Топлотне пумпе за грејање куће: врсте и принцип рада

Принцип рада пумпе ваздух-вода

Као што је већ поменуто, главни извор топлотне енергије за инсталације овог типа је атмосферски ваздух. Основна основа рада ваздушних пумпи је физичко својство течности да апсорбује и ослобађа топлоту током фазног прелаза из течног у гасовито стање, и обрнуто. Као резултат промене стања, температура се ослобађа. Систем ради на принципу фрижидера у обрнутом смеру.

Да би се ове особине течности ефикасно користиле, расхладно средство са ниским кључањем (фреон, фреон) циркулише у затвореном кругу, чији дизајн укључује:

• компресор са електричним погоном;
• испаривач са вентилатором;
• пригушни (експанзиони) вентил;
• плоча топлоте;
• бакарне или метал-пластичне циркулационе цеви које повезују главне елементе кола.

Кретање расхладног средства дуж круга се врши услед притиска који развија компресор.Да би се смањили губици топлоте, цеви су прекривене топлотноизолационим слојем од вештачке гуме или полиетиленске пене са заштитним метализованим премазом. Као расхладно средство користи се фреон или фреон, који може да кључа на негативној температури и не смрзава се до -40 ° Ц.

Цео процес рада састоји се од следећих узастопних циклуса:

1. Радијатор испаривача садржи течно расхладно средство које је хладније од спољашњег ваздуха. Приликом активног дувања радијатора топлотна енергија из ваздуха ниског потенцијала се преноси на фреон, који кључа и прелази у гасовито стање. Истовремено, његова температура расте.
2. Загрејани гас улази у компресор, где се током компресије још више загрева.
3. У компримованом и загрејаном стању, пара расхладног средства се доводи у плочасти измењивач топлоте, где носилац топлоте система грејања циркулише кроз други круг. Пошто је температура расхладне течности много нижа од температуре загрејаног гаса, фреон се активно кондензује на плочама измењивача топлоте, дајући топлоту систему грејања.
4. Охлађена смеша пара-течност улази у пригушни вентил, који дозвољава само охлађеном течном расхладном флуиду ниског притиска да прође у испаривач. Затим се цео циклус понавља.

Да би се повећала ефикасност преноса топлоте цеви, спирална ребра су намотана на испаривач. Треба узети у обзир прорачун система грејања, избор циркулационих пумпи и друге опреме хидраулички отпор и коефицијент уградња плочастог измењивача топлоте.

Видео преглед системског уређаја и његовог рада

Инвертерске топлотне пумпе

Присуство претварача као дела инсталације омогућава несметано покретање опреме и аутоматску регулацију режима у зависности од спољашње температуре. Ово максимизира ефикасност топлотне пумпе:

• постизање ефикасности на нивоу од 95-98%;
• смањење потрошње енергије за 20-25%;
• минимизирање оптерећења на електричној мрежи;
• повећати век трајања постројења.

Као резултат, унутрашња температура се стабилно одржава на истом нивоу, без обзира на временске промене. Истовремено, присуство претварача у комплету са аутоматизованом контролном јединицом ће обезбедити не само грејање зими, већ и снабдевање охлађеног ваздуха лети у врућем времену.

Истовремено, треба узети у обзир да присуство додатне опреме увек подразумева повећање њене цене и повећање периода отплате.

Подела према врсти радног флуида

Модерне топлотне пумпе могу да користе гасовито тело или хемијска течност раствор амонијака као преносник топлоте. Погодност одређене шеме процењује се на основу неколико фактора, карактеристика система.

1. Фреонске инсталације имају циклус топлотне пумпе заснован на процесима компресије и експанзије гаса. Они су некако изграђени на шеми компресора. Опрема има атрактивне показатеље перформанси, али има и недостатке. Иако је просечна пондерисана потрошња система у време радног циклуса стабилна, ожичење је јако оптерећено. Поред тога, топлотне пумпе са гасовитим транспортером топлоте неће бити корисне у регионима где не постоји централизована електрична мрежа или извор напајања довољног капацитета.
2. Постројења евапоративног типа који користе раствор амонијака имају циклус рада заснован на процесу испаравања супстанце на ниским тачкама кључања. Течност након проласка спољашњег измењивача топлоте настаје под дејством извора енергије. Ово је топлотни горионик. За то се може користити скоро свако гориво: чврсто, бензин, дизел, гас, керозин, у неким случајевима - метил алкохол. Због тога су евапоративне топлотне пумпе атрактивне на местима где нема струје. Осим тога, јефтиност горива одређене врсте у региону може подстаћи избор такве опреме.

