Princíp činnosti tepelného čerpadla na vykurovanie. Ako vyrobiť zemné tepelné čerpadlo z klimatizácie. Aplikácia tepelného čerpadla na teplú vodu
Plán článku
Tepelné čerpadlo je zariadenie, ktoré ohrieva vodu vo vykurovacích systémoch a systémoch zásobovania teplou vodou stláčaním freónu, pôvodne ohrievaného z nekvalitného zdroja tepla, kompresorom až do 28 barov. Vystavenie vysokotlakovému plynnému chladivu s počiatočnou teplotou 5-10 °C; vydáva veľa tepla. To vám umožní zahriať chladiacu kvapalinu systému spotreby na 50-60 °C bez použitia tradičných palív. Preto sa má za to, že tepelné čerpadlo poskytuje užívateľovi najlacnejšie teplo.
Viac informácií o výhodách a nevýhodách nájdete vo videu:
Takéto zariadenia sú v prevádzke už viac ako 40 rokov vo Švédsku, Dánsku, Fínsku a ďalších krajinách, ktoré podporujú rozvoj alternatívnej energie na štátnej úrovni. Nie také aktívne, ale každým rokom sebavedomejšie tepelné čerpadlá vstupujú na ruský trh.
Účel článku: urobte si prehľad obľúbených modelov tepelných čerpadiel. Informácie budú užitočné pre tých, ktorí sa snažia čo najviac ušetriť na vykurovaní a zásobovaní teplou vodou vo vlastnom dome.
Tepelné čerpadlo vykuruje dom bezplatnou energiou prírody
Teoreticky je možné odoberať teplo zo vzduchu, pôdy, podzemnej vody, odpadových vôd (aj zo septiku a čerpacej stanice odpadových vôd), otvorených nádrží. V praxi sa vo väčšine prípadov osvedčila účelnosť použitia zariadení, ktoré odoberajú tepelnú energiu zo vzduchu a pôdy.
Varianty s odberom tepla zo septiku alebo kanalizačnej čerpacej stanice (SPS) sú najlákavejšie. Poháňaním chladiacej kvapaliny od 15 do 20 °C cez HP je možné dosiahnuť na výstupe aspoň 70 °C. Táto možnosť je však prijateľná iba pre systém zásobovania teplou vodou. Vykurovací okruh znižuje teplotu v „lákavom“ zdroji. Čo vedie k množstvu nepríjemných následkov. Napríklad zamrznutie odtokov; a ak je na stenách žumpy umiestnený teplovýmenný okruh tepelného čerpadla, tak samotný septik.
Najobľúbenejšie TČ pre potreby CO a TÚV sú geotermálne (využívajúce teplo zeme) zariadenia. Vyznačujú sa najlepším výkonom v teplom a chladnom podnebí, v piesčitých a hlinitých pôdach s rôznou úrovňou podzemnej vody. Pretože teplota pôdy pod hĺbkou mrazu sa počas roka takmer nemení.
Ako funguje tepelné čerpadlo
Nosič tepla sa ohrieva zo zdroja nekvalitného (5…10 °C) tepla. Čerpadlo stláča chladivo, ktorého teplota súčasne stúpa (50 ... 60 ° C) a ohrieva chladiacu kvapalinu vykurovacieho systému alebo prívod teplej vody.
Počas prevádzky TČ sú zapojené tri tepelné okruhy:
- vonkajší (systém s nosičom tepla a obehovým čerpadlom);
- medziprodukt (výmenník tepla, kompresor, kondenzátor, výparník, škrtiaca klapka);
- spotrebný okruh (obehové čerpadlo, podlahové kúrenie, radiátory; pre zásobovanie teplou vodou - zásobník, odberné miesta).
Samotný proces vyzerá takto:
Okruh spätného získavania tepla
- Pôda ohrieva soľný roztok.
- Obehové čerpadlo zdvíha soľný roztok do výmenníka tepla.
- Roztok sa ochladí chladivom (freónom) a vráti sa späť na zem.
výmenník tepla
- Kvapalný freón, ktorý sa odparuje, odoberá tepelnú energiu zo soľanky.
- Kompresor stláča chladivo, jeho teplota prudko stúpa.
- V kondenzátore odovzdáva freón cez výparník energiu chladiacej kvapaline vykurovacieho okruhu a opäť sa stáva kvapalným.
- Ochladené chladivo prechádza cez škrtiacu klapku do prvého výmenníka tepla.
Vykurovací okruh
- Ohriata chladiaca kvapalina vykurovacieho systému je čerpaná obehovým čerpadlom k rozptylovým prvkom.
- Dodáva tepelnú energiu vzdušnej hmote miestnosti.
- Ochladená chladiaca kvapalina sa vracia cez spätné potrubie do medziľahlého výmenníka tepla.
Video s podrobným popisom postupu:
Čo je lacnejšie na vykurovanie: elektrina, plyn alebo tepelné čerpadlo?
Tu sú náklady na pripojenie jednotlivých druhov kúrenia. Na predstavenie všeobecného obrazu si vezmime moskovský región. V regiónoch sa ceny môžu líšiť, ale pomer cien zostane rovnaký. Vo výpočtoch predpokladáme, že lokalita je „holá“ – bez plynu a elektriny.
Náklady na pripojenie
Tepelné čerpadlo. Položenie vodorovného obrysu za ceny MO - 10 000 rubľov za výmenu rýpadla s kubickou lyžicou (vyberie až 1 000 m³ pôdy za 8 hodín). Systém pre dom s rozlohou 100 m² bude zakopaný za 2 dni (to platí pre hlinu, kde je možné odobrať až 30 W tepelnej energie z 1 m okruhu). Na prípravu okruhu na prácu bude potrebných asi 5 000 rubľov. V dôsledku toho bude horizontálny variant umiestnenia primárneho okruhu stáť 25-tisíc.
Studňa bude drahšia (1 000 rubľov na lineárny meter, berúc do úvahy inštaláciu sond, ich zapojenie do jedného potrubia, plnenie chladiacou kvapalinou a tlakové skúšky.), Ale je to oveľa výhodnejšie pre budúcu prevádzku. S menšou obsadenou plochou pozemku sa návratnosť zvyšuje (pre studňu 50 m - najmenej 50 W na meter). Potreby čerpadla sú pokryté, objaví sa ďalší potenciál. Celý systém teda nebude fungovať na opotrebovanie, ale s určitou výkonovou rezervou. Umiestnite 350 metrov obrysu do vertikálnych studní - 350 000 rubľov.
Plynový kotol. V Moskovskom regióne na pripojenie k plynovej sieti, práce na mieste a inštaláciu kotla požaduje Mosoblgaz 260 000 rubľov.
Elektrický kotol. Pripojenie trojfázovej siete bude stáť 10 000 rubľov: 550 - do miestnych energetických sietí, zvyšok - do rozvádzača, merača a iného obsahu.
Spotreba
Na prevádzku HP s tepelným výkonom 9 kW je potrebných 2,7 kW / h elektriny - 9 rubľov. 53 kop. za hodinu,
Merné teplo pri spaľovaní 1 m³ plynu je rovnakých 9 kW. Plyn pre domácnosť pre Moskovský región je stanovený na 5 rubľov. 14 kop. na kocku
Elektrický kotol spotrebuje 9 kWh = 31 rubľov. 77 kop. za hodinu. Rozdiel oproti TN je takmer 3,5-násobný.
Vykorisťovanie
- Ak je dodávaný plyn, potom je cenovo najefektívnejšou možnosťou vykurovania plynový kotol. Zariadenie (9 kW) stojí najmenej 26 000 rubľov, mesačná platba za plyn (za 12 hodín / deň) bude 1 850 rubľov.
- Výkonné elektrické zariadenie je výnosnejšie z hľadiska organizácie trojfázovej siete a získania samotného zariadenia (kotly - od 10 000 rubľov). Teplý dom bude stáť 11 437 rubľov mesačne.
- Ak vezmeme do úvahy počiatočnú investíciu do alternatívneho vykurovania (zariadenie 275 000 a inštalácia horizontálneho okruhu 25 000), tepelné čerpadlo, ktoré spotrebuje elektrickú energiu 3 430 rubľov / mesiac, sa vyplatí najskôr za 3 roky.
Pri porovnaní všetkých možností vykurovania, za predpokladu, že je systém vytvorený „od nuly“, je zrejmé: plyn nebude oveľa výnosnejší ako geotermálne tepelné čerpadlo a vykurovanie elektrickou energiou v 3-ročnej perspektíve beznádejne stratí obe tieto možnosti. možnosti.
Podrobné výpočty v prospech prevádzky tepelného čerpadla nájdete pri sledovaní videa od výrobcu:
Niektoré doplnky a skúsenosti s efektívnou prevádzkou sú zahrnuté v tomto videu:
Hlavné charakteristiky
Pri výbere zariadenia z celej škály charakteristík venujte pozornosť nasledujúcim charakteristikám.
Charakteristika | Rozsah hodnôt | Zvláštnosti |
---|---|---|
Tepelný výkon, kW | Až do 8 | Priestory s rozlohou nie väčšou ako 80 - 100 m², s výškou stropu nie väčšou ako 3 m. |
8-25 | Pre jednopodlažné vidiecke domy so stropom 2,5 m, plocha 50 m²; chaty na trvalé bývanie, do 260 m². | |
Nad 25 | Je vhodné zvážiť 2-3-úrovňové obytné budovy so stropmi 2,7 m; priemyselné zariadenia - nie viac ako 150 m², s výškou stropu 3 alebo viac. | |
Príkon hlavného zariadenia (obmedzenie spotreby pomocných prvkov) kWh | Od 2 (od 6) | Charakterizuje spotrebu energie kompresora a obehových čerpadiel (vykurovacie teleso). |
Schéma práce | Vzduch do vzduchu | Transformovaná tepelná energia vzduchu sa prenáša do miestnosti prúdom ohriateho vzduchu cez split systém. |
Vzduch – voda | Energia odobratá zo vzduchu prechádzajúceho cez zariadenie sa prenáša do chladiacej kvapaliny kvapalinového vykurovacieho systému. | |
Soľanka-voda | Prenos tepelnej energie z obnoviteľného zdroja sa uskutočňuje roztokom sodíka alebo vápnika. | |
voda-voda | Prostredníctvom otvoreného primárneho okruhu nesie podzemná voda tepelnú energiu priamo do výmenníka tepla. | |
Výstupná teplota chladiacej kvapaliny, °C | 55-70 | Indikátor je dôležitý pre výpočet strát na dlhom vykurovacom okruhu a pri organizovaní dodatočného systému zásobovania teplom. |
Sieťové napätie, V | 220, 380 | Jednofázová - spotreba energie nie viac ako 5,5 kW, iba pre stabilnú (málo zaťaženú) domácu sieť; najlacnejšie - len cez stabilizátor. Ak existuje sieť 380 V, potom sú vhodnejšie trojfázové zariadenia - väčší rozsah výkonu, menej pravdepodobné, že sieť "potopia". |
Súhrnná tabuľka modelov
V článku sme preskúmali najobľúbenejšie modely, identifikovali ich silné a slabé stránky. Zoznam modelov nájdete v nasledujúcej tabuľke:
Model (krajina výrobcu) | Zvláštnosti | cena, rub. |
---|---|---|
Tepelné čerpadlá na vykurovanie malých priestorov alebo na prípravu teplej úžitkovej vody |
||
1. | systém vzduch-voda; pracuje z jednofázovej siete; vyčnievajúce vedenie kondenzátu je vložené do nádržky na vodu. | 184 493 |
2. | "Soľanka-voda"; potraviny z trojfázovej siete; variabilná regulácia výkonu; možnosť pripojenia ďalšieho zariadenia - výmenníka tepla, viacteplotného zariadenia. | 355 161 |
3. | Tepelné čerpadlo vzduch-voda s napájaním zo siete 220V a funkciou proti zamrznutiu. | 524 640 |
Zariadenia pre vykurovacie systémy chát na trvalý pobyt | ||
4. | Schéma "voda - voda". Aby TČ dokázala produkovať stabilných 62 °C chladiacej kvapaliny vo vykurovacom systéme, možnosti zostavy kompresora a čerpadiel (1,5 kW) dopĺňa elektrický ohrievač s výkonom 6 kW. | 408 219 |
5. | Na základe schémy "vzduch-voda" sa v jednom zariadení zloženom z dvoch blokov realizujú potenciály chladiacich a vykurovacích zariadení. | 275 000 |
6. | "soľanka-voda", zariadenie ohrieva chladiacu kvapalinu pre radiátory až na 60 ° C, môže byť použité pri organizácii kaskádových vykurovacích systémov. | 323 300 |
7. | V jednej budove s geotermálnym čerpadlom je akumulačná nádrž pre systém zásobovania teplou vodou, na 180 litrov chladiacej kvapaliny | 1 607 830 |
Výkonné tepelné čerpadlá pre potreby vykurovacích a teplovodných systémov | ||
8. | Je možné odoberať teplo z pôdy a podzemnej vody; je možná prevádzka ako súčasť kaskádových systémov a diaľkové ovládanie; pracuje z trojfázovej siete. | 708 521 |
9. | "soľanka-voda"; riadenie výkonu kompresora a otáčok obehových čerpadiel sa vykonáva pomocou regulácie frekvencie; prídavný výmenník tepla; sieť - 380 V. | 1 180 453 |
10. | schéma práce "voda-voda"; vstavané čerpadlá primárneho a sekundárneho okruhu; je možné pripojiť solárne systémy. | 630 125 |
Tepelné čerpadlá na vykurovanie malých priestorov alebo na prípravu teplej úžitkovej vody
Účel - ekonomické vykurovanie obytných a pomocných priestorov, údržba systému zásobovania teplou vodou. Najnižšiu spotrebu (do 2 kW) majú jednofázové modely. Na ochranu pred prepätím potrebujú stabilizátor. Spoľahlivosť trojfázovej siete sa vysvetľuje vlastnosťami siete (záťaž je rozložená rovnomerne) a prítomnosťou vlastných ochranných obvodov, ktoré zabraňujú poškodeniu zariadenia počas prepätia. Zariadenia v tejto kategórii nie vždy zvládajú súčasnú údržbu vykurovacieho systému a okruhu teplej vody.
1. Huch EnTEC VARIO China S2-E (Nemecko) - od 184 493 rubľov.
Huch EnTEC VARIO nie je ovládaný samostatne. Len v spojení so zásobníkom teplej vody. HP ohrieva vodu pre hygienické potreby a ochladzuje vzduch v miestnosti.
Z výhod - malý príkon zariadenia, prijateľná teplota vody v okruhu TÚV a funkcia čistenia systému (periodickým krátkodobým ohrevom do 60°C) od patogénnych baktérií, ktoré sa vyvíjajú vo vlhku životné prostredie.
Nevýhody sú, že tesnenia, príruby a manžety je potrebné zakúpiť samostatne. Uistite sa, že originál, inak tam bude kvapkanie.
Pri výpočte je potrebné pamätať na to, že zariadenie prečerpá 500 m³ vzduchu za hodinu, takže minimálna plocha miestnosti, v ktorej je Huch EnTEC VARIO inštalovaná, musí byť aspoň 20 m² s výškou stropu 3 metre alebo viac.
2. NIBE F1155-6 EXP (Švédsko) - od 355 161 rubľov.
Model je deklarovaný ako „inteligentné“ zariadenie s automatickým prispôsobením potrebám zariadenia. Bol zavedený invertorový napájací obvod pre kompresor - bolo možné nastaviť výstupný výkon.
Prítomnosť takejto funkcie pri malom počte spotrebiteľov (vodné body, vykurovacie radiátory) robí vykurovanie malého domu ziskovejším ako v prípade konvenčného, neinvertorového HP (ktoré nemajú kompresor s mäkkým štartom a výstup výkon nie je regulovaný). Pretože u NIBE sa pri nízkych hodnotách výkonu vykurovacie telesá zapínajú len zriedka a vlastná maximálna spotreba tepelného čerpadla nie je väčšia ako 2 kW.
V podmienkach malého objektu je hluk (47 dB) neprijateľný. Najlepšou možnosťou inštalácie je samostatná miestnosť. Postroj by mal byť umiestnený na stenách, ktoré nesusedia s odpočívadlami.
3. Fujitsu WSYA100DD6 (Japonsko) - od 524 640 rubľov.
"Out of the box" funguje len pre vykurovanie v jednom okruhu. Voliteľne je ponúkaná súprava na pripojenie druhého okruhu s možnosťou nezávislého nastavenia pre každý. Samotné tepelné čerpadlo je však navrhnuté pre systém vykurovania miestností do 100 m² s výškou stropu maximálne 3 metre.
Medzi výhody patria malé rozmery, prevádzka z domáceho zdroja, regulácia výstupnej teploty 8 ...
