Принципът на работа на термопомпата. Как работи термопомпата? Схема и технология на работа на термопомпа Термопомпа за вода

Термопомпата е добра алтернатива на традиционното отопление на частен дом. Устройството, използвано от 30 години в западните страни, все още е нов продукт в Русия. Пречка за масовото му използване са два фактора: високата цена и липсата на информация за термопомпите, техните предимства и принцип на работа. Индикатор за практичността на геотермалната отоплителна система е нейната популярност на Запад. Така около 95% от къщите се отопляват с термопомпи в Швеция и Норвегия. Каним ви да се запознаете по-подробно с дизайна и принципите на работа на това термично оборудване, което със сигурност е бъдещето.

Какво е термопомпа?

Термопомпата е устройство, което абсорбира топлинна енергия с нисък потенциал от околната среда (вода, земя, въздух) и я предава на системи за топлоснабдяване с по-висока температура.

Природата около нас е наситена с енергия. Дори сланата има топлина. Енергията не може да бъде извлечена от околната среда само при температура от -273 °C. Ето защо, дори и в най-тежката зима, селска къща може да се отопляват с енергия, получена от природата.

В зависимост от източника на енергия (вода, земя, въздух) възниква модификация на термопомпи.Най-практична и доказана обаче е геотермалната термопомпа, която използва земна енергия. Той е идеален за руски условия.

Геотермалното отопление работи по един от трите начина:

Използването на геотермално отопление, както всяка отоплителна система, не само ще затопли къщата, но и ще осигури топла вода, ще затопли паркинг или оранжерия или ще затопли вода в плувен басейн

Ползи от използването на термопомпа

Принцип на работа на термопомпа

Работата на термопомпата може да се сравни с работата на конвенционален хладилник. Само вместо студ, устройството произвежда топлина. Веществото, което пренася енергия е фреон- газ или течност с ниска точка на кипене. При изпаряване поема топлина, а при кондензация я отдава.

Термопомпата е основният елемент на системата. Неговите размери не надвишавайте размерите на средна перална машина, което улеснява монтажа на устройството. Самата помпа е свързана към две вериги: вътрешна и външна.

Вътрешна веригасе състои от система за отопление на дома (тръби и радиатори). Външен контурразположени във водата или под земята. Включва колектор на топлообменник и тръби, свързващи колектора с помпата.

Термопомпите са оборудвани с различни допълнителни устройства. Не може да бъде:

• комуникационно устройствода управлявате системата през персонален компютър или мобилен телефон;
• охлаждащ агрегатза локална или централна охладителна система;
• допълнителен помпен агрегатможе да се изисква за подово отопление;
• циркулационна помпанеобходимо за циркулация на топла вода;

Процесът на работа на помпата се състои от няколко етапа:

1. Антифризна смес се подава към колектора.Топлинната енергия се абсорбира и транспортира към помпата.
2. В изпарителя енергията се предава на фреона, където се нагрява до 8°C, завира и се превръща в пара.
3. С увеличаване на налягането в компресора температурата се повишава. Може да достигне 70 °C.
4. Вътрешната отоплителна система получава топлинна енергия през кондензатор. Фреонът моментално се охлажда и преминава в течно състояние, отделяйки останалата топлина. След това се връща в колектора. Това завършва цикъла.
5. След това работата се повтаря по същия принцип.

Термопомпата работи най-ефективно, ако в къщата има топъл под. Топлината се разпределя равномерно по цялата площ на пода. Няма зони на прегряване. Охлаждащата течност в системата рядко се нагрява над 35 °C, а отоплението с подово отопление се счита за най-удобно при 33 °C. Това е с 2 °C по-малко отколкото при отопление с радиатори. Следователно възниква спестявания до 18% годишноот целия бюджет за отопление. Освен това се смята, че отоплението на нивото на пода е най-удобно за обитаване на хората.

Отоплителната система може да бъде едновалентна или двувалентна. Моновалентните системи имат един източник на отопление. Задоволява напълно целогодишната нужда от топлина. Двувалентните, съответно, имат два източника.

Отопление на къщата през зимата

В райони с по-тежки климатични условия е важно да се използва бивалентна отоплителна система. Благодарение на втория източник на топлина, температурният диапазон се разширява. Работата на една термопомпа е достатъчна само до температурно ниво от -20 °C. При по-нататъшно спускане се свързва електрически нагревател, камина, котел на течно гориво или газ. В този случай мощността на термопомпата е ограничена от максималната зимна нужда до 70 - 80%. Липсващите 20 - 30% се осигуряват от допълнителен източник на топлина. Това намалява общата ефективност на системата.Намалението обаче е незначително.

При пълно преминаване към отопление на сграда с помощта на геотермална система (в случай, че не се предвижда инсталиране на допълнителен котел или електроуред), термопомпата се използва заедно с вътрешен модул, съдържащ малък вграден електрически нагревател. Той ще поддържа устройството, когато температурата на околната среда е под -20 °C.

В какви случаи е оправдано използването на термопомпа?

Въпросът за отоплението на селска къща включва разглеждане на няколко опции:

• Газ. Ако в близост до къщата няма газопровод, това става невъзможно. В някои региони можете да закупите само газ в бутилки.
• Въглища или дърва за огрев. При тях отоплението се превръща в трудоемък и неефективен процес.
• Котел на течно горивоизисква високи разходи за гориво и специални помещения. Самото гориво също изисква специално съхранение, което е неудобно в малка къща.
• Електрическо отоплениее много скъпо.