Природа радног флуида који се користи у систему може много рећи о перформансама инсталације и излазној снази. Дакле, топлотне пумпе фреонског компресора су способне за оштар трзај, брзо загревајући просторију. Модели са испаравањем амонијака нису способни за такве подвиге. Њихов преферирани начин употребе је стабилан, континуиран рад при номиналној топлотној снази.

Врсте топлотних пумпи

Топлотне пумпе се деле на неколико типова. Први тип (тип) у класификацији према начину преноса топлотне енергије:

Компресија. Главни елементи инсталације су компресори, кондензатори, експандери и испаривачи. Ова врста пумпи је веома квалитетна и ефикасна, што доводи до тога да је веома популарна на тржишту.

Апсорпција. Најновија генерација топлотних пумпи. У свом раду користе упијајући фреон. Захваљујући томе, квалитет рада се повећава неколико пута.

Може се разликовати врсте топлотних пумпи према изворима топлоте и то:

• Топлотну енергију ствара тло (на слици);
• вода;
• Ваздушне струје
• Поновно загревање. Добијају се од отицања воде, прљавог ваздуха или канализације.

По врстама улазно-излазних кола:

• ваздух-ваздух. Пумпа узима хладан ваздух, снижава његову температуру, прима потребну топлоту, која је преноси тамо где је потребно грејање.
• вода-вода. Пумпа узима топлоту из подземне воде, која је даје води за загревање просторије.
• вода-ваздух. Из воде у ваздух. Типична је употреба сонди и бунара за воду, а грејање се одвија преко система ваздушног грејања.
• ваздух-вода. Од ваздуха до воде. Пумпе овог типа користе топлоту из атмосфере за загревање воде.
• земља-вода. У овом облику, топлота се узима из цеви са водом положеном у земљу. Топлота се узима из земље (земљишта).
• ледена вода. Занимљива врста топлотне пумпе. За загревање воде за загревање простора користи се техника производње леда, у којој се ослобађа колосална топлотна енергија. Ако замрзнете до 200 литара воде, можете добити енергију која може да загреје средњу величину у року од 40-60 минута.

Предности и мане топлотних пумпи

Принцип рад топлотне пумпе, једноставније речено, заснива се на прикупљању топлотне енергије ниског квалитета и њеном даљем преносу у системе грејања и климатизације, као и на системе за пречишћавање воде, али на вишој температури. Може се навести једноставан пример облику гасног цилиндра – када се напуни гасом, компресор се загрева компресијом. А ако испустите гас из цилиндра, онда ће се цилиндар охладити - покушајте да оштро ослободите гас из упаљача који се може поново напунити да бисте разумели суштину овог феномена.

Тако топлотне пумпе, такорећи, одузимају топлотну енергију из околног простора – она је у земљи, у води, па чак и у ваздуху. Чак и ако ваздух има негативну температуру, још увек има топлоте у њему. Такође се налази у свим воденим тијелима која се не смрзавају до самог дна, као иу дубоким слојевима тла који такође нису подложни дубоком замрзавању - осим ако, наравно, није пермафрост.

Топлотне пумпе имају прилично компликован уређај, као што можете видети покушавајући да раставите фрижидер или клима уређаје. Ове нам познате кућне јединице су донекле сличне горе наведеним пумпама, само што раде у супротном смеру - узимају топлоту из просторија и шаљу је напоље. Ако ставите руку на задњи радијатор фрижидера, приметићемо да је топао. А ова топлота није ништа друго до енергија узета из воћа, поврћа, млека, супа, кобасица и других производа који се налазе у комори.

Клима уређаји и сплит системи раде на сличан начин - топлота коју генеришу спољне јединице је топлотна енергија која се скупља мало по мало у хлађеним просторијама.

Принцип рада топлотне пумпе је супротан принципу рада фрижидера. Сакупља топлоту из ваздуха, воде или земље у истим зрнима, након чега је преусмерава потрошачима - то су системи грејања, акумулатори топлоте, системи подног грејања, бојлери. Чини се да нас ништа не спречава да загрејемо расхладну течност или воду обичним грејним елементом - тако је лакше. Али хајде да упоредимо продуктивност топлотних пумпи и конвенционалних грејних елемената:

Приликом избора топлотне пумпе најважнија је доступност одређеног природног извора енергије.

• Конвенционални грејни елемент - за производњу 1 кВ топлоте троши 1 кВ електричне енергије (без грешака;
• Топлотна пумпа – троши само 200 В електричне енергије за производњу 1 кВ топлоте.

Не, овде нема ефикасности једнаке 500% - закони физике су непоколебљиви. Овде су само закони термодинамике на делу. Пумпа, такорећи, акумулира енергију из свемира, "згушњава" је и шаље потрошачима. Слично, можемо сакупљати капи кише кроз велику канту за заливање, добијајући чврст млаз воде на излазу.

