Siltumsūknis mājas apsildīšanai: darbības princips, šķirnes un pielietojums
Ņemot vērā pasaules vides stāvokļa pasliktināšanos un (kas ir svarīgāk vidējam patērētājam) straujo gāzes un elektrības tarifu pieaugumu, arvien vairāk eiropiešu cenšas savā ikdienas dzīvē ieviest alternatīvus enerģijas avotus. Viena no šādu sistēmu iespējām ir tā dēvētais siltumsūknis, caur kuru jūs varat sildīt savu māju ziemā un sildīt ūdeni sadzīves vajadzībām, tērējot tajā minimālu elektroenerģiju.
Arī mūsu tautiešu pēdējos gados mājās arvien vairāk varat sastapt šo inženierijas brīnumu. Protams, krieviem tradicionālo enerģijas avotu augsto cenu problēma nav tik aktuāla kā Eiropā, bet, pirmkārt, tā ir tikai pagaidām, un, otrkārt, es nevēlos atpalikt no civilizētās pasaules ...
Tātad, siltumsūknis ... Kas tas ir? Uz kā balstās tās darbība? Kur, kur un kā viņš sūknē siltumu? Pareizosim.
Saturs:
Siltumsūkņa darbības princips
Siltumsūkņu darbības princips ir balstīts uz vielas (aukstumaģenta) spēju absorbēt vai izdalīt siltumu, mainoties agregācijas stāvoklim. Būtībā šādi sūkņi daudz neatšķiras no saldēšanas iekārtām. (Šis dīvainais, no pirmā acu uzmetiena izteikums, jūs nepārsteigs, ja kādreiz esat pieskāries parasta mājsaimniecības ledusskapja karstajai aizmugurējai sienai.)
Shematiski siltumsūkni var attēlot kā sistēmu, kas sastāv no trim ķēdēm. Pirmais ir dzesēšanas šķidrums, kas nodod enerģiju no zema potenciāla siltuma avota. Otrajā ķēdē cirkulē aukstumaģents (freons), kas periodiski iztvaiko, ņemot siltumu no pirmās ķēdes, pēc tam atkal kondensējas, dodot to trešajai ķēdei. Visbeidzot, siltuma izlietne “tek” gar trešo ķēdi, mūsu gadījumā - ūdeni, kas siltumu nodod caur apkures sistēmu.
Siltumsūkņa darba ciklu kopumā var aprakstīt šādi. Šķidrais dzesēšanas šķidrums nonāk iztvaicētājā, kur tas nonāk gāzveida stāvoklī. Šī procesa plūsmai nepieciešamā enerģija tiek ņemta no dzesēšanas šķidruma, kas cirkulē primārajā ķēdē. Pēc tam kompresorā iesūc gāzveida aukstumaģentu, kas iepriekš uzkarsēts par vairākām grādiem, un tā galvenais mērķis ir gāzes saspiešana (protams, tas patērē elektrību).
Gāzes spiediens palielinās vairākas reizes, vienlaikus ievērojami sasildams: ja dzesētāja temperatūra pie kompresora ieejas ir 6-10 ° C, tad izplūdes vietā tā jau ir aptuveni 60 ° C. Nākamajā posmā uzkarsētā gāze tiek nosūtīta uz kondensatoru, kur tā izdala saņemto siltumu apkures sistēmai, bet pati kondensējas, t.i. nonāk šķidrā stāvoklī. Pēc tam ar droseļvārsta palīdzību tiek samazināts pārspiediens, un cikls sākas no jauna.
Kā redzat, siltumsūkņa ierīce principā neatšķiras no saldēšanas iekārtas ierīces. Tikai tas, ka saldēšanas iekārtu galvenais mērķis ir aukstuma radīšana, tāpēc siltumu iztvaicē iztvaicētājs, un kondensators izvada tikai siltumu apkārtējā telpā.Siltumsūknī ir tieši pretēji: kondensators ir siltummainis, kas patērētājam dod siltumu, un iztvaicētājs ir siltummainis, kas izmanto sekundāro enerģijas avotu zemu potenciālu.
Citiem vārdiem sakot, siltumsūknis ir “otrādi ledusskapis”. Tajā pašā laikā "otrādi" ir ne tikai ierīce, bet arī rezultāts. Ja ledusskapja gadījumā siltums, kas tiek ņemts no iekšā glabātajiem produktiem, tiek izšķiests, tad siltumsūkņa radītā enerģija nes reālus ieguvumus - tā tiek tērēta mērķtiecīgai mājas apsildīšanai.
Siltumsūkņu un sistēmu klāsts
Siltuma enerģija, kas iztērēta ēkas un karstā ūdens sistēmas sildīšanai, ir vides enerģijas pārveidošanas rezultāts, izmantojot siltumsūkni. Sūknis koncentrē šo zema potenciāla (zemas temperatūras) enerģiju un nodod to apkures sistēmai.
Atliek saprast, ko šajā gadījumā nozīmē vides enerģija. Lielākā daļa mājas siltumsūkņu ļauj izmantot saules siltumu un zemes iekšējo siltumu, ko visu gadu uzkrājuši zemes garozas un ūdens augšējie slāņi.
Pēc siltummaiņa pirmās shēmas konstrukcijas veida visi siltumsūkņi tiek sadalīti augsnē, ūdenī un gaisā.
Zemes siltumsūkņi
Zemes siltumsūkņi saņem siltumu, kas nepieciešams aukstumaģenta uzsildīšanai iztvaicētājā no zemes. Pēdējā temperatūra vairāku metru dziļumā praktiski nav pakļauta sezonālām svārstībām. Slēgtā cauruļu sistēmā, kas novietota zemē, cirkulē "sālījums". Nav nejauši, ka pēdiņās mēs citējām vārdu “marinēt”: sāls, kā varētu gaidīt no nosaukuma, to nesatur. Faktiski tas ir antifrīzs, kura pamatā ir etilēnglikols vai propilēnglikols, retāk ūdens etanols. Siltummaiņa caurules var ievietot zemē gan horizontāli (horizontāls kolektors), gan vertikāli (ģeotermiskā zonde).
Horizontālās kolektoru caurules tiek ievietotas zemē dziļumā, kas ir zemāks par augsnes sasalšanas līmeni šajā reģionā (parasti 1,5-2 m). Šāda veida siltuma apmaiņas sistēma aizņem diezgan lielu platību. Piemēram, lai nodrošinātu siltumu relatīvi mazai mājai ar platību 100 m2 būs jāpiešķir 2-3 akriem zemes. Jāņem vērā, ka kolekcionāra okupētajā teritorijā var stādīt tikai tos kokus un krūmus, kuru saknes neiet pārāk dziļi augsnē, un šeit ir pilnīgi neiespējami izvietot nevienu ēku.
Ģeotermiskā zonde ir siltummainis, kura caurules ir novietotas vertikāli un iegremdētas augsnē līdz 100-200 m dziļumam. Uzstādīto zondu skaits ir atkarīgs no instalācijas nepieciešamās jaudas. Lai sildītu māju, kuru mēs jau iepriekš esam apsvēruši par piemēru, pietiks ar divām zondēm ar apmēram 80 m garumu, kas atrodas 5 m attālumā viens no otra.
Kā redzat, šai sistēmai nav nepieciešami lieli laukumi, jūs varat urbt akas jebkurā vietnes vietā - visur, kur tas jums ir ērti. Galvenais augsnes siltumsūkņu ar ģeotermisko zondi trūkums ir urbumu urbšanas augstās izmaksas. Tomēr, neskatoties uz to, vairums lietotāju dod priekšroku šīm sistēmām, jo ģeotermālās zondes ir efektīvākas nekā horizontālie kolektori, un tām ir mazāk ierobežojumu.
Akas urbšana ģeotermiskai zondei.
Ūdens siltumsūkņi
Ūdens siltumsūknis “ievelk” gruntsūdeņu enerģiju, kuru tas sūknē caur iztvaicētāju. Šādai sistēmai raksturīga paaugstināta efektivitāte un laba stabilitāte: pirmā īpašība ir augstas ūdens pārneses rezultāts, otrā - gruntsūdeņu temperatūras noturības dēļ.
