A hőszivattyú működési elve. Hogyan működik a hőszivattyú? A hőszivattyú működési sémája és technológiája Hőszivattyú vízhez

A hőszivattyú jó alternatíva a magánházak hagyományos fűtésére. A nyugati országokban 30 éve használt készülék Oroszországban még mindig új termék. Széleskörű elterjedésének akadálya két tényező: a magas költségek, valamint a hőszivattyúkkal, azok előnyeivel és működési elveivel kapcsolatos információk hiánya. A geotermikus fűtési rendszer praktikusságának mutatója a nyugati népszerűség. Így Svédországban és Norvégiában a házak mintegy 95%-át hőszivattyúval fűtik. Meghívjuk Önt, hogy ismerkedjen meg részletesebben ennek a termikus berendezésnek a kialakításával és működési elveivel, amely minden bizonnyal a jövő.

Mi az a hőszivattyú?

A hőszivattyú olyan berendezés, amely a környezetből (víz, föld, levegő) kis potenciális hőenergiát vesz fel, és azt magasabb hőmérsékletű hőellátó rendszerekbe továbbítja.

A minket körülvevő természet tele van energiával. Még a fagynak is van melege. A környezetből energiát csak -273 °C hőmérsékleten nem lehet kinyerni. Ezért egy vidéki ház még a legsúlyosabb télen is a természetből nyert energiával fűteni.

Az energiaforrástól (víz, föld, levegő) függően előfordul hőszivattyúk módosítása. A legpraktikusabb és bevált azonban a geotermikus hőszivattyú, amely talajenergiát használ. Ideális orosz körülményekhez.

A geotermikus fűtés háromféleképpen működik:

A geotermikus fűtés, mint minden fűtési rendszer, nem csak a házat fűti, hanem meleg vizet is biztosít, fűt egy parkolót vagy üvegházat, vagy melegít vizet egy uszodában

A hőszivattyú használatának előnyei

A hőszivattyú működési elve

A hőszivattyú működése a hagyományos hűtőszekrény működéséhez hasonlítható. Csak a hideg helyett hőt termel a készülék. Az energiát átadó anyag az freon- alacsony forráspontú gáz vagy folyadék. Párolgáskor hőt vesz fel, lecsapódáskor pedig leadja.

A hőszivattyú a rendszer fő eleme. A méretei ne haladja meg egy átlagos mosógép méreteit, ami megkönnyíti a készülék beszerelését. Maga a szivattyú két áramkörhöz csatlakozik: belső és külső.

Belső áramkör lakás fűtési rendszeréből áll (csövek és radiátorok). Külső kontúr vízben vagy a föld alatt található. Tartalmaz egy hőcserélő kollektort és a kollektort a szivattyúval összekötő csöveket.

A hőszivattyúk különféle kiegészítő eszközökkel vannak felszerelve. Lehet:

• kommunikációs eszköz a rendszer vezérlése személyi számítógépen vagy mobiltelefonon keresztül;
• hűtőegység helyi vagy központi hűtőrendszerhez;
• kiegészítő szivattyúegység padlófűtéshez lehet szükség;
• keringető szivattyú szükséges a melegvíz keringéséhez;

A szivattyú működési folyamata a következőkből áll több szakasz:

1. Fagyálló keverék a gyűjtőhöz kerül. A hőenergia elnyelődik és a szivattyúhoz kerül.
2. Az elpárologtatóban az energia a freonba kerül, ahol felmelegszik 8 °C-ig, felforr és gőzzé alakul.
3. A kompresszor nyomásának növekedésével a hőmérséklet nő. A hőmérséklet elérheti a 70 °C-ot.
4. A házon belüli fűtési rendszer hőenergiát kap kondenzátor. A freon azonnal lehűl és folyékony halmazállapotúvá válik, leadva a maradék hőt. Ezután visszakerül a gyűjtőbe. Ezzel befejeződik a ciklus.
5. Ezután a munkát ugyanazon elv szerint megismételjük.

A hőszivattyú akkor működik a leghatékonyabban, ha a házban padlófűtés van. A hő egyenletesen oszlik el a teljes padlófelületen. Nincsenek túlmelegedési zónák. A rendszerben lévő hűtőfolyadék ritkán melegszik fel 35 °C fölé, és a padlófűtéssel történő fűtés 33 °C-on tekinthető a legkényelmesebbnek. Ez 2 °C-kal kevesebb, mint radiátoros fűtés esetén. Ebből adódik évi 18%-os megtakarítás a teljes fűtési költségvetésből. Ezenkívül úgy gondolják, hogy a padlószinten történő fűtés a legkényelmesebb az emberi tartózkodás számára.

A fűtési rendszer lehet egyértékű vagy kétértékű. A monovalens rendszerek egy fűtési forrással rendelkeznek. Teljesen kielégíti az egész éves hőigényt. A bivalenseknek ennek megfelelően két forrásuk van.

A ház fűtése télen

Komolyabb éghajlati viszonyok mellett fontos a használata kétértékű fűtési rendszer. A második hőforrás miatt a hőmérsékleti tartomány bővül. Egy hőszivattyú működése csak -20 °C hőmérsékletig elegendő. Ha tovább süllyesztik, elektromos fűtőtest, kandalló, folyékony tüzelőanyag vagy gázkazán csatlakozik. Ebben az esetben a hőszivattyú teljesítménye a maximális téli igényről 70-80%-ra korlátozódik. A hiányzó 20 - 30%-ot kiegészítő hőforrás biztosítja. Ez csökkenti a rendszer általános hatékonyságát. A csökkenés azonban jelentéktelen.

Egy épület geotermikus rendszerrel történő fűtésére való teljes átálláskor (ha nem tervezik további kazán vagy elektromos készülék beépítését), a hőszivattyút egy kis beépített elektromos fűtőtestet tartalmazó belső modullal együtt használják. Támogatja a készüléket, ha a környezeti hőmérséklet alacsony -20 °C alatt.

Milyen esetekben indokolt a hőszivattyú használata?