Všetko ale preškrtal nízky výkon. V našich klimatických podmienkach, pri vykurovaní deklarovaných 100 m², bude zariadenie fungovať na opotrebovanie. Potvrdzujú to časté prechody zariadenia do „núdzového“ režimu, s vypnutým čerpadlom a chybami na displeji. Prípad nie je zaručený. Opravené reštartovaním hardvéru.
"Nehody" ovplyvňujú spotrebu elektrickej energie. Pretože keď sa kompresor zastaví, vykurovacie teleso sa uvedie do činnosti. Preto je spoločné pripojenie okruhov CO a podlahového vykurovania (alebo teplej vody) prípustné pri objekte s rozlohou nie väčšou ako 70 m².
Zariadenia pre vykurovacie systémy typických chát na trvalý pobyt
Tu sú geotermálne, vzduchové a vodné (odstraňovanie tepelnej energie z podzemných vôd) zariadenia. Deklarovaný výstupný výkon (najmenej 8 kW) postačuje na zabezpečenie tepla do všetkých spotrebných sústav vidieckych (a trvalých) domov. Mnohé tepelné čerpadlá v tejto kategórii majú režim chladenia. Zavedené invertorové výkonové obvody sú zodpovedné za hladký štart kompresora, vďaka jeho hladkej prevádzke klesá delta (teplotný rozdiel) chladiacej kvapaliny. Optimálny režim prevádzky okruhu je zachovaný (bez zbytočného prehrievania a ochladzovania). To umožňuje znížiť spotrebu elektrickej energie vo všetkých režimoch prevádzky TČ. Najväčší ekonomický efekt je v zariadeniach vzduch-vzduch.
4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Nemecko) - od 408 219 rubľov.
Použitie studničnej vody ako primárneho chladiva (iba VWW) umožnilo zjednodušiť konštrukciu a znížiť cenu TČ bez straty výkonu.
Zariadenie sa vyznačuje nízkou spotrebou energie v hlavnom režime prevádzky a nízkou hlučnosťou.
Mínus Vaillant - náročný na vodu (známe prípady poškodenia prívodného potrubia a výmenníka tepla zlúčeninami železa a mangánu); treba sa vyhnúť práci so slanými vodami. Situácia nie je zaručená, ale ak inštaláciu vykonali špecialisti servisného strediska, to znamená, komu uplatniť nároky.
Vyžaduje sa suchá miestnosť bez mrazu s objemom minimálne 6,1 m³ (2,44 m² so stropom 2,5 m). Tvorba kvapiek pod čerpadlom nie je závadou (kondenzát môže odtekať z povrchov izolovaných okruhov).
5. LG Therma V AH-W096A0 (Kórea) - od 275 000 rubľov.
Tepelné čerpadlo vzduch-voda. Zariadenie pozostáva z 2 modulov: vonkajší odoberá tepelnú energiu zo vzdušných hmôt, vnútorný ju premieňa a odovzdáva do vykurovacieho systému.
Hlavnou výhodou je všestrannosť. Je možné ho nakonfigurovať na vykurovanie aj chladenie objektu.
Nevýhodou tejto série LG Therma je, že jej potenciál (a celej rady) nepostačuje pre potreby chaty s rozlohou viac ako 200 m².
Dôležitý bod: pracovné bloky dvojzložkového systému nemôžu byť vzdialené viac ako 50 m v horizontálnej rovine a 30 m vertikálne.
6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Nemecko) - od 323 300 rubľov.
Model WPF 10MS je najvýkonnejším z tepelných čerpadiel STIEBEL ELTRON.
Medzi výhody patrí automaticky nastaviteľný režim vykurovania a možnosť zapojenia 6 zariadení do kaskády (ide o paralelné alebo sériové zapojenie zariadení za účelom zvýšenia prietoku, tlaku alebo organizácie núdzovej rezervy) systému s výkonom až 60 kW.
Nevýhodou je, že organizácia výkonnej elektrickej siete na súčasné pripojenie 6 takýchto zariadení je možná len so súhlasom miestnej divízie Rostekhnadzor.
Pri nastavovaní režimov existuje funkcia: po vykonaní potrebných úprav programu by ste mali počkať, kým kontrolka nezhasne. V opačnom prípade sa po zatvorení krytu systém vráti do pôvodného nastavenia.
7. Daikin EGSQH10S18A9W (Japonsko) - od 1 607 830 rubľov.
Výkonné zariadenie pre súčasné poskytovanie tepla z CO, TÚV a podlahového kúrenia do obytného domu s rozlohou až 130 m².
Programovateľné a užívateľom ovládané režimy; v rámci špecifikovaných parametrov sú riadené všetky obsluhované okruhy; je tu zabudovaný zásobník (pre potreby teplej úžitkovej vody) na 180 litrov a prídavné ohrievače.
Medzi nedostatky patrí pôsobivý potenciál, ktorý nebude plne využitý v dome s rozlohou 130 m²; cena, v dôsledku ktorej sa doba návratnosti predlžuje na dobu neurčitú; automatické prispôsobenie vonkajším klimatickým podmienkam neimplementované v základnej konfigurácii. Termistory (tepelné odpory) prostredia sú voliteľné. To znamená, že keď sa zmení vonkajšia teplota, odporúča sa manuálne nastaviť prevádzkový režim.
Zariadenia pre objekty s vysokou spotrebou tepla
Plne pokryť potreby vykurovania obytných a komerčných budov s rozlohou viac ako 200 m². Diaľkové ovládanie, kaskádová prevádzka, interakcia s rekuperátormi a solárnymi systémami – rozširujú možnosti užívateľa pri vytváraní komfortnej teploty.
8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai (Nemecko) - od 708 521 rubľov.
Modifikácia DS 5027.5 Ai je najvýkonnejšia v rade EcoTouch. Stabilne ohrieva nosič tepla vykurovacieho okruhu a dodáva tepelnú energiu systému TÚV v miestnostiach do 280 m².
Scroll (najproduktívnejší z existujúcich) kompresor; nastavenie prietoku chladiacej kvapaliny vám umožňuje získať stabilné výstupné teploty; farebný displej; Russified menu; elegantný vzhľad a nízka hlučnosť. Každý detail pre pohodlné ovládanie.
Pri aktívnom používaní vodných bodov sa zapínajú vykurovacie telesá, vďaka čomu sa spotreba energie zvyšuje o 6 kW / h.
9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Švédsko) - od 1 180 453 rubľov.
Dostatočne výkonné zariadenie na poskytovanie tepelnej energie systému zásobovania teplou vodou a vykurovacích okruhov viacúrovňovej chaty s trvalým pobytom.
Namiesto prídavného ohrievača teplej úžitkovej vody sa tu využíva prietok teplej vody z prívodu vykurovacieho okruhu. Tepelné čerpadlo prechádzajúc už horúcou vodou cez chladič prehriatej vody, ohrieva vodu v prídavnom výmenníku TÚV až na 90 °C. Stabilná teplota v CO a zásobníku TÚV je udržiavaná automatickým nastavovaním otáčok obehových čerpadiel. Vhodné pre kaskádové zapojenie (do 8 TH).
Pre vykurovací okruh nie sú žiadne vykurovacie telesá. Ďalšie zdroje sa odoberajú z akéhokoľvek kombinovaného kotla – riadiaca jednotka si z neho odoberie toľko tepla, koľko je v konkrétnom prípade potrebné.
Pri výpočte miesta pre inštaláciu tepelného čerpadla je potrebné ponechať medzeru 300 mm medzi stenou a zadným povrchom zariadenia (pre jednoduché ovládanie a údržbu komunikácie).
10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Nemecko) - od 630 125 rubľov.
Primárnym chladivom je podzemná voda. Preto konštantná teplota na prvom výmenníku tepla a najvyšší koeficient COP.
Medzi výhody patrí pomocný elektrický ohrievač malého výkonu na primárnom okruhu a vlastný ovládač (v podstate bezdrôtové diaľkové ovládanie) na diaľkové ovládanie.
Mínus - prevádzkyschopnosť obehového čerpadla, stav hlavného potrubia a výmenníka primárneho okruhu závisí od kvality destilovanej podzemnej vody. Vyžaduje sa filtrovanie.
Analýza podzemných vôd pomôže eliminovať výskyt ťažko riešiteľných problémov s drahými zariadeniami. Čo treba urobiť pred kúpou tepelného čerpadla voda-voda.
Voľba editora
Dlhoročné skúsenosti s výrobou a prevádzkou tepelných čerpadiel v severnej Európe umožnili našim krajanom obmedziť hľadanie najziskovejšieho spôsobu vykurovania domova. Pre každú požiadavku existujú skutočné možnosti.
Potrebujete zabezpečiť teplo pre okruh TÚV alebo vykurovací systém pre bytový dom do 80 - 100 m²? Zvážte potenciál NIBE F1155- jeho "inteligentná" náplň šetrí bez toho, aby bola ohrozená dodávka tepla.
Bude zabezpečená stabilná teplota v okruhoch podlahového vykurovania, CO, dodávky teplej vody chaty 130 m² - je tu zapojený teplovodný výmenník tepla (180 litrov).
Vytvára konštantný tok tepla súčasne pre všetkých spotrebiteľov. Možnosť vytvorenia kaskády 8 HP vám umožní zabezpečiť teplo objektu s rozlohou minimálne 3000 m².
Každý z týchto modelov nie je bezpodmienečnou, ale základnou možnosťou. Ak ste našli vhodnú VT - pozrite si celý riadok, preštudujte si voliteľné ponuky. Rozsah vybavenia je veľký, existuje riziko, že vaša ideálna voľba nebude chýbať.
Článok vám pomohol nájsť ziskovú možnosť vykurovania alebo potrebujete ďalšie informácie - napíšte do komentárov. Odpovedáme okamžite.
Zjednodušene povedané, princíp fungovania tepelného čerpadla je blízky domácej chladničke – odoberá tepelnú energiu zo zdroja tepla a odovzdáva ju vykurovaciemu systému. Zdrojom tepla pre čerpadlo môže byť pôda, hornina, atmosférický vzduch, voda z rôznych zdrojov (rieky, potoky, priméry, jazerá).
Typy tepelných čerpadiel sú rozdelené podľa zdroja tepla:
- vzduch-vzduch;
- voda-vzduch;
- voda-voda;
- podzemná voda (podzemná voda);
- ľadová voda (zriedkavo).
Kúrenie, klimatizácia a ohrev vody – to všetko dokáže zabezpečiť tepelné čerpadlo. Aby toto všetko zabezpečil, nepotrebuje palivo. Spotreba elektriny na udržanie chodu čerpadla je približne 1/4 spotreby iných druhov vykurovania.
Komponenty vykurovacieho systému na tepelnom čerpadle
Kompresor- srdce vykurovacieho systému na tepelnom čerpadle. Sústreďuje rozptýlené teplo nízkej kvality, zvyšuje jeho teplotu v dôsledku kompresie a prenáša ho do chladiacej kvapaliny v systéme. V tomto prípade sa elektrina vynakladá výlučne na kompresiu a prenos tepelnej energie, a nie na ohrev chladiacej kvapaliny - vody alebo vzduchu. Podľa priemerných odhadov sa na 10 kW tepla spotrebuje až 2,5 kW elektriny.
Zásobník teplej vody(pre invertorové systémy). Zásobník uchováva vodu, ktorá vyrovnáva tepelné zaťaženie vykurovacieho systému a teplej vody.
chladivo. Takzvaná pracovná kvapalina, ktorá je pod nízkym tlakom a vrie pri nízkych teplotách, je absorbérom nízkopotenciálnej energie zo zdroja tepla. Ide o plyn cirkulujúci v systéme (freón, amoniak).
Výparník, ktorý zabezpečuje výber a prenos tepelnej energie do čerpadla z nízkoteplotného zdroja.
Kondenzátor, ktorý odovzdáva teplo z chladiva vode alebo vzduchu v systéme.
Regulátor teploty.
Primárna a sekundárna uzemňovacia slučka. Prenos tepla zo zdroja do čerpadla az čerpadla do cirkulačného systému vykurovania domu. Primárny okruh tvoria: výparník, čerpadlo, potrubia. Sekundárny okruh zahŕňa: kondenzátor, čerpadlo, potrubie.
Tepelné čerpadlo vzduch-voda 5-28 kW
Tepelné čerpadlo vzduch-voda na vykurovanie a prípravu teplej vody 12-20 kW
Princípom činnosti tepelného čerpadla je absorpcia a následné uvoľňovanie tepelnej energie v procese vyparovania a kondenzácie kvapaliny, ako aj zmena tlaku a následná zmena teploty kondenzácie a vyparovania.
Tepelné čerpadlo mení pohyb tepla – núti ho pohybovať sa opačným smerom. To znamená, že HP je rovnaký hydraulický, ktorý čerpá kvapaliny zdola nahor, na rozdiel od prirodzeného pohybu zhora nadol.
Chladivo je stlačené v kompresore a prenášané do kondenzátora. Vysoký tlak a teplota kondenzuje plyn (najbežnejší je freón), teplo sa prenáša do chladiacej kvapaliny v systéme. Proces sa opakuje, keď chladivo opäť prejde cez výparník – tlak sa zníži a spustí sa nízkoteplotný proces varu.
V závislosti od zdroja tepla nízkej kvality má každý typ čerpadla svoje vlastné nuansy.
Vlastnosti tepelných čerpadiel v závislosti od zdroja tepla
Tepelné čerpadlo vzduch-voda závisí od teploty vzduchu, ktorá by cez palubu nemala klesnúť pod +5°C a deklarovaný koeficient premeny tepla COP 3,5-6 je možné získať len pri 10°C a viac. Čerpadlá tohto typu sú inštalované na mieste, v mieste, kde prefukujeme, a sú inštalované aj na strechách. To isté možno povedať o čerpadlách vzduch-vzduch.
Typ čerpadla zem-voda
Čerpadlo na zemnú vodu alebo geotermálne tepelné čerpadlo získava tepelnú energiu zo zeme. Zem má teplotu 4°C až 12°C, vždy stabilná v hĺbke 1,2 -1,5 m.
Na mieste je potrebné umiestniť vodorovný kolektor, plocha závisí od teplôt pôdy a veľkosti vykurovanej plochy, nad systém sa okrem trávy nesmie nič vysádzať a umiestňovať. Existuje variant vertikálneho kolektora so studňou do 150 m. Medziľahlý nosič tepla cirkuluje potrubím uloženým v zemi a ohrieva sa až na 4 ° C, čím ochladzuje pôdu. Pôda zase musí nahradiť tepelné straty, čo znamená, že na efektívnu prevádzku TČ sú potrebné stovky metrov potrubí.
Tepelné čerpadlo"voda-voda"
Tepelné čerpadlo "voda-voda" pracuje na nízkom stupni tepla riek, potokov, odpadových vôd a základných náterov. Voda je tepelne náročnejšia ako vzduch, no pri ochladzovaní podzemnej vody sú isté nuansy – nedá sa ochladiť do mrazu, voda musí voľne odtekať do zeme.
Musíte si byť 100% istí, že za deň cez seba budete môcť voľne prejsť desiatky ton vody. Tento problém sa často rieši vypustením chladenej vody do najbližšieho vodojemu s jedinou podmienkou, že vodojem je za vašim plotom, inak takéto vytopenie prináša milióny. Ak je k pretekajúcej nádrži desať metrov, potom bude najefektívnejšie vykurovanie tepelným čerpadlom voda-voda.
Tepelné čerpadlo "ľadová voda"
Tepelné čerpadlo "ľadová voda" pomerne exotický typ čerpadiel, ktorý vyžaduje dobudovanie výmenníka tepla - čerpadlo vzduch-voda sa premení na studenú vodu a odstráni ľad.
Počas vykurovacej sezóny sa naakumuluje asi 250 ton ľadu, ktorý je možné skladovať (takýto objem ľadu dokáže naplniť priemerný bazén). Tento typ tepelného čerpadla je dobrý pre naše zimy. 330 kJ/kg – toľko tepla uvoľní voda pri mrazení. Na druhej strane, chladiaca voda o 1 °C dáva 80-krát menej tepla. Rýchlosť ohrevu 36 000 kJ/h sa získa zmrazením 120 litrov vody. Toto teplo je možné využiť na vybudovanie vykurovacieho systému s tepelným čerpadlom ľad-voda. Aj keď je o tomto type čerpadiel veľmi málo informácií, pozriem sa.
Výhody a nevýhody tepelných čerpadiel
Nechcem sa tu vyhovárať na „zelenú“ energiu a šetrnosť k životnému prostrediu, keďže cena celého systému je vysoká a posledná vec, na ktorú myslíte, je ozónová vrstva. Ak znížite náklady na vykurovací systém na tepelnom čerpadle, potom sú výhody:
- Bezpečné vykurovanie. Usudzujem podľa seba - keď mi plynový kotol zapne horák s vatou, každých 15 minút sa mi na hlave objaví šedivý vlas. Tepelné čerpadlo nepoužíva otvorený plameň, horľavé palivo. Žiadne zásoby palivového dreva a uhlia.
