risiko for å gå glipp av ditt ideelle alternativ.
Artikkelen hjalp deg med å finne et lønnsomt oppvarmingsalternativ, eller du trenger ytterligere informasjon - skriv i kommentarene. Vi svarer umiddelbart.
Enkelt sagt er driftsprinsippet til en varmepumpe nær det for et husholdningskjøleskap - den tar termisk energi fra en varmekilde og overfører den til varmesystemet. Varmekilden til pumpen kan være jord, stein, atmosfærisk luft, vann fra forskjellige kilder (elver, bekker, grunning, innsjøer).
Typer varmepumper er klassifisert i henhold til varmekilden:
- luft-til-luft;
- vann-luft;
- vann-vann;
- grunnvann (grunnvann);
- isvann (sjelden).
Oppvarming, klimaanlegg og varmtvann - alt dette kan leveres av en varmepumpe. For å sikre alt dette trenger han ikke drivstoff. Elektrisiteten som brukes til å opprettholde driften av pumpen er omtrent 1/4 av forbruket til andre typer oppvarming.
Komponenter i et varmesystem på en varmepumpe
Kompressor- hjertet av varmesystemet på varmepumpen. Den konsentrerer den avledede lavkvalitetsvarmen, øker temperaturen på grunn av kompresjon, og overfører den til kjølevæsken i systemet. I dette tilfellet brukes elektrisitet utelukkende på kompresjon og overføring av termisk energi, og ikke på oppvarming av kjølevæsken - vann eller luft. Ifølge gjennomsnittlige estimater brukes opptil 2,5 kW elektrisitet per 10 kW varme.
Oppbevaringstank for varmt vann(for invertersystemer). Lagringstanken lagrer vann som jevner ut varmebelastningene til varmesystemet og varmtvannet.
kjølemiddel. Den såkalte arbeidsvæsken, som er under lavt trykk og koker ved lave temperaturer, er en absorber av lavpotensialenergi fra en varmekilde. Dette er gassen som sirkulerer i systemet (freon, ammoniakk).
Fordamper, som sikrer valg og overføring av termisk energi til pumpen fra en lavtemperaturkilde.
Kondensator, som overfører varme fra kjølemediet til vannet eller luften i systemet.
Temperatur kontroller.
Primær og sekundær grunnkontur. Overføring av varme fra kilden til pumpen og fra pumpen til sirkulasjonssystemet for hjemmevarme. Primærkretsen består av: fordamper, pumpe, rør. Den sekundære kretsen inkluderer: kondensator, pumpe, rørledning.
Luft-til-vann varmepumpe 5-28 kW
Luft-til-vann varmepumpe for oppvarming og varmtvannsforsyning 12-20 kW
Prinsippet for drift av en varmepumpe er absorpsjon og påfølgende frigjøring av termisk energi i prosessen med fordampning og kondensering av en væske, samt en endring i trykk og en påfølgende endring i temperaturen på kondensering og fordampning.
En varmepumpe endrer varmebevegelsen – den får den til å bevege seg i motsatt retning. Det vil si at HP er den samme hydrauliske, som pumper væsker fra bunn til topp, i motsetning til den naturlige bevegelsen fra topp til bunn.
Kuldemediet komprimeres i kompressoren og overføres til kondensatoren. Høyt trykk og temperatur kondenserer gassen (freon er det vanligste), varme overføres til kjølevæsken i systemet. Prosessen gjentas når kuldemediet passerer gjennom fordamperen igjen - trykket synker og lavtemperaturkokeprosessen starter.
Avhengig av kilden til lavgradig varme, har hver type pumpe sine egne nyanser.
Egenskaper til varmepumper avhengig av varmekilden
Luft-til-vann varmepumpen er avhengig av lufttemperaturen, som ikke skal falle under +5°C over bord, og den oppgitte varmekonverteringskoeffisienten COP 3,5-6 kan kun oppnås ved 10°C og over. Pumper av denne typen er installert på stedet, på stedet der vi blåser gjennom, og de er også installert på takene. Det samme kan sies om luft-til-luft-pumper.
Type grunnvannspumpe
Grunnvannspumpe eller en jordvarmepumpe henter termisk energi fra bakken. Jorden har en temperatur på 4°C til 12°C, alltid stabil på en dybde på 1,2 -1,5 m.
Det er nødvendig å plassere en horisontal samler på stedet, området avhenger av jordtemperaturene og størrelsen på det oppvarmede området, ingenting kan plantes og plasseres over systemet bortsett fra gress. Det er en variant av en vertikal samler med en brønn opp til 150 m. Den mellomliggende varmebæreren sirkulerer gjennom rør lagt i bakken og varmer opp til 4 ° C, og kjøler ned jorda. På sin side må jorda ta igjen varmetapet, noe som betyr at det trengs hundrevis av meter med rør for effektiv drift av HP.
Varmepumpe"vann-vann"
Varmepumpe "vann-vann" fungerer på lavgradig varme av elver, bekker, kloakk og grunning. Vann er mer varmekrevende enn luft, men det er noen nyanser i avkjøling av grunnvann - det kan ikke kjøles til frysepunktet, vannet må renne fritt ned i bakken.
Du må være 100 % sikker på at du i løpet av en dag fritt vil kunne passere titalls tonn vann gjennom deg selv. Dette problemet løses ofte ved å dumpe nedkjølt vann i nærmeste reservoar, med den eneste betingelsen at reservoaret er bak gjerdet ditt, ellers resulterer slik oppvarming i millioner. Er det ti meter til et rennende magasin, vil oppvarming med vann-til-vann varmepumpe være mest effektivt.
Varmepumpe "is-vann"
Varmepumpe "is-vann" en ganske eksotisk type pumper som krever komplettering av en varmeveksler - luft-til-vann-pumpen omdannes til kaldt vann og fjerner is.
I løpet av fyringssesongen samles det opp rundt 250 tonn is, som kan lagres (et slikt isvolum kan fylle et gjennomsnittlig basseng). Denne typen varmepumpe er bra for våre vintre. 330 kJ/kg - dette er hvor mye varme vann slipper ut ved frysing. I sin tur gir avkjøling av vann med 1°C 80 ganger mindre varme. Oppvarmingshastigheten på 36 000 kJ/t oppnås ved å fryse 120 liter vann. Denne varmen kan brukes til å bygge et varmesystem med en isvann varmepumpe. Selv om det er veldig lite informasjon om denne typen pumper, vil jeg se.
Fordeler og ulemper med varmepumper
Jeg ønsker ikke å tulle her om "grønn" energi og miljøvennlighet, siden prisen på hele systemet viser seg å være skyhøy og her er det siste du tenker på ozonlaget. Hvis du senker kostnadene for varmesystemet på en varmepumpe, er fordelene:
- Trygg oppvarming. Jeg dømmer selv - når gasskjelen min slår på brenneren med bomull, dukker det opp et grått hår på hodet mitt hvert 15. minutt. Varmepumpen bruker ikke brennbart brennstoff med åpen flamme. Ingen lagre av ved og kull.
Effektiviteten til en varmepumpe er ca. 400-500 % (tar 1 kW strøm, bruker 5). - "Ren" oppvarming uten forbrenningsavfall, eksos, lukt.
- Stillegående drift med riktig kompressor.
Fet minus varmepumper- prisen på hele systemet som helhet og sjelden møtte ideelle forhold for effektiv pumpedrift.
Tilbakebetalingen på et varmesystem basert på en varmepumpe kan være 5 år, eller kanskje 35, og det andre tallet er dessverre mer realistisk. Dette er et veldig kostbart system på implementeringsstadiet og veldig arbeidskrevende.
Den som forteller deg hva, nå er kulibinene skilt, bare en varmeingeniør skal ta seg av beregninger for en varmepumpe, med besøk på anlegget.
Energi, har dyrt utstyr, men den største fordelen er en rask tilbakebetaling. En av variantene av et slikt alternativ er en varmepumpe for oppvarming. Priser og beskrivelser av typene av slike systemer er avklart i denne artikkelen.
Alternativ til gasskjele
Les i artikkelen
Historien om opprinnelsen til varmepumper
De første tegnene til varmepumpekonseptet dukket opp i 1852. William Thomson startet denne utviklingen, den ble tatt opp og forbedret av Robert Weber i 1940, som ofte eksperimenterte på og oppdaget ved et uhell at varme ble frigjort fra fryseenheten. Først lærte forskeren systemet, og til slutt hele boligen. En stor triumf var Webers plassering av kobberrør i bakken, som samlet naturlig varme og konverterte den til termisk energi.
Prinsippet for drift av en varmepumpe for oppvarming av et hus
Varmepumpen er konstruert på en slik måte at dens interne enheter kan behandle varmen fra det naturlige miljøet (vann, jord og luft) til varme for.
Hvordan pumpen fungerer fra innsiden
Uavhengig av metoden for varmegenerering, inneholder alle pumper følgende elementer:
- Ekspansjon ventil;
- Høytrykks fordamper;
- Kompressor;
- Kondensator;
Konverteringsprosess
En geotermisk varmepumpe til en god pris for fungerer etter prinsippet om konvensjonell, som bringer all varmen som er akkumulert inne i enheten, i ferd med å koke kjølemediet, til bakveggen. Bare i tilfellet frigjøres den utvunnede energien innendørs.
Stadier for å lage termisk energi:
- Avhengig av typen naturlig element som brukes, fjerner pumpen varme i området fra 1 til 7 grader.
- Fordamperen inne i apparatet inneholder kjølemiddel. Denne væsken er i stand til å koke ved null temperatur.
- Ved hjelp av den mottatte naturlige varmen koker kjølemediet og blir gassformet.
- Gassen kommer inn i kompressoren, noe som øker trykket og som et resultat øker temperaturen.
- Det maksimale oppvarmede kjølemediet i form av en gass går inn i kondensatoren, hvor det avgir varmen. Etter avkjøling går stoffet tilbake til flytende tilstand.
- Ekspansjonsventilen slipper deretter væsken gjennom, og reduserer trykket til det opprinnelige nivået.
- Og igjen er kjølemediet i fordamperen, mottar en del varme og prosessen gjentas.
Derfor er kjølemediet det viktigste arbeidselementet til varmepumpen. Varmen som han mottar fra naturen omdannes til 35-65 grader av en nyttig termisk ressurs.
Merk! Selv om oppvarmingstemperaturen til kjølevæsken ikke er så høy, men ved å øke seksjonene av batteriene, oppnås en full og jevn oppvarming av lokalene. Et varmt gulv kan kobles til systemet, det vil varme opp jevnt og ikke aggressivt.
De viktigste typene varmepumper
Varmeovner er forskjellige i måten de produserer varme på. De er delt inn i slike typer som: "vann-vann", "luft-luft", "jord-vann", "luft-vann".
vann-vann
Essensen av systemet er å ta varme fra et reservoar eller. Utstyr av denne typen skiller seg fra resten i større varmeoverføringseffektivitet. Dette forklares med at vann er mindre følsomt for temperaturendringer, spesielt i bakken.
Luft til luft
Slik navigerer du når du velger varmepumpe
For å velge en bestemt type termisk til en god pris, må du bestemme deg for følgende parametere:
- Beløpet du er villig til å skille deg av for kjøp av utstyr;
- Den typen område der huset ligger som du skal gi en alternativ oppvarmingsmetode. Installasjonstypen avhenger av plasseringen av stakene eller grunnvannet;
- Du må ta stilling til om du har mulighet til å bore etter varmepumpe;
- Hovednyansen er den nøyaktige beregningen av nødvendig kraft for fullverdig oppvarming av huset;
Hvordan beregne kraften til nødvendig utstyr
For mer nøyaktig å bestemme den nødvendige kraften, må du beregne temperaturforskjellen mellom gaten og mikroklimaet i midten av bygningen: T = Tinside - Utside = ønsket grad Celsius.
Den endelige formelen inkluderer å ta hensyn til alle parameterne ovenfor: Q = V x T, kW.
Viktig! For å unngå mangel på strøm til oppvarming, er det nødvendig å legge til 10 prosent av den nominelle verdien til de mottatte beregningene for å balansere alle manglene.
Oversikt over produsenter
For å kjøpe en varmepumpe må prisen være korrelert med produsentens popularitet og settet med funksjoner.
Merk! Det er et bredt utvalg av utenlandske produsenter hvis utstyrskvalitet er veldig høy, men innenlandske firmaer gir ikke opp og er i stand til å overgå mange europeiske konkurrenter. Prisen på russiske produsenter er mye mer behagelig.
