Princip delovanja toplotne črpalke. Kako deluje toplotna črpalka? Shema in tehnologija delovanja toplotne črpalke Toplotna črpalka za vodo

Toplotna črpalka je dobra alternativa tradicionalnemu ogrevanju zasebnega doma. Naprava, ki se v zahodnih državah uporablja že 30 let, je v Rusiji še vedno nov izdelek. Ovira za njeno širšo uporabo sta dva dejavnika: visoka cena in pomanjkanje informacij o toplotnih črpalkah, njihovih prednostih in principih delovanja. Pokazatelj praktičnosti geotermalnega ogrevalnega sistema je njegova priljubljenost na Zahodu. Tako se na Švedskem in Norveškem s toplotnimi črpalkami ogreva okoli 95 % hiš. Vabimo vas, da se podrobneje seznanite z zasnovo in principi delovanja te toplotne opreme, ki je zagotovo prihodnost.

Kaj je toplotna črpalka?

Toplotna črpalka je naprava, ki absorbira nizko potencialno toplotno energijo iz okolja (voda, zemlja, zrak) in jo prenaša v toplotne sisteme z višjo temperaturo.

Narava okoli nas je nasičena z energijo. Tudi mraz ima toploto. Energije iz okolja ni mogoče črpati le pri temperaturi -273 °C. Zato lahko podeželska hiša tudi v najhujši zimi ogrevati z energijo, pridobljeno iz narave.

Odvisno od vira energije (voda, zemlja, zrak) se pojavi predelava toplotnih črpalk. Najbolj praktična in preverjena pa je geotermalna toplotna črpalka, ki uporablja energijo zemlje. Idealen je za ruske razmere.

Geotermalno ogrevanje deluje na enega od treh načinov:

Uporaba geotermalnega ogrevanja, tako kot vsak ogrevalni sistem, ne bo samo ogrevala hiše, temveč tudi zagotavljala toplo vodo, ogrevala parkirišče ali rastlinjak ali ogrevala vodo v bazenu.

Prednosti uporabe toplotne črpalke

Princip delovanja toplotne črpalke

Delovanje toplotne črpalke lahko primerjamo z delovanjem klasičnega hladilnika. Samo namesto mraza naprava proizvaja toploto. Snov, ki prenaša energijo, je freon- plin ali tekočina z nizkim vreliščem. Ko izhlapeva, absorbira toploto, ko kondenzira, pa jo odda.

Toplotna črpalka je glavni element sistema. Njegove dimenzije ne presegajo dimenzij povprečnega pralnega stroja, kar olajša namestitev naprave. Sama črpalka je povezana z dvema vezjema: notranjim in zunanjim.

Notranji krog sestoji iz ogrevalnega sistema doma (cevi in ​​radiatorji). Zunanja kontura ki se nahaja v vodi ali pod zemljo. Vključuje zbiralnik izmenjevalnika toplote in cevi, ki povezujejo zbiralnik s črpalko.

Toplotne črpalke so opremljene z različnimi dodatnimi napravami. Lahko je:

• komunikacijsko napravo nadzor nad sistemom preko osebnega računalnika ali mobilnega telefona;
• hladilna enota za lokalni ali centralni hladilni sistem;
• dodatna črpalka morda bo potrebno za talno ogrevanje;
• obtočna črpalka potrebno za kroženje tople vode;

Postopek delovanja črpalke je sestavljen iz več stopenj:

1. Mešanica proti zmrzovanju se dovaja v zbiralnik. Toplotna energija se absorbira in prenaša v črpalko.
2. V uparjalniku se energija prenese na freon, kjer se segreva do 8 °C, zavre in se spremeni v paro.
3. Ko se tlak v kompresorju poveča, se temperatura poveča. Lahko doseže 70 °C.
4. Hišni ogrevalni sistem prejema toplotno energijo skozi kondenzator. Freon se takoj ohladi in preide v tekoče stanje, pri čemer odda preostalo toploto. Nato gre nazaj v zbiralnik. S tem se cikel zaključi.
5. Nato se delo ponovi po istem principu.

Toplotna črpalka deluje najučinkoviteje, če je v hiši talno ogrevanje. Toplota se enakomerno porazdeli po celotni površini tal. Ni območij pregrevanja. Hladilna tekočina v sistemu se redko segreje nad 35 °C, ogrevanje s talnim ogrevanjem pa velja za najbolj udobno pri 33 °C. To je 2 °C manj kot pri ogrevanju z radiatorji. Zato nastane prihranek do 18 % letno iz celotnega proračuna za ogrevanje. Poleg tega se domneva, da je ogrevanje na ravni tal najbolj udobno za bivanje ljudi.

Ogrevalni sistem je lahko monovalenten ali bivalenten. Monovalentni sistemi imajo en vir ogrevanja. V celoti pokriva celoletne potrebe po toploti. Bivalentne imajo torej dva vira.

Ogrevanje hiše pozimi

Na območjih s strožjimi podnebnimi razmerami je pomembna uporaba bivalentni ogrevalni sistem. Zaradi drugega vira toplote se temperaturno območje razširi. Delovanje ene toplotne črpalke zadostuje le do temperaturne stopnje -20 °C. Ko se še zniža, se priključi električni grelec, kamin, kotel na tekoče gorivo ali plin. V tem primeru je moč toplotne črpalke omejena z največje zimske potrebe na 70 - 80 %. Manjkajočih 20 - 30 % zagotovimo z dodatnim virom toplote. to zmanjša splošno učinkovitost sistema. Vendar pa je zmanjšanje nepomembno.

Pri popolnem prehodu na ogrevanje objekta z geotermalnim sistemom (v primeru, da ni predvidena vgradnja dodatnega kotla ali električne naprave) se toplotna črpalka uporablja v povezavi z notranjim modulom, ki vsebuje manjši vgrajen električni grelec. Napravo bo podpiral, ko je temperatura okolja pod -20 °C.

V katerih primerih je uporaba toplotne črpalke upravičena?