В този случай идва на помощ геотермална отоплителна система. Използва се дори там, където има газ. Инсталирането на термопомпа е по-скъпо от инсталирането на газово отоплително оборудване. За газ обаче в бъдеще ще трябва да се плаща непрекъснато, за разлика от енергията, взета от околната среда.

Възвръщаемостта на една термопомпа е трудно да се изрази в средна числена стойност. Всичко зависи от първоначалната му цена. Същността на инсталирането на такова отопление се свежда до перспективата. Въпреки че консумираното количество електроенергия - 3−5 пъти по-малков сравнение с други отоплителни системи, все още е необходимо да се изчислят в парично изражение всички разходи за енергия за годината и да се сравнят с цената на системата, нейното инсталиране и експлоатация.

Максимална ефективност при използване на термопомпа може да се постигне, като се следват две важни условия:

• Отопляемата сграда трябва да бъде изолиран, а скоростта на топлинни загуби не трябва да надвишава 100 W/m2. Има пряка връзка между това как е изолирана къщата и колко изгодно ще бъде инсталирането на термопомпа.
• Свързване на термопомпа към нискотемпературни източници на отопление(конвектори, подово отопление), чийто температурен диапазон варира между 30 - 40 °C.

Така че термопомпата ще бъде добра алтернатива на традиционните методи за отопление. Устройството гарантира икономичен и напълно безопасен. Собственикът, след като инсталира геотермална отоплителна система, няма да трябва да зависи от различни външни фактори, като прекъсване на подаването на газ или сервизни обаждания. Енергията, взета от околната среда, не изисква заплащане и не се изчерпва.

Геотермалните помпи ще съставляват три четвърти от цялото отоплително оборудване през 2020 г., според прогнозите на Световния енергиен комитет.

Практика на използване на термопомпи: видео

Днес целият цивилизован свят се бори да пести енергийни ресурси. Разбира се, никой все още не е успял да създаде вечен двигател, но вече е открит почти постоянен източник на топлина. Това е нашата среда:

• атмосфера;
• почвата;
• подземни води;
• естествени водни тела.

Единственият въпрос, който остава е: как може да се акумулира топлина от външната среда и да се насочи към вътрешни нужди?

За тези цели се използва единица като термопомпа. Всъщност много технически образовани хора вече го знаят - той е внедрен във всяка съвременна хладилна или климатична система.

Освен това този агрегат работи по най-директния начин: в режим на отопление те акумулират външна атмосферна топлина, прехвърляйки я към вътрешни топлообменни устройства - вентилирани радиатори.

Веднага трябва да се отбележи, че използването на такова устройство ще бъде ефективно за отопление на всякакви изолирани пространства температура на източника на топлина над един градус по Целзий.

Принципът на работа на това устройство е основен по закона на Карно. Базира се на натрупване на нискокачествена топлинна енергия от хладилен агент с последващо прехвърляне към потребителя.

1. Хладилният агент, който има по-ниска температура, се нагрява от външни източници– почва, дълбоки кладенци, естествени резервоари, при преминаване в газообразно агрегатно състояние.
2. Той насила компресиран от компресора, загрявайки още повече, и отново придобива течно състояние, освобождавайки цялата натрупана топлинна енергия в отоплителните радиатори.
3. Цикълът се повтаря– течният хладилен агент отново постъпва във външния кръг на системата, където, изпарявайки се, се зарежда с топлинна енергия от външни източници на топлина.

В този случай се консумира само електроенергията, необходима за компресия и циркулация на хладилния агент в системата, тоест отоплението на вътрешността се извършва по най-икономичния начин.

Видове термопомпи

Има три основни модификации на термопомпи:

• • • "вода - вода";
    • "почва - вода";
    • "въздух - вода".

Топлогенератори вода-вода

Днес термопомпените агрегати се използват широко във високоразвитите европейски страни. Например, в Холандия цели селища от вили се отопляват с помощта на това топлообменно устройство, тъй като има изобилие от геотермални мини, пълни с вода с постоянна температура от 32 градуса по Целзий. И това е практически безплатен източник на топлина.

Подобен вариант на генериране на топлина
оборудването се нарича "вода - вода". Тази категория включва всякакъв вид използване на топлинни системи течни среди като източници на топлинна енергия.

Обикновено този принцип на работа се изпълнява, както следва:

• топла вода от кладенеца се подава навън, след което се изхвърля в друг кладенец или в близък водоем.
• Радиаторът е монтиран на дъното на резервоар без лед. Изработен е от неръждаема или металопластична тръба. Освен това, за да се спести скъп хладилен агент - фреон - той често се използва междинна верига на охлаждащата течност, пълна с „антифриз“- антифриз или разтвор на гликол (антифриз).

Цената на модулите вода-вода варира в широки граници и зависи преди всичко от мощността за генериране на топлина и страната на произход.

Така, агрегатът с най-малка мощност руско производство, способни да развиват термични мощност около 6 kW, ще струва почти $2000, а индустриалното двукомпресорно оборудване с мощност над 100 kW ще струва почти тридесет хиляди долара САЩ.