Účinnosť tepelného čerpadla je asi 400-500% (spotrebuje 1 kW elektriny, minie 5). - "Čisté" kúrenie bez spalín, výfukov, zápachu.
- Tichá prevádzka so správnym kompresorom.
Mastný mínus tepelné čerpadlá- cena celého systému ako celku a málokedy sa stretávame s ideálnymi podmienkami pre efektívnu prevádzku čerpadla.
Návratnosť vykurovacieho systému na báze tepelného čerpadla môže byť 5 rokov alebo možno 35 a druhý údaj je, žiaľ, reálnejší. Ide o veľmi nákladný systém v štádiu implementácie a veľmi náročný na prácu.
Kto vám to povie, teraz sú Kulibinovci rozvedení, výpočtami na tepelné čerpadlo by sa mal zaoberať len tepelný technik, s návštevou zariadenia.
Energie, majú drahé zariadenia, ale hlavnou výhodou je rýchla návratnosť. Jednou z odrôd takejto alternatívy je tepelné čerpadlo na vykurovanie. Ceny a popisy typov takýchto systémov sú objasnené v tomto článku.
Alternatíva plynového kotla
Prečítajte si v článku
História vzniku tepelných čerpadiel
Prvé náznaky koncepcie tepelného čerpadla sa objavili v roku 1852. William Thomson začal tento vývoj, v roku 1940 ho prevzal a vylepšil Robert Weber, ktorý často experimentoval a náhodne zistil, že sa z mraziacej jednotky uvoľňuje teplo. Najprv vedec naučil systém a nakoniec celé obydlie. Veľkým triumfom bolo Weberovo uloženie medených rúrok do zeme, ktoré zbierali prírodné teplo a premieňali ho na tepelnú energiu.
Princíp činnosti tepelného čerpadla na vykurovanie domu
Tepelné čerpadlo je navrhnuté tak, aby jeho vnútorné jednotky dokázali spracovať teplo prírodného prostredia (voda, zem a vzduch) na teplo pre.
Ako čerpadlo funguje zvnútra
Bez ohľadu na spôsob výroby tepla, všetky čerpadlá obsahujú nasledujúce prvky:
- Expanzný ventil;
- Vysokotlakový výparník;
- kompresor;
- kondenzátor;
Proces konverzie
Geotermálne tepelné čerpadlo za výhodnú cenu funguje na klasickom princípe, ktoré privádza všetko teplo naakumulované vo vnútri jednotky v procese varu chladiva na jej zadnú stenu. Iba v prípade, že sa odoberaná energia uvoľňuje v interiéri.
Etapy výroby tepelnej energie:
- V závislosti od typu použitého prírodného prvku čerpadlo odoberá teplo v rozsahu od 1 do 7 stupňov.
- Výparník vo vnútri spotrebiča obsahuje chladivo. Táto kvapalina je schopná vrieť pri nulovej teplote.
- Pomocou prijatého prirodzeného tepla chladivo vrie a stáva sa plynným.
- Plyn vstupuje do kompresora, čím sa zvyšuje jeho tlak a v dôsledku toho sa zvyšuje teplota.
- Maximálne zohriate chladivo vo forme plynu prechádza do kondenzátora, kde odovzdáva svoje teplo. Po ochladení sa látka vráti do kvapalného stavu.
- Expanzný ventil potom prepustí kvapalinu a zníži jej tlak na pôvodnú úroveň.
- A opäť je chladivo vo výparníku, dostane časť tepla a proces sa opakuje.
Preto je chladivo hlavným pracovným prvkom tepelného čerpadla. Teplo, ktoré dostáva z prírody, sa premieňa na 35-65 stupňov užitočného tepelného zdroja.
Poznámka! Aj keď teplota vykurovania chladiacej kvapaliny nie je taká vysoká, ale zvýšením sekcií batérií sa dosiahne úplné a rovnomerné vykurovanie priestorov. Teplá podlaha môže byť pripojená k systému, bude sa hladko a nie agresívne zahrievať.
Hlavné typy tepelných čerpadiel
Ohrievače sa líšia spôsobom výroby tepla. Delia sa na také typy ako: „voda-voda“, „vzduch-vzduch“, „pôda-voda“, „vzduch-voda“.
voda-voda
Podstatou systému je odoberať teplo zo zásobníka resp. Zariadenia tohto typu sa líšia od ostatných vo väčšej účinnosti prenosu tepla. Vysvetľuje to skutočnosť, že voda je menej citlivá na zmeny teploty, najmä v zemi.
Vzduch do vzduchu
Ako sa orientovať pri výbere tepelného čerpadla
Pre výber konkrétneho typu termiky s dobrou cenou sa musíte rozhodnúť podľa nasledujúcich parametrov:
- Suma, ktorú ste ochotní rozdeliť na nákup vybavenia;
- Typ oblasti, kde sa dom nachádza, ktorý sa chystáte poskytnúť alternatívnym spôsobom vykurovania. Typ inštalácie závisí od umiestnenia kolíkov alebo podzemnej vody;
- Musíte sa rozhodnúť, či máte možnosť vŕtať pre tepelné čerpadlo;
- Hlavnou nuansou je presný výpočet požadovaného výkonu pre plnohodnotné vykurovanie domu;
Ako vypočítať výkon potrebného vybavenia
Pre presnejšie určenie požadovaného výkonu je potrebné vypočítať teplotný rozdiel medzi ulicou a mikroklímou v strede budovy: T = Tinside - Toutside = požadovaný stupeň Celzia.
Konečný vzorec zahŕňa zohľadnenie všetkých vyššie uvedených parametrov: Q = V x T, kW.
Dôležité! Aby sa zabránilo nedostatku energie na vykurovanie, je potrebné k prijatým výpočtom pridať 10 percent nominálnej hodnoty, aby sa vyrovnali všetky nedostatky.
Prehľad výrobcov
Aby ste si mohli kúpiť tepelné čerpadlo, cena musí korelovať s obľúbenosťou výrobcu a súborom funkcií.
Poznámka! Existuje široký výber zahraničných výrobcov, ktorých kvalita zariadení je veľmi vysoká, ale domáce firmy sa nevzdávajú a dokážu predbehnúť mnohých európskych konkurentov. Cena ruských výrobcov je oveľa príjemnejšia.
Tepelné čerpadlo na vykurovanie domu. Ceny za rôzne typy
Každý systém, ktorý sa od seba líši v type, má svoje vlastné objemy potrebných konštrukčných prvkov. Táto skutočnosť ovplyvňuje cenovú politiku hotového výrobku.
Ceny tepelných čerpadiel vzduch-vzduch a iných typov
Výkonový rozsah vodných systémov dosahuje až 18 kW. Prídavné moduly môžu rozšíriť funkcionalitu systému do plnej automatizácie. Cena takýchto zariadení sa pohybuje od 100 do 500 tisíc rubľov.
Pokiaľ ide o hlinené zariadenia, tu sa výkon dosahuje až 500 kW a náklady dosahujú 3,5 milióna rubľov.
Tabuľka cien tepelných čerpadiel na kľúč.
Obrázok | Výrobca | výkon, kWt | Typ | cena, rub. |
Gree Versati GRS-CQ | 5,5 | vodná voda | 300 000 | |
Altal 12 | 12 | zemská voda | 350 000 | |
Cooper/Hunter GRS-Cm | 18 | vzduch voda | 240 000 | |
PEA | 6 | vzduch voda | 400 000 | |
Mamut j142 | 48 | vodná voda | 650 000 | |
DHL-L Varius | 5,33 | vzduch vzduch | 750 000 |
DIY tepelné čerpadlo
Ak chcete vytvoriť tepelné čerpadlo vlastnými rukami z chladničky, musíte mať určitú zručnosť. Ale je celkom možné uviesť jednotku do funkčného stavu.
- V prvom rade si treba kúpiť kompresor z chladničky resp.
- Teraz musíte zostaviť kondenzátor, ktorého konštrukcia začína cievkou. Zvyčajne sa vyrába z medenej rúrky s hrúbkou 1 mm alebo viac a je umiestnená v kovovom puzdre. Ak chcete umiestniť cievku do nádrže, musíte ju najprv rozrezať na polovicu a po umiestnení všetkých častí a závitových spojov späť. Aby boli otáčky cievky rovnomerné a s rovnakou vzdialenosťou medzi krúžkami, môžete rúrku navinúť na polotovar a vzdialenosť je upevnená hliníkovým rohom s rebrami.
- Kompletnú montáž, spájkovanie potrubí a čerpanie chladiva vykonáva len profesionálny špecialista na chladenie. V opačnom prípade môže dôjsť k núdzovej situácii.
- Všetko, dizajn je pripravený na pripojenie.
Ďalšie vlastnosti tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá ruskej výroby vďaka jedinečnosti svojich dizajnov umožňujú vytvárať dodatočné procesy, ako je chladenie a ohrev kotlovej vody. Chladiaci účinok sa dosahuje opačným procesom kontrakcie chladiva. To znamená, že v kompresore sa vyskytujú rovnaké manipulácie ako pri zahrievaní, iba v opačnom poradí.
Voda sa ohrieva nepriamo. Vo vnútri kotla je špirála, cez ktorú prechádza horúca voda a teplo špirály ohrieva vodu v bojleri.
Záruka a servis
Vzhľadom na to, že systém je veľmi zložitý, je neprijateľné vykonávať diagnostické a opravárenské práce s jednotkami sami. Na tieto účely je výrobca pri kúpe čerpadla povinný s vami uzavrieť dohodu, ktorá uvádza, v akých časových obdobiach ho odborník skontroluje.
- Záruka zahŕňa určité obdobie bezplatnej údržby, ktorá zahŕňa opravu všetkých komponentov a zostáv.
- Servisná údržba je neoddeliteľnou súčasťou samotného systému. Harmonogram, podľa ktorého sa kontrola vykonáva, môže byť mesačný, štvrťročný, polročný a ročný.
závery
Ak sa k nákupu tepelného čerpadla na vykurovanie domu staviate pozitívne, ceny by vás nemali vystrašiť. Veď hlavnou prioritou takéhoto vykurovania je 4-násobná účinnosť oproti iným typom vykurovania. A to znamená, že celý systém sa veľmi rýchlo vyplatí. Teplé zimné večery.
Od pradávna bolo ľudstvo „zvyknuté“ využívať dostupné prírodné zdroje. nosiče energie, ktoré sa jednoducho spália na výrobu tepla alebo na premenu na iné formy energie. Ľudia sa naučili využívať aj skrytý potenciál vodných tokov – začínali od vodných mlynov a dostali sa k výkonným vodným elektrárňam. Čo sa však pred sto rokmi zdalo úplne postačujúce, dnes už nedokáže uspokojiť potreby rastúcej populácie Zeme.
Po prvé, prírodné „špajzy“ stále nie sú bezodné a výroba energie je z roka na rok ťažšia a presúva sa do ťažko dostupných regiónov či dokonca do morských šelfov. Po druhé, spaľovanie prírodných surovín je vždy spojené s emisiami splodín horenia do atmosféry, čo pri súčasných obrovských objemoch takýchto emisií už priviedlo planétu na pokraj ekologickej katastrofy. Energia vodných elektrární nestačí a narušenie hydrologickej bilancie riek so sebou nesie aj množstvo negatívnych dôsledkov. Jadrová energia, ktorá bola kedysi považovaná za „všeliek“, po mnohých významných katastrofách spôsobených človekom vyvoláva množstvo otázok a v mnohých regiónoch planéty je výstavba jadrových elektrární jednoducho zakázaná zákonom.
Existujú však aj iné, takmer nevyčerpateľné zdroje energie, ktoré sa začali vo veľkej miere využívať pomerne nedávno. Moderné technológie umožnili na výrobu elektriny či tepla veľmi efektívne využiť energiu vetra, slnečného žiarenia, prílivu a odlivu oceánu a pod. Jedným z alternatívnych zdrojov je tepelná energia zemského vnútra, vodných plôch a atmosféry. Práve na využívaní takýchto zdrojov je založená prevádzka tepelných čerpadiel. U nás je takéto zariadenie stále zaradené do kategórie „exotických noviniek“ a zároveň si týmto spôsobom vykuruje svoje domovy veľa Európanov – napríklad vo Švajčiarsku či v škandinávskych krajinách počet domov s takýmito systémami prekročil 50 %. Postupne sa tento typ výroby tepla začína praktizovať v ruských otvorených priestoroch, aj keď ceny za získanie high-tech zariadenia stále vyzerajú veľmi desivé. Ako vždy sa však nájdu majstri nadšenci, ktorí prejavia svoju kreativitu a zostavia tepelné čerpadlá vlastnými rukami.
Publikácia je zameraná na to, aby sa čitateľ mohol bližšie pozrieť na princíp činnosti a základné zariadenie tepelných čerpadiel, dozvedieť sa o ich výhodách a nevýhodách. Okrem toho budeme hovoriť o úspešných skúsenostiach pri vytváraní existujúcich inštalácií vlastnými silami.
Ako funguje tepelné čerpadlo
Nie každý o tom premýšľal, ale okolo nás je veľa zdrojov tepla, ktoré „fungujú“ po celý rok a nonstop. Napríklad aj pri najvážnejších mrazoch zostáva teplota pod ľadom zamrznutej nádrže stále pozitívna. Rovnaký obrázok a pri prehĺbení do hrúbky pôdy - pod hranicou jej zamrznutia je teplota takmer vždy stabilná a približne rovnaká ako priemerná ročná charakteristika pre túto oblasť. Vzduch má tiež značný tepelný potenciál.
Možno niekoho zmiatajú zdanlivo nízke teploty vody, pôdy či vzduchu. Áno, patria k nízkopotenciálnym zdrojom energie, ale ich hlavným „trumfom“ je stabilita a moderné technológie založené na zákonoch tepelnej fyziky umožňujú premeniť aj nepatrný rozdiel na potrebné vykurovanie. Áno, a vidíte, keď je mráz vonku v zime 20 stupňov a pôda má 5 ÷ 7 stupňov pod úrovňou mrazu, potom je taký rozdiel amplitúdy už celkom slušný.
Práve táto vlastnosť plynulosti dodávky nízkopotenciálnej energie je zabudovaná v okruhu tepelného čerpadla. V skutočnosti je táto jednotka zariadením, ktoré „prečerpáva“ a „koncertuje“ teplo odoberané z nevyčerpateľného zdroja.
Môžete nakresliť nejakú analógiu so známou chladničkou. Výrobky, ktoré sú v nej umiestnené na chladenie a skladovanie a vzduch vstupujúci do komory pri otvorení dverí tiež nie sú príliš horúce. Ak sa však dotknete mriežky výmenníka tepla kondenzátora na zadnej stene chladničky, potom je buď veľmi teplá, alebo dokonca horúca.
Prototypom tepelného čerpadla je každému známa chladnička, ktorej kondenzačný rošt sa počas prevádzky zahrieva.Prečo teda nevyužiť tento princíp na ohrev chladiacej kvapaliny, analógia s chladničkou samozrejme nie je priama – neexistuje stabilný externý zdroj tepla a elektrina sa väčšinou plytvá. Ale v prípade tepelného čerpadla je možné takýto zdroj nájsť (zariadiť) a potom sa ukáže ako "reverzná chladnička" - hlavné zameranie jednotky bude práve na získavanie tepla.
Na akom princípe to funguje?
Ide o systém troch okruhov, cez ktoré cirkulujú chladiace kvapaliny.
- V samotnom kryte tepelného čerpadla (poz. 1) sú dva výmenníky tepla (poz. 4 a 8), kompresor (poz. 7), chladiaci okruh (poz. 5), nastavovacie a ovládacie zariadenia.
- Prvý okruh (poz. 1) s vlastným obehovým čerpadlom (poz. 2) je umiestnený (ponorený) v zdroji nekvalitného tepla (ich zariadenie bude popísané nižšie). Príjem tepelnej energie z externého neprerušiteľného zdroja (znázorneného širokou ružovou šípkou), ohriateho len o niekoľko stupňov (zvyčajne pri použití sond alebo kolektorov v zemi alebo vo vode - až 4 ÷ 6 ° OD), vstupuje cirkulujúca chladiaca kvapalina výmenník tepla výparníka(poz. 4). Tu dochádza k primárnemu prenosu tepla prijatého zvonku.