Vprašanje ogrevanja podeželske hiše vključuje preučitev več možnosti:

• Plin. Če v bližini hiše ni plinovoda, to postane nemogoče. V nekaterih regijah lahko kupite samo plin v jeklenkah.
• Premog ali drva. Z njimi se ogrevanje spremeni v delovno intenziven in neučinkovit proces.
• Kotel na tekoče gorivo zahteva visoke stroške goriva in posebne prostore. Samo gorivo zahteva tudi posebno skladiščenje, kar je v majhni hiši neprijetno.
• Električno ogrevanje je zelo drago.

V tem primeru pride na pomoč geotermalni ogrevalni sistem. Uporablja se tudi tam, kjer je na voljo plin. Vgradnja toplotne črpalke je dražja od vgradnje opreme za ogrevanje na plin. Plin pa bo v prihodnje treba plačevati neprekinjeno, za razliko od energije, odvzete iz okolja.

Povračilo toplotne črpalke je težko izraziti v povprečni številčni vrednosti. Vse je odvisno od njegovih začetnih stroškov. Bistvo vgradnje takšnega ogrevanja je v perspektivi. Čeprav je zaužita količina električna energija - 3-5-krat manj V primerjavi z drugimi ogrevalnimi sistemi je še vedno treba v denarju izračunati vse stroške energije za leto in jih primerjati s stroški sistema, njegove namestitve in delovanja.

Največjo učinkovitost uporabe toplotne črpalke lahko dosežemo z naslednjim dva pomembna pogoja:

• Ogrevana stavba mora biti izolirana, stopnja toplotnih izgub pa ne sme presegati 100 W/m2. Obstaja neposredna povezava med tem, kako je hiša izolirana in kako koristna bo vgradnja toplotne črpalke.
• Priključitev toplotne črpalke na nizkotemperaturni viri ogrevanja(konvektorji, talno gretje), katerih temperaturno območje se giblje med 30 - 40 °C.

Tako bo toplotna črpalka dobra alternativa tradicionalnim načinom ogrevanja. Naprava zagotavlja ekonomično in popolnoma varno. Lastnik po vgradnji geotermalnega ogrevalnega sistema ne bo odvisen od različnih zunanjih dejavnikov, kot so motnje v oskrbi s plinom ali klic servisa. Energija, odvzeta iz okolja, ni plačana in se ne izčrpa.

Po napovedih Svetovnega odbora za energijo bodo leta 2020 geotermalne črpalke predstavljale tri četrtine vse opreme za ogrevanje.

Praksa uporabe toplotnih črpalk: video

Danes se ves civiliziran svet bori za varčevanje z energetskimi viri. Seveda še nikomur ni uspelo ustvariti večnega giba, vendar je bil že najden skoraj stalen vir oskrbe s toploto. To je naše okolje:

• vzdušje;
• tla;
• podtalnica;
• naravna vodna telesa.

Edino vprašanje, ki ostaja, je: kako lahko akumuliramo toploto iz zunanjega okolja in jo usmerimo na notranje potrebe?

Za te namene se uporablja enota, kot je toplotna črpalka. Pravzaprav ga mnogi tehnično izobraženi že poznajo - vgrajen je v vsak sodoben hladilni ali klimatski sistem.

Poleg tega ta enota deluje na najbolj neposreden način: v načinu ogrevanja kopičijo zunanjo atmosfersko toploto in jo prenašajo na notranje naprave za prenos toplote - prezračevane radiatorje.

Takoj je treba opozoriti, da bo uporaba takšne naprave učinkovita za ogrevanje vseh izoliranih prostorov temperatura vira toplote presega eno stopinjo Celzija.

Načelo delovanja te enote je temeljno na Carnotovem zakonu. Temelji na kopičenje toplotne energije nizke stopnje s hladilnim sredstvom z njegovim kasnejšim prenosom do potrošnika.

1. Hladilno sredstvo, ki ima nižjo temperaturo, se segreje iz zunanjih virov– tla, globoki vodnjaki, naravni rezervoarji, pri prehodu v plinasto agregatno stanje.
2. On na silo stisnjen s kompresorjem in se še bolj segreje, in spet pridobi tekoče stanje, pri čemer sprosti vso akumulirano toplotno energijo v grelnih radiatorjih.
3. Cikel se ponavlja– tekoče hladilno sredstvo ponovno vstopi v zunanji tokokrog sistema, kjer se ob izhlapevanju napolni s toplotno energijo iz zunanjih virov toplote.

V tem primeru se porabi samo električna energija, ki je potrebna za kompresijo in kroženje hladilnega sredstva v sistemu, to pomeni, da se ogrevanje notranjosti izvede na najbolj ekonomičen način.

Vrste toplotnih črpalk

Obstajajo tri glavne izvedbe toplotnih črpalk:

• • • "voda - voda";
    • "tla - voda";
    • "zrak - voda".

Generatorji toplote voda-voda

Toplotne črpalke so danes zelo razširjene v visoko razvitih evropskih državah. na primer na Nizozemskem se s to napravo za izmenjavo toplote ogrevajo celotne koče, saj obstaja ogromno geotermalnih rudnikov, napolnjenih z vodo s stalno temperaturo 32 stopinj Celzija. In to je praktično brezplačen vir toplote.

Podobna različica proizvodnje toplote
oprema se imenuje "voda - voda". Ta kategorija vključuje vse vrste uporabe toplotnih sistemov tekoči mediji kot viri toplotne energije.

Običajno se to načelo delovanja izvaja na naslednji način:

• topla voda iz vodnjaka se dovaja na zunanjo stran, nato pa se izpusti v drug vodnjak ali v bližnje vodno telo.
• Radiator je nameščen na dnu rezervoarja brez ledu. Izdelan je iz nerjaveče ali kovinsko-plastične cevi. Poleg tega se pogosto uporablja za varčevanje z dragim hladilnim sredstvom - freonom vmesni tokokrog hladilne tekočine napolnjen s sredstvom proti zmrzovanju- antifriz ali raztopina glikola (antifriz).

Stroški enot voda-voda se zelo razlikujejo in so odvisni predvsem od zmogljivosti proizvodnje toplote in države izvora.