Varmepumpe for oppvarming av boliger. Priser for ulike typer
Hvert system, som er forskjellig fra hverandre i type, har sine egne volumer av nødvendige strukturelle elementer. Dette faktum påvirker prispolitikken for det ferdige produktet.
Priser på luft-til-luft varmepumper og andre typer
Effektområdet til vannsystemer når opp til 18 kW. Ekstra moduler kan utvide funksjonaliteten til systemet til full automatikk. Prisen på slike enheter varierer fra 100 til 500 tusen rubler.
Når det gjelder jordenheter, nås kraften opp til 500 kW, og kostnaden når 3,5 millioner rubler.
Prisklassetabell for nøkkelferdige varmepumper.
Bilde | Produsent | effekt, kWt | Type av | pris, gni. |
Gree Versati GRS-CQ | 5,5 | vann vann | 300 000 | |
Altal 12 | 12 | jordvann | 350 000 | |
Cooper/Hunter GRS-Cm | 18 | luft vann | 240 000 | |
ERT | 6 | luft vann | 400 000 | |
Mammoth j142 | 48 | vann vann | 650 000 | |
DHL-L Varius | 5,33 | luft luft | 750 000 |
DIY varmepumpe
For å lage en varmepumpe med egne hender fra kjøleskapet, må du ha en viss ferdighet. Men det er fullt mulig å bringe enheten til en fungerende tilstand.
- Først av alt må du kjøpe en kompressor fra et kjøleskap eller.
- Nå må du sette sammen en kondensator, hvis design begynner med en spole. Det er vanligvis laget av et kobberrør med en tykkelse på 1 mm eller mer, og plassert i et metallhus. For å plassere spolen inne i tanken, sages den først i to, og etter å ha plassert alle delene og gjengede forbindelser tilbake. For å gjøre svingene på spolen jevne og med samme avstand mellom ringene, kan du vikle røret på et emne, og avstanden er festet med et aluminiumshjørne med ribber.
- Komplett montering, lodding av rør og pumping av kjølemiddel utføres kun av en profesjonell kjølespesialist. Ellers kan det oppstå en nødsituasjon.
- Alt, designet er klart til å kobles til.
Ytterligere funksjoner til varmepumper
På grunn av det unike med designene deres, gjør russiskproduserte varmepumper det mulig å lage ytterligere prosesser, for eksempel kjøling og oppvarming av kjelevann. Kjøleeffekten oppnås ved omvendt prosess med sammentrekning av kjølemediet. Det vil si at de samme manipulasjonene skjer i kompressoren som under oppvarming, bare i motsatt rekkefølge.
Vannet varmes opp indirekte. Inne i kjelen er det en spiral som varmtvann passerer gjennom, og varmen fra spiralen varmer opp vannet i kjelen.
Garanti og service
På grunn av det faktum at systemet er veldig komplekst, er det uakseptabelt å utføre diagnose- og reparasjonsarbeid med enhetene selv. For disse formålene, når du kjøper en pumpe, er produsenten forpliktet til å inngå en avtale med deg, som angir i hvilke tidsrom spesialisten vil sjekke den.
- Garantien innebærer en viss periode med gratis vedlikehold, som inkluderer reparasjon av alle komponenter og sammenstillinger.
- Servicevedlikehold er et integrert tillegg til selve systemet. Tidsplanen som inspeksjonen gjøres for kan være månedlig, kvartalsvis, halvårlig og årlig.
konklusjoner
Er du positiv til å kjøpe en varmepumpe for oppvarming av boligen, bør ikke prisene skremme deg. Tross alt er hovedprioriteten for slik oppvarming at effektiviteten multipliseres med 4 ganger sammenlignet med andre typer oppvarming. Og dette betyr at hele systemet vil betale seg veldig raskt. Varme vinterkvelder.
Siden antikken har menneskeheten vært "vant" til å bruke tilgjengelige naturressurser. energibærere, som blir ganske enkelt brent for å produsere varme eller for å bli omdannet til andre former for energi. Folk lærte også å bruke det skjulte potensialet til vannstrømmer – de startet fra vannmøller og nådde kraftige vannkraftverk. Men det som virket ganske tilstrekkelig for hundre år siden, kan i dag ikke lenger tilfredsstille behovene til den voksende befolkningen på jorden.
For det første er naturlige "pantries" fortsatt ikke bunnløse, og energiproduksjonen blir vanskeligere og vanskeligere for hvert år, og flytter til vanskelig tilgjengelige områder eller til og med til havhyller. For det andre er forbrenning av naturlige råvarer alltid forbundet med utslipp av forbrenningsprodukter til atmosfæren, som med de nåværende enorme volumene av slike utslipp allerede har satt planeten på randen av en økologisk katastrofe. Energien til vannkraftverk er ikke nok, og brudd på den hydrologiske balansen til elver medfører også mange negative konsekvenser. Atomkraft, som en gang ble sett på som et "universalmiddel", etter en rekke høyprofilerte menneskeskapte katastrofer reiser mange spørsmål, og i mange regioner på planeten er bygging av atomkraftverk rett og slett forbudt ved lov.
Imidlertid er det andre, nesten uuttømmelige energikilder som har blitt mye brukt relativt nylig. Moderne teknologier har gjort det mulig å svært effektivt bruke energien fra vind, sollys, tidevann, etc. til å produsere elektrisitet eller varme. En av de alternative kildene er den termiske energien i jordens indre, vannforekomster og atmosfæren. Det er på bruk av slike kilder driften av varmepumper er basert. For oss er slikt utstyr fortsatt inkludert i kategorien "eksotiske nyheter", og samtidig varmer mange europeere hjemmene sine på denne måten - for eksempel i Sveits eller skandinaviske land har antallet hus med slike systemer overskredet 50 %. Gradvis begynner denne typen varmegenerering å bli praktisert i russiske åpne områder, selv om prisene for å anskaffe et høyteknologisk utstyr fortsatt ser veldig skremmende ut. Men som alltid er det mesterentusiaster som viser sin kreativitet og setter sammen varmepumper med egne hender.
Publikasjonen er rettet mot å sikre at leseren kan se nærmere på driftsprinsippet og den grunnleggende enheten til varmepumper, lære om deres fordeler og ulemper. I tillegg vil vi snakke om vellykkede erfaringer med å lage eksisterende installasjoner på egenhånd.
Slik fungerer en varmepumpe
Ikke alle tenkte på det, men rundt oss er det mange varmekilder som «virker» hele året og døgnet rundt. For eksempel, selv i den mest strenge kulden, forblir temperaturen under isen til et frossent reservoar fortsatt positiv. Det samme bildet og når man fordyper seg i tykkelsen på jorden - under grensen til frysing, er temperaturen nesten alltid stabil og omtrent lik den gjennomsnittlige årlige karakteristikken for denne regionen. Luften har også et betydelig termisk potensial.
Kanskje noen vil bli forvirret av de tilsynelatende lave temperaturene på vann, jord eller luft. Ja, de tilhører energikilder med lavt potensial, men deres viktigste "trumfkort" er stabilitet, og moderne teknologier basert på lovene i termisk fysikk gjør at selv en liten forskjell kan konverteres til nødvendig oppvarming. Ja, og du skjønner, når frosten er 20 grader ute om vinteren, og jorda har 5 ÷ 7 grader under frysepunktet, så er en slik amplitudeforskjell allerede ganske anstendig.
Det er denne egenskapen til kontinuiteten i tilførselen av lavpotensialenergi som er innebygd i varmepumpekretsen. Faktisk er denne enheten en enhet som "pumper" og "konserter" varmen hentet fra en uuttømmelig kilde.
Du kan tegne litt analogi med det kjente kjøleskapet. Produktene som er plassert i den for kjøling og lagring og luften som kommer inn i kammeret når døren åpnes er heller ikke for varme. Men hvis du berører kondensatorens varmevekslerrist på bakveggen av kjøleskapet, er det enten veldig varmt eller til og med varmt.
Prototypen til en varmepumpe er et kjøleskap kjent for alle, hvis kondensatorrister varmes opp under drift.Så hvorfor ikke bruke dette prinsippet til å varme opp kjølevæsken?Selvfølgelig er analogien med kjøleskapet ikke direkte - det er ingen stabil ekstern varmekilde, og elektrisitet er stort sett bortkastet. Men når det gjelder en varmepumpe, kan en slik kilde bli funnet (arrangert), og da vil det vise seg å være et "omvendt kjøleskap" - hovedfokuset til enheten vil være nettopp på å skaffe varme.
På hvilket prinsipp fungerer det?
Det er et system med tre kretsløp med kjølevæsker som sirkulerer gjennom dem.
- I selve varmepumpehuset (pos. 1) er det to varmevekslere (pos. 4 og 8), en kompressor (pos. 7), en kuldemediekrets (pos. 5), justerings- og kontrollenheter.
- Den første kretsen (pos. 1) med sin egen sirkulasjonspumpe (pos. 2) er plassert (nedsenket) i en kilde til lavgradig varme (deres enhet vil bli diskutert nedenfor). Mottar termisk energi fra en ekstern uavbrutt kilde (vist med en bred rosa pil), oppvarmet med bare noen få grader (vanligvis når du bruker sonder eller samlere i bakken eller i vann - opptil 4 ÷ 6 ° FRA), kommer den sirkulerende kjølevæsken inn fordamper varmeveksler(pos. 4). Her foregår den primære overføringen av varme mottatt fra utsiden.
- Kuldemediet som brukes i den interne pumpekretsen (pos. 5) har ekstremt lavt kokepunkt. Vanligvis brukes en av de moderne, miljøvennlige freonene, eller karbondioksid (i hovedsak flytende karbondioksid) her. Den kommer inn i fordamperinnløpet (pos. 6) i flytende tilstand, ved redusert trykk - dette gir en justerbar gass (pos. 10). Den spesielle formen på kapillærinnløpet og formen på fordamperen bidrar til den nesten øyeblikkelige overgangen av kjølemediet til en gassformig tilstand. I henhold til fysikkens lover er fordampning alltid ledsaget av en skarp avkjøling og absorpsjon av omgivelsesvarme. Siden denne delen av den interne kretsen er plassert i samme varmeveksler med primærkretsen, tar freon termisk energi fra kjølevæsken, mens den avkjøles (bred oransje pil). Den avkjølte kjølevæsken fortsetter å sirkulere og får igjen termisk energi fra en ekstern kilde.
- Kjølemediet, som allerede er i gassform, overfører varmen som overføres til det, kommer inn i kompressoren (pos. 7), hvor temperaturen stiger kraftig under påvirkning av kompresjon. Videre går den inn i neste varmeveksler (pos. 8), der kondensatoren og rørene til varmepumpens tredje krets er plassert. (pos. 11).
- Her skjer en helt motsatt prosess - kjølemediet kondenserer, blir til en flytende tilstand, mens den gir fra seg varmen til den tredje kretskjølevæsken. Videre, i en flytende tilstand ved høyt trykk, passerer den gjennom en gasspjeld, hvor trykket synker, og syklusen med fysiske transformasjoner av kjølemediets samlede tilstand gjentas igjen og igjen.
- Går nå til den tredje kretsen (pos. 11) til varmepumpen. Gjennom varmeveksleren (pos. 8) overføres termisk energi til den fra kjølemediet oppvarmet ved kompresjon (bred rød pil). Denne kretsen har egen sirkulasjonspumpe (pos. 12), som sørger for bevegelse av kjølevæsken gjennom varmerørene. Det er imidlertid mye mer rimelig å bruke en akkumulerende, nøye isolert buffertank (pos. 13), der den overførte varmen vil samle seg. Den akkumulerte tilførselen av termisk energi er allerede brukt for behovene til oppvarming og varmtvannsforsyning, og blir brukt gradvis, etter behov. Et slikt tiltak lar deg forsikre deg mot strømbrudd eller bruke en billigere natttakst for strømmen som trengs for å drive varmepumpen.
Hvis en bufferlagringstank er installert, er en varmekrets (pos. 14) med egen sirkulasjonspumpe (pos. 15) allerede koblet til den, noe som sikrer bevegelse av kjølevæsken gjennom systemrørene (pos. 16). Som allerede nevnt, kan det være en andre krets som gir varmt vann til husholdningsbehov.
