Värmepumpar för uppvärmning av hem: typer och funktionsprincip

Funktionsprincipen för luft-till-vatten-pumpen

Som redan nämnts är den huvudsakliga källan till termisk energi för installationer av denna typ atmosfärisk luft. Den grundläggande grunden för driften av luftpumpar är den fysiska egenskapen hos vätskor att absorbera och frigöra värme under fasövergången från ett flytande tillstånd till ett gasformigt tillstånd och vice versa. Som ett resultat av tillståndsändringen släpps temperaturen. Systemet fungerar enligt principen om ett kylskåp omvänt.

För att effektivt använda dessa egenskaper hos vätskan cirkulerar ett lågkokande köldmedium (freon, freon) i en sluten krets, vars design inkluderar:

• kompressor med elektrisk drivning;
• fläktblåst förångare;
• spjäll (expansion) ventil;
• plattvärmeväxlare;
• koppar eller metall-plast cirkulationsrör som förbinder huvudelementen i kretsen.

Köldmediets rörelse längs kretsen utförs på grund av trycket som utvecklas av kompressorn.För att minska värmeförlusterna är rören täckta med ett värmeisolerande lager av konstgjort gummi eller polyetenskum med en skyddande metalliserad beläggning. Som köldmedium används freon eller freon, som kan koka vid en negativ temperatur och inte fryser upp till -40 ° C.

Hela arbetsprocessen består av följande på varandra följande cykler:

1. Förångarens kylare innehåller ett flytande köldmedium som är kallare än uteluften. Under aktiv radiatorblåsning överförs termisk energi från lågpotentialluft till freon, som kokar och övergår i ett gasformigt tillstånd. Samtidigt stiger dess temperatur.
2. Den uppvärmda gasen kommer in i kompressorn, där den värms upp ännu mer under kompressionsprocessen.
3. I ett komprimerat och uppvärmt tillstånd matas köldmedieångan in i en plattvärmeväxlare, där värmesystemets värmebärare cirkulerar genom den andra kretsen. Eftersom temperaturen på kylvätskan är mycket lägre än den för den uppvärmda gasen, kondenserar freon aktivt på värmeväxlarplattorna och avger värme till värmesystemet.
4. Den kylda ång-vätskeblandningen kommer in i spjällventilen, som tillåter endast det kylda lågtrycksköldmediet att passera till förångaren. Sedan upprepas hela cykeln.

För att öka värmeöverföringseffektiviteten hos röret lindas spiralfenor på förångaren. Beräkningen av värmesystemet, valet av cirkulationspumpar och annan utrustning bör ta hänsyn till hydrauliskt motstånd och koefficient värmeöverföring plattvärmeväxlare installation.

Videoöversikt över systemenheten och dess funktion

Inverter värmepumpar

Närvaron av en växelriktare som en del av installationen möjliggör en smidig start av utrustningen och automatisk reglering av lägen beroende på utomhustemperaturen. Detta maximerar värmepumpens effektivitet genom att:

• uppnående av effektivitet på nivån 95-98%;
• minska energiförbrukningen med 20-25%;
• minimering av belastningar på det elektriska nätverket;
• öka anläggningens livslängd.

Som ett resultat hålls inomhustemperaturen stabilt på samma nivå, oavsett väderförändringar. Samtidigt kommer närvaron av en växelriktare komplett med en automatiserad styrenhet att ge inte bara uppvärmning på vintern, utan också tillförseln av kyld luft på sommaren i varmt väder.

Samtidigt bör det beaktas att närvaron av ytterligare utrustning alltid medför en ökning av dess kostnad och en ökning av återbetalningstiden.

Indelning efter typ av arbetsvätska

Moderna värmepumpar kan använda gasformig kropp eller kemisk vätska ammoniaklösning som värmetransportör. Lämpligheten för ett visst schema utvärderas av flera faktorer, systemegenskaper.

1. Freoninstallationer har en värmepumpscykel baserad på gaskompressions- och expansionsprocesser. De är på något sätt byggda på kompressorschemat. Utrustningen har attraktiva prestandaindikatorer, men den har också nackdelar. Även om den vägda genomsnittliga förbrukningen för systemet vid tidpunkten för driftscykeln är stabil, är ledningarna hårt belastade. Dessutom kommer värmepumpar med en gasformig värmetransportör inte att vara användbara i regioner där det inte finns något centraliserat elnät eller en kraftkälla med tillräcklig lastkapacitet.
2. Anläggningar av avdunstningstyp som använder ammoniaklösning har en arbetscykel baserad på ämnets förångningsprocessen vid låga kokpunkter. Konditionering efter passage av en extern värmeväxlare sker under inverkan av en energikälla. Detta är en värmebrännare. Nästan vilket bränsle som helst kan användas för det: fast, bensin, diesel, gas, fotogen, i vissa fall - metylalkohol. Därför är evaporativa värmepumpar attraktiva på platser där det inte finns el. Dessutom kan det billiga bränslet av en viss typ i regionen föranleda valet av sådan utrustning.

Arten av arbetsvätskan som används i systemet kan säga mycket om installationens prestanda och effekt. Så, freonkompressorvärmepumpar är kapabla till ett skarpt ryck, vilket snabbt värmer upp rummet. Ammoniakförångningsmodeller är inte kapabla till sådana bedrifter. Deras föredragna användningssätt är stabil, kontinuerlig drift vid nominell värmeeffekt.

