Топлотна пумпа за грејање куће: принцип рада, сорте и употреба
У погоршању еколошке ситуације у свету и (што је важније за просечног потрошача) брзом расту тарифа за гас и струју, све више Европљана покушава увести системе који користе алтернативне изворе енергије у свакодневни живот. Једна од опција таквих система је такозвана топлотна пумпа, помоћу које можете зими грејати свој дом и грејати воду за кућне потребе, трошећи на њега најмање електричне енергије.
У домовима наших сународника последњих година такође се све више може срести ово чудо инжењеринга. Наравно, за Русе, проблем високих цена традиционалних извора енергије није толико актуалан као у Европи, али, прво, то је засад само, а друго, не желим заостајати за цивилизираним светом ...
Дакле, топлотна пумпа ... Шта је то? На чему се заснива принцип његовог деловања? Где, где и како пумпа топлоту? Хајде да исправимо.
Садржај:
Принцип рада топлотне пумпе
Принцип рада топлотних пумпи заснован је на могућности неке твари (расхладног средства) да апсорбује или одаје топлоту када се стање агрегације промијени. У суштини, такве пумпе се не разликују много од расхладних јединица. (Ова чудна, на први поглед, изјава неће вас нимало изненадити ако сте икада додирнули врући задњи зид обичног кућног фрижидера.)
Схематски, топлотна пумпа може бити представљена као систем који се састоји од три круга. Први је расхладна течност која преноси енергију из извора ниске потенцијалне топлоте. У другом кругу циркулише расхладно средство (фреон), које периодично испарава, узимајући топлоту из првог круга, а затим се поново кондензује, дајући га трећем кругу. И коначно, хладњак „тече“ дуж трећег круга, у нашем случају вода која преноси топлину кроз систем грејања.
Радни циклус топлотне пумпе опћенито се може описати на сљедећи начин. Течни расхладни флуид улази у испаривач, где прелази у гасовито стање. Енергија потребна да тај процес тече узима се из расхладне течности која циркулише у примарном кругу. Затим се гасовити расхладни агенс претходно загрејан у неколико степени усисава у компресор, чија је главна сврха компресија гаса (наравно, за то се троши електрична енергија).
Тлак гаса се повећава неколико пута, а значајно се загрева: ако је температура расхладног средства на улазу у компресор 6-10 ° Ц, тада је на излазу већ око 60 ° Ц. У следећој фази, загрејани гас се шаље у кондензатор, где он прима примену топлоту у систем грејања, а сам се кондензује, тј. прелази у течно стање. Тада се надтлак ублажава помоћу лептирастог вентила и циклус поново започиње.
Као што видите, уређај топлотне пумпе се битно не разликује од уређаја расхладне машине. Само да је главна сврха расхладних уређаја да стварају хладноћу, па тамо топлотну енергију одводи испаривач, а кондензатор ту топлоту само одводи у околни простор.Код топлотне пумпе важи супротно: кондензатор је измјењивач топлоте који потрошачу даје топлину, а испаривач је измјењивач топлине који користи ниско-потенцијалну топлину секундарних извора енергије.
Другим речима, топлотна пумпа је „хладњак обрнуто“. Истовремено, "обрнуто" није само уређај, већ и резултат. Ако се у случају фрижидера потроши топлота преузета из производа који се чувају у унутрашњости, тада енергија добијена топлотном пумпом доноси стварне користи - троши се на циљано грејање куће.
Различитости топлотних пумпи и система
Топлотна енергија потрошена на грејање зграде и система топле воде резултат је претварања енергије животне средине коришћењем топлотне пумпе. Пумпа концентрише ову енергију ниског потенцијала (ниске температуре) и преноси је у систем грејања.
Остаје нам да разумемо шта се у овом случају подразумева енергијом животне средине. Већина домаћих топлотних пумпи омогућава вам коришћење сунчеве топлоте и унутрашње топлоте земље, акумулиране од стране горњих слојева земљине коре и воде током целе године.
