Lämpöpumput kodin lämmitykseen: tyypit ja toimintaperiaate

Ilma-vesipumpun toimintaperiaate

Kuten jo mainittiin, tämän tyyppisten laitosten pääasiallinen lämpöenergian lähde on ilmakehän ilma. Ilmapumppujen toiminnan perusta on nesteiden fyysinen ominaisuus absorboida ja vapauttaa lämpöä faasisiirtymän aikana nestemäisestä tilasta kaasumaiseen tilaan ja päinvastoin. Tilanmuutoksen seurauksena lämpötila vapautuu. Järjestelmä toimii jääkaapin periaatteella päinvastoin.

Näiden nesteen ominaisuuksien tehokkaaksi hyödyntämiseksi matalalla kiehuva kylmäaine (freoni, freoni) kiertää suljetussa piirissä, jonka suunnittelu sisältää:

• kompressori sähkökäytöllä;
• tuuletin puhallettu höyrystin;
• kaasuläppä (laajennus) venttiili;
• levylämmönvaihdin;
• kupari- tai metalli-muovikiertoputket, jotka yhdistävät piirin pääelementit.

Kylmäaineen liike piiriä pitkin tapahtuu kompressorin kehittämän paineen vuoksi.Lämpöhäviöiden vähentämiseksi putket peitetään lämpöä eristävällä kerroksella tekokumia tai polyeteenivaahtoa, jossa on suojaava metalloitu pinnoite. Kylmäaineena käytetään freonia tai freonia, joka voi kiehua negatiivisessa lämpötilassa eikä jäädy -40 ° C: een asti.

Koko työprosessi koostuu seuraavista peräkkäisistä sykleistä:

1. Höyrystimen jäähdytin sisältää nestemäistä kylmäainetta, joka on kylmempää kuin ulkoilma. Aktiivisen patteripuhalluksen aikana lämpöenergiaa matalapotentiaalisesta ilmasta siirtyy freoniin, joka kiehuu ja siirtyy kaasumaiseen tilaan. Samalla sen lämpötila nousee.
2. Kuumentunut kaasu menee kompressoriin, jossa se lämpenee vielä enemmän puristusprosessin aikana.
3. Puristetussa ja kuumennetussa tilassa kylmäainehöyry syötetään levylämmönvaihtimeen, jossa lämmitysjärjestelmän lämmönsiirtoaine kiertää toisen piirin läpi. Koska jäähdytysnesteen lämpötila on paljon alhaisempi kuin lämmitetyn kaasun lämpötila, freoni tiivistyy aktiivisesti lämmönvaihdinlevyille ja luovuttaa lämpöä lämmitysjärjestelmään.
4. Jäähtynyt höyry-neste-seos menee kuristusventtiiliin, jolloin vain jäähdytetty matalapaineinen nestemäinen kylmäaine pääsee kulkemaan höyrystimeen. Sitten koko sykli toistetaan.

Putken lämmönsiirtotehokkuuden lisäämiseksi kierretään kierrerivat höyrystimeen. Lämmitysjärjestelmän laskennassa, kiertovesipumppujen ja muiden laitteiden valinnassa tulee ottaa huomioon hydraulinen vastus ja kerroin lämmönsiirtolevylämmönvaihtimen asennus.

Videokuvaus järjestelmälaitteesta ja sen toiminnasta

Invertterilämpöpumput

Invertterin läsnäolo osana asennusta mahdollistaa laitteiden sujuvan käynnistyksen ja tilojen automaattisen säätelyn ulkolämpötilasta riippuen. Tämä maksimoi lämpöpumpun hyötysuhteen:

• tehokkuuden saavuttaminen 95–98 prosentin tasolla;
• energiankulutuksen vähentäminen 20-25 %;
• sähköverkon kuormituksen minimointi;
• lisää laitoksen käyttöikää.

Tuloksena sisälämpötila pysyy vakaasti samalla tasolla sään muutoksista riippumatta. Samanaikaisesti automatisoidulla ohjausyksiköllä varustetun invertterin läsnäolo ei tarjoa vain lämmitystä talvella, vaan myös jäähdytettyä ilmaa kesällä kuumalla säällä.