Varmepumpen kan ikke fungere uten strøm - den er nødvendig for driften av kompressoren (bred grønn pil), og sirkulasjonspumpene i de eksterne kretsene bruker også strøm. Men som utviklerne og produsentene av varmepumper forsikrer, er forbruket av elektrisitet uforlignelig med det mottatte "volumet" av termisk energi. Så med riktig montering og optimale driftsforhold er det ofte snakk om 300 prosent eller mer effektivitet, det vil si at med én kilowatt elektrisitet brukt kan en varmepumpe produsere 4 kilowatt termisk energi.
Faktisk er en slik uttalelse om effektivitet noe feil. Ingen kansellerte fysikkens lover, og effektivitet over 100 % er den samme utopien som " perpetummobile"- evighetsmaskin. I dette tilfellet snakker vi om rasjonell bruk av elektrisitet med det formål å "pumpe" og konvertere energi som kommer fra en uuttømmelig ekstern kilde. Her er det mer hensiktsmessig å bruke konseptet COP (fra engelsk "ytelseskoeffisient") som på russisk ofte kalles "varmekonverteringskoeffisienten". I dette tilfellet kan faktisk verdier som overstiger én vise seg:
CO R = Qn/a, hvor:
CO R er koeffisienten for varmekonvertering;
QP- mengden termisk energi mottatt av forbrukeren;
MEN- arbeidet utført av kompressorenheten.
Det er en nyanse til som ofte rett og slett glemmes - ikke bare kompressoren, men også sirkulasjonspumper i eksterne kretser krever en viss mengde energi for normal funksjon av pumpen. Strømforbruket deres er selvfølgelig mye mindre, men likevel kan det også tas i betraktning, og dette gjøres ofte rett og slett ikke for markedsføringsformål.
Den totale mengden termisk energi som mottas kan brukes:
1 - den optimale løsningen er et system med varmtvannsgulv. Som regel gir varmepumper en "stigning" i temperaturen til et nivå på ca. 50 ÷ 60 ° FRA- dette er nok til gulvvarme.
2 - varmtvannsforsyning til husholdningsbruk. Vanligvis i varmtvannsanlegg opprettholdes temperaturen på dette nivået - omtrent 45 ÷ 55 ° С.
3 - men for konvensjonelle radiatorer vil slik oppvarming tydeligvis ikke være nok. Veien ut er å øke antall seksjoner eller bruke spesielle lavtemperaturradiatorer. Varmere av konveksjonstype vil også bidra til å løse problemet.
4 - en av de viktigste fordelene med varmepumper er muligheten til å bytte dem til "motsatt" driftsmodus. Om sommeren kan en slik enhet utføre funksjonen til klimaanlegg - ta varme fra lokalene og overføre den til bakken eller et reservoar.
Kilder til lavt potensial energi
Hvilke energikilder med lavt potensial er i stand til å bruke varmepumper? Denne rollen kan spilles av bergarter, jord på forskjellige dyp, vann fra naturlige reservoarer, eller underjordiske akviferer, atmosfærisk luft eller varme luftstrømmer ventilert fra bygninger eller industrielle prosessenheter.
A. Bruk av termisk energi jordsmonn
Som allerede nevnt, under nivået av jordfrysing som er karakteristisk for denne regionen, er jordtemperaturen stabil gjennom hele året. Det er dette som brukes til drift av varmepumper etter "jord - vann"-ordningen.
Skjematisk diagram over utvinning av energi "jord - vann"
For å lage et slikt system forberedes spesielle overflatetermiske felt, hvorpå de øvre jordlagene fjernes til en dybde på omtrent 1,2 ÷ 1, 5 meter. De inneholder konturer laget av plast- eller metall-plastrør med en diameter på som regel 40 mm. Effektiviteten til fjerning av varmeenergi avhenger av lokale klimatiske forhold og av den totale lengden på kretsen som opprettes.
Foreløpig, for det sentrale Russland, kan du operere med følgende forhold:
- Tørr sandjord - 10 W energi per lineær meter rør.
- Tørr leirjord - 20 W / m.
- Våt leirjord - 25 W / m.
- Leirestein med høy plassering av grunnvann - 35 W / m.
Til tross for den tilsynelatende enkelheten med slik varmeoverføring, er metoden på ingen måte alltid den optimale løsningen. Faktum er at det innebærer en svært betydelig mengde jordarbeid. Det som ser enkelt ut i et diagram er mye vanskeligere i praksis. Døm selv - for å "fjerne" til og med bare 10 kWt termisk energi fra den underjordiske kretsen på leirjord, vil det kreves omtrent 400 meter rør. Hvis vi også tar hensyn til den obligatoriske regelen om at mellom svingene i kretsen må det være et intervall på minst 1, 2 meter, da vil det være nødvendig for å legge en tomt på 4 dekar (20 × 20 meter).
Å etablere et felt for å hente ut varme fra grunnen er en ekstremt storskala og tidkrevende oppgave.
For det første har ikke alle muligheten til å tildele et slikt territorium. For det andre er alle bygninger helt utelukket i dette området, siden det er stor sannsynlighet for skade på kretsen. Og for det tredje kan det hende at utvinningen av varme fra jorda, spesielt med beregninger av dårlig kvalitet, ikke går sporløst. Effekten av overkjøling av stedet er ikke utelukket, når sommervarmen ikke fullt ut kan gjenopprette temperaturbalansen i dybden av konturen. Dette kan påvirke den biologiske balansen i overflatelagene i jorda negativt, og som et resultat vil noen planter rett og slett ikke vokse i et underkjølt område - en slik lokal effekt av "istiden".
B. Termisk energi fra brønner
Selv den lille størrelsen på stedet vil ikke være et hinder for å organisere omsorgen for termisk energi fra en boret brønn.
Som en kilde til lavgradig varme - en dyp brønn
Temperaturen i jorda med økende dybde blir bare mer stabil, og på dybder på mer enn 15 — 20 meter er fast på 10-gradersmerket, og øker med to ÷ tre grader for hver 100 m dykking. Dessuten er denne verdien helt uavhengig av årstiden eller værets luner, noe som gjør brønnen til den mest stabile og forutsigbare varmekilden.
En sonde senkes ned i brønnene, som er en U-formet løkke av plast (metall-plast) rør med en kjølevæske som sirkulerer gjennom dem. Oftest lages det flere brønner med en dybde på 40 ÷ 50 og opp til 150 meter, ikke nærmere enn 6 m fra hverandre, som er koblet enten i serie eller med kobling til en felles kollektor. Varmeoverføringen av jorda med dette arrangementet av rør er mye høyere:
- Med tørre sedimentære bergarter - 20 W / m.
- Steinete jordlag eller vannmettede sedimentære bergarter - 50 W / m.
- Solide bergarter med høy varmeledningsevne - 70 W / m.
- Hvis du er heldig, og du får en underjordisk akvifer - ca 80 W / m.
Ved utilstrekkelig plass eller vanskeligheter med dypboring på grunn av jordens egenskaper, kan flere skråbrønner utføres med bjelker fra ett punkt.
Forresten, i tilfelle brønnen faller på en akvifer med en stabil debet, brukes noen ganger en åpen primær varmevekslingskrets. I dette tilfellet pumpes vann fra en dybde av en pumpe, deltar i varmeveksling, og deretter, avkjølt, slippes ut i en andre brønn med samme horisont, å plasseres påsikker avstand fra den første (dette beregnes ved utforming av systemet). Samtidig kan vanninntak til husholdningsbehov organiseres.
Den største ulempen med nedihullsmetoden for varmeekstraksjon er de høye kostnadene ved boring, som er svært vanskelig eller ganske enkelt umulig å utføre på egen hånd uten passende utstyr. I tillegg krever brønnboring ofte tillatelser fra miljømyndigheter. Forresten, bruk av direkte varmeveksling med omvendt vannutslipp til brønnen kan også være forbudt.
Kan du bore en brønn selv?
Selvfølgelig er dette en ekstremt vanskelig oppgave, men det er teknologier som tillater, under visse forhold, å utføre den uavhengig.
Om hvordan du kan - i en spesiell publikasjon av portalen vår.
B. Bruk av vannforekomster som varmekilder
Et reservoar med tilstrekkelig dybde i nærheten av huset kan godt bli en god kilde til termisk energi. Vann, selv om vinteren, under den øvre isskorpen forblir i flytende tilstand, og temperaturen er over null - dette er hva varmepumpen trenger.
Omtrentlig varmeoverføring fra en krets nedsenket i vann er 30 kW / m. Dette betyr at for å få en avkastning på 10 kW kreves en krets i størrelsesorden 350 m.
Slike kollektorkretser er montert på land fra plastrør. Så flytter de inn i dammen og dykker til bunnen, til dypet ikke mindre enn 2 meter, for hvilke laster er festet med en hastighet på 5 kg per 1 lineær meter rør.
Så utføres det termisk isolert legge rør til huset og koble dem til termisk varmeveksler pumpe.
Imidlertid bør man ikke tro at noen vannmasse er fullt egnet for slike formål - igjen vil det være nødvendig med svært komplekse varmetekniske beregninger. For eksempel, en liten og ikke dyp nok dam eller en liten, stille bekk, ikke bare kan de ikke takle oppgaven med uavbrutt tilførsel av lavt potensial energi - de kan ganske enkelt fryses helt til bunnen, og dermed drepe alle innbyggerne av reservoaret.
Fordeler med vannvarmekilder - det er ikke behov for boring, jordarbeid reduseres også til et minimum - kun graving av grøfter til huset for legging av rør. Og som en ulempe kan lav tilgjengelighet for de fleste huseiere bemerkes ganske enkelt på grunn av mangelen på vannforekomster i rimelig nærhet til boliger.
Forresten, for varmeveksling, brukes ofte avløp - de har en ganske stabilisert positiv temperatur selv i kaldt vær.
D. Tar varme fra luften
Varme for oppvarming av et hjem eller for varmtvannsforsyning kan tas bokstavelig talt fra luften. Luft-til-vann varmepumper fungerer etter dette prinsippet. luft – luft».
I det store og hele er dette det samme klimaanlegget, bare byttet til "vinter" -modus. Effektiviteten til et slikt varmesystem avhenger veldig av de klimatiske forholdene i regionen, og av værets luner. Selv om moderne installasjoner er designet for å fungere selv ved svært lave temperaturer (opptil -25, og noen til og med opp til -40 ° FRA), men synker kraftig, lønnsomheten og hensiktsmessigheten av en slik tilnærming begynner umiddelbart å reise mange spørsmål.
Men på den annen side krever ikke en slik varmepumpe noen arbeidskrevende operasjoner i det hele tatt - oftest er dens primære varmevekslerenhet installert enten på veggen (taket) av bygningen, eller i dens umiddelbare nærhet. Forresten, det er nesten umulig å skille det fra den eksterne enheten til et delt klimaanlegg.
Slike varmepumper brukes ofte som ekstra kilder til termisk energi for oppvarming, og om sommeren som varmegenerator for varmtvannsforsyning.
Bruken av slike varmepumper er fullt berettiget for gjenvinning - bruk av sekundær varme, for eksempel ved utløpene til ventilasjonssjakter (kanaler). Dermed mottar installasjonen en ganske stabil og høytemperatur energikilde - dette er mye brukt i industribedrifter, hvor det hele tiden er kilder til sekundær varme for avhending.
I luft-til-luft- og luft-til-vann-systemer er det ingen primær varmevekslingskrets i det hele tatt. Viftene skaper en luftstrøm som direkte blåser fordamperrørene med kjølemediet som sirkulerer gjennom dem.
Forresten, det er en hel serie med varmepumper DX - type (fra engelsk "direkte utveksling", som betyr "direkte utveksling"). Også hos dem er det faktisk ingen primærkrets. Varmeveksling med en kilde til lavgradig varme (i brønner eller i lag med jord) passerer umiddelbart i kobberrør fylt med kjølemiddel. På den ene siden er dette dyrere og vanskeligere å implementere, men det lar deg redusere både dybden på brønnene betydelig (en 30 meter vertikal en eller flere skrånende opp til 15 m er nok), og den totale området av det horisontale varmevekslingsfeltet, hvis det er plassert under det øverste jordlaget. Følgelig kan vi snakke om en større konverteringsfaktor, og generelt - effektiviteten til varmepumpen. Men bare kobbervarmevekslerrør er mye dyrere enn plast og vanskeligere å installere, og kostnadene for kjølemediet er mye høyere enn for en konvensjonell frostvæske.
Og hvordan er klimaanlegget ordnet, og kan det monteres uavhengig?
Det er allerede sagt det grunnleggende prinsipp handlingene til klimaanlegget og varmepumpen er praktisk talt "tvillinger", men i et "speilbilde".
