Bơm nhiệt để sưởi ấm một ngôi nhà: nguyên tắc hoạt động, giống và sử dụng
Trước tình trạng môi trường xấu đi trên thế giới và (quan trọng hơn đối với người tiêu dùng trung bình), việc tăng giá điện và khí đốt nhanh chóng, ngày càng nhiều người châu Âu đang cố gắng đưa các nguồn năng lượng thay thế vào cuộc sống hàng ngày. Một trong những lựa chọn cho các hệ thống như vậy là cái gọi là bơm nhiệt, qua đó bạn có thể sưởi ấm nhà vào mùa đông và đun nước nóng cho mục đích sinh hoạt, tiêu tốn tối thiểu điện cho nó.
Trong nhà của đồng bào chúng ta trong những năm gần đây cũng vậy, bạn ngày càng có thể gặp được phép màu này của kỹ thuật. Tất nhiên, đối với người Nga, vấn đề giá cao đối với các nguồn năng lượng truyền thống không quá gay gắt như ở châu Âu, nhưng, thứ nhất, hiện tại chỉ là, và thứ hai, tôi không muốn tụt hậu so với thế giới văn minh ...
Vậy, bơm nhiệt ... Nó là gì? Nguyên tắc hành động của nó dựa trên là gì? Ở đâu, ở đâu và làm thế nào để anh ta bơm nhiệt? Hãy làm cho nó đúng.
Nội dung:
Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt
Nguyên lý hoạt động của bơm nhiệt dựa trên khả năng của một chất (chất làm lạnh) để hấp thụ hoặc tỏa nhiệt khi trạng thái kết tập thay đổi. Về bản chất, những máy bơm như vậy không khác nhiều so với các đơn vị làm lạnh. (Điều kỳ lạ này, thoạt nhìn, tuyên bố sẽ không làm bạn ngạc nhiên nếu bạn đã từng chạm vào bức tường nóng của tủ lạnh gia đình thông thường.)
Theo sơ đồ, một bơm nhiệt có thể được biểu diễn dưới dạng một hệ thống gồm ba mạch. Đầu tiên là chất làm mát chuyển năng lượng từ nguồn nhiệt tiềm năng thấp. Trong mạch thứ hai, môi chất lạnh (freon) lưu thông, định kỳ bay hơi, lấy nhiệt từ mạch thứ nhất, sau đó ngưng tụ lại, đưa nó vào mạch thứ ba. Và cuối cùng, hệ thống tản nhiệt đã chạy trên đường dọc theo mạch thứ ba, trong trường hợp của chúng tôi, nước truyền nhiệt qua hệ thống sưởi.
Chu kỳ làm việc của bơm nhiệt nói chung có thể được mô tả như sau. Chất làm lạnh lỏng đi vào thiết bị bay hơi, nơi nó chuyển sang trạng thái khí. Năng lượng cần thiết cho quá trình này chảy được lấy từ chất làm mát lưu thông trong mạch sơ cấp. Sau đó, chất làm lạnh dạng khí được làm nóng trước vài độ được hút vào máy nén, mục đích chính là nén khí (tất nhiên, điều này tiêu thụ điện).
Áp suất khí tăng lên nhiều lần, trong khi nó nóng lên đáng kể: nếu nhiệt độ môi chất lạnh ở đầu vào máy nén là 6-10 ° C, thì ở đầu ra, nó đã ở khoảng 60 ° C. Ở giai đoạn tiếp theo, khí nóng được gửi đến thiết bị ngưng tụ, nơi nó cung cấp nhiệt nhận được cho hệ thống sưởi ấm, trong khi nó tự ngưng tụ, tức là đi vào trạng thái lỏng. Sau đó, quá áp được làm giảm bằng van tiết lưu và chu kỳ bắt đầu lại.
Như bạn có thể thấy, thiết bị của bơm nhiệt không khác biệt cơ bản với thiết bị của máy làm lạnh. Đó chỉ là mục đích chính của các đơn vị làm lạnh là để tạo ra lạnh, do đó nhiệt được thoát ra khỏi thiết bị bay hơi và thiết bị ngưng tụ chỉ tỏa nhiệt này vào không gian xung quanh.Trong bơm nhiệt, điều ngược lại là đúng: thiết bị ngưng tụ là bộ trao đổi nhiệt cung cấp nhiệt cho người tiêu dùng và thiết bị bay hơi là bộ trao đổi nhiệt sử dụng nhiệt năng thấp của các nguồn năng lượng thứ cấp.
Nói cách khác, máy bơm nhiệt là một chiếc tủ lạnh khác theo cách khác. " Đồng thời, "ngược lại" không chỉ là một thiết bị, mà còn là kết quả. Nếu trong trường hợp tủ lạnh, nhiệt lấy từ các sản phẩm được lưu trữ bên trong bị lãng phí, thì năng lượng được tạo ra bởi bơm nhiệt mang lại lợi ích thực sự - nó được dành cho việc sưởi ấm mục tiêu của ngôi nhà.
Các loại máy bơm nhiệt và hệ thống
Năng lượng nhiệt dành cho việc sưởi ấm tòa nhà và hệ thống nước nóng là kết quả của việc chuyển đổi năng lượng môi trường bằng cách sử dụng bơm nhiệt. Máy bơm tập trung năng lượng tiềm năng thấp (nhiệt độ thấp) này và chuyển nó đến hệ thống sưởi ấm.
Vẫn còn phải hiểu những gì có nghĩa là trong trường hợp này bởi năng lượng của môi trường. Hầu hết các máy bơm nhiệt trong nước cho phép bạn sử dụng sức nóng của mặt trời và sức nóng bên trong của trái đất, được tích lũy bởi các lớp trên của vỏ trái đất và nước trong suốt cả năm.
Theo loại thiết kế mạch đầu tiên của bộ trao đổi nhiệt, tất cả các bơm nhiệt được chia thành đất, nước và không khí.
Bơm nhiệt mặt đất
Bơm nhiệt mặt đất nhận nhiệt cần thiết để làm nóng môi chất lạnh trong thiết bị bay hơi từ mặt đất. Nhiệt độ sau này ở độ sâu vài mét trên thực tế không chịu sự biến động theo mùa. Trong một hệ thống ống kín đặt dưới đất, một "nước muối" lưu thông. Không phải ngẫu nhiên mà chúng tôi trích dẫn từ "Pick Pickle" trong dấu ngoặc kép: muối, như người ta có thể mong đợi từ cái tên, không chứa nó. Trên thực tế, nó là một chất chống đông dựa trên ethylene glycol hoặc propylene glycol, ethanol thường ít nước hơn. Các ống trao đổi nhiệt có thể được đặt trong lòng đất theo cả chiều ngang (bộ thu ngang) và chiều dọc (đầu dò địa nhiệt).
Các ống thu gom nằm ngang được đặt trong lòng đất ở độ sâu dưới mức đóng băng của đất trong khu vực này (thường là 1,5-2 m). Hệ thống trao đổi nhiệt loại này chiếm diện tích khá lớn. Ví dụ, để cung cấp nhiệt cho một ngôi nhà tương đối nhỏ với diện tích 100 m2 sẽ cần phải phân bổ 2-3 mẫu đất. Cần lưu ý rằng trong lãnh thổ của người thu gom, chỉ có thể trồng những cây và cây bụi mà rễ của chúng không đi quá sâu vào đất, và hoàn toàn không thể đặt bất kỳ tòa nhà nào ở đây.
Đầu dò địa nhiệt là một bộ trao đổi nhiệt có các ống được đặt thẳng đứng và được ngâm trong đất đến độ sâu 100-200 m. Số lượng đầu dò được lắp đặt tùy thuộc vào công suất lắp đặt. Để sưởi ấm ngôi nhà, mà chúng tôi đã xem ở trên là một ví dụ, hai đầu dò có chiều dài khoảng 80 m nằm ở khoảng cách 5 m với nhau sẽ đủ.
Như bạn có thể thấy, hệ thống này không yêu cầu diện tích lớn, bạn có thể khoan giếng ở bất kỳ phần nào trên trang web của mình - bất cứ nơi nào thuận tiện cho bạn. Nhược điểm chính của máy bơm nhiệt đất với đầu dò địa nhiệt là chi phí khoan giếng cao. Tuy nhiên, mặc dù vậy, hầu hết người dùng thích các hệ thống này, bởi vì các đầu dò địa nhiệt hiệu quả hơn so với các bộ thu ngang và có ít hạn chế hơn.
Khoan giếng cho một đầu dò địa nhiệt.
Bơm nhiệt nước
Máy bơm nhiệt nước nóng hút lấy năng lượng của nước ngầm, nó bơm qua thiết bị bay hơi. Một hệ thống như vậy được đặc trưng bởi hiệu quả tăng và độ ổn định tốt: đặc tính thứ nhất là kết quả của sự truyền nhiệt cao của nước, thứ hai là do sự không đổi của nhiệt độ của nước ngầm.
Tất nhiên, để sử dụng loại cài đặt này, yêu cầu các loại nước ngầm này phải có sẵn trong lãnh thổ của bạn và với số lượng đủ lớn.Điều rất mong muốn là tầng ngậm nước nằm ở độ sâu không quá 30-40 m. Việc thực hiện đồng thời hai điều kiện này là một hiện tượng không thường xuyên. Một điều kiện khác, sự thất bại có thể trở thành một trở ngại cho việc lắp đặt máy bơm nhiệt nước trong nhà hoặc ngôi nhà của bạn, là hàm lượng muối sắt thấp và các tạp chất khác trong nước ngầm.
Sử dụng nước chất lượng thấp sẽ khiến thiết bị nhanh chóng bị hỏng, vì bộ trao đổi nhiệt chỉ đơn giản là bị tắc. Sự hiện diện của rất nhiều hạn chế là lý do mà các máy bơm nhiệt như vậy, mặc dù có sức hấp dẫn, được lắp đặt không thường xuyên (khoảng 5% trong số tất cả các dự án đã thực hiện).
Máy bơm nhiệt không khí
Về mặt dễ lắp đặt, máy bơm nhiệt không khí có lợi thế rất lớn so với "anh em" của họ. Để sử dụng không khí xung quanh làm nguồn nhiệt, bạn không phải khoan giếng hoặc thực hiện bất kỳ công việc đất quy mô lớn nào khác. Kết quả là, nếu bạn đưa vào ước tính chi phí lắp đặt thiết bị, một máy bơm không khí sẽ có chi phí thấp hơn nhiều so với máy bơm nước hoặc mặt đất.
Mặc dù có một lợi thế đáng kể như vậy, loại thiết bị khí hậu này không thể được gọi là lý tưởng, vì nó cũng có một nhược điểm đáng kể. Một máy bơm như vậy chỉ hoạt động hiệu quả khi nhiệt độ môi trường cao hơn trên1515 C ... C2020 ° C. Nhiệt độ giảm xuống dưới biên giới này, vào mùa đông không phải là hiếm ở hầu hết các vùng của nước ta, dẫn đến giảm đáng kể hệ số hiệu quả của một máy bơm nhiệt không khí.
Tỷ lệ hiệu quả bơm nhiệt
Cao hơn một chút, chúng tôi đã sử dụng thuật ngữ mới - hệ số hiệu quả của hệ thống. Sẽ là sai lầm nếu không giải thích nó là gì, đặc biệt vì đây là một đặc tính quan trọng của bơm nhiệt cho phép bạn so sánh các loại máy bơm khác nhau với nhau.
Hệ số hiệu suất (còn gọi là hệ số biến đổi) là tỷ lệ năng lượng nhiệt do máy bơm tạo ra với năng lượng điện tiêu thụ của nó. Trong thực tế, đây là hiệu quả của bơm nhiệt. Trong trường hợp máy bơm nhiệt nước, hệ số này là 5, bất kể thời gian trong năm. Điều này có nghĩa là khi tiêu thụ 1 kW * h điện, việc lắp đặt sẽ tạo ra 5 kW * h năng lượng nhiệt.
Trong máy bơm đất, giá trị của hệ số hiệu quả thấp hơn một chút - từ 4 đến 4,5. Và cuối cùng, bơm nhiệt không khí được đặc trưng bởi hệ số nhỏ nhất và hiệu quả của chúng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ môi trường: ở 0 ° C, hệ số này là ~ 3,5, và ở nhiệt độ 20 ° C, nó không vượt quá 1,5 (với hiệu suất thấp như vậy, máy bơm nó chỉ không trả tiền, và thật hợp lý khi nghĩ đến việc mua thiết bị khí hậu rẻ hơn, chẳng hạn như nồi hơi điện).
Một số nhà quản lý, quảng cáo máy bơm nhiệt họ bán, đảm bảo với khách hàng tiềm năng rằng thiết bị này có hiệu suất 400-500%. Tất nhiên, không có thảo luận về bất kỳ hành vi vi phạm các quy luật nhiệt động lực học. Nó chỉ là trong trường hợp này, các tính toán được thực hiện sai: các nguồn năng lượng khác ngoài điện năng tiêu thụ không được tính đến - không khí, nước hoặc đất, được đốt nóng bởi Mặt trời và các quá trình địa nhiệt. Khi tính toán hiệu quả, chỉ tính đến điện và họ quên mất nguồn nhiệt cấp thấp, kết quả là hơn 100%.
