Varmepumpe til opvarmning af et hus: driftsprincip, sorter og anvendelse
I lyset af forværrede miljøforhold i verden og (mere vigtigt for den gennemsnitlige forbruger) en hurtig stigning i gas- og elektricitetstariffer, prøver flere og flere europæere at indføre alternative energikilder i deres daglige liv. En af mulighederne for sådanne systemer er den såkaldte varmepumpe, hvorigennem du kan varme dit hjem om vinteren og varme vand til husholdningsbrug, og bruge et minimum af elektricitet på det.
Også i vores landes hjem i de senere år kan du i stigende grad imødekomme dette mirakel af teknik. For russere er problemet med høje priser for traditionelle energikilder naturligvis ikke så akut som i Europa, men for det første er det kun for tiden, og for det andet vil jeg ikke hænge bag den civiliserede verden ...
Så varmepumpen ... Hvad er det? Hvad er princippet for dens handlinger baseret på? Hvor, hvor og hvordan pumper han varme? Lad os få det rigtigt.
Indhold:
Princippet om drift af varmepumpen
Princippet om drift af varmepumper er baseret på et stofs (kølemiddels) evne til at absorbere eller afgive varme, når aggregeringstilstanden ændres. I det væsentlige er sådanne pumper ikke meget forskellige fra køleenheder. (Denne mærkelige udsagn, ved første øjekast, overrasker dig overhovedet ikke, hvis du nogensinde har rørt den varme bagvæg i et almindeligt køleskab til husholdningen.)
Skematisk kan en varmepumpe repræsenteres som et system bestående af tre kredsløb. Den første er et kølevæske, der overfører energi fra en kilde med lav potentiale. I det andet kredsløb cirkulerer kølemiddel (freon), som med jævne mellemrum fordamper, og tager varme fra det første kredsløb, kondenserer derefter igen og giver det til det tredje kredsløb. Og til sidst "kører køleren" langs det tredje kredsløb, i vores tilfælde vand, der overfører varme gennem varmesystemet.
Generelt kan varmepumpens driftscyklus beskrives som følger. Flydende kølemiddel kommer ind i fordamperen, hvor det passerer i en gasformig tilstand. Den energi, der er nødvendig for denne proces til at strømme, tages fra kølevæsken, der cirkulerer i det primære kredsløb. Derefter suges gasformigt kølemiddel, der er forvarmet i flere grader, ind i kompressoren, hvis hovedformål er gaskomprimering (selvfølgelig forbruger dette elektricitet).
Gastrykket stiger flere gange, mens det opvarmes markant: hvis kølemedietemperaturen ved indløbet til kompressoren er 6-10 ° C, så er det ved udløbet allerede ca. 60 ° C. I det næste trin sendes den opvarmede gas til kondensatoren, hvor den afgiver den modtagne varme til varmesystemet, mens den kondenserer sig selv, dvs. går i en flydende tilstand. Derefter lettes overtrykket ved hjælp af en gasspjældsventil, og cyklussen starter igen.
Som du kan se, adskiller varmepumpens enhed ikke grundlæggende fra enheden i køleskabet. Det er bare det, at hovedformålet med køleenheder er at generere kulde, så der bliver varmen taget ud af fordamperen, og kondensatoren kun dumper den varme ind i det omgivende rum.I varmepumpen er det modsatte: kondensatoren er en varmeveksler, der giver varme til forbrugeren, og fordamperen er en varmeveksler, der udnytter den lavpotentiale varme fra sekundære energiressourcer.
Med andre ord er en varmepumpe et "køleskab omvendt." Samtidig er "vice versa" ikke kun en enhed, men også et resultat. Hvis det er tilfældet med et køleskab, at den varme, der er hentet fra de produkter, der er opbevaret inde, spildes, medfører energien, som varmepumpen genererer reelle fordele - den bruges på målrettet opvarmning af huset.
Varianter af varmepumper og systemer
Den varmeenergi, der bruges på opvarmning af bygningen og varmtvandsanlægget, er resultatet af konvertering af miljøenergi ved hjælp af en varmepumpe. Pumpen koncentrerer denne lavpotentiale (lav temperatur) energi og overfører den til varmesystemet.
Det gjenstår at forstå, hvad der i dette tilfælde menes med energien i miljøet. De fleste husvarmepumper giver dig mulighed for at bruge solvarmen og jordens indre varme, akkumuleret af de øverste lag af jordskorpen og vandet hele året rundt.