Samalla on otettava huomioon, että lisälaitteiden läsnäolo lisää aina sen kustannuksia ja pidentyy takaisinmaksuaikaa.

Jako käyttönesteen tyypin mukaan

Nykyaikaisia ​​lämpöpumppuja voidaan käyttää kaasumainen kappale tai kemiallinen neste ammoniakkiliuos lämmönsiirtoaineena. Tietyn järjestelmän soveltuvuus arvioidaan useiden tekijöiden, järjestelmän ominaisuuksien perusteella.

1. Freoniasennuksissa on lämpöpumppukierto, joka perustuu kaasun puristus- ja paisuntaprosesseihin. Ne on jotenkin rakennettu kompressorijärjestelmän mukaan. Laitteessa on houkuttelevat suorituskykyindikaattorit, mutta sillä on myös haittoja. Vaikka järjestelmän painotettu keskikulutus käyttöjakson aikana on vakaa, johdotus on raskaasti kuormitettu. Lisäksi kaasumaisella lämmönsiirtimellä varustetuista lämpöpumpuista ei ole hyötyä alueilla, joilla ei ole keskitettyä sähköverkkoa tai riittävän kantokykyistä teholähdettä.
2. Ammoniakkiliuosta käyttävien haihdutustyyppisten laitosten käyttömäärä perustuu aineen haihdutusprosessiin alhaisissa kiehumispisteissä. Nesteytys ulkoisen lämmönvaihtimen läpikulun jälkeen tapahtuu energialähteen vaikutuksesta. Tämä on lämpöpoltin. Siihen voidaan käyttää melkein mitä tahansa polttoainetta: kiinteää, bensiiniä, dieseliä, kaasua, kerosiinia, joissakin tapauksissa - metyylialkoholia. Siksi haihdutuslämpöpumput ovat houkuttelevia paikoissa, joissa ei ole sähköä. Lisäksi tietyn tyyppisen polttoaineen halpa alueella voi saada tällaisen laitteiston valitsemaan.

Järjestelmässä käytetyn käyttönesteen luonne voi kertoa paljon asennuksen suorituskyvystä ja tehosta. Joten freonkompressorilämpöpumput pystyvät jyrkästi nykimään, lämmittäen huoneen nopeasti. Ammoniakin haihdutusmallit eivät pysty tällaisiin saavutuksiin. Niiden ensisijainen käyttötapa on vakaa, jatkuva toiminta nimellislämpöteholla.

Lämpöpumpputyypit

Lämpöpumput jaetaan useisiin tyyppeihin. Ensimmäinen tyyppi (tyyppi) lämpöenergian siirtomenetelmän mukaisessa luokituksessa:

Puristus. Pääasennuselementit ovat kompressorit, lauhduttimet, laajentimet ja haihduttimet. Tämäntyyppiset pumput ovat erittäin laadukkaita ja tehokkaita, mikä johtaa siihen, että se on erittäin suosittu markkinoilla.

Imeytyminen. Uusimman sukupolven lämpöpumput. He käyttävät työssään imukykyistä freonia. Tämän ansiosta työn laatu paranee useita kertoja.

Voidaan erottaa lämpöpumpputyypit lämmönlähteiden mukaan, nimittäin:

• Maaperä tuottaa lämpöenergiaa (kuvassa);
• vesi;
• Ilmavirrat
• Uudelleen lämpöä. Ne saadaan valumavedestä, likaisesta ilmasta tai jätevedestä.

Tulo-lähtöpiirien tyypeillä:

• ilmasta ilmaan. Pumppu ottaa kylmää ilmaa, alentaa lämpötilaansa, vastaanottaa tarvittavan lämmön, joka siirtää sen sinne, missä lämmitystä tarvitaan.
• vesi-veteen. Pumppu ottaa lämmön pohjavedestä, joka luovuttaa sen veteen huoneen lämmittämiseen.
• vesi-ilma. Vedestä ilmaan. Tyypillistä on anturien ja kaivojen käyttö veden saamiseksi, ja lämmitys tapahtuu ilmalämmitysjärjestelmän kautta.
• ilmasta veteen. Ilmasta veteen. Tämän tyyppiset pumput käyttävät ilmakehän lämpöä veden lämmittämiseen.
• maa-vesi. Tässä muodossa lämpö otetaan putkista, joissa on vettä maahan. Lämpö otetaan maasta (maaperästä).
• jäävesi. Mielenkiintoinen lämpöpumpputyyppi. Veden lämmittämiseen tilojen lämmitykseen käytetään jääntuotantotekniikkaa, jossa vapautuu valtavaa lämpöenergiaa. Jos pakastat jopa 200 litraa vettä, saat energiaa, joka voi lämmittää keskikokoisen 40-60 minuutissa.