Према врсти дизајна првог круга измењивача топлоте, све топлотне пумпе су подељене на тло, воду и ваздух.
Подземне топлотне пумпе
Подземне топлотне пумпе примају топлоту потребну за загревање расхладног средства у испаривачу из земље. Температура последњих на дубини од неколико метара практично не подлеже сезонским флуктуацијама. У затвореном систему цеви постављених у земљу циркулише "сланик". Није случајно што смо у наводницима наводили реч „кисели краставац“: сол, као што се може очекивати од назива, не садржи је. У ствари, то је антифриз на бази етилен гликола или пропилен гликола, ређе воденог етанола. Цеви за измењиваче топлоте могу се положити у земљу и водоравно (хоризонтални колектор) и вертикално (геотермална сонда).
Водоравне сабирне цеви постављају се у земљу на дубини испод нивоа смрзавања тла у овом региону (обично 1,5-2 м). Систем размене топлоте овог типа заузима прилично велику површину. На пример, за обезбеђивање топлоте релативно малој кући са површином од 100 м2 биће потребно издвојити 2-3 хектара земље. Треба узети у обзир да се на територији коју заузима колекционар могу засадити само она стабла и грмље, чије коријење не залази превише дубоко у тло, а овде је потпуно немогуће поставити било какве зграде.
Геотермална сонда је измјењивач топлине чије су цијеви постављене вертикално и уроњене у тло до дубине од 100-200 м. Број инсталираних сонди овиси о потребном капацитету инсталације. За загревање куће, што смо већ навели као пример, биће довољне две сонде у дужини од око 80 м, које се налазе на удаљености од 5 м једна од друге.
Као што видите, овај систем не захтева велике површине, можете бушити бушотине у било ком делу веб локације - где год је то згодније за вас. Главни недостатак топлотних пумпи тла са геотермалним сондама је висока цијена бушења бушотине. Међутим, упркос томе, већина корисника даје предност управо тим системима, јер су геотермалне сонде ефикасније од хоризонталних колектора и имају мање ограничења.
Бушење бунара за геотермалну сонду.
Топлотне пумпе за воду
Топлотна пумпа воде "црпи" енергију подземне воде која се пумпа кроз њен испаривач. Такав систем карактерише повећана ефикасност и добра стабилност: прва карактеристика је резултат високог преноса топлоте воде, друга због константности температуре подземне воде.
Наравно, да бисте користили ову врсту инсталације, потребно је да те исте подземне воде буду доступне на вашој територији и то у довољно великој количини.Веома је пожељно да се водоносник налази не дубље од 30-40 м. Истовремено испуњавање ова два услова је ретка појава. Други услов, чији пропуст може постати препрека за постављање водене топлотне пумпе у вашој кући или викендици, је низак садржај соли гвожђа и других нечистоћа у подземној води.
Употреба воде слабе квалитете узроковат ће да опрема брзо пропадне, јер се измјењивач топлине једноставно зачепљује. Присуство толико ограничења разлог је што се такве топлотне пумпе, упркос атрактивности, постављају ретко (око 5% свих реализованих пројеката).
Ваздушне пумпе за ваздух
У погледу једноставности уградње, ваздушне топлотне пумпе имају огромну предност у односу на своју "браћу". Да бисте користили спољни ваздух као извор топлоте, не морате бушити бушотине или обављати било какве друге велике радове на земљишту. Као резултат, ако процените трошкове уградње опреме, ваздушна пумпа ће вас коштати много мање него пумпа за воду или земљу.
Упркос тако значајној предности, ову врсту климатске опреме не можемо назвати идеалном, јер има и значајну ману. Таква пумпа ефикасно делује само када је температура околине изнад –15 ° Ц ... –20 ° Ц. Пад температуре испод ове границе, који зими није неуобичајен у већини региона наше земље, доводи до значајног смањења коефицијента ефикасности ваздушне топлотне пумпе.
Однос ефикасности топлотне пумпе
Мало више, користили смо нови израз - „коефицијент ефикасности“. Било би погрешно не објаснити шта је то, посебно зато што је важно својство топлотних пумпи које вам омогућава да упоредите различите врсте пумпи једна с другом.
Коефицијент ефикасности (који се такође назива и коефицијент трансформације) је однос топлотне енергије коју генерише пумпа и електричне енергије коју она троши. У ствари, ово је ефикасност топлотне пумпе. У случају топлотних пумпи за воду, овај коефицијент је 5, без обзира на доба године. То значи да када се потроши 1 кВ * х електричне енергије, инсталација ствара 5 кВ * х топлотне енергије.
Код пумпи тла вредност коефицијента ефикасности је нешто нижа - од 4 до 4,5. И на крају, ваздушне топлотне пумпе карактерише најмањи коефицијент, а њихова ефикасност снажно зависи од температуре околине: на 0 ° Ц коефицијент је ~ 3,5, а на –20 ° Ц не прелази 1,5 (при тако ниској ефикасности пумпа то се једноставно не исплати и има смисла размишљати о куповини јефтиније климатске опреме, попут електричног котла).
Неки менаџери, рекламирајући топлотне пумпе које продају, увјеравају потенцијалне купце да ова опрема има ефикасност од 400-500%. Наравно, нема говора о било каквом кршењу закона термодинамике. У овом случају, прорачуни су намерно погрешни: извори енергије који нису потрошени електрична енергија се не узимају у обзир - ваздух, вода или тло, загрејано Сунце и геотермални процеси. Када се израчунава ефикасност, узима се у обзир само електрична енергија и заборавља се на извор нискоквалитетне топлоте, резултат је већи од 100%.
Примена топлотних пумпи у руској клими
Упознавши се са горњим описима различитих врста топлотних пумпи, лако можете сами одговорити на питање која пумпа је најприкладнија за рад у руској клими.
Ваздушне пумпе за ваздух погодне су за употребу само у ограниченом броју региона наше земље - где температура ваздуха зими готово да не пада испод нуле. Наравно, становници Сибира, Далеког Истока, севера европског дела Русије не би смели ни да размишљају о ваздушним топлотним пумпама.
Постоје многа ограничења употребе водених топлотних пумпи. О неким од њих смо већ разговарали, остаје нам споменути још један. Више од половине територије наше земље налази се у зони пермафроста. Ако чак и неки становник Источног Сибира или севера Далеког Истока има „среће“ и подземна вода на њеном делу не лежи преглобоко, онда је та подземна вода у облику леда, што значи да није погодна за употребу у систему грејања. .
Стога се већина наших сународника мора ослонити на једину, вин-вин, опцију - земљану топлотну пумпу. Штавише, у условима руске климе, погоднија је пумпа са хоризонталним сакупљачем, а не са хоризонталним сондом, која омогућава достизање дубине на којој је температура тла стабилнија.
Примена топлотне пумпе за хлађење
Огромна предност топлотних пумпи је да они могу не само да греју кућу, већ и, ако је потребно, хладе је. Наше кратко руско лето понекад је веома вруће, а када ваш дом буквално постане врућ, предлог да се грејач претвори у клима уређај биће врло користан.
Техничко решење овог проблема може се интегрисати у топлотну пумпу у почетку, у фази производње, а скоро сви произвођачи имају линију пумпи које могу да условљавају просторију (режим природног хлађења). Ако ваша топлотна пумпа нема такве способности, све још увек није изгубљено - редовна пумпа такође може радити на хлађењу. Потребна додатна опрема у облику хидрауличког одвајања биће монтирана изван пумпе. Обе опције не захтевају велика улагања.
