Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Przemysł pompujący nie stoi w miejscu, a nowe rozwiązania inżynieryjne powstają w oparciu o znane technologie. Marketerzy zainteresowani osiąganiem zysków i zwiększaniem sprzedaży często ukrywają dane na temat konkretnego produktu, promując go jako rewolucyjny, niezrównany. Najbardziej uderzającym przykładem są pompy ciepła. Materiały promocyjne nie opisują zasady działania takich urządzeń, ani poziomu wydajności do ogrzewania domu. Można jednak zrozumieć, jak to działa i jak użyteczny może być ten lub inny system z tego materiału.

Co to jest pompa ciepła, zakres jej zastosowania

Techniczna definicja pompy ciepła jest urządzeniem do przesyłania energii z jednego obszaru do drugiego przy jednoczesnym zwiększeniu efektywności jego działania. Nie jest trudno zilustrować taką mechanikę. Wyobraź sobie wiadro zimnej wody i szklankę gorącej wody. Aby ogrzać je z pewnego znaku ciepła, zużywa się taką samą ilość energii. Jednak skuteczność jego zastosowania jest inna. Jeśli jednocześnie obniżysz temperaturę wiadra wody o 1 stopień, otrzymana energia cieplna może doprowadzić płyn do temperatury wrzenia.

Właśnie dla tej mechaniki działa pompa ciepła, za pomocą której można podgrzać basen lub całkowicie zapewnić ogrzewanie domu. Instalacja przenosi ciepło z jednego obszaru do drugiego, ogólnie, z zewnątrz pomieszczenia do wewnątrz. Istnieje wiele możliwości zastosowania takiej techniki.

  1. Przy pewnych wskaźnikach mocy pompy ciepła ogrzewanie domu staje się tanie i wydajne.
  2. Łatwo jest zrobić CWU z pompą ciepła za pomocą wtórnych kotłów grzewczych.
  3. Przy pewnych staraniach i odpowiedniej konstrukcji możliwe jest stworzenie w pełni autonomicznego systemu ogrzewania zasilanego z paneli słonecznych.
  4. Większość modeli pomp ciepła - dopuszczalna opcja dla ciepłej podłogi, używana jako obieg grzewczy.

Aby wybrać i uzyskać odpowiedni system, należy przede wszystkim prawidłowo ustawić zadanie przed nim. I dopiero po przedstawieniu wymagań dotyczących wydajności i oceny dopuszczalności poszczególnych typów kotłów grzewczych, aby zaspokoić wszystkie potrzeby.

Ogólna zasada pracy

Technologicznie pompa ciepła działa zgodnie ze znanym cyklem Carnota, serią przekształceń stanu substancji. Takie słowa mogą być całkowicie obce dla większości użytkowników. Jednak prawie każdy z nich ma w domu co najmniej jedno urządzenie oparte na tym fizycznym procesie.

Mówiąc najprościej, pompa ciepła to lodówka . Każdy model gospodarstwa domowego, w którym obywatele są przyzwyczajeni do przechowywania mięsa i napojów, to grzejnik o wydajności większej niż 100%. Wszystko działa w następujący sposób:

  • Lodówka odbiera ciepło z umieszczonych w nim produktów i przenosi je do kratki chłodnicy, a tym samym do przestrzeni pomieszczenia;
  • W tym samym czasie powietrze jest ogrzewane przez sprężarkę.

W rezultacie, wydając pewną ilość energii elektrycznej, użytkownik otrzymuje dwa źródła ciepła, z których jeden (energia pobrana z produktów) jest całkowicie bezpłatna.

Jest to zasada działania pompy ciepła. Urządzenie ma odwrotny schemat funkcjonalny w porównaniu z lodówką - w nim wymiennik ciepła, grill chłodnicy jest przydatny i odpowiedzialny za końcową wydajność. Wszystko działa w następujący sposób:

  • Obwód ekstrakcji ciepła znajduje się na zewnątrz pomieszczenia, otoczony medium o stałej temperaturze;
  • podczas pracy pompy ciepła temperatura płynu roboczego jest zmniejszana w sposób naturalny przez fizyczne procesy fizyczne poniżej parametrów środowiskowych;
  • istnieje wybór ciepła przez ciało robocze, którego intensywność zależy od utworzonej różnicy temperatur;
  • Czynnik roboczy przechodzi do pętli konwersji stanu i pokojowego wymiennika ciepła;
  • energia jest uwalniana do powietrza lub innego medium;
  • Ciało robocze w stanie początkowym doprowadza się do początku cyklu (obwód ekstrakcji ciepła).

