Varmepumpe for oppvarming av hus: prinsippet om drift, varianter og bruk
I den forverrede miljøsituasjonen i verden og (viktigere for gjennomsnittsforbrukeren) den raske økningen i gass- og strømtariffer, prøver flere og flere europeere å introdusere systemer som bruker alternative energikilder i hverdagen. Et av alternativene for slike systemer er den såkalte varmepumpen, gjennom hvilken du kan varme opp huset om vinteren og varme vann til husholdningsformål, og bruke et minimum av strøm på det.
I hjemmene til våre landsmenn de siste årene kan du også i økende grad møte dette mirakelverket. For russere er selvfølgelig problemet med høye priser for tradisjonelle energikilder ikke så akutt som i Europa, men for det første er det bare foreløpig, og for det andre ønsker jeg ikke å halde etter den siviliserte verden ...
Så, varmepumpen ... Hva er det? Hva er prinsippet for handlingen basert på? Hvor, hvor og hvordan pumper han varme? La oss få det til.
Innhold:
Prinsippet for drift av varmepumpen
Prinsippet for drift av varmepumper er basert på et substans (kuldemediums) evne til å absorbere eller avgi varme når aggregeringstilstanden endres. I hovedsak er ikke slike pumper mye forskjellig fra kjøleenheter. (Denne merkelige uttalelsen ved første øyekast overrasker deg ikke i det hele tatt hvis du noen gang har rørt den varme bakveggen i et vanlig kjøleskap til husholdningen.)
Skjematisk kan en varmepumpe representeres som et system bestående av tre kretser. Den første er et kjølevæske som overfører energi fra en kilde med lav potensiell varme. I den andre kretsløpet sirkulerer kjølemedium (freon), som periodisk fordamper, tar varme fra den første kretsen, og kondenserer deretter igjen, og gir den til den tredje kretsen. Og til slutt "kjøler vasken" langs den tredje kretsen, i vårt tilfelle vann som overfører varme gjennom varmesystemet.
Driftssyklusen til varmepumpen generelt kan beskrives som følger. Flytende kjølemedium kommer inn i fordamperen, der det går over i gassform. Energien som er nødvendig for at denne prosessen skal strømme, tas fra kjølevæsken som sirkulerer i primærkretsen. Deretter suges inn gassformig kjølemedium som er forvarmet med flere grader, inn i kompressoren, hvis hovedformål er gasskomprimering (dette forbruker selvfølgelig strøm).
Gasstrykket øker flere ganger, mens det varmes betydelig opp: hvis kjølemedietemperaturen ved innløpet til kompressoren er 6-10 ° C, er det allerede ved utløpet omtrent 60 ° C. På neste trinn blir den oppvarmede gassen sendt til kondensatoren, der den gir den mottatte varmen til varmesystemet, mens den kondenserer seg, dvs. går i en flytende tilstand. Da avlastes overtrykket ved hjelp av en gassventil, og syklusen starter igjen.
Som du ser, skiller ikke anordningen til varmepumpen seg fundamentalt fra enheten til kjølemaskinen. Det er bare at hovedformålet med kjøleenheter er å generere kulde, så der blir varmen tatt ut av fordamperen, og kondensatoren bare dumper denne varmen inn i det omkringliggende rommet.I varmepumpen er det motsatte: kondensatoren er en varmeveksler som gir varme til forbrukeren, og fordamperen er en varmeveksler som utnytter lavpotensiell varme fra sekundære energiressurser.
Med andre ord, en varmepumpe er et "kjøleskap omvendt." Samtidig er "omvendt" ikke bare en enhet, men også et resultat. Hvis det er et kjøleskap, bortkastet varmen fra produktene som er lagret inne, vil energien som varmepumpen genererer gi reelle fordeler - den brukes på målrettet oppvarming av huset.
Variasjoner av varmepumper og systemer
Varmeenergien som brukes på oppvarming av bygningen og varmtvannssystemet er et resultat av omdannelse av miljøenergi ved bruk av en varmepumpe. Pumpen konsentrerer denne lavpotensielle energien (lav temperatur) og overfører den til varmesystemet.
Det gjenstår å forstå hva som menes i dette tilfellet med energien i miljøet. De fleste innenlandske varmepumper lar deg bruke solvarmen og jordens indre varme, akkumulert av de øvre lagene på jordskorpen og vannet gjennom året.