Torej, enota ruske izdelave z najmanjšo močjo, ki lahko razvije toploto moč približno 6 kW, bo stala skoraj 2000 $, industrijska dvokompresorska oprema z močjo več kot 100 kW pa bo stala skoraj trideset tisoč dolarjev ZDA.

Enote zrak-voda

Pri uporabi atmosfere ali sončne svetlobe kot vira toplotne energije Toplotna črpalka spada v razred zrak voda. V tem primeru je na zunanji toplotni izmenjevalnik pogosto nameščen obtočni ventilator, ki dodatno črpa topel zunanji zrak.

Stroški 18-kilovatnega ogrevalnega aparata tega razreda v Rusiji se začnejo pri 5000 dolarjih, za dvanajstkilovatno opremo japonskega podjetja Fujitsu pa bo potrošnik moral plačati skoraj 9000 dolarjev.

Oprema razreda "tla - voda".

Obstaja tudi različica, ki uporablja vir toplotne energije potencial, nakopičen v tleh.
Obstajata dve vrsti takšnih struktur: navpična in vodoravna.

• Navpično— postavitev zbiralnika toplote je linearna. Vse sistem je postavljen v navpične jarke, katerih globina je 20...100 metrov.
• Vodoravno- zunanje razporeditve razdelilnikov, običajno kovinsko-plastične spiralno zavite cevi, so položene v 2…4 metre vodoravni jarki. In v tem primeru, Večja kot je globina zunanjega hladilnega telesa, bolje deluje ogrevanje »iz tal«..

Cena za enote razreda "zemlja - voda" je primerljiva z opremo enake zmogljivosti razreda "voda - voda" in se začne pri dva tisoč ameriških dolarjev za šestkilovatno črpalko.

Prednosti in slabosti ogrevalnega sistema na osnovi toplotne črpalke

Pozitivne lastnosti toplotnih črpalk so:

Pregled: Lansko leto sem kupil monoblok toplotno črpalko zrak-voda za ogrevanje podeželske hiše. Seveda drago, ampak upam, da se bo v 10 letih povrnilo. Dobavitelj je sam montiral črpalko in jo priključil na ogrevalni sistem, vse deluje praktično brez mojega sodelovanja. Zadovoljen sem z izbiro.

Slabosti toplotne črpalke so:

• Visoki stroški namestitve. Za normalno delovanje toplotne opreme je treba vložiti znatne napore - kopati dolge jarke, položiti globoke vodnjake ali pogosto premagati znatne razdalje do najbližjega vodnega telesa.
• Potreba po kakovostni izvedbi sistema. Najmanjše puščanje hladilnega ali vmesnega hladilnega sredstva lahko pokvari vse napore. Zato je pri postavitvi vezja katere koli različice potrebno uporabiti delo izključno kvalificiranih strokovnjakov in med delovanjem sistema odpraviti tveganje za njegovo znižanje tlaka.

DIY toplotna črpalka. Montaža in namestitev

Seveda je začetna naložba v organizacijo ogrevanja doma s to tehnologijo zelo visoka. Zato ima veliko običajnih ljudi, ki jih zanima ta ultra-ekonomični sistem, željo, da bi vsaj malo prihranili tako, da bi ga zgradili sami.

Za to potrebujete:

• Kupi kompresor. Vsaka funkcionalna enota iz gospodinjskega split klimatskega sistema bo zadostovala.
• Zgradite kondenzator. V najpreprostejšem primeru je lahko običajno rezervoar iz nerjavečega jekla s prostornino 100 litrov. Prerezan je na polovico, v njem pa je nameščena tuljava bakrene cevi majhnega premera. Debelina stene tuljave mora biti najmanj en milimeter. Po odvitju tuljave je treba rezervoar zvariti nazaj v celotno konstrukcijo, pri čemer je treba upoštevati pogoje tesnosti.
• Sestavite uparjalnik. To je lahko plastična 60-80-litrska posoda z vgrajeno ¾-palčno cevjo.
• Za organizacijo zunanje konture, ki se nahaja v tleh, je bolje uporabiti sodobno– so veliko bolj trpežni od klasičnih kovinskih in njihova montaža je veliko bolj zanesljiva in hitrejša.

Ostaja le, da povabite tehnika hladilne opreme, da bo s pomočjo specializirane opreme kakovostno zatesnil vse spoje sistema in jih napolnil s freonom.

Oglejte si video o namestitvi toplotne črpalke Daikin Altherma:

S tem je namestitev enote za proizvodnjo toplote končana. Izkoristite lahko vse njegove prednosti, med katerimi je glavna nizka poraba energije - električne energije z veliko toplotno zmogljivostjo.

Svetovni energetski odbor je sestavil napoved porabe toplotnih virov za ogrevanje stavb za leto 2020. Trdi, da bo v razvitih državah 75 % domov oskrbovanih s toplo vodo in ogrevanih z geotermalno energijo planeta.

Danes je 40 % vseh novih domov v Švici opremljenih s toplotnimi črpalkami, na Švedskem pa se je ta številka povečala na 90 %. Rusija in države CIS manj pogosto uvajajo toplotno črpalko za ogrevanje doma, čeprav prvi navdušenci že uporabljajo to metodo in svoje izkušnje prenašajo na privržence.

Načela dela

Za ogrevanje stavbe se energija iz vira z nizkim potencialom (temperatura) prenese s hladilno tekočino do porabnika. Tehnološki proces uporablja zakon termodinamike, ki zagotavlja izenačitev toplotnih energij dveh sistemov z različnimi temperaturami: prenos moči od vročega vira do hladnega porabnika.

Pri izrabi okoljske toplote se poveča njen temperaturni potencial za ogrevanje in pripravo tople vode.

Vir regenerativne toplote je lahko:

• površina zemlje ali njena prostornina;
• vodno okolje (jezero, reka);
• zračne mase.

Bolj priljubljeni so modeli, ki jemljejo energijo iz zemlje, katere površino segrevajo sončni žarki ter energija zunanjega in notranjega jedra planeta. Opozarjajo se na:

1. najboljša kombinacija potrošniških lastnosti;
2. učinkovitost;
3. po ceni.

