Pompa de caldura eficienta. Principiul de funcționare al pompelor de căldură pentru încălzirea unei locuințe. Este încălzirea cu aer disponibilă sau planificată în viitor?

Plata pentru electricitate și încălzire devine din ce în ce mai dificilă în fiecare an. La construirea sau achiziționarea unei noi locuințe, problema aprovizionării economice cu energie devine deosebit de acută. Datorită crizelor energetice recurente periodic, este mai profitabilă creșterea costurilor inițiale ale echipamentelor de înaltă tehnologie pentru a primi apoi căldură la un cost minim timp de decenii.

Opțiunea cea mai rentabilă în unele cazuri este o pompă de căldură pentru încălzirea unei case; principiul de funcționare al acestui dispozitiv este destul de simplu. Este imposibil să pompați căldură în sensul literal al cuvântului. Dar legea conservării energiei permite dispozitivelor tehnice să scadă temperatura unei substanțe într-un singur volum, în timp ce în același timp încălzesc altceva.

Ce este o pompă de căldură (HP)

Să luăm ca exemplu un frigider obișnuit de uz casnic. În interiorul congelatorului, apa se transformă rapid în gheață. La exterior există o grilă de radiator fierbinte la atingere. Din acesta, căldura colectată în interiorul congelatorului este transferată în aerul camerei.

TN face același lucru, dar în ordine inversă. Grila radiatorului, situată în exteriorul clădirii, este mult mai mare pentru a colecta suficientă căldură din mediu pentru a încălzi locuința. Lichidul de răcire din interiorul radiatorului sau al tuburilor colectoare transferă energie către sistemul de încălzire din interiorul casei și apoi este încălzit din nou în afara casei.

Dispozitiv

Furnizarea căldurii unei locuințe este o sarcină tehnică mai complexă decât răcirea unui volum mic al unui frigider în care este instalat un compresor cu circuite de congelare și radiatoare. Designul unei pompe de căldură cu aer este aproape la fel de simplu, primește căldură din atmosferă și încălzește aerul interior. Se adaugă doar ventilatoare pentru a sufla circuitele.

Este dificil să se obțină un efect economic mare din instalarea unui sistem aer-aer din cauza greutății specifice scăzute a gazelor atmosferice. Un metru cub de aer cântărește doar 1,2 kg. Apa este de aproximativ 800 de ori mai grea, astfel încât puterea calorică are și o diferență multiplă. Din 1 kW de energie electrică cheltuită de un dispozitiv aer-aer, se pot obține doar 2 kW de căldură, iar o pompă de căldură apă-apă furnizează 5–6 kW. TN poate garanta un coeficient de eficiență (eficiență) atât de ridicat.

Compoziția componentelor pompei:

1. Sistem de încălzire a locuinței, pentru care este mai bine să folosiți pardoseli încălzite.
2. Cazan pentru alimentarea cu apa calda.
3. Un condensator care transferă energia colectată în exterior către fluidul de încălzire interioară.
4. Un evaporator care preia energie din lichidul de răcire care circulă în circuitul extern.
5. Un compresor care pompează agentul frigorific din evaporator, transformându-l dintr-o stare gazoasă în stare lichidă, crescând presiunea și răcindu-l în condensator.
6. O supapă de expansiune este instalată în fața evaporatorului pentru a regla debitul de agent frigorific.
7. Conturul exterior este așezat pe fundul rezervorului, îngropat în șanțuri sau coborât în ​​puțuri. Pentru pompele de căldură aer-aer, circuitul este o grilă exterioară a radiatorului, suflată de un ventilator.
8. Pompele pompează lichidul de răcire prin conducte din exterior și din interiorul casei.
9. Automatizare pentru control conform unui program dat de încălzire a încăperii, care depinde de modificările temperaturii aerului exterior.

În interiorul evaporatorului, lichidul de răcire al registrului țevii externe este răcit, dând căldură agentului frigorific al circuitului compresorului, apoi este pompat prin țevile din partea inferioară a rezervorului. Acolo se încălzește și ciclul se repetă din nou. Condensatorul transferă căldură către sistemul de încălzire a cabanei.

Preturi pentru diferite modele de pompe de caldura

Pompa de caldura

Principiul de funcționare

Principiul termodinamic al transferului de căldură, descoperit la începutul secolului al XIX-lea de omul de știință francez Carnot, a fost ulterior detaliat de Lord Kelvin. Dar beneficiile practice ale lucrărilor lor dedicate rezolvării problemei încălzirii locuințelor din surse alternative au apărut abia în ultimii cincizeci de ani.

La începutul anilor '70 ai secolului trecut, a avut loc prima criză energetică globală. Căutarea unor metode economice de încălzire a dus la crearea unor dispozitive capabile să colecteze energia din mediu, să o concentreze și să o direcționeze spre încălzirea locuinței.

Ca rezultat, a fost dezvoltat un design HP cu mai multe procese termodinamice care interacționează între ele:

1. Când agentul frigorific din circuitul compresorului intră în evaporator, presiunea și temperatura freonului scade aproape instantaneu. Diferența de temperatură rezultată contribuie la extragerea energiei termice din lichidul de răcire al colectorului extern. Această fază se numește expansiune izotermă.
2. Apoi are loc compresia adiabatică - compresorul crește presiunea agentului frigorific. În același timp, temperatura acestuia crește la +70 °C.
3. Trecând prin condensator, freonul devine lichid, deoarece la presiune crescută degajă căldură circuitului de încălzire intern. Această fază se numește compresie izotermă.
4. Când freonul trece prin șoc, presiunea și temperatura scad brusc. Are loc expansiunea adiabatică.

Încălzirea volumului intern al unei încăperi conform principiului HP este posibilă numai cu utilizarea echipamentelor de înaltă tehnologie echipate cu automatizare pentru a controla toate procesele de mai sus. În plus, controlerele programabile reglează intensitatea generării de căldură în funcție de fluctuațiile temperaturii aerului exterior.

Combustibil alternativ pentru pompe

Nu este nevoie să folosiți combustibil de carbon sub formă de lemn de foc, cărbune sau gaz pentru a opera HP. Sursa de energie este căldura planetei împrăștiată în spațiul înconjurător, în interiorul căruia se află un reactor nuclear care funcționează constant.