Taki schemat ogrzewania ma wiele zalet i wad. Jednak w optymalnych warunkach pompa ciepła wykazuje znaczne oszczędności . Ogrzewanie domu będzie wymagało o 70-80% mniej kosztów w porównaniu do klasycznych systemów kotłów gazowych i półprzewodnikowych.

Ostateczna wydajność pompy ciepła zależy od wielu czynników. Niektóre rozwiązania technologiczne mogą rozwiązać tylko ograniczoną liczbę zadań. Inni zakładają złożoną instalację pompy ciepła.

Obecnie istnieje wiele urządzeń gospodarstwa domowego, których właściciele nawet nie podejrzewają, że używają innowacyjnych, rewolucyjnych pomysłów, aby wybrać ciepło otoczenia. A to może się zdarzyć nawet przy ujemnej temperaturze powietrza za oknem. Klimatyzatory z funkcją grzania, które w rzeczywistości opierają się na mechanice pompy ciepła. Zasady działania takich urządzeń powietrze-powietrze zostaną rozważone później.

Schemat ogrzewania prywatnego domu za pomocą pompy ciepła

Optymalny schemat wykorzystania pompy ciepła do ogrzewania domu obejmuje zbiornik magazynowy . Prostsze wygląda to tak:

Tutaj bloki 1 i 2 są zaworami odcinającymi, co rozwiązuje problem regulacji przychodzących strumieni ciepła. Mogą być one ręcznie odcięte od przepływu lub mogą być automatyczną głowicą termiczną. Blok 3 - wspólny termostat lub system czujników.

Ogrzewanie działa zgodnie z następującą zasadą:

  • Pompa ciepła wybiera ciepło otoczenia i podgrzewa wodę;
  • ciecz wchodzi do wymiennika ciepła wtórnego ogrzewania zasobnika lub krąży w jednym obwodzie;
  • System grzewczy zbudowany jest zgodnie z klasyczną zasadą, prąd wody w nim jest zapewniany przez okrągłą pompę.

Schemat pokazany na rysunku jest minimalnym wyposażeniem domu. Można go łatwo uzupełnić. W szczególności nikt nie ingeruje w instalację dwóch zbiorników i zasadę wtórnego podgrzewania cieczy. Jeden z nich - kocioł z pompą ciepła (zainstalowany bezpośrednio przy wylocie tego ostatniego) - służy do doprowadzania gorącej wody. Bardziej obszerny zbiornik rozwiązuje problem dostarczania chłodziwa do układu grzewczego.

Doskonała możliwość pracy z ogrzewaniem domu za pomocą pompy ciepła, pojemności magazynowej i systemu ogrzewania podłogowego. W tym przypadku nie jest konieczne ogrzewanie cieczy do wysokiej temperatury. Optymalny wskaźnik dla ciepłej podłogi wynosi od 30 do 40 stopni. Obieg grzewczy jest podobny do wymienionego, ale zamiast grzejników woda wpływa do jednostki kolektora z własną regulacją przepływu.

Klasyfikacja pomp ciepła według charakterystyki mediów

Klasyfikacja pomp ciepła jest dość duża. Urządzenia są podzielone w zależności od rodzaju czynnika roboczego, zasady zmiany jego stanu fizycznego, wykorzystania urządzeń konwersji, rodzaju nośnika energii niezbędnego do działania. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że modele z różnymi kombinacjami kryteriów klasyfikacji są prezentowane na rynku, staje się jasne, że trudno jest wyliczyć wszystko. Możemy jednak rozważyć podstawowe zasady podziału grupy.

Od parametrów źródła ciepła i środowiska odbiorcy zależy instalacja, projekt, a także ostateczna charakterystyka pompy ciepła. Obecnie proponuje się kilka rodzajów rozwiązań inżynieryjnych.

Air-to-Air

Pompy ciepła powietrze-powietrze są najczęściej stosowanymi urządzeniami . Są kompaktowe i dość proste. Na mechanice tego typu działają domowe klimatyzatory z trybem ogrzewania. Zasada działania jest prosta:

  • Uliczny wymiennik ciepła schładza się poniżej temperatury powietrza i odprowadza ciepło;
  • po wchodzeniu freonu do chłodnicy jego temperatura znacznie wzrasta;
  • Wentylator wewnątrz pomieszczenia, dmuchający wymiennikiem ciepła, ogrzewa pomieszczenie.

Dobór energii środowiska niekoniecznie odbywa się za pomocą zewnętrznego wymiennika ciepła. W tym celu powietrze może być pompowane do jednostki znajdującej się w pomieszczeniu. Tak działają niektóre systemy kanałów.

Jeśli klimatyzator spręża i rozszerza freon, wówczas w wirowych pompach ciepła stosowane jest proste powietrze . Mechanika pracy jest podobna: przed wejściem do wewnętrznego wymiennika ciepła gaz jest sprężany, a po oddaniu energii jest on nadmuchiwany intensywnym przepływem do komory odprowadzania ciepła.

Wirowa pompa ciepła to duża, masywna instalacja, która działa wydajnie tylko w warunkach wysokiej temperatury otoczenia. Dlatego takie instalacje są instalowane w zakładach przemysłowych, wykorzystują spaliny w piecach lub gorące powietrze głównego systemu klimatyzacyjnego jako źródło ciepła.

Woda do wody

Pompa ciepła woda / woda działa na tej samej zasadzie, co inne jednostki. Różni się tylko nośnik energii. Sprzęt wyposażony jest w sondy zanurzeniowe, dzięki czemu nawet w trudnych warunkach zimy można osiągnąć poziom wody z dodatnią temperaturą.

W zależności od potrzeb grzewczych, systemy pomp ciepła woda / woda mogą mieć zupełnie różne rozmiary. Na przykład, począwszy od kilku odwiertów wywierconych wokół prywatnego domu, kończących się dużymi wymiennikami ciepła położonymi bezpośrednio w warstwie wodonośnej, które są układane w fazie budowy budynku.

Pompy ciepła typu woda / woda charakteryzują się większą wydajnością i skuteczną mocą wyjściową . Powodem jest zwiększona pojemność cieplna cieczy. Warstwa wody, w której znajduje się sonda lub wymiennik ciepła, szybko daje energię, a dzięki ogromnej objętości nieznacznie zmniejsza jej charakterystykę, przyczyniając się do stabilnej pracy systemu. Sprzęt wodny do wody charakteryzuje się również większą wydajnością.

Rada! W pewnych warunkach układ woda-woda może obejść się bez pośrednich węzłów w postaci zbiorników magazynowych sieci cieplnej. Prawidłowo oceniając istniejące warunki klimatyczne i wybierając moc instalacji, w domu instalowany jest podgrzewacz wody z pompą ciepła i organizowany jest efektywny system ciepłej podłogi.

Woda-powietrze, powietrze-woda

Systemy mieszane powinny być wybierane szczególnie ostrożnie. Jednocześnie należy dokładnie ocenić istniejące warunki klimatyczne. Na przykład cykl pompy ciepła typu woda-powietrze ma dobrą sprawność w ogrzewaniu w regionach o silnych mrozach . Układ powietrzno-wodny w połączeniu z ciepłą podłogą i kotłem z ogrzewaniem wtórnym jest w stanie wykazać maksymalne oszczędności w obszarach, w których temperatura powietrza rzadko spada poniżej -5 … -10 stopni.

Rozpuścić (solanka) - woda

Pompa ciepła tej klasy jest swego rodzaju uniwersalna. Można go używać dosłownie wszędzie . Wskaźniki jego użytecznej mocy cieplnej są stałe i stabilne. Zasada działania solanki i wody opiera się na doborze ciepła, przede wszystkim z gleby o normalnych parametrach wilgotnościowych i bagiennych.

System jest prosty w instalacji: aby umieścić zewnętrzne wymienniki ciepła, wystarczy zakopać je na pewną głębokość. Możesz także wybrać jedną z opcji wyposażenia z gazowym lub płynnym płynem roboczym.

Obliczenia pompy ciepła w klasie solanki i wody dokonuje się zgodnie z poziomem zapotrzebowania na energię do ogrzewania. Metodologia jego ilościowego określenia jest obfitująca. Możesz dokonać najbardziej dokładnych obliczeń, biorąc pod uwagę materiał ścian domu, projekt okien, charakter gleby, średnią temperaturę powietrza i wiele więcej.

Producenci systemów solanki i wody oferują różne wersje modeli, które różnią się poborem mocy jednostki konwersji, projektem i wymiarami zewnętrznych wymienników ciepła oraz parametrami obwodu wyjściowego. Wybór optymalnej pompy ciepła zgodnie z przygotowaną listą wymagań nie jest trudny.

Podział według rodzaju płynu roboczego

Nowoczesne pompy ciepła mogą wykorzystywać gazowy nośnik lub ciekły ciekły roztwór amoniaku jako przenośnik ciepła. Przydatność konkretnego schematu ocenia się według kilku czynników, cech systemów.

  1. Instalacje wykorzystujące freon mają cykl pompy ciepła oparty na sprężaniu i rozprężaniu gazu. Są one w jakiś sposób zbudowane na schemacie sprężarki. Sprzęt ma atrakcyjne wskaźniki wydajności, ale ma również wady. Chociaż średnie ważone zużycie systemu w czasie cyklu operacyjnego jest stabilne, okablowanie jest mocno obciążone. Ponadto pompy ciepła z gazowym przenośnikiem ciepła nie będą przydatne w regionach, w których nie ma scentralizowanej sieci elektrycznej lub źródła energii o wystarczającej nośności.
  2. Instalacje typu odparowującego z zastosowaniem roztworu amoniaku mają cykl pracy oparty na procesie odparowania substancji w niskiej temperaturze wrzenia. Upłynnienie po przejściu zewnętrznego wymiennika ciepła następuje pod wpływem źródła energii. To jest termiczny palnik. Może być stosowany do prawie dowolnego paliwa: stałego, benzyny, oleju napędowego, gazu, nafty, w niektórych przypadkach - alkoholu metylowego. Dlatego parowe pompy ciepła są atrakcyjne w miejscach, w których nie ma elektryczności. Ponadto wybór takiego sprzętu może być spowodowany taniością określonego rodzaju paliwa w regionie.

Charakter czynnika roboczego wykorzystywanego w systemie może wiele powiedzieć o wydajności instalacji i mocy wyjściowej. Tak więc, pompy ciepła z pompą kompresorową firmy Freon potrafią gwałtownie szarpnąć, szybko ogrzewając pomieszczenie. Modele wyparowania amoniaku dla takich wyczynów nie są w stanie. Ich preferowanym trybem działania jest stabilna, stała praca z nominalną mocą cieplną.

Zalety pomp ciepła i celowość ich instalacji

Jak stwierdzono w reklamie, główną zaletą pomp ciepła jest oszczędność ciepła . Do pewnego stopnia wszystko działa właśnie tak. Jeśli pompa ciepła ma środowisko wyboru energii, które zapewnia optymalną temperaturę, urządzenie działa sprawnie, koszty ogrzewania zmniejszają się o około 70-80%. Jednak zawsze zdarzają się sytuacje, w których pompa ciepła może być irracjonalną inwestycją funduszy.

Sprawność pompy ciepła zależy od następujących cech technologicznych:

  • parametr granicznej granicy redukcji temperatury przez ciało robocze;
  • minimalna różnica temperatur wymiennika zewnętrznego i otoczenia, przy której wydzielanie ciepła jest wyjątkowo małe;
  • poziom zużycia energii i zwrot użytecznej pojemności cieplnej.

Celowość korzystania z pompy ciepła zależy od kilku czynników.

  1. Terytoria, na których takie wyposażenie nie zapewnia dobrych wyników - regiony o mroźnych zimach i niskich średnich temperaturach dziennych . W takim przypadku pompa ciepła po prostu nie jest w stanie pobrać wystarczającej ilości ciepła z otoczenia, zbliżając się do strefy o zerowej sprawności. Przede wszystkim dotyczy to systemów powietrze-powietrze.
  2. Wraz ze wzrostem objętości ogrzewanej przestrzeni parametry technologiczne pompy ciepła rosną niemal w postępie geometrycznym. Nadmiar wymienników ciepła staje się coraz większy, wzrasta rozmiar i liczba sond zanurzeniowych w wodzie lub na ziemi. W pewnym momencie koszt pompy ciepła do ogrzewania, niezbędne wydatki na jej instalację i utrzymanie, a także opłata za zużytą energię, są po prostu irracjonalnymi inwestycjami. Dużo taniej jest stworzyć klasyczny system ogrzewania gazowego z kotłem.
  3. Im bardziej złożony system, tym droższa i bardziej problematyczna jego naprawa w przypadku pęknięcia . Jest to ujemne uzupełnienie wielkości ogrzanego obszaru i charakterystyki strefy klimatycznej.
Rada! Zasadniczo zastosowanie pompy ciepła jako jedynego źródła ciepła w domu może być rozważane tylko w ograniczonej liczbie sytuacji. Zawsze rozsądnie jest używać zintegrowanego systemu bezpieczeństwa. W tym przypadku liczba możliwych kombinacji jest ograniczona jedynie dostępnymi źródłami energii i możliwościami finansowymi właściciela.