Агрегати въздух-вода

При използване на атмосферата или слънчевата светлина като източник на топлинна енергияТермопомпата се счита за клас въздух-вода. В този случай на външния топлообменник често се монтира циркулационен вентилатор, който допълнително изпомпва топъл външен въздух.

Цената на 18-киловатово отоплително устройство от този клас, произведено в Русия, започва от 5000 долара, а за 12-киловатово оборудване от японската компания Fujitsu потребителят ще трябва да плати почти 9000 долара.

Оборудване от клас "почва - вода".

Има и вариация, която използва източник на топлинна енергия потенциал, натрупан в почвата.
Има два вида такива структури: вертикални и хоризонтални.

• Вертикална— разположението на колектора за събиране на топлина е линейно. всичко системата се поставя във вертикални изкопи, чиято дълбочина е 20...100 метра.
• Хоризонтална- външните разпределения на колекторите, обикновено металопластични спирално усукани тръби, се полагат в 2…4 метра хоризонтални изкопи. И в този случай, Колкото по-голяма е дълбочината на външния радиатор, толкова по-добре работи отоплението „от земята“..

Цената за единици от клас "почва - вода" е сравнима с оборудване със същия капацитет от клас "вода - вода" и започва от две хиляди щатски долара за помпа от шест киловата.

Плюсове и минуси на отоплителна система, базирана на термопомпа

Положителните свойства на термопомпите включват:

преглед:Миналата година закупих моноблок термопомпа въздух-вода за отопление на селска къща. Скъпо, разбира се, но се надявам, че ще се изплати след 10 години. Доставчикът сам инсталира помпата и я свърза към отоплителната система, всичко работи практически без мое участие. Доволна съм от избора.

Недостатъците на термопомпата включват:

• Висока цена на монтажа. За нормалната работа на термичното оборудване е необходимо да се положат значителни усилия - да се изкопаят дълги окопи, да се полагат дълбоки кладенци или често да се преодолеят значителни разстояния до най-близкото водно тяло.
• Необходимостта от висококачествено внедряване на системата. Най-малкото изтичане на хладилен агент или междинна охлаждаща течност може да провали всички усилия. Ето защо, когато се изгражда верига от всякакъв вариант, е необходимо да се използва трудът на изключително квалифицирани специалисти и по време на работа на системата да се елиминира рискът от нейното намаляване на налягането.

Направи си сам термопомпа. Монтаж и монтаж

Разбира се, първоначалната инвестиция в организирането на отопление на дома по тази технология е много висока. Ето защо много обикновени хора, които се интересуват от тази ултра-икономична система, имат желание да спестят поне малко, като я изградят сами.

За да направите това ви трябва:

• Купете си компресор. Всяка функционална единица от битова сплит климатична система ще свърши работа.
• Изградете кондензатор. В най-простия случай може да бъде обичайното резервоар от неръждаема стомана с обем 100 литра. Той се нарязва наполовина и вътре в него се монтира намотка от медна тръба с малък диаметър. Дебелината на стената на намотката трябва да бъде най-малко един милиметър. След разкопчаване на бобината е необходимо да заварите резервоара обратно в цялостна конструкция, като спазвате условията за плътност.
• Сглобете изпарителя. Това може да бъде пластмасов 60-80 литров контейнер с вградена в него тръба ¾ инча.
• За да организирате външен контур, разположен в земята, е по-добре да използвате модерен– много по-издръжливи са от класическите метални и монтажът им е много по-надежден и бърз.

Остава само да поканите техник по хладилно оборудване, така че с помощта на специализирано оборудване той да уплътни качествено всички фуги на системата и да я напълни с фреон.

Гледайте видеоклип за инсталиране на термопомпа Daikin Altherma:

Това завършва монтажа на топлогенератора. Можете да се възползвате от всички негови предимства, основното от които е ниската консумация на енергия - електричество със значителен капацитет за генериране на топлина.

Световният енергиен комитет състави прогноза за използването на топлинни източници за отопление на сгради за 2020 г. В него се твърди, че в развитите страни 75% от домовете ще се снабдяват с топла вода и ще се отопляват от геотермалната енергия на планетата.

Днес 40% от всички нови домове в Швейцария са оборудвани с термопомпи, а в Швеция тази цифра е нараснала до 90%. Русия и страните от ОНД въвеждат термопомпа за отопление на дома по-рядко, въпреки че първите ентусиасти вече използват този метод, предавайки своя опит на последователи.

Принципи на работа

За да се затопли сграда, енергията от източник с нисък потенциал (температура) се пренася от охлаждаща течност към потребителя. Технологичният процес използва закона на термодинамиката, който осигурява изравняването на топлинните енергии на две системи с различни температури: пренос на енергия от горещ източник към студен потребител.

При използване на топлина от околната среда се увеличава нейният температурен потенциал за отопление и топла вода.

Източникът на регенеративна топлина може да бъде:

• повърхността на земята или нейния обем;
• водна среда (езеро, река);
• въздушни маси.

По-популярни са моделите, които вземат енергия от земята, чиято повърхност се нагрява от слънчевите лъчи и енергията на външното и вътрешното ядро ​​на планетата. Те са отбелязани:

1. най-добрата комбинация от потребителски качества;
2. ефективност;
3. на цена.