Învelișul solid al plăcilor continentale plutește pe suprafața magmei fierbinți lichide. Uneori izbucnește în timpul erupțiilor vulcanice. În apropierea vulcanilor se află izvoare geotermale, unde poți înota și face plajă chiar și iarna. O pompă de căldură poate colecta energie aproape oriunde.

Pentru a lucra cu diverse surse de căldură disipată, există mai multe tipuri de pompe de căldură:

1. „Aer-aer”. Extrage energie din atmosferă și încălzește masele de aer în interior.
2. „Apă-aer”. Căldura este colectată de un circuit extern din partea inferioară a rezervorului pentru utilizarea ulterioară în sistemele de ventilație.
3. "Panza freatica". Conductele de colectare a căldurii sunt amplasate orizontal în subteran sub nivelul de îngheț, astfel încât chiar și în cel mai sever îngheț pot primi energie pentru a încălzi lichidul de răcire în sistemul de încălzire al clădirii.
4. „Apă-apă”. Colectorul este așezat de-a lungul fundului rezervorului la o adâncime de trei metri, căldura colectată încălzește apa care circulă în podelele încălzite din interiorul casei.

Există o opțiune cu un colector extern deschis, când vă puteți descurca cu două puțuri: unul pentru colectarea apelor subterane și al doilea pentru scurgerea înapoi în acvifer. Această opțiune este posibilă doar dacă calitatea lichidului este bună, deoarece filtrele se înfundă rapid dacă lichidul de răcire conține prea multe săruri de duritate sau microparticule în suspensie. Înainte de instalare, este necesar să faceți o analiză a apei.

Dacă un puț forat se înfundă rapid sau apa conține multe săruri de duritate, atunci funcționarea stabilă a HP este asigurată prin forarea mai multor găuri în pământ. Buclele conturului exterior sigilat sunt coborâte în ele. Apoi fântânile sunt astupate folosind astupa făcută dintr-un amestec de lut și nisip.

Folosind pompe de dragă

Puteți extrage beneficii suplimentare din suprafețele ocupate de gazon sau paturi de flori folosind HP-ul sol-apă. Pentru a face acest lucru, trebuie să așezați țevi în șanțuri la o adâncime sub nivelul de îngheț pentru a colecta căldura subterană. Distanța dintre șanțurile paralele este de cel puțin 1,5 m.

În sudul Rusiei, chiar și în ierni extrem de reci, pământul îngheață până la maximum 0,5 m, astfel încât este mai ușor să îndepărtați complet stratul de pământ de la locul de instalare cu un greder, să așezați colectorul și apoi să umpleți groapa cu un excavator. Arbuștii și copacii, ale căror rădăcini pot deteriora conturul exterior, nu trebuie să fie plantați în acest loc.

Cantitatea de căldură primită de la fiecare metru de țeavă depinde de tipul de sol:

• nisip uscat, argilă - 10–20 W/m;
• argilă umedă - 25 W/m;
• nisip și pietriș umezit - 35 W/m.

Zona de teren adiacentă casei poate să nu fie suficientă pentru a găzdui un registru de conducte extern. Solurile nisipoase uscate nu oferă un flux suficient de căldură. Apoi folosesc puturi de foraj de până la 50 de metri adâncime pentru a ajunge la acvifer. Buclele colectoare în formă de U sunt coborâte în puțuri.

Cu cât adâncimea este mai mare, cu atât eficiența termică a sondelor din interiorul puțurilor crește. Temperatura din interiorul pământului crește cu 3 grade la fiecare 100 m. Eficiența extragerii energiei dintr-un rezervor de sondă poate ajunge la 50 W/m.

Instalarea și punerea în funcțiune a sistemelor HP este un set de lucrări complex tehnologic, care poate fi efectuat doar de specialiști cu experiență. Costul total al echipamentelor și materialelor componente este semnificativ mai mare în comparație cu echipamentele convenționale de încălzire cu gaz. Prin urmare, perioada de rambursare a costurilor inițiale se extinde pe ani. Dar o casă este construită pentru a rezista zeci de ani, iar pompele de căldură geotermale sunt cea mai profitabilă metodă de încălzire pentru căsuțele de la țară.

Economii anuale comparativ cu:

• cazan pe gaz - 70%;
• incalzire electrica - 350%;
• cazan cu combustibil solid - 50%.

Când se calculează perioada de rambursare a unui HP, merită să se țină seama de costurile de operare pentru întreaga durată de viață a echipamentului - cel puțin 30 de ani, apoi economiile vor depăși de multe ori costurile inițiale.

Pompe apă-apă

Aproape oricine poate plasa conducte colectoare din polietilenă în partea de jos a unui rezervor din apropiere. Acest lucru nu necesită multe cunoștințe profesionale, abilități sau instrumente. Este suficient să distribuiți uniform colacurile serpentinei pe suprafața apei. Trebuie să existe o distanță între viraje de cel puțin 30 cm și o adâncime de inundare de cel puțin 3 m. Apoi trebuie să legați greutățile de țevi, astfel încât acestea să meargă la fund. Cărămida substandard sau piatra naturală sunt destul de potrivite aici.

Instalarea unui colector HP apă-apă va necesita mult mai puțin timp și bani decât săparea șanțurilor sau forarea puțurilor. Costul achiziționării conductelor va fi, de asemenea, minim, deoarece îndepărtarea căldurii în timpul schimbului de căldură convectiv într-un mediu acvatic ajunge la 80 W/m. Beneficiul evident al utilizării HP este că nu este nevoie să ardeți combustibil cu carbon pentru a produce căldură.

O metodă alternativă de încălzire a unei locuințe devine din ce în ce mai populară, deoarece are mai multe avantaje:

1. Prietenos cu mediul.
2. Utilizează o sursă de energie regenerabilă.
3. După finalizarea punerii în funcțiune, nu există costuri regulate ale consumabilelor.
4. Reglează automat încălzirea din interiorul casei în funcție de temperatura exterioară.
5. Perioada de rambursare a costurilor inițiale este de 5-10 ani.
6. Puteți conecta un cazan pentru alimentarea cu apă caldă la cabană.
7. Vara functioneaza ca un aparat de aer conditionat, racind aerul de alimentare.
8. Durata de viață a echipamentului este de peste 30 de ani.
9. Consum minim de energie - generează până la 6 kW de căldură folosind 1 kW de energie electrică.
10. Independență completă de încălzire și aer condiționat a cabanei în prezența unui generator electric de orice tip.
11. Este posibilă adaptarea la sistemul „casa inteligentă” pentru control de la distanță și economii suplimentare de energie.