A vidéki ház fűtésének kérdése több lehetőséget is magában foglal:

• Gáz. Ha nincs gázvezeték a ház közelében, ez lehetetlenné válik. Egyes régiókban csak palackban vásárolhat gázt.
• Szén vagy tűzifa. Náluk a fűtés munkaigényes és hatástalan folyamattá válik.
• Folyékony tüzelésű kazán magas üzemanyagköltséget és speciális helyiségeket igényel. Maga az üzemanyag is speciális tárolást igényel, ami egy kis házban kényelmetlen.
• Elektromos fűtés nagyon drága.

Ebben az esetben jön a mentő geotermikus fűtési rendszer. Ott is használják, ahol van gáz. A hőszivattyú telepítése drágább, mint a gázfűtési berendezés telepítése. A gázért azonban a jövőben folyamatosan fizetni kell, ellentétben a környezetből vett energiával.

A hőszivattyú megtérülését nehéz átlagos számértékben kifejezni. Minden a kezdeti költségtől függ. Az ilyen fűtés beépítésének lényege a perspektíván múlik. Bár az elfogyasztott mennyiség villamos energia - 3-5-ször kevesebb Más fűtési rendszerekhez képest továbbra is ki kell számítani az év összes energiaköltségét pénzben, és össze kell hasonlítani a rendszer, a telepítés és az üzemeltetés költségeivel.

A hőszivattyú használatának maximális hatékonysága a következőkkel érhető el két fontos feltétel:

• A fűtött épületnek kell lennie szigetelt, és a hőveszteség mértéke nem haladhatja meg a 100 W/m2-t. Közvetlen kapcsolat van a ház szigetelése és a között, hogy mennyire előnyös lesz hőszivattyút telepíteni.
• A hőszivattyú csatlakoztatása a alacsony hőmérsékletű fűtési források(konvektorok, padlófűtés), amelyek hőmérsékleti tartománya 30 - 40 °C között változik.

Tehát a hőszivattyú jó alternatíva lesz a hagyományos fűtési módokhoz. A készülék garanciát vállal gazdaságos és teljesen biztonságos. A tulajdonosnak a geotermikus fűtési rendszer telepítése után nem kell különféle külső tényezőktől függnie, mint például a gázellátás megszakadása vagy a szervizhívások. A környezetből vett energiát nem kell fizetni, és nem merül ki.

Az Energia Világbizottság előrejelzései szerint 2020-ban az összes fűtőberendezés háromnegyedét a geotermikus szivattyúk teszik ki.

A hőszivattyúk használatának gyakorlata: videó

Ma az egész civilizált világ az energiaforrások megtakarításáért küzd. Örökmozgót persze még senkinek nem sikerült megalkotnia, de a hőellátás szinte állandó forrását már megtalálták. Ez a mi környezetünk:

• légkör;
• a talaj;
• talajvíz;
• természetes víztestek.

Már csak az a kérdés marad: hogyan lehet a külső környezetből hőt felhalmozni és belső szükségletekre irányítani?

Erre a célra egy egységet, például hőszivattyút használnak. Valójában sok műszakilag képzett ember ismeri – minden modern hűtő- vagy klímaberendezésben be van építve.

Sőt, ez az egység a legközvetlenebb módon működik: fűtési üzemmódban külső légköri hőt halmoznak fel, átadva azt a belső hőátadó eszközöknek - szellőztetett radiátoroknak.

Azonnal meg kell jegyezni, hogy egy ilyen eszköz használata hatékony lehet bármilyen elszigetelt helyiség fűtésére a hőforrás hőmérséklete meghaladja az egy Celsius-fokot.

Ennek az egységnek a működési elve alapvető Carnot törvényére. Azon alapul az alacsony minőségű hőenergia hűtőközeg általi felhalmozódása, majd a fogyasztóhoz való továbbadása.

1. Az alacsonyabb hőmérsékletű hűtőközeget külső forrásból melegítik– talaj, mélykutak, természetes tározók, miközben gázhalmazállapotba aggregálódnak.
2. Ő erőszakosan a kompresszor összenyomja, még jobban felmelegszik, és ismét folyékony állapotba kerül, felszabadítva a fűtőradiátorokban felhalmozott összes hőenergiát.
3. A ciklus megismétlődik– a folyékony hűtőközeg ismét a rendszer külső körébe kerül, ahol elpárologva külső hőforrásokból származó hőenergiával töltődik fel.

Ebben az esetben csak a hűtőközeg kompressziójához és a rendszerben való keringéséhez szükséges villamos energia fogyasztható el, vagyis a belső tér fűtése a leggazdaságosabb módon történik.

A hőszivattyúk típusai

A hőszivattyúknak három fő változata van:

• • • "víz - víz";
    • "talaj - víz";
    • "levegő - víz".

Víz-víz hőtermelők

Napjainkban a hőszivattyús egységeket széles körben használják a fejlett európai országokban. Például, Hollandiában egész nyaralóközösséget fűtenek ezzel a hőcserélő berendezéssel, hiszen rengeteg a 32 Celsius fokos állandó hőmérsékletű vízzel töltött geotermikus bánya. És ez gyakorlatilag egy ingyenes hőforrás.

A hőtermelés hasonló változata
A berendezést „víz - víz”-nek nevezik. Ez a kategória magában foglal minden típusú hőrendszert folyékony közegek, mint hőenergia források.

Ezt a működési elvet általában a következőképpen hajtják végre:

• meleg víz a kútból kerül a külsőbe, ami után egy másik kútba vagy egy közeli vízbe engedik.
• A radiátor egy jégmentes tartály aljára van felszerelve. Rozsdamentes vagy fém-műanyag csőből készül. Sőt, a drága hűtőközeg - freon - megtakarítása érdekében gyakran használják közbenső hűtőkör „fagyállóval”- fagyálló vagy glikololdat (fagyálló).

A víz-víz egységek költsége nagyon változó, és elsősorban a hőtermelő kapacitástól és a származási országtól függ.

Így, a legkisebb teljesítményű orosz gyártmányú egység, képes termikus teljesítménye körülbelül 6 kW, közel 2000 dollárba fog kerülni, és a 100 kW-nál nagyobb teljesítményű ipari kétkompresszoros berendezések közel harmincezer dollárba kerülnek Egyesült Államok.

Levegő-víz egységek

Ha a légkört vagy a napfényt hőenergia-forrásként használja A hőszivattyú levegő-víz osztályúnak minősül. Ebben az esetben gyakran keringtető ventilátort szerelnek fel a külső hőcserélőre, amely emellett meleg külső levegőt is szivattyúz.