Etter type design for den første kretsen til varmeveksleren er alle varmepumper delt inn i jord, vann og luft.
Varmepumper på bakken
Jordvarmepumper mottar den nødvendige varmen for å varme opp kjølemediet i fordamperen fra bakken. Sistnevnte temperatur på flere meters dyp er praktisk talt ikke utsatt for sesongsvingninger. I et lukket rørsystem som er plassert i bakken, sirkulerer en "saltlake". Det er ikke tilfeldig at vi siterte ordet “sylteagurk” i anførselstegn: salt, som man kan forvente av navnet, inneholder det ikke. Det er faktisk en frostvæske basert på etylenglykol eller propylenglykol, sjeldnere vandig etanol. Varmevekslerrør kan legges i bakken både horisontalt (horisontal oppsamler) og vertikalt (geotermisk sonde).
Horisontale samlerrør legges i bakken på en dybde under jordfrysingsnivået i dette området (vanligvis 1,5-2 m). Varmevekslingssystemet av denne typen okkuperer et ganske stort område. For eksempel å gi varme til et relativt lite hus med et område på 100 moh2 det vil være nødvendig å tildele 2-3 mål land. Det bør tas i betraktning at på det territoriet som okkuperes av samleren, kan bare de trær og busker plantes hvis røtter ikke går for dypt ned i jorden, og det er helt umulig å plassere noen bygninger her.
En geotermisk sonde er en varmeveksler hvis rør er plassert vertikalt og nedsenket i jord til en dybde på 100-200 m. Antall sonder som er installert avhenger av den nødvendige kapasiteten til installasjonen. For å varme opp huset, som vi allerede har vurdert ovenfor som et eksempel, vil det være nok med to sonder med en lengde på omtrent 80 m plassert i en avstand på 5 m fra hverandre.
Som du kan se, krever ikke dette systemet store områder, du kan bore brønner på hvilken som helst del av nettstedet ditt - uansett hvor det er praktisk for deg. Den største ulempen med jordvarmepumper med geotermiske prober er de høye kostnadene ved brønnboring. Til tross for dette foretrekker de fleste brukere nettopp disse systemene, fordi geotermiske prober er mer effektive enn horisontale samlere, og har færre begrensninger.
Boring av en brønn for en geotermisk sonde.
Vannvarmepumper
Vannvarmepumpen "trekker" energien fra grunnvannet, som den pumper gjennom fordamperen. Et slikt system er preget av økt effektivitet og god stabilitet: den første egenskapen er resultatet av høy varmeoverføring av vann, den andre skyldes konstansen på grunnvannets temperatur.
For å bruke denne typen installasjon kreves det selvfølgelig at disse samme grunnvannene er tilgjengelige i ditt territorium, og i en stor nok mengde.Det er svært ønskelig at akviferen ikke befinner seg dypere enn 30-40 m. Samtidig oppfyllelse av disse to forholdene er et sjeldent fenomen. En annen tilstand, hvis svikt kan bli et hinder for installasjonen av en vannvarmepumpe i huset eller hytta, er et lavt innhold av jernsalter og andre urenheter i grunnvannet.
Bruk av vann av lav kvalitet vil føre til at utstyret raskt svikter, da varmeveksleren ganske enkelt tetter igjen. Tilstedeværelsen av så mange restriksjoner er årsaken til at slike varmepumper, til tross for attraktiviteten, blir installert sjelden (ca. 5% av alle gjennomførte prosjekter).
Luftvarmepumper
Når det gjelder enkel installasjon, har luftvarmepumper en stor fordel i forhold til "brødrene". For å bruke den omgivende luften som en kilde til varme, trenger du ikke å bore brønner eller utføre noe større jordarbeid. Som et resultat, hvis du legger inn beregningen av kostnadene for å installere utstyr, vil en luftpumpe koste deg mye mindre enn en vann- eller bakkepumpe.
Til tross for en så betydelig fordel, kan denne typen klimautstyr ikke kalles ideell, siden det også har en betydelig ulempe. En slik pumpe fungerer bare effektivt når omgivelsestemperaturen er over –15 ° C ... –20 ° C. Et fall i temperaturen under denne grensen, som om vinteren ikke er uvanlig i de fleste regioner i landet, fører til en betydelig reduksjon i effektivitetskoeffisienten til en luftvarmepumpe.