Већ смо дали многе аналогије које нам омогућавају да разумемо суштину топлотних пумпи без нејасних формула са варијаблама и константама. Погледајмо сада њихове предности:

• Уштеда енергије - ако је стандардно грејање на струју од 100 квадратних метара. м ће довести до трошкова од 20-30 хиљада рубаља месечно (у зависности од температуре ваздуха напољу), онда ће систем грејања са топлотном пумпом смањити трошкове на прихватљивих 3-5 хиљада рубаља - морате признати, ово је већ прилично солидна уштеда. И то без трикова, без обмане и без маркетиншких трикова;
• Брига о животној средини – угаљ, нуклеарне и хидроелектране штете природи. Дакле, смањена потрошња електричне енергије смањује количину штетних емисија;
• Широк спектар употребе - добијена енергија се може користити за грејање дома и припрему топле воде.

Постоје и недостаци:

• Висока цена топлотних пумпи - овај недостатак намеће ограничење на њихову употребу;
• Потреба за редовним одржавањем - морате платити за то;
• Потешкоће у уградњи - ово се у највећој мери односи на топлотне пумпе са затвореним круговима;
• Неприхваћеност од стране људи – мало ко би од нас пристао да инвестира у ову опрему како би се смањило оптерећење животне средине. Али неки људи који живе далеко од гасовода и приморани су да греју своје домове алтернативним изворима топлоте пристају да потроше новац на куповину топлотне пумпе и смање своје месечне рачуне за струју;
• Зависност од мреже - ако престане снабдевање електричном енергијом, опрема ће се одмах замрзнути. Ситуација ће бити спашена уградњом акумулатора топлоте или резервног извора напајања.

Као што видите, неки од недостатака су прилично озбиљни.

Бензински и дизел генератори могу послужити као резервни извори енергије за топлотне пумпе.

савети и Трикови

Топлотна пумпа је технички сложена и прилично скупа опрема, тако да се њеном избору треба приступити са великом одговорношћу. Да не бисмо били неосновани, ево неколико врло конкретних препорука.

1. Никада не почињите да бирате топлотну пумпу без претходног прорачуна и израде пројекта. Одсуство пројекта може изазвати фаталне грешке, које се могу исправити само уз помоћ огромних додатних финансијских улагања.

2. Пројектовање, уградњу и одржавање топлотне пумпе и система грејања треба поверити само професионалцима. Како се уверити да у овој компанији раде професионалци? Пре свега, доступношћу све потребне документације, портфеља реализованих објеката, сертификата добављача опреме.Веома је пожељно да читав низ потребних услуга пружи једна компанија, која ће у овом случају бити у потпуности одговорна за реализацију пројекта.

3. Саветујемо вам да дате предност топлотној пумпи европске производње. Нека вас не збуни чињеница да је скупља од кинеске или руске опреме. Када се урачунају у процену трошкова монтаже, пуштања у рад и отклањања грешака целог система грејања, разлика у цени пумпи ће бити готово неприметна. Али са друге стране, имајући на располагању „Европљанин“, бићете сигурни у његову поузданост, јер је висока цена пумпе само резултат коришћења савремених технологија и висококвалитетних материјала за њену израду.

Главне сорте

Све циркулационе пумпе за системе грејања подељене су на два типа дизајна: уређаји са "сувим" ротором и циркулационе пумпе са "мокрим" ротором.

У циркулационим пумпама првог типа, што је већ јасно из њиховог имена, ротор не долази у контакт са течним радним медијем - расхладном течношћу. Радно коло таквих пумпи је одвојено од ротора и статора заптивним челичним прстеновима, притиснутим један на други помоћу посебне опруге која компензује хабање ових елемената. Непропусност овог заптивног склопа током рада пумпе обезбеђује се танким слојем воде између челичних прстенова, који настаје услед разлике притисака у систему грејања и у спољашњем окружењу.

Циркулационе пумпе за грејање са "сувим" ротором одликују се прилично високом ефикасношћу (89%) и продуктивношћу, али хидрауличне машине овог типа такође имају недостатке, укључујући јаке бука на послу и сложеност у раду, одржавању и поправци.По правилу, индустријски системи грејања су опремљени пумпама овог типа, ретко се користе у системима грејања у домаћинству.