A 18 kilowatt teljesítményű, Oroszországban gyártott légfűtő berendezés ára 5000 dollártól kezdődik, a japán Fujitsu cég tizenkét kilowattos berendezéséért pedig csaknem 9000 dollárt kell fizetnie a fogyasztónak.

A "talaj - víz" osztályba tartozó berendezések

Létezik olyan változat is, amelyik használ hőenergia-forrás a talajban felhalmozódott potenciál.
Kétféle ilyen szerkezet létezik: függőleges és vízszintes.

• Függőleges— a hőgyűjtő kollektor elrendezése lineáris. Minden a rendszer függőleges árkokban kerül elhelyezésre, melyek mélysége 20...100 méter.
• Vízszintes- külső elosztó elrendezések, általában fém-műanyag spirálisan csavart csövek vannak behelyezve 2…4 méteres vízszintes árkok. És ebben az esetben Minél nagyobb a külső hűtőborda mélysége, annál jobban működik a „földről” történő fűtés..

A "talaj - víz" osztályú egységek ára összehasonlítható a "víz - víz" osztály azonos kapacitású berendezéseivel, és kétezer amerikai dollár egy hat kilowattos szivattyúért.

A hőszivattyús fűtési rendszer előnyei és hátrányai

A hőszivattyúk pozitív tulajdonságai a következők:

Felülvizsgálat: Tavaly vásároltam egy monoblokk levegő-víz hőszivattyút egy vidéki ház fűtésére. Persze drága, de remélem 10 év múlva megtérül. A szállító maga szerelte be a szivattyút és csatlakoztatta a fűtési rendszerhez, gyakorlatilag az én részvételem nélkül működik minden. Örülök a választásnak.

A hőszivattyú hátrányai a következők:

• Magas telepítési költség. A termikus berendezések normál működéséhez jelentős erőfeszítéseket kell tenni - hosszú árkokat kell ásni, mély kutakat fektetni, vagy gyakran jelentős távolságokat kell leküzdeni a legközelebbi víztestig.
• A rendszer magas színvonalú megvalósításának szükségessége. A hűtőközeg vagy a közbenső hűtőközeg legkisebb szivárgása minden erőfeszítést tönkretehet. Ezért bármilyen variációjú áramkör kialakításakor kizárólag képzett szakemberek munkáját kell igénybe venni, és a rendszer működése során ki kell küszöbölni a nyomáscsökkenés kockázatát.

DIY hőszivattyú. Összeszerelés és telepítés

Természetesen az otthoni fűtés megszervezésének kezdeti befektetése ezzel a technológiával nagyon magas. Ezért sok hétköznapi ember, akit érdekel ez az ultragazdaságos rendszer, szeretne legalább egy kicsit spórolni azzal, hogy saját maga építi fel.

Ehhez szüksége van:

• Vegyél kompresszort. A háztartási osztott légkondicionáló rendszer bármely funkcionális egysége megfelelő.
• Építs egy kondenzátort. A legegyszerűbb esetben a szokásos lehet 100 literes rozsdamentes acél tartály. Félbevágják, és egy kis átmérőjű rézcső tekercset szerelnek bele. A tekercs falának vastagságának legalább egy milliméternek kell lennie. A tekercs lecsatolása után a tartályt a tömítettségi feltételek betartásával komplett szerkezetté kell visszahegeszteni.
• Szerelje össze az elpárologtatót. Ez lehet egy 60-80 literes műanyag tartály, amelybe ¾ hüvelykes cső van beépítve.
• A talajban található külső kontúr megszervezéséhez jobb, ha modernet használ– sokkal tartósabbak, mint a klasszikus fémek, beépítésük pedig sokkal megbízhatóbb és gyorsabb.

Már csak egy hűtőberendezés-technikust kell meghívni, hogy speciális berendezéssel minőségileg lezárja a rendszer összes csatlakozását és feltöltse freonnal.

Nézzen meg egy videót a Daikin Altherma hőszivattyú beszereléséről:

Ezzel befejeződik a hőtermelő egység felszerelése. Kihasználhatja minden előnyét, amelyek közül a fő az alacsony energiafogyasztás - jelentős hőtermelő kapacitású villamos energia.

Az Energia Világbizottság előrejelzést készített az épületek fűtésére szolgáló hőforrások felhasználásáról 2020-ra. Azt állítja, hogy a fejlett országokban az otthonok 75%-át a bolygó geotermikus energiájával látják el meleg vízzel és fűtik.

Ma Svájcban az összes új lakás 40%-a hőszivattyúval van felszerelve, Svédországban pedig ez az arány 90%-ra nőtt. Oroszország és a FÁK-országok ritkábban vezetnek be hőszivattyút az otthoni fűtésre, bár az első rajongók már alkalmazzák ezt a módszert, és tapasztalataikat adják át követőinek.

Munka elvei

Az épület fűtéséhez az alacsony potenciálú forrásból (hőmérsékletből) származó energiát hűtőfolyadék továbbítja a fogyasztóhoz. A technológiai folyamat a termodinamika törvényét alkalmazza, amely két különböző hőmérsékletű rendszer hőenergiájának kiegyenlítését biztosítja: a hőforrásról a hideg fogyasztóra történő energiaátvitelt.

Környezeti hő felhasználása esetén a fűtési és melegvíz-ellátási hőmérsékleti potenciál megnő.

A regeneratív hő forrása lehet:

• a föld felszíne vagy térfogata;
• vízi környezet (tó, folyó);
• légtömegek.

Népszerűbbek azok a modellek, amelyek a földből vesznek el energiát, melynek felületét a napsugarak, illetve a bolygó külső és belső magjának energiája melegíti fel. Megjegyzik:

1. a fogyasztói tulajdonságok legjobb kombinációja;
2. hatékonyság;
3. áron.

Hűtőfolyadék keringési sémák

A hőszivattyú (HP) működése során három zárt kört használnak, amelyeken keresztül különféle folyadékok/gázok - hűtőfolyadékok - keringenek. Mindegyikük ellátja a saját funkcióját.

Forrásenergia potenciál felvevő áramkör

A levegő hőfelvételekor az elpárologtató házát ventilátorok légáramával mesterségesen fújják.