Sheme kroženja hladilne tekočine

Pri delovanju toplotne črpalke (TČ) se uporabljajo trije zaprti krogi, po katerih krožijo različne tekočine/plini - hladilne tekočine. Vsak od njih opravlja svoje funkcije.

Zajemno vezje potenciala vira energije

Pri odvzemu toplote iz zraka se uporablja umetno vpihovanje ohišja uparjalnika z zračnimi tokovi iz ventilatorjev.

Zaprti cikel tekočega hladilnega sredstva za prenos toplote iz vodnega okolja ali zemlje poteka po cevovodih, ki povezujejo tuljavo uparjalnika s kolektorjem, ki je vkopan v dno rezervoarja ali zakopan v zemljo na razdalji, ki presega zmrzovanje tal. v ekstremnem mrazu.

Kot hladilna sredstva se uporabljajo nezmrzljive tekočine na osnovi razredčenih vodnih raztopin alkohola. Običajno se imenujejo "antifriz" ali "slanica". Pod vplivom višje temperature (≥+3ºС) se dvignejo do uparjalnika, mu prenesejo toploto in po ohlajanju (≈-3ºС) tečejo gravitacijsko nazaj k viru energije, kar zagotavlja neprekinjeno kroženje.

Notranji krog

Po njem kroži hladilno sredstvo na osnovi freona, ki "dvigne" toploto na višjo raven. Pod vplivom temperature zaporedno prehaja v plinasto in tekoče stanje.

Notranje vezje vključuje:

• uparjalnik, ki jemlje energijo iz slanic in jo prenaša na freon, ki zavre in postane redek plin;
• kompresor, ki stisne plin na visok tlak. Hkrati se temperatura freona močno poveča;
• kondenzator, v katerem vroč plin prenaša svojo energijo na hladilno tekočino izhodnega tokokroga in se sam ohladi ter preide v tekoče stanje;
• dušilka (ekspanzijski ventil), ki reducira freon zaradi tlačne razlike v stanje nasičene pare za vstop v uparjalnik. Ko gre hladilno sredstvo skozi ozko luknjo, tlak hladilne tekočine pade na začetno vrednost.

Izhodno vezje

Tukaj kroži voda. Segreva se v kondenzatorski tuljavi za uporabo v običajnem hidravličnem ogrevalnem sistemu. S to metodo njegova temperatura doseže približno 35ºС, kar določa njegovo uporabo v sistemu "topla tla" z dolgimi linijami, ki omogočajo enakomeren prenos ustvarjene energije na celotno prostornino prostora.

Uporaba samo radiatorjev za ogrevanje, ki ustvarjajo manjše količine toplotne izmenjave s prostorom prostorov, ni tako učinkovita.

Oblikovanje

Industrija proizvaja modele z različnimi karakteristikami delovanja, vendar vključujejo opremo, ki opravlja zgoraj opisane standardne naloge.

Kot možnost oblikovanja je na sliki prikazana toplotna črpalka za ogrevanje hiše.

Tu se toplota iz geotermalnih virov sprejema po dovodnih cevovodih, ob vikendih pa se prenaša v sistem ogrevanja doma.

Delovanje toplotne črpalke zagotavljajo:

• sistem za spremljanje parametrov vezja in nadzor, vključno z oddaljenimi metodami preko interneta;
• dodatna oprema (pralne in polnilne enote, ekspanzijske posode, varnostne skupine, črpalne postaje).

Talne strukture

Za pridobivanje energije iz vira uporabljajo tri oblike toplotnih izmenjevalnikov:

1. površinska lokacija;
2. namestitev vertikalnih talnih sond;
3. poglabljanje horizontalnih struktur.

Prva metoda je najmanj učinkovita. Zato se redko uporablja za ogrevanje doma.

Vgradnja sond v vrtine

Ta metoda je najučinkovitejša. Zagotavlja ustvarjanje vodnjakov do globine približno 50÷150 metrov ali več za namestitev cevovoda v obliki črke U iz plastičnih materialov s premerom od 25 do 40 mm.

Povečanje površine prečnega prereza cevi, kot tudi poglabljanje vodnjaka, ustvarja izboljšano odvajanje toplote, vendar poveča stroške konstrukcije.

Horizontalni kolektorji

Vrtanje lukenj za sonde je drago. Zato se ta metoda pogosto izbere, saj je cenejša. Omogoča vam kopanje jarkov pod globino zmrzovanja tal.

Pri načrtovanju vodoravnega kolektorja je treba upoštevati naslednje:

1. toplotna prevodnost tal;
2. povprečna vlažnost tal;
3. geometrijo mesta.

Vplivajo na dimenzije in konfiguracijo kolektorja. Cevi se lahko polagajo:

• zanke;
• cik-cak;
• kača;
• ravne geometrijske oblike;
• vijačne spirale.

Pomembno je razumeti, da površina mesta, dodeljena za tak kolektor, običajno presega dimenzije temeljev hiše za 2-3 krat. To je glavna pomanjkljivost te metode.

Zbiralniki vode

To je najbolj ekonomičen način, vendar zahteva lokacijo globokega rezervoarja v bližini stavbe. Sestavljeni cevovodi so nameščeni in zavarovani z utežmi na njegovem dnu. Za učinkovito delovanje toplotne črpalke je potrebno izračunati minimalno globino kolektorja in prostornino hranilnika, ki omogoča odvod toplote.

Dimenzije takšne strukture so določene s toplotnimi izračuni in lahko dosežejo dolžino več kot 300 metrov.

Na spodnji sliki je prikazana priprava vodov za montažo na ledu izvirskega jezera. Omogoča vam vizualno oceno obsega dela, ki je pred vami.

Zračna metoda

Zunanji ali vgrajeni ventilator piha zrak z ulice neposredno na uparjalnik s freonom, kot v klimatski napravi. V tem primeru ni treba ustvarjati obsežnih struktur iz cevi in ​​jih postaviti v tla ali rezervoar.