Pentru a funcționa un HP apă-apă, sunt necesare trei sisteme independente: circuite externe, interne și compresoare. Ele sunt combinate într-un singur circuit prin schimbătoare de căldură în care circulă diverși agenți de răcire.

La proiectarea unui sistem de alimentare cu energie, trebuie luat în considerare faptul că pomparea lichidului de răcire prin circuitul extern consumă energie electrică. Cu cât lungimea țevilor, a coturilor și a se întoarce mai mare, cu atât VT este mai puțin profitabilă. Distanța optimă de la casă până la mal este de 100 m. Poate fi extinsă cu 25% prin creșterea diametrului conductelor colectoare de la 32 la 40 mm.

Aer - split și mono

Este mai profitabil să folosiți aer HP în regiunile sudice, unde temperatura scade rar sub 0 °C, dar echipamentele moderne pot funcționa la -25 °C. Cel mai adesea, sunt instalate sisteme split, constând din unități interioare și exterioare. Setul extern constă dintr-un ventilator care sufla prin grila radiatorului, setul intern este format dintr-un schimbător de căldură condensator și un compresor.

Proiectarea sistemelor split prevede comutarea reversibilă a modurilor de funcționare folosind o supapă. Iarna, unitatea externă este un generator de căldură, iar vara, dimpotrivă, o eliberează în aerul exterior, funcționând ca un aparat de aer condiționat. Pompele de căldură cu aer se caracterizează prin instalarea extrem de simplă a unității externe.

Alte beneficii:

1. Eficiența ridicată a unității exterioare este asigurată de suprafața mare de schimb de căldură a grilei radiatorului evaporatorului.
2. Funcționarea neîntreruptă este posibilă la temperaturi exterioare de până la -25 °C.
3. Ventilatorul este situat în afara camerei, astfel încât nivelul de zgomot este în limite acceptabile.
4. Vara, sistemul split funcționează ca un aparat de aer condiționat.
5. Temperatura setată în interiorul încăperii este menținută automat.

La proiectarea încălzirii clădirilor situate în regiuni cu ierni lungi și geroase, este necesar să se țină cont de eficiența scăzută a încălzitoarelor de aer la temperaturi sub zero. Pentru 1 kW de energie electrică consumată există 1,5–2 kW de căldură. Prin urmare, este necesar să se asigure surse suplimentare de alimentare cu căldură.

Cea mai simplă instalare a VT este posibilă atunci când se utilizează sisteme monobloc. Doar conductele de răcire intră în cameră, iar toate celelalte mecanisme sunt situate în exterior într-o singură carcasă. Acest design crește semnificativ fiabilitatea echipamentului și, de asemenea, reduce zgomotul la mai puțin de 35 dB - aceasta este la nivelul unei conversații normale între două persoane.

Când instalarea unei pompe nu este rentabilă

Este aproape imposibil să găsești terenuri libere în oraș pentru localizarea conturului extern al unui HP sol-apă. Este mai ușor să instalați o pompă de căldură cu sursă de aer pe peretele exterior al clădirii, ceea ce este benefic în special în regiunile sudice. Pentru zonele mai reci cu înghețuri prelungite, există posibilitatea de înghețare a grilei exterioare a radiatorului a sistemului split.

Eficiența ridicată a HP este asigurată dacă sunt îndeplinite următoarele condiții:

1. Camera încălzită trebuie să aibă structuri de închidere exterioare izolate. Cantitatea maximă de pierdere de căldură nu poate depăși 100 W/m2.
2. TN este capabil să funcționeze eficient doar cu un sistem inerțial de „pardoseală caldă” la temperatură joasă.
3. În regiunile nordice, HP ar trebui utilizat împreună cu surse de căldură suplimentare.

Când temperatura aerului exterior scade brusc, circuitul inerțial al „pardoselii calde” pur și simplu nu are timp să încălzească camera. Acest lucru se întâmplă des iarna. În timpul zilei soarele era cald, termometrul arăta -5 °C. Noaptea, temperatura poate scădea rapid la -15 ° C, iar dacă bate un vânt puternic, gerul va fi și mai puternic.

Apoi, trebuie să instalați baterii obișnuite sub ferestre și de-a lungul pereților exteriori. Dar temperatura lichidului de răcire din ele ar trebui să fie de două ori mai mare decât în ​​circuitul „pardoseală caldă”. Un șemineu cu circuit de apă poate furniza energie suplimentară într-o cabană de țară, iar un cazan electric poate furniza energie suplimentară într-un apartament din oraș.

Rămâne doar să se determine dacă HP va fi sursa de căldură principală sau suplimentară. În primul caz, trebuie să compenseze 70% din pierderea totală de căldură a încăperii, iar în al doilea - 30%.

Video

Videoclipul oferă o comparație vizuală a avantajelor și dezavantajelor diferitelor tipuri de pompe de căldură și explică în detaliu structura sistemului aer-apă.

Evgheniei AfanasievEditor sef

Pompele de căldură devin din ce în ce mai populare. Cu ajutorul acestor dispozitive puteți încălzi (răci) case și organiza alimentarea cu apă caldă, economisind bani semnificativi.

Este destul de dificil pentru oamenii departe de fizică să înțeleagă principiul de funcționare a pompelor de căldură și, prin urmare, pe internet circulă multe concepții greșite, care sunt folosite de producători și vânzători fără scrupule. În acest articol vom încerca să explicăm într-o formă accesibilă principiul de funcționare și să risipim câteva dintre miturile pe care le-a dobândit această unitate minunată.

pro

Știm de la școală că în condiții normale o substanță mai rece nu poate ceda căldura ei uneia mai fierbinți, ci dimpotrivă, este încălzită de ea până când temperaturile lor sunt egale. Acesta este adevărul sfânt. Dar pompa de căldură creează astfel de condiții încât mediul mai rece începe să-și cedeze căldura celui mai cald, răcind astfel și mai mult.

Cel mai simplu și obosit exemplu de pompă de căldură este un frigider. În ea, căldura este pompată dintr-o cameră mai rece într-o zonă mai caldă de bucătărie. În același timp, congelatorul se răcește și mai mult, iar bucătăria se încălzește și mai mult de la caloriferul situat pe panoul din spate al frigiderului.

Principiul de funcționare al majorității pompelor de căldură se bazează pe proprietățile agenților de răcire intermediari (gaze, cel mai adesea freoni) care sunt utilizați în aceste mașini. Freonii sunt intermediarul care vă permite să luați căldură dintr-un corp mai rece, dându-l unuia mai fierbinte.

Probabil ați observat că, dacă eliberați rapid gazul comprimat dintr-o cutie de umplere mai ușoară, acesta se evaporă și răcește recipientul, care poate deveni acoperit de îngheț chiar și pe vreme caldă. Opusul este și adevărat: atunci când este comprimat, gazul se încălzește. Ținând cont de acest lucru, nu vă va fi deloc dificil să înțelegeți principiul de funcționare a unei pompe de căldură, cea mai simplă diagramă a cărei figură este prezentată.

Componente pompe de căldură

Cea mai simplă pompă de căldură este formată din patru componente importante:

• evaporator;
• condensator;
• compresor;
• capilar.

Compresorul comprimă freonul într-o stare lichidă în condensator, care se încălzește. Această căldură poate fi folosită în încălzire sau în furnizarea de apă caldă prin organizarea celui mai simplu schimb de căldură între un condensator cald și o cameră sau un cazan mai rece.

Trecând prin condensator, freonul lichefiat se răcește, degajând căldură în timpul schimbului de căldură către radiatoarele de încălzire sau țevile de pardoseală încălzite și începe să se condenseze. Trecând prin capilar în evaporator, freonul devine din nou gazos, în timp ce răcește evaporatorul (vă amintiți de înghețul de pe cutie?).

Pentru a vă asigura că procesul nu se oprește, trebuie să furnizați în mod constant căldură evaporatorului, altfel freonul de acolo va înceta pur și simplu să se evapore, deoarece temperatura evaporatorului poate scădea semnificativ cu funcționarea constantă a compresorului. Chiar și o temperatură de minus treizeci, furnizată la evaporator, poate fi suficientă pentru a menține evaporarea, deoarece temperatura de evaporare a gazelor utilizate în pompele de căldură este mult mai mică decât această valoare.

Să presupunem că temperatura de evaporare a freonului este de minus șaizeci de grade Celsius și suflam aer înghețat de stradă pe evaporator, cu o temperatură de minus treizeci - freonul, în mod natural, se va evapora, luând căldură chiar și de la un aer atât de rece. Astfel, se dovedește că pompa de căldură, așa cum spune, pompează temperatura dintr-un mediu mai rece într-unul mai cald.

Ce să cauți când cumperi?

Acest efect dă naștere la multe mituri pe care „vânzătorii” fără scrupule le folosesc pentru a-și vinde mai bine produsele.

Cel mai răspândit mit este afirmația că eficiența pompelor de căldură depășește unu. Este clar că această afirmație este o prostie pură. De fapt, eficiența motoarelor termice nu poate fi mai mult de una, și chiar și cu pompele de căldură moderne este destul de mică - mai mică decât cel mai ieftin încălzitor de ulei. Oamenii pur și simplu confundă adesea eficiența și așa-numitul COP.

COP este mai mult un coeficient economic decât unul fizic. Acesta arată raportul dintre energia electrică plătită pentru pomparea căldurii gratuite din stradă și cantitatea de căldură care intră în cameră. Acestea. KOP 5 - asta înseamnă pur și simplu că pentru a pompa 5 kW de căldură gratuită de pe stradă în casă, am cheltuit 1 kW de energie electrică plătită. Doar că COP nu ia în calcul energia termică gratuită din stradă, ci doar numără ceea ce a fost primit ca urmare și ce a fost cheltuit pentru ea.

Un alt mit este, de asemenea, legat de COP: în pașapoartele pompelor de căldură și pe etichetele de preț ale vânzătorilor, este indicată cu mândrie o singură valoare COP, care pur și simplu induce în eroare cumpărătorii. Cert este că COP-ul pompelor de căldură este o valoare variabilă, nu una constantă. Și mulți oameni de afaceri fără scrupule tac despre asta, pentru că indică COP pentru cele mai favorabile condiții, când este aproape maxim. Și acest lucru este mult mai periculos decât concepțiile greșite despre eficiența fiind supraunitate, pentru că este plină de consecințe reale.

Imaginează-ți că ai crezut că vei cheltui 1 kW de energie electrică pentru a produce 5 kW de căldură pentru aceeași încălzire iarna, deoarece fișa tehnică a pompei de căldură precizează că COP = 5. Am cumpărat o pompă de căldură cu puterea necesară, am asamblat un sistem de încălzire... Și în cel mai inoportun moment, când înghețurile sunt cele mai severe, încălzitorul tău consumă nu 1 din 5, ci 1 din 2 în cel mai bun caz, sau nu este deloc capabil să producă căldura necesară pentru încălzire. Și apoi se înțelege că este posibil să se încălzească cu acest sistem special doar în afara sezonului... O situație foarte neplăcută - să dai mulți bani și să încălzești cu calorifere ieftine cu ulei pe vreme rece și doar pentru că s-a bazat pe COP și pe producția de căldură stabilă, ireductibilă.

Astăzi, întreaga lume civilizată se luptă să economisească resursele energetice. Desigur, nimeni nu a reușit încă să creeze o mașină cu mișcare perpetuă, dar a fost deja găsită o sursă aproape constantă de alimentare cu căldură. Acesta este mediul nostru:

• atmosfera;
• pamantul;
• panza freatica;
• corpuri naturale de apă.

Singura întrebare care rămâne este: cum poate fi acumulată căldura din mediul extern și direcționată către nevoile interne?

În aceste scopuri, se utilizează o unitate precum o pompă de căldură. De fapt, mulți oameni instruiți din punct de vedere tehnic îl știu deja - este implementat în orice sistem modern de refrigerare sau climatizare.

Mai mult, această unitate funcționează în cel mai direct mod: în modul de încălzire, acestea acumulează căldură atmosferică externă, transferând-o către dispozitivele interne de transfer de căldură - radiatoare ventilate.

Trebuie remarcat imediat că utilizarea unui astfel de dispozitiv va fi eficientă pentru încălzirea oricăror spații izolate cu temperatura sursei de caldura care depaseste un grad Celsius.

Principiul de funcționare al acestei unități este fundamental pe legea lui Carnot. Se bazeaza pe acumularea de energie termică de calitate scăzută de către agentul frigorific cu transferul său ulterior către consumator.

1. Agentul frigorific, care are o temperatură mai scăzută, este încălzit din surse externe– sol, fântâni adânci, rezervoare naturale, trecând în stare gazoasă de agregare.
2. El cu forța comprimat de compresor, încălzindu-se și mai mult, și capătă din nou o stare lichidă, eliberând toată energia termică acumulată în radiatoarele de încălzire.
3. Ciclul se repetă– agentul frigorific lichid intră din nou în circuitul extern al sistemului, unde, evaporându-se, este încărcat cu energie termică din surse de căldură exterioare.

În acest caz, se consumă doar energia electrică necesară comprimării și circulației agentului frigorific în sistem, adică încălzirea interiorului se realizează în cel mai economic mod.

Tipuri de pompe de căldură

Există trei modificări principale ale pompelor de căldură:

• • • „apă – apă”;
    • „sol – apă”;
    • „aer – apă”.

Generatoare de căldură apă-apă

Astăzi, pompele de căldură sunt utilizate pe scară largă în țările europene foarte dezvoltate. De exemplu, în Țările de Jos, întregi comunități de cabane sunt încălzite folosind acest dispozitiv de schimb de căldură, deoarece există o abundență de mine geotermale umplute cu apă cu o temperatură constantă de 32 de grade Celsius. Și aceasta este practic o sursă gratuită de căldură.

O variație similară a generatoare de căldură
echipamentul se numește „apă - apă”. Această categorie include orice tip de sisteme termice care utilizează medii lichide ca surse de energie termică.

De obicei, acest principiu de funcționare este implementat după cum urmează:

• apa calda din fantana este furnizata la exterior, după care este deversat într-o altă fântână sau într-un corp de apă din apropiere.
• Radiatorul este montat în partea de jos a unui rezervor fără gheață. Este realizat din țeavă inoxidabilă sau metal-plastic. Mai mult, pentru a economisi agentul frigorific scump - freon - este adesea folosit circuit intermediar de răcire umplut cu „antigel”- antigel sau solutie de glicol (antigel).

Costul unităților apă-apă variază foarte mult și depinde, în primul rând, de capacitatea de generare a căldurii și de țara de origine.

Asa de, cea mai mică unitate de fabricație rusă, capabil să dezvolte termice putere de aproximativ 6 kW, va costa aproape 2000 USD, iar echipamentele industriale cu două compresoare cu o putere mai mare de 100 kW vor costa aproape treizeci de mii de dolari STATELE UNITE ALE AMERICII.

Unități aer-apă

Când utilizați atmosfera sau lumina soarelui ca sursă de energie termică Pompa de căldură este considerată a fi din clasa aer-apă. În acest caz, un ventilator de circulație este adesea instalat pe schimbătorul de căldură extern, care pompează suplimentar aerul exterior cald.

Costul unui aparat de încălzire a aerului de 18 kilowați din această clasă fabricat în Rusia începe de la 5.000 de dolari, iar pentru echipamente de doisprezece kilowați de la compania japoneză Fujitsu consumatorul va trebui să plătească aproape 9.000 de dolari.

Echipamente din clasa "sol - apă".

Există, de asemenea, o variație care folosește sursa de energie termica potenţialul acumulat în sol.
Există două tipuri de astfel de structuri: verticale și orizontale.

• Vertical— dispunerea colectorului de colectare a căldurii este liniară. Toate sistemul este amplasat în șanțuri verticale a căror adâncime este de 20...100 metri.
• Orizontală- sunt așezate configurații exterioare ale colectorului, de obicei țevi răsucite spiralat metal-plastic 2…4 metri șanțuri orizontale. Și în acest caz, Cu cât este mai mare adâncimea radiatorului extern, cu atât mai bine funcționează încălzirea „de la sol”..

Prețul pentru unitățile din clasa "sol - apă" este comparabil cu echipamentele de aceeași capacitate din clasa "apă - apă" și începe de la două mii de dolari SUA pentru o pompă de șase kilowați.

Avantaje și dezavantaje ale unui sistem de încălzire bazat pe o pompă de căldură

Proprietățile pozitive ale pompelor de căldură includ:

Revizuire: Anul trecut am achiziționat o pompă de căldură aer-apă monobloc pentru încălzirea unei case de țară. Scump, desigur, dar sper că se va plăti în 10 ani. Furnizorul a instalat singur pompa și a conectat-o ​​la sistemul de încălzire, totul funcționează practic fără participarea mea. Sunt multumit de alegere.

Dezavantajele unei pompe de căldură includ:

• Cost ridicat de instalare. Pentru funcționarea normală a echipamentelor termice, este necesar să depuneți eforturi semnificative - săpați șanțuri lungi, așezați puțuri adânci sau depășiți adesea distanțe semnificative până la cel mai apropiat corp de apă.
• Necesitatea implementării de înaltă calitate a sistemului. Cea mai mică scurgere de agent frigorific sau lichid de răcire intermediar poate strica toate eforturile. Prin urmare, la amenajarea unui circuit de orice variație, este necesar să se folosească forța de muncă de specialiști exclusiv calificați și în timpul funcționării sistemului, să se elimine riscul depresurizării acestuia.

Pompă de căldură DIY. Asamblare si instalare

Desigur, investiția inițială în organizarea încălzirii locuinței folosind această tehnologie este foarte mare. Prin urmare, mulți oameni obișnuiți care sunt interesați de acest sistem ultra-economic au dorința de a economisi măcar puțin, construindu-l ei înșiși.

Pentru a face acest lucru aveți nevoie de:

• Cumpărați un compresor. Orice unitate funcțională dintr-un sistem de aer condiționat split de uz casnic va funcționa.
• Construiți un condensator. În cel mai simplu caz, poate fi obișnuit rezervor din oțel inoxidabil cu un volum de 100 litri. Este tăiat în jumătate, iar în interiorul ei este montată o bobină de țeavă de cupru cu diametru mic. Grosimea peretelui bobinei trebuie să fie de cel puțin un milimetru. După desfacerea bobinei, este necesar să sudați înapoi rezervorul într-o structură completă, respectând condițiile de etanșeitate.
• Asamblați evaporatorul. Acesta ar putea fi un recipient de plastic de 60-80 de litri cu o țeavă de ¾ inch încorporată în el.
• Pentru a organiza un contur extern situat în pământ, este mai bine să folosiți modern– sunt mult mai rezistente decat cele clasice din metal iar instalarea lor este mult mai fiabila si mai rapida.

Rămâne doar să invităm un tehnician echipament frigorific, astfel încât, folosind echipamente specializate, să sigileze calitativ toate îmbinările sistemului și să-l umple cu freon.

Urmăriți un videoclip despre instalarea unei pompe de căldură Daikin Altherma:

Aceasta completează instalarea unității generatoare de căldură. Puteți profita de toate avantajele sale, dintre care principalul este consumul redus de energie - electricitate cu capacitate semnificativă de generare de căldură.

Un sistem de încălzire este conceput pentru a menține temperatura optimă a aerului din interior, indiferent de temperatura ambiantă. Acesta este un complex de elemente care primesc, transportă și transmit o anumită cantitate de căldură în toate încăperile. Lichidanții de răcire se disting:

• primar – transferă căldură din sistemul de producere a energiei către purtătorul termic;
• secundar - transferă căldura în cameră prin dispozitive de încălzire.

Sistemul de încălzire a locuinței este una dintre condițiile importante și necesare pentru construcția clădirilor. Include 3 elemente:

• sursa de energie termica;
• comunicații (conducte termice);
• dispozitive de încălzire (radiatoare).

Echipament de pompare

Pompe de uz casnic și tipurile acestora

De mai bine de două mii de ani, omenirea folosește echipamente de pompare. În acest timp, a fost îmbunătățit constant și a dobândit multe modificări, dintre care putem evidenția doua grupe principale:

• submersibil;
• superficial.

Pompele pompează apa din fântâni, măruntaiele pământului, fântâni, bazine și cresc presiunea apei în sistemele hidraulice. Pompele de uz casnic pot fi alimentate electric, cu motor cu ardere internă sau manuale.

Pompe în sisteme de încălzire

Cea mai importantă realizare în utilizarea echipamentelor de pompare este capacitatea de a elimina complet necesitatea de a utiliza combustibil solid, gaz și alte surse de căldură achiziționate. În Europa, proprietarii de case se străduiesc să instaleze un sistem de încălzire care să funcționeze datorită energiei naturale prin pompe de căldură. Pentru piața internă, instalarea unor astfel de sisteme este nouă. Pompele de căldură pot face parte din sistemele integrate care încălzesc și răcesc spațiile. HP (pompe de căldură) se modifică în funcție de sursa de energie (apă, pământ, aer).

Dispozitiv cu pompa de caldura

O pompă de căldură este un frigider care transferă căldura din interior spre exterior.

Un astfel de sistem include:

• Pompa de caldura;
• echipamente de admisie (sonde geotermale, colectoare);
• sistem de distribuție a căldurii (calorifere, încălzire prin pardoseală, pereți).

Pompa de caldura este formata din:

• evaporator;
• condensator;
• supapa de expansiune ( supapa de expansiune care reduce presiunea prin diluarea gazului);
• compresor (care lichefiază gazul și crește presiunea).

Principiul de funcționare

Modelul general arată principiul de funcționare al sistemului. Pentru a facilita înțelegerea întregului proces, vom trece de la simplu la complex. Mai întâi, să ne imaginăm o buclă închisă cu gaz condus de un compresor. Prin adăugarea unei supape de expansiune se vor forma două zone în sistem: cu presiune înaltă și cu presiune scăzută. Fiind comprimat gazul se încălzește, iar când presiunea scade, se răcește. Mai mult, cea mai ridicată temperatură a gazului se observă imediat la ieșirea din compresor, iar cea mai scăzută temperatură a gazului din sistem este în punctul de ieșire din supapa de expansiune.

Prin adăugarea a două schimbătoare de căldură la sistem, pe de o parte, gazul încălzit va transfera o parte din căldură către consumator prin schimbătorul de căldură al condensatorului, pe de altă parte, gazul deja răcit prin schimbătorul de căldură din evaporator va absorbi căldura din o sursă externă. Acest model are functii de pompa de caldura.

Vedere completă a TN reprezinta dupa conectare la o sursa de caldura de joasa temperatura (sonde geotermale) si un sistem de incalzire (calorifere, pardoseli si pereti incalziti).

Lichidul de răcire (refrigerant) circulă în circuitul intermediar, al cărui punct de fierbere este puțin peste -5 ° C. Într-o parte a ciclului este un lichid, iar în cealaltă este un gaz.

Freonul este de obicei folosit. Inițial este în stare lichidă. Pe măsură ce se încălzește, temperatura îi crește. Când este încălzit, freonul se transformă într-un gaz cu o temperatură de aproximativ cinci grade.

Mai departe de-a lungul lanțului, gazul intră în compresor, care îl comprimă. Ca rezultat, cantitatea maximă de căldură posibilă pentru instalație este eliberată la ieșire (de la +35 la +60-65 ° C). După gazul fierbinte intră în condensator, unde căldura este transferată de la lichidul de răcire către circuitele sistemului de încălzire a încăperii.

După ce a renunțat la cea mai mare parte a energiei termice, freonul gazos intră în supapa de expansiune. Trecând prin această supapă, presiunea și temperatura scad brusc, ale căror valori în punctul de ieșire din supapă sunt cele mai scăzute din ciclu.

Apoi mișcarea repetă cercul.

Combustibil alternativ pentru pompe de căldură

O soluție de inginerie, cum ar fi o pompă de căldură, oferă o oportunitate uimitoare de a obține căldură din surse naturale de bază inepuizabileși să fie independent de resursele energetice achiziționate. Soarele încălzește aerul, apa și pământul. În orice moment al anului, aproape peste tot, aceste surse au căldură de grad scăzut. Prin urmare, pompele de căldură vin în următoarele categorii:

• sol (ape subterane);
• acvatice (apa-apa);
• aer (aer-apă).

Pompe de sol

Se știe că sub punctul de îngheț, solul are o temperatură constant pozitivă (+4-6 ° C). Aici au fost dezvoltate două principii pentru obținerea căldurii pentru încălzire prin:

• contur orizontal;
• colector vertical.

Circuit geotermal orizontal

Necesar în funcție de tipul de sol:

• suprafata de la 200 m2 sau mai mult;
• groapă cu o adâncime de 1,2 până la 2 m.

Prea adânc pământul nu acumulează căldură și nu este nevoie să săpați tranșee mai adânci. În funcție de zonă, țevile de polietilenă sunt așezate într-un șarpe orizontal (buclă, melc) în șanțuri, umplute cu antigel (lichid antigel), presate și îngropate. Lungimea totală a circuitului este calculată aproximativ ca 5 m.p. de țeavă pe 1 m2 de suprafață a casei încălzite. Este posibil să utilizați așezarea în spirală, ceea ce economisește puțin spațiu. N dezavantaje:

pro.

Această metodă este considerată cea mai eficientă. În medie, puterea pe 1 m2 variază de la 30 la 65-75 W în orice condiții de mediu. Dacă nu este posibil să ocupați o suprafață destul de mare pentru așezarea țevilor, merită să luați în considerare opțiunea de a folosi contururi verticale.

Sonde verticale

Această metodă presupune forarea mai multor puțuri cu o adâncime de 20 de metri. La această distanță de suprafață, pământul începe să se încălzească și are o temperatură de 8-10 ° C sau mai mult. Adâncimea de găurire depinde de:

• amplasarea clădirii;
• tip de sol.

Această opțiune pentru instalarea unui sistem de pompă de căldură pentru încălzirea unei clădiri se caracterizează prin:

• muncă pregătitoare și organizatorică și tehnică semnificativă;
• cele mai mari investiții de capital;
• zonă mare ocupată (la forarea mai multor puțuri, distanța minimă dintre ele nu trebuie să depășească 8 metri);
• un astfel de dezavantaj ca o scădere treptată a transferului de căldură în timp la adâncimea mare a puțurilor;
• transfer de căldură pe unitate de lungime 50-60 W.

Foraj în cluster

Există o tehnologie pentru forarea puțurilor care nu necesită suprafețe atât de mari. Aceasta este forarea în cluster. Diferența aici este că sunt alocați până la 4 m2 pentru fântână; acesta poate fi amplasat și sub casă. Pompele de căldură geotermale implică utilizarea conductelor:

• polimer;
• metal rezistent la coroziune.

A doua opțiune este mai scumpă, dar aici există rate mai mari de transfer de căldură pe 1 m.p. pentru aceeași perioadă de timp și este, de asemenea, posibilă reducerea adâncimii puțurilor. Durata de viață a unor astfel de pompe de căldură (pompe de căldură) este de 50-70 de ani.

Pompe apă-apă

În sezonul rece, apa are o temperatură destul de caldă de +5-7° C. Funcționarea unor astfel de HP-uri se bazează pe utilizarea puțurilor deschise pentru captarea și evacuarea apelor subterane. În practică, se folosesc două metode:

• țevile polimerice, cântărite cu o sarcină, sunt așezate pe fundul rezervorului. Productivitatea este de aproximativ 30 W per 1 lm. Această metodă este relativ mai ușor de implementat, dar necesită o lungime mare a circuitului;
• utilizarea unei puțuri, din care intră energia în sistemul de încălzire, și a unei puțuri pentru scurgerea apei răcite.

Pompe de căldură cu sursă de aer

Sistemele cu pompe de căldură cu aer sunt mult mai ieftine și mai simple, dar mai puțin eficiente. Există două opțiuni pentru astfel de pompe:

Despică

Prezentat cu cutii externe și interne:

• primul include un ventilator și un evaporator;
• al doilea este un condensator și un sistem de control automat. Compresorul poate fi amplasat în oricare dintre cutii.

Mono

Componentele sunt plasate într-un singur bloc. Sistemul poate fi instalat atât în ​​interior, cât și în exterior. Durabilitatea HP aeropurtată este de aproximativ 20 de ani.

Beneficiile alegerii unui sistem de incalzire cu pompa de caldura

Instalarea unor astfel de sisteme de încălzire a locuinței este diferită:

A alege să instalezi o pompă de căldură atunci când nu există nicio conductă de gaz în apropiere este cea mai optima solutie. Și calculele preliminare competente pentru proiectarea unei case, inclusiv instalarea de pardoseli și pereți încălziți, utilizarea materialelor de izolare termică în construcția structurilor de închidere și alegerea tipului de pompă de căldură în complex vor da efectul maxim din funcţionarea casei.

O pompă de căldură este un dispozitiv universal care combină funcțional caracteristicile unui aparat de aer condiționat, un încălzitor de apă și un cazan de încălzire. Acest dispozitiv nu folosește combustibil convențional; funcționarea sa necesită surse regenerabile din mediu - energie din aer, sol, apă.

Prin urmare, o pompă de căldură astăzi este cea mai rentabilă unitate, deoarece funcționarea sa nu depinde de costul combustibilului și este, de asemenea, ecologică, deoarece sursa de căldură nu este electricitatea sau produsele de ardere, ci sursele naturale de căldură.

Pentru a înțelege mai bine cum funcționează o pompă de căldură pentru încălzirea unei case, merită să ne amintim principiul de funcționare a unui frigider. Aici substanța de lucru se evaporă, eliberând frigul. În pompă, dimpotrivă, condensează și produce căldură.

Principiul de funcționare al pompei de căldură

Întregul proces al sistemului este prezentat sub forma unui ciclu Carnot - numit după inventator. Poate fi descris după cum urmează. Lichidul de răcire trece prin circuitul de lucru - aer, pământ, apă și combinațiile lor , de unde este trimis la primul schimbător de căldură - camera de evaporare. Aici transferă căldura acumulată agentului frigorific care circulă în circuitul intern al pompei.

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură pentru încălzirea locuinței

Agentul frigorific lichid intră în camera de evaporare, unde presiunea scăzută și temperatura (5 0 C) îl transformă în stare gazoasă. Următoarea etapă este transferul de gaz la compresor și comprimarea acestuia. Ca urmare, temperatura gazului crește brusc, gazul trece în condensator, aici schimbă căldură cu sistemul de încălzire. Gazul răcit se transformă în lichid și ciclul se repetă.