Можете хладноћу коју генерише топлотна пумпа пренети директно у просторију на различите начине. Ова функција се може доделити хладним плочама на зидовима или плафонима, хлађењу подног грејања, радијаторима са добрим протоком ваздуха или вентилатором - уређајем у који је уграђен плочни измењивач топлоте који вентилатор вентилатора уграђује.
Употреба топлотне пумпе за топлу воду
Било која топлотна пумпа не може само да греје ваш дом, већ и да вам пружа топлу воду током целе године. Међутим, треба имати на уму да је овај систем ниска температура, што значи да температура воде у котлу неће прелазити 45-55 ° Ц. Из тога слиједи да би запремина котла требала бити већа него када користите стандардни систем гријања, јер ћете у противном морати живјети у увјетима штедње топле воде.
Ову чињеницу треба узети у обзир приликом расподјеле простора за котловницу, тј. Чак и у фази пројектирања куће. Такође, приликом избора котла морате узети у обзир да би то требало бити специјална опрема дизајнирана за рад са инсталацијама топлотне пумпе. Главна разлика између овог котла и уобичајеног је повећана површина измењивача топлоте неопходна за најефикаснији пренос топлоте из топлотне пумпе.
Топлотне пумпе са интегрисаним грејним елементом
Често произвођачи интегришу додатне електричне гријалице у своје топлотне пумпе. Уграђени грејач омогућава, ако је потребно, прелазак на алтернативни извор енергије са становишта топлотне пумпе - струју. За шта је ово? У којим случајевима је потребно користити грејач;
Избор топлотне пумпе за грејање куће врши се узимајући у обзир различите параметре, укључујући климатске карактеристике региона. Сматра се непримјереним инсталирати пумпу с вишком снаге. Чињеница је да се изузетно хладни дани не дешавају веома често, барем у централноевропском делу Русије. Пракса показује да је економичнија опција „набавити“ потребну снагу струјом током ових мразних периода него првобитно инсталирати снажнију пумпу. Присуство грејног елемента елиминише потребу да се систем учини снажнијим него што је потребно током већег дела грејне сезоне.
За власнике топлотних пумпи за воду и земљу интегрисани грејач је више од вишка него од потребе. Ситуација са ваздушним топлотним пумпама изгледа потпуно другачије. На температури ваздуха од –20 ° Ц и ниже, таква пумпа, ако се не искључи, неће бити ефикасна. И иако у години нема толико хладних дана и ноћи, не желим ни једног лепог времена да останем у кући која се брзо смрзава. Присуство двоструког генератора топлоте у овом случају се не може назвати луксузом.
Ваздушна пумпа за ваздух.
Савети и трикови
Топлотна пумпа је технички софистицирана и прилично скупа опрема, па јој треба приступити са великом одговорношћу. Да не бисмо били неутемељени, дајемо неколико врло конкретних препорука.
1. Никада не започните с избором топлотне пумпе без да сте прво направили прорачуне и креирали пројекат. Недостатак пројекта може проузроковати фаталне грешке, које се могу исправити само уз помоћ огромних додатних финансијских улагања.
2. Дизајн, уградњу и одржавање топлотне пумпе и грејног система треба да верују само професионалци. Како осигурати да професионалци раде у овој компанији? Пре свега, према доступности све потребне документације, портфолију продатих предмета, сертификатима добављача опреме. Веома је пожељно да читав спектар потребних услуга пружа једна компанија која ће у овом случају бити у потпуности одговорна за реализацију пројекта.
3. Саветујемо вам да дајете предност топлотној пумпи европског порекла. Немојте да вас збуњује чињеница да је скупља од кинеске или руске опреме. Када се у процену урачунају трошкови уградње, пуштања у рад и уклањања погрешака целог грејног система, разлика у цени пумпи биће скоро неприметна. Али тада, када имате на располагању „Европљанина“, бићете сигурни у његову поузданост, јер је висока цена пумпе само резултат коришћења савремених технологија и висококвалитетних материјала у њеном креирању.