Toplotna črpalka za ogrevanje hiše, ki deluje na tem principu, je cenejša, vendar je priporočljivo, da jo uporabljate v relativno toplem podnebju: zmrznjen zrak ne bo omogočil delovanja sistema.

Takšne naprave se pogosto uporabljajo za ogrevanje vode v bazenih ali prostorih, ki se nahajajo ob industrijskih napravah, ki so nenehno vključene v tehnološki proces in z močnimi hladilnimi sistemi oddajajo toploto v ozračje. Primeri vključujejo močnostne avtotransformatorje, dizelske postaje in kotlovnice.

Glavne značilnosti

Pri izbiri modela VT morate upoštevati:

• toplotna izhodna moč;
• transformacijsko razmerje toplotne črpalke;
• pogojna učinkovitost;
• letna učinkovitost in stroški.

izhodna moč

Pri oblikovanju nove zasnove hiše se upoštevajo njene toplotne potrebe ob upoštevanju konstrukcijskih značilnosti materialov, ki ustvarjajo toplotne izgube skozi stene, okna, vrata, strope in tla prostorov različnih velikosti. Pri izračunu se upošteva ustvarjanje udobja pri najnižjih zmrzali na določenem območju.

Poraba toplotne moči objekta je izražena v kW. Pokrita mora biti z energijo, ki jo proizvede toplotna črpalka. Vendar se pri izračunih pogosto uporablja poenostavitev, ki omogoča prihranek: trajanje najhladnejših dni v letu ne presega več tednov. V tem obdobju je priključen dodaten vir toplote, na primer grelni elementi, ki ogrevajo vodo v kotlu.
Delujejo le v kritičnih situacijah med zmrzali, preostali čas pa so izklopljeni. To omogoča uporabo VT z nižjimi močmi.

Možnosti oblikovanja

Za referenco. Modeli z izhodno močjo 6÷11 kW krogov "slanica-voda" lahko ogrevajo vodo iz vgrajenih rezervoarjev v relativno majhnih zgradbah. Moč 17 kW zadostuje za vzdrževanje temperature vode 65ºC v kotlu s prostornino 230÷440 litrov.
Toplotne potrebe srednje velikih stavb pokrivajo moč 22÷60 kW.

Koeficient transformacije toplotnih črpalk Ktr

Določa učinkovitost strukture z uporabo brezdimenzijske formule:

Ktr=(Tout-Tout)/Tout

Vrednost "T" označuje temperaturo hladilne tekočine na izstopu in vstopu v konstrukcijo.

Koeficient pretvorbe energije (ͼ)

Izračuna se za določitev deleža uporabne toplotne moči glede na uporabljeno energijo za kompresor.

ͼ=0,5T/(T-To)=0,5(ΔT+To)/ΔT

Za to formulo je temperatura porabnika "T" in vira "To" določena v stopinjah Kelvina.

Vrednost ͼ je mogoče določiti s količino energije, porabljene za delovanje kompresorja “Rel” in posledično koristno toplotno močjo “Rn”. V tem primeru se imenuje "COP", skrajšano iz angleškega izraza "Coefficient of performance".

Koeficient ͼ je spremenljiva vrednost, ki je odvisna od temperaturne razlike med virom in porabnikom. Označena je s številkami od 1 do 7.

Pogojna učinkovitost

To je napačna izjava: faktor učinkovitosti upošteva izgube moči med delovanjem končne naprave.
Da bi jo določili, je treba izhodno toplotno moč deliti z uporabljeno, ob upoštevanju energije geotermalnih virov. S tem izračunom večni stroj ne bo deloval.

Letna učinkovitost in stroški

Koeficient COP ovrednoti delovanje toplotne črpalke v določenem trenutku pod določenimi pogoji delovanja. Za analizo uspešnosti HP je bil uveden letni indikator učinkovitosti sistema (β).

Tukaj simbol Qwp označuje količino proizvedene toplotne energije na leto, Wel pa vrednost električne energije, ki jo naprava porabi za isti čas.

Indikator stroškov Eq

Ta lastnost je nasprotna kazalniku učinkovitosti.

Za določitev značilnosti HP se uporabljajo specializirana programska oprema in tovarniške mize.

Značilne lastnosti

Prednosti

Ogrevanje hiše s toplotno črpalko ima v primerjavi z drugimi sistemi:

1. dobri okoljski parametri;
2. dolga življenjska doba opreme brez vzdrževanja;
3. možnost preprostega preklopa načina ogrevanja pozimi na klimatsko napravo poleti;
4. visoka letna učinkovitost.

Napake

V fazi projekta in med delovanjem je treba upoštevati:

1. težave pri izvajanju natančnih tehničnih izračunov;
2. visoki stroški opreme in inštalacijskih del;
3. možnost nastanka "zračnih zastojev" zaradi kršitev tehnologije polaganja cevovodov;
4. omejena temperatura vode, ki izstopa iz sistema (≤+65ºС);
5. stroga individualnost vsakega dizajna za katero koli zgradbo;
6. potreba po velikih površinah za kolektorje z izjemo gradnje objektov na njih.

Kratek seznam proizvajalcev

Sodobne toplotne črpalke za ogrevanje doma proizvajajo podjetja kot so:

• Bosch - Nemčija;
• Waterkotte - Nemčija;
• WTT Group OY - Finska;
• ClimateMaster - ZDA;
• ECONAR - ZDA;
• Dimplex - Irska;
• FHP Manufacturing - ZDA;
• Gustrowr - Nemčija;
• Heliotherm - Avstrija;
• IVT - Švedska;
• LEBERG - Norveška.

Vse več uporabnikov interneta se zanima za alternativne načine ogrevanja: toplotne črpalke.

Za večino je to povsem nova in nepoznana tehnologija, zato se porajajo vprašanja: “Kaj je to?”, “Kako izgleda toplotna črpalka?”, “Kako deluje toplotna črpalka?” itd.

Na vsa ta in mnoga druga vprašanja, povezana s toplotnimi črpalkami, bomo na tem mestu poskušali podati preproste in dostopne odgovore.

Kaj je toplotna črpalka?