- Chladivo použité vo vnútornom okruhu čerpadla (poz. 5) má extrémne nízky bod varu. Zvyčajne sa tu používa niektorý z moderných, ekologických freónov, alebo oxid uhličitý (v podstate skvapalnený oxid uhličitý). Do vstupu výparníka (poz. 6) vstupuje v kvapalnom stave, pri zníženom tlaku - to poskytuje nastaviteľnú škrtiacu klapku (poz. 10). Špeciálny tvar kapilárneho vstupu a tvar výparníka prispievajú k takmer okamžitému prechodu chladiva do plynného skupenstva. Podľa fyzikálnych zákonov je vyparovanie vždy sprevádzané prudkým ochladením a absorpciou okolitého tepla. Keďže táto časť vnútorného okruhu je umiestnená v rovnakom výmenníku tepla ako primárny okruh, freón odoberá tepelnú energiu chladiacej kvapaline, pričom ju chladí (široká oranžová šípka). Ochladené chladivo ďalej cirkuluje a opäť získava tepelnú energiu z externého zdroja.
- Chladivo, už v plynnom stave, odovzdávajúc mu odovzdané teplo, vstupuje do kompresora (poz. 7), kde vplyvom kompresie prudko stúpa jeho teplota. Ďalej vstupuje do ďalšieho výmenníka tepla (poz. 8), v ktorom je umiestnený kondenzátor a potrubia tretieho okruhu tepelného čerpadla. (poz. 11).
- Tu dochádza k úplne opačnému procesu - chladivo kondenzuje, prechádza do kvapalného stavu, pričom odovzdáva svoje teplo chladivu tretieho okruhu. Ďalej v kvapalnom stave pri vysokom tlaku prechádza cez škrtiacu klapku, kde tlak klesá a cyklus fyzikálnych premien agregovaného stavu chladiva sa znova a znova opakuje.
- Teraz prejdete do tretieho okruhu (poz. 11) tepelného čerpadla. Cez výmenník tepla (poz. 8) sa mu prenáša tepelná energia z chladiva ohriateho kompresiou (široká červená šípka). Tento okruh má vlastné obehové čerpadlo (poz. 12), ktoré zabezpečuje pohyb chladiacej kvapaliny cez vykurovacie potrubia. Oveľa rozumnejšie je však použiť akumulačnú, starostlivo izolovanú vyrovnávaciu nádrž (poz. 13), v ktorej sa bude odovzdané teplo akumulovať. Akumulovaná zásoba tepelnej energie sa už vynakladá na potreby vykurovania a zásobovania teplou vodou, pričom sa míňa postupne podľa potreby. Takéto opatrenie umožňuje poistiť sa proti výpadkom elektriny alebo využiť lacnejšiu nočnú tarifu za elektrinu potrebnú na prevádzku tepelného čerpadla.
Ak je namontovaná vyrovnávacia nádrž, potom je k nej už pripojený vykurovací okruh (poz. 14) s vlastným obehovým čerpadlom (poz. 15), ktorý zabezpečuje pohyb chladiacej kvapaliny potrubím systému (poz. 16). Ako už bolo spomenuté, môže existovať druhý okruh, ktorý zabezpečuje teplú vodu pre domáce potreby.
Tepelné čerpadlo nemôže fungovať bez elektriny – je potrebná pre chod kompresora (široká zelená šípka), elektrickú energiu spotrebúvajú aj obehové čerpadlá vo vonkajších okruhoch. Ako však ubezpečujú vývojári a výrobcovia tepelných čerpadiel, spotreba elektriny je neporovnateľná s prijatým „objemom“ tepelnej energie. Takže pri správnej montáži a optimálnych prevádzkových podmienkach sa často hovorí o účinnosti 300 a viac percent, teda pri jednom spotrebovanom kilowatte elektriny dokáže tepelné čerpadlo vyrobiť 4 kilowatty tepelnej energie.
V skutočnosti je takéto tvrdenie o účinnosti trochu nesprávne. Nikto nezrušil fyzikálne zákony a účinnosť nad 100% je rovnaká utópia ako " perpetummobile“- stroj na večný pohyb. V tomto prípade hovoríme o racionálnom využívaní elektriny na účely „čerpania“ a premeny energie pochádzajúcej z nevyčerpateľného externého zdroja. Tu je vhodnejšie použiť pojem COP (z angl "výkonnostný koeficient"), ktorý sa v ruštine často nazýva „koeficient premeny tepla“. V tomto prípade sa skutočne môžu ukázať hodnoty, ktoré presahujú jednu:
CO R = Qn / a, kde:
CO R je koeficient premeny tepla;
QP- množstvo tepelnej energie prijatej spotrebiteľom;
ALE- práca vykonaná kompresorovou jednotkou.
Existuje ešte jedna nuansa, na ktorú sa často zabúda - nielen kompresor, ale aj obehové čerpadlá vo vonkajších okruhoch vyžadujú určité množstvo energie na normálne fungovanie čerpadla. Ich spotreba energie je, samozrejme, oveľa nižšia, ale napriek tomu sa dá vziať do úvahy, a to sa často jednoducho nerobí na marketingové účely.
Celkové množstvo prijatej tepelnej energie možno minúť:
1 - optimálnym riešením je systém teplovodných podláh. Tepelné čerpadlá spravidla „zvyšujú“ teplotu na úroveň asi 50 ÷ 60 ° OD- to stačí na podlahové kúrenie.
2 - zásobovanie teplou úžitkovou vodou. Zvyčajne v systémoch TÚV sa teplota udržiava na tejto úrovni - asi 45 ÷ 55 ° С.
3 - ale pre bežné radiátory takéto vykurovanie zjavne nebude stačiť. Východiskom je zvýšenie počtu sekcií alebo použitie špeciálnych nízkoteplotných radiátorov. Konvekčné ohrievače tiež pomôžu vyriešiť problém.
4 - jednou z najdôležitejších výhod tepelných čerpadiel je možnosť prepnúť ich do "opačného" režimu prevádzky. V lete môže takáto jednotka plniť funkciu klimatizácie – odoberať teplo z priestorov a odovzdávať ho do zeme alebo zásobníka.
Zdroje nízkopotenciálnej energie
Aké zdroje nízkopotenciálnej energie sú schopné využívať tepelné čerpadlá? Túto úlohu môžu zohrávať horniny, pôda v rôznych hĺbkach, voda z prírodných nádrží alebo podzemné vodonosné vrstvy, atmosferické vzduchu alebo prúdy teplého vzduchu odvádzané z budov alebo priemyselných procesných jednotiek.
A. Využitie tepelnej energie pôdy
Ako už bolo spomenuté, pod úrovňou zamŕzania pôdy charakteristickou pre tento región je teplota pôdy stabilná počas celého roka. Práve ten slúži na prevádzku tepelných čerpadiel podľa schémy „pôda – voda“.
Schematický diagram získavania energie "pôda - voda"
Na vytvorenie takéhoto systému sa pripravujú špeciálne povrchové tepelné polia, na ktorých sa odstraňujú vrchné vrstvy pôdy do hĺbky asi 1,2 ÷ 1, 5 metrov. Obsahujú obrysy vyrobené z plastových alebo kovoplastových rúr s priemerom spravidla 40 mm. Účinnosť odvodu tepelnej energie závisí od miestnych klimatických podmienok a od celkovej dĺžky vytváraného okruhu.
Predbežne pre stredné Rusko môžete pracovať s nasledujúcimi pomermi:
- Suché piesčité pôdy - 10 W energie na lineárny meter potrubia.
- Suché hlinité pôdy - 20 W / m.
- Mokré hlinité pôdy - 25 W / m.
- Hlinená hornina s vysokou polohou podzemnej vody - 35 W / m.
Napriek zjavnej jednoduchosti takéhoto prenosu tepla nie je táto metóda v žiadnom prípade vždy optimálnym riešením. Faktom je, že ide o veľmi významné množstvo zemných prác. To, čo na diagrame vyzerá jednoducho, je v praxi oveľa ťažšie. Posúďte sami – na „odstránenie“ čo i len 10 kWt tepelnej energie z podzemného okruhu na ílovitej pôde bude treba asi 400 metrov potrubia. Ak vezmeme do úvahy aj záväzné pravidlo, že medzi otáčkami okruhu musí byť interval aspoň 1, 2 metrov, potom bude potrebný pozemok s rozlohou 4 akrov (20 × 20 metrov).
Zriadenie poľa na získavanie tepla zo zeme je mimoriadne rozsiahla a časovo náročná úloha.
Po prvé, nie každý má možnosť prideliť takéto územie. Po druhé, v tejto oblasti sú úplne vylúčené akékoľvek budovy, pretože existuje vysoká pravdepodobnosť poškodenia okruhu. A po tretie, extrakcia tepla z pôdy, najmä pri nekvalitných výpočtoch, nemusí prejsť bez stopy. Nie je vylúčený vplyv prechladnutia lokality, keď letné horúčavy nedokážu úplne obnoviť teplotnú rovnováhu v hĺbke vrstevnice. To môže negatívne ovplyvniť biologickú rovnováhu v povrchových vrstvách pôdy a v dôsledku toho niektoré rastliny jednoducho nebudú rásť v podchladenej oblasti – taký druh lokálneho efektu „doby ľadovej“.
B. Tepelná energia z vrtov
Dokonca aj malá veľkosť lokality nebude prekážkou pri organizovaní starostlivosti o tepelnú energiu z vŕtanej studne.
Ako zdroj tepla nízkej kvality - hlboká studňa
Teplota pôdy sa s rastúcou hĺbkou stáva stabilnejšou a v hĺbkach viac ako 15 — 20 metrov je pevne na 10-stupňovej značke, ktorá sa zvyšuje o dva ÷ tri stupne na každých 100 m ponoru. Navyše je táto hodnota absolútne nezávislá od ročného obdobia alebo rozmarov počasia, čo robí studňu najstabilnejším a najpredvídateľnejším zdrojom tepla.
Do vrtov je spustená sonda, čo je slučka plastových (kovoplastových) rúr v tvare U, cez ktoré cirkuluje chladivo. Najčastejšie sa robí niekoľko vrtov s hĺbkou 40 ÷ 50 až 150 metrov, nie bližšie ako 6 m od seba, ktoré sú zapojené buď do série alebo s pripojením na spoločný kolektor. Prenos tepla pôdy s týmto usporiadaním rúr je oveľa vyšší:
- So suchými sedimentárnymi horninami - 20 W / m.
- Skalnaté pôdne vrstvy alebo vodou nasýtené sedimentárne horniny - 50 W / m.
- Pevné horniny s vysokou tepelnou vodivosťou - 70 W / m.
- Ak budete mať šťastie a dostanete podzemnú zvodnenú vrstvu - asi 80 W / m.
V prípade nedostatočného priestoru alebo ťažkostí pri hĺbkovom vŕtaní v dôsledku vlastností pôdy je možné vykonať niekoľko šikmých vrtov s nosníkmi z jedného bodu.
Mimochodom, v prípade, že studňa padne na vodonosnú vrstvu so stabilným debetom, potom sa niekedy používa otvorený primárny okruh výmeny tepla. V tomto prípade sa voda čerpá z hĺbky čerpadlom, zúčastňuje sa výmeny tepla a potom sa ochladená vypúšťa do druhej studne toho istého horizontu, sa nachádza naistý vzdialenosť od prvého (tá sa počíta pri návrhu systému). Súčasne je možné organizovať príjem vody pre domáce potreby.
Hlavnou nevýhodou dolného spôsobu získavania tepla sú vysoké náklady na vŕtanie, ktoré je veľmi ťažké alebo jednoducho nemožné vykonať sami bez vhodného vybavenia. Okrem toho vŕtanie studní často vyžaduje povolenia od orgánov životného prostredia. Mimochodom, použitie priamej výmeny tepla s reverzným vypúšťaním vody do studne môže byť tiež zakázané.
Dokážete si vyvŕtať studňu sami?
Samozrejme, je to mimoriadne náročná úloha, existujú však technológie, ktoré ju za určitých podmienok umožňujú vykonávať samostatne.
O tom, ako môžete - v špeciálnej publikácii nášho portálu.
B. Využívanie vodných plôch ako zdrojov tepla
Zásobník dostatočnej hĺbky umiestnený v blízkosti domu sa môže stať dobrým zdrojom tepelnej energie. Voda aj v zime pod hornou ľadovou kôrou zostáva v tekutom stave a jej teplota je nad nulou - to je to, čo tepelné čerpadlo potrebuje.
Približný prenos tepla z okruhu ponoreného do vody je 30 kW/m. To znamená, že na získanie spätného výkonu 10 kW je potrebný okruh rádovo 350 m.
Takéto kolektorové okruhy sú namontované na pozemku z plastových rúr. Potom sa presunú do rybníka a ponoria sa na dno, do hlbín nie menej ako 2 metre, pre ktoré sú záťaže pripevnené rýchlosťou 5 kg na 1 lineárny meter potrubia.
Potom sa vykoná tepelne izolovaný kladenie potrubí do domu a ich pripojenie k tepelný výmenník teplačerpadlo.
Netreba si však myslieť, že na takéto účely je úplne vhodná akákoľvek vodná plocha - opäť budú potrebné veľmi zložité výpočty tepelnej techniky. Napríklad malé a nedostatočne hlboké jazierko alebo malý, tichý potôčik nielenže nezvládnu úlohu nepretržitého zásobovania nízkopotenciálovou energiou - môžu jednoducho úplne zamrznúť na dno, čím zabijú všetkých obyvateľov. nádrže.
Výhody vodných zdrojov tepla - nie je potrebné vŕtanie, zemné práce sú tiež zredukované na minimum - len kopanie rýh k domu na kladenie potrubí. A ako nevýhoda môže byť nízka dostupnosť pre väčšinu majiteľov domov jednoducho z dôvodu nedostatku vodných plôch v primeranej blízkosti bývania.
Mimochodom, na účely výmeny tepla sa často používajú odtoky - majú pomerne stabilizovanú kladnú teplotu aj v chladnom počasí.
D. Odoberanie tepla zo vzduchu
Teplo na vykurovanie domu alebo na zásobovanie teplou vodou možno brať doslova zo vzduchu. Na tomto princípe fungujú tepelné čerpadlá vzduch-voda. vzduchu – vzduchu».
Celkovo ide o rovnakú klimatizáciu, len prepnutú do „zimného“ režimu. Účinnosť takéhoto vykurovacieho systému do značnej miery závisí od klimatických podmienok regiónu a od rozmarov počasia. Aj keď sú moderné inštalácie navrhnuté tak, aby fungovali aj pri veľmi nízkych teplotách (až do -25 a niektoré dokonca až do -40 ° OD), ale koeficient premeny energie prudko klesá, ziskovosť a účelnosť takéhoto prístupu okamžite začnú vyvolávať veľa otázok.
Ale na druhej strane si takéto tepelné čerpadlo nevyžaduje vôbec žiadne prácne úkony – najčastejšie sa jeho primárna teplovýmenná jednotka inštaluje buď na stenu (strechu) budovy, alebo v jej bezprostrednej blízkosti. Mimochodom, odlíšiť ho od vonkajšej jednotky deleného klimatizačného systému je takmer nemožné.
Takéto tepelné čerpadlá sa často používajú ako dodatočné zdroje tepelnej energie na vykurovanie a v lete ako generátor tepla na zásobovanie teplou vodou.
Použitie takýchto tepelných čerpadiel je plne opodstatnené na rekuperáciu - využitie sekundárneho tepla napríklad na výstupoch z vetracích šácht (kanálov). Zariadenie teda dostáva pomerne stabilný a vysokoteplotný zdroj energie - to sa široko používa v priemyselných podnikoch, kde sú neustále zdroje sekundárneho tepla na jeho likvidáciu.
V systémoch vzduch-vzduch a vzduch-voda vôbec neexistuje primárny okruh výmeny tepla. Ventilátory vytvárajú prúd vzduchu, ktorý priamo fúka rúrky výparníka, pričom cez ne cirkuluje chladivo.
Mimochodom, existuje celý rad tepelných čerpadiel DX – typ (z anglického „direct exchange“, čo znamená „priama výmena“). Aj v nich v skutočnosti nie je primárny okruh. Výmena tepla so zdrojom nekvalitného tepla (v studniach resp v vrstva pôdy) okamžite prechádza v medených rúrach naplnených chladivom. Na jednej strane je to drahšie a náročnejšie na realizáciu, ale umožňuje výrazne znížiť hĺbku vrtov (stačí jedna 30 metrová vertikálna jedna alebo niekoľko šikmých až do 15 m), ako aj celkovú oblasť horizontálneho poľa výmeny tepla, ak sa nachádza pod vrchnou vrstvou pôdy. Podľa toho môžeme hovoriť o väčšom konverznom faktore a vo všeobecnosti o účinnosti tepelného čerpadla. Ale iba medené rúrky na výmenu tepla sú oveľa drahšie ako plastové a ťažšie sa inštalujú a náklady na chladivo sú oveľa vyššie ako náklady na konvenčnú nemrznúcu chladiacu kvapalinu.
A ako je klimatizácia usporiadaná a dá sa namontovať samostatne?
Už to bolo povedané základný princípČinnosti klimatizácie a tepelného čerpadla sú prakticky „dvojičky“, ale v „zrkadlovom obraze“.
Viac o zariadení a základných pravidlách - v špeciálnej publikácii portálu.
Video: užitočné informácie o teórii a praxi používania tepelných čerpadiel
Všeobecné výhody a nevýhody tepelných čerpadiel
V úvahách o tepelných čerpadlách teda môžeme urobiť určitú čiaru, pričom sa zameriame na ich hlavné, imaginárne a reálne, výhody a nevýhody.
ALE. Vysoká účinnosť a celková rentabilita tohto typu vykurovania.
To už bolo spomenuté vyššie - v dobre premyslenom a správne nainštalovanom systéme môžete pri optimálnych prevádzkových podmienkach počítať s príjmom 4 kW tepelnej energie namiesto vynaloženého 1 kW elektrickej energie.
To všetko bude spravodlivé iba vtedy, ak bývanie dostane izoláciu najvyššej kvality. To samozrejme platí pre akékoľvek vykurovacie systémy, len tieto „magické čísla“ 300% ukazujú význam spoľahlivej tepelnej izolácie vo väčšej miere.
Z hľadiska pravidelných nákladov na spotrebované zdroje energie sú tepelné čerpadlá na prvom mieste z hľadiska účinnosti, o niečo predbiehajú aj lacný sieťový plyn. Zároveň treba brať do úvahy aj fakt, že nie je potrebné prevážať a skladovať zásoby paliva – ak hovoríme o vkladoch na tuhé alebo tekuté palivo.
B. Tepelné čerpadlo sa môže stať vysoko ekonomické hlavný zdroj vykurovania a teplej vody.
Táto otázka už bola tiež spomenutá. Ak sa dom používa ako hlavný zdroj vykurovania v priestoroch, potom musí tepelné čerpadlo s príslušným výkonom „utiahnuť“ takúto záťaž. Pre väčšinu bežných radiátorov bude teplota 50 ÷ 55 stupňov jednoznačne nedostatočná.
Osobitne treba spomenúť čerpadlá, ktoré odoberajú teplo zo vzduchu. Sú mimoriadne citlivé na aktuálne poveternostné podmienky. Hoci výrobcovia tvrdia, že môžu pracovať pri -25 a dokonca -40 ° OD, efektivita prudko klesá a o nejakých 300% nemôže byť ani reči.
Rozumným riešením je vytvorenie kombinovaného vykurovacieho systému (bivalentného). Pokiaľ má HP dostatočný výkon, funguje ako hlavný zdroj tepla, v prípade nedostatočného výkonuurážlivý reálny chladné počasie - na pomoc prichádza elektrické vykurovanie, kotol na kvapalné alebo tuhé palivo, solárny kolektor atď. S plynovým zariadením sa v tomto prípade nepočíta – ak je možné využívať na vykurovanie sieťový plyn, tak potreba tepelného čerpadla vyzerá minimálne pri súčasnej úrovni cien energií veľmi pochybne.
AT. Vykurovací systém s tepelným čerpadlom nevyžaduje komín. Funguje takmer ticho.
Majitelia skutočne nebudú mať žiadne ťažkosti s usporiadaním komína. Čo sa týka ticha práce, rovnako ako všetky ostatné domáce spotrebiče s rôznymi pohonmi je stále prítomné hlukové pozadie - z prevádzky kompresora, obehových čerpadiel. Ďalšou otázkou je, že v moderných modeloch je táto hladina hluku pri správnom ladení jednotky veľmi malá a nespôsobuje obyvateľom obavy. Okrem toho by asi málokomu napadlo inštalovať takéto zariadenie do obývačiek.
G.Úplná ekologickosť systému - nevznikajú žiadne emisie do ovzdušia, nehrozí žiadne ohrozenie obyvateľov domu.
Je to tak, najmä pokiaľ ide o modely, v ktorých sa ako chladivo používa moderný freón, neškodný pre ozónovú vrstvu (napríklad R-410A).
Môžete tiež okamžite označiť oheň - a bezpečnosť výbuchu takýto systém - nie sú tam žiadne horľavé alebo horľavé látky, hromadenie ich výbušných koncentrácií je vylúčené.
D. Moderné tepelné čerpadlá sú univerzálne klimatické jednotky schopné v lete fungovať ako na vykurovanie, tak aj na klimatizáciu.
Toto je veľmi dôležitá výhoda, ktorá skutočne poskytuje hostiteľom množstvo doplnkového vybavenia.
E. Prevádzka tepelného čerpadla je plne riadená automatizáciou a nevyžaduje zásah používateľa. Takýto systém na rozdiel od iných nepotrebuje pravidelnú údržbu a preventívnu údržbu.
S prvým tvrdením môžeme plne súhlasiť, netreba však zabudnúť spomenúť, že väčšina moderných vykurovacích plynových či elektroinštalácií je plne automatizovaná, teda túto výhodu nemajú len tepelné čerpadlá.
Ale pri druhej otázke môžete vstúpiť do diskusie. Pravdepodobne sa žiadna z priemyselných alebo domácich vykurovacích jednotiek nezaobíde bez pravidelných kontrol a preventívnej údržby. Aj keď je spravodlivé predpokladať, že sa neoplatí liezť do vnútorného okruhu s chladivom a do automatizácie, vonkajšie okruhy s nemrznúcou zmesou alebo inou chladiacou kvapalinou budú stále vyžadovať určitú účasť. Tu a pravidelné čistenie (najmä vo vzduchových systémoch) a monitorovanie zloženia a hladiny chladiacej kvapaliny a audit činnosti obehových čerpadiel a kontrola stavu potrubí z hľadiska integrity a prítomnosti netesností na armatúrach a oveľa viac. - jedným slovom niečo, čo sa nedá urobiť bez jedného vykurovacieho systému. Slovom, tvrdenie o úplnej zbytočnosti údržby vyzerá prinajmenšom nepodložené.
A. Rýchla návratnosť vykurovacieho systému s tepelným čerpadlom.
Táto otázka je taká nejednoznačná, že si zaslúži osobitnú pozornosť.
Niektoré spoločnosti, ktoré sa podieľajú na realizácii takéhoto zariadenia, sľubujú svojim potenciálnym zákazníkom veľmi rýchlu návratnosť investície do realizácie projektu. Uvádzajú výpočty v tabuľkách, podľa ktorých si skutočne možno vytvoriť názor, že tepelné čerpadlo je jediným prijateľným riešením, ak nie je možné do domu natiahnuť plynovod.
Tu je jedna taká ukážka:
Druhy paliva | Zemný plyn (metán) | Palivové drevo nasekaná breza | Email energie pri jednotnej sadzbe | Dieselové palivo | Tepelné čerpadlo (nočná sadzba) |
---|---|---|---|---|---|
Jednotka zásoby paliva | m³ | 3 m³ | kWh | liter | kWh |
Náklady na palivo. s doručením, trieť | 5.95 | 6000 | 3.61 | 36.75 | 0.98 |
obsah kalórií v palive | 38.2 | 4050 | 1 | 36 | 1 |
Jednotka meranie kalórií | MJ/m³ | kWh | kWh | MJ/liter | kWh |
Účinnosť kotla, % alebo COP | 92 | 65 | 99 | 85 | 450 |
Cena paliva, rub/MJ | 0.17 | 0.41 | 1.01 | 1.19 | 0,06 |
Náklady na palivo, rub/kW*h | 0.61 | 1.48 | 3.65 | 4.29 | 0.22 |
Cena paliva, rub/Gcal | 708 | 1722 | 4238 | 4989 | 253 |
Náklady na palivo za rok, rub | 24350 | 59257 | 145859 | 171721 | 8711 |
Životnosť zariadenia, roky | 10 | 10 | 10 | 10 | 15 |
Približné náklady na vybavenie, rub | 50000 | 70000 | 40000 | 100000 | 320000 |
Náklady na inštaláciu, rub | 70000 | 30000 | 30000 | 30000 | 80000 |
Náklady na pripojenie sietí (technické podmienky, vybavenie a inštalácia), rub | 120000 | 0 | 650 | 0 | 0 |
Počiatočná investícia, trieť (približne) | 240000 | 100000 | 70650 | 130000 | 400000 |
Prevádzkové náklady, rub/rok | 1000 | 1000 | 0 | 5000 | 0 |
Druhy údržbárskych prác | údržba, čistenie fotoaparátu | čistenie komory, komínov | Výmena vykurovacích telies | čistenie komory, vstrekovače, výmena filtrov | Nie |
Celkové výdavky za celé obdobie prevádzky (vrátane nákladov na palivo), rub | 493502 | 702572 | 1529236 | 1897201 | 530667 |
Celkové relatívne náklady za 1 rok prevádzky (palivo, odpisy, údržba atď.) | 49350 | 70257 | 152924 | 189720 | 35378 |
Áno, záverečná línia je naozaj pôsobivá, ale je tu všetko „hladké“?
Prvé, čo pozorného čitateľa zaujme, je, že tarifa elektriny pre elektrické vykurovanie je braná ako všeobecná a pre tepelné čerpadlo z nejakého dôvodu znížená nočná sadzba. Zrejme preto, aby bol konečný rozdiel vizuálnejší.
Ďalej. Náklady na zariadenie tepelného čerpadla nie sú zobrazené celkom správne. Ak sa bližšie pozriete na ponuky na internete, tak ceny za inštalácie s výkonom cca 7 ÷ 10 kW, ktoré možno použiť na vykurovacie účely, začínajú od 300 - 350 tisíc rubľov (vzduchové tepelné čerpadlá a nízko- energetické inštalácie používané len na náklady na dodávku teplej vody o niečo menšie).
Zdalo by sa, že všetko je správne, ale „čert je v detailoch“ Ide len o náklady na samotnú hardvérovú jednotku, ktorá bez periférnych zariadení, obvodov, sond atď. - zbytočné. Cena len jedného kolektora (bez rúr) dá minimálne 12 ÷ 15 tisíc navyše, vrtná sonda nestojí menej. A ak k tomu pripočítame náklady na potrubia, armatúry, uzatváracie a armatúrne prvky, dostatočne veľké množstvo chladiacej kvapaliny, celkové množstvo rýchlo rastie.
Rúry, kolektory, ventily sú tiež dosť „vážnou“ položkou všeobecných nákladov.
Ale to nie je všetko. Už bolo spomenuté, že vykurovací systém na báze tepelného čerpadla, ako asi žiadny iný, potrebuje zložité špecializované výpočty. Pri projektovaní sa berie do úvahy veľa faktorov: celková plocha a objemy samotnej budovy, stupeň jej izolácie a výpočet tepelných strát, dostupnosť dostatočného zdroja napájania, prítomnosť potrebnej plochy územia (v blízkosti nádrže) na umiestnenie horizontálnych okruhov výmeny tepla alebo vŕtanie studní, typ a stav pôdy, umiestnenie vodonosných vrstiev a oveľa viac. Prieskumné aj projekčné práce si samozrejme vyžiadajú aj čas a primeranú platbu odborníkom.
Inštalácia zariadenia „náhodne“ bez správneho návrhu je spojená s prudkým poklesom účinnosti systému a niekedy dokonca aj miestnymi „environmentálnymi katastrofami“ vo forme neprijateľného podchladenia pôdy, studní alebo studní, nádrží.
Ďalšou je inštalácia zariadení a vytvorenie teplovýmenných polí alebo studní. Už sme spomenuli rozsah zemných prác, hĺbku vŕtania. Na vyplnenie studní po inštalácii sond je potrebné špeciálne betónové riešenie s vysokým stupňom tepelnej vodivosti. Plus k tomu - prepínanie okruhov, kladenie diaľnic k domu atď. - to všetko je ďalšia značná "vrstva" materiálových nákladov. Patrí sem aj nákup a montáž akumulačnej nádrže s potrebnou automatickou reguláciou, úprava vykurovacieho systému na podlahové kúrenie či montáž špeciálnych výmenníkov tepla.
Jedným slovom, náklady sú veľmi pôsobivé a pravdepodobne to je dôvod, prečo sú vykurovacie systémy z tepelných čerpadiel v kategórii „exotika“, nedostupné pre veľkú väčšinu majiteľov súkromných domov.
Ale čo ich najvyššia popularita a masové uplatnenie v iných krajinách? Faktom je, že tam fungujú vládne programy, ktoré stimulujú obyvateľstvo k využívaniu alternatívnych zdrojov dodávok energie. Spotrebitelia, ktorí vyjadrili želanie prejsť na tieto typy vykurovania, majú nárok na vládne dotácie, ktoré z veľkej časti pokrývajú počiatočné náklady na návrh a inštaláciu zariadenia. Áno, a úroveň príjmov pracujúcich občanov, aby som bol úprimný, tam trochu vyššie než v našej oblasti.
Pre európske mestá a obce je to pomerne známy obrázok – tepelný výmenník tepelného čerpadla pri dome
Zhrnutie – s vyjadreniami o rýchlej návratnosti takéhoto projektu by sa malo pristupovať s určitou mierou opatrnosti. Pred vykonaním takého rozsiahleho a zodpovedného súboru opatrení by ste mali starostlivo vypočítať a zvážiť všetko „účtovníctvo“ do najmenších detailov, posúdiť mieru rizika, svoje finančné možnosti, plánovanú ziskovosť atď. Možno existujú racionálnejšie, prijateľnejšie možnosti - kladenie plynu, inštalácia moderných, využitie nového vývoja v oblasti elektrického vykurovania atď.
To, čo je napísané, by sa nemalo brať ako „negatívum“ o tepelných čerpadlách. Samozrejme, je to mimoriadne progresívny smer a má veľkú perspektívu. Ide len o to, že v takýchto veciach by sa nemalo prejavovať unáhlený voluntarizmus - rozhodnutia by mali byť založené na starostlivo premyslených a komplexne vykonaných výpočtoch.
Ceny za sortiment tepelných čerpadiel
Tepelné čerpadlá
Je možné zostaviť tepelné čerpadlo vlastnými rukami?
Všeobecná perspektíva využívania „bezplatných“ zdrojov tepelnej energie v kombinácii s pretrvávajúcou vysokou cenou zariadení chtiac-nechtiac vedie mnohých domácich majstrov k vlastnej tvorbe takýchto vykurovacích zariadení. Je možné vyrobiť tepelné čerpadlo vlastnou silou?
Samozrejme, je celkom možné zostaviť takýto tepelný motor pomocou niektorých hotových jednotiek a potrebných materiálov. Na internete nájdete videá aj články s úspešnými príkladmi. Je pravda, že je nepravdepodobné, že bude možné nájsť presné výkresy, všetko sa zvyčajne obmedzuje na odporúčania týkajúce sa možnosti výroby určitých častí a zostáv. Je v tom však racionálne „zrno“: ako už bolo spomenuté, tepelné čerpadlo je natoľko individuálny systém, ktorý si vyžaduje výpočty vo vzťahu ku konkrétnym podmienkam, že len ťažko bude radno slepo kopírovať vývoj iných ľudí.
Napriek tomu tí, ktorí sa napriek tomu rozhodnú pre nezávislú výrobu, by mali dbať na niektoré technologické odporúčania.
Takže, poďme "zazátvorkovať" vytvorenie vonkajších okruhov - vykurovanie a primárna výmena tepla. Hlavnou úlohou v tomto prípade je výroba dvoch výmenníkov tepla, výparníka a kondenzátora, ktoré sú spojené medeným rúrkovým okruhom, cez ktorý cirkuluje chladivo. Tento okruh, ako je zrejmé zo schémy zapojenia, je pripojený ku kompresoru.
Kompresor sa dá ľahko nájsť - nový alebo zo zariadenia rozobratého na náhradné diely
Samotný kompresor nie je tak ťažké zohnať - dá sa kúpiť nový - v špecializovanom obchode. Môžete hľadať na trhu domácností - často predávajú jednotky zo starých chladničiek alebo klimatizácií rozobrané na diely. Je dosť možné, že sa kompresor nájde vo vlastných zásobách – mnohí horliví majitelia takéto veci nevyhadzujú ani pri kúpe nových domácich spotrebičov.
Teraz - otázka výmenníkov tepla. Tu je niekoľko rôznych možností:
ALE. Ak je možné zakúpiť hotové doskové výmenníky tepla , zapečatené v zapečatenom obale, potom sa množstvo problémov okamžite vyrieši. Takéto zariadenia majú vynikajúcu účinnosť prenosu tepla z jedného okruhu do druhého - nie je bez dôvodu, že sa používajú vo vykurovacích systémoch pri pripájaní autonómnych vnútrobytových rozvodov k potrubiam centrálnej siete.
Pohodlie je aj v tom, že takéto výmenníky tepla sú kompaktné, majú hotové rúry, armatúry alebo závitové spojenia na pripojenie k obom okruhom.
Video: výroba tepelného čerpadla pomocou hotového tepelné výmenníky
B. Verzia tepelného čerpadla s výmenníkmi tepla z medených rúrok a uzavretými nádržami.
Oba výmenníky tepla majú v zásade podobný dizajn, ale môžu sa pre ne použiť rôzne nádoby.
Ku kondenzátoru je vhodná valcová nerezová nádrž s objemom cca 100 litrov. Do nej je potrebné umiestniť medenú cievku, jej konce vyviesť zhora a zdola von a hermeticky utesniť priechodné body na konci zostavy. Vstup musí byť umiestnený v spodnej časti, výstup, resp. v hornej časti výmenníka tepla.
Samotná cievka je navinutá z medenej rúrky, ktorú je možné zakúpiť v predajni s metrážou (hrúbka steny - najmenej 1 mm). Ako šablónu si môžete vziať potrubie s veľkým priemerom. Cievky cievky by mali byť od seba trochu vzdialené a mali by byť pripevnené napríklad k perforovanému hliníkovému profilu.
Okruh vykurovacej vody je možné pripojiť pomocou bežných vodovodných potrubí namontovaných (zvarených, spájkovaných alebo priskrutkovaných s tesnením) na opačných koncoch teplovýmennej nádrže. Vnútorný priestor výmenníka tepla slúži na cirkuláciu vody. Konečný výsledok by mal byť niečo také:
Pre výparník takéto ťažkosti nie sú potrebné - nie sú tam vysoké teploty ani pretlak, takže postačí objemná plastová nádoba. Cievka sa navíja približne rovnakým spôsobom, jej konce sú vyvedené von. Na cirkuláciu vody z primárneho okruhu postačujú aj bežné vodovodné prípojky.
Výparník je inštalovaný aj na konzolách vedľa kondenzátora a v ich blízkosti sa pripravuje plošina pre montáž kompresora s jeho následným zapojením do okruhu.
Odporúčania pre potrubie kompresora, inštaláciu regulačného ventilu škrtiacej klapky, priemer a dĺžku kapiláry, potrebu regeneračného výmenníka tepla a atď.., nebude daná - toto by mal vypočítať a namontovať iba odborník na chladiarenské zariadenia.
Malo by sa pamätať na to, že to vyžaduje vysoké zručnosti v hermetickom spájkovaní medených potrubí, schopnosť správne čerpať chladivo - freón, vykonávať kontroly a vykonávať skúšobnú prevádzku. Okrem toho je táto práca dosť nebezpečná a vyžaduje si dodržiavanie veľmi špecifických preventívnych pravidiel.
AT. Tepelné čerpadlo s rúrkovými výmenníkmi tepla
Ďalšia možnosť výroby výmenníkov tepla. K tomu budete potrebovať kovoplastové a medené rúry.
Medené rúrky sa vyberajú v dvoch priemeroch - asi 8 mm pre kondenzátor a asi 5 ÷ 6 pre výparník. Ich dĺžka je 12 a 10 metrov.
Kovoplastové potrubia sú navrhnuté tak, aby nimi cirkulovala voda z primárnych teplovýmenných a vykurovacích okruhov a v ich dutine budú umiestnené medené potrubia vnútorného okruhu tepelného čerpadla. V súlade s tým môže byť priemer rúrok 20 a 16 mm.
Kovoplastové rúry sú natiahnuté po dĺžke, aby sa do nich bez väčšej námahy vložili medené rúry, ktoré by mali na každej strane vyčnievať asi 200 mm.
Na každom konci rúrky sa nasadí a „zabalí“ T, takže medená rúrka prechádza priamo cez ňu. Priestor medzi ním a telom odpaliska je bezpečne utesnený tepelne odolným tmelom. Zostávajúci kolmý vývod T-kusu bude slúžiť na pripojenie výmenníka tepla k vodnému okruhu.
Rúry sú zostavené v špirálach. Nezabudnite okamžite zabezpečiť ich tepelnú izoláciu nosením izolačných „košeliek“ z penovej gumy. Výsledkom sú dva hotové výmenníky tepla.
Môžete ich umiestniť nad seba do improvizovaného puzdra rámového typu. Na rovnakom ráme sa nachádza aj platforma na inštaláciu kompresora. A aby sa znížil prenos vibrácií z neho na celkovú konštrukciu, kompresor možno namontovať napríklad cez automobilové silentbloky.
Na vykonanie potrubia kompresora a doplnenie paliva do výsledného okruhu freónom budete musieť opäť pozvať špecialistu na chladenie.
Takéto tepelné čerpadlo môžete nainštalovať na určené miesto a pripojiť T-kusy na výmenníkoch tepla, každý do vlastného okruhu. Zostáva iba napájanie a spustenie jednotky.
Všetky uvažované domáce tepelné čerpadlá sú celkom funkčné. Nemali by sme však predpokladať, že je také ľahké úplne vyriešiť problém lacného vykurovania domu. Tu hovoríme skôr o vytváraní existujúcich modelov, ktoré si vyžadujú ďalšie zdokonaľovanie a modernizáciu. Dokonca aj skúsení remeselníci, ktorí už vyrobili viac ako jedno podobné zariadenie, neustále hľadajú spôsoby, ako vylepšiť a vytvárať nové „verzie“.
Video: ako majster vylepšuje svoje vlastné tepelné čerpadlo
Okrem toho sa uvažovalo len o samotnom tepelnom čerpadle, ktoré pre normálnu prevádzku vyžaduje ovládacie, monitorovacie a nastavovacie zariadenia spojené s vykurovacím systémom domu. Tu sa už nezaobídete bez určitých znalostí v oblasti elektrotechniky a elektroniky.
Opäť sa môžeme vrátiť k problémom výpočtov – „potiahne“ podomácky vyrobené tepelné čerpadlo vykurovací systém tak, aby sa stalo skutočnou alternatívou k iným zdrojom tepla? Často v týchto záležitostiach musia domáci remeselníci "putovať dotykom". Ak je však zvládnutý základný princíp a úspešne zarobený prvý model, je to už veľké víťazstvo. Svoju skúšobnú vzorku môžete dočasne prispôsobiť tak, aby poskytovala domu teplú vodu pre domáce účely, a začať navrhovať pokročilejšiu jednotku sami, pričom zohľadníte už získané skúsenosti a opravíte chyby, ktoré ste urobili.
Zásobovanie teplou vodou - zo slnečnej energie!
Veľmi praktickým riešením by bolo využitie energie slnečných lúčov na prípravu teplej úžitkovej vody. Tento zdroj alternatívnej energie je oveľa jednoduchší a lacnejší ako tepelné čerpadlo. Ako na to - v špeciálnej publikácii nášho portálu.
Koncom 19. storočia sa objavili výkonné chladiace zariadenia, ktoré dokázali prečerpať najmenej dvakrát toľko tepla, koľko sa vynaložilo na ich uvedenie do prevádzky. Bol to šok, pretože formálne sa ukázalo, že tepelný perpetum mobile je možný! Pri bližšom skúmaní sa však ukázalo, že perpetum mobile je ešte ďaleko a nekvalitné teplo vyrobené pomocou tepelného čerpadla a vysokokvalitné teplo získané napríklad spaľovaním paliva sú dva veľké rozdiely. Je pravda, že zodpovedajúca formulácia druhého zákona bola trochu upravená. Čo sú teda vlastne tepelné čerpadlá? Stručne povedané, tepelné čerpadlo je moderné a high-tech zariadenie na vykurovanie a klimatizáciu. Tepelné čerpadlo zhromažďuje teplo z ulice alebo zo zeme a posiela ho do domu.
Ako funguje tepelné čerpadlo
Ako funguje tepelné čerpadlo jednoduché: v dôsledku mechanickej práce alebo iných druhov energie poskytuje koncentráciu tepla, predtým rovnomerne rozloženého v určitom objeme, v jednej časti tohto objemu. V druhej časti, respektíve sa tvorí deficit tepla, teda chladu.
Historicky sa tepelné čerpadlá začali široko používať ako chladničky - v skutočnosti je každá chladnička tepelným čerpadlom, ktoré čerpá teplo z chladiacej komory von (do miestnosti alebo von). K týmto zariadeniam stále neexistuje žiadna alternatíva a pri všetkej rozmanitosti modernej chladiacej techniky zostáva základný princíp rovnaký: teplo sa odčerpáva z chladiacej komory vďaka dodatočnej vonkajšej energii.
Prirodzene, takmer okamžite si všimli, že na vykurovanie sa dá použiť aj znateľný ohrev kondenzačného výmenníka tepla (pre domácu chladničku sa zvyčajne vyrába vo forme čierneho panelu alebo mriežky na zadnej stene skrine). To už bola myšlienka ohrievača na báze tepelného čerpadla v jeho modernej podobe – chladničky, naopak, keď sa teplo čerpá do uzavretého objemu (miestnosti) z neobmedzeného vonkajšieho objemu (z ulice). V tejto oblasti má však tepelné čerpadlo množstvo konkurentov – od tradičných kachlí a krbov na drevo až po všetky druhy moderných vykurovacích systémov. Preto sa dlhé roky, kým bolo palivo relatívne lacné, tento nápad považoval len za kuriozitu - vo väčšine prípadov bol ekonomicky absolútne nerentabilný a len veľmi zriedkavo bolo takéto použitie opodstatnené - zvyčajne na využitie odčerpaného tepla. výkonnými chladiacimi jednotkami v krajinách s nie príliš chladnou klímou. A až s rýchlym rastom cien energií, komplikáciami a zdražovaním vykurovacích zariadení a relatívnym zlacňovaním na tomto pozadí výroby tepelných čerpadiel sa takáto myšlienka stáva sama osebe ekonomicky životaschopnou, pretože za jednorazové zaplatenie zložitá a nákladná inštalácia, potom bude možné neustále šetriť na zníženej spotrebe paliva. Tepelné čerpadlá sú základom čoraz populárnejších myšlienok kogenerácie - súčasná výroba tepla a chladu - a trigenerácie - výroby tepla, chladu a elektriny naraz.
Keďže tepelné čerpadlo je podstatou každého chladiaceho zariadenia, môžeme povedať, že pojem „chladiaci stroj“ je jeho pseudonymom. Pravda, treba si uvedomiť, že napriek univerzálnosti používaných princípov fungovania sú konštrukcie chladiacich strojov stále zamerané špecificky na výrobu chladu, a nie tepla – napríklad vznikajúci chlad sa sústreďuje na jednom mieste, a výsledné teplo môže byť rozptýlené v niekoľkých rôznych častiach inštalácie, pretože v bežnej chladničke nie je úlohou toto teplo využiť, ale jednoducho sa ho zbaviť.
Triedy tepelných čerpadiel
V súčasnosti sa najviac využívajú dve triedy tepelných čerpadiel. Jednu triedu možno pripísať termoelektrickému Peltierovi a inému - odparovaciemu, ktoré sa zase delí na mechanický kompresor (piest alebo turbína) a absorpciu (difúziu). Okrem toho sa postupne zvyšuje záujem o využitie vírových trubíc ako tepelných čerpadiel, v ktorých pôsobí Ranqueho efekt.
Tepelné čerpadlá založené na Peltierovom jave
Peltierov prvok
Peltierov efekt spočíva v tom, že keď sa na dve strany špeciálne pripraveného polovodičového plátku privedie malé konštantné napätie, jedna strana tohto plátku sa zohreje a druhá ochladí. Tu je vo všeobecnosti termoelektrické tepelné čerpadlo pripravené!
Fyzikálna podstata účinku je nasledovná. Doska Peltierovho prvku (alias "termoelektrický prvok", angl. Thermoelectric Cooler, TEC) pozostáva z dvoch vrstiev polovodiča s rôznou úrovňou energie elektrónov vo vodivom pásme. Keď elektrón prechádza pôsobením vonkajšieho napätia do vodivého pásma s vyššou energiou iného polovodiča, musí získať energiu. Keď túto energiu prijme, miesto dotyku polovodičov sa ochladí (pri opačnom prúdení prúdu dochádza k opačnému efektu - miesto dotyku vrstiev sa okrem bežného ohmického ohrevu zahrieva).
Výhody Peltierových prvkov
Výhodou Peltierových prvkov je maximálna jednoduchosť ich konštrukcie (čo môže byť jednoduchšie ako doska, na ktorú sú prispájkované dva drôty?) A úplná absencia akýchkoľvek pohyblivých častí, ako aj vnútorných tokov kvapalín či plynov. Dôsledkom toho je absolútna nehlučnosť prevádzky, kompaktnosť, úplná ľahostajnosť k orientácii v priestore (za predpokladu, že je zabezpečený dostatočný odvod tepla) a veľmi vysoká odolnosť proti vibráciám a rázovému zaťaženiu. A prevádzkové napätie je len niekoľko voltov, takže na prácu úplne stačí niekoľko batérií alebo autobatérie.
Nevýhody Peltierových prvkov
Hlavnou nevýhodou termoelektrických článkov je ich relatívne nízka účinnosť – predbežne sa dá uvažovať, že budú potrebovať dvakrát viac externej energie dodanej na jednotku prečerpaného tepla. To znamená, že dodaním 1 J elektrickej energie vieme z ochladzovanej plochy odobrať len 0,5 J tepla. Je jasné, že celých 1,5 J sa uvoľní na „teplej“ strane Peltierovho prvku a bude ich treba odviesť do vonkajšieho prostredia. Tá je mnohonásobne nižšia ako účinnosť kompresných odparovacích tepelných čerpadiel.
Na pozadí tak nízkej účinnosti nie sú ostatné nevýhody zvyčajne také dôležité, a to je malá špecifická produktivita kombinovaná s vysokými špecifickými nákladmi.
Použitie Peltierových prvkov
V súlade s ich charakteristikami je hlavná oblasť použitia Peltierových prvkov v súčasnosti zvyčajne obmedzená na prípady, keď nie je potrebné chladiť niečo, čo nie je príliš výkonné, najmä v podmienkach silných otrasov a vibrácií a s prísnymi obmedzeniami hmotnosti a rozmerov. , - napríklad rôzne komponenty a časti elektronických zariadení, predovšetkým vojenských, leteckých a kozmických. Možno sú Peltierove prvky najčastejšie používané v každodennom živote v prenosných automobilových chladničkách s nízkym výkonom (5..30 W).
Odparovacie kompresné tepelné čerpadlá
Schéma pracovného cyklu odparovacieho kompresného tepelného čerpadla
Princíp fungovania tejto triedy tepelných čerpadiel je nasledujúci. Plynné (celkové alebo čiastočné) chladivo je kompresorom stlačené na tlak, pri ktorom sa môže zmeniť na kvapalinu. Prirodzene, toto sa zahrieva. Ohriate stlačené chladivo sa privádza do chladiča kondenzátora, kde sa ochladzuje na teplotu okolia a dodáva mu prebytočné teplo. Toto je vykurovacia zóna (zadná stena kuchynskej chladničky). Ak na vstupe do kondenzátora značná časť stlačeného horúceho chladiva ešte zostala vo forme pary, potom pri poklese teploty pri výmene tepla tiež kondenzuje a prechádza do kvapalného stavu. Relatívne ochladené kvapalné chladivo sa privádza do expanznej komory, kde pri prechode škrtiacou klapkou alebo expandérom stráca tlak, expanduje a odparuje sa, pričom sa aspoň čiastočne mení na plynnú formu, a preto sa ochladí - výrazne pod okolitú teplotu. a dokonca aj pod teplotou v chladiacej zóne tepelného čerpadla. Studená zmes kvapalného a parného chladiva, ktorá prechádza kanálmi panela výparníka, odoberá teplo z chladiacej zóny. Vplyvom tohto tepla sa zostávajúca kvapalná časť chladiva ďalej vyparuje, čím sa udržiava stabilne nízka teplota výparníka a zabezpečuje sa účinný odvod tepla. Potom sa chladivo vo forme pár dostane na vstup do kompresora, ktorý ho odčerpá a opäť stlačí. Potom sa všetko opakuje od začiatku.
Teda v „horúcej“ časti škrtiacej klapky kompresora – kondenzátora je chladivo pod vysokým tlakom a prevažne v kvapalnom stave a v „studenej“ časti škrtiacej klapky – výparníka – kompresora je tlak nízky a chladivo je prevažne v parnom stave. Kompresia aj zriedenie sú vytvárané tým istým kompresorom. Na opačnej strane traktu od kompresora oddeľujú zóny vysokého a nízkeho tlaku škrtiacu klapku, čo obmedzuje prietok chladiva.
Výkonné priemyselné chladničky používajú ako chladivo jedovatý, ale účinný amoniak, účinné turbodúchadlá a niekedy aj expandéry. V domácich chladničkách a klimatizáciách sú chladivom zvyčajne bezpečnejšie freóny a namiesto turbínových jednotiek sa používajú piestové kompresory a „kapilárne trubice“ (škrtiace klapky).