Mer om enheten og de grunnleggende reglene - i en spesiell publikasjon av portalen.
Video: nyttig informasjon om teori og praksis ved bruk av varmepumper
Generelle fordeler og ulemper med varmepumper
Så vi kan trekke en viss linje i vurderingen av varmepumper, med fokus på deres viktigste, imaginære og virkelige fordeler og ulemper.
MEN. Høy effektivitet og generell lønnsomhet av denne typen oppvarming.
Dette er allerede nevnt ovenfor - i et gjennomtenkt og riktig installert system, under optimale driftsforhold, kan du regne med å motta 4 kW termisk energi i stedet for den brukte 1 kW elektrisk energi.
Alt dette vil bare være rettferdig hvis huset har fått isolasjon av høyeste kvalitet. Dette gjelder selvfølgelig alle varmesystemer, det er bare at disse "magiske tallene" på 300% viser viktigheten av pålitelig termisk isolasjon i større grad.
Når det gjelder vanlige kostnader for forbrukte energiressurser, ligger varmepumper på førsteplass når det gjelder effektivitet, noe foran selv billig nettgass. Samtidig bør man også ta hensyn til at det ikke er behov for å transportere og lagre drivstoffreserver – hvis vi snakker om innsatser på fast eller flytende brensel.
B. Varmepumpen kan bli svært økonomisk hovedkilden til oppvarming og varmtvann.
Denne problemstillingen er også allerede berørt. Hvis huset brukes som hovedkilde til oppvarming i lokalene, må varmepumpen med riktig kraft "trekke" en slik last. For de fleste vanlige radiatorer vil en temperatur på 50 ÷ 55 grader være klart utilstrekkelig.
Spesielt bør nevnes pumper som henter varme fra luften. De er ekstremt følsomme for gjeldende værforhold. Selv om produsenter hevder muligheten for å jobbe ved -25 og til og med -40 ° FRA, effektiviteten synker kraftig, og det kan ikke være snakk om noen 300 %.
En rimelig løsning er å lage et kombinert varmesystem (bivalent). Så lenge HP har nok strøm, fungerer den som hovedkilden til varme, ved utilstrekkelig strømstøtende ekte kaldt vær - elektrisk oppvarming, kjele for flytende eller fast brensel, solfanger osv. kommer til unnsetning. Gassutstyr vurderes ikke i dette tilfellet - hvis det er mulig å bruke nettverksgass til oppvarming, ser behovet for en varmepumpe veldig tvilsomt ut, i det minste med dagens energiprisnivå.
PÅ. Et varmepumpevarmesystem krever ikke skorstein. Det fungerer nesten lydløst.
Faktisk vil eierne ikke ha noen problemer med arrangementet av skorsteinen. Når det gjelder stillheten i arbeidet, som alle andre husholdningsapparater med forskjellige stasjoner, er støybakgrunnen fortsatt til stede - fra driften av kompressoren, sirkulasjonspumper. Et annet spørsmål er at i moderne modeller er dette støynivået, med riktig feilsøking av enheten, veldig lite og forårsaker ikke bekymring for beboerne. I tillegg vil sannsynligvis få mennesker tenke på å installere slikt utstyr i stuer.
G. Full miljøvennlighet av systemet - det er ingen utslipp til atmosfæren, det er ingen trussel mot beboerne i huset.
Det er riktig, spesielt med tanke på modeller der moderne freon, ufarlig for ozonlaget, brukes som kjølemiddel (for eksempel R-410A).
Du kan også umiddelbart markere brannen - og eksplosjonssikkerhet et slikt system - det er ingen brennbare eller brennbare stoffer, akkumulering av deres eksplosive konsentrasjoner er utelukket.
D. Moderne varmepumper er universelle klimaenheter som kan fungere både for oppvarming og klimaanlegg om sommeren.
Dette er en veldig viktig fordel, som faktisk gir vertene mange ekstra fasiliteter.
E. Driften av varmepumpen er fullt styrt av automatisering og krever ikke brukerinngrep. Et slikt system, i motsetning til andre, trenger ikke regelmessig vedlikehold og forebyggende vedlikehold.
Vi kan være helt enig i det første utsagnet, men ikke glemme å nevne at de fleste moderne varmegass- eller elektriske installasjoner også er helautomatiserte, det vil si at ikke bare varmepumper har denne fordelen.
Men på det andre spørsmålet kan du gå inn i en diskusjon. Sannsynligvis kan ingen av industri- eller boligvarmeenhetene klare seg uten regelmessige kontroller og forebyggende vedlikehold. Selv om det er rimelig å anta at det ikke er verdt å klatre inn i den interne kretsen med et kjølemiddel og inn i automatisering, vil de eksterne kretsene med frostvæske eller annen kjølevæske fortsatt kreve en viss deltagelse. Her og regelmessig rengjøring (spesielt i luftsystemer), og overvåking av sammensetningen og nivået av kjølevæsken, og revisjon av driften av sirkulasjonspumper, og kontrollerer tilstanden til rørene for integritet og tilstedeværelse av lekkasjer på beslagene, og mye mer - med et ord, noe som ikke kan gjøres uten ett varmesystem. Med et ord, påstanden om den fullstendige ubrukeligheten av vedlikehold ser i det minste ubegrunnet ut.
OG. Rask tilbakebetaling av et varmesystem med varmepumpe.
Dette spørsmålet er så tvetydig at det fortjener spesiell oppmerksomhet.
Noen selskaper som er involvert i implementeringen av slikt utstyr lover sine potensielle kunder en svært rask avkastning på investeringen i gjennomføringen av prosjektet. De gir beregninger i tabeller, ifølge hvilke man faktisk kan skape en oppfatning om at en varmepumpe er den eneste akseptable løsningen hvis det ikke er mulig å strekke en gassledning til huset.
Her er et slikt eksempel:
Drivstofftyper | Naturgass (metan) | Ved hugget bjørk | E-post energi med én hastighet | Diesel drivstoff | Varmepumpe (nattpris) |
---|---|---|---|---|---|
Enhet drivstoffforsyninger | m³ | 3 m³ | kWh | liter | kWh |
Drivstoffkostnad. med levering, gni | 5.95 | 6000 | 3.61 | 36.75 | 0.98 |
brennstoff kaloriinnhold | 38.2 | 4050 | 1 | 36 | 1 |
Enhet kalorimålinger | MJ/m³ | kWh | kWh | MJ/liter | kWh |
Kjelevirkningsgrad, % eller COP | 92 | 65 | 99 | 85 | 450 |
Drivstoffkostnad, rub/MJ | 0.17 | 0.41 | 1.01 | 1.19 | 0,06 |
Drivstoffkostnad, rub/kW*h | 0.61 | 1.48 | 3.65 | 4.29 | 0.22 |
Drivstoffkostnad, rub/Gcal | 708 | 1722 | 4238 | 4989 | 253 |
Drivstoffkostnad per år, gni | 24350 | 59257 | 145859 | 171721 | 8711 |
Levetid på utstyr, år | 10 | 10 | 10 | 10 | 15 |
Omtrentlig kostnad for utstyr, gni | 50000 | 70000 | 40000 | 100000 | 320000 |
Installasjonskostnad, gni | 70000 | 30000 | 30000 | 30000 | 80000 |
Kostnaden for å koble til nettverk (tekniske forhold, utstyr og installasjon), gni | 120000 | 0 | 650 | 0 | 0 |
Innledende investering, gni (omtrent) | 240000 | 100000 | 70650 | 130000 | 400000 |
Driftskostnader, rub/år | 1000 | 1000 | 0 | 5000 | 0 |
Typer vedlikeholdsarbeid | vedlikehold, kamerarengjøring | rengjøring av kammer, skorsteiner | Utskifting av varmeelementer | kammerrengjøring, injektorer, filterbytte | Nei |
Totale utgifter for hele driftsperioden (inkludert drivstoffkostnader), gni | 493502 | 702572 | 1529236 | 1897201 | 530667 |
Total relativ kostnad for 1 års drift (drivstoff, avskrivninger, vedlikehold osv.) | 49350 | 70257 | 152924 | 189720 | 35378 |
Ja, den siste linjen er virkelig imponerende, men er alt "glatt" her?
Det første som vil fange oppmerksomheten til en oppmerksom leser er at strømtariffen for elektrisk oppvarming tas som generell, og for en varmepumpe av en eller annen grunn en redusert nattpris. Tilsynelatende, for å gjøre den endelige forskjellen mer visuell.
Lengre. Kostnaden for varmepumpeutstyr vises ikke helt korrekt. Hvis du ser nærmere på tilbudene på Internett, starter prisene for installasjoner med en kapasitet på omtrent 7 ÷ 10 kW, som kan brukes til oppvarmingsformål, fra 300 - 350 tusen rubler (luftvarmepumper og lav- kraftinstallasjoner brukes kun for varmtvannsforsyning kostnad noe mindre).
Det ser ut til at alt er riktig, men "djevelen er i detaljene" Dette er bare kostnadene for selve maskinvareenheten, som uten perifere enheter, kretser, sonder, etc. - ubrukelig. Prisen på bare en samler (uten rør) vil gi minst 12 ÷ 15 tusen mer, en borehullssonde koster ikke mindre. Og hvis vi legger til kostnadene for rør, beslag, avstengnings- og monteringselementer, en tilstrekkelig stor mengde kjølevæske, vokser den totale mengden raskt.
Rør, samlere, ventiler er også en ganske "tung" del av generelle utgifter.
Men dette er ikke alt. Det er allerede nevnt at et varmesystem basert på en varmepumpe, som sannsynligvis ingen andre, trenger komplekse spesialiserte beregninger. Ved utforming blir mange faktorer tatt i betraktning: det totale arealet og volumene til selve bygningen, graden av isolasjon og beregning av varmetap, tilgjengeligheten av en tilstrekkelig strømforsyningskilde, tilstedeværelsen av det nødvendige området av territoriet (nærliggende reservoar) for plassering av horisontale varmevekslingskretser eller borebrønner, typen og tilstanden til jordsmonn, plasseringen av akviferer og mye mer. Selvfølgelig vil både undersøkelses- og designarbeid også kreve tid og passende betaling til spesialister.
Installasjonen av utstyr "tilfeldig", uten riktig design, er full av en kraftig reduksjon i effektiviteten til systemet, og noen ganger til og med lokale "miljøkatastrofer" i form av uakseptabel hypotermi av jord, brønner eller brønner, reservoarer.
Det neste er installasjon av utstyr og opprettelse av varmevekslingsfelt eller brønner. Vi har allerede nevnt omfanget av jordarbeid, boredybden. For å fylle brønnene etter installasjonen av sondene, er det nødvendig med en spesiell betongløsning med høy grad av termisk ledningsevne. Pluss til dette - bytte kretser, legge motorveier til huset, etc. - alt dette er nok et betydelig "lag" av materialkostnader. Dette inkluderer også kjøp og montering av akkumuleringstank med nødvendig automatikk, endring av varmeanlegg for gulvvarme eller montering av spesielle varmevekslere.
Med et ord er kostnadene veldig imponerende, og sannsynligvis er dette det som holder varmesystemer fra varmepumper i kategorien "eksotiske", utilgjengelige for de aller fleste eiere av private hus.
Men hva med deres høyeste popularitet og masseanvendelse i andre land? Faktum er at statlige programmer jobber der for å stimulere befolkningen til å bruke alternative energikilder. Forbrukere som har uttrykt ønske om å gå over til denne typen oppvarming er berettiget til å motta statlige tilskudd som i stor grad dekker startkostnadene ved design og installasjon av utstyr. Ja, og inntektsnivået til arbeidende borgere, for å være ærlig, der litt høyere enn i vårt område.
For europeiske byer og tettsteder er dette et ganske kjent bilde - en varmepumpevarmeveksler nær huset
Sammendrag - utsagn om rask tilbakebetaling av et slikt prosjekt bør behandles med en viss grad av forsiktighet. Før man iverksetter et så storstilt og ansvarlig sett med tiltak, bør man nøye beregne og veie alt «regnskap» til minste detalj, vurdere risikograd, ens økonomiske evner, planlagt lønnsomhet, etc. Kanskje det er mer rasjonelle, akseptable alternativer - å legge gass, installere moderne, bruke nye utviklinger innen elektrisk oppvarming, etc.
Det som er skrevet skal ikke tas som et "negativt" om varmepumper. Selvfølgelig er dette en ekstremt progressiv retning, og den har store utsikter. Poenget er bare at man i slike saker ikke skal vise overilet frivillighet – beslutninger bør baseres på nøye gjennomtenkte og omfattende utførte kalkyler.