Toplotna črpalka- naprava (z drugimi besedami »toplotni kotel«), ki odvzema razpršeno toploto iz okolja (zemlja, voda ali zrak) in jo prenaša v ogrevalni krog vašega doma.

Zahvaljujoč sončnim žarkom, ki nenehno vstopajo v atmosfero in na površje zemlje, prihaja do stalnega sproščanja toplote. Tako zemeljsko površje vse leto prejema toplotno energijo.

Zrak delno absorbira toploto iz energije sončnih žarkov. Preostalo sončno toplotno energijo skoraj v celoti absorbira zemlja.

Poleg tega geotermalna toplota iz zemeljskega črevesja stalno zagotavlja temperaturo tal +8°C (začenši od globine 1,5-2 metra in manj). Tudi v hladni zimi temperatura v globinah rezervoarjev ostane v območju +4-6 ° C.

To je nizkocenovna toplota zemlje, vode in zraka, ki jo toplotna črpalka prenese iz okolja v ogrevalni krog zasebne hiše, pri čemer je predhodno dvignila temperaturo hladilne tekočine na zahtevano +35-80 ° C.

VIDEO: Kako deluje toplotna črpalka zemlja-voda?

Kaj počne toplotna črpalka?

Toplotne črpalke- toplotni motorji, ki so zasnovani za proizvodnjo toplote z uporabo obratnega termodinamičnega cikla. prenos toplotne energije iz nizkotemperaturnega vira v ogrevalni sistem z višjo temperaturo. Med delovanjem toplotne črpalke nastanejo stroški energije, ki ne presegajo količine proizvedene energije.

Delovanje toplotne črpalke temelji na obratnem termodinamičnem ciklu (reverzni Carnotov cikel), ki ga sestavljata dve izotermi in dva adiabata, vendar za razliko od direktnega termodinamičnega cikla (direktni Carnotov cikel) proces poteka v obratni smeri: v nasprotni smeri urinega kazalca.

V obratnem Carnotovem ciklu okolje deluje kot hladen vir toplote. Pri delovanju toplotne črpalke se toplota iz zunanjega okolja zaradi opravljenega dela prenaša na porabnika, vendar pri višji temperaturi.

Prenos toplote od hladnega telesa (zemlja, voda, zrak) je možen samo s porabo dela (pri toplotni črpalki poraba električne energije za delovanje kompresorja, obtočne črpalke itd.) ali drug odškodninski postopek.

Toplotni črpalki lahko rečemo tudi “hladilnik obratno”, saj je toplotna črpalka isti hladilni stroj, le da za razliko od hladilnika toplotna črpalka jemlje toploto od zunaj in jo prenaša v prostor, torej ogreva prostor. (hladilnik hladi tako, da odvzema toploto iz hladilne komore in jo oddaja skozi kondenzator).

Kako deluje toplotna črpalka?

Zdaj pa se pogovorite o delovanju toplotne črpalke. Da bi razumeli princip delovanja toplotne črpalke, moramo razumeti več stvari.

1. Toplotna črpalka je sposobna odvzemati toploto tudi pri temperaturah pod ničlo.

Večina bodočih lastnikov ne more razumeti principa delovanja (načeloma katere koli toplotne črpalke na zrak), ker ne razumejo, kako se lahko pozimi pri temperaturah pod ničlo pridobiva toplota iz zraka. Vrnimo se k osnovam termodinamike in se spomnimo definicije toplote.

Toplota- oblika gibanja snovi, ki je naključno gibanje delcev, ki tvorijo telo (atomi, molekule, elektroni itd.).

Tudi pri 0˚C (nič stopinj Celzija), ko voda zmrzne, je v zraku še vedno toplota. To je bistveno manj kot na primer pri temperaturi +36˚С, vendar kljub temu tako pri ničelnih kot pri negativnih temperaturah pride do gibanja atomov, zato se sprošča toplota.

Gibanje molekul in atomov se popolnoma ustavi pri temperaturi -273˚C (minus dvesto triinsedemdeset stopinj Celzija), kar ustreza temperaturi absolutne ničle (nič stopinj po Kelvinovi lestvici). To pomeni, da je tudi pozimi pri temperaturah pod ničlo v zraku nizka toplota, ki jo je mogoče odvzeti in prenesti v hišo.

2. Delovna tekočina v toplotnih črpalkah je hladilno sredstvo (freon).

Kaj je hladilno sredstvo? Hladilno sredstvo- delovna snov v toplotni črpalki, ki pri izhlapevanju odvzema toploto ohlajenemu predmetu in pri kondenzaciji predaja toploto delovnemu mediju (na primer vodi ali zraku).

Posebnost hladilnih sredstev je, da lahko vrejo tako pri negativnih kot relativno nizkih temperaturah. Poleg tega lahko hladilna sredstva prehajajo iz tekočega v plinasto stanje in obratno. Pri prehodu iz tekočega v plinasto stanje (izparevanje) se toplota absorbira, pri prehodu iz plinastega v tekoče (kondenzacija) pa pride do prenosa toplote (sproščanje toplote).

3. Delovanje toplotne črpalke omogočajo štiri ključne komponente.

Da bi razumeli princip delovanja toplotne črpalke, lahko njeno napravo razdelimo na 4 glavne elemente:

1. Kompresor, ki stisne hladilno sredstvo, da poveča njegov tlak in temperaturo.
2. Ekspanzijski ventil- termostatski ventil, ki močno zmanjša tlak hladilnega sredstva.
3. Uparjalnik- toplotni izmenjevalnik, v katerem nizkotemperaturno hladilno sredstvo absorbira toploto iz okolja.
4. Kondenzator- izmenjevalnik toplote, v katerem že vroče hladilno sredstvo po stiskanju prenaša toploto v delovno okolje ogrevalnega kroga.

Prav te štiri komponente omogočajo, da hladilni stroji proizvajajo hlad, toplotne črpalke pa toploto. Da bi razumeli, kako vsaka komponenta toplotne črpalke deluje in zakaj je potrebna, predlagamo ogled videoposnetka o principu delovanja toplotne črpalke zemlja-voda.