Схеми за циркулация на охлаждащата течност

При работа на термопомпа (ТП) се използват три затворени кръга, през които циркулират различни течности/газове - охладители. Всеки от тях изпълнява свои собствени функции.

Верига за улавяне на енергийния потенциал на източника

При отнемане на топлина от въздуха се използва изкуствено обдухване на корпуса на изпарителя с въздушни потоци от вентилатори.

Затворен цикъл на течен охладител за пренос на топлина от водната среда или земята се осъществява чрез тръбопроводи, които свързват намотката на изпарителя с колектор, вдлъбнат в дъното на резервоара или заровен в земята на разстояние, надвишаващо замръзването на почвата при силен студ.

Като охладители се използват незамръзващи течности на базата на разредени водни разтвори на алкохол. Те обикновено се наричат ​​​​"антифриз" или "саламура". Под въздействието на по-висока температура (≥+3ºС) те се издигат до изпарителя, отдават му топлина и след охлаждане (≈-3ºС) се връщат гравитачно обратно към източника на енергия, осигурявайки непрекъсната циркулация.

Вътрешна верига

Хладилен агент на основата на фреон циркулира през него, като „повдига“ топлината до по-високо ниво. Под въздействието на температурата последователно преминава в газообразно и течно състояние.

Вътрешната верига включва:

• изпарител, който взема енергия от саламурите и я предава на фреон, който кипи и се превръща в разреден газ;
• компресор, който компресира газ до високо налягане. В същото време температурата на фреона се повишава рязко;
• кондензатор, в който горещ газ предава енергията си на охлаждащата течност на изходния кръг и сам се охлажда, превръщайки се в течно състояние;
• дросел (разширителен вентил), намаляващ фреона поради разлика в налягането до състоянието на наситена пара за влизане в изпарителя. Когато хладилният агент преминава през тесен отвор, налягането на охлаждащата течност пада до първоначалната стойност.

Изходна верига

Водата циркулира тук. Той се нагрява в кондензаторна бобина за използване в конвенционална хидравлична отоплителна система. При този метод температурата му достига около 35ºС, което обуславя използването му в системата “Топъл под” с дълги линии, които позволяват генерираната енергия да се пренася равномерно в целия обем на помещението.

Използването само на отоплителни радиатори, които създават по-малки обеми на топлообмен с пространството на помещенията, не е толкова ефективно.

Дизайн

Индустрията произвежда модели с различни експлоатационни характеристики, но те включват оборудване, което изпълнява типичните задачи, описани по-горе.

Като опция за проектиране фигурата показва термопомпа за отопление на къща.

Тук топлината от геотермални източници се получава чрез входни тръбопроводи, а през почивните дни се прехвърля към отоплителната система на дома.

Работата на термопомпата се осигурява от:

• система за наблюдение на параметрите на веригата и управление, включително дистанционни методи през Интернет;
• допълнително оборудване (устройства за измиване и пълнене, разширителни резервоари, групи за безопасност, помпени станции).

Наземни конструкции

Те използват три дизайна на топлообменника, за да вземат енергия от източника:

1. повърхностно местоположение;
2. монтаж на вертикални наземни сонди;
3. удълбочаване на хоризонтални конструкции.

Първият метод е най-малко ефективен. Поради това рядко се използва за отопление на дома.

Монтаж на сонди в кладенци

Този метод е най-ефективен. Предвижда се създаването на кладенци с дълбочина около 50÷150 метра или повече за поставяне на U-образен тръбопровод от пластмасови материали с диаметър от 25 до 40 mm.

Увеличаването на площта на напречното сечение на тръбата, както и задълбочаването на кладенеца, създава подобрено отстраняване на топлината, но увеличава цената на конструкцията.

Хоризонтални колектори

Пробиването на отвори за сонди е скъпо. Ето защо този метод често се избира, тъй като е по-евтин. Позволява ви да се справите с изкопаване на окопи под дълбочината на замръзване на почвата.

При проектирането на хоризонтален колектор трябва да се вземе предвид следното:

1. топлопроводимост на почвата;
2. средна влажност на почвата;
3. геометрия на обекта.

Те влияят на размерите и конфигурацията на колектора. Тръбите могат да се полагат:

• примки;
• зигзаг;
• змия;
• плоски геометрични форми;
• спирални спирали.

Важно е да се разбере, че площта на обекта, предназначена за такъв колектор, обикновено надвишава размерите на основата на къщата 2-3 пъти. Това е основният недостатък на този метод.

Колектори за вода

Това е най-икономичният метод, но изисква разполагането на дълбок резервоар в близост до сградата. Сглобените тръбопроводи се поставят и закрепват с тежести на дъното му. За ефективна работа на термопомпата е необходимо да се изчисли минималната дълбочина на колектора и обемът на резервоара, способен да осигури отвеждане на топлина.

Размерите на такава конструкция се определят от топлинни изчисления и могат да достигнат дължина над 300 метра.

Картината по-долу показва подготовката на линии за монтаж върху леда на изворно езеро. Позволява ви визуално да оцените мащаба на предстоящата работа.

Въздушен метод

Външен или вграден вентилатор издухва въздух от улицата директно върху изпарителя с фреон, като в климатик. В този случай няма нужда да създавате обемисти конструкции от тръби и да ги поставяте в земята или резервоара.