Priser for utvalget av varmepumper
Varmepumper
Er det mulig å montere en varmepumpe med egne hender?
Den generelle utsikten til å bruke "gratis" kilder til termisk energi, kombinert med den fortsatt høye prisen på utstyr, fører til at mange hjemmehåndverkere til å lage slike varmeinstallasjoner på egenhånd. Er det mulig å produsere en varmepumpe med egen styrke?
Selvfølgelig er det fullt mulig å sette sammen en slik varmemotor ved hjelp av noen ferdige enheter og nødvendige materialer. På Internett kan du finne både videoer og artikler med vellykkede eksempler. Det er sant at det er usannsynlig at det vil være mulig å finne eksakte tegninger, alt er vanligvis begrenset til anbefalinger om muligheten for å produsere visse deler og sammenstillinger. Det er imidlertid et rasjonelt "korn" i dette: Som allerede nevnt er en varmepumpe et så individuelt system som krever beregninger i forhold til spesifikke forhold at det neppe vil være tilrådelig å blindt kopiere andres utvikling.
Likevel bør de som likevel bestemmer seg for uavhengig produksjon følge noen teknologiske anbefalinger.
Så, la oss "brakte" opprettelsen av eksterne kretser - oppvarming og primær varmeveksling. Hovedoppgaven i dette tilfellet er produksjon av to varmevekslere, en fordamper og en kondensator, forbundet med en kobberrørkrets med et kjølemiddel som sirkulerer gjennom den. Denne kretsen, som det fremgår av kretsskjemaet, er koblet til kompressoren.
Kompressoren er lett å finne - ny eller fra utstyr demontert for reservedeler
Kompressoren i seg selv er ikke så vanskelig å få - den kan kjøpes ny - i en spesialbutikk. Du kan søke i husholdningsmarkedet - de selger ofte enheter fra gamle kjøleskap eller klimaanlegg demontert for deler. Det er godt mulig at kompressoren vil bli funnet i deres egne aksjer - mange ivrige eiere kaster ikke slike ting selv når de kjøper nye husholdningsapparater.
Nå - spørsmålet om varmevekslere. Det er flere forskjellige alternativer her:
MEN. Hvis det er mulig å kjøpe ferdige platevarmevekslere , forseglet i en forseglet boks, vil mange problemer løses umiddelbart. Slike enheter har utmerket varmeoverføringseffektivitet fra en krets til en annen - det er ikke uten grunn at de brukes i varmesystemer når du kobler autonome ledninger i leiligheten til rørene til sentralnettet.
Bekvemmeligheten ligger også i at slike varmevekslere er kompakte, har ferdige rør, beslag eller gjengede forbindelser for tilkobling til begge kretser.
Video: lage en varmepumpe ved hjelp av ferdiglagde varmevekslere
B. Varmepumpeversjon med varmevekslere laget av kobberrør og lukkede tanker.
Begge varmevekslerne er i prinsippet like i design, men forskjellige beholdere kan brukes til dem.
En sylindrisk tank i rustfritt stål med en kapasitet på ca. 100 liter er egnet for kondensatoren. Det er nødvendig å plassere en kobberspole i den, bringe endene ovenfra og under til utsiden og hermetisk forsegle passasjepunktene på slutten av monteringen. Innløpet skal være plassert i bunnen, henholdsvis utløpet på toppen av varmeveksleren.
Selve spolen er viklet fra et kobberrør, som kan kjøpes i butikken med et opptak (veggtykkelse - minst 1 mm). Som mal kan du ta et rør med stor diameter. Spolene til spiralen bør være med litt avstand fra hverandre, festet for eksempel til en perforert aluminiumsprofil.
Varmevannskretsen kan kobles til ved hjelp av vanlige vannrør montert (sveiset, loddet eller skrudd med tetning) i motsatte ender av varmevekslertanken. Det indre rommet til varmeveksleren brukes til vannsirkulasjon. Sluttresultatet bør være noe slikt:
For en fordamper er slike vanskeligheter ikke nødvendige - det er ingen høye temperaturer eller overtrykk, så en voluminøs plastbeholder vil være tilstrekkelig. Spolen slynger seg omtrent på samme måte, endene trekkes ut. Konvensjonelle rørkoblinger er også tilstrekkelige for å sirkulere vann fra primærkretsen.
Fordamperen er også installert på braketter ved siden av kondensatoren, og i nærheten av dem forberedes en plattform for montering av kompressoren med dens påfølgende tilkobling til kretsen.
Anbefalinger for rørlegging av kompressoren, installasjon av en gassreguleringsventil, diameteren og lengden på kapillarrøret, behovet for en regenereringsvarmeveksler og etc.., vil ikke bli gitt - dette skal kun beregnes og installeres av en kjølespesialist.
Det bør huskes at det krever høye ferdigheter i hermetisk lodding av kobberrørledninger, evnen til å pumpe kjølemiddel - freon på riktig måte, utføre kontroller og utføre en prøvekjøring. I tillegg er dette arbeidet ganske farlig, og krever overholdelse av svært spesifikke forholdsregler.
PÅ. Varmepumpe med rørvarmevekslere
Et annet alternativ for produksjon av varmevekslere. For å gjøre dette trenger du metall-plast og kobberrør.
Kobberrør velges i to diametre - ca. 8 mm for kondensatoren, og ca. 5 ÷ 6 for fordamperen. Lengden deres er henholdsvis 12 og 10 meter.
Metall-plastrør er designet for å sirkulere vann gjennom dem fra de primære varmeveksler- og varmekretsene, og kobberrør i varmepumpens interne krets vil være plassert i hulrommet. Følgelig kan diameteren på rørene tas 20 og 16 mm.
Metall-plastrør strekkes i lengden slik at kobberrør kan settes inn i disse uten stor innsats, som skal stikke ut ca 200 mm på hver side.
En tee settes på og "pakkes" i hver ende av røret, slik at kobberrøret går rett gjennom det. Avstanden mellom den og kroppen på t-skjorten er forsvarlig forseglet med en varmebestandig tetningsmasse. Det gjenværende vinkelrette utløpet til tee vil tjene til å koble varmeveksleren til vannkretsen.
Rør er satt sammen i spiraler. Sørg for å umiddelbart sørge for deres varmeisolasjon ved å bruke skumgummiisolerende "skjorter". Resultatet er to ferdige varmevekslere.
Du kan plassere dem over hverandre i en improvisert rammetype. På samme ramme er det også gitt en plattform for installasjon av kompressoren. Og for å redusere overføringen av vibrasjon fra den til den generelle strukturen, kan kompressoren monteres for eksempel gjennom lydløse blokker i biler.
For å utføre rørføringen til kompressoren og fylle den resulterende kretsen med freon, igjen, må du invitere en kjølespesialist.
Du kan installere en slik varmepumpe på det tiltenkte stedet og koble T-beslagene på varmevekslerne til hver sin krets. Det gjenstår bare å levere strøm og starte enheten.
Alle betraktede hjemmelagde varmepumper er ganske brukbare design. Man skal imidlertid ikke anta at det er så enkelt å fullstendig løse problemet med billig boligoppvarming. Her snakker vi snarere om etableringen av eksisterende modeller som krever ytterligere foredling og modernisering. Selv erfarne håndverkere som allerede har laget mer enn én lignende enhet, leter stadig etter måter å forbedre seg på, og skaper nye "versjoner".
Video: hvordan mesteren forbedrer sin egen varmepumpe
I tillegg var det kun selve varmepumpen som ble vurdert, og for normal drift krever den styrings-, overvåkings- og justeringsutstyr knyttet til boligens varmesystem. Her kan du ikke lenger klare deg uten sikker kunnskap innen elektroteknikk og elektronikk.
Igjen kan vi gå tilbake til beregningsproblemene - vil en hjemmelaget varmepumpe "trekke" varmesystemet for å bli et reelt alternativ til andre varmekilder? Ofte i disse sakene må hjemmehåndverkere «vandre ved berøring». Men hvis det grunnleggende prinsippet mestres, og den første modellen er tjent med hell, er dette allerede en stor seier. Du kan midlertidig tilpasse testprøven din for å gi huset varmt vann til husholdningsformål, og begynne å designe en mer avansert enhet selv, ta hensyn til erfaringen som allerede er oppnådd og korrigere feilene som er gjort.
Varmtvannsforsyning - fra solens energi!
En veldig praktisk løsning vil være å bruke energien fra solstrålene til å skaffe varmtvann til husholdningsbruk. Denne kilden til alternativ energi er mye enklere og billigere enn en varmepumpe. Hvordan gjøre det - i en spesiell publikasjon av portalen vår.
På slutten av 1800-tallet dukket det opp kraftige kjøleanlegg som kunne pumpe minst dobbelt så mye varme som det ble brukt på å sette dem i drift. Det var et sjokk, for formelt viste det seg at en termisk evighetsmaskin er mulig! Men ved nærmere undersøkelse viste det seg at evigvarende bevegelse fortsatt er langt unna, og lavgradig varme produsert ved hjelp av en varmepumpe og høyverdig varme oppnådd for eksempel ved å brenne drivstoff, er to store forskjeller. Riktignok ble den tilsvarende formuleringen av den andre loven noe modifisert. Så hva er egentlig varmepumper? I et nøtteskall er en varmepumpe et moderne og høyteknologisk apparat for oppvarming og klimaanlegg. Varmepumpe samler varme fra gaten eller fra bakken og sender den til huset.
Slik fungerer en varmepumpe
Slik fungerer en varmepumpe enkelt: på grunn av mekanisk arbeid eller andre typer energi gir den konsentrasjonen av varme, tidligere jevnt fordelt over et visst volum, i en del av dette volumet. I den andre delen dannes henholdsvis et underskudd av varme, det vil si kald.
Historisk sett begynte varmepumper først å bli mye brukt som kjøleskap – faktisk er ethvert kjøleskap en varmepumpe som pumper varme fra kjølekammeret til utsiden (inn i rommet eller utenfor). Det er fortsatt ikke noe alternativ til disse enhetene, og med all variasjonen av moderne kjøleteknologi forblir grunnprinsippet det samme: varme pumpes ut av kjølekammeret på grunn av ekstra ekstern energi.
Naturligvis la de nesten umiddelbart merke til at den merkbare oppvarmingen av kondensatorvarmeveksleren (for et husholdningskjøleskap er den vanligvis laget i form av et svart panel eller en grill på bakveggen av skapet) også kan brukes til oppvarming. Dette var allerede ideen om en varmeapparat basert på en varmepumpe i sin moderne form - et kjøleskap, tvert imot, når varme pumpes inn i et lukket volum (rom) fra et ubegrenset eksternt volum (fra gaten). Men på dette området har varmepumpen mange konkurrenter - fra tradisjonelle vedovner og peiser til alle slags moderne varmesystemer. Derfor ble denne ideen i mange år, mens drivstoffet var relativt billig, sett på som noe mer enn en kuriositet - i de fleste tilfeller var den absolutt ulønnsom økonomisk, og bare svært sjelden var slik bruk rettferdiggjort - vanligvis for utnyttelse av varmepumpet av kraftige kjøleenheter i land med ikke for kaldt klima. Og bare med den raske økningen i energiprisene, komplikasjonen og økningen i kostnadene for oppvarmingsutstyr og den relative billiggjøringen mot denne bakgrunnen av produksjonen av varmepumper, blir en slik idé økonomisk levedyktig i seg selv, fordi etter å ha betalt en gang for en ganske kompleks og kostbar installasjon, så vil det være mulig å stadig spare på redusert drivstofforbruk. Varmepumper er grunnlaget for de stadig mer populære ideene om kraftvarme - samtidig generering av varme og kulde - og trigenerering - generering av varme, kulde og elektrisitet på en gang.
Siden varmepumpen er essensen av enhver kjøleenhet, kan vi si at konseptet "kjølemaskin" er pseudonymet. Riktignok bør det huskes at til tross for universaliteten til driftsprinsippene som brukes, er designene til kjølemaskiner fortsatt fokusert spesifikt på produksjon av kulde, og ikke varme - for eksempel er den genererte kulden konsentrert på ett sted, og den resulterende varmen kan spres i flere forskjellige deler av installasjonen , fordi i et konvensjonelt kjøleskap er oppgaven ikke å utnytte denne varmen, men ganske enkelt å kvitte seg med den.