Lämpöpumppujen edut ja haitat

Periaate lämpöpumpun toimintaaYksinkertaisesti sanottuna perustuu heikkolaatuisen lämpöenergian keräämiseen ja sen siirtoon edelleen lämmitys- ja ilmastojärjestelmiin sekä vedenkäsittelyjärjestelmiin, mutta korkeammassa lämpötilassa. Yksinkertainen esimerkki voidaan antaa kaasupullon muotoinen – kun se on täytetty kaasulla, kompressori lämpenee puristamalla sitä. Ja jos vapautat kaasua sylinteristä, sylinteri jäähtyy - yritä vapauttaa kaasua jyrkästi uudelleen täytettävästä sytyttimestä ymmärtääksesi tämän ilmiön olemuksen.

Siten lämpöpumput ikään kuin vievät lämpöenergiaa ympäröivästä tilasta - se on maassa, vedessä ja jopa ilmassa. Vaikka ilman lämpötila olisi negatiivinen, siinä on silti lämpöä. Sitä löytyy myös kaikista vesistöistä, jotka eivät jäädy pohjaan asti, sekä syvissä maaperäkerroksissa, jotka eivät myöskään ole alttiita syvälle jäätymiselle - ellei se tietenkään ole ikirouta.

Lämpöpumpuilla on melko monimutkainen laite, kuten voit nähdä yrittämällä purkaa jääkaappia tai ilmastointilaitteita. Nämä meille tutut kodinkoneet ovat jossain määrin samanlaisia ​​kuin edellä mainitut pumput, vain toimivat päinvastaiseen suuntaan - ottavat lämpöä tiloista ja lähettävät sen ulos. Jos laitat kätesi jääkaapin takajäähdyttimeen, huomaamme, että se on lämmin. Ja tämä lämpö ei ole muuta kuin energiaa, joka otetaan hedelmistä, vihanneksista, maidosta, keitoista, makkaroista ja muista kammiossa olevista tuotteista.

Ilmastointilaitteet ja split-järjestelmät toimivat samalla tavalla - ulkoyksiköiden tuottama lämpö on lämpöenergiaa, joka kerätään pala kerrallaan jäähdytettyihin huoneisiin.

Lämpöpumpun toimintaperiaate on päinvastainen kuin jääkaapin. Se kerää lämpöä ilmasta, vedestä tai maaperästä samoihin jyviin, minkä jälkeen se ohjaa sen edelleen kuluttajille - nämä ovat lämmitysjärjestelmiä, lämpöakkuja, lattialämmitysjärjestelmiä ja vedenlämmittimiä. Vaikuttaa siltä, ​​​​että mikään ei estä meitä lämmittämästä jäähdytysnestettä tai vettä tavallisella lämmityselementillä - se on helpompaa. Mutta verrataanpa lämpöpumppujen ja perinteisten lämmityselementtien tuottavuutta:

Lämpöpumppua valittaessa tärkeintä on tietyn luonnollisen energialähteen saatavuus.

• Perinteinen lämmityselementti - 1 kW:n lämmön tuotantoon se kuluttaa 1 kW sähköä (virheitä lukuun ottamatta;
• Lämpöpumppu - se kuluttaa vain 200 W sähköä tuottaakseen 1 kW lämpöä.

Ei, tässä ei ole 500 %:n tehokkuutta - fysiikan lait ovat horjumattomat. Täällä toimivat vain termodynamiikan lait. Pumppu ikään kuin kerää energiaa avaruudesta, "pakenee" sitä ja lähettää sen kuluttajille. Vastaavasti voimme kerätä sadepisarat suuren kastelukannun läpi, jolloin saadaan kiinteä vesisuihku ulostulossa.

Olemme jo antaneet monia analogioita, joiden avulla voimme ymmärtää lämpöpumppujen olemuksen ilman järjettömiä muuttujia ja vakioita sisältäviä kaavoja. Katsotaanpa nyt niiden etuja:

• Energiansäästö - jos tavallinen sähkölämmitys on 100 neliömetriä. m. aiheuttaa kustannuksia 20-30 tuhatta ruplaa kuukaudessa (riippuen ulkoilman lämpötilasta), sitten lämpöpumpulla varustettu lämmitysjärjestelmä vähentää kustannukset hyväksyttävään 3-5 tuhanteen ruplaan - samaa mieltä, tämä on jo melkoinen kiinteät säästöt. Ja tämä on ilman temppuja, ilman petosta ja ilman markkinointitemppuja;
• Ympäristöstä huolehtiminen - hiili-, ydin- ja vesivoimalaitokset vahingoittavat luontoa. Siksi sähkönkulutuksen vähentäminen vähentää haitallisten päästöjen määrää;
• Laaja valikoima käyttökohteita - tuloksena olevaa energiaa voidaan käyttää kodin lämmittämiseen ja kuuman veden valmistukseen.

On myös haittoja:

• Lämpöpumppujen korkeat kustannukset - tämä haitta rajoittaa niiden käyttöä;
• Säännöllisen huollon tarve - sinun on maksettava siitä;
• Asennusvaikeudet - tämä koskee eniten lämpöpumppuja, joissa on suljetut piirit;
• Ihmisten hyväksynnän puute – harva meistä suostuisi investoimaan tähän laitteistoon ympäristön kuormituksen vähentämiseksi. Mutta jotkut ihmiset, jotka asuvat kaukana kaasuverkosta ja joutuvat lämmittämään kotinsa vaihtoehtoisilla lämmönlähteillä, suostuvat käyttämään rahaa lämpöpumpun ostamiseen ja pienentämään kuukausittaisia ​​sähkölaskujaan.
• Riippuvuus verkkovirrasta - jos sähkönsyöttö lakkaa, laite jäätyy välittömästi. Tilanne pelastuu asentamalla lämpövaraaja tai varavirtalähde.

Kuten näet, jotkin haitat ovat melko vakavia.

Bensiini- ja dieselgeneraattorit voivat toimia lämpöpumppujen varavirtalähteenä.

Vinkkejä ja temppuja

Lämpöpumppu on teknisesti monimutkainen ja melko kallis laite, joten sen valintaan tulee suhtautua erittäin vastuullisesti. Jotta se ei olisi perusteeton, tässä on joitain hyvin tarkkoja suosituksia.

1. Älä koskaan aloita lämpöpumpun valintaa ennen kuin olet tehnyt laskelmia ja luonut projektin. Projektin puuttuminen voi aiheuttaa kohtalokkaita virheitä, jotka voidaan korjata vain valtavien lisäinvestointien avulla.

2. Lämpöpumpun ja lämmitysjärjestelmän suunnittelu, asennus ja huolto tulee antaa vain ammattilaisten tehtäväksi. Kuinka varmistaa, että ammattilaiset työskentelevät tässä yrityksessä? Ensinnäkin kaiken tarvittavan dokumentaation, toteutettujen esineiden portfolion, laitetoimittajien sertifikaattien saatavuuden.On erittäin toivottavaa, että kaikki tarvittavat palvelut tarjoavat yhden yrityksen, joka on tässä tapauksessa täysin vastuussa hankkeen toteuttamisesta.

3. Suosittelemme käyttämään eurooppalaista lämpöpumppua. Älä hämmenny siitä tosiasiasta, että se on kalliimpaa kuin kiinalaiset tai venäläiset laitteet. Kun se sisällytetään arvioon koko lämmitysjärjestelmän asennus-, käyttöönotto- ja virheenkorjauskustannuksista, pumppujen hintaero on lähes huomaamaton. Mutta toisaalta, kun käytössäsi on "eurooppalainen", olet varma sen luotettavuudesta, koska pumpun korkea hinta johtuu vain nykyaikaisten teknologioiden ja korkealaatuisten materiaalien käytöstä sen luomisessa.

Päälajikkeet

Kaikki lämmitysjärjestelmien kiertovesipumput on jaettu kahteen rakennetyyppiin: "kuivalla" roottorilla varustetut laitteet ja "märällä" roottorilla varustetut kiertovesipumput.

Ensimmäisen tyyppisissä kiertovesipumpuissa, mikä on jo selvää niiden nimestä, roottori ei joudu kosketuksiin nestemäisen työaineen - jäähdytysnesteen - kanssa. Tällaisten pumppujen juoksupyörä on erotettu roottorista ja staattorista tiivistetyillä teräsrenkailla, jotka puristetaan toisiaan vasten erityisellä jousella, joka kompensoi näiden elementtien kulumista. Tämän tiivistekokoonpanon tiiviys pumpun käytön aikana varmistetaan teräsrenkaiden välissä olevalla ohuella vesikerroksella, joka muodostuu lämmitysjärjestelmän ja ulkoisen ympäristön paine-eron vuoksi.

Kiertovesipumput lämmitykseen "kuivalla" roottorilla erottuvat melko korkeasta hyötysuhteesta (89%) ja tuottavuudesta, mutta tämän tyyppisillä hydraulikoneilla on myös haittoja, mukaan lukien vahvat melu työssä käytön, huollon ja korjauksen monimutkaisuus.Teollisuuden lämmitysjärjestelmät on yleensä varustettu tämän tyyppisillä pumpuilla; niitä käytetään harvoin kotitalouksien lämmitysjärjestelmissä.

Yksivaiheinen kiertovesipumppu "kuivalla" roottorilla

"Märkä"-tyyppisellä roottorilla varustettu lämmitysjärjestelmien kiertovesipumppu on laite, jonka juoksupyörä ja roottori ovat jatkuvassa kosketuksessa jäähdytysnesteeseen. Työväliaine, jossa roottori ja juoksupyörä pyörivät, toimii voitelu- ja jäähdytysaineena. Tämän tyyppisten pumppujen staattori ja roottori on eristetty toisistaan ​​erityisellä ruostumattomasta teräksestä valmistetulla lasilla. Tällainen lasi, jonka sisällä jäähdytysnesteväliaineessa pyörivä roottori ja siipipyörä suojaa jännitteistä staattorikäämitystä työnesteen pääsyltä siihen.

Tämän tyyppisten pumppujen hyötysuhde on melko alhainen ja vain 55%, mutta tällaisen laitteen tekniset ominaisuudet riittävät varmistamaan jäähdytysnesteen kierron lämmitysjärjestelmissä ei liian isoja taloja. Jos puhumme "märällä" roottorilla varustettujen kiertovesipumppujen eduista, niiden tulisi sisältää tällaisten laitteiden käytön aikana syntyvän melun vähimmäismäärä, korkea luotettavuus, helppokäyttöisyys, huolto ja korjaus.

Märkä kiertovesipumppu

Lämpöpumpun tyypin valinta

Tämän lämmitysjärjestelmän pääindikaattori on teho. Ensinnäkin laitteiden hankinnan taloudelliset kustannukset ja yhden tai toisen matalan lämpötilan lämmönlähteen valinta riippuvat tehosta.Mitä suurempi lämpöpumppujärjestelmän teho on, sitä korkeampi on komponenttien hinta.

Ensinnäkin tämä viittaa kompressorin tehoon, geotermisen koettimien kaivojen syvyyteen tai alueeseen, johon vaakakeräin mahtuu. Oikeat termodynaamiset laskelmat ovat eräänlainen tae siitä, että järjestelmä toimii tehokkaasti.

Jos henkilökohtaisen alueesi lähellä on säiliö, kustannustehokkain ja tuottavin valinta on lämpöpumppu vesi-vesi

Ensin sinun on tutkittava alue, joka on suunniteltu pumpun asennukseen. Ihanteellinen ehto olisi säiliön läsnäolo tällä alueella. Vesi-veteen -vaihtoehdon käyttäminen vähentää merkittävästi kaivamisen määrää.