Термопомпа за отопление на къща, работеща на този принцип, е по-евтина, но се препоръчва да се използва в сравнително топъл климат: мразовитият въздух няма да позволи на системата да работи.

Такива устройства се използват широко за затопляне на вода в басейни или помещения, разположени до промишлени устройства, които постоянно участват в технологичния процес и отделят топлина в атмосферата с мощни охладителни системи. Примерите включват силови автотрансформатори, дизелови станции и котелни.

Основни характеристики

Когато избирате VT модел, трябва да имате предвид:

• топлинна изходна мощност;
• коефициент на трансформация на термопомпата;
• условна ефективност;
• годишна ефективност и разходи.

изходяща мощност

При създаването на нов дизайн на къща се вземат предвид нейните топлинни нужди, като се вземат предвид конструктивните характеристики на материалите, които създават топлинни загуби през стени, прозорци, врати, тавани и подове на помещения с различни размери. Изчислението взема предвид създаването на комфорт при най-ниските студове в определен район.

Консумираната топлинна мощност на сградата се изразява в kW. Тя трябва да бъде покрита от енергията, генерирана от термопомпата. Въпреки това, често се прави опростяване в изчисленията, което позволява спестяване: продължителността на най-студените дни през годината не надвишава няколко седмици. През този период се свързва допълнителен източник на топлина, например нагревателни елементи, които загряват водата в котела.
Те работят само в критични ситуации по време на студове и са изключени през останалото време. Това позволява използването на VT с по-ниски мощности.

Възможности за проектиране

За справка.Модели с изходна мощност от 6÷11 kW на кръгове "солна вода" могат да загряват вода от вградени резервоари в относително малки сгради. Мощност от 17 kW е достатъчна за поддържане на температура на водата 65ºC в бойлер с обем 230÷440 литра.
Топлинните нужди на средно големи сгради покриват мощност от 22÷60 kW.

Коефициент на трансформация на термопомпи Ктр

Той определя ефективността на конструкцията, като използва безразмерната формула:

Ktr=(Tout-Tout)/Tout

Стойността "Т" показва температурата на охлаждащите течности на изхода и входа на конструкцията.

Коефициент на преобразуване на енергия (ͼ)

Изчислява се, за да се определи съотношението на полезната топлинна мощност спрямо приложената енергия към компресора.

ͼ=0,5T/(T-To)=0,5(ΔT+To)/ΔT

За тази формула температурата на потребителя “T” и източника “To” се определя в градуси по Келвин.

Стойността ͼ може да се определи от количеството енергия, изразходвана за работата на компресора “Rel” и получената полезна топлинна мощност “Rn”. В този случай се нарича "COP", съкратено от английския термин "Coefficient of performance".

Коефициентът ͼ е променлива стойност в зависимост от температурната разлика между източника и потребителя. Обозначава се с числа от 1 до 7.

Условна ефективност

Това е невярно твърдение: коефициентът на ефективност отчита загубите на мощност по време на работа на крайното устройство.
За да се определи, е необходимо изходната топлинна мощност да се раздели на приложената, като се вземе предвид енергията на геотермалните източници. С това изчисление вечен двигател няма да работи.

Годишна ефективност и разходи

Коефициентът COP оценява работата на термопомпата в определен момент от време при специфични работни условия. За да се анализира ефективността на HP, беше въведен годишен индикатор за ефективност на системата (β).

Тук символът Qwp означава количеството топлинна енергия, произведена за година, а Wel е стойността на електроенергията, консумирана от инсталацията за същото време.

Показател за разходи Ек

Тази характеристика е противоположна на показателя за ефективност.

За определяне на характеристиките на HP се използват специализиран софтуер и фабрични тестове.

Отличителни черти

Предимства

Отоплението на къща с термопомпа в сравнение с други системи има:

1. добри екологични параметри;
2. дълъг експлоатационен живот на оборудването без поддръжка;
3. възможност за просто превключване на режима на отопление през зимата към климатизация през лятото;
4. висока годишна ефективност.

недостатъци

На етапа на проекта и по време на експлоатация е необходимо да се вземат предвид:

1. трудности при извършване на точни технически изчисления;
2. висока цена на оборудването и монтажните работи;
3. възможността за образуване на „въздушни задръствания“ поради нарушения на технологията за полагане на тръбопроводи;
4. ограничена температура на водата, излизаща от системата (≤+65ºС);
5. строга индивидуалност на всеки дизайн за всяка сграда;
6. необходимостта от големи площи за колектори с изключение на изграждането на съоръжения върху тях.

Кратък списък на производителите

Съвременните термопомпи за отопление на дома се произвеждат от компании като:

• Bosch - Германия;
• Waterkotte - Германия;
• WTT Group OY - Финландия;
• ClimateMaster – САЩ;
• ECONAR - САЩ;
• Dimplex – Ирландия;
• FHP Manufacturing – САЩ;
• Gustrowr - Германия;
• Heliotherm - Австрия;
• IVT – Швеция;
• LEBERG - Норвегия.

Все повече интернет потребители се интересуват от алтернативни методи за отопление: термопомпи.

За повечето това е напълно нова и непозната технология, поради което възникват въпроси като: „Какво е това?“, „Как изглежда термопомпата?“, „Как работи термопомпата?“ и т.н.

Тук ще се опитаме да дадем прости и достъпни отговори на всички тези и много други въпроси, свързани с термопомпите.