Protams, lai izmantotu šāda veida instalācijas, ir nepieciešams, lai šie paši gruntsūdeņi būtu pieejami jūsu teritorijā un pietiekami lielā daudzumā.Ļoti vēlams, lai ūdens nesējslānis atrastos ne dziļāk par 30–40 m. Šo divu nosacījumu vienlaicīga izpilde ir reti sastopama parādība. Vēl viens nosacījums, kura kļūme var kļūt par šķērsli ūdens siltumsūkņa uzstādīšanai jūsu mājā vai vasarnīcā, ir zems dzelzs sāļu un citu piemaisījumu saturs gruntsūdeņos.
Izmantojot zemas kvalitātes ūdeni, iekārta ātri sabojājas, jo siltummainis vienkārši aizsērē. Tik daudz ierobežojumu ir iemesls, ka šādi siltumsūkņi, neskatoties uz pievilcību, tiek uzstādīti reti (apmēram 5% no visiem īstenotajiem projektiem).
Gaisa siltumsūkņi
Uzstādīšanas vienkāršības ziņā gaisa siltumsūkņiem ir milzīgas priekšrocības salīdzinājumā ar viņu "brāļiem". Lai kā siltuma avotu izmantotu apkārtējo gaisu, jums nav jāurbj akas vai jāveic citi liela apjoma grunts darbi. Rezultātā, ja jūs iekļaujat aprēķinu par aprīkojuma uzstādīšanu, gaisa sūknis jums izmaksās daudz mazāk nekā ūdens vai zemes sūknis.
Neskatoties uz tik ievērojamu priekšrocību, šāda veida klimatisko aprīkojumu nevar saukt par ideālu, jo tam ir arī ievērojams trūkums. Šāds sūknis efektīvi darbojas tikai tad, ja apkārtējā temperatūra ir augstāka par –15 ° C ... –20 ° C. Temperatūras pazemināšanās zem šīs robežas, kas ziemā nav retums lielākajā daļā mūsu valsts reģionu, noved pie gaisa siltumsūkņa efektivitātes koeficienta ievērojama samazināšanās.
Siltumsūkņa efektivitātes koeficients
Nedaudz augstāk, mēs izmantojām jauno terminu - “efektivitātes koeficients”. Būtu nepareizi neizskaidrot, kas tas ir, jo īpaši tāpēc, ka tā ir svarīga siltumsūkņu īpašība, kas ļauj salīdzināt dažādu veidu sūkņus savā starpā.
Efektivitātes koeficients (ko sauc arī par pārveidošanas koeficientu) ir sūkņa ģenerētās siltumenerģijas attiecība pret patērēto elektrisko enerģiju. Faktiski tā ir siltumsūkņa efektivitāte. Ūdens siltumsūkņiem šis koeficients ir 5, neatkarīgi no gada laika. Tas nozīmē, ka, patērējot 1 kW * h elektroenerģijas, iekārta rada 5 kW * h siltumenerģijas.
Augsnes sūkņos efektivitātes koeficients ir nedaudz zemāks - no 4 līdz 4,5. Visbeidzot, gaisa siltumsūkņiem ir raksturīgs mazākais koeficients, un to efektivitāte ir ļoti atkarīga no apkārtējās vides temperatūras: 0 ° C temperatūrā koeficients ir ~ 3,5, un –20 ° C temperatūrā tas nepārsniedz 1,5 (ar tik zemu efektivitāti sūknis tas vienkārši neatmaksājas, un ir jēga domāt par lētāka klimata aprīkojuma, piemēram, elektriskā katla, iegādi.
Daži vadītāji, reklamējot viņu pārdotos siltumsūkņus, potenciālajiem klientiem apliecina, ka šī aprīkojuma efektivitāte ir 400–500%. Protams, nav runas par termodinamikas likumu pārkāpumiem. Tas ir tikai tas, ka šajā gadījumā aprēķini tiek tīši veikti nepareizi: enerģijas avoti, izņemot patērēto elektrību, netiek ņemti vērā - gaiss, ūdens vai augsne, ko silda saule, un ģeotermiskie procesi. Aprēķinot efektivitāti, tiek ņemta vērā tikai elektrība, un viņi aizmirst par zemas kvalitātes siltuma avotu, rezultāts pārsniedz 100%.
Siltumsūkņu izmantošana Krievijas klimatā
Iepazīstoties ar iepriekš aprakstītajiem dažādu siltumsūkņu tipu aprakstiem, jūs pats varat viegli atbildēt uz jautājumu, kurš sūknis ir vispiemērotākais darbam Krievijas klimatā.
Gaisa siltumsūkņi ir piemēroti izmantošanai tikai ierobežotā skaitā mūsu valsts reģionu - kur gaisa temperatūra ziemā gandrīz nenoslīd zem nulles. Protams, Sibīrijas, Tālo Austrumu, Krievijas Eiropas daļas ziemeļu iedzīvotājiem pat nevajadzētu domāt par gaisa siltumsūkņiem.
Ūdens siltumsūkņu izmantošanai ir daudz ierobežojumu. Mēs jau esam runājuši par dažiem no tiem, atliek tikai pieminēt vēl vienu. Vairāk nekā puse mūsu valsts teritorijas atrodas mūžīgā sasaluma zonā. Ja pat kādam Austrumsibīrijas vai Tālo Austrumu ziemeļu iedzīvotājam ir “paveicies” un tā daļā ir gruntsūdeņi, kas neatrodas pārāk dziļi, tad šie gruntsūdeņi tomēr ir ledus formā, kas nozīmē, ka tie nav piemēroti izmantošanai apkures sistēmā .
Tādējādi lielākajai daļai mūsu tautiešu ir jāpaļaujas uz vienīgo, abpusēji izdevīgo iespēju - zemes siltumsūkni. Tajā pašā laikā Krievijas klimatā piemērotāks ir pumpis ar horizontālu kolektoru, bet ar ģeotermisko zondi, kas ļauj sasniegt dziļumu, kur augsnes temperatūra ir stabilāka.
Siltumsūkņa pielietojums dzesēšanai
Siltumsūkņu milzīga priekšrocība ir tā, ka tie var ne tikai sildīt māju, bet arī, ja nepieciešams, to atdzesēt. Mūsu īsā krievu vasara dažreiz ir ļoti karsta, un, kad jūsu mājās burtiski kļūst karsts, ļoti noderīgs būs priekšlikums pārvērst sildītāju par gaisa kondicionētāju.
Šīs problēmas tehnisko risinājumu sākotnēji, ražošanas posmā, var integrēt siltumsūknī, un gandrīz visiem ražotājiem ir sūkņu līnija, kas var kondicionēt telpu (dabiskās dzesēšanas režīms). Ja jūsu siltumsūknim nav šādu spēju, viss joprojām nav zaudēts - parasts sūknis var darboties arī dzesēšanai. Nepieciešamais papildu aprīkojums hidrauliskās atdalīšanas veidā tiks uzstādīts ārpus sūkņa. Abas iespējas neprasa lielus ieguldījumus.
Siltumsūkņa radīto aukstumu dažādos veidos varat pārvadāt tieši telpā. Šo funkciju var piešķirt aukstiem paneļiem uz sienām vai griestiem, dzesēšanas grīdas apsildei, radiatoriem ar labu gaisa plūsmu vai ventilatora spolei - ierīcei, kurā iebūvēts ventilatora izpūtais plākšņu siltummainis.
Siltumsūkņa izmantošana karstam ūdenim
Jebkurš siltumsūknis var ne tikai sildīt jūsu māju, bet arī piegādāt karstu ūdeni visu gadu. Tomēr jāpatur prātā, ka šī sistēma ir zemā temperatūrā, kas nozīmē, ka ūdens temperatūra katlā nepārsniegs 45-55 ° C. No tā izriet, ka katla tilpumam jābūt lielākam nekā tad, ja tiek izmantota standarta apkures sistēma, pretējā gadījumā jums un jūsu mājsaimniecībai būs jādzīvo karstā ūdens taupības apstākļos.
