Värmepump för uppvärmning av hus: princip om drift, sorter och användning
Mot bakgrund av försämrade miljöförhållanden i världen och (viktigare för den genomsnittliga konsumenten) en snabb höjning av gas- och elavgifterna försöker fler och fler européer att införa alternativa energikällor i deras dagliga liv. Ett av alternativen för sådana system är den så kallade värmepumpen, genom vilken du kan värma ditt hem på vintern och värma vatten för hushållsändamål och spendera ett minimum av el på det.
Även i våra landers hem under de senaste åren kan du alltmer möta detta mirakel av teknik. Naturligtvis för ryssar är problemet med höga priser för traditionella energikällor inte så akut som i Europa, men för det första är det bara för tillfället, och för det andra vill jag inte hålla sig bakom den civiliserade världen ...
Så värmepumpen ... Vad är det? Vad bygger principen på dess handling? Var, var och hur pumpar han värme? Låt oss göra det rätt.
innehåll:
Principen för drift av värmepumpen
Principen för drift av värmepumpar är baserad på ett ämnes (köldmedels) förmåga att absorbera eller avge värme när tillståndet för aggregering förändras. I huvudsak skiljer sig sådana pumpar inte mycket från kylenheter. (Detta konstiga uttalande vid första anblicken överraskar dig inte alls om du någonsin har rört den heta bakväggen i ett vanligt hushållskylskåp.)
Schematiskt kan en värmepump presenteras i form av ett system bestående av tre kretsar. Den första är en kylvätska som överför energi från en källa med låg potential värme. I den andra kretsen cirkulerar köldmedium (freon), som periodvis avdunstar, tar värme från den första kretsen, kondenserar sedan igen och ger den till den tredje kretsen. Och slutligen "kylar" kylflänsen längs den tredje kretsen, i vårt fall, vatten som överför värme genom värmesystemet.
Driftcykeln för värmepumpen i allmänna termer kan beskrivas på följande sätt. Flytande köldmedium kommer in i förångaren, där det passerar till ett gasformigt tillstånd. Den energi som krävs för att denna process ska flöda tas från kylvätskan som cirkulerar i primärkretsen. Sedan sugs gasformigt köldmedium som förvärmts upp med flera grader in i kompressorn, vars huvudsakliga syfte är gaskomprimering (naturligtvis förbrukar detta elektricitet).
Gastrycket ökar flera gånger, medan det värms avsevärt: om köldmedietemperaturen vid inloppet till kompressorn är 6-10 ° C, då vid utloppet är det redan cirka 60 ° C. I nästa steg skickas den uppvärmda gasen till kondensorn, där den avger den mottagna värmen till värmesystemet, medan den kondenserar sig, d.v.s. går i ett flytande tillstånd. Övertrycket avlastas sedan med hjälp av en gasventil och cykeln startar igen.
Som ni ser skiljer sig inte värmepumpens enhet grundläggande från kylmaskinens enhet. Det är bara att kylaggregatens huvudsyfte är att generera kyla, så där värmen tas ut av förångaren och kondensorn dumpar bara den som värms in i omgivningen.I värmepumpen är det motsatta: kondensorn är en värmeväxlare som ger värme till konsumenten, och förångaren är en värmeväxlare som utnyttjar lågpotentialvärmen från sekundära energiresurser.
Med andra ord är en värmepump ett "kylskåp tvärtom." Samtidigt är "vice versa" inte bara en enhet utan också ett resultat. Om det gäller kylskåp slösas värmen från de produkter som lagras inuti, då energin som genereras av värmepumpen ger verkliga fördelar - den spenderas på riktad uppvärmning av huset.
Variationer av värmepumpar och system
Den värmeenergi som används för att värma en byggnad och ett varmvattenanläggning är resultatet av omvandlingen av miljöenergi med hjälp av en värmepump. Pumpen koncentrerar denna lågpotential (låg temperatur) energi och överför den till värmesystemet.
Det återstår att förstå vad som i detta fall menas med miljön energi. De flesta inhemska värmepumpar tillåter dig att använda solens värme och den inre värmen på jorden, som ackumuleras av de övre lagren av jordskorpan och vattnet under hela året.
Efter typ av konstruktion av värmeväxlarens första krets är alla värmepumpar uppdelade i jord, vatten och luft.
Markvärmepumpar
Markvärmepumpar får den värme som krävs för att värma köldmediet i förångaren från marken. Den sistnämnda temperaturen på flera meters djup är praktiskt taget inte utsatt för säsongsvängningar. I ett stängt system med rör placerade i marken cirkulerar en "saltlake". Det är inte en slump att vi citerade ordet ”pickle” i citattecken: salt, som man kan förvänta sig av namnet, innehåller det inte. I själva verket är det en frostskyddsmedel baserad på etylenglykol eller propylenglykol, mindre ofta vattenhaltig etanol. Värmeväxlarrör kan läggas i marken både horisontellt (horisontellt uppsamlare) och vertikalt (geotermisk sond).
Rören för den horisontella kollektorn läggs i marken på ett djup under markfrysningsnivån i detta område (vanligtvis 1,5-2 m). Värmeväxlingssystemet av denna typ upptar ett ganska stort område. Till exempel att ge värme till ett relativt litet hus med en yta på 100 m2 det kommer att vara nödvändigt att avsätta 2-3 tunnland mark. Det bör beaktas att på det territorium som upptas av samlaren kan bara de träd och buskar planteras vars rötter inte går för djupt i jorden, och det är helt omöjligt att placera några byggnader här.
En geotermisk sond är en värmeväxlare vars rör är placerade vertikalt och nedsänkt i jord till ett djup av 100-200 m. Antalet installerade sonder beror på installationens nödvändiga kapacitet. För att värma huset, som vi redan har betraktat ovan som ett exempel, räcker det med två sonder med en längd på cirka 80 m på ett avstånd av 5 m från varandra.
Som ni kan se kräver detta system inte stora områden, du kan borra brunnar i någon del av din webbplats - varhelst det är bekvämt för dig. Den största nackdelen med jordvärmepumpar med geotermiska prober är de höga kostnaderna för borrborrning. Trots detta föredrar de flesta användare just dessa system, eftersom geotermiska prober är mer effektiva än horisontella samlare, och har färre begränsningar.
Borra en brunn för en geotermisk sond.
Vattenvärmepumpar
Vattenvärmepumpen "drar" energi från grundvatten, som pumpas genom dess förångare. Ett sådant system kännetecknas av ökad effektivitet och god stabilitet: det första kännetecknet är resultatet av hög värmeöverföring av vatten, den andra beror på grundvattnets temperatur.
För att använda den här typen av installation krävs det naturligtvis att samma grundvatten finns tillgängligt i ditt territorium och i en tillräckligt stor mängd.Det är mycket önskvärt att akvifern inte ligger djupare än 30-40 m. Samtidigt uppfyller dessa två villkor ett sällsynt fenomen. Ett annat tillstånd, vars misslyckande kan bli ett hinder för installationen av en vattenvärmepump i ditt hus eller din stuga, är ett lågt innehåll av järnsalter och andra föroreningar i grundvatten.
Att använda vatten av låg kvalitet gör att utrustningen snabbt misslyckas, eftersom värmeväxlaren helt enkelt täpper. Förekomsten av så många begränsningar är orsaken till att sådana värmepumpar, trots deras attraktivitet, installeras sällan (cirka 5% av alla genomförda projekt).
Luftvärmepumpar
När det gäller enkel installation har luftvärmepumpar en enorm fördel jämfört med sina "bröder". För att använda den omgivande luften som värmekälla behöver du inte borra brunnar eller utföra något annat storskaligt jordarbete. Som ett resultat, om du lägger upp en uppskattning av kostnaden för installation av utrustning, kommer en luftpump att kosta dig mycket mindre än en vatten- eller markpump.
Trots en sådan väsentlig fördel kan denna typ av klimatutrustning inte kallas ideal, eftersom den också har en betydande nackdel. En sådan pump fungerar endast effektivt om omgivningstemperaturen är över –15 ° C ... –20 ° C. Ett temperaturfall under denna gräns, som på vintern inte är ovanligt i de flesta regioner i vårt land, leder till en betydande minskning av en luftvärmepumps effektivitetskoefficient.