A vízi környezetből vagy a földből hőátadásra szolgáló folyékony hűtőközeg zárt ciklusát olyan csővezetékeken keresztül hajtják végre, amelyek az elpárologtató tekercset a tartály aljába süllyesztett vagy a talajba temetett kollektorhoz kötik, a talaj fagyásánál nagyobb távolságra. extrém hidegben.

Hűtőfolyadékként hígított vizes alkohololdatokon alapuló, nem fagyos folyadékokat használnak. Általában „fagyállónak” vagy „sóoldatnak” nevezik. Magasabb hőmérséklet hatására (≥+3ºС) felemelkednek az elpárologtatóba, hőt adnak át neki, majd lehűlés után (≈-3ºС) gravitációs erővel visszafolynak az energiaforráshoz, biztosítva a folyamatos keringést.

Belső áramkör

Freon alapú hűtőközeg kering rajta, magasabb szintre „emeli” a hőt. A hőmérséklet hatására egymás után átalakul gáz- és folyékony halmazállapotúvá.

A belső áramkör a következőket tartalmazza:

• egy elpárologtató, amely energiát vesz fel a sóoldatból, és továbbítja azt freonhoz, amely felforr és ritkított gázzá válik;
• kompresszor, amely nagy nyomásra sűríti a gázt. Ugyanakkor a freon hőmérséklete meredeken emelkedik;
• kondenzátor, amelyben a forró gáz átadja energiáját a kimeneti kör hűtőfolyadékának, és maga lehűl, folyékony halmazállapotúvá alakul;
• fojtószelep (tágulási szelep), csökkenti a freont a nyomáskülönbség miatt a telített gőz állapotához az elpárologtatóba belépéshez. Amikor a hűtőközeg áthalad egy keskeny lyukon, a hűtőközeg nyomása a kezdeti értékre csökken.

Kimeneti áramkör

Itt kering a víz. A hagyományos hidraulikus fűtési rendszerben való használatra kondenzátor tekercsben fűtik. Ezzel a módszerrel a hőmérséklete eléri a 35ºС-ot, ami meghatározza a „Warm Floor” rendszerben való alkalmazását hosszú vonalakkal, amelyek lehetővé teszik a termelt energia egyenletes átvitelét a helyiség teljes térfogatára.

Csak olyan fűtőradiátorok használata, amelyek kisebb mennyiségű hőcserét hoznak létre a helyiségek terével, nem olyan hatékony.

Tervezés

Az ipar különböző teljesítményjellemzőkkel rendelkező modelleket gyárt, de olyan berendezéseket tartalmaznak, amelyek a fent leírt jellemző feladatokat látják el.

Tervezési lehetőségként az ábrán egy ház fűtésére szolgáló hőszivattyú látható.

Itt a geotermikus forrásokból származó hő bemeneti vezetékeken keresztül érkezik, hétvégén pedig a lakás fűtési rendszerébe kerül.

A hőszivattyú működését a következők biztosítják:

• rendszer áramköri paraméterek és vezérlés felügyeletére, beleértve az interneten keresztüli távoli módszereket is;
• kiegészítő berendezések (mosó- és töltőegységek, tágulási tartályok, biztonsági csoportok, szivattyútelepek).

Talajszerkezetek

Háromféle hőcserélőt használnak az energia forrásból történő felvételére:

1. felületes elhelyezkedés;
2. függőleges talajszondák felszerelése;
3. vízszintes szerkezetek mélyítése.

Az első módszer a legkevésbé hatékony. Ezért ritkán használják otthon fűtésére.

Szondák felszerelése kutakba

Ez a módszer a leghatékonyabb. Körülbelül 50–150 méter vagy annál nagyobb mélységű kutak létrehozását teszi lehetővé, amelyek egy 25-40 mm átmérőjű, műanyagból készült U-alakú csővezetéket helyeznek el.

A cső keresztmetszeti területének növelése, valamint a kút mélyítése javítja a hőelvonást, de növeli a szerkezet költségét.

Vízszintes gyűjtők

A szonda lyukak fúrása drága. Ezért gyakran ezt a módszert választják, mivel olcsóbb. Lehetővé teszi, hogy a talaj fagyási mélysége alatti árkok ásásával boldoguljon.

A vízszintes kollektor tervezésekor a következőket kell figyelembe venni:

1. a talaj hővezető képessége;
2. átlagos talajnedvesség;
3. a helyszín geometriája.

Ezek befolyásolják a kollektor méreteit és konfigurációját. Csövek fektethetők:

• hurkok;
• cikkcakk;
• kígyó;
• lapos geometriai formák;
• spirál alakú spirálok.

Fontos megérteni, hogy az ilyen kollektor számára kijelölt terület területe általában 2-3-szor meghaladja a ház alapjának méreteit. Ez a módszer fő hátránya.

Vízgyűjtők

Ez a leggazdaságosabb módszer, de ehhez egy mély tározó elhelyezése szükséges az épület közelében. Az összeszerelt csővezetékeket az alján helyezik el és rögzítik súlyokkal. A hőszivattyú hatékony működéséhez ki kell számítani a kollektor minimális mélységét és a hőelvezetést biztosító tartály térfogatát.

Egy ilyen szerkezet méreteit termikus számítások határozzák meg, és hossza elérheti a 300 métert is.

Az alábbi képen a sorok előkészítése látható egy forrástó jegén történő összeszereléshez. Lehetővé teszi, hogy vizuálisan értékelje az előttünk álló munka mértékét.

Levegő módszer

Egy külső vagy beépített ventilátor az utcáról közvetlenül az elpárologtatóba fújja a levegőt freonnal, mint egy klímaberendezésben. Ebben az esetben nincs szükség csövekből terjedelmes szerkezetek létrehozására és a talajba vagy a tározóba történő elhelyezésére.

Az ezen az elven működő ház fűtésére szolgáló hőszivattyú olcsóbb, de ajánlatos viszonylag meleg éghajlaton használni: a fagyos levegő nem teszi lehetővé a rendszer működését.

Az ilyen eszközöket széles körben használják víz melegítésére úszómedencékben vagy olyan helyiségekben, amelyek olyan ipari berendezések mellett helyezkednek el, amelyek folyamatosan részt vesznek a technológiai folyamatban, és nagy teljesítményű hűtőrendszerekkel hőt bocsátanak ki a légkörbe. Ilyenek például a teljesítményautotranszformátorok, a dízelállomások és a kazánházak.

Főbb jellemzők

A VT modell kiválasztásakor figyelembe kell venni:

• hőkimeneti teljesítmény;
• hőszivattyú átalakítási arány;
• feltételes hatékonyság;
• éves hatékonyság és költségek.

kimeneti teljesítmény

Az új háztervezés létrehozásakor figyelembe veszik annak hőszükségletét, figyelembe véve az anyagok tervezési jellemzőit, amelyek hőveszteséget okoznak a falakon, ablakokon, ajtókon, mennyezeten és különböző méretű helyiségek padlóján keresztül. A számítás figyelembe veszi a komfortérzet megteremtését a legalacsonyabb fagyok esetén egy adott területen.

Az épület hőfogyasztása kW-ban van kifejezve. Ezt a hőszivattyú által termelt energiának kell fedeznie. A megtakarítást lehetővé tévő számításoknál azonban gyakran leegyszerűsítik: az év leghidegebb napjainak időtartama nem haladja meg a több hetet. Ebben az időszakban további hőforrást csatlakoztatnak, például fűtőelemeket, amelyek a kazánban lévő vizet melegítik.
Fagyok idején csak kritikus helyzetekben működnek, a többi időben ki vannak kapcsolva. Ez lehetővé teszi az alacsonyabb teljesítményű VT-k használatát.

Tervezési lehetőségek

Tájékoztatásul. A 6÷11 kW kimenő teljesítményű „só-víz” áramkörrel rendelkező modellek viszonylag kis épületekben képesek beépített tartályokból vizet melegíteni. 17 kW teljesítmény elegendő a 65ºC-os vízhőmérséklet fenntartásához egy 230÷440 literes kazánban.
A közepes méretű épületek hőigénye 22÷60 kW teljesítményt fed le.

Hőszivattyúk transzformációs együtthatója Ktr

A szerkezet hatékonyságát a dimenzió nélküli képlet segítségével határozza meg:

Ktr=(Tout-Tout)/Tout

A „T” érték a hűtőfolyadékok hőmérsékletét jelzi a szerkezet ki- és bemeneténél.

Energiaátalakítási együttható (ͼ)

Kiszámítása a hasznos hőteljesítmény arányának meghatározására szolgál a kompresszorra alkalmazott energiához viszonyítva.

ͼ=0,5T/(T-To)=0,5(ΔT+To)/ΔT

Ennél a képletnél a „T” fogyasztó és a „To” forrás hőmérsékletét Kelvin-fokban kell megadni.

A ͼ értéke a „Rel” kompresszor működésére fordított energia mennyiségével és az ebből eredő „Rn” hasznos hőteljesítménnyel határozható meg. Ebben az esetben „COP”-nak hívják, az angol „Coefficient of performance” kifejezésből rövidítve.

A ͼ együttható a forrás és a fogyasztó közötti hőmérséklet-különbségtől függően változó érték. 1-től 7-ig terjedő számok jelölik.

Feltételes hatékonyság

Ez hamis állítás: a hatékonysági tényező figyelembe veszi a végberendezés működése közbeni teljesítményveszteségeket.
Meghatározásához el kell osztani a kimenő hőteljesítményt az alkalmazottal, figyelembe véve a geotermikus források energiáját. Ezzel a számítással egy örökmozgó nem fog működni.

Éves hatékonyság és költségek

A COP együttható a hőszivattyú teljesítményét egy adott időpontban, meghatározott működési feltételek mellett értékeli. A HP teljesítményének elemzésére egy éves rendszerhatékonysági mutatót (β) vezettek be.

Itt a Qwp szimbólum az évente megtermelt hőenergia mennyiségét jelöli, a Wel pedig a létesítmény által ugyanannyi ideig fogyasztott villamos energia értéke.

Költségmutató Eq

Ez a jellemző a hatékonysági mutató ellentéte.

A HP jellemzőinek meghatározásához speciális szoftvereket és gyári padokat használnak.

Megkülönböztető jellegzetességek

Előnyök

A ház hőszivattyús fűtése más rendszerekkel összehasonlítva:

1. jó környezeti paraméterek;
2. a berendezések hosszú élettartama karbantartás nélkül;
3. az a képesség, hogy télen egyszerűen átkapcsolható a fűtési mód nyáron a légkondicionálóra;
4. magas éves hatékonyság.

Hibák

A projekt szakaszában és a működés során figyelembe kell venni:

1. nehézségek a pontos műszaki számítások elvégzésében;
2. a berendezések és a szerelési munkák magas költsége;
3. a „levegőelakadások” kialakulásának lehetősége a csővezeték-fektetési technológia megsértése miatt;
4. a rendszerből kilépő víz korlátozott hőmérséklete (≤+65ºС);
5. minden épület szigorú egyénisége;
6. nagy felületek szükségessége a kollektorok számára, kivéve a rajtuk lévő létesítmények építését.

A gyártók rövid listája

A lakásfűtéshez használt modern hőszivattyúkat olyan cégek gyártják, mint:

• Bosch - Németország;
• Waterkotte - Németország;
• WTT Group OY - Finnország;
• ClimateMaster - USA;
• ECONAR - USA;
• Dimplex - Írország;
• FHP Manufacturing - USA;
• Gustrowr - Németország;
• Heliotherm - Ausztria;
• IVT - Svédország;
• LEBERG – Norvégia.

Egyre több internetfelhasználó érdeklődik az alternatív fűtési módok iránt: hőszivattyúk.

A legtöbb számára ez egy teljesen új és ismeretlen technológia, ezért olyan kérdések merülnek fel, mint: „Mi az?”, „Hogy néz ki a hőszivattyú?”, „Hogyan működik a hőszivattyú?” stb.

Mindezekre és még sok más, a hőszivattyúkkal kapcsolatos kérdésre igyekszünk egyszerű és elérhető válaszokat adni.

Mi az a hőszivattyú?