Typer av värmepumpar

Värmepumpar är indelade i flera typer. Den första typen (typ) i klassificeringen enligt metoden för överföring av termisk energi:

Kompression. De huvudsakliga installationselementen är kompressorer, kondensorer, expanderare och förångare. Denna typ av pump är mycket hög kvalitet och effektiv, vilket gör den mycket populär på marknaden.

Absorption. Senaste generationens värmepumpar. De använder en absorberande freon i sitt arbete. Tack vare detta höjs kvaliteten på arbetet flera gånger.

Går att urskilja typer av värmepumpar enligt värmekällor, nämligen:

• Värmeenergi skapas av jorden (bilden);
• vatten;
• Luftströmmar
• Återvärme. De erhålls från vattenavrinning, smutsig luft eller avlopp.

Efter typer av ingångs-utgångskretsar:

• luft till luft. Pumpen tar kall luft, sänker sin temperatur, tar emot den erforderliga värmen, som överför den till där uppvärmning krävs.
• vatten till vatten. Pumpen tar värmen från grundvattnet som ger den till vattnet för att värma upp rummet.
• vatten till luft. Från vatten till luft. Användningen av sonder och brunnar för vatten är typiskt, och uppvärmningen sker genom ett luftvärmesystem.
• luft till vatten. Från luft till vatten. Pumpar av denna typ använder värme från atmosfären för att värma vatten.
• markvatten. I denna form tas värme från rör med vatten lagt i marken. Värme tas från marken (jord).
• isvatten. En intressant typ av värmepump. För att värma vatten för rumsuppvärmning används en isproduktionsteknik, där kolossal värmeenergi frigörs. Fryser du upp till 200 liter vatten kan du få energi som kan värma medelstort i 40-60 minuter.

För- och nackdelar med värmepumpar

Princip värmepumpsdrift, förenklat, bygger på insamling av lågvärdig värmeenergi och dess vidare överföring till värme- och klimatsystem, samt till vattenreningssystem, men vid en högre temperatur. Ett enkelt exempel kan ges i formen av en gasflaska – när den är fylld med gas värms kompressorn upp genom att komprimera den. Och om du släpper gas från cylindern, kommer cylindern att kylas - försök att skarpt släppa ut gas från en påfyllningsbar tändare för att förstå essensen av detta fenomen.

Således tar värmepumpar så att säga bort termisk energi från det omgivande utrymmet - det finns i marken, i vattnet och till och med i luften. Även om luften har en negativ temperatur finns det fortfarande värme i den. Det finns också i alla vattendrag som inte fryser till botten, liksom i djupa jordlager som inte heller är mottagliga för djupfrysning - såvida det inte är permafrost förstås.

Värmepumpar har en ganska komplicerad anordning, som du kan se genom att försöka ta isär ett kylskåp eller luftkonditioneringsapparater. Dessa hushållsenheter som vi känner till liknar de ovan nämnda pumparna något, bara de arbetar i motsatt riktning - de tar värme från lokalerna och skickar den utanför. Om du lägger handen på kylarens bakre kylare kommer vi att notera att det är varmt. Och denna värme är inget annat än energin som tas från frukt, grönsaker, mjölk, soppor, korvar och andra produkter som finns i kammaren.

Luftkonditioneringsapparater och delade system fungerar på liknande sätt - värmen som genereras av utomhusenheter är termisk energi som samlas upp bit för bit i kylda rum.

Funktionsprincipen för en värmepump är motsatsen till den för ett kylskåp. Den samlar värme från luften, vattnet eller jorden i samma korn, varefter den omdirigerar den till konsumenterna - dessa är värmesystem, värmeackumulatorer, golvvärmesystem och varmvattenberedare. Det verkar som att ingenting hindrar oss från att värma kylvätskan eller vattnet med ett vanligt värmeelement - det är lättare så. Men låt oss jämföra produktiviteten hos värmepumpar och konventionella värmeelement:

När du väljer värmepump är det viktigaste tillgången på en specifik naturlig energikälla.

• Konventionellt värmeelement - för produktion av 1 kW värme förbrukar det 1 kW el (exklusive fel;
• Värmepump - den förbrukar endast 200 W el för att producera 1 kW värme.

Nej, det finns ingen effektivitet som är lika med 500% här - fysikens lagar är orubbliga. Det är bara termodynamikens lagar som fungerar här. Pumpen, så att säga, samlar energi från rymden, "förtjockar" den och skickar den till konsumenterna. På samma sätt kan vi samla regndroppar genom en stor vattenkanna och få en fast ström av vatten vid utgången.

Vi har redan gett många analogier som gör att vi kan förstå kärnan i värmepumpar utan abstruerade formler med variabler och konstanter. Låt oss nu titta på deras fördelar:

• Energibesparingar - om standard eluppvärmning av en 100 kvm. m. kommer att leda till kostnader på 20-30 tusen rubel per månad (beroende på lufttemperaturen utanför), då kommer värmesystemet med en värmepump att minska kostnaderna till acceptabelt 3-5 tusen rubel - håller med, det här är redan en ganska rejäla besparingar. Och detta är utan knep, utan bedrägeri och utan marknadsföringsknep;
• Att ta hand om miljön - kol, kärnkraft och vattenkraftverk skadar naturen. Därför minskar minskad elförbrukning mängden skadliga utsläpp;
• Ett brett användningsområde - den resulterande energin kan användas för att värma ett hem och förbereda varmvatten.

Det finns också nackdelar:

• Den höga kostnaden för värmepumpar - denna nackdel innