Hőszivattyú ház fűtéséhez: a működés elve, fajták és felhasználás
A romló környezeti feltételekkel és (az átlagfogyasztó számára fontosabb) a gáz- és villamosenergia-tarifák gyors emelkedésével egyre több európaiak próbálnak alternatív energiaforrásokat bevezetni mindennapi életükbe. Az ilyen rendszerek egyik lehetősége az úgynevezett hőszivattyú, amelyen keresztül télen melegítheti otthonát és melegítheti vizet háztartási célokra, minimális mennyiségű energiát költve rá.
A honfitársaink otthonaiban is az utóbbi években egyre jobban megismerkedhet a mérnöki csodával. Természetesen az oroszok számára a hagyományos energiaforrások magas ára nem olyan akut, mint Európában, de egyrészt csak egyelőre csak ez, másrészt nem akarok lemaradni a civilizált világtól ...
Szóval, a hőszivattyú ... Mi ez? Mi alapján működik? Hol, hol és hogyan pumpálja a hőt? Rendben.
Tartalom:
A hőszivattyú működésének elve
A hőszivattyúk működésének elve az anyag (hűtőközeg) azon képességén alapszik, hogy hőt abszorbeáljon vagy bocsásson ki, amikor az aggregáció állapota megváltozik. Lényegében az ilyen szivattyúk nem különböznek nagyban a hűtőegységektől. (Ez a furcsa, első pillantásra nyilatkozat egyáltalán nem fog meglepni, ha valaha megérintette a hétköznapi háztartási hűtőszekrény forró hátfalát.)
Alapvetően a hőszivattyút három körből álló rendszerként lehet ábrázolni. Az első olyan hűtőfolyadék, amely az energiát az alacsony potenciálú hőforrásból továbbítja. A második körben a hűtőközeg (freon) kering, amely időszakosan elpárolog, figyelembe véve az első körből származó hőt, majd újra kondenzál, és a harmadik körhöz jut. És végül: a hűtőborda „fut” a harmadik kör mentén, esetünkben a víz, amely hőt továbbítja a fűtési rendszeren keresztül.
A hőszivattyú teljes működési ciklusát a következőképpen lehet leírni. A folyékony hűtőközeg belép a párologtatóba, ahol gáznemű állapotba kerül. A folyamat folytatásához szükséges energiát az elsődleges körben áramló hűtőfolyadék veszi. Ezután több fokkal előmelegített gáznemű hűtőközeget szívnak be a kompresszorba, amelynek fő célja gázkompresszió (természetesen ez áramot fogyaszt).
A gáznyomás többször növekszik, miközben jelentősen felmelegszik: ha a hűtőközeg hőmérséklete a kompresszor bemeneténél 6-10 ° C, akkor a kimenetnél már körülbelül 60 ° C. A következő lépésben a fűtött gázt a kondenzátorba továbbítják, ahol a kapott hőt a fűtőrendszerbe bocsátják ki, miközben önmagában kondenzálódik, azaz folyékony állapotba kerül. A túlnyomást ezután fojtószelep segítségével enyhítik, és a ciklus újraindul.
Mint láthatja, a hőszivattyú berendezése alapvetően nem különbözik a hűtőgép eszközétől. Csak a hűtőegységek fő célja a hideg előállítása, tehát ott a hőt a párologtató veszi ki, és a kondenzátor csak a környező helyiségbe hevíti le a hőt.A hőszivattyúban az ellenkezője igaz: a kondenzátor hőcserélő, amely hőt szolgáltat a fogyasztónak, az elpárologtató pedig olyan hőcserélő, amely a másodlagos energiaforrások alacsony potenciálú hőjét hasznosítja.
Más szavakkal: a hőszivattyú „fordítottan hűtőszekrény”. Ugyanakkor a "fordítva" nemcsak eszköz, hanem eredmény is. Ha hűtőszekrény esetén elvesztegeti a benne tárolt termékekből származó hőt, akkor a hőszivattyú által generált energia valódi haszonnal jár - azt a ház célzott fűtésére fordítják.
Hőszivattyúk és rendszerek különféle változatai
Az épület és a melegvíz-rendszer fűtésére felhasznált hőenergia a környezeti energia hőszivattyúval történő átalakításának eredménye. A szivattyú koncentrálja ezt az alacsony potenciálú (alacsony hőmérsékleti) energiát és továbbítja azt a fűtési rendszerhez.
Meg kell érteni, mit jelent ebben az esetben a környezet energiája. A legtöbb háztartási hőszivattyú lehetővé teszi a nap hőjének és a föld belső hőjének felhasználását, amelyet a földkéreg és a víz felső rétegei halmoznak fel egész évben.