Hő pumpa- egy olyan berendezés (más szóval „termikus kazán”), amely a környezetből (talajból, vízből vagy levegőből) elvezeti az elszórt hőt és továbbítja azt az Ön otthona fűtőkörébe.

A légkörbe és a föld felszínére folyamatosan bekerülő napsugaraknak köszönhetően folyamatos hőleadás történik. A Föld felszíne így kap hőenergiát egész évben.

A levegő részben elnyeli a hőt a napsugarak energiájából. A fennmaradó naphőenergiát a föld szinte teljesen elnyeli.

Ezenkívül a föld belsejéből származó geotermikus hő folyamatosan +8°C-os talajhőmérsékletet biztosít (1,5-2 méteres mélységtől kezdve). A hőmérséklet a tározók mélyén még hideg télen is +4-6°C között mozog.

Ezt a talaj, víz és levegő alacsony hőjét a hőszivattyú továbbítja a környezetből egy magánház fűtőkörébe, miután előzőleg a hűtőfolyadék hőmérsékletét a szükséges +35-80°C-ra emelte.

VIDEÓ: Hogyan működik a talajvíz hőszivattyú?

Mit csinál egy hőszivattyú?

Hőszivattyúk- hőmotorok, amelyeket fordított termodinamikai ciklussal hőtermelésre terveztek. hőenergia átvitele alacsony hőmérsékletű forrásból magasabb hőmérsékletű fűtési rendszerbe. A hőszivattyú működése során olyan energiaköltségek keletkeznek, amelyek nem haladják meg a megtermelt energia mennyiségét.

A hőszivattyú működése egy fordított termodinamikai cikluson (fordított Carnot-ciklus) alapul, amely két izotermából és két adiabátból áll, de a közvetlen termodinamikai ciklustól (közvetlen Carnot-ciklus) eltérően a folyamat az ellenkező irányban, az óramutató járásával ellentétes irányban halad.

A fordított Carnot-ciklusban a környezet hideg hőforrásként működik. A hőszivattyú működése során a külső környezet hője az elvégzett munkának köszönhetően, de magasabb hőmérsékleten jut el a fogyasztóhoz.

Hideg testből (talaj, víz, levegő) csak munkaráfordítással van lehetőség hőátadni (hőszivattyú esetén kompresszor, keringető szivattyúk stb. működéséhez szükséges villamos energia ráfordítása) vagy más kompenzációs eljárás.

A hőszivattyút „fordított hűtőgépnek” is nevezhetjük, hiszen a hőszivattyú ugyanaz a hűtőgép, csak a hűtővel ellentétben a hőszivattyú kívülről veszi a hőt és továbbítja a helyiségbe, vagyis felfűti a helyiséget. (a hűtőszekrény úgy hűt le, hogy hőt vesz fel a hűtőkamrából, és a kondenzátoron keresztül dobja ki).

Hogyan működik a hőszivattyú?

Most beszéljen a hőszivattyú működéséről. Ahhoz, hogy megértsük a hőszivattyú működési elvét, több dolgot is meg kell értenünk.

1. A hőszivattyú még fagypont alatti hőmérsékleten is képes hőt venni.

A legtöbb leendő lakástulajdonos nem érti a működési elvét (elvileg bármelyik léghőszivattyúé), mert nem érti, hogyan lehet télen fagy alatti hőmérsékleten hőt kivonni a levegőből. Térjünk vissza a termodinamika alapjaihoz, és emlékezzünk a hő definíciójára.

Hő- az anyag mozgási formája, amely testet alkotó részecskék (atomok, molekulák, elektronok stb.) véletlenszerű mozgása.

Még 0 ˚C (nulla Celsius fok) hőmérsékleten is, amikor a víz megfagy, még mindig van hő a levegőben. Ez lényegesen kisebb, mint például +36˚С hőmérsékleten, de ennek ellenére mind nulla, mind negatív hőmérsékleten az atomok mozgása megtörténik, és ezért hő szabadul fel.

A molekulák és az atomok mozgása teljesen leáll -273˚C (mínusz kétszázhetvenhárom Celsius-fok) hőmérsékleten, ami megfelel az abszolút nulla hőmérsékletnek (nulla fok a Kelvin-skálán). Vagyis még télen, mínuszban is van alacsony hőfok a levegőben, ami elszívható és bevihető a házba.

2. A hőszivattyúkban a munkaközeg hűtőközeg (freon).

Mi az a hűtőközeg? Hűtőközeg- hőszivattyúban lévő munkaanyag, amely a párolgás során hőt von el a lehűtött tárgyról, és a kondenzáció során hőt ad át a munkaközegnek (például víznek vagy levegőnek).

A hűtőközegek sajátossága, hogy negatív és viszonylag alacsony hőmérsékleten is képesek felforrni. Ezenkívül a hűtőközegek folyékonyból gáz halmazállapotúvá változhatnak és fordítva. A folyékony halmazállapotúból a gáz halmazállapotúba való átmenet (párolgás) során a hő elnyelődik, a gáz halmazállapotúból a folyékonyba való átmenet során (kondenzáció) hőátadás történik (hőleadás).

3. A hőszivattyú működését négy kulcseleme teszi lehetővé.

A hőszivattyú működési elvének megértése érdekében készüléke 4 fő elemre osztható:

1. Kompresszor, amely összenyomja a hűtőközeget, hogy növelje annak nyomását és hőmérsékletét.
2. Expanziós szelep- termosztatikus szelep, amely élesen csökkenti a hűtőközeg nyomását.
3. Párologtató- hőcserélő, amelyben az alacsony hőmérsékletű hűtőközeg hőt vesz fel a környezetből.
4. Kondenzátor- hőcserélő, amelyben a már felforrósodott hűtőközeg kompresszió után hőt ad át a fűtőkör munkakörnyezetébe.

Ez a négy alkatrész teszi lehetővé a hűtőgépek számára a hideg, a hőszivattyúk pedig a hőtermelést. Annak érdekében, hogy megértsük, hogyan működnek a hőszivattyú egyes alkatrészei, és miért van rájuk szükség, javasoljuk, hogy nézzen meg egy videót a talajhőszivattyú működési elvéről.