Varmepumpens effektivitetsgrad
Litt høyere brukte vi det nye uttrykket - “effektivitetskoeffisient”. Det ville være feil å ikke forklare hva det er, spesielt siden det er en viktig egenskap ved varmepumper som lar deg sammenligne forskjellige typer pumper med hverandre.
Effektivitetskoeffisienten (også kalt transformasjonskoeffisienten) er forholdet mellom den termiske energien som pumpen genererer og den elektriske energien som forbrukes av den. Dette er faktisk effektiviteten til varmepumpen. For vannvarmepumper er denne koeffisienten 5, uansett årstid. Dette betyr at når 1 kW * h strøm forbrukes, produserer installasjonen 5 kW * h termisk energi.
I jordpumper er effektivitetskoeffisienten litt lavere - fra 4 til 4,5. Endelig er luftvarmepumpene preget av den minste koeffisienten, og effektiviteten deres avhenger sterkt av omgivelsestemperaturen: ved 0 ° C er koeffisienten ~ 3,5, og ved –20 ° C overstiger den ikke 1,5 (ved en så lav virkningsgrad er pumpen det lønner seg bare ikke, og det er fornuftig å tenke på å kjøpe billigere klimautstyr, for eksempel en elektrisk kjele).
Noen ledere, som reklamerer for varmepumpene de selger, forsikrer potensielle kunder om at dette utstyret har en effektivitet på 400-500%. Det er selvfølgelig ikke snakk om noe brudd på lovene i termodynamikk. Det er bare at i dette tilfellet beregningene blir gjort med vilje: andre energikilder enn den forbrukte strømmen blir ikke tatt med i beregningen - luft, vann eller jord, oppvarmet av solen og geotermiske prosesser. Når du beregner effektiviteten, er det bare tatt hensyn til strøm og de glemmer kilden til lavkvalitetsvarme, er resultatet mer enn 100%.
Bruken av varmepumper i det russiske klimaet
Etter å ha blitt kjent med beskrivelsene ovenfor av forskjellige typer varmepumper, kan du enkelt svare på spørsmålet selv, hvilken pumpe er best egnet for drift i det russiske klimaet.
Luftvarmepumper er kun egnet for bruk i et begrenset antall regioner i landet vårt - der lufttemperaturen om vinteren nesten ikke faller under null. Innbyggere i Sibir, Fjernøsten, nord for den europeiske delen av Russland, bør selvfølgelig ikke engang tenke på luftvarmepumper.
Det er mange begrensninger ved bruk av vannvarmepumper. Vi har allerede snakket om noen av dem, det gjenstår å nevne en til. Mer enn halvparten av vårt lands territorium befinner seg i permafrostsonen. Hvis til og med noen bosatt i Øst-Sibir eller Nord-Østen er "heldige" og det er grunnvann i dets seksjon som ikke ligger for dypt, er fortsatt dette grunnvannet i form av is, noe som betyr at det ikke er egnet for bruk i varmesystemet .
Dermed må de fleste av våre landsmenn stole på det eneste, vinn-vinn-alternativet - en jordvarmepumpe. I forhold til det russiske klimaet er dessuten en pumpe med en horisontal samler snarere enn med en horisontal sonde, som gjør det mulig å nå en dybde der jordtemperaturen er mer stabil, mer egnet.
Varmepumpe applikasjon for kjøling
En enorm fordel med varmepumper er at de ikke bare kan varme opp huset, men også om nødvendig kjøle det. Den korte russiske sommeren vår er noen ganger veldig varm, og når hjemmet ditt bokstavelig talt blir varmt, vil forslaget om å gjøre varmeren til klimaanlegg være veldig nyttig.
En teknisk løsning på dette problemet kan integreres i varmepumpen innledningsvis på produksjonsstadiet, og nesten alle produsenter har en serie med pumper som kan kondisjonere rommet (Natural Cooling mode). Hvis varmepumpen din ikke har slike evner, er alt fremdeles ikke tapt - en vanlig pumpe kan også fungere for avkjøling. Det nødvendige tilleggsutstyret i form av hydraulisk avkobling vil bli montert utenfor pumpen. Begge opsjoner krever ikke store investeringer.
