Varmepumper til boligopvarmning: typer og funktionsprincip

Princippet for drift af luft-til-vand-pumpen

Som allerede nævnt er hovedkilden til termisk energi til installationer af denne type atmosfærisk luft. Det grundlæggende grundlag for driften af ​​luftpumper er væskers fysiske egenskab til at absorbere og frigive varme under faseovergangen fra en flydende tilstand til en gasformig tilstand og omvendt. Som følge af tilstandsændringen frigives temperaturen. Systemet fungerer efter princippet om et køleskab i omvendt rækkefølge.

For effektivt at bruge disse egenskaber af væsken cirkulerer et lavtkogende kølemiddel (freon, freon) i et lukket kredsløb, hvis design inkluderer:

• kompressor med elektrisk drev;
• blæser blæst fordamper;
• gasspjæld (ekspansions)ventil;
• plade varmeveksler;
• kobber eller metal-plast cirkulationsrør, der forbinder hovedelementerne i kredsløbet.

Kølemidlets bevægelse langs kredsløbet udføres på grund af trykket udviklet af kompressoren.For at reducere varmetabet er rørene dækket af et varmeisolerende lag af kunstigt gummi eller polyethylenskum med en beskyttende metalliseret belægning. Som kølemiddel bruges freon eller freon, som kan koge ved en negativ temperatur og ikke fryser op til -40 ° C.

Hele arbejdsprocessen består af følgende på hinanden følgende cyklusser:

1. Fordamperradiatoren indeholder et flydende kølemiddel, der er køligere end udeluften. Under aktiv radiatorblæsning overføres termisk energi fra luft med lavt potentiale til freon, som koger og går over i en gasformig tilstand. Samtidig stiger dens temperatur.
2. Den opvarmede gas kommer ind i kompressoren, hvor den opvarmes endnu mere under kompressionsprocessen.
3. I en komprimeret og opvarmet tilstand føres kølemiddeldampen ind i en pladevarmeveksler, hvor varmebæreren i varmesystemet cirkulerer gennem det andet kredsløb. Da temperaturen på kølevæsken er meget lavere end den opvarmede gas, kondenserer freon aktivt på varmevekslerpladerne og afgiver varme til varmesystemet.
4. Den afkølede damp-væske-blanding kommer ind i spjældventilen, som tillader kun det afkølede lavtryks-flydende kølemiddel at passere til fordamperen. Derefter gentages hele cyklussen.

For at øge varmeoverførselseffektiviteten af ​​røret vikles spiralfinner på fordamperen. Beregningen af ​​varmesystemet, valget af cirkulationspumper og andet udstyr bør tage højde for hydraulisk modstand og koefficient installation af varmeoverførselspladevarmeveksler.

Videooversigt over systemenheden og dens drift

Inverter varmepumper

Tilstedeværelsen af ​​en inverter som en del af installationen giver mulighed for en jævn opstart af udstyret og automatisk regulering af tilstande afhængigt af udendørstemperaturen. Dette maksimerer varmepumpens effektivitet ved at:

• opnåelse af effektivitet på niveauet 95-98%;
• reducere energiforbruget med 20-25%;
• minimering af belastninger på det elektriske netværk;
• øge anlæggets levetid.

Som følge heraf holdes indetemperaturen stabilt på samme niveau, uanset vejrudsving. Samtidig vil tilstedeværelsen af ​​en inverter komplet med en automatiseret styreenhed give ikke kun opvarmning om vinteren, men også tilførsel af afkølet luft om sommeren i varmt vejr.

Samtidig skal det tages i betragtning, at tilstedeværelsen af ​​ekstra udstyr altid medfører en stigning i omkostningerne og en stigning i tilbagebetalingsperioden.

Inddeling efter type arbejdsvæske

Moderne varmepumper kan bruge gasformigt legeme eller kemisk væske ammoniakopløsning som varmetransportør. Egnetheden af ​​en bestemt ordning vurderes af flere faktorer, systemfunktioner.