Šis fakts ir jāņem vērā, piešķirot vietu katlu telpai, t.i., pat mājas projektēšanas stadijā. Arī, izvēloties katlu, jums jāņem vērā, ka tam vajadzētu būt īpašam aprīkojumam, kas paredzēts darbam ar siltumsūkņu iekārtām. Galvenā atšķirība starp šo katlu un parasto ir palielināta siltummaiņa platība, kas nepieciešama visefektīvākajai siltuma pārnesei no siltumsūkņa.
Siltumsūkņi ar integrētu sildelementu
Bieži vien ražotāji savos siltumsūkņos integrē papildu elektriskos sildītājus. Iebūvētais sildītājs vajadzības gadījumā ļauj pārslēgties uz alternatīvu enerģijas avotu no siltumsūkņa viedokļa - elektrību. Kam tas domāts? Kādos gadījumos ir nepieciešams izmantot sildītāju?
Siltumsūkņa izvēle mājas apsildīšanai tiek veikta, ņemot vērā dažādus parametrus, ieskaitot reģiona klimatiskās iezīmes. Tiek uzskatīts par nepiemērotu uzstādīt sūkni ar lieko jaudu. Fakts ir tāds, ka ārkārtīgi aukstās dienas nenotiek ļoti bieži, vismaz Krievijas centrālajā Eiropas daļā. Prakse rāda, ka ekonomiskāks risinājums ir šajos aukstajos periodos "iegūt" nepieciešamo enerģiju ar elektrību nekā sākotnēji uzstādīt jaudīgāku sūkni. Sildīšanas elementa klātbūtne novērš nepieciešamību padarīt sistēmu jaudīgāku, nekā tas ir nepieciešams lielākajai apkures sezonas daļai.
Ūdens un zemes siltumsūkņu īpašniekiem integrētais sildītājs ir vairāk nekā lieka. Situācija ar gaisa siltumsūkņiem izskatās pavisam cita. Gaisa temperatūrā –20 ° C vai zemākā temperatūrā šāds sūknis, ja tas neizslēdzas, būs neefektīvs. Un, lai arī gada laikā nav tik daudz aukstu dienu un nakšu, es nevēlos vienā smalkajā brīdī uzturēties strauji sasalšanas mājā. Siltuma ģeneratora dublikāta klātbūtni šajā gadījumā nevar saukt par greznību.
Gaisa siltumsūknis.
Padomi un viltības
Siltumsūknis ir tehniski sarežģīts un diezgan dārgs aprīkojums, tāpēc jums tam vajadzētu vērsties ar lielu atbildību. Lai tas nebūtu nepamatots, mēs sniedzam dažus ļoti konkrētus ieteikumus.
1. Nekad nesāciet izvēlēties siltumsūkni, vispirms neveicot aprēķinus un neveidojot projektu. Projekta trūkums var izraisīt liktenīgas kļūdas, kuras var labot tikai ar milzīgu papildu finanšu ieguldījumu palīdzību.
2. Siltumsūkņa un apkures sistēmas projektēšanu, uzstādīšanu un apkopi vajadzētu uzticēt tikai profesionāļiem. Kā pārliecināties, ka šajā uzņēmumā strādā profesionāļi? Pirmkārt, saskaņā ar visas nepieciešamās dokumentācijas pieejamību, pārdoto objektu portfelis, sertifikāti no aprīkojuma piegādātājiem. Ir ļoti vēlams, lai visu nepieciešamo pakalpojumu klāstu sniegtu viens uzņēmums, kurš šajā gadījumā būs pilnībā atbildīgs par projekta īstenošanu.
3. Mēs iesakām dot priekšroku Eiropā ražotam siltumsūknim. Nejaucieties ar to, ka tas ir dārgāks nekā ķīniešu vai krievu aprīkojums. Kad visas apkures sistēmas uzstādīšanas, nodošanas ekspluatācijā un atkļūdošanas izmaksas tiek iekļautas tāmē, sūkņu cenu starpība būs gandrīz nemanāma. Bet tad, kad jūsu rīcībā būs “eiropietis”, jūs būsiet pārliecināts par tā uzticamību, jo sūkņa augstā cena ir tikai modernu tehnoloģiju un augstas kvalitātes materiālu izmantošanas rezultāts tā izveidē.