Efter typen af udformning af varmevekslerens første kredsløb er alle varmepumper opdelt i jord, vand og luft.
Jordvarmepumper
Jordvarmepumper modtager den nødvendige varme til opvarmning af kølemediet i fordamperen fra jorden. Sidstnævnte temperatur på flere meters dybde er praktisk talt ikke udsat for sæsonudsving. I et lukket rørsystem placeret i jorden cirkulerer en "saltvand". Det er ikke tilfældigt, at vi citerede ordet “pickle” i anførselstegn: salt, som man kunne forvente af navnet, indeholder ikke det. Faktisk er det en frostvæske baseret på ethylenglycol eller propylenglykol, mindre ofte vandig ethanol. Varmevekslerrør kan lægges i jorden både vandret (vandret opsamler) og lodret (geotermisk sonde).
Horisontale kollektorrør lægges i jorden i en dybde under niveauet for jordfrysning i dette område (normalt 1,5-2 m). Varmeudvekslingssystemet af denne type besætter et ret stort område. For eksempel at levere varme til et relativt lille hus med et areal på 100 m2 det vil være nødvendigt at afsætte 2-3 hektar jord. Det skal tages i betragtning, at på det territorium, der er besat af samleren, kan kun de træer og buske plantes, hvis rødder ikke går for dybt ned i jorden, og det er helt umuligt at placere nogen bygninger her.
En geotermisk sonde er en varmeveksler, hvis rør er placeret lodret og nedsænket i jord til en dybde på 100-200 m. Antallet af installerede sonder afhænger af installationens krævede kapacitet. For at opvarme huset, som vi allerede har betragtet ovenfor som et eksempel, er to sonder med en længde på ca. 80 m placeret i en afstand af 5 m fra hinanden tilstrækkelige.
Som du kan se, kræver dette system ikke store områder, du kan bore brønde i enhver del af dit websted - uanset hvor det er praktisk for dig. Den største ulempe ved jordvarmepumper med geotermiske prober er de høje omkostninger ved boring af brønde. På trods af dette foretrækker de fleste brugere netop disse systemer, fordi geotermiske prober er mere effektive end vandrette samlere og har færre begrænsninger.
Boring af en brønd til en geotermisk sonde.
Vandvarmepumper
Vandvarmepumpen "trækker" energien fra grundvand, som den pumpes gennem sin fordamper. Et sådant system er kendetegnet ved øget effektivitet og god stabilitet: den første egenskab er resultatet af høj varmeoverførsel af vand, den anden skyldes konstanten af grundvandsstemperaturen.
For at bruge denne type installation kræves det naturligvis, at de samme grundvand er tilgængelige på dit område og i en stor nok mængde.Det er meget ønskeligt, at akviferen ikke er placeret dybere end 30-40 m. Den samtidige opfyldelse af disse to betingelser er et sjældent fænomen. En anden betingelse, hvis svigt kan blive en hindring for installationen af en vandvarmepumpe i dit hus eller hus, er et lavt indhold af jernsalte og andre urenheder i grundvandet.
Brug af vand af lav kvalitet vil få udstyret til at svigte hurtigt, da varmeveksleren blot tilstoppes. Tilstedeværelsen af så mange begrænsninger er årsagen til, at sådanne varmepumper til trods for deres attraktivitet sjældent installeres (ca. 5% af alle implementerede projekter).
Luftvarmepumper
Med hensyn til let installation har luftvarmepumper en enorm fordel i forhold til deres "brødre". For at bruge den omgivende luft som en varmekilde, behøver du ikke at bore brønde eller udføre noget andet i større målestok jordarbejde. Som et resultat, hvis du sætter et skøn på omkostningerne ved installation af udstyr, vil en luftpumpe koste dig meget mindre end en vand- eller jordpumpe.
På trods af en så betydelig fordel kan denne type klimaudstyr ikke kaldes ideel, da det også har en betydelig ulempe. En sådan pumpe fungerer kun effektivt, når omgivelsestemperaturen er over –15 ° C ... –20 ° C. Et fald i temperaturen under denne grænse, som om vinteren ikke er ualmindeligt i de fleste regioner i vores land, fører til et betydeligt fald i effektivitetskoefficienten for en luftvarmepumpe.