A hőcserélő első körének kialakításának típusa szerint az összes hőszivattyút talajra, vízre és levegőre osztják.
Földi hőszivattyúk
A földi hőszivattyúk megkapják a hőt, amely a hűtőközeg felmelegedéséhez szükséges a talajból az elpárologtatóban. Ez utóbbi hőmérséklete néhány méter mélységben gyakorlatilag nem esik a szezonális ingadozások hatására. A földbe helyezett csövek zárt rendszerében „sós víz” áramlik. Nem véletlen, hogy idézőjelekben idéztük a „savanyúság” szót: a só, amint az a névből elvárható, nem tartalmazza. Valójában etilén-glikolon vagy propilénglikolon alapuló fagyálló, ritkábban vizes etanol. A hőcserélő csöveket vízszintesen (vízszintes kollektor) és függőlegesen (geotermikus szonda) lehet a földbe fektetni.
A vízszintes kollektorcsöveket a talaj fagyosodási szintje alatt (általában 1,5–2 m) a talajba fektetik. Az ilyen típusú hőcserélő rendszer meglehetősen nagy területet foglal el. Például, hogy hőt biztosítson egy viszonylag kicsi 100 m-es háznak2 2-3 hektáros földterületet kell elosztani. Figyelembe kell venni, hogy a gyűjtő által elfoglalt területen csak azokat a fákat és cserjéket lehet ültetni, amelyek gyökerei nem mennek túl mélyen a talajba, és teljesen lehetetlen épületet elhelyezni itt.
A geotermikus szonda egy hőcserélő, amelynek csöveit függőlegesen helyezik el és a talajba merítik 100-200 m mélységig. A szondák száma a telepítés szükséges kapacitásától függ. A ház melegítéséhez, amelyet már fentebb példaként figyelembe vettünk, elegendő két körülbelül 80 m hosszú szonda, amelyek egymástól 5 m távolságra vannak.
Mint láthatja, ez a rendszer nem igényel nagy területeket, a webhely bármely részén fúrásokat végezhet, bárhol is kényelmesebb. A geotermikus szondákkal rendelkező talajhőszivattyúk fő hátránya a kútfúrás magas költsége. Ennek ellenére a legtöbb felhasználó pontosan ezeket a rendszereket részesíti előnyben, mivel a geotermikus szondák hatékonyabbak, mint a vízszintes kollektorok, és kevesebb korlátozással rendelkeznek.
Kút fúrása geotermikus szonda számára.
Víz hőszivattyúk
A vízszivattyú „felveszi” a talajvíz energiáját, amelyet az elpárologtatóján keresztül pumpál. Egy ilyen rendszert fokozott hatékonyság és jó stabilitás jellemzi: az első jellemző a víz magas hőátadásának következménye, a második a felszín alatti víz hőmérséklete állandóságának köszönhető.
Természetesen az ilyen típusú létesítmények használatához szükséges, hogy ugyanazon felszín alatti vizek rendelkezésre álljanak az Ön területén, és elég nagy mennyiségben.Nagyon kívánatos, hogy a víztartó réteg 30-40 m-nél nem mélyebben helyezkedjen el, e két feltétel egyidejű teljesítése ritka jelenség. Egy másik feltétel, amelynek meghibásodása akadályt jelenthet a vízszivattyú telepítésében a házban vagy házban, az, hogy a talajvízben alacsony a sótartalom és más szennyeződések.
Az alacsony minőségű víz használata a berendezés gyors meghibásodásához vezet, mert a hőcserélő egyszerűen eldugul. A sok korlátozás miatt az ilyen hőszivattyúkat vonzerejük ellenére ritkán telepítik (az összes megvalósított projekt kb. 5% -a).
Levegő hőszivattyúk
A könnyű telepítés szempontjából a levegő hőszivattyúk hatalmas előnyt élveznek "testvéreikkel" szemben. A környezeti levegő hőforrásként történő felhasználásához nem kell kutak fúrására vagy más nagyléptékű talajművelet elvégzésére. Ennek eredményeként ha becsüljük meg a felszerelés költségeit, akkor a levegőszivattyú sokkal kevesebbet fog fizetni, mint egy víz- vagy talajszivattyú.
Az ilyen jelentős előny ellenére az ilyen típusú éghajlati felszerelést nem lehet ideálisnak nevezni, mivel ennek szintén jelentős hátránya. Egy ilyen szivattyú csak akkor működik hatékonyan, ha a környezeti hőmérséklet –15 ° C ... –20 ° C felett van. A hőmérséklet e határ alá esése, amely télen nem ritka országunk legtöbb régiójában, a levegő hőszivattyú hatékonysági együtthatójának jelentős csökkenését eredményezi.
A hőszivattyú hatékonyságaránya
Kicsit magasabb volt az új kifejezés - „hatékonysági együttható”. Helytelen lenne megmagyarázni, mi ez, főleg mivel a hőszivattyúk fontos jellemzője, amely lehetővé teszi a különféle szivattyúk összehasonlítását.
A hatékonysági együttható (transzformációs együtthatónak is nevezik) a szivattyú által termelt hőenergia és az általa elfogyasztott villamos energia aránya. Valójában ez a hőszivattyú hatékonysága. Vízszivattyúk esetében ez az együttható az évszakától függetlenül 5. Ez azt jelenti, hogy ha 1 kW * h villamos energiát fogyasztanak, akkor a létesítmény 5 kW * h hőenergiát termel.
A talajszivattyúkban a hatékonysági együttható értéke valamivel alacsonyabb - 4-től 4,5-ig. És végül: a levegő hőszivattyúkat a legkisebb együttható jellemzi, és hatékonyságuk erősen függ a környezeti hőmérséklettől: 0 ° C-on az együttható ~ 3,5, –20 ° C-nál nem haladja meg az 1,5-t (ilyen alacsony hatékonyságnál a szivattyú ez csak nem kifizetődő, és érdemes elgondolkodni olcsóbb klímaberendezések, például elektromos kazánok beszerzésén.
Egyes vezetők, hirdetve az általuk értékesített hőszivattyúkat, biztosítják a potenciális ügyfeleknek, hogy ennek a berendezésnek a hatékonysága 400-500%. Természetesen nem beszélünk a termodinamikai törvények bármilyen megsértéséről. Csak a jelen esetben a számításokat szándékosan tévesen végezték el: a fogyasztáson kívüli energiaforrásokat - a levegőt, vizet vagy talajt, amelyet a Nap fűt, és a geotermikus folyamatokat - nem veszik figyelembe. A hatékonyság kiszámításakor csak a villamos energiát veszik figyelembe, és elfelejtik az alacsony minőségű hőforrást, az eredmény több mint 100%.
A hőszivattyúk használata az orosz éghajlatban
Miután megismerte a különféle hőszivattyúk fenti leírásait, önmagában is megválaszolhatja azt a kérdést, melyik szivattyú az orosz éghajlatban való működéshez leginkább megfelelő.
A levegő hőszivattyúink országunk csak korlátozott számú régiójában használhatók - ahol a téli levegő hőmérséklete szinte nem esik nulla alá. Természetesen a szibériai, a Távol-Kelet és az Oroszország európai részének északi részén élő lakosoknak nem is kellene gondolkodniuk a légszivattyúkról.
A vízhőszivattyúk használatának számos korlátozása van. Néhányról már beszéltünk, még említeni kell még egyet. Hazánk területének több mint fele az örökké fagyos zónában található. Ha még Kelet-Szibéria vagy a Távol-Kelet északi részén lakók is „szerencsések”, és a szakaszukban olyan talajvíz található, amely nem fekszik túl mélyen, akkor ezek a talajvízek jég formájában vannak, ami azt jelenti, hogy nem alkalmasak a fűtési rendszerben való felhasználásra. .
Így a honfitársaink többségének az egyetlen, mindenki számára előnyös lehetőségre - a földi hőszivattyúra - kell támaszkodnia. Ezen túlmenően az orosz éghajlati viszonyok szerint a vízszintes kollektorral, nem pedig a vízszintes szondával rendelkező szivattyú megfelelőbb, amely lehetővé teszi a mélység elérését, ahol a talaj hőmérséklete stabilabb.
Hőszivattyú alkalmazása hűtéshez
A hőszivattyúk hatalmas előnye, hogy nemcsak fűthetik a házat, hanem szükség esetén lehűthetik azt is. Rövid orosz nyárunk néha nagyon forró, és amikor otthona szó szerint felforrósodik, nagyon hasznos lesz a javaslat, hogy a melegítőt légkondicionálóvá alakítsák.
Ennek a kérdésnek a technikai megoldása kezdetben, a gyártási szakaszban integrálható a hőszivattyúba, és szinte minden gyártó rendelkezik olyan szivattyúkkal, amelyek kondicionálhatják a helyiséget (természetes hűtés üzemmód). Ha hőszivattyúja nem rendelkezik ilyen képességekkel, akkor semmi sem veszít el - egy hagyományos szivattyú hűtésre is képes. A szükséges kiegészítő berendezéseket hidraulikus leválasztás formájában a szivattyú kívül kell felszerelni. Mindkét lehetőség nem igényel nagy beruházásokat.
A hőszivattyú által generált hideget különféle módon közvetlenül a helyiségbe viheti. Ezt a funkciót hozzá lehet rendelni a falakon vagy a mennyezeten lévő hideg panelekhöz, a padlófűtés hűtéséhez, a jó légáramlású radiátorokhoz vagy a ventilátor tekercshez - egy olyan eszközbe, amelybe a ventilátor által fúvott hőcserélő be van építve.
Hőszivattyú használata meleg vízhez
Bármely hőszivattyú nemcsak fűtheti otthonát, hanem egész évben melegvízellátást biztosít. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy ez a rendszer alacsony hőmérsékletű, ami azt jelenti, hogy a kazán vízhőmérséklete nem haladja meg a 45-55 ° C-ot. Ebből következik, hogy a kazán térfogatának nagyobbnak kell lennie, mint egy szokásos fűtési rendszer használata esetén, különben Önnek és háztartásának a forró víz megszorításának feltételei között kell élnie.
Ezt a tényt figyelembe kell venni a kazánház helyének elosztásakor, vagyis még a ház tervezésének szakaszában is. A kazán kiválasztásakor azt is figyelembe kell vennie, hogy ennek speciális berendezésnek kell lennie, amelyet hőszivattyú-létesítményekkel való működésre terveztek. A kazán és a szokásos kazán közötti fő különbség a hőcserélő megnövelt területe, amely a hőszivattyúból a leghatékonyabb hőátadáshoz szükséges.
Hőszivattyú beépített fűtőelemmel
A gyártók gyakran integrálnak további elektromos fűtőberendezéseket hőszivattyúikba. A beépített fűtőelem lehetővé teszi, hogy a hőszivattyú szempontjából alternatív energiaforrásra - villamos energiára - váltson. Mi ez? Milyen esetekben szükséges fűtőelem használata?
A ház fűtésére szolgáló hőszivattyú kiválasztását különféle paraméterek figyelembevételével végzik, ideértve a régió éghajlati jellemzőit is. Helytelennek tartja a túlzott teljesítményű szivattyú telepítését. A helyzet az, hogy a rendkívül hideg napok nem fordulnak elő nagyon gyakran, legalábbis Oroszország közép-európai részén. A gyakorlat azt mutatja, hogy gazdaságosabb megoldás az, ha a fagyos időszakokban "megkapják" a szükséges energiát villamos energiával, mint egy erősebb szivattyú telepítése. A fűtőelem jelenléte kiküszöböli annak szükségességét, hogy a rendszert erősebbé tegyék, mint amennyire a fűtési szezon nagy részében szükség van.
A víz- és talajszivattyúk tulajdonosai számára az integrált melegítő inkább felesleges, mint szükségszerűség. A levegő hőszivattyúk helyzete teljesen más. –20 ° C vagy annál alacsonyabb léghőmérsékleten egy ilyen szivattyú, ha nem kapcsol ki, hatástalan lesz. És bár az évben nincs olyan sok hideg nap és éjszaka, nem akarok egy jó pillanatban egy gyorsan fagyos házban maradni. A párhuzamos hőgenerátor jelenléte ebben az esetben nem nevezhető luxusnak.
Levegő hőszivattyú.
Tippek és trükkök
A hőszivattyú műszakilag kifinomult és meglehetősen drága berendezés, ezért nagy felelősséggel kell hozzá fordulnia. Annak érdekében, hogy ne legyen megalapozatlan, adunk néhány nagyon konkrét ajánlást.
1. Soha ne kezdje meg a hőszivattyú választását anélkül, hogy először elvégezte volna a számításokat és egy projektet. A projekt hiánya halálos hibákat okozhat, amelyeket csak hatalmas kiegészítő pénzügyi beruházások segítségével lehet megjavítani.
2. Csak a szakemberek bízhatják meg a hőszivattyú és a fűtési rendszer tervezését, telepítését és karbantartását. Hogyan lehet biztosítani, hogy a szakemberek ebben a társaságban dolgozzanak? Mindenekelőtt az összes szükséges dokumentáció rendelkezésre állása alapján értékesített tárgyak portfóliója, felszerelés szállítóinak igazolásai. Nagyon kívánatos, hogy a szükséges szolgáltatások teljes skáláját egy cég biztosítsa, amely ebben az esetben a projekt végrehajtásáért felel.
3. Javasoljuk, hogy részesítse előnyben az Európában gyártott hőszivattyút. Ne tévessze össze azzal, hogy drágább, mint a kínai vagy az orosz berendezés. Ha a teljes fűtési rendszer telepítésének, üzembe helyezésének és hibakeresésének költségeit belefoglalják a becslésbe, akkor a szivattyúk árkülönbsége szinte észrevehetetlen lesz. De akkor, ha rendelkezésére áll egy „európai”, biztos lesz benne a megbízhatóság, mivel a szivattyú magas ára csak a modern technológiák és a kiváló minőségű anyagok felhasználásának eredménye annak létrehozásában.