Avantajele și dezavantajele pompelor de căldură

Funcționarea pompelor de căldură pentru încălzirea unei locuințe poate fi controlată folosind termostate special instalate. Pompa pornește automat când temperatura mediului scade sub o valoare setată și se oprește dacă temperatura depășește un punct de referință. Astfel, dispozitivul menține o temperatură constantă în cameră - acesta este unul dintre avantajele dispozitivelor.

Avantajele dispozitivului sunt eficiența acestuia - pompa consumă o cantitate mică de energie electrică și respectarea mediului, sau siguranță absolută pentru mediu. Principalele avantaje ale dispozitivului:

• Fiabilitate. Durata de viață depășește 15 ani, toate părțile sistemului au o durată de viață ridicată, fluctuațiile de energie nu dăunează sistemului.
• Siguranță. Nu există funingine, evacuare, flacără deschisă, scurgerile de gaz sunt excluse.
• Confort. Funcționarea pompei este silențioasă, climatizarea și un sistem automat, a cărui funcționare depinde de condițiile meteorologice, contribuie la crearea confortului și confortului în casă.
• Flexibilitate. Aparatul are un design modern, stilat si poate fi combinat cu orice sistem de incalzire a locuintei.
• Versatilitate. Folosit în construcții private și civile. Pentru că are o gamă largă de putere. Datorită acestui fapt, poate furniza căldură încăperilor de orice dimensiune - de la o casă mică la o căsuță.

Structura complexă a pompei determină principalul său dezavantaj - costul ridicat al echipamentului și instalarea acestuia. Pentru a instala dispozitivul, este necesar să efectuați lucrări de excavare în volume mari.

Pompe de căldură - clasificare

Funcționarea unei pompe de căldură pentru încălzirea unei case este posibilă într-un interval larg de temperatură - de la -30 la +35 grade Celsius. Cele mai comune dispozitive sunt absorbția (transferă căldura prin sursa sa) și compresia (circulația fluidului de lucru are loc din cauza electricității). Dispozitivele de absorbție sunt cele mai economice, dar sunt mai scumpe și au un design complex.

Clasificarea pompelor după tipul sursei de căldură:

1. geotermal. Ele iau căldura apei sau a pământului.
2. Aeropurtat. Ele iau căldură din aerul atmosferic.
3. Căldura secundară. Ele iau așa-numita căldură industrială - generată în timpul producției, încălzirii și altor procese industriale.

Lichidul de răcire poate fi:

• Apă dintr-un rezervor artificial sau natural, apă subterană.
• Amorsare.
• Masele de aer.
• Combinații ale mediilor de mai sus.

Pompă geotermală - principii de proiectare și funcționare

O pompă geotermală pentru încălzirea unei case folosește căldura solului, pe care o selectează cu sonde verticale sau cu un colector orizontal. Sondele sunt amplasate la o adâncime de până la 70 de metri, sonda este situată la mică distanță de suprafață. Acest tip de dispozitiv este cel mai eficient deoarece sursa de căldură are o temperatură destul de ridicată, constantă pe tot parcursul anului. Prin urmare, este necesar să cheltuiți mai puțină energie pentru a transporta căldura.

Un astfel de echipament necesită costuri mari de instalare. Costul forării puțurilor este mare. În plus, suprafața alocată colectorului trebuie să fie de câteva ori mai mare decât suprafața casei sau a cabanei încălzite. Important de reținut: terenul pe care se afla colectorul nu poate fi folosit pentru plantarea de legume sau pomi fructiferi - radacinile plantelor vor fi supraracite.

Folosind apa ca sursa de caldura

Un corp de apă este o sursă de cantități mari de căldură. Pentru pompă, puteți folosi rezervoare care nu îngheață de la 3 metri adâncime sau apă subterană la un nivel înalt. Sistemul poate fi implementat după cum urmează: conducta schimbătorului de căldură, cântărită cu o sarcină la o rată de 5 kg pe 1 metru liniar, este așezată pe fundul rezervorului. Lungimea conductei depinde de filmarea casei. Pentru o camera de 100 mp. Lungimea optimă a conductei este de 300 de metri.

În cazul utilizării apei subterane, este necesar să se foreze două puțuri, amplasate una după alta în direcția apei subterane. În primul puț este plasată o pompă, care furnizează apă schimbătorului de căldură. Apa răcită curge în al doilea puț. Acesta este așa-numitul circuit deschis de colectare a căldurii. Principalul său dezavantaj este că nivelul apei subterane este instabil și poate varia semnificativ.

Aerul este cea mai accesibilă sursă de căldură

Când se folosește aer ca sursă de căldură, schimbătorul de căldură este un radiator, suflat forțat de un ventilator. Dacă o pompă de căldură este utilizată pentru a încălzi o casă folosind un sistem aer-apă, utilizatorul primește următoarele beneficii:

• Posibilitate de incalzire intreaga casa. Apa, acționând ca lichid de răcire, este distribuită prin aparatele de încălzire.
• Cu costuri minime de energie, este posibilă asigurarea locuitorilor cu apă caldă. Acest lucru este posibil datorită prezenței unui schimbător de căldură suplimentar izolat termic cu un rezervor de stocare.
• Pompele de un tip similar pot fi folosite pentru a încălzi apa în piscine.

Dacă pompa funcționează pe un sistem aer-aer, lichidul de răcire nu este folosit pentru încălzirea încăperii. Încălzirea se realizează folosind energia termică primită. Un exemplu de implementare a unei astfel de scheme ar fi un aparat de aer condiționat convențional setat pe modul de încălzire. Astăzi, toate dispozitivele care folosesc aerul ca sursă de căldură sunt bazate pe invertor. În ele, curentul alternativ este transformat în curent continuu, oferind un control flexibil al compresorului și al funcționării acestuia fără oprire. Și acest lucru crește resursele dispozitivului.

Pompă de căldură - un sistem alternativ de încălzire a locuinței

Pompele de căldură sunt o alternativă la sistemele moderne de încălzire. Sunt economice, ecologice și sigure de utilizat. Cu toate acestea, costul ridicat al lucrărilor de instalare și al echipamentului de astăzi nu permite ca dispozitivele să fie folosite peste tot. Acum știți cum funcționează o pompă de căldură pentru încălzirea unei case și, după ce ați calculat toate avantajele și dezavantajele, puteți decide dacă o instalați.