Какво е термопомпа?

Топлинна помпа- устройство (с други думи „термичен котел“), което отнема разсеяната топлина от околната среда (почва, вода или въздух) и я предава към отоплителния кръг на вашия дом.

Благодарение на слънчевите лъчи, които непрекъснато навлизат в атмосферата и повърхността на земята, има постоянно отделяне на топлина. Ето как повърхността на земята получава топлинна енергия през цялата година.

Въздухът частично абсорбира топлината от енергията на слънчевите лъчи. Останалата слънчева топлинна енергия се абсорбира почти напълно от земята.

В допълнение, геотермалната топлина от недрата на земята постоянно осигурява температура на почвата от +8 ° C (започвайки от дълбочина 1,5-2 метра и по-долу). Дори през студената зима температурата в дълбините на резервоарите остава в диапазона от +4-6°C.

Именно тази нискокачествена топлина на почвата, водата и въздуха термопомпата прехвърля от околната среда към отоплителния кръг на частна къща, като преди това е повишила нивото на температурата на охлаждащата течност до необходимите +35-80 ° C.

ВИДЕО: Как работи термопомпата земя-вода?

Какво прави термопомпата?

Термопомпи- топлинни двигатели, които са проектирани да произвеждат топлина с помощта на обратен термодинамичен цикъл. прехвърляне на топлинна енергия от източник с ниска температура към отоплителна система с по-висока температура. По време на работа на термопомпата възникват енергийни разходи, които не надвишават количеството произведена енергия.

Работата на термопомпата се основава на обратен термодинамичен цикъл (обратен цикъл на Карно), състоящ се от две изотерми и две адиабати, но за разлика от директния термодинамичен цикъл (директен цикъл на Карно), процесът протича в обратна посока: обратно на часовниковата стрелка.

В обратния цикъл на Карно околната среда действа като източник на студена топлина. Когато термопомпата работи, топлината от външната среда се предава на потребителя поради извършената работа, но при по-висока температура.

Възможно е да се предаде топлина от студено тяло (почва, вода, въздух) само чрез разход на работа (в случай на термопомпа, разход на електрическа енергия за работата на компресор, циркулационни помпи и др.) или друг процес на компенсация.

Термопомпата може да се нарече и „хладилник наобратно“, тъй като термопомпата е същата хладилна машина, само за разлика от хладилника, термопомпата взема топлина отвън и я пренася в стаята, тоест загрява стаята (хладилник охлажда, като отнема топлина от хладилната камера и я изхвърля през кондензатора).

Как работи термопомпата?

Сега говорете за това как работи термопомпата. За да разберем принципа на работа на термопомпата, трябва да разберем няколко неща.

1. Термопомпата може да извлича топлина дори при минусови температури.

Повечето бъдещи собственици не могат да разберат принципа на работа (по принцип на всяка въздушна термопомпа), защото не разбират как може да се извлича топлина от въздуха при минусови температури през зимата. Нека се върнем към основите на термодинамиката и да си припомним определението за топлина.

Топлина- форма на движение на материята, която е произволно движение на частици, образуващи тяло (атоми, молекули, електрони и др.).

Дори при 0˚C (нула градуса по Целзий), когато водата замръзва, във въздуха все още има топлина. Това е значително по-малко, отколкото например при температура +36˚С, но въпреки това, както при нулеви, така и при отрицателни температури, се получава движение на атоми и следователно се отделя топлина.

Движението на молекулите и атомите напълно спира при температура от -273˚C (минус двеста седемдесет и три градуса по Целзий), което съответства на абсолютната нула температура (нула градуса по скалата на Келвин). Тоест, дори през зимата, при минусови температури във въздуха има нискокачествена топлина, която може да бъде извлечена и пренесена в къщата.

2. Работната течност в термопомпите е хладилен агент (фреон).

Какво е хладилен агент? Хладилен агент- работно вещество в термопомпа, което отнема топлината от охладения обект по време на изпаряване и предава топлина на работната среда (например вода или въздух) по време на кондензация.

Особеността на хладилните агенти е, че те могат да кипят както при отрицателни, така и при относително ниски температури. Освен това хладилните агенти могат да преминават от течно в газообразно състояние и обратно. Именно при прехода от течно към газообразно състояние (изпарение) се абсорбира топлината, а при прехода от газообразно към течно (кондензация) се осъществява топлообмен (топлоотделяне).

3. Работата на термопомпата е възможна благодарение на нейните четири ключови компонента.

За да се разбере принципът на работа на термопомпата, нейното устройство може да бъде разделено на 4 основни елемента:

1. Компресор, който компресира хладилния агент, за да увеличи неговото налягане и температура.
2. Разширителен клапан- термостатичен вентил, който рязко намалява налягането на хладилния агент.
3. Изпарител- топлообменник, в който нискотемпературен хладилен агент абсорбира топлина от околната среда.
4. Кондензатор- топлообменник, в който вече горещ хладилен агент, след компресия, пренася топлина в работната среда на отоплителния кръг.

Именно тези четири компонента позволяват на хладилните машини да произвеждат студ, а на термопомпите да произвеждат топлина. За да разберете как работи всеки компонент на термопомпата и защо е необходим, ви предлагаме да гледате видеоклип за принципа на работа на термична помпа от земен източник.