VIDEÓ: A talajvíz hőszivattyú működési elve

A hőszivattyú működési elve

Most megpróbáljuk részletesen leírni a hőszivattyú működésének egyes szakaszait. Mint korábban említettük, a hőszivattyúk működése a termodinamikai cikluson alapul. Ez azt jelenti, hogy a hőszivattyú működése több ciklusszakaszból áll, amelyek egy bizonyos sorrendben újra és újra ismétlődnek.

A hőszivattyú munkaciklusa a következő négy szakaszra osztható:

1. Hőfelvétel a környezetből (hűtőközeg forrása).

Az elpárologtató (hőcserélő) hűtőközeget fogad, amely folyékony halmazállapotú és alacsony nyomású. Mint már tudjuk, alacsony hőmérsékleten a hűtőközeg felforrhat és elpárologhat. A párolgási folyamat szükséges ahhoz, hogy az anyag hőt vegyen fel.

A termodinamika második főtétele szerint a hő a magas hőmérsékletű testről az alacsonyabb hőmérsékletű testre kerül. A hőszivattyú működésének ebben a szakaszában az alacsony hőmérsékletű hűtőközeg egy hőcserélőn áthaladva vonja el a hőt a hűtőközegből (sóoldat), amely korábban a kutakból emelkedett ki, ahol elvonta az alacsony hőmérsékletű hőt. a talaj (talaj-víz talajhőszivattyúk esetén).

Az a tény, hogy a talaj hőmérséklete a föld alatt az év bármely szakában + 7-8 ° C. Használatkor függőleges szondákat szerelnek fel, amelyeken keresztül sóoldat (hűtőfolyadék) kering. A hűtőfolyadék feladata, hogy a mélyszondákon keresztül keringve felmelegedjen a lehető legnagyobb hőmérsékletre.

Amikor a hűtőközeg hőt vett a talajból, belép a hőszivattyú hőcserélőjébe (elpárologtatóba), ahol „találkozik” az alacsonyabb hőmérsékletű hűtőközeggel. A termodinamika második főtétele szerint pedig hőcsere történik: a melegebb sóoldatból származó hő egy kevésbé melegített hűtőközegbe kerül.

Itt van egy nagyon fontos pont: hőelnyelés lehetséges az anyag párolgása soránés fordítva, a páralecsapódás során hőátadás történik. Amikor a hűtőközeget felmelegítjük a hűtőközegből, megváltozik a fázisállapota: a hűtőközeg folyékony halmazállapotból gáz halmazállapotúvá válik (a hűtőközeg felforr és elpárolog).

Az elpárologtatón való áthaladás után a hűtőközeg gázhalmazállapotú. Ez már nem folyadék, hanem gáz, amely hőt vett fel a hűtőfolyadékból (sóoldat).

2. A hűtőközeg kompresszorral történő összenyomása.

A következő lépésben a hűtőközeg gáz halmazállapotban kerül a kompresszorba. Itt a kompresszor összenyomja a freont, amely a nyomás éles növekedése miatt egy bizonyos hőmérsékletre felmelegszik.

Hasonló módon működik egy hagyományos háztartási hűtőszekrény kompresszora is. Az egyetlen lényeges különbség a hűtőkompresszor és a hőszivattyús kompresszor között a lényegesen alacsonyabb teljesítmény.

VIDEÓ: Hogyan működik egy kompresszoros hűtőszekrény

3. Hőátadás a fűtési rendszerbe (kondenzáció).

A kompresszorban való összenyomás után a magas hőmérsékletű hűtőközeg belép a kondenzátorba. Ebben az esetben a kondenzátor egyben hőcserélő is, amelyben a kondenzáció során a hűtőközegből a hő a fűtőkör munkaközegébe (például padlófűtött rendszerben vagy fűtőradiátorokban) kerül át.

A kondenzátorban a hűtőközeg gázfázisból ismét folyadékfázisba változik. Ezt a folyamatot hőkibocsátás kíséri, amelyet a ház fűtési rendszeréhez és a melegvízellátáshoz (HMV) használnak fel.

4. A hűtőközeg nyomásának csökkentése (tágulása).

Most a folyékony hűtőközeget fel kell készíteni a működési ciklus megismétlésére. Ehhez a hűtőközeg áthalad a tágulási szelep (tágulási szelep) szűk nyílásán. A fojtószelep szűk nyílásán „átnyomva” a hűtőközeg kitágul, ennek következtében hőmérséklete és nyomása csökken.

Ez a folyamat összehasonlítható az aeroszol permeteződobozból történő permetezésével. Permetezés után a doboz rövid időre lehűl. Vagyis a kifelé nyomás miatt erősen csökkent az aeroszol nyomása, és ennek megfelelően csökken a hőmérséklet is.

Most a hűtőközeg ismét olyan nyomás alatt van, hogy fel tud forrni és elpárologni, ami szükséges ahhoz, hogy a hűtőközegből hőt vegyen fel.

Az expanziós szelep (termosztatikus expanziós szelep) feladata a freonnyomás csökkentése a szűk furatból való kilépésnél történő kitágítással. Most a freon készen áll a forralásra és a hő elnyelésére.

A ciklus ismétlődik mindaddig, amíg a fűtési és használati melegvíz-rendszer megkapja a szükséges hőmennyiséget a hőszivattyútól.

• A hőszivattyúk működési elve
• Fűtőkör
• A hőszivattyúk előnyei és hátrányai
• Házi készítésű titkok

Hogyan működik

A hő- vagy geotermikus szivattyú összegyűjti a hőenergiát a környezetből, hűtőközeg segítségével alakítja át, és továbbítja az otthoni fűtési rendszerbe.

Az egység fő elemei: kompresszor, hőcserélő, keringető szivattyú, automatika, tápkör. A szivattyú három forrásból képes hőt venni.

• Levegő.
• Víz.
• Alapozás.

A vitaszálak alapján két lehetőség közül választhatunk - víz és talaj. Ennek oka a hőmérsékleti korlátozások - a forrásnak pozitívnak kell lennie. Az etetőkör elhelyezése lehet vízszintes vagy függőleges. Az első esetben a fővezetéket a fagypont alatt fektetik le - 1,5 méter mélyről. Vagy a tározó aljára, még súlyos fagyok esetén is - + 4⁰С-ig. Az áramkör hossza a fűtött helyiség méretétől és a szivattyú teljesítményétől függ. A másodikban kutakat fúrnak szondákhoz, az átlagos mélység 50-70 méter. Piastrov A V, az egyik fórumozó és egy hőszivattyú tulajdonosa így írta le a függőleges rendszert.