Du kan føre kulden som genereres av varmepumpen direkte inn i rommet på forskjellige måter. Denne funksjonen kan tilordnes kalde paneler på vegger eller tak, kjøling av gulvvarme, radiatorer med god luftstrøm, eller en viftespole - en enhet der en platevarmeveksler blåst av en vifte er innebygd.
Bruk av varmepumpe for varmt vann
Enhver varmepumpe kan ikke bare varme opp huset ditt, men også gi deg varmt vann året rundt. Det må imidlertid tas i betraktning at dette systemet har lav temperatur, noe som betyr at vanntemperaturen i kjelen ikke vil overstige 45-55 ° C. Det følger at volumet på kjelen bør være større enn når du bruker et standardvarmesystem, ellers vil du og din husstand måtte leve under nøysomhet for varmt vann.
Dette faktum bør tas i betraktning når du tildeler plass til et fyrrom, dvs. til og med i prosjekteringsstadiet. Når du velger en kjele, må du ta hensyn til at dette skal være spesialutstyr designet for å fungere med varmepumpeanlegg. Hovedforskjellen mellom denne kjelen og den vanlige er det økte området til varmeveksleren som er nødvendig for den mest effektive varmeoverføringen fra varmepumpen.
Varmepumper med integrert varmeelement
Ofte integrerer produsenter ekstra elektriske ovner i varmepumpene. Den innebygde varmeren lar om nødvendig bytte til en alternativ energikilde fra varmepumpens synspunkt - elektrisitet. Hva er dette for? I hvilke tilfeller er det behov for å bruke en varmeovn;
Valg av en varmepumpe for oppvarming av et hus utføres under hensyntagen til forskjellige parametere, inkludert de klimatiske funksjonene i regionen. Det anses som upassende å installere en pumpe med overflødig kraft. Fakta er at ekstremt kalde dager ikke skjer veldig ofte, i det minste i den sentraleuropeiske delen av Russland. Praksis viser at et mer økonomisk alternativ er å "få" nødvendig kraft med strøm i disse frostige periodene enn å først installere en kraftigere pumpe. Tilstedeværelsen av et varmeelement eliminerer behovet for å gjøre systemet kraftigere enn det som kreves for det meste av fyringssesongen.
For eiere av vann- og bakkevarmepumper er en integrert varmeovn mer enn et overskudd enn en nødvendighet. Situasjonen med luftvarmepumper ser helt annerledes ut. Ved en lufttemperatur på –20 ° C eller lavere, vil en slik pumpe, hvis den ikke slås av, være ineffektiv. Og selv om det ikke er veldig mange kalde dager og netter i året, vil jeg ikke bo i et raskt frysende hus på et fint øyeblikk. Tilstedeværelsen av en duplikatvarmegenerator i dette tilfellet kan ikke kalles en luksus.
Luftvarmepumpe.
Tips og triks
En varmepumpe er et teknisk sofistikert og ganske dyrt utstyr, så du bør nærme deg utvalget med stort ansvar. For ikke å være grunnløs, gir vi noen helt konkrete anbefalinger.
1. Begynn aldri å velge en varmepumpe uten først å gjøre beregninger og lage et prosjekt. Mangelen på et prosjekt kan forårsake fatale feil, som bare kan rettes ved hjelp av enorme ekstra økonomiske investeringer.
2. Bare fagpersoner skal betro design, installasjon og vedlikehold av varmepumpe og varmesystem. Hvordan sikre at fagfolk jobber i dette selskapet? Først av alt, i henhold til tilgjengeligheten av all nødvendig dokumentasjon, en portefølje av solgte gjenstander, sertifikater fra utstyrsleverandører. Det er svært ønskelig at hele spekteret av nødvendige tjenester leveres av ett selskap, som i dette tilfellet vil være fullt ut ansvarlig for gjennomføringen av prosjektet.
3. Vi anbefaler deg å foretrekke den europeiske varmepumpen. Ikke bli forvirret av det faktum at det er dyrere enn kinesisk eller russisk utstyr. Når kostnadene for installasjon, igangkjøring og feilsøking av hele varmesystemet er inkludert i estimatet, vil forskjellen i prisen på pumpene være nesten umerkelig. Men når du har en "europeisk" til disposisjon, vil du være sikker på at den er pålitelig, siden den høye prisen på pumpen bare er et resultat av å bruke moderne teknologier og materialer av høy kvalitet i opprettelsen.