Varmepumpens effektivitetsforhold
Lidt højere brugte vi det nye udtryk - ”effektivitetskoefficient”. Det ville være forkert ikke at forklare, hvad det er, især da det er en vigtig egenskab ved varmepumper, der giver dig mulighed for at sammenligne forskellige typer af pumper med hinanden.
Effektivitetskoefficienten (også kaldet transformationskoefficienten) er forholdet mellem den termiske energi, der genereres af pumpen, og den elektriske energi, der forbruges af den. Det er faktisk effektiviteten af varmepumpen. For vandvarmepumper er denne koefficient 5 uanset årstid. Dette betyder, at når 1 kW * h elektricitet forbruges, genererer installationen 5 kW * h termisk energi.
I jordpumper er værdien af effektivitetskoefficienten lidt lavere - fra 4 til 4,5. Og endelig er luftvarmepumperne kendetegnet ved den mindste koefficient, og deres effektivitet afhænger stærkt af den omgivende temperatur: ved 0 ° C er koefficienten ~ 3,5, og ved –20 ° C overstiger den ikke 1,5 (ved en så lav virkningsgrad er pumpen det lønner sig bare ikke, og det giver mening at tænke på at købe billigere klimaudstyr, f.eks. en el-kedel).
Nogle ledere, der annoncerer de varmepumper, de sælger, forsikrer potentielle kunder om, at dette udstyr har en effektivitet på 400-500%. Der er selvfølgelig ikke tale om nogen overtrædelse af termodynamikens love. Det er bare, at i dette tilfælde er beregningerne med vilje forkert foretaget: andre energikilder end den forbrugte elektricitet tages ikke med i betragtning - luft, vand eller jord, opvarmet af solen og geotermiske processer. Når der kun beregnes elektricitet, når man beregner effektiviteten, og de glemmer kilden til lav kvalitet, er resultatet mere end 100%.
Brugen af varmepumper i det russiske klima
Når du er blevet bekendt med ovenstående beskrivelser af forskellige typer varmepumper, kan du nemt besvare spørgsmålet selv, hvilken pumpe der er bedst egnet til drift i det russiske klima.
Luftvarmepumper er kun egnede til brug i et begrænset antal regioner i vores land - hvor lufttemperaturen om vinteren næsten ikke falder under nul. Indbyggere i Sibirien, Fjernøsten, den nordlige del af Rusland bør selvfølgelig ikke engang tænke på luftvarmepumper.
Der er mange begrænsninger i brugen af vandvarmepumper. Vi har allerede talt om nogle af dem, det skal stadig nævnes endnu. Mere end halvdelen af vores lands territorium ligger i permafrostzonen. Hvis endda nogle af beboerne i det østlige Sibirien eller den nordlige del af Fjernøsten er “heldige”, og der er grundvand i dets sektion, der ikke ligger for dybt, er denne grundvand stadig i form af is, hvilket betyder, at det ikke er egnet til brug i varmesystemet .
Således er de fleste af vores landsmænd nødt til at stole på den eneste win-win-mulighed - en jordvarmepumpe. I forhold til det russiske klima er en pumpe med en vandret opsamler snarere end med en vandret sonde, der giver mulighed for at nå en dybde, hvor jordtemperaturen er mere stabil, mere egnet.
Anvendelse af varmepumpe til afkøling
En enorm fordel ved varmepumper er, at de ikke kun kan varme huset, men også om nødvendigt afkøle det. Vores korte russiske sommer er undertiden meget varm, og når dit hjem bogstaveligt talt bliver varmt, vil forslaget om at gøre varmeren til et klimaanlæg være meget nyttigt.
En teknisk løsning på dette problem kan integreres i varmepumpen oprindeligt på fremstillingsstadiet, og næsten alle producenter har en række pumper, der kan konditionere rummet (Natural Cooling mode). Hvis din varmepumpe ikke har sådanne evner, går alt stadig ikke tabt - en almindelig pumpe kan også fungere til afkøling. Det nødvendige ekstra udstyr i form af hydraulisk afkobling monteres uden for pumpen. Begge optioner kræver ikke store investeringer.
Du kan transportere kulden frembragt af varmepumpen direkte ind i rummet på forskellige måder. Denne funktion kan tildeles kolde paneler på vægge eller lofter, køling af gulvvarme, radiatorer med god luftstrøm eller en ventilatorspole - en enhed, hvor en pladevarmeveksler blæst af en ventilator er indbygget.
Brug af en varmepumpe til varmt vand
Enhver varmepumpe kan ikke kun varme dit hjem, men også give dig varmt vand året rundt. Det skal dog huskes, at dette system er lav temperatur, hvilket betyder, at vandtemperaturen i kedlen ikke vil overstige 45-55 ° C. Det følger heraf, at kedlens volumen skal være større, end når du bruger et standardopvarmningssystem, ellers bliver du og din husstand nødt til at leve under betingelser for varmt vand.
Denne kendsgerning skal tages i betragtning, når der tildeles plads til et kedelrum, dvs. selv på scenen med at designe et hus. Når du vælger en kedel, skal du også tage hensyn til, at dette skal være specielt udstyr designet til at arbejde med varmepumpeanlæg. Den største forskel mellem denne kedel og den sædvanlige er det øgede område af varmeveksleren, der er nødvendig for den mest effektive varmeoverførsel fra varmepumpen.
Varmepumper med integreret varmeelement
Ofte integrerer producenter yderligere elektriske opvarmere i deres varmepumper. Den indbyggede varmeovn tillader om nødvendigt at skifte til en alternativ energikilde set fra varmepumpens synspunkt - elektricitet. Hvad er dette til? I hvilke tilfælde bliver det nødvendigt at bruge et varmeelement?
Valget af en varmepumpe til opvarmning af et hus udføres under hensyntagen til forskellige parametre, herunder de klimatiske træk i regionen. Det anses for upassende at installere en pumpe med overskydende effekt. Faktum er, at ekstremt kolde dage ikke sker meget ofte, i det mindste i den centraleuropæiske del af Rusland. Praksis viser, at en mere økonomisk mulighed er at "få" den nødvendige strøm med elektricitet i disse frostperioder end oprindeligt at installere en mere kraftfuld pumpe. Tilstedeværelsen af et varmeelement eliminerer behovet for at gøre systemet mere kraftfuldt end nødvendigt i det meste af opvarmningssæsonen.
For ejere af vand- og jordvarmepumper er en integreret varmeapparat mere en overskydende end en nødvendighed. Situationen med luftvarmepumper ser helt anderledes ud. Ved en lufttemperatur på –20 ° C eller lavere vil en sådan pumpe, hvis den ikke slukker, være ineffektiv. Og selvom der ikke er særlig mange kolde dage og nætter i året, ønsker jeg ikke at bo i et hurtigt frysende hus på et fint øjeblik. Tilstedeværelsen af en duplikeret varmegenerator i dette tilfælde kan ikke kaldes en luksus.
Luftvarmepumpe.
Tips & tricks
En varmepumpe er et teknisk sofistikeret og ganske dyrt udstyr, så du skal nærme sig dets valg med stort ansvar. For ikke at være ubegrundet giver vi nogle meget specifikke henstillinger.
1. Begynd aldrig med at vælge en varmepumpe uden først at foretage beregninger og oprette et projekt. Manglen på et projekt kan forårsage fatale fejl, som kun kan rettes ved hjælp af enorme yderligere økonomiske investeringer.
2. Kun fagfolk skal overlade design, installation og vedligeholdelse af varmepumpe og varmesystem. Hvordan kan man sikre sig, at fagfolk arbejder i denne virksomhed? Først og fremmest, alt efter tilgængeligheden af al nødvendig dokumentation, en portefølje af solgte genstande, certifikater fra udstyrsleverandører. Det er meget ønskeligt, at hele den nødvendige service leveres af et selskab, som i dette tilfælde er fuldt ansvarligt for gennemførelsen af projektet.
3. Vi anbefaler dig at foretrække den europæiske varmepumpe. Bliv ikke forvirret af det faktum, at det er dyrere end kinesisk eller russisk udstyr. Når udgifterne til installation, idriftsættelse og fejlfinding af hele varmesystemet er inkluderet i estimatet, vil forskellen i prisen på pumperne være næsten umærkelig. Men når du har en "europæisk" til din rådighed, vil du være sikker på dens pålidelighed, da pumpens høje pris kun er resultatet af brug af moderne teknologier og materialer af høj kvalitet i dens oprettelse.