Vo všeobecnosti nie je potrebná zmena stavu agregácie chladiva - princíp bude fungovať pre neustále plynné chladivo - avšak veľké teplo zmeny stavu agregácie výrazne zvyšuje účinnosť pracovného cyklu. Ak je však chladivo stále v kvapalnej forme, v zásade to nebude mať žiadny účinok - koniec koncov, kvapalina je prakticky nestlačiteľná, a preto ani zvýšenie ani zníženie tlaku nezmení jej teplotu.
Tlmivky a expandéry
Pojmy „škrtiaca klapka“ a „expandér“, ktoré sa na tejto stránke opakovane používajú, zvyčajne hovoria málo ľuďom, ktorí majú od chladiacej techniky ďaleko. Preto by sa malo povedať niekoľko slov o týchto zariadeniach a hlavnom rozdiele medzi nimi.
Technológia tlmivky je zariadenie určené na normalizáciu prietoku v dôsledku jeho núteného obmedzenia. V elektrotechnike bol tento názov priradený cievkam určeným na obmedzenie rýchlosti nárastu prúdu a zvyčajne sa používajú na ochranu elektrických obvodov pred impulzným šumom. V hydraulike sa škrtiace klapky zvyčajne nazývajú obmedzovače prietoku, čo sú špeciálne navrhnuté zúženia kanálov s presne vypočítanou (kalibrovanou) vôľou, ktorá poskytuje požadovaný prietok alebo potrebný odpor prietoku. Klasickým príkladom takýchto tlmiviek sú prúdnice, ktoré sa hojne používali v karburátorových motoroch na zabezpečenie vypočítaného prietoku benzínu pri príprave palivovej zmesi. Škrtiaca klapka v rovnakých karburátoroch normalizovala prietok vzduchu - druhú potrebnú zložku tejto zmesi.
Pri chladení sa škrtiaca klapka používa na obmedzenie prietoku chladiva do expanznej komory a na udržanie podmienok pre efektívne odparovanie a adiabatickú expanziu. Príliš veľký prietok môže vo všeobecnosti viesť k naplneniu expanznej komory chladivom (kompresor ho jednoducho nestihne odčerpať) alebo prinajmenšom k strate potrebného podtlaku. Ale práve vyparovanie kvapalného chladiva a adiabatická expanzia jeho pár zabezpečuje pokles teploty chladiva pod okolitú teplotu potrebnú pre chod chladničky.
Princípy činnosti škrtiacej klapky (vľavo), expandéra piestu (v strede) a expandéra turba (vľavo).
V expandéri bola expanzná komora trochu modernizovaná. V ňom vyparujúce sa a expandujúce chladivo dodatočne vykonáva mechanickú prácu, pohybuje tam umiestneným piestom alebo otáča turbínu. V tomto prípade môže byť obmedzenie prietoku chladiva spôsobené odporom piestu alebo turbínového kolesa, hoci v skutočnosti to zvyčajne vyžaduje veľmi starostlivý výber a koordináciu všetkých parametrov systému. Preto pri použití expandérov môže byť hlavná regulácia prietoku vykonaná škrtiacou klapkou (kalibrované zúženie prívodného kanála kvapalného chladiva).
Turboexpandér je účinný len pri vysokých prietokoch pracovnej tekutiny, pri malom prietoku sa jeho účinnosť blíži klasickému škrteniu. Piestový expandér môže pracovať efektívne s oveľa nižšou spotrebou pracovnej tekutiny, ale jeho konštrukcia je rádovo zložitejšia ako turbína: okrem samotného piestu so všetkými potrebnými vedeniami, tesneniami a spätným systémom, sacie a sú potrebné výfukové ventily s príslušným ovládaním.
Výhodou expandéra oproti škrtiacej klapke je efektívnejšie chladenie vďaka tomu, že časť tepelnej energie chladiva sa premieňa na mechanickú prácu a v tejto forme je odvádzaná z tepelného cyklu. Navyše, táto práca môže byť potom použitá v prospech podnikania, povedzme, na pohon čerpadiel a kompresorov, ako sa to robí v chladničke Zysin. Ale jednoduchá škrtiaca klapka má absolútne primitívny dizajn a neobsahuje jedinú pohyblivú časť, a preto, pokiaľ ide o spoľahlivosť, odolnosť, ako aj jednoduchosť a náklady na výrobu, necháva expandér ďaleko za sebou. Práve tieto dôvody zvyčajne obmedzujú rozsah expandérov na výkonnú kryogénnu technológiu, zatiaľ čo chladničky pre domácnosť používajú menej účinné, ale prakticky večné tlmivky, ktoré sa tam nazývajú „kapilárne trubice“ a predstavujú jednoduchú medenú trubicu dostatočne dlhej dĺžky s malou svetlosťou priemeru. (zvyčajne od 0,6 do 2 mm), čo poskytuje potrebný hydraulický odpor pre vypočítaný prietok chladiva.
Výhody kompresných tepelných čerpadiel
Hlavnou výhodou tohto typu tepelných čerpadiel je ich vysoká účinnosť, najvyššia spomedzi moderných tepelných čerpadiel. Pomer energie dodanej zvonku a prečerpanej môže dosiahnuť 1:3 - to znamená, že na každý joul energie dodanej z chladiacej zóny sa odčerpajú 3 J tepla - v porovnaní s 0,5 J pri Pelteho prvkoch! V tomto prípade môže kompresor stáť samostatne a ním generované teplo (1 J) sa nemusí odvádzať do vonkajšieho prostredia na tom istom mieste, kde sa odovzdávajú 3 J tepla odčerpané z chladiacej zóny.
Mimochodom, existuje odlišná od všeobecne uznávanej, ale veľmi kurióznej a presvedčivej teórie termodynamických javov. Takže jedným z jej záverov je, že práca pri stlačení plynu môže v zásade predstavovať len asi 30 % jeho celkovej energie. A to znamená, že pomer dodanej a odovzdanej energie 1:3 zodpovedá teoretickej hranici a v zásade sa nedá zlepšiť termodynamickými metódami prenosu tepla. Niektorí výrobcovia však už tvrdia, že dosahujú pomer 1:5 a dokonca aj 1:6, a to je pravda – veď v reálnych chladiacich cykloch sa využíva nielen stlačenie plynného chladiva, ale aj zmena jeho stav agregácie a práve posledný uvedený proces je tým hlavným.. .
Nevýhody kompresných tepelných čerpadiel
Medzi nevýhody týchto tepelných čerpadiel patrí po prvé samotná prítomnosť kompresora, ktorý nevyhnutne vytvára hluk a podlieha opotrebovaniu, a po druhé nutnosť použitia špeciálneho chladiva a dodržanie absolútnej tesnosti po celej jeho pracovnej dráhe. Kompresné chladničky pre domácnosť, ktoré nepretržite fungujú 20 a viac rokov bez akejkoľvek opravy, však nie sú vôbec nezvyčajné. Ďalšou vlastnosťou je pomerne vysoká citlivosť na polohu v priestore. Je nepravdepodobné, že by chladnička aj klimatizácia fungovali na boku alebo hore nohami. Je to však kvôli vlastnostiam konkrétnych návrhov a nie všeobecnému princípu fungovania.
Kompresné tepelné čerpadlá a chladiace jednotky sú spravidla konštruované s predpokladom, že všetko chladivo je na vstupe kompresora v parnom stave. Preto, ak sa do vstupu kompresora dostane veľké množstvo neodpareného kvapalného chladiva, môže v ňom spôsobiť vodné rázy a v dôsledku toho vážne poškodiť jednotku. Dôvodom tejto situácie môže byť opotrebenie zariadenia a príliš nízka teplota kondenzátora - chladivo vstupujúce do výparníka je príliš studené a odparuje sa príliš pomaly. Pri bežnej chladničke môže táto situácia nastať, ak sa ju pokúsite zapnúť vo veľmi chladnej miestnosti (napríklad pri teplote okolo 0 °C a nižšej) alebo ak ste ju práve preniesli pred mrazom do bežnej miestnosti. Kompresnému tepelnému čerpadlu pracujúcemu na vykurovanie sa to môže stať, ak sa ním pokúsite vyhriať zamrznutú miestnosť, hoci je vonku tiež zima. Nie príliš zložité technické riešenia toto nebezpečenstvo eliminujú, ale predražujú dizajn a pri bežnej prevádzke masových domácich spotrebičov nie sú potrebné - takéto situácie nevznikajú.
Použitie kompresných tepelných čerpadiel
Práve tento typ tepelného čerpadla sa vďaka svojej vysokej účinnosti stal takmer všadeprítomným a všetky ostatné vytlačil do rôznych exotických aplikácií. A ani relatívna zložitosť dizajnu a jeho citlivosť na poškodenie nemôže obmedziť ich široké použitie - takmer každá kuchyňa má kompresnú chladničku alebo mrazničku, alebo dokonca viac ako jednu!
Odparovacie absorpčné (difúzne) tepelné čerpadlá
Pracovný cyklus výparníkov absorpčné tepelné čerpadlá veľmi podobný prevádzkovému cyklu jednotiek odparovacej kompresie diskutovaných vyššie. Hlavný rozdiel je v tom, že ak v predchádzajúcom prípade vzniká podtlak potrebný na odparenie chladiva pri mechanickom nasávaní pár kompresorom, tak v absorpčných jednotkách prúdi odparené chladivo z výparníka do absorpčnej jednotky, kde je absorbovaný (absorbovaný) inou látkou - absorbentom. Pary sa tak z objemu výparníka odstránia a obnoví sa tam vákuum, ktoré zaistí odparenie nových dávok chladiva. Nevyhnutnou podmienkou je taká „príbuznosť“ chladiva a absorbentu, aby sily ich väzby pri absorpcii mohli vytvárať výrazné vákuum v objeme výparníka. Historicky prvou a dodnes hojne využívanou dvojicou látok je amoniak NH3 (chladivo) a voda (absorbent). Pri absorpcii sa pary amoniaku rozpúšťajú vo vode, prenikajú (difundujú) do jej hrúbky. Z tohto procesu vznikli alternatívne názvy pre takéto tepelné čerpadlá – difúzne alebo absorpčno-difúzne.
Aby sa chladivo (amoniak) a absorbent (voda) opäť oddelili, spotrebovaná a na amoniak bohatá zmes voda-amoniak sa zahrieva v desorbéri vonkajším zdrojom tepelnej energie až do varu a potom sa trochu ochladí. Voda najskôr kondenzuje, ale pri vysokých teplotách bezprostredne po kondenzácii dokáže poňať veľmi málo čpavku, takže väčšina čpavku zostáva vo forme pár. Tu sa tlaková kvapalná frakcia (voda) a plynná frakcia (amoniak) oddelia a oddelene sa ochladia na teplotu okolia. Ochladená voda s nízkym obsahom amoniaku sa posiela do absorbéra a po ochladení v kondenzátore sa amoniak stáva kvapalným a vstupuje do výparníka. Tam tlak klesne a amoniak sa vyparí, výparník opäť ochladí a odoberie teplo zvonku. Potom sa výpary amoniaku znovu spoja s vodou, pričom sa z výparníka odstráni prebytočný výpar čpavku a udržiava sa tam nízky tlak. Roztok obohatený amoniakom sa opäť posiela do desorbéra na separáciu. Na desorbciu amoniaku v zásade nie je potrebné roztok prevárať, stačí ho zahriať blízko bodu varu a „prebytočný“ amoniak sa z vody odparí. Ale varenie umožňuje, aby sa separácia vykonala najrýchlejšie a najefektívnejšie. Kvalita takejto separácie je hlavnou podmienkou, ktorá určuje vákuum vo výparníku, a teda aj účinnosť absorpčnej jednotky a mnohé triky v dizajne sú zamerané práve na to. V dôsledku toho sú absorpčno-difúzne tepelné čerpadlá z hľadiska organizácie a počtu etáp pracovného cyklu azda najkomplexnejšie zo všetkých bežných typov takýchto zariadení.
"Hlavným bodom" princípu činnosti je, že na generovanie chladu sa tu používa ohrev pracovnej tekutiny (až do jej varu). Zároveň nie je dôležitý typ zdroja vykurovania - môže to byť aj otvorený oheň (plameň horáka), takže použitie elektriny nie je potrebné. Na vytvorenie potrebného tlakového rozdielu, ktorý určuje pohyb pracovnej tekutiny, možno niekedy použiť mechanické čerpadlá (zvyčajne vo výkonných inštaláciách s veľkým objemom pracovnej tekutiny) a niekedy, najmä v domácich chladničkách, prvky bez pohyblivých častí ( termosifóny).
Absorpčno-difúzna chladiaca jednotka (ADCA) chladničky Morozko-ZM. 1
- výmenník tepla; 2
- zberač roztoku; 3
- vodíkový akumulátor; 4
- absorbér; 5
- regeneračný plynový výmenník tepla; 6
- deflegmátor ("dehydratátor"); 7
- kondenzátor; 8
- výparník; 9
- generátor; 10
- termosifón; 11
- regenerátor; 12
- skúmavky so slabým roztokom; 13
- potrubie na výstup pary; 14
- elektrický ohrievač; 15
- tepelná izolácia.
Prvé absorpčné chladiace stroje (ABHM) na zmes čpavku a vody sa objavili v druhej polovici 19. storočia. V každodennom živote sa kvôli toxicite amoniaku v tom čase veľmi nepoužívali, ale boli veľmi široko používané v priemysle a poskytovali chladenie až na -45 ° C. V jednostupňovom ABCM sa teoreticky maximálny chladiaci výkon rovná množstvu tepla vynaloženému na vykurovanie (v skutočnosti je to samozrejme výrazne menej). Práve táto skutočnosť posilnila dôveru obhajcov samotnej formulácie druhého termodynamického zákona, ktorý bol spomenutý na začiatku tejto stránky. Absorpčné tepelné čerpadlá však už toto obmedzenie prekonali. V 50. rokoch sa objavili efektívnejšie dvojstupňové (dva kondenzátory alebo dva absorbéry) bromid lítny ABCM (chladivo - voda, absorbent - bromid lítny LiBr). Trojstupňové varianty ABHM boli patentované v rokoch 1985-1993. Ich prototypy sú o 30–50 % efektívnejšie ako dvojstupňové a približujú sa k masovým modelom kompresných zariadení.
Výhody absorpčných tepelných čerpadiel
Hlavnou výhodou absorpčných tepelných čerpadiel je možnosť využívať na svoju prácu nielen drahú elektrickú energiu, ale aj akýkoľvek zdroj tepla dostatočnej teploty a výkonu - prehriatu alebo výfukovú paru, plameň plynu, benzínu a akýchkoľvek iných horákov - až po odsávanie. plyny a bezplatná slnečná energia.
Druhou výhodou týchto jednotiek, ktorá je obzvlášť cenná v domácich aplikáciách, je schopnosť vytvárať konštrukcie, ktoré neobsahujú pohyblivé časti, a preto sú prakticky tiché (v sovietskych modeloch tohto typu bolo niekedy počuť tiché bublanie alebo mierne syčanie, ale to, samozrejme, nikam nevedie).v porovnaní s hlukom bežiaceho kompresora).
Napokon, v modeloch pre domácnosť pracovná kvapalina (zvyčajne zmes vody a amoniaku s prídavkom vodíka alebo hélia) v objemoch, ktoré sa tam používajú, nepredstavuje veľké nebezpečenstvo pre ostatných, a to ani v prípade núdzového odtlakovania pracovnej časti. (je to sprevádzané veľmi nepríjemným smradom, takže si nevšimnite nemožný silný únik a miestnosť so zásahovou jednotkou bude potrebné opustiť a vetrať „automaticky“; ultranízke koncentrácie amoniaku sú prirodzené a absolútne neškodné). V priemyselných zariadeniach sú objemy amoniaku veľké a koncentrácia amoniaku v prípade úniku môže byť smrteľná, ale v každom prípade sa amoniak považuje za šetrný k životnému prostrediu - predpokladá sa, že na rozdiel od freónov neničí ozónovú vrstvu a nespôsobuje skleníkový efekt.
Nevýhody absorpčných tepelných čerpadiel
Hlavnou nevýhodou tohto typu tepelných čerpadiel- nižšia účinnosť v porovnaní s kompresiou.
Druhou nevýhodou je zložitosť konštrukcie samotnej jednotky a pomerne vysoké korózne zaťaženie od pracovnej tekutiny, buď vyžadujúce použitie drahých a ťažko spracovateľných materiálov odolných voči korózii, alebo zníženie životnosti jednotky na 5..7 rokov. V dôsledku toho sú náklady na "hardvér" výrazne vyššie ako náklady na kompresorové zariadenia s rovnakou kapacitou (v prvom rade to platí pre výkonné priemyselné jednotky).
Po tretie, mnohé návrhy sú veľmi dôležité pre umiestnenie počas inštalácie - najmä niektoré modely domácich chladničiek vyžadovali inštaláciu striktne horizontálne a dokonca aj s odchýlkou niekoľkých stupňov odmietli pracovať. Použitie núteného pohybu pracovnej tekutiny pomocou čerpadiel do značnej miery eliminuje závažnosť tohto problému, ale zdvíhanie pomocou tichého termosifónu a vypúšťanie gravitáciou vyžaduje veľmi starostlivé zarovnanie jednotky.