1. Freon-installationer har en varmepumpecyklus baseret på gaskompressions- og ekspansionsprocesser. De er på en eller anden måde bygget på kompressorskemaet. Udstyret har attraktive præstationsindikatorer, men det har også ulemper. Selvom systemets vægtede gennemsnitlige forbrug på tidspunktet for driftscyklussen er stabilt, er ledningerne tungt belastet. Derudover vil varmepumper med en gasformig varmetransporter ikke være nyttige i regioner, hvor der ikke er et centraliseret elnet eller en strømkilde med tilstrækkelig belastningskapacitet.
2. Fordampningsanlæg, der anvender ammoniakopløsning, har en driftscyklus baseret på stoffets fordampningsprocessen ved lave kogepunkter. Væskedannelse efter passage af en ekstern varmeveksler sker under påvirkning af en energikilde. Dette er en varmebrænder. Næsten ethvert brændstof kan bruges til det: fast, benzin, diesel, gas, petroleum, i nogle tilfælde - methylalkohol. Derfor er fordampningsvarmepumper attraktive på steder, hvor der ikke er strøm. Derudover kan billigheden af ​​brændstof af en bestemt type i regionen anspore til valget af sådant udstyr.

Arten af ​​den arbejdsvæske, der bruges i systemet, kan sige meget om installationens ydeevne og effekt. Så freon kompressor varmepumper er i stand til et skarpt ryk, der hurtigt opvarmer rummet. Ammoniakfordampningsmodeller er ikke i stand til sådanne bedrifter. Deres foretrukne brugsmåde er stabil, kontinuerlig drift ved nominel varmeydelse.

Typer af varmepumper

Varmepumper er opdelt i flere typer. Den første type (type) i klassificeringen i henhold til metoden til overførsel af termisk energi:

Kompression. De vigtigste installationselementer er kompressorer, kondensatorer, ekspandere og fordampere. Denne type pumper er af meget høj kvalitet og effektive, hvilket fører til, at den er meget populær på markedet.

Absorption. Den seneste generation af varmepumper. De bruger en absorberende freon i deres arbejde. Takket være dette øges kvaliteten af ​​arbejdet flere gange.

Kan skelnes typer varmepumper i henhold til varmekilder, nemlig:

• Varmeenergi skabes af jorden (billedet);
• vand;
• Luftstrømme
• Genopvarmning. De kommer fra vandafstrømning, snavset luft eller spildevand.

Efter typer af input-output kredsløb:

• luft-til-luft. Pumpen tager kold luft, sænker dens temperatur, modtager den nødvendige varme, som overfører den til hvor der er behov for opvarmning.
• vand-til-vand. Pumpen tager varmen fra grundvandet, som giver den til vandet for at opvarme rummet.
• vand-til-luft. Fra vand til luft. Anvendelsen af ​​sonder og brønde til vand er typisk, og opvarmningen sker gennem et luftvarmesystem.
• luft til vand. Fra luft til vand. Pumper af denne type bruger varme fra atmosfæren til at opvarme vand.
• jord-vand. I denne form tages varme fra rør med vand lagt i jorden. Varme tages fra jorden (jord).
• isvand. En interessant type varmepumpe. Til opvarmning af vand til rumopvarmning anvendes en isproduktionsteknik, hvor kolossal termisk energi frigives. Hvis du fryser op til 200 liter vand, kan du få energi, der kan opvarme en mellemstørrelse inden for 40-60 minutter.

Fordele og ulemper ved varmepumper

Princip varmepumpedrift, i enkle vendinger, er baseret på indsamling af lavkvalitets termisk energi og dens videre overførsel til varme- og klimasystemer samt til vandbehandlingssystemer, men ved en højere temperatur. Et simpelt eksempel kan gives i form af en gasflaske – når den er fyldt med gas, opvarmes kompressoren ved at komprimere den. Og hvis du frigiver gas fra cylinderen, så vil cylinderen afkøle - prøv skarpt at frigive gas fra en genopfyldelig lighter for at forstå essensen af ​​dette fænomen.

Således fjerner varmepumper så at sige termisk energi fra det omgivende rum - det er i jorden, i vandet og endda i luften. Selvom luften har en negativ temperatur, er der stadig varme i den. Den findes også i alle vandområder, der ikke fryser helt til bunden, samt i dybe jordlag, der heller ikke er modtagelige for dybfrysning - medmindre det selvfølgelig er permafrost.

Varmepumper har en ret kompliceret enhed, som du kan se ved at prøve at adskille et køleskab eller klimaanlæg. Disse husholdningsenheder, vi kender, ligner lidt de ovennævnte pumper, kun de arbejder i den modsatte retning - de tager varme fra lokalerne og sender den udenfor. Hvis du lægger hånden på køleskabets bagkøler, vil vi bemærke, at det er varmt. Og denne varme er intet andet end energien taget fra frugt, grøntsager, mælk, supper, pølser og andre produkter, der er i kammeret.

Airconditionanlæg og opdelte systemer fungerer på samme måde - den varme, der genereres af udendørsenheder, er termisk energi, der opsamles lidt efter lidt i afkølede rum.

Funktionsprincippet for en varmepumpe er det modsatte af et køleskabs. Den opsamler varme fra luften, vandet eller jorden i de samme korn, hvorefter den omdirigerer den til forbrugerne - det er varmesystemer, varmeakkumulatorer, gulvvarmesystemer og vandvarmere. Det ser ud til, at intet forhindrer os i at opvarme kølevæsken eller vandet med et almindeligt varmeelement - det er nemmere på den måde. Men lad os sammenligne produktiviteten af ​​varmepumper og konventionelle varmeelementer:

Når du vælger en varmepumpe, er det vigtigste tilgængeligheden af ​​en bestemt naturlig energikilde.

• Konventionelt varmeelement - til produktion af 1 kW varme bruger det 1 kW elektricitet (eksklusive fejl;
• Varmepumpe – den bruger kun 200 W strøm til at producere 1 kW varme.

Nej, der er ingen effektivitet svarende til 500% her - fysikkens love er urokkelige. Det er bare termodynamikkens love, der virker her. Pumpen akkumulerer som det var energi fra rummet, "tykkere" den og sender den til forbrugerne. På samme måde kan vi samle regndråber gennem en stor vandkande og få en solid vandstrøm ved udgangen.

Vi har allerede givet mange analogier, der giver os mulighed for at forstå essensen af ​​varmepumper uden abstrude formler med variabler og konstanter. Lad os nu se på deres fordele:

• Energibesparelser - hvis standard el-opvarmning af en 100 kvm. m. vil føre til omkostninger på 20-30 tusind rubler om måneden (afhængigt af lufttemperaturen udenfor), så vil varmesystemet med en varmepumpe reducere omkostningerne til en acceptabel 3-5 tusind rubler - enig, dette er allerede en ganske solide besparelser. Og dette er uden tricks, uden bedrag og uden markedsføringstricks;
• Omsorg for miljøet - kul, atomkraft og vandkraftværker skader naturen. Derfor reducerer reduceret elforbrug mængden af ​​skadelige emissioner;
• En bred vifte af anvendelser - den resulterende energi kan bruges til at opvarme et hjem og forberede varmt vand.

Der er også ulemper:

• De høje omkostninger ved varmepumper - denne ulempe pålægger en begrænsning af deres brug;
• Behovet for regelmæssig vedligeholdelse - du skal betale for det;
• Vanskeligheder ved installation - dette gælder i størst grad for varmepumper med lukkede kredsløb;
• Mangel på accept fra folk - de færreste af os ville gå med til at investere i dette udstyr for at reducere belastningen på miljøet. Men nogle mennesker, der bor langt fra gasnettet og er tvunget til at opvarme deres hjem med alternative varmekilder, er enige om at bruge penge på at købe en varmepumpe og reducere deres månedlige elregning;
• Afhængighed af lysnettet - hvis forsyningen af ​​elektricitet stopper, fryser udstyret straks. Situationen vil blive reddet ved at installere en varmeakkumulator eller en reservestrømkilde.

Som du kan se, er nogle af ulemperne ret alvorlige.

Benzin- og dieselgeneratorer kan tjene som backup-strømkilder til varmepumper.

Tips og tricks

En varmepumpe er et teknisk komplekst og ret dyrt udstyr, så dets valg bør tages med stort ansvar. For ikke at være ubegrundet, er her nogle meget specifikke anbefalinger.

1. Begynd aldrig at vælge varmepumpe uden først at lave beregninger og lave et projekt. Fraværet af et projekt kan forårsage fatale fejl, som kun kan rettes ved hjælp af enorme ekstra økonomiske investeringer.

2. Design, installation og vedligeholdelse af varmepumpen og varmesystemet bør kun overlades til fagfolk. Hvordan sikrer man, at fagfolk arbejder i denne virksomhed? Først og fremmest ved tilgængeligheden af ​​al den nødvendige dokumentation, en portefølje af implementerede objekter, certifikater fra udstyrsleverandører.Det er yderst ønskeligt, at hele rækken af ​​nødvendige tjenester leveres af én virksomhed, som i dette tilfælde vil være fuldt ud ansvarlig for gennemførelsen af ​​projektet.

3. Vi råder dig til at foretrække en europæisk fremstillet varmepumpe. Bliv ikke forvirret af det faktum, at det er dyrere end kinesisk eller russisk udstyr. Når det er inkluderet i estimatet af omkostningerne ved installation, idriftsættelse og fejlfinding af hele varmesystemet, vil forskellen i prisen på pumper være næsten umærkelig. Men på den anden side, hvis du har en "europæisk" til din rådighed, vil du være sikker på dens pålidelighed, da den høje pris på pumpen kun er resultatet af at bruge moderne teknologier og materialer af høj kvalitet til at skabe den.

Vigtigste sorter

Alle cirkulationspumper til varmesystemer er opdelt i to designtyper: enheder med en "tør" rotor og cirkulationspumper med en "våd" rotor.

I cirkulationspumper af den første type, som allerede fremgår af deres navn, kommer rotoren ikke i kontakt med det flydende arbejdsmedium - kølevæsken. Løbehjulet på sådanne pumper er adskilt fra rotoren og statoren ved at forsegle stålringe, presset mod hinanden ved hjælp af en speciel fjeder, der kompenserer for slid på disse elementer. Tætheden af ​​denne tætningsenhed under driften af ​​pumpen sikres af et tyndt lag vand mellem stålringene, som dannes på grund af forskellen mellem trykket i varmesystemet og i det ydre miljø.

Cirkulationspumper til opvarmning med en "tør" rotor er kendetegnet ved ret høj effektivitet (89%) og produktivitet, men hydrauliske maskiner af denne type har også ulemper, herunder stærke støj på arbejdet og kompleksitet i drift, vedligeholdelse og reparation.Som regel er industrielle varmesystemer udstyret med pumper af denne type; de ​​bruges sjældent i boligvarmesystemer.

Et-trins cirkulationspumpe med en "tør" rotor

En cirkulationspumpe til varmesystemer udstyret med en "våd" type rotor er en enhed, hvis pumpehjul og rotor er i konstant kontakt med kølevæsken. Arbejdsmediet, hvori rotoren og pumpehjulet roterer, fungerer som smøremiddel og kølemiddel. Statoren og rotoren på pumper af denne type er isoleret fra hinanden ved hjælp af et specielt glas lavet af rustfrit stål. Et sådant glas, inden i hvilket en rotor og et pumpehjul, der roterer i kølemediet, beskytter den aktiverede statorvikling mod indtrængen af ​​arbejdsfluid på den.

Effektiviteten af ​​pumper af denne type er ret lav og er kun 55%, men de tekniske muligheder for en sådan enhed er ret nok til at sikre cirkulationen af ​​kølevæsken i varmesystemer ikke for store huse. Hvis vi taler om fordelene ved cirkulationspumper med en "våd" rotor, skal de omfatte den minimale mængde støj, der udsendes under driften af ​​sådanne enheder, høj pålidelighed, let betjening, vedligeholdelse og reparation.

Våd cirkulationspumpe

Valg af varmepumpetype

Hovedindikatoren for dette varmesystem er strøm. Først og fremmest vil de økonomiske omkostninger til køb af udstyr og valget af en eller anden kilde til lavtemperaturvarme afhænge af strømmen.Jo højere effekt varmepumpesystemet har, jo større er omkostningerne til komponenter.