Maan lämmön käyttöön päinvastoin liittyy suuri määrä kaivamiseen liittyviä töitä. Järjestelmiä, jotka käyttävät vettä heikkolaatuisena lämpönä, pidetään tehokkaimpana.

Maasta lämpöenergiaa ottavaan lämpöpumpun laitteeseen liittyy vaikuttava määrä maanrakennustöitä. Keruulaite asetetaan kausittaisen pakkastason alapuolelle

On kaksi tapaa käyttää maaperän lämpöenergiaa. Ensimmäinen koskee kaivojen poraamista, joiden halkaisija on 100-168 mm. Tällaisten kaivojen syvyys voi järjestelmän parametreistä riippuen olla 100 metriä tai enemmän.

Näihin kaivoihin sijoitetaan erityiset anturit. Toisessa menetelmässä käytetään putkien kerääjää. Tällainen keräin sijoitetaan maan alle vaakatasoon. Tämä vaihtoehto vaatii melko suuren alueen.

Keräimen asettamiseksi alueita, joissa on märkää maaperää, pidetään ihanteellisena. Luonnollisesti kaivojen poraus maksaa enemmän kuin vaakasuora säiliö.Kaikilla sivustoilla ei kuitenkaan ole vapaata tilaa. Yhtä kW lämpöpumpputehoa varten tarvitset 30-50m².

Rakentaminen lämpöenergian ottamiseksi yhdellä syvällä kaivolla voi osoittautua hieman halvemmaksi kuin kaivan kaivaminen

Mutta merkittävä plus on merkittävä tilansäästö, mikä on tärkeää pienten tonttien omistajille. Jos paikalla on korkealla oleva pohjavesihorisontti, lämmönvaihtimet voidaan järjestää kahteen kaivoon, jotka sijaitsevat noin 15 metrin etäisyydellä toisistaan

Jos paikalla on korkealla oleva pohjavesihorisontti, lämmönvaihtimet voidaan järjestää kahteen kaivoon, jotka sijaitsevat noin 15 metrin etäisyydellä toisistaan.

Lämpöenergian talteenotto tällaisissa järjestelmissä pumppaamalla pohjavettä suljetussa piirissä, jonka osat sijaitsevat kaivoissa. Tällainen järjestelmä edellyttää suodattimen asentamista ja lämmönvaihtimen säännöllistä puhdistusta.

Yksinkertaisin ja halvin lämpöpumppujärjestelmä perustuu lämpöenergian talteenottoon ilmasta. Kun siitä tuli pohjana jääkaappien rakentamiselle, myöhemmin ilmastointilaitteet kehitettiin sen periaatteiden mukaisesti.

Yksinkertaisin lämpöpumppujärjestelmä saa energiaa ilmamassasta. Kesällä se on mukana lämmityksessä, talvella ilmastoinnissa. Järjestelmän haittana on, että itsenäisessä versiossa yksikkö, jonka teho on riittämätön

Tehokkuus erityyppisiä näitä laitteita ei ole sama. Ilmaa käyttävillä pumpuilla on alhaisin suorituskyky. Lisäksi nämä indikaattorit ovat suoraan riippuvaisia ​​sääolosuhteista.

Maalämpöpumpuilla on vakaa suorituskyky. Näiden järjestelmien hyötysuhde vaihtelee välillä 2,8 -3,3.Vesi-veteen -järjestelmät ovat tehokkaimpia. Tämä johtuu ensisijaisesti lähteen lämpötilan stabiilisuudesta.

On huomioitava, että mitä syvemmällä pumpun kerääjä sijaitsee säiliössä, sitä vakaampi lämpötila on. 10 kW:n järjestelmätehon saamiseksi tarvitaan noin 300 metriä putkistoa.

Lämpöpumpun hyötysuhdetta kuvaava pääparametri on sen muuntokerroin. Mitä korkeampi muuntokerroin, sitä tehokkaammaksi lämpöpumppu katsotaan.

Lämpöpumpun muuntokerroin ilmaistaan ​​lämpövirran ja kompressorin toimintaan kulutetun sähkötehon suhteena