Värmepumpens verkningsgrad
Lite högre använde vi den nya termen - ”effektivitetskoefficient”. Det skulle vara fel att inte förklara vad det är, särskilt eftersom det är en viktig egenskap hos värmepumpar som gör att du kan jämföra olika typer av pumpar med varandra.
Effektivitetskoefficienten (även kallad transformationskoefficienten) är förhållandet mellan den termiska energin som genereras av pumpen och den elektriska energin som förbrukas av den. I själva verket är detta värmepumpens effektivitet. För vattenvärmepumpar är denna koefficient 5 oavsett årstid. Detta innebär att när 1 kW * h el förbrukas genererar installationen 5 kW * h värmeenergi.
I jordpumpar är värdet på effektivitetskoefficienten något lägre - från 4 till 4,5. Och slutligen kännetecknas luftvärmepumparna av den minsta koefficienten, och deras effektivitet beror starkt på omgivningstemperaturen: vid 0 ° C är koefficienten ~ 3,5, och vid –20 ° C överstiger den inte 1,5 (vid en så låg verkningsgrad, pumpen det har helt enkelt inte betalats, och det är vettigt att tänka på att köpa billigare klimatutrustning, till exempel en elektrisk panna).
Vissa chefer, som annonserar värmepumparna de säljer, försäkrar potentiella kunder att denna utrustning har en effektivitet på 400-500%. Naturligtvis talas det inte om någon kränkning av termodynamikens lagar. Det är bara att i det här fallet beräkningarna är avsiktligt felaktiga: andra energikällor än den förbrukade elen beaktas inte - luft, vatten eller jord, uppvärmd av solen och geotermiska processer. När man beräknar effektiviteten, endast el beaktas och de glömmer källan till lågvärmevärme, är resultatet mer än 100%.
Användningen av värmepumpar i det ryska klimatet
När du blivit bekant med ovanstående beskrivningar av de olika typerna av värmepumpar kan du enkelt svara på frågan själv, vilken pump är bäst lämpad för drift i det ryska klimatet.
Luftvärmepumpar är lämpliga för användning endast i ett begränsat antal regioner i vårt land - där lufttemperaturen på vintern nästan inte sjunker under noll. Naturligtvis bör invånare i Sibirien, Fjärran Östern, norr om den europeiska delen av Ryssland inte ens tänka på luftvärmepumpar.
Det finns många begränsningar för användningen av vattenvärmepumpar. Vi har redan pratat om några av dem, det återstår att nämna en till. Mer än hälften av vårt lands territorium ligger i permafrostzonen. Om till och med en del bosatt i östra Sibirien eller norra Fjärran Östern är "tur" och det finns grundvatten i dess avsnitt som inte ligger för djupt, är fortfarande dessa grundvatten i form av is, vilket betyder att det inte är lämpligt att använda i värmesystemet .
Således måste de flesta av våra landsmän lita på det enda, win-win-alternativet - en markvärmepump. Vid förhållanden med det ryska klimatet är dessutom en pump med en horisontell uppsamlare snarare än med en horisontell sond, som gör det möjligt att nå ett djup där markens temperatur är mer stabil, lämpligare.
Värmepumpapplikation för kylning
En enorm fördel med värmepumpar är att de inte bara kan värma huset utan också, om det är nödvändigt, kyla det. Vår korta ryska sommar är ibland väldigt het, och när ditt hem bokstavligen blir varmt kommer förslaget att förvandla värmaren till luftkonditionering vara mycket användbart.
En teknisk lösning på detta problem kan integreras i värmepumpen initialt vid tillverkningsstadiet, och nästan alla tillverkare har en serie pumpar som kan konditionera rummet (Natural Cooling mode). Om din värmepump inte har sådana förmågor går allt fortfarande inte förlorat - en konventionell pump kan också fungera för kylning. Den nödvändiga ytterligare utrustningen i form av hydraulisk frikoppling kommer att monteras utanför pumpen. Båda alternativen kräver inte stora investeringar.