Varmepumpeklasser
For tiden er to klasser varmepumper mest brukt. En klasse kan tilskrives termoelektrisk Peltier, og til en annen - evaporativ, som igjen er delt inn i mekanisk kompressor (stempel eller turbin) og absorpsjon (diffusjon). I tillegg øker interessen gradvis for bruk av virvelrør som varmepumper, der Ranque-effekten virker.
Varmepumper basert på Peltier-effekten
Peltier-elementet
Peltier-effekten ligger i det faktum at når en liten konstant spenning påføres to sider av en spesiallaget halvlederskive, varmes den ene siden av denne skiven opp og den andre avkjøles. Her er generelt den termoelektriske varmepumpen klar!
Den fysiske essensen av effekten er som følger. Platen til Peltier-elementet (aka "termoelektrisk element", eng. Thermoelectric Cooler, TEC), består av to lag av en halvleder med forskjellige nivåer av elektronenergi i ledningsbåndet. Når et elektron går under påvirkning av en ekstern spenning inn i et ledningsbånd med høyere energi til en annen halvleder, må det tilegne seg energi. Når han mottar denne energien, avkjøles halvledernes kontaktsted (når strømmen flyter i motsatt retning, oppstår den motsatte effekten - kontaktstedet for lagene varmes opp i tillegg til den vanlige ohmske oppvarmingen).
Fordeler med Peltier-elementer
Fordelen med Peltier-elementer er den maksimale enkelheten i designen deres (hva kan være enklere enn en plate som to ledninger er loddet til?) Og det fullstendige fraværet av bevegelige deler, så vel som interne strømmer av væsker eller gasser. Konsekvensen av dette er absolutt støyløs drift, kompakthet, fullstendig likegyldighet til orientering i rommet (forutsatt tilstrekkelig varmeavledning er sikret) og svært høy motstand mot vibrasjoner og støtbelastninger. Og driftsspenningen er bare noen få volt, så noen få batterier eller et bilbatteri er nok til å fungere.
Ulemper med Peltier-elementer
Den største ulempen med termoelektriske elementer er deres relativt lave effektivitet - det kan foreløpig vurderes at de vil trenge dobbelt så mye ekstern energi tilført per enhet pumpet varme. Det vil si at ved å tilføre 1 J elektrisk energi kan vi fjerne bare 0,5 J varme fra det avkjølte området. Det er klart at alle de totale 1,5 J vil frigjøres på den "varme" siden av Peltier-elementet og de må fjernes til det ytre miljøet. Dette er mange ganger lavere enn effektiviteten tiler.
På bakgrunn av en så lav effektivitet er andre ulemper vanligvis ikke så viktige, og dette er en liten spesifikk produktivitet kombinert med en høy spesifikk kostnad.
Bruker Peltier-elementer
I samsvar med deres egenskaper er hovedanvendelsesområdet for Peltier-elementer for tiden vanligvis begrenset til tilfeller der det er nødvendig å ikke avkjøle noe som ikke er for kraftig, spesielt under forhold med sterk risting og vibrasjoner og med alvorlige begrensninger på vekt og dimensjoner , - for eksempel ulike komponenter og deler av elektronisk utstyr, primært militær, luftfart og romfart. Kanskje er Peltier-elementer mest brukt i hverdagen i bærbare bilkjøleskap med lav effekt (5..30 W).
Fordampende kompresjonsvarmepumper
Arbeidssyklusdiagram av ene
Prinsippet for drift av denne klassen varmepumper er som følgende. Det gassformige (helt eller delvis) kjølemediet komprimeres av kompressoren til et trykk der det kan bli til en væske. Naturligvis varmes dette opp. Det oppvarmede komprimerte kjølemediet føres inn i kondensatorradiatoren, hvor det avkjøles til omgivelsestemperaturen, og gir det overskuddsvarme. Dette er varmesonen (bakveggen til kjøkkenkjøleskapet). Hvis ved innløpet av kondensatoren en betydelig del av det komprimerte varme kjølemediet fortsatt forble i form av damp, så når temperaturen synker under varmeveksling, kondenserer det også og går over i flytende tilstand. Det relativt avkjølte flytende kjølemediet mates inn i ekspansjonskammeret, hvor det, når det passerer gjennom en gasspjeld eller ekspander, mister trykk, ekspanderer og fordamper, i det minste delvis blir til gassform, og følgelig avkjøles - betydelig under omgivelsestemperaturen og til og med under temperaturen i varmepumpens kjølesone. Passerer gjennom kanalene til fordamperpanelet, fjerner den kalde blandingen av væske og dampformig kjølevæske varme fra kjølesonen. På grunn av denne varmen fortsetter den gjenværende flytende delen av kjølemediet å fordampe, og opprettholder en stabil lav temperatur på fordamperen og sikrer effektiv varmefjerning. Etter det når kjølemediet i form av damp innløpet til kompressoren, som pumper det ut og komprimerer det igjen. Så gjentas alt fra begynnelsen.
Således, i den "varme" delen av kompressor-kondensator-gasspaken, er kjølemediet under høyt trykk og hovedsakelig i flytende tilstand, og i den "kalde" delen av gasspjeld-fordamper-kompressoren, er trykket lavt, og kjølemediet er hovedsakelig i damptilstand. Både komprimering og sjeldnere skapes av samme kompressor. På motsatt side av kanalen fra kompressoren skiller høy- og lavtrykkssonene gassen, noe som begrenser strømmen av kjølemediet.
Kraftige industrikjøleskap bruker giftig, men effektiv ammoniakk, effektive turboladere og noen ganger ekspandere som kjølemiddel. I husholdningskjøleskap og klimaanlegg er kjølemediet vanligvis tryggere freoner, og stempelkompressorer og "kapillærrør" (gasspjeld) brukes i stedet for turbinenheter.
I det generelle tilfellet er en endring i aggregeringstilstanden til kjølemediet ikke nødvendig - prinsippet vil fungere for et konstant gassformig kjølemiddel - men en stor endringsvarme i aggregeringstilstanden øker effektiviteten til driftssyklusen. Men hvis kjølemediet er i flytende form hele tiden, vil det i prinsippet ikke være noen effekt - tross alt er væsken praktisk talt inkompressibel, og derfor vil verken økende eller avlastende trykk endre temperaturen.
Choker og utvidere
Begrepene "gass" og "ekspander" som brukes gjentatte ganger på denne siden sier vanligvis lite til folk som er langt fra kjøleteknologi. Derfor bør det sies noen få ord om disse enhetene og hovedforskjellen mellom dem.
En choke i teknologi er en enhet designet for å normalisere strømmen på grunn av dens tvungne begrensning. I elektroteknikk har dette navnet blitt tildelt spoler designet for å begrense strømstigningshastigheten og brukes vanligvis for å beskytte elektriske kretser mot impulsstøy. I hydraulikk kalles struper vanligvis strømningsbegrensere, som er spesialdesignede kanalinnsnevringer med en nøyaktig beregnet (kalibrert) klaring som gir ønsket strømning eller nødvendig strømningsmotstand. Et klassisk eksempel på slike choker er jetfly, som ble mye brukt i forgassermotorer for å sikre den beregnede strømmen av bensin under tilberedningen av drivstoffblandingen. Gassventilen i de samme forgasserne normaliserte luftstrømmen - den andre nødvendige ingrediensen i denne blandingen.
Ved kjøling brukes en strupe for å begrense strømmen av kjølemiddel inn i ekspansjonskammeret og opprettholde forholdene der for effektiv fordampning og adiabatisk ekspansjon. For mye strømning kan generelt føre til å fylle ekspansjonskammeret med kjølemiddel (kompressoren har rett og slett ikke tid til å pumpe den ut) eller i det minste til tap av nødvendig vakuum der. Men det er fordampningen av det flytende kjølemediet og den adiabatiske ekspansjonen av dampene som sikrer at kjølemediets temperatur faller under omgivelsestemperaturen som er nødvendig for driften av kjøleskapet.
Prinsipper for drift av gassen (venstre), stempelutvider (midt) og turboekspander (venstre).
I ekspanderen er ekspansjonskammeret noe modernisert. I den utfører det fordampende og ekspanderende kjølemediet i tillegg mekanisk arbeid, beveger stempelet som ligger der eller roterer turbinen. I dette tilfellet kan begrensningen av kjølemiddelstrømmen utføres på grunn av motstanden til stempelet eller turbinhjulet, selv om dette i virkeligheten vanligvis krever et veldig nøye valg og koordinering av alle systemparametere. Derfor, ved bruk av ekspandere, kan hovedstrømreguleringen utføres med en gasspjeld (kalibrert innsnevring av tilførselskanalen for flytende kjølemiddel).
Turbo-ekspanderen er effektiv bare ved høye strømninger av arbeidsvæsken; ved lav strøm er effektiviteten nær konvensjonell struping. En stempelekspander kan fungere effektivt med et mye lavere forbruk av arbeidsvæsken, men dens design er en størrelsesorden mer komplisert enn en turbin: i tillegg til selve stempelet med alle nødvendige føringer, tetninger og et retursystem, inntak og det kreves eksosventiler med passende styring.
Fordelen med en ekspander fremfor en gasspjeld er mer effektiv kjøling på grunn av det faktum at en del av den termiske energien til kjølemediet omdannes til mekanisk arbeid og fjernes fra den termiske syklusen i denne formen. Dessuten kan dette arbeidet brukes til fordel for virksomheten, for eksempel til å drive pumper og kompressorer, slik det gjøres i Zysin-kjøleskapet. Men en enkel gassspjeld har en absolutt primitiv design og inneholder ikke en eneste bevegelig del, og derfor, når det gjelder pålitelighet, holdbarhet, samt enkelhet og produksjonskostnad, etterlater den utvideren langt bak. Det er disse grunnene som vanligvis begrenser omfanget av ekspandere til kraftig kryogen teknologi, mens husholdningskjøleskap bruker mindre effektive, men praktisk talt evigvarende choker, kalt "kapillærrør" der og representerer et enkelt kobberrør av tilstrekkelig lang lengde med en klaring med liten diameter (vanligvis fra 0,6 til 2 mm), som gir nødvendig hydraulisk motstand for den beregnede kjølemiddelstrømmen.
Fordeler med kompresjonsvarmepumper
Hovedfordelen med denne typen varmepumper er deres høye effektivitet, den høyeste blant moderne varmepumper. Forholdet mellom energi som tilføres utenfra og pumpes over kan komme opp i 1:3 - det vil si at for hver joule energi tilført fra kjølesonen vil det pumpes ut 3 J varme - sammenlign med 0,5 J for Pelte-elementer! I dette tilfellet kan kompressoren stå separat, og varmen som genereres av den (1 J) trenger ikke fjernes til det ytre miljøet på samme sted hvor det avgis 3 J varme som pumpes ut fra kjølesonen.
Forresten, det er en annen enn den allment aksepterte, men veldig nysgjerrige og overbevisende teorien om termodynamiske fenomener. Så en av konklusjonene hennes er at arbeidet med å komprimere en gass i prinsippet kan utgjøre bare rundt 30 % av dens totale energi. Og dette betyr at forholdet mellom tilført og overført energi på 1:3 tilsvarer den teoretiske grensen og kan i prinsippet ikke forbedres med termodynamiske metoder for varmeoverføring. Noen produsenter hevder imidlertid allerede å oppnå et forhold på 1:5 og til og med 1:6, og dette er sant - tross alt, i virkelige kjølesykluser brukes ikke bare komprimeringen av det gassformige kjølemediet, men også en endring i dets aggregeringstilstand, og det er sistnevnte prosess som er den viktigste.. .
Ulemper med kompresjonsvarmepumper
Ulempene med disse varmepumpene inkluderer for det første selve tilstedeværelsen av en kompressor, som uunngåelig skaper støy og er utsatt for slitasje, og for det andre behovet for å bruke et spesielt kjølemiddel og opprettholde absolutt tetthet gjennom hele arbeidsveien. Imidlertid er kompresjonskjøleskap for husholdninger som har vært i drift i 20 år eller mer uten reparasjon i det hele tatt. En annen funksjon er en ganske høy følsomhet for plassering i rommet. På siden eller opp ned er det usannsynlig at både kjøleskapet og klimaanlegget vil fungere. Men dette skyldes funksjonene til spesifikke design, og ikke det generelle operasjonsprinsippet.