Piastrov A V A FORUMHOUSE tagja

A hőt geotermikus szondák gyűjtik össze – egy hurkos csővezeték, amelyen keresztül az etilénglikol kering. 50-70 méter mély kutakba ereszkednek le. Ez egy külső áramkör, és a kutak száma a hőszivattyú teljesítményétől függ. Egy 100 méteres négyzetméteres házhoz két szondára lesz szüksége - két kútra.

Fűtőkör

A hőszivattyú a gáz-, szén- vagy elektromos kazánoktól eltérően átlagosan 40⁰C-ra melegíti fel a közeget. Ez az az optimális hőmérséklet, amelynél a berendezések kopása és az áramfogyasztás is minimális. A hagyományos radiátorok esetében az ilyen mutatók nem elegendőek. Ezért a hőszivattyúval általában nem csöveket és radiátorokat használnak, hanem padlófűtést. Hatékonyabb, ha így melegítjük a hűtőfolyadékot. Csak a csövek közötti távolság legyen kisebb. Érdemes megfontolni, hogy a fűtött padló korlátozza a bútorok kiválasztását és kiszárítja a levegőt. További nedvességre lesz szükség. Nyáron a padló hűtést biztosít.

Előnyök és hátrányok

A hőszivattyú fő előnye a nagy hatásfok, minden egyes kilowatt elektromos áramra körülbelül 5 kW hőt termel. Plusz nincs fizikai erőfeszítés a munka során, nincs hulladék és szén-monoxid.

Ezenkívül nincs függés a gázipari dolgozóktól, és nem kell jóváhagyást kérni a hatóságoktól. És a kazánház követelményei nem olyan szigorúak. Az üzembe helyezés után az üzemeltetési költségek minimálisak. Csak az áramot kell fizetni, egy átlagos teljesítményű szivattyú óránként körülbelül 4 kW-ot fogyaszt. A modern modellek impulzusosak, nem működnek folyamatosan, hanem szükség esetén bekapcsolnak. Ez csökkenti a szezononkénti munkaórák számát és az energiaköltségeket.

A geotermikus fűtés fő hátránya az ára, még egy kínai vagy hazai egység is több ezer euróba kerül, az európai márkákról nem is beszélve. A külső áramkör elrendezésével és a telepítéssel együtt az öröm több százezer rubelt eredményez. A szakértők és a tulajdonosok számításai szerint a szivattyú több év alatt megtérül. Ingyenes forrásból működik, egy tonna szén vagy egy köbméter tűzifa költségéhez képest jelentős a megtakarítás. De nincs mindenkinek plusz félmilliója felszerelésre és beüzemelésre.

Ha a telephely közelében van víztömeg, az sokkal olcsóbbnak bizonyul, és nem kell drága fúrásra költeni.

A működő kutak optimalizálják a folyamatot azáltal, hogy hőforrássá válnak. Ezt egy fórumtárs megerősíti det Maros Uszt-Kamenogorszkból. Egy hőszivattyúkat gyártó és szerelési szolgáltatásokat nyújtó cégnél dolgozik. Ezért alaposan átlátja a helyzetet, és egy szál résztvevő kérdésére válaszolt, hogy szüksége van-e szondákra, ha kutak vannak a helyszínen, és kimerítően válaszolt.

det maros FORUMHOUSE tag

Minek bajlódni a szondákkal, ha van elég víz. A HP-n keresztül egyik kúttól a másikig fogsz vezetni. A szondákkal akkor bütykölünk, ha nincs víz a környéken, vagy kicsi az oszlop és nem fedezi az igényeket. Egy 10 kW-os szivattyúhoz 3 köbméter térfogatra van szükség.

Házi készítésű titkok

De a legnagyobb megtakarítást akkor éri el, ha saját maga szereli össze a hőszivattyút. A vezető egység, a kompresszor nagy teljesítményű klímaberendezésekből és split rendszerekből származik, műszaki paramétereik hasonlóak. A hőcserélőket készen árulják, de néhány kézművesnek sikerül őket rézcsövekből forrasztania. A freont hűtőközegként használják, de hengerben is árusítják. A vezérlők, relék, stabilizátorok, minden elem külön-külön feleannyiba kerül, mint egy kész készletben.

A házi projekteket leggyakrabban tavak fölé szervezik, vagy amikor már van egy meglévő kút. Tekintettel arra, hogy a költségek oroszlánrésze az ásatási munkákra esik, és a maximális megtakarítás rajtuk van.

Kézműves aparat2, Rigából, maga gyűjtötte össze a geotermikus berendezéseket, és fotóriportot tett közzé róla, minden művelet részletes leírásával.

aparat2 FORUMHOUSE tag

Két egyfázisú, egyenként 24 000 BTU (7 kWh hideg időben) kompresszorból állítottam össze egy HP-t. Az eredmény egy 16-18 kilowatt hőteljesítményű, mintegy 4,5 kW/óra áramfogyasztású kaszkád lett. Két kompresszort választottam, hogy kisebb legyen az áramerősség, nem indítom egyszerre. Közben csak a második emelet lakott, és elég egy kompresszor. És miután az egyiken kísérleteztem, javítom a második tervet.

Valamint a fórumtag úgy döntött, hogy nem költ pénzt kész lemezes hőcserélőkre. Igényesek a vízkezelés terén, és sokba kerülnek. A teljesítmény növelése érdekében egy házi hőcserélőt kombinált akkumulátorral. Az eredmény egy működő telepítés volt, amely többszöröse olcsóbb volt, mint egy vásárolt.

A hőszivattyúk azonban alternatív megoldást jelentenek, ha nincs gáz és nagy fűtési területek. Még ha saját maga állítja is össze a rendszert, az alkatrészek költségei jelentősek. A témát alaposabban tanulmányozhatja a témán, sok hasznos tanács található, a fórumozók megosztják tapasztalataikat és megvitatják a különféle modelleket. segít megérteni az összeállítást. És a videóban látható nagy ház gáz nélküli fűtésének lehetőségei egyértelmű példák. Faházak tulajdonosainak - videó