Việc sử dụng máy bơm nhiệt trong khí hậu Nga
Làm quen với các mô tả ở trên về các loại bơm nhiệt khác nhau, bạn có thể dễ dàng tự trả lời câu hỏi, loại bơm nào phù hợp nhất để vận hành trong khí hậu Nga.
Máy bơm nhiệt không khí chỉ phù hợp để sử dụng ở một số khu vực hạn chế của nước ta - nơi nhiệt độ không khí trong mùa đông hầu như không giảm xuống dưới mức không. Tất nhiên, cư dân ở Siberia, Viễn Đông, phía bắc của châu Âu của Nga thậm chí không nên nghĩ về máy bơm nhiệt không khí.
Có nhiều hạn chế khi sử dụng máy bơm nhiệt nước. Chúng tôi đã nói về một số trong số họ, vẫn còn phải đề cập đến một trong số đó. Hơn một nửa lãnh thổ nước ta nằm trong vùng băng vĩnh cửu. Nếu ngay cả một số cư dân ở Đông Siberia hoặc phía bắc của Viễn Đông là may mắn và có nước ngầm trong phần không nằm quá sâu, thì nước ngầm này vẫn ở dạng băng, có nghĩa là nó không phù hợp để sử dụng trong hệ thống sưởi ấm .
Vì vậy, hầu hết đồng bào của chúng ta phải dựa vào lựa chọn duy nhất, đôi bên cùng có lợi - một máy bơm nhiệt mặt đất. Đồng thời, trong khí hậu Nga, một máy bơm có bộ thu ngang, nhưng với đầu dò địa nhiệt, cho phép đạt đến độ sâu nơi nhiệt độ đất ổn định hơn, phù hợp hơn.
Ứng dụng bơm nhiệt để làm mát
Một lợi thế rất lớn của máy bơm nhiệt là chúng không chỉ có thể làm nóng ngôi nhà mà còn, nếu cần thiết, làm mát nó. Mùa hè Nga ngắn ngủi của chúng tôi đôi khi rất nóng và khi ngôi nhà của bạn thực sự trở nên nóng bức, đề xuất biến máy sưởi thành máy điều hòa sẽ rất hữu ích.
Một giải pháp kỹ thuật cho vấn đề này có thể được tích hợp vào bơm nhiệt ban đầu, ở giai đoạn sản xuất và hầu như tất cả các nhà sản xuất đều có một dòng máy bơm có thể điều hòa phòng (Chế độ làm mát tự nhiên). Nếu bơm nhiệt của bạn không có khả năng như vậy, mọi thứ vẫn không bị mất - một bơm thông thường cũng có thể hoạt động để làm mát. Các thiết bị bổ sung cần thiết dưới dạng tách thủy lực sẽ được gắn bên ngoài máy bơm. Cả hai tùy chọn không yêu cầu đầu tư lớn.
Bạn có thể mang cái lạnh được tạo ra bởi bơm nhiệt trực tiếp vào phòng theo nhiều cách khác nhau. Chức năng này có thể được gán cho các tấm lạnh trên tường hoặc trần nhà, làm mát dưới sàn, bộ tản nhiệt có luồng khí tốt hoặc cuộn dây quạt - một thiết bị trong đó có một bộ trao đổi nhiệt dạng tấm được thổi bởi quạt.
Việc sử dụng bơm nhiệt cho nước nóng
Bất kỳ máy bơm nhiệt nào cũng có khả năng không chỉ sưởi ấm nhà bạn mà còn cung cấp cho bạn nước nóng quanh năm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hệ thống này có nhiệt độ thấp, điều đó có nghĩa là nhiệt độ nước trong nồi hơi sẽ không vượt quá 45-55 ° C. Theo đó, thể tích của lò hơi phải lớn hơn so với khi sử dụng hệ thống sưởi tiêu chuẩn, nếu không, bạn và gia đình sẽ phải sống trong điều kiện khắc khổ của nước nóng.