Som regel er kompresjonsvarmepumper og kjøleaggregater konstruert med forutsetning om at alt kjølemediet er i damptilstand ved kompressorinnløpet. Derfor, hvis en stor mengde ufordampet flytende kjølemiddel kommer inn i kompressorinnløpet, kan det forårsake vannslag i det og som et resultat alvorlig skade på enheten. Årsaken til denne situasjonen kan være både utstyrsslitasje og for lav kondensatortemperatur - kjølemediet som kommer inn i fordamperen er for kaldt og fordamper for tregt. For et konvensjonelt kjøleskap kan denne situasjonen oppstå hvis du prøver å slå det på i et veldig kaldt rom (for eksempel ved en temperatur på ca. 0 ° C og lavere) eller hvis det nettopp har blitt brakt inn i et normalt rom fra frost. For en kompresjonsvarmepumpe som fungerer for oppvarming, kan dette skje hvis du prøver å varme et frossent rom med den, selv om det også er kaldt ute. Ikke veldig komplekse tekniske løsninger eliminerer denne faren, men de øker kostnadene for designet, og under vanlig drift av massehusholdningsapparater er det ikke behov for dem - slike situasjoner oppstår ikke.
Bruk av kompresjonsvarmepumper
På grunn av sin høye effektivitet er det denne typen varmepumpe som har blitt nesten allestedsnærværende, og fortrenger alle andre til ulike eksotiske bruksområder. Og selv den relative kompleksiteten til designet og dens følsomhet for skader kan ikke begrense deres utbredte bruk - nesten hvert kjøkken har et kompresjonskjøleskap eller -fryser, eller til og med mer enn ett!
Fordampende absorpsjon (diffusjon) varmepumper
Arbeidssyklus for fordampere absorpsjonsvarmepumper svært lik driftssyklusen til fordampningskompresjonsenhetene diskutert rett ovenfor. Hovedforskjellen er at hvis i det forrige tilfellet vakuumet som kreves for fordampning av kjølemediet skapes under den mekaniske sugingen av damper av kompressoren, strømmer det fordampede kjølemediet i absorpsjonsenheter fra fordamperen til absorberenheten, hvor det er absorbert (absorbert) av et annet stoff - absorbenten. Dermed fjernes dampen fra volumet til fordamperen og et vakuum gjenopprettes der, som sikrer fordampning av nye deler av kjølemediet. En nødvendig betingelse er en slik "affinitet" av kjølemediet og absorbenten, slik at kreftene til deres binding under absorpsjon kan skape et betydelig vakuum i fordamperens volum. Historisk sett er det første og fortsatt mye brukte stoffparet ammoniakk NH3 (kjølemiddel) og vann (absorberende). Når den absorberes, løses ammoniakkdampen opp i vann, og trenger inn (diffunderer) inn i tykkelsen. Fra denne prosessen kom de alternative navnene på slike varmepumper - diffusjon eller absorpsjon-diffusjon.
For å skille kjølemediet (ammoniakk) og absorbenten (vann) igjen, varmes den brukte og ammoniakkrike vann-ammoniakkblandingen opp i desorberen av en ekstern termisk energikilde opp til koking, og avkjøles deretter noe. Vann kondenserer først, men ved høye temperaturer umiddelbart etter kondensering kan det inneholde svært lite ammoniakk, så det meste av ammoniakken forblir i form av damp. Her separeres den trykksatte væskefraksjonen (vann) og gassfraksjonen (ammoniakk) og avkjøles separat til omgivelsestemperatur. Det avkjølte vannet med lavt ammoniakkinnhold sendes til absorberen, og ammoniakken, når den avkjøles i kondensatoren, blir flytende og kommer inn i fordamperen. Der synker trykket og ammoniakken fordamper, avkjøler fordamperen igjen og tar varme utenfra. Deretter blir ammoniakkdampen rekombinert med vann, fjerner overflødig ammoniakkdamp fra fordamperen og opprettholder et lavt trykk der. Løsningen anriket med ammoniakk sendes igjen til desorberen for separering. I prinsippet er det ikke nødvendig å koke løsningen for å desorbere ammoniakk, bare varm den opp nær kokepunktet, og "overflødig" ammoniakk vil fordampe fra vannet. Men koking gjør at separasjonen kan utføres raskest og mest effektivt. Kvaliteten på slik separasjon er hovedbetingelsen som bestemmer vakuumet i fordamperen, og derfor effektiviteten til absorpsjonsenheten, og mange triks i designet er rettet nettopp mot dette. Som et resultat, når det gjelder organisering og antall stadier i arbeidssyklusen, er absorpsjons-diffusjonsvarmepumper kanskje den mest komplekse av alle vanlige typer slikt utstyr.
"Høydepunktet" av operasjonsprinsippet er at for generering av kulde brukes oppvarmingen av arbeidsvæsken her (opp til den koker). Samtidig er typen varmekilde uviktig - det kan til og med være åpen ild (brennerflamme), så bruk av elektrisitet er ikke nødvendig. For å skape den nødvendige trykkforskjellen, som bestemmer bevegelsen til arbeidsvæsken, kan noen ganger mekaniske pumper brukes (vanligvis i kraftige installasjoner med store volumer av arbeidsvæsken), og noen ganger, spesielt i husholdningskjøleskap, elementer uten bevegelige deler ( termosifoner).
Absorpsjonsdiffusjonskjøleenhet (ADCA) til Morozko-ZM-kjøleskapet. 1
- varmeveksler; 2
- løsningssamler; 3
- hydrogenakkumulator; 4
- absorber; 5
- regenerativ gass varmeveksler; 6
- deflegmator ("dehydrator"); 7
- kondensator; 8
- fordamper; 9
- generator; 10
- termosifon; 11
- regenerator; 12
- rør med svak løsning; 13
- damputløpsrør; 14
- elektrisk varmer; 15
- termisk isolasjon.
De første absorpsjonskjølemaskinene (ABHM) på en ammoniakk-vannblanding dukket opp i andre halvdel av 1800-tallet. I hverdagen, på grunn av giftigheten til ammoniakk, ble de ikke mye brukt på den tiden, men de ble veldig mye brukt i industrien, og ga nedkjøling til -45 ° C. I ett-trinns ABCM er den maksimale kjølekapasiteten teoretisk lik mengden varme som brukes på oppvarming (i virkeligheten er den selvfølgelig merkbart mindre). Det var dette faktum som forsterket tilliten til forsvarerne for selve formuleringen av termodynamikkens andre lov, som ble nevnt på begynnelsen av denne siden. Imidlertid har absorpsjonsvarmepumper nå overvunnet denne begrensningen. På 1950-tallet dukket det opp mer effektive totrinns (to kondensatorer eller to absorbere) litiumbromid ABCM (kjølemiddel - vann, absorbent - litiumbromid LiBr). Tre-trinns varianter av ABHM ble patentert i 1985-1993. Prototypene deres er 30–50 % mer effektive enn to-trinns og nærmer seg massemodeller av kompresjonsanlegg.
Fordeler med absorpsjonsvarmepumper
Den største fordelen med absorpsjonsvarmepumper er muligheten til å bruke ikke bare dyr elektrisitet til arbeidet sitt, men også enhver varmekilde med tilstrekkelig temperatur og kraft - overopphetet eller eksosdamp, flammen av gass, bensin og andre brennere - opp til eksos. gasser og gratis solenergi.
Den andre fordelen med disse enhetene, som er spesielt verdifulle i husholdningsbruk, er evnen til å lage strukturer som ikke inneholder bevegelige deler, og derfor er praktisk talt stille (i sovjetiske modeller av denne typen kunne man noen ganger høre en stille gurgling eller lett suse, men dette går selvfølgelig ingen steder) sammenlignet med støyen fra en kompressor som kjører).
Til slutt, i husholdningsmodeller utgjør ikke arbeidsvæsken (vanligvis en vann-ammoniakkblanding med tilsetning av hydrogen eller helium) i volumene som brukes der, en stor fare for andre, selv i tilfelle en nødtrykksavlastning av arbeidsdelen (dette er ledsaget av en veldig ubehagelig stank, så ikke legg merke til en sterk lekkasje umulig, og rommet med nødenheten må forlates og ventileres "automatisk"; ultralave konsentrasjoner av ammoniakk er naturlige og helt ufarlige). I industrielle installasjoner er volumene av ammoniakk store og konsentrasjonen av ammoniakk ved lekkasjer kan være dødelig, men uansett regnes ammoniakk som miljøvennlig - det antas at det, i motsetning til freoner, ikke ødelegger ozonlaget og forårsaker ikke drivhuseffekt.
Ulemper med absorpsjonsvarmepumper
Den største ulempen med denne typen varmepumper- lavere effektivitet sammenlignet med kompresjon.
Den andre ulempen er kompleksiteten i utformingen av selve enheten og den ganske høye korrosjonsbelastningen fra arbeidsvæsken, som enten krever bruk av dyre og vanskelige å behandle korrosjonsbestandige materialer, eller reduserer enhetens levetid til 5..7 år. Som et resultat er kostnaden for "maskinvare" merkbart høyere enn for kompresjonsanlegg med samme kapasitet (først av alt gjelder dette kraftige industrielle enheter).
For det tredje er mange design svært kritiske for plassering under installasjon - spesielt noen modeller av husholdningskjøleskap krevde installasjon strengt horisontalt, og selv med et avvik på flere grader nektet de å fungere. Bruken av tvungen bevegelse av arbeidsvæsken ved hjelp av pumper eliminerer i stor grad alvorlighetsgraden av dette problemet, men løfting med en stille termosyfon og drenering av tyngdekraften krever svært nøye justering av enheten.
I motsetning til kompresjonsmaskiner er ikke absorpsjonsmaskiner så redde for for lave temperaturer - effektiviteten reduseres rett og slett. Men det var ikke uten grunn at jeg plasserte denne paragrafen i seksjonen med ulemper, fordi dette ikke betyr at de kan fungere i sterk kulde - i kulde vil en vandig løsning av ammoniakk ganske enkelt fryse, i motsetning til freoner som brukes i kompresjonsmaskiner, frysepunktet som vanligvis er under -100 ° C. Riktignok, hvis isen ikke bryter noe, vil absorpsjonsenheten fortsette å fungere etter tining, selv om den ikke har blitt koblet fra nettverket hele denne tiden, fordi det ikke er noen mekaniske pumper og kompressorer i den, og varmekraften i husholdningsmodeller er liten nok til å koke i området varmeren ikke har blitt for intens. Men alt avhenger av funksjonene til et bestemt design ...
Bruk av absorpsjonsvarmepumper
Til tross for noe lavere effektivitet og relativt høyere kostnader sammenlignet med kompresjonsanlegg, er bruk av absorpsjonsvarmemotorer absolutt berettiget der det ikke er elektrisitet eller der det er store mengder spillvarme (eksosdamp, varm eksos eller røykgasser, etc. - opp) til førsolar oppvarming). Spesielt produseres spesialmodeller av kjøleskap, drevet av gassbrennere, designet for bilister og yachter.
For tiden, i Europa, erstattes gasskjeler noen ganger med absorpsjonsvarmepumper oppvarmet av en gassbrenner eller diesel - de tillater ikke bare å utnytte forbrenningsvarmen til drivstoffet, men også å "pumpe opp" ekstra varme fra gaten eller fra jordens dyp!
Som erfaring viser, er alternativer med elektrisk oppvarming også ganske konkurransedyktige i hverdagen, først og fremst i laveffektområdet - et sted fra 20 til 100 watt. Mindre krefter er termoelektriske elementers rike, og ved høyere krefter er fordelene med kompresjonssystemer fortsatt ubestridelige. Spesielt blant de sovjetiske og post-sovjetiske merkene av kjøleskap av denne typen var Morozko, Sever, Kristall, Kiev populære med et typisk volum av kjøleskapskammeret fra 30 til 140 liter, selv om det også er modeller på 260 liter (" Krystall-12"). Forresten, når du evaluerer energiforbruket, er det verdt å vurdere det faktum at kompresjonskjøleskap nesten alltid fungerer i en kort periode, mens absorpsjonskjøleskap vanligvis slås på i mye lengre periode eller til og med fungerer kontinuerlig. Derfor, selv om den nominelle effekten til varmeren er mye mindre enn kraften til kompressoren, kan forholdet mellom det gjennomsnittlige daglige energiforbruket være ganske annerledes.
Vortex varmepumper
Vortex varmepumper Rank-effekten brukes til å skille varm og kald luft. Essensen av effekten er at gassen som tangensielt mates inn i røret ved høy hastighet, blir vridd og separert inne i dette røret: avkjølt gass kan tas fra midten av røret, og oppvarmet gass fra periferien. Den samme effekten, men i mye mindre grad, gjelder også for væsker.