VIDEO: Princip delovanja toplotne črpalke zemlja-voda

Princip delovanja toplotne črpalke

Zdaj bomo poskušali podrobno opisati vsako fazo delovanja toplotne črpalke. Kot smo že omenili, delovanje toplotnih črpalk temelji na termodinamičnem ciklu. To pomeni, da je delovanje toplotne črpalke sestavljeno iz več stopenj cikla, ki se vedno znova ponavljajo v določenem zaporedju.

Delovni cikel toplotne črpalke lahko razdelimo na naslednje štiri stopnje:

1. Absorpcija toplote iz okolja (vretje hladilnega sredstva).

Uparjalnik (toplotni izmenjevalnik) sprejema hladilno sredstvo, ki je v tekočem stanju in ima nizek tlak. Kot že vemo, lahko pri nizkih temperaturah hladilno sredstvo zavre in izhlapi. Proces izhlapevanja je potreben, da snov absorbira toploto.

Po drugem zakonu termodinamike se toplota prenaša s telesa z visoko temperaturo na telo z nižjo temperaturo. V tej fazi delovanja toplotne črpalke nizkotemperaturno hladilno sredstvo, ki gre skozi toplotni izmenjevalnik, odvzame toploto hladilni tekočini (slanici), ki se je prej dvignila iz vrtin, kjer je odvzela nizkocenovno toploto tla (v primeru toplotnih črpalk zemlja-voda).

Dejstvo je, da je temperatura tal pod zemljo kadar koli v letu + 7-8 ° C. Pri uporabi so nameščene navpične sonde, skozi katere kroži slanica (hladilna tekočina). Naloga hladilne tekočine je, da se med kroženjem skozi globoke sonde segreje na najvišjo možno temperaturo.

Ko hladilno sredstvo odvzame toploto zemlji, vstopi v toplotni izmenjevalnik toplotne črpalke (uparjalnik), kjer se »sreča« s hladilnim sredstvom, ki ima nižjo temperaturo. In po drugem zakonu termodinamike pride do izmenjave toplote: toplota iz bolj segrete slanice se prenese na manj segreto hladilno sredstvo.

Tukaj je zelo pomembna točka: med izhlapevanjem snovi je mogoča absorpcija toplote in obratno, pri kondenzaciji pride do prenosa toplote. Ko se hladilno sredstvo segreje iz hladilne tekočine, spremeni svoje fazno stanje: hladivo preide iz tekočega stanja v plinasto stanje (hladivo zavre in izhlapi).

Po prehodu skozi uparjalnik hladilno sredstvo je v plinasti fazi. To ni več tekočina, ampak plin, ki je odvzel toploto hladilni tekočini (slanica).

2. Stiskanje hladilnega sredstva s kompresorjem.

V naslednjem koraku vstopi hladilno sredstvo v kompresor v plinastem stanju. Tukaj kompresor stisne freon, ki se zaradi močnega povečanja tlaka segreje na določeno temperaturo.

Kompresor navadnega gospodinjskega hladilnika deluje na podoben način. Edina pomembna razlika med kompresorjem hladilnika in kompresorjem toplotne črpalke je bistveno nižja zmogljivost.

VIDEO: Kako deluje hladilnik s kompresorjem

3. Prenos toplote v ogrevalni sistem (kondenzacija).

Po stiskanju v kompresorju hladilno sredstvo, ki ima visoko temperaturo, vstopi v kondenzator. Kondenzator je v tem primeru tudi toplotni izmenjevalnik, v katerem se med kondenzacijo toplota prenaša iz hladilnega sredstva na delovni medij ogrevalnega kroga (na primer voda v sistemu ogrevanih tal ali grelnih radiatorjih).

V kondenzatorju hladilno sredstvo spet preide iz plinaste faze v tekočo fazo. Ta proces spremlja sproščanje toplote, ki se uporablja za ogrevalni sistem v hiši in oskrbo s toplo vodo (STV).

4. Zmanjšanje tlaka hladilnega sredstva (ekspanzija).

Zdaj je treba tekoče hladilno sredstvo pripraviti za ponovitev delovnega cikla. Da bi to naredili, hladilno sredstvo prehaja skozi ozko odprtino ekspanzijskega ventila (ekspanzijski ventil). Po »potisku« skozi ozko odprtino dušilne lopute se hladilno sredstvo razširi, zaradi česar se njegova temperatura in tlak znižata.

Ta postopek je primerljiv z razprševanjem aerosola iz razpršilne pločevinke. Po škropljenju se pločevinka za kratek čas ohladi. To pomeni, da je prišlo do močnega padca tlaka aerosola zaradi pritiska navzven, temu primerno pade tudi temperatura.

Zdaj je hladilno sredstvo spet pod takšnim pritiskom, da lahko zavre in izhlapi, kar je potrebno, da absorbiramo toploto iz hladilne tekočine.

Naloga ekspanzijskega ventila (termostatskega ekspanzijskega ventila) je zmanjšati tlak freona tako, da se razširi na izhodu iz ozke luknje. Zdaj je freon pripravljen, da ponovno zavre in absorbira toploto.

Cikel se ponavlja, dokler sistem za ogrevanje in sanitarno vodo ne prejme potrebne količine toplote iz toplotne črpalke.

• Princip delovanja toplotnih črpalk
• Ogrevalni krog
• Prednosti in slabosti toplotnih črpalk
• Domače skrivnosti

Kako deluje

Toplotna ali geotermalna črpalka zbira toplotno energijo iz okolja, jo pretvarja s hladilnim sredstvom in dovaja ogrevalnemu sistemu doma.

Glavne komponente enote: kompresor, izmenjevalnik toplote, obtočna črpalka, avtomatizacija, napajalni krog. Črpalka lahko črpa toploto iz treh virov.

• zrak.
• voda
• Priprava.