Thực tế này nên được tính đến khi phân bổ không gian cho một phòng nồi hơi, tức là, ngay cả ở giai đoạn thiết kế một ngôi nhà. Ngoài ra, khi chọn nồi hơi, bạn cần tính đến việc đây phải là thiết bị đặc biệt được thiết kế để hoạt động với việc lắp đặt bơm nhiệt. Sự khác biệt chính giữa nồi hơi này và nồi hơi thông thường là diện tích tăng của bộ trao đổi nhiệt cần thiết để truyền nhiệt hiệu quả nhất từ bơm nhiệt.
Bơm nhiệt có tích hợp bộ phận làm nóng
Thông thường các nhà sản xuất tích hợp thêm máy sưởi điện vào máy bơm nhiệt của họ. Máy sưởi tích hợp cho phép, nếu cần, có thể chuyển sang nguồn năng lượng thay thế theo quan điểm của bơm nhiệt - điện. Cái này để làm gì? Trong trường hợp có nhu cầu sử dụng lò sưởi;
Việc lựa chọn một máy bơm nhiệt để sưởi ấm một ngôi nhà được thực hiện có tính đến các thông số khác nhau, bao gồm các đặc điểm khí hậu của khu vực. Nó được coi là không phù hợp để cài đặt một máy bơm có công suất dư thừa. Thực tế là những ngày cực kỳ lạnh không xảy ra rất thường xuyên, ít nhất là ở khu vực trung tâm châu Âu của Nga. Thực tiễn cho thấy một lựa chọn kinh tế hơn là "lấy" năng lượng cần thiết bằng điện trong những khoảng thời gian băng giá này hơn là ban đầu lắp đặt một máy bơm mạnh hơn. Sự hiện diện của một bộ phận làm nóng giúp loại bỏ nhu cầu làm cho hệ thống mạnh hơn mức cần thiết cho hầu hết các mùa nóng.
Đối với chủ sở hữu của máy bơm nhiệt nước và mặt đất, một máy sưởi tích hợp là nhiều hơn một sự cần thiết. Tình hình với máy bơm nhiệt không khí trông hoàn toàn khác nhau. Ở nhiệt độ không khí nhiệt độ 20 ° C hoặc thấp hơn, một máy bơm như vậy, nếu nó không tắt, sẽ không hiệu quả. Và mặc dù không có quá nhiều ngày và đêm lạnh lẽo trong năm, tôi không muốn ở trong một ngôi nhà đóng băng nhanh chóng vào một thời điểm tốt. Sự hiện diện của một bộ tạo nhiệt trùng lặp trong trường hợp này không thể được gọi là xa xỉ.
Bơm nhiệt không khí.
Mẹo và thủ thuật
Một máy bơm nhiệt là một thiết bị kỹ thuật tinh vi và khá đắt tiền, vì vậy bạn nên tiếp cận nó với trách nhiệm cao. Để không bị vô căn cứ, chúng tôi đưa ra một số khuyến nghị rất cụ thể.
1. Không bao giờ bắt đầu chọn một máy bơm nhiệt mà không tính toán trước và tạo một dự án. Việc thiếu một dự án có thể gây ra những lỗi nghiêm trọng, chỉ có thể được sửa chữa với sự trợ giúp của các khoản đầu tư tài chính bổ sung rất lớn.
2. Chỉ các chuyên gia nên giao phó việc thiết kế, lắp đặt và bảo trì máy bơm nhiệt và hệ thống sưởi ấm. Làm thế nào để đảm bảo rằng các chuyên gia làm việc trong công ty này? Trước hết, theo sự sẵn có của tất cả các tài liệu cần thiết, một danh mục các đối tượng được bán, chứng chỉ từ các nhà cung cấp thiết bị. Rất mong muốn rằng toàn bộ các dịch vụ cần thiết được cung cấp bởi một công ty, trong trường hợp này sẽ chịu trách nhiệm hoàn toàn cho việc thực hiện dự án.
3. Chúng tôi khuyên bạn nên ưu tiên cho máy bơm nhiệt do Châu Âu sản xuất. Đừng nhầm lẫn bởi thực tế là nó đắt hơn thiết bị của Trung Quốc hoặc Nga. Khi chi phí lắp đặt, vận hành và gỡ lỗi của toàn bộ hệ thống sưởi được bao gồm trong ước tính, sự khác biệt về giá của máy bơm sẽ gần như không thể nhận ra. Nhưng sau đó, bạn có thể sử dụng một máy tính Âu Châu, bạn chắc chắn về độ tin cậy của nó, vì giá máy bơm cao chỉ là kết quả của việc sử dụng các công nghệ hiện đại và vật liệu chất lượng cao trong việc tạo ra nó.