ВИДЕО: Принцип на работа на термопомпата земя-вода

Принцип на работа на термопомпа

Сега ще се опитаме да опишем подробно всеки етап от работата на термопомпата. Както споменахме по-рано, работата на термопомпите се основава на термодинамичен цикъл. Това означава, че работата на термопомпата се състои от няколко цикъла, които се повтарят отново и отново в определена последователност.

Работният цикъл на термопомпата може да бъде разделен на следните четири етапа:

1. Поглъщане на топлина от околната среда (кипене на хладилен агент).

В изпарителя (топлообменника) постъпва хладилен агент, който е в течно състояние и е с ниско налягане. Както вече знаем, при ниски температури хладилният агент може да заври и да се изпари. Процесът на изпаряване е необходим, за да може веществото да абсорбира топлина.

Според втория закон на термодинамиката топлината се предава от тяло с висока температура към тяло с по-ниска температура. Именно на този етап от работата на термопомпата нискотемпературен хладилен агент, преминавайки през топлообменник, отнема топлина от охлаждащата течност (солна вода), която преди това се е издигнала от кладенците, където е отнела нискокачествената топлина на почвата (в случай на термични помпи земя-вода).

Факт е, че температурата на почвата под земята по всяко време на годината е + 7-8 ° C. Когато се използват, се монтират вертикални сонди, през които циркулира саламура (охлаждаща течност). Задачата на охлаждащата течност е да се загрее до максималната възможна температура, докато циркулира през дълбоките сонди.

Когато охлаждащата течност е отнела топлина от земята, тя навлиза в топлообменника на термопомпата (изпарителя), където „среща“ хладилния агент, който има по-ниска температура. И според втория закон на термодинамиката се получава топлообмен: топлината от по-нагрят саламура се прехвърля към по-малко нагрят хладилен агент.

Ето един много важен момент: поглъщането на топлина е възможно по време на изпаряването на веществотои обратно, преносът на топлина се осъществява при кондензация. Когато хладилният агент се нагрява от охлаждащата течност, той променя фазовото си състояние: хладилният агент преминава от течно състояние в газообразно състояние (хладилният агент кипи и се изпарява).

След преминаване през изпарителя хладилният агент е в газообразна фаза. Това вече не е течност, а газ, който е отнел топлина от охлаждащата течност (саламура).

2. Компресиране на хладилния агент чрез компресор.

В следващата стъпка хладилният агент влиза в компресора в газообразно състояние. Тук компресорът компресира фреон, който поради рязко повишаване на налягането се нагрява до определена температура.

Компресорът на обикновен домакински хладилник работи по подобен начин. Единствената съществена разлика между хладилния компресор и термопомпения компресор е значително по-ниската производителност.

ВИДЕО: Как работи хладилник с компресор

3. Предаване на топлина към отоплителната система (кондензация).

След компресия в компресора, хладилният агент, който има висока температура, влиза в кондензатора. В този случай кондензаторът също е топлообменник, в който по време на кондензация топлината се прехвърля от хладилния агент към работната среда на отоплителния кръг (например вода в система с топъл под или отоплителни радиатори).

В кондензатора хладилният агент преминава от газова фаза отново в течна фаза. Този процес е придружен от отделяне на топлина, която се използва за отоплителната система в къщата и захранването с топла вода (БГВ).

4. Намаляване на налягането на хладилния агент (разширяване).

Сега течният хладилен агент трябва да бъде подготвен да повтори работния цикъл. За да направите това, хладилният агент преминава през тесния отвор на разширителния вентил (разширителния вентил). След „избутване“ през тесния отвор на дросела, хладилният агент се разширява, в резултат на което температурата и налягането му спадат.

Този процес е сравним с пръскането на аерозол от спрей. След пръскане кутията става по-студена за кратко време. Тоест имаше рязък спад на налягането на аерозола поради натискане навън и температурата също пада съответно.

Сега хладилният агент отново е под такова налягане, че може да заври и да се изпари, което е необходимо, за да абсорбираме топлината от охлаждащата течност.

Задачата на разширителния вентил (термостатичен разширителен вентил) е да намали налягането на фреона, като го разшири на изхода от тесен отвор. Сега фреонът е готов да заври отново и да абсорбира топлина.

Цикълът се повтаря отново, докато системата за отопление и битова гореща вода получи необходимото количество топлина от термопомпата.

• Принцип на работа на термопомпите
• Отоплителен кръг
• Предимства и недостатъци на термопомпите
• Домашни тайни

Как работи

Топлинна или геотермална помпа събира топлинна енергия от околната среда, преобразува я с помощта на хладилен агент и я доставя към отоплителната система на дома.

Основните компоненти на агрегата: компресор, топлообменник, циркулационна помпа, автоматизация, захранваща верига. Помпата може да черпи топлина от три източника.

• Въздух.
• вода.
• Грундиране.

Съдейки по дискусионните нишки, имаме две търсени възможности - вода и почва. Това се дължи на температурните ограничения - източникът трябва да е положителен. Разположението на захранващата верига може да бъде хоризонтално или вертикално. В първия случай основната линия се полага под нивото на замръзване - от 1,5 метра дълбочина. Или до дъното на резервоара, там дори при силни студове - до + 4⁰С. Дължината на веригата зависи от размерите на отопляемото помещение и мощността на помпата. Във втория се пробиват кладенци за сонди, средната дълбочина е 50–70 метра. Пиастров А В, един от форумците и собственик на термопомпа, описа вертикалната система по този начин.