Sodeč po temah razprav imamo dve možnosti, ki povprašujejo - vodo in zemljo. To je posledica temperaturnih omejitev - vir mora biti pozitiven. Lokacija napajalnega kroga je lahko vodoravna ali navpična. V prvem primeru je glavna linija položena pod nivojem zmrzovanja - od 1,5 metra globine. Ali na dno rezervoarja, tam tudi v hudih zmrzali - do + 4⁰С. Dolžina tokokroga je odvisna od dimenzij ogrevanega prostora in moči črpalke. V drugem so izvrtane vrtine za sonde, povprečna globina je 50–70 metrov. Piastrov A V, eden od forumašev in lastnik toplotne črpalke, je tako opisal vertikalni sistem.

Piastrov A V Član FORUMHOUSE

Toploto zbirajo geotermalne sonde – zankasti cevovod, po katerem kroži etilen glikol. Spuščajo se v vodnjake globine 50–70 metrov. To je zunanji krog, število vodnjakov pa je odvisno od moči toplotne črpalke. Za hišo s kvadratno površino 100 metrov boste potrebovali dve sondi - dve vodnjaki.

Ogrevalni krog

Toplotna črpalka za razliko od kotlov na plin, premog ali elektriko segreje medij v povprečju na 40⁰C. To je optimalna temperatura, pri kateri sta tako obraba opreme kot poraba električne energije minimalni. Za običajne radiatorje taki indikatorji niso dovolj. Zato s toplotno črpalko običajno ne uporabljajo cevi in ​​baterij, temveč topla tla. Pri segrevanju hladilne tekočine na ta način je bolj učinkovito. Le razmak med cevmi mora biti manjši. Upoštevati je treba, da ogrevana tla ustvarjajo omejitve pri izbiri pohištva in izsušijo zrak. Potrebna bo dodatna vlaga. Poleti lahko tla služijo za hlajenje.

Prednosti in slabosti

Glavna prednost toplotne črpalke je visok izkoristek, saj za vsak kilovat porabljene električne energije proizvede približno 5 kW toplote. Plus brez fizičnega napora med delom, brez odpadkov in ogljikovega monoksida.

Poleg tega ni odvisnosti od plinskih delavcev in ni potrebe po odobritev k organom. In zahteve za kotlovnico niso tako stroge. Po zagonu so obratovalni stroški minimalni. Plačuje se samo elektrika, povprečna moč črpalke porabi približno 4 kW na uro. Sodobni modeli so impulzni, ne delujejo neprekinjeno, ampak se vklopijo po potrebi. To zmanjša število delovnih ur na sezono in stroške energije.

Glavna pomanjkljivost geotermalnega ogrevanja je cena, tudi kitajska ali domača enota, da o evropskih znamkah niti ne govorimo, stane nekaj tisoč evrov. Skupaj z ureditvijo zunanjega tokokroga in namestitvijo bo užitek povzročil na stotine tisoč rubljev. Po izračunih strokovnjakov in lastnikov se črpalka povrne v nekaj letih. Deluje na brezplačen vir, v primerjavi s stroški tone premoga ali kubičnega metra drv je prihranek velik. A nimajo vsi dodatnega pol milijona za opremo in zagon.

Če je v bližini mesta vodno telo, se izkaže, da je veliko ceneje in ni treba porabiti za drago vrtanje.

Delujoče vrtine tudi optimizirajo proces, saj postanejo vir toplote. To je potrdil član foruma det Maros iz Ust-Kamenogorsk. Zaposlen je v podjetju za proizvodnjo toplotnih črpalk in montažo. Zato dobro razume situacijo in je na vprašanje udeleženca teme, ali potrebuje sonde, če so na lokaciji vrtine, odgovoril izčrpno.

det maros Član FORUMHOUSE

Zakaj bi se ukvarjal s sondami, če je vode dovolj. Skozi HP se boste vozili od enega vodnjaka do drugega. S sondami se ukvarjamo takrat, ko v okolici ni vode ali je steber majhen in ne pokriva potreb. Črpalka z močjo 10 kW zahteva prostornino 3 kubične metre.

Domače skrivnosti

Največji prihranek pa dosežete, če toplotno črpalko sestavite sami. Vodilna enota, kompresor, je vzeta iz močnih klimatskih naprav in split sistemov, njihovi tehnični parametri so podobni. Toplotni izmenjevalniki se prodajajo že pripravljeni, nekaterim obrtnikom pa jih uspe spajkati iz bakrenih cevi. Freon se uporablja kot hladilno sredstvo, prodaja se tudi v jeklenkah. Krmilniki, releji, stabilizatorji, vsi elementi posebej bodo stali polovico manj kot v že pripravljenem kompletu.

Najpogosteje so domači projekti organizirani nad ribniki ali ko že obstaja vodnjak. Zaradi dejstva, da levji delež stroškov pade na izkopna dela, so prihranki na njih največji.

Obrtnik aparat2, iz Rige, sam zbral geotermalno opremo in o tem objavil fotoreportažo s podrobnim opisom vseh operacij.

aparat2 Član FORUMHOUSE

TČ sem sestavil iz dveh enofaznih kompresorjev po 24.000 BTU (7 kWh v hladnem vremenu). Rezultat je bila kaskada s toplotno močjo 16-18 kilovatov, s porabo električne energije okoli 4,5 kW na uro. Izbral sem dva kompresorja, da bodo tokovi nižji, ne bom jih zagnal hkrati. Medtem je naseljeno samo drugo nadstropje in zadostuje en kompresor. In ko bom eksperimentiral na enem, bom izboljšal drugi dizajn.

Prav tako se je član foruma odločil, da ne bo porabil denarja za že pripravljene ploščne izmenjevalnike toplote. So zahtevni glede priprave vode in so dragi. Kombiniral je domači izmenjevalec z baterijo, da bi povečal izhod. Rezultat je bila delujoča instalacija, ki je bila nekajkrat cenejša od kupljene.

Vendar so toplotne črpalke alternativa, ko ni plina in velikih ogrevalnih površin. Tudi če sistem sestavite sami, so stroški komponent precejšnji. Temo lahko podrobneje preučite v temi, tam je veliko koristnih nasvetov, uporabniki foruma delijo svoje izkušnje in razpravljajo o različnih modelih. vam bo pomagal razumeti sklop. In možnosti za ogrevanje velike hiše brez plina v videu so jasen primer. Za lastnike lesenih hiš - video