Једностепена циркулациона пумпа са "сувим" ротором

Циркулациона пумпа за системе грејања опремљена ротором "мокрог" типа је уређај чији су радно коло и ротор у сталном контакту са расхладном течношћу. Радни медијум у коме се ротор и радно коло окрећу делује као мазиво и расхладно средство. Статор и ротор пумпи овог типа су изоловани један од другог помоћу специјалног стакла од нерђајућег челика. Такво стакло, унутар којег се ротор и радно коло окрећу у расхладном медију, штити намотај статора под напоном од уласка радног флуида у њега.

Ефикасност пумпи овог типа је прилично ниска и износи само 55%, али техничке могућности таквог уређаја су сасвим довољне да осигурају циркулацију расхладне течности у системима грејања. не превелике куће. Ако говоримо о предностима циркулационих пумпи са "мокрим" ротором, онда би требало да укључују минималну количину буке која се емитује током рада таквих уређаја, високу поузданост, једноставност рада, одржавања и поправке.

Мокра циркулациона пумпа

Избор типа топлотне пумпе

Главни индикатор овог система грејања је снага. Пре свега, финансијски трошкови за куповину опреме и избор једног или другог извора топлоте ниске температуре зависиће од снаге.Што је већа снага система топлотне пумпе, то је већа цена компоненти.

Пре свега, ово се односи на снагу компресора, дубину бунара за геотермалне сонде или подручје за смештај хоризонталног колектора. Тачни термодинамички прорачуни су нека врста гаранције да ће систем радити ефикасно.

Ако постоји резервоар у близини вашег личног простора, најисплативији и најпродуктивнији избор ће бити топлотна пумпа вода-вода

Прво морате проучити подручје које је планирано за уградњу пумпе. Идеално стање би било присуство резервоара на овом подручју. Коришћење опције вода-вода ће значајно смањити количину ископавања.

Коришћење топлоте земље, напротив, подразумева велики број радова повезаних са ископавањем. Системи који користе воду као топлоту ниског степена сматрају се најефикаснијим.

Уређај топлотне пумпе која извлачи топлотну енергију из земље подразумева импресивну количину земљаних радова. Колектор се поставља испод нивоа сезонског смрзавања

Постоје два начина коришћења топлотне енергије тла. Први укључује бушење бунара пречника 100-168 мм. Дубина таквих бунара, у зависности од параметара система, може да достигне 100 м или више.

У ове бунаре се постављају посебне сонде. Други метод користи колектор цеви. Такав колектор је постављен под земљом у хоризонталној равни. Ова опција захтева прилично велику површину.

За полагање колектора, подручја са влажним земљиштем сматрају се идеалним.Наравно, бушење бунара коштаће више од хоризонталног резервоара. Међутим, нема сваки сајт слободан простор. За један кВ снаге топлотне пумпе потребно је површине од 30 до 50м².

Изградња за унос топлотне енергије са једним дубоким бунаром може испасти мало јефтинија од копања јаме

Али значајан плус лежи у значајној уштеди простора, што је важно за власнике малих парцела. У случају присуства високог хоризонта подземне воде на локацији, измењивачи топлоте се могу поставити у два бунара који се налазе на удаљености од око 15 м један од другог.

У случају присуства високог хоризонта подземне воде на локацији, измењивачи топлоте се могу распоредити у два бунара који се налазе на удаљености од око 15 м један од другог.

Екстракција топлотне енергије у таквим системима пумпањем подземне воде у затвореном кругу, чији се делови налазе у бунарима. Такав систем захтева уградњу филтера и периодично чишћење измењивача топлоте.

Најједноставнија и најјефтинија шема топлотне пумпе заснива се на извлачењу топлотне енергије из ваздуха. Када је постао основа за изградњу фрижидера, касније су се по његовим принципима развијали клима уређаји.

Најједноставнији систем топлотне пумпе добија енергију из ваздушне масе. Лети је укључен у грејање, зими у климатизацију. Недостатак система је што је, у независној верзији, јединица са недовољном снагом

Ефикасност разне врсте ове опреме није исто. Пумпе које користе ваздух имају најниже перформансе. Поред тога, ови индикатори директно зависе од временских услова.

Млеве врсте топлотних пумпи имају стабилне перформансе. Коефицијент ефикасности ових система варира у границама од 2,8 -3,3. Системи вода-вода су најефикаснији. Ово је првенствено због стабилности температуре извора.

Треба напоменути да што се колектор пумпе дубље налази у резервоару, то ће температура бити стабилнија. За добијање снаге система од 10 кВ потребно је око 300 метара цевовода.

Главни параметар који карактерише ефикасност топлотне пумпе је њен фактор конверзије. Што је фактор конверзије већи, то је топлотна пумпа ефикаснија.

Фактор конверзије топлотне пумпе се изражава кроз однос топлотног тока и електричне енергије утрошене на рад компресора