Na rozdiel od kompresných strojov sa absorpčné stroje neboja príliš nízkych teplôt - ich účinnosť je jednoducho znížená. Nenadarmo som však umiestnil tento odsek do sekcie nevýhod, pretože to neznamená, že môžu pracovať v silnom chlade - v chlade vodný roztok amoniaku jednoducho zamrzne, na rozdiel od freónov používaných v lisovacích strojoch, bod tuhnutia je zvyčajne pod -100 °C. Je pravda, že ak ľad nič nerozbije, potom po rozmrazení bude absorpčná jednotka pokračovať v práci, aj keď nebola po celý čas odpojená od siete, pretože v nej nie sú žiadne mechanické čerpadlá a kompresory a vykurovací výkon v modeloch pre domácnosť je dostatočne malý na to, aby sa uvaril v oblasti, kde sa ohrievač nestal príliš intenzívnym. Všetko však závisí od vlastností konkrétneho dizajnu ...
Použitie absorpčných tepelných čerpadiel
Napriek o niečo nižšej účinnosti a relatívne vyšším nákladom v porovnaní s kompresnými zariadeniami je použitie absorpčných tepelných motorov absolútne opodstatnené tam, kde nie je elektrina alebo kde sú veľké objemy odpadového tepla (odpadové pary, horúce výfukové plyny alebo spaliny atď. - hore na predsolárne vykurovanie). Vyrábajú sa najmä špeciálne modely chladničiek poháňané plynovými horákmi, určené pre motoristov a jachtárov.
V súčasnosti sú plynové kotly v Európe niekedy nahrádzané absorpčnými tepelnými čerpadlami vykurovanými plynovým horákom alebo motorovou naftou - umožňujú nielen využiť teplo spaľovania paliva, ale aj „dočerpať“ dodatočné teplo z ulice, resp. z hlbín zeme!
Ako ukazujú skúsenosti, v každodennom živote sú možnosti elektrického vykurovania tiež dosť konkurencieschopné, predovšetkým v rozsahu nízkeho výkonu - niekde od 20 do 100 wattov. Menšie výkony sú oblasťou termoelektrických prvkov a pri vyšších výkonoch sú výhody kompresných systémov stále nepopierateľné. Najmä medzi sovietskymi a postsovietskymi značkami chladničiek tohto typu boli obľúbené Morozko, Sever, Kristall, Kyjev s typickým objemom komory chladničky od 30 do 140 litrov, hoci existujú aj modely s objemom 260 litrov („ Kryštál - 12"). Mimochodom, pri hodnotení spotreby energie stojí za zváženie fakt, že kompresné chladničky takmer vždy fungujú v krátkodobom režime, kým absorpčné sa zvyčajne zapínajú na oveľa dlhšiu dobu alebo dokonca pracujú nepretržite. Preto, aj keď je menovitý výkon ohrievača oveľa menší ako výkon kompresora, pomer priemernej dennej spotreby energie môže byť celkom odlišný.
Vortexové tepelné čerpadlá
Vortexové tepelné čerpadlá Efekt Rank sa používa na oddelenie teplého a studeného vzduchu. Podstata efektu spočíva v tom, že plyn tangenciálne privádzaný do potrubia vysokou rýchlosťou je skrútený a oddelený vo vnútri tohto potrubia: ochladený plyn môže byť odoberaný zo stredu potrubia a ohriaty plyn z okraja. Rovnaký efekt, aj keď v oveľa menšej miere, platí aj pre tekutiny.
Výhody vírivých tepelných čerpadiel
Hlavnou výhodou tohto typu tepelných čerpadiel je jednoduchosť konštrukcie a vysoký výkon. Vortexová trubica neobsahuje žiadne pohyblivé časti, čo zaisťuje vysokú spoľahlivosť a dlhú životnosť. Vibrácie a poloha v priestore nemajú na jeho chod prakticky žiadny vplyv.
Výkonná vzduchová studňa zabraňuje zamrznutiu a účinnosť vírivých trubíc je slabo závislá od teploty vstupného prúdu. Veľmi dôležitá je aj praktická absencia zásadných teplotných obmedzení spojených s podchladením, prehriatím či zamrznutím pracovnej tekutiny.
V niektorých prípadoch hrá rolu možnosť dosiahnutia rekordne vysokej teplotnej separácie v jednom stupni: literatúra uvádza údaje pre chladenie o 200° a viac. Zvyčajne jeden stupeň ochladí vzduch o 50..80°С.
Nevýhody vírivých tepelných čerpadiel
Bohužiaľ, účinnosť týchto zariadení je v súčasnosti výrazne nižšia ako účinnosť zariadení na odparovanie. Okrem toho pre efektívnu prevádzku vyžadujú vysokú rýchlosť prívodu pracovnej tekutiny. Maximálna účinnosť je zaznamenaná pri vstupnom prietoku rovnajúcom sa 40..50% rýchlosti zvuku - takýto prúd sám o sebe vytvára veľa hluku a navyše vyžaduje produktívny a výkonný kompresor - zariadenie je tiež nie je tichý a skôr rozmarný.
Absencia všeobecne akceptovanej teórie tohto javu, vhodnej pre praktické inžinierske využitie, robí z navrhovania takýchto jednotiek v mnohých ohľadoch empirické cvičenie, kde výsledok do značnej miery závisí od šťastia: „uhádol som to alebo neuhádol“. Viac-menej spoľahlivý výsledok sa získa len reprodukovaním už vytvorených úspešných vzoriek a výsledky pokusov o výraznú zmenu určitých parametrov nie sú vždy predvídateľné a niekedy vyzerajú paradoxne.
Použitie vírivých tepelných čerpadiel
V súčasnosti je však používanie takýchto zariadení na vzostupe. Svoje opodstatnenie majú predovšetkým tam, kde je už plyn pod tlakom, ako aj v rôznych priemyselných odvetviach s nebezpečenstvom požiaru a výbuchu – napokon je často oveľa bezpečnejšie a lacnejšie privádzať prúd vzduchu pod tlakom do nebezpečného priestoru ako ťahať chránené elektrické rozvody tam a namontovať elektromotory v špeciálnom prevedení .
Limity účinnosti tepelných čerpadiel
Prečo sa tepelné čerpadlá stále veľmi nevyužívajú na vykurovanie (azda jedinou relatívne bežnou triedou takýchto zariadení sú invertorové klimatizácie)? Dôvodov je viacero a okrem subjektívnych spojených s nedostatkom tradícií vykurovania pomocou tejto techniky existujú aj objektívne, medzi tie hlavné patrí námraza odsávača tepla a relatívne úzky teplotný rozsah pre efektívnu prevádzku.
Vo vírivých (predovšetkým plynových) inštaláciách zvyčajne nie sú problémy s podchladením a zamrznutím. Nevyužívajú zmenu stavu agregácie pracovnej tekutiny a výkonné prúdenie vzduchu vykonáva funkcie systému "No Frost". Ich účinnosť je však oveľa nižšia ako účinnosť odparovacích tepelných čerpadiel.
podchladenie
V odparovacích tepelných čerpadlách je vysoká účinnosť zabezpečená zmenou stavu agregácie pracovnej tekutiny – prechodom z kvapaliny na plyn a naopak. V súlade s tým je tento proces možný v relatívne úzkom teplotnom rozsahu. Pri príliš vysokých teplotách zostane pracovná kvapalina vždy plynná a pri príliš nízkych sa bude veľmi ťažko odparovať alebo dokonca zamrznúť. V dôsledku toho, keď teplota prekročí optimálny rozsah, energeticky najefektívnejší fázový prechod sa stane ťažkým alebo je úplne vylúčený z prevádzkového cyklu a účinnosť kompresnej jednotky výrazne klesá, a ak chladivo zostáva stále tekuté, potom nebude to fungovať vôbec.
zmrazenie
Odber tepla zo vzduchu
Aj keď teploty všetkých jednotiek tepelného čerpadla zostanú v požadovaných medziach, počas prevádzky je jednotka na odber tepla - výparník - vždy pokrytá kvapôčkami vlhkosti kondenzujúcimi z okolitého vzduchu. Kvapalná voda z neho však odteká sama, pričom nijako zvlášť nebráni prenosu tepla. Keď sa teplota výparníka príliš zníži, kondenzát zamrzne a novo skondenzovaná vlhkosť sa okamžite zmení na námrazu, ktorá zostane na výparníku a postupne vytvorí hustú snehovú vrstvu - presne to sa deje v mrazničke bežnej chladničky. . V dôsledku toho sa výrazne zníži účinnosť výmeny tepla a potom je potrebné zastaviť prevádzku a rozmraziť výparník. Spravidla vo výparníku chladničky klesá teplota o 25..50°C a v klimatizáciách je vzhľadom na ich špecifiká teplotný rozdiel menší - 10..15°C. jasné, prečo väčšina klimatizácií nemôže byť nastavená na teplotu nižšiu ako +13..+17°С - túto prahovú hodnotu nastavili ich konštruktéri, aby sa zabránilo námraze na výparníku, pretože režim odmrazovania zvyčajne nie je k dispozícii. Aj to je jeden z dôvodov, prečo takmer všetky klimatizácie s invertorovým režimom nefungujú ani pri nie veľmi vysokých mínusových teplotách – len nedávno sa začali objavovať modely, ktoré sú určené na prácu v mrazoch do -25 °C. Vo väčšine prípadov, už pri teplote –5..–10°C, sú náklady na energiu na rozmrazovanie porovnateľné s množstvom tepla načerpaného z ulice a čerpanie tepla z ulice sa ukazuje ako neefektívne, najmä ak vlhkosť vonkajší vzduch je takmer 100% - potom je vonkajší odsávač tepla pokrytý ľadom obzvlášť rýchlo.
Odber tepla z pôdy a vody
V tomto smere sa ako nemrznúci zdroj „studeného tepla“ pre tepelné čerpadlá v poslednom čase čoraz viac uvažuje o teple z hlbín zeme. Nemyslí sa tým vyhrievané vrstvy zemskej kôry, ktoré sa nachádzajú v hĺbke mnohých kilometrov, a dokonca ani zdroje geotermálnej vody (hoci, ak máte šťastie a sú nablízku, bolo by hlúpe zanedbať takýto dar osudu) . Ide o „obyčajné“ teplo pôdnych vrstiev nachádzajúcich sa v hĺbke 5 až 50 metrov. Ako viete, v strednom pruhu má pôda v takých hĺbkach teplotu asi + 5 ° C, ktorá sa počas roka mení veľmi málo. V južnejších oblastiach môže táto teplota dosiahnuť +10 ° С a viac. Teplotný rozdiel medzi komfortnými +25°C a zemou okolo odsávača tepla je teda veľmi stabilný a nepresahuje 20°C bez ohľadu na námrazu za oknom (treba si uvedomiť, že zvyčajne teplota na výstupe tepelného čerpadla je +50..+60°C, ale a rozdiel teplôt 50°C je celkom v silách tepelných čerpadiel, vrátane moderných domácich chladničiek, ktoré pokojne poskytnú -18°C v mrazničke pri teplote v miestnosti nad +30 °C).
Ak však zakopete jeden kompaktný, ale výkonný výmenník tepla, je nepravdepodobné, že sa dosiahne požadovaný efekt. Odsávač tepla totiž v tomto prípade funguje ako výparník mrazničky a ak v mieste, kde sa nachádza (geotermálny zdroj alebo podzemná rieka), nedochádza k silnému prítoku tepla, rýchlo zmrazí okolitú pôdu. na ktorom skončia všetky tepelné čerpadlá. Riešením môže byť odber tepla nie z jedného miesta, ale rovnomerne z veľkého podzemného objemu, avšak náklady na vybudovanie odsávača tepla pokrývajúceho tisíce kubických metrov zeminy v značnej hĺbke s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobia, že toto riešenie bude ekonomicky absolútne nerentabilné. Lacnejšou možnosťou je vyvŕtať niekoľko studní s odstupom niekoľkých metrov od seba, ako to bolo urobené v experimentálnom „aktívnom dome“ pri Moskve, ale ani to nie je lacné - každý, kto urobil studňu na vodu, môže nezávisle odhadnúť náklady na vytvorenie geotermálnych polí najmenej tuctu 30-metrových vrtov. Okrem toho konštantný odber tepla, aj keď menej silný ako v prípade kompaktného výmenníka tepla, stále zníži teplotu zeme v okolí odsávačov tepla v porovnaní s počiatočnou. To povedie k zníženiu účinnosti tepelného čerpadla pri jeho dlhodobej prevádzke a obdobie stabilizácie teploty na novej úrovni môže trvať niekoľko rokov, počas ktorých sa zhoršia podmienky na odber tepla. Zimné tepelné straty sa však možno pokúsiť čiastočne kompenzovať jeho posilneným vstrekovaním do hĺbky v letných horúčavách. Ale aj bez zohľadnenia dodatočných nákladov na energiu pre tento postup nebude prínos z neho príliš veľký - tepelná kapacita primerane veľkého zemného akumulátora tepla je dosť obmedzená a zjavne nestačí na celú ruskú zimu. , aj keď takáto dodávka tepla je stále lepšia ako nič. Okrem toho je tu veľmi dôležitá hladina, objem a rýchlosť prúdenia podzemnej vody - hojne navlhčená pôda s dostatočne vysokým prietokom vody neumožní robiť si „zásoby na zimu“ - tečúca voda so sebou odnáša vháňané teplo ( aj mierny pohyb podzemnej vody o 1 meter za deň len za týždeň prenesie uložené teplo do strany o 7 metrov a bude mimo pracovnej oblasti výmenníka tepla). Je pravda, že rovnaký prúd podzemnej vody zníži stupeň ochladzovania pôdy v zime - nové časti vody prinesú nové teplo, ktoré prijímajú preč z výmenníka tepla. Preto, ak je v blízkosti hlboké jazero, veľký rybník alebo rieka, ktorá nikdy nezamŕza na dno, potom je lepšie pôdu nekopať, ale umiestniť do nádrže relatívne kompaktný výmenník tepla - na rozdiel od stacionárnej pôdy dokonca v stojatom rybníku alebo jazere môže voľná konvekcia vody zabezpečiť oveľa efektívnejší prívod tepla do odsávača tepla z významného objemu nádrže. Tu je však potrebné zabezpečiť, aby sa výmenník tepla za žiadnych okolností neprechladil na bod mrazu vody a nezačal namŕzať ľad, pretože rozdiel medzi konvekčným prenosom tepla vo vode a prenosom tepla ľadovej vrstvy je obrovský. (zároveň sa tepelná vodivosť zamrznutej a nezamrznutej pôdy často až tak výrazne nelíši a snaha využiť obrovské kryštalizačné teplo vody pri odbere zemného tepla za určitých podmienok môže byť opodstatnená).
Princíp činnosti geotermálneho tepelného čerpadla je založená na odbere tepla z pôdy alebo vody a odovzdaní do vykurovacieho systému budovy. Na zber tepla prúdi nemrznúca kvapalina potrubím umiestneným v pôde alebo nádrži v blízkosti budovy k tepelnému čerpadlu. Tepelné čerpadlo, podobne ako chladnička, ochladzuje kvapalinu (odvádza teplo), pričom kvapalina sa ochladzuje približne o 5 °C. Kvapalina opäť preteká potrubím vo vonkajšej pôde alebo vode, znovu získava svoju teplotu a opäť vstupuje do tepelného čerpadla. Teplo odoberané tepelným čerpadlom sa odovzdáva do vykurovacieho systému a/alebo do ohrevu teplej vody.
Z podzemnej vody je možné odoberať teplo - podzemná voda s teplotou cca 10°C je privádzaná zo studne do tepelného čerpadla, ktoré vodu ochladzuje na +1 ... + 2°C a vracia vodu pod zem . Každý objekt s teplotou nad mínus dvestosedemdesiattri stupňov Celzia má tepelnú energiu – takzvanú „absolútnu nulu“.
To znamená, že tepelné čerpadlo môže odoberať teplo z akéhokoľvek objektu – zeme, vody, ľadu, skál atď. Ak treba budovu napríklad v lete ochladiť (klimatizovať), tak nastáva opačný proces – teplo sa odoberá z budovy a odvádza do zeme (zásobníka). To isté tepelné čerpadlo môže pracovať v zime na vykurovanie av lete na chladenie budovy. Je zrejmé, že tepelné čerpadlo dokáže ohrievať vodu na teplú úžitkovú vodu, klimatizáciu prostredníctvom fancoilových jednotiek, vyhrievať bazén, chladiť napríklad klzisko, vyhrievať strechy a chodníky od ľadu ...
Jeden kus zariadenia môže vykonávať všetky funkcie vykurovania a chladenia budovy.