Du kan transportera kylan som genereras av värmepumpen direkt in i rummet på olika sätt. Denna funktion kan tilldelas kalla paneler på väggar eller tak, kylning av golvvärme, radiatorer med bra luftflöde eller en fläktspole - en anordning där en plattvärmeväxlare blåses av en fläkt är inbyggd.
Användning av en värmepump för varmt vatten
Varje värmepump kan inte bara värma ditt hem utan också förse dig med varmt vatten året runt. Man bör dock tänka på att detta system är låg temperatur, vilket innebär att vattentemperaturen i pannan inte kommer att överstiga 45-55 ° C. Av detta följer att pannans volym borde vara större än när du använder ett standardvärmesystem, annars måste du och ditt hushåll leva under åtstramningar av varmvatten.
Detta faktum bör beaktas vid utdelning av utrymme för ett pannrum, dvs. till och med vid utformningen av ett hus. När du väljer en panna måste du också ta hänsyn till att detta ska vara specialutrustning som är utformad för att fungera med värmepumpinstallationer. Den viktigaste skillnaden mellan denna panna och den vanliga är den ökade arean hos värmeväxlaren som är nödvändig för den mest effektiva värmeöverföringen från värmepumpen.
Värmepumpar med integrerat värmeelement
Ofta integrerar tillverkare ytterligare elektriska värmare i sina värmepumpar. Den inbyggda värmaren gör det möjligt att vid behov byta till en alternativ energikälla ur värmepumpens synvinkel - el. Vad är det här för? I vilka fall finns det behov av att använda en värmare;
Valet av en värmepump för uppvärmning av ett hus utförs med hänsyn till olika parametrar, inklusive regionens klimategenskaper. Det anses olämpligt att installera en pump med överskott. Faktum är att extremt kalla dagar inte inträffar så ofta, åtminstone i den centrala europeiska delen av Ryssland. Övningen visar att ett mer ekonomiskt alternativ är att "få" den nödvändiga kraften med el under dessa frostiga perioder än att initialt installera en kraftigare pump. Närvaron av ett värmeelement eliminerar behovet av att göra systemet kraftfullare än vad som krävs för större delen av värmesäsongen.
För ägare av vatten- och markvärmepumpar är en integrerad värmare mer än ett överskott än en nödvändighet. Situationen med luftvärmepumpar ser helt annorlunda ut. Vid en lufttemperatur på –20 ° C eller lägre kommer en sådan pump, om den inte stängs av, att vara ineffektiv. Och även om det inte finns så många kalla dagar och nätter under året, vill jag inte stanna i ett snabbt frysande hus vid ett fint ögonblick. Närvaron av en duplicerad värmegenerator i detta fall kan inte kallas en lyx.
Luftvärmepump.
Tips & tricks
En värmepump är en tekniskt sofistikerad och ganska dyr utrustning, så du bör närma dig valet med stort ansvar. För att inte vara ogrundad ger vi några mycket specifika rekommendationer.
1. Börja aldrig välja en värmepump utan att först göra beräkningar och skapa ett projekt. Bristen på ett projekt kan orsaka dödliga fel, som bara kan korrigeras med hjälp av enorma ytterligare finansiella investeringar.
2. Endast yrkesverksamma bör anförtro design, installation och underhåll av värmepumpen och värmesystemet. Hur kan man se till att proffs arbetar i detta företag? Först av allt, enligt tillgängligheten av all nödvändig dokumentation, en portfölj av sålda föremål, certifikat från utrustningsleverantörer. Det är mycket önskvärt att hela utbudet av nödvändiga tjänster tillhandahålls av ett företag, som i detta fall kommer att vara fullt ansvarigt för genomförandet av projektet.
3. Vi rekommenderar att du föredrar den europeiska värmepumpen. Förväxlas inte av det faktum att det är dyrare än kinesisk eller rysk utrustning. När du inkluderar en uppskattning av kostnaden för installation, idrifttagning och felsökning av hela värmesystemet kommer skillnaden i pris på pumparna att vara nästan osynlig. Men då du har en "europeisk" till ditt förfogande kommer du att vara säker på dess tillförlitlighet, eftersom det höga priset på pumpen endast är resultatet av att använda modern teknik och material av hög kvalitet i skapandet.