Fordeler med vortex varmepumper
Den største fordelen med denne typen varmepumper er enkel design og høy ytelse. Virvelrøret inneholder ingen bevegelige deler, noe som sikrer høy pålitelighet og lang levetid. Vibrasjon og plassering i rommet har praktisk talt ingen effekt på driften.
En kraftig luftstrømbrønn forhindrer frysing, og virvelrørenes effektivitet er svakt avhengig av temperaturen på innløpsstrømmen. Det praktiske fraværet av grunnleggende temperaturbegrensninger forbundet med hypotermi, overoppheting eller frysing av arbeidsvæsken er også svært viktig.
I noen tilfeller spiller muligheten for å oppnå rekordhøy temperaturseparasjon i ett trinn en rolle: Litteraturen gir tall for kjøling med 200° og mer. Vanligvis avkjøler ett trinn luften med 50..80°C.
Ulemper med vortex varmepumper
Dessverre er effektiviteten til disse enhetene for tiden merkbart dårligere enn effektiviteten til fordampningskompresjonsanlegg. I tillegg, for effektiv drift, krever de en høy tilførselshastighet av arbeidsfluidet. Maksimal effektivitet noteres ved en inngangsstrøm lik 40..50% av lydhastigheten - en slik strøm i seg selv skaper mye støy, og i tillegg krever den en produktiv og kraftig kompressor - enheten er også av ingen betyr stille og ganske lunefull.
Fraværet av en generelt akseptert teori om dette fenomenet, egnet for praktisk ingeniørbruk, gjør utformingen av slike enheter til en empirisk øvelse i mange henseender, der resultatet er svært avhengig av flaks: "gjettet det eller ikke gjettet det". Et mer eller mindre pålitelig resultat oppnås bare ved å reprodusere allerede opprettede vellykkede prøver, og resultatene av forsøk på å endre visse parametere betydelig er ikke alltid forutsigbare og ser noen ganger paradoksale ut.
Bruk av vortex varmepumper
Imidlertid er bruken av slike enheter for tiden på vei oppover. De er berettiget først og fremst der det allerede er gass under trykk, samt i ulike brann- og eksplosjonsfarlige industrier - tross alt er det ofte mye tryggere og billigere å tilføre en luftstrøm under trykk til et farlig område enn å trekke beskyttet elektrisk ledninger der og installere elektriske motorer i en spesiell design.
Effektivitetsgrenser for varmepumper
Hvorfor er varmepumper fortsatt ikke mye brukt til oppvarming (kanskje den eneste relativt vanlige klassen av slike enheter er inverter klimaanlegg)? Det er flere årsaker til dette, og i tillegg til de subjektive som er knyttet til mangel på oppvarmingstradisjoner ved bruk av denne teknikken, finnes det også objektive, hvor de viktigste er frosting av varmeavtrekket og et relativt smalt temperaturområde for effektiv drift.
I virvelinstallasjoner (primært gass) er det vanligvis ingen problemer med hypotermi og frysing. De bruker ikke en endring i aggregeringstilstanden til arbeidsvæsken, og en kraftig luftstrøm utfører funksjonene til "No Frost" -systemet. Imidlertid er deres effektivitet mye mindre enn for fordampningsvarmepumper.
hypotermi
I fordampningsvarmepumper sikres høy effektivitet ved å endre aggregeringstilstanden til arbeidsvæsken - overgangen fra væske til gass og omvendt. Følgelig er denne prosessen mulig i et relativt smalt temperaturområde. Ved for høye temperaturer vil arbeidsvæsken alltid forbli gassformet, og ved for lave temperaturer vil den fordampe med store vanskeligheter eller til og med fryse. Som et resultat, når temperaturen går utover det optimale området, blir den mest energieffektive faseovergangen vanskelig eller utelukkes fullstendig fra driftssyklusen, og effektiviteten til kompresjonsenheten synker betydelig, og hvis kjølemediet forblir konstant flytende, da det vil ikke fungere i det hele tatt.
fryser
Uttak av varme fra luften
Selv om temperaturen på alle varmepumpeenhetene holder seg innenfor de nødvendige grensene, er varmeavtrekksenheten – fordamperen – alltid dekket av fuktighetsdråper som kondenserer fra luften rundt. Men flytende vann renner av det av seg selv, og hindrer ikke varmeoverføringen spesielt. Når temperaturen på fordamperen blir for lav, fryser kondensatdråpene, og den nylig kondenserte fuktigheten blir umiddelbart til frost, som forblir på fordamperen, og danner gradvis en tykk snøbelegg - dette er nøyaktig hva som skjer i fryseren til et vanlig kjøleskap . Som et resultat reduseres varmevekslingseffektiviteten betydelig, og da er det nødvendig å stoppe driften og tine fordamperen. Som regel, i fordamperen til kjøleskapet, synker temperaturen med 25..50 °C, og i klimaanlegg, på grunn av deres spesifikasjoner, er temperaturforskjellen mindre - 10..15 ° C. Når du vet dette, blir det klart hvorfor de fleste klimaanlegg ikke kan justeres til en temperatur lavere enn +13..+17°С - denne terskelen er satt av deres designere for å unngå ising av fordamperen, fordi avrimingsmodusen vanligvis ikke er gitt. Dette er også en av grunnene til at nesten alle klimaanlegg med invertermodus ikke fungerer selv ved ikke veldig høye negative temperaturer - bare nylig har det begynt å dukke opp modeller som er designet for å fungere i frost ned til -25 ° C. I de fleste tilfeller, allerede ved –5..–10°C, blir energikostnadene for avriming sammenlignbare med mengden varme som pumpes inn fra gaten, og pumping av varme fra gaten viser seg å være ineffektiv, spesielt hvis fuktigheten på uteluften er nær 100 % - da dekkes det eksterne varmeavtrekket med is spesielt raskt.
Uttak av varme fra jord og vann
I denne forbindelse, som en ikke-frysende kilde til "kald varme" for varmepumper, har varme fra jordens dyp blitt stadig mer vurdert i det siste. Dette betyr ikke de oppvarmede lagene av jordskorpen, som ligger på en dybde på mange kilometer, og ikke engang geotermiske vannkilder (selv om, hvis du er heldig og de er i nærheten, ville det være dumt å neglisjere en slik skjebnegave) . Dette refererer til den "vanlige" varmen i jordlagene som ligger på en dybde på 5 til 50 meter. Som du vet, i den midterste banen, har jorden på slike dybder en temperatur på omtrent + 5 ° C, som endres veldig lite gjennom året. I mer sørlige regioner kan denne temperaturen nå +10 ° С og høyere. Dermed er temperaturforskjellen mellom de komfortable +25°C og bakken rundt varmeavtrekkeren meget stabil og overstiger ikke 20°C uavhengig av frosten utenfor vinduet (det bør bemerkes at vanligvis temperaturen ved varmepumpens uttak er +50..+60°C, men og en temperaturforskjell på 50°C er ganske innenfor kraften til varmepumper, inkludert moderne husholdningskjøleskap, som rolig gir -18°C i fryseren ved en temperatur i rommet over. +30°C).
Men hvis du begraver en kompakt, men kraftig varmeveksler, er det lite sannsynlig at den ønskede effekten oppnås. Faktisk fungerer varmeavtrekkeren i dette tilfellet som en fordamper av fryseren, og hvis det ikke er kraftig varmetilførsel på stedet der den er plassert (en geotermisk kilde eller en underjordisk elv), vil den raskt fryse den omkringliggende jorda, hvorpå all varmepumping vil avsluttes. Løsningen kan være å hente ut varme ikke fra ett punkt, men jevnt fra et stort underjordisk volum, men kostnadene ved å bygge en varmeavtrekker som dekker tusenvis av kubikkmeter jord på et betydelig dyp vil mest sannsynlig gjøre denne løsningen helt ulønnsom økonomisk. Et rimeligere alternativ er å bore flere brønner med et intervall på flere meter fra hverandre, slik det ble gjort i et eksperimentelt "aktivt hus" nær Moskva, men dette er heller ikke billig - alle som har laget en brønn for vann kan uavhengig anslå kostnadene ved å lage et geotermisk felt på minst et dusin 30-meters brønner. I tillegg vil en konstant varmeavtrekk, selv om den er mindre sterk enn ved en kompakt varmeveksler, fortsatt redusere temperaturen på bakken rundt varmeavtrekkene sammenlignet med den opprinnelige. Dette vil føre til en reduksjon i effektiviteten til varmepumpen under dens langsiktige drift, og perioden med temperaturstabilisering på et nytt nivå kan ta flere år, hvor forholdene for varmeutvinning vil forverres. Man kan imidlertid prøve å delvis kompensere for vintervarmetapet ved å øke injeksjonen til en dybde i sommervarmen. Men selv uten å ta hensyn til de ekstra energikostnadene for denne prosedyren, vil fordelen av den ikke være for stor - varmekapasiteten til en grunnvarmeakkumulator av rimelig størrelse er ganske begrenset, og det er tydeligvis ikke nok for hele den russiske vinteren , selv om en slik tilførsel av varme fortsatt er bedre enn ingenting. I tillegg er nivået, volumet og hastigheten på grunnvannsstrømmen av stor betydning her - rikelig fuktet jord med tilstrekkelig høy vannstrøm vil ikke tillate å lage "lagre for vinteren" - rennende vann vil føre bort den injiserte varmen med seg ( selv en liten bevegelse av grunnvann med 1 meter per dag på bare en uke vil føre den lagrede varmen til siden med 7 meter, og den vil være utenfor arbeidsområdet til varmeveksleren). Riktignok vil den samme grunnvannstrømmen redusere graden av avkjøling av jorda om vinteren - nye deler av vann vil bringe ny varme, mottatt av dem bort fra varmeveksleren. Derfor, hvis det er en dyp innsjø i nærheten, en stor dam eller en elv som aldri fryser til bunnen, er det bedre å ikke grave jorda, men å plassere en relativt kompakt varmeveksler i et reservoar - i motsetning til stasjonær jord, til og med i en stillestående dam eller innsjø kan fri vannkonveksjon gi mye mer effektiv varmetilførsel til varmeavtrekkeren fra et betydelig volum av reservoaret. Men her er det nødvendig å sørge for at varmeveksleren ikke under noen omstendigheter superkjøles til frysepunktet for vann og ikke begynner å fryse is, siden forskjellen mellom konveksjonsvarmeoverføring i vann og varmeoverføringen til en isbelegg er enorm. (Samtidig skiller den termiske ledningsevnen til frossen og ufrossen jord seg ofte ikke så sterkt, og et forsøk på å bruke den enorme krystalliseringsvarmen av vann i grunnvarmeutvinningen under visse forhold kan rettferdiggjøre seg selv).
Prinsippet for drift av en geotermisk varmepumpe er basert på oppsamling av varme fra jord eller vann, og overføring til bygningens varmesystem. For å samle varme, strømmer den ikke-frysende væsken gjennom et rør som ligger i jorda eller reservoaret nær bygningen til varmepumpen. En varmepumpe, som et kjøleskap, kjøler væsken (fjerner varme), mens væsken avkjøles med ca. 5 °C. Væsken strømmer igjen gjennom røret i den ytre jord eller vann, gjenvinner sin temperatur og går igjen inn i varmepumpen. Varmen som hentes ut av varmepumpen overføres til varmesystemet og/eller til varmtvannsoppvarming.
Det er mulig å trekke ut varme fra undergrunnsvann - undergrunnsvann med en temperatur på ca. 10 ° C tilføres fra brønnen til varmepumpen, som avkjøler vannet til +1 ... + 2 ° C, og returnerer vannet under jorden . Ethvert objekt med en temperatur over minus to hundre og syttitre grader Celsius har termisk energi - den såkalte "absolutt null".
Det vil si at en varmepumpe kan ta varme fra en hvilken som helst gjenstand - jord, vann, is, stein osv. Hvis bygningen, for eksempel om sommeren, må avkjøles (klimaanlegg), skjer den omvendte prosessen - varme tas fra bygningen og slippes ut i bakken (reservoar). Den samme varmepumpen kan fungere om vinteren for oppvarming, og om sommeren for å kjøle ned bygningen. Åpenbart kan en varmepumpe varme vann til varmtvann til husholdningsbruk, klimaanlegg gjennom viftekonvektorer, varme opp et svømmebasseng, kjøle ned for eksempel en skøytebane, varme tak og gangveier fra is ...
Ett utstyr kan utføre alle funksjonene for å varme og kjøle en bygning.