Først og fremmest refererer dette til kompressoreffekten, dybden af ​​brønde til geotermiske sonder eller området til at rumme en vandret solfanger. Korrekte termodynamiske beregninger er en slags garanti for, at systemet fungerer effektivt.

Hvis der er et reservoir i nærheden af ​​dit personlige område, vil det mest omkostningseffektive og produktive valg være varmepumpe vand-vand

Først skal du studere det område, der er planlagt til installation af pumpen. Den ideelle tilstand ville være tilstedeværelsen af ​​et reservoir i dette område. Brug af vand-til-vand-muligheden vil reducere mængden af ​​gravearbejde betydeligt.

Brugen af ​​jordens varme involverer tværtimod et stort antal arbejder forbundet med udgravning. Systemer, der bruger vand som lavgradig varme, anses for at være de mest effektive.

Enheden til en varmepumpe, der udvinder termisk energi fra jorden, involverer en imponerende mængde jordarbejde. Opsamleren er lagt under niveauet for sæsonbestemt frysning

Der er to måder at bruge jordens termiske energi på. Den første involverer boring af brønde med en diameter på 100-168 mm. Dybden af ​​sådanne brønde, afhængigt af systemets parametre, kan nå 100 m eller mere.

Særlige sonder er placeret i disse brønde. Den anden metode bruger en samler af rør. En sådan samler placeres under jorden i et vandret plan. Denne mulighed kræver et ret stort område.

Til lægning af opsamleren betragtes områder med våd jord som ideelle. Naturligvis vil brøndboring koste mere end et vandret reservoir.Det er dog ikke alle websteder, der har ledig plads. For én kW varmepumpeeffekt skal du bruge fra 30 til 50 m² areal.

Konstruktionen til indtagelse af termisk energi med en dyb brønd kan vise sig at være lidt billigere end at grave en brønd

Men et væsentligt plus ligger i de betydelige besparelser i pladsen, hvilket er vigtigt for ejere af små grunde. I tilfælde af tilstedeværelsen af ​​en højtliggende grundvandshorisont på stedet, kan varmevekslere arrangeres i to brønde placeret i en afstand af ca. 15 m fra hinanden

I tilfælde af tilstedeværelsen af ​​en højtliggende grundvandshorisont på stedet, kan varmevekslere arrangeres i to brønde placeret i en afstand af omkring 15 m fra hinanden.

Udvinding af termisk energi i sådanne systemer ved at pumpe grundvand i et lukket kredsløb, hvoraf dele er placeret i brønde. Et sådant system kræver installation af et filter og periodisk rengøring af varmeveksleren.

Den enkleste og billigste varmepumpeordning er baseret på at udvinde termisk energi fra luften. Når det først blev grundlaget for konstruktionen af ​​køleskabe, blev senere klimaanlæg udviklet i henhold til dets principper.

Det enkleste varmepumpeanlæg henter energi fra luftmassen. Om sommeren er det involveret i opvarmning, om vinteren i aircondition. Ulempen ved systemet er, at der i en uafhængig version er en enhed med utilstrækkelig effekt

Effektivitet forskellige typer af dette udstyr ikke det samme. Pumper, der bruger luft, har den laveste ydelse. Derudover er disse indikatorer direkte afhængige af vejrforholdene.

Jordvarianter af varmepumper har stabil ydeevne. Effektivitetskoefficienten for disse systemer varierer inden for 2,8 -3,3.Vand-til-vand-systemer er de mest effektive. Dette skyldes primært kildetemperaturens stabilitet.

Det skal bemærkes, at jo dybere pumpeopsamleren er placeret i reservoiret, jo mere stabil vil temperaturen være. For at opnå en systemeffekt på 10 kW er der brug for omkring 300 meter rørledning.

Hovedparameteren, der karakteriserer effektiviteten af ​​en varmepumpe, er dens omregningsfaktor. Jo højere omregningsfaktor, jo mere effektiv vurderes varmepumpen.

Omregningsfaktoren for en varmepumpe udtrykkes gennem forholdet mellem varmeflowet og den elektriske effekt, der bruges på driften af ​​kompressoren