Classics - działająca w połączeniu pompa ciepła i kocioł na gaz / na paliwo stałe . Pomysł jest prosty: produkty spalania paliwa są wyprowadzane przez szeroką rurę. Znajduje się tam wymiennik dla pompy ciepła. W instalacji grzewczej i ciepłej wody instalowane są zbiorniki magazynowe i pośredni kocioł grzewczy. Sprzęt (kocioł i pompa) włącza się jednocześnie, gdy spada temperatura cieczy w sieci dystrybucyjnej. Pracując w parach, prawie całkowicie wykorzystują energię spalanego paliwa, pokazując blisko maksymalnych wskaźników wydajności.

System z dostosowaniem do charakterystyki otoczenia zbudowany jest na pompie cieplnej, jednostce wentylatorowej, opalarce dowolnej klasy . Przy wystarczająco wysokiej temperaturze powietrza na ulicy (do -5 … -10 stopni Celsjusza), pompa ciepła pracuje w trybie nominalnym, zapewniając wystarczającą moc grzewczą do ogrzewania. Specyfika projektu systemu polega na umieszczeniu jego zewnętrznego wymiennika ciepła w oddzielnym przewodzie wentylacyjnym. Jeśli temperatura na ulicy spadnie poniżej optymalnego poziomu, dostarczane powietrze jest ogrzewane za pomocą opalarki (olej napędowy, elektryczny lub gazowy).

Na szczególną uwagę zasługują: większość programów, które zapewniają dostosowanie do temperatury powietrza lub parametry stabilizujące pracę pompy ciepła, są stosowane w urządzeniach powietrze-powietrze i powietrze-woda. Inne systemy, ze względu na zewnętrzne wymienniki ciepła izolowane w ziemi lub wodzie, nie pozwalają na stworzenie takich warunków pracy w "szklarni".

Główne cechy i obliczenia mocy pompy ciepła

Ogólna racjonalność instalacji pompy ciepła do ogrzewania domu jest szacowana przede wszystkim na wydatki finansowe . Należą do nich:

  • cena zakupu sprzętu;
  • koszt instalacji, który może obejmować prace ziemne;
  • wydatki na okresową konserwację;
  • przybliżony koszt eliminacji częstych usterek.

Wybór modelu mocy, jak wspomniano powyżej, opiera się na ogólnym zapotrzebowaniu na dostarczanie ciepła. Przybliżone obliczenia dla jednopiętrowego domu 10x10 metrów (300 metrów sześciennych objętości) wygląda następująco:

  • Uwzględniana jest maksymalna ujemna temperatura zimowa (-20);
  • określa się różnicę między pomieszczeniem a otoczeniem (20 - 20 = 40);
  • Straty ciepła ścian są obliczane zgodnie z danymi referencyjnymi ich materiału (dla cegły wartość stołu wynosi 1, strata ciepła wynosi 1x300x40 - 12000 kcal na godzinę lub 13, 5 kW).

Liczba ta jest wskaźnikiem minimalnej mocy pompy ciepła, która wystarcza do ogrzania domu. Aby wybrać optymalny model, charakterystyka powinna zostać zwiększona o co najmniej 50%. Dzieje się tak, ponieważ pompa ciepła w zimie będzie musiała pracować w nieoptymalnych warunkach, w pobliżu najniższego punktu zerowej sprawności w zależności od temperatury otoczenia. Liczba uzyskana dla tego przykładu wynosi około 20 kW.

Druga część obliczeń to wybór pojemności zbiornika magazynowego . Tę część systemu zaleca się instalować tak, aby pompa ciepła mogła obsługiwać ograniczoną liczbę cykli dziennie. Dokumentacja urządzenia zawiera zalecenia dotyczące objętości akumulatora ciepła dla określonego współczynnika cykliczności. Średnia wartość wynosi 30 litrów na kilowat z 3 startami, 20 litrów na 5 startów. Tak więc w przypadku domu w tym przykładzie potrzebny jest zbiornik magazynowy o pojemności co najmniej 400 litrów na pięć cykli pompy ciepła dziennie.

Wniosek

Jeżeli w wyniku analizy klimatu, dostępnych źródeł energii, rodzaju gleb, zdecydowano się na zakup pompy ciepła do ogrzewania - zaleca się powierzenie projektu systemu specjalistom. Optymalny wybór modelu opiera się nie tylko na cechach sprzętu i mechanice jego działania. Specjaliści wezmą pod uwagę przenikanie ciepła gleb, wybierz połączony schemat z dobrą wydajnością, obliczyć najlepszy wariant wykonania prac ziemnych. Dlatego system grzewczy opracowany przez profesjonalistów z pompą ciepła nie sprawi, że spotkasz się z niespodziankami i będziesz żałować swojego wyboru.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Urządzenia domowe