Piastrov A V Член на FORUMHOUSE

Топлината се събира от геотермални сонди - кръгъл тръбопровод, през който циркулира етилен гликол. Те се спускат в кладенци с дълбочина 50–70 метра. Това е външен кръг, като броят на кладенците зависи от мощността на термопомпата. За къща с квадратна площ от 100 метра ще ви трябват две сонди - два кладенеца.

Отоплителен кръг

Термопомпата, за разлика от котлите на газ, въглища или електричество, загрява средата средно до 40⁰C. Това е оптималната температура, при която както износването на оборудването, така и консумацията на електроенергия са минимални. За конвенционалните радиатори такива индикатори не са достатъчни. Следователно, с термопомпа, те обикновено използват не тръби и батерии, а топъл под. По-ефективно е при нагряване на охлаждащата течност по този начин. Само стъпката между тръбите трябва да е по-малка. Струва си да се има предвид, че отопляемите подове създават ограничения върху избора на мебели и изсушават въздуха. Ще е необходима допълнителна влага. През лятото подовете могат да работят за охлаждане.

Предимства и недостатъци

Основното предимство на термопомпата е нейната висока ефективност; за всеки киловат консумирана електроенергия тя произвежда около 5 kW топлина. Освен това няма физически усилия по време на работа, няма отпадъци и въглероден окис.

В допълнение, няма зависимост от газови работници и няма ходене до властите за одобрение. И изискванията към котелното не са толкова строги. След стартиране оперативните разходи са минимални. Плаща се само електричество, средната мощност на помпата консумира около 4 kW на час. Съвременните модели са импулсни, не работят непрекъснато, а се включват при необходимост. Това намалява броя на работните часове на сезон и разходите за енергия.

Основният недостатък на геотермалното отопление е цената, дори китайска или домашна единица, да не говорим за европейски марки, струва няколко хиляди евро. Заедно с подреждането на външната верига и инсталацията, удоволствието ще доведе до стотици хиляди рубли. Според изчисленията на експерти и собственици, помпата се изплаща за няколко години. Работи с безплатен източник, в сравнение с цената на тон въглища или кубичен метър дърва за огрев, спестяванията са значителни. Но не всеки има допълнителни половин милион за оборудване и въвеждане в експлоатация.

Ако има водно тяло близо до обекта, това се оказва много по-евтино и няма нужда да харчите за скъпи сондажи.

Оперативните кладенци също оптимизират процеса, като се превръщат в източник на топлина. Това се потвърждава от член на форума det Marosот Уст-Каменогорск. Работи във фирма за производство на термопомпи и монтажни услуги. Затова той напълно разбира ситуацията и отговори на въпроса на участник в темата дали има нужда от сонди, ако на обекта има кладенци, и отговори изчерпателно.

det maros Член на FORUMHOUSE

Защо да се занимавате със сонди, ако има достатъчно вода. Ще карате от един кладенец до друг през HP. Бъркаме със сонди, когато в района няма вода или стълбът е малък и не покрива нуждите. Помпа с мощност 10 kW изисква обем от 3 кубически метра.

Домашни тайни

Но най-големите спестявания се получават, когато сглобите термопомпата сами. Водещият агрегат, компресорът, е взет от мощни климатици и сплит системи, техническите им параметри са сходни. Топлообменниците се продават готови, но някои занаятчии успяват да ги запоят от медни тръби. Като хладилен агент се използва фреон, продава се и в бутилки. Контролери, релета, стабилизатори, всички елементи поотделно ще струват наполовина по-малко, отколкото в готов комплект.

Най-често домашните проекти се организират над езера или когато вече има съществуващ кладенец. Поради факта, че лъвският дял от разходите пада върху изкопните работи, а спестяванията са максимални върху тях.

Занаятчия апарат2, от Рига, сам събра геотермално оборудване и публикува фоторепортаж за него с подробно описание на всички операции.

aparat2 Член на FORUMHOUSE

Сглобих HP от два монофазни компресора по 24 000 BTU всеки (7 kWh при студено време). Резултатът е каскада с топлинна мощност 16-18 киловата, с консумация на електроенергия около 4,5 kW на час. Избрах два компресора, за да са по-ниски токовете, няма да ги пускам едновременно. Междувременно се обитава само вторият етаж и един компресор е достатъчен. И след като експериментирах върху единия, тогава ще подобря втория дизайн.

Освен това членът на форума реши да не харчи пари за готови пластинчати топлообменници. Те са взискателни по отношение на пречистването на водата и струват много. Той комбинира домашен обменник с батерия, за да увеличи мощността. Резултатът беше работеща инсталация, която беше в пъти по-евтина от закупена.

Термопомпите обаче са алтернативен вариант при липса на газ и големи отоплителни площи. Дори ако сглобите системата сами, разходите за компоненти са значителни. Можете да проучите темата по-отблизо в нишката, там има много полезни съвети, потребителите на форума споделят своя опит и обсъждат различни модели. ще ви помогне да разберете сглобяването. И опциите за отопление на голяма къща без газ във видеото са ясен пример. За собствениците на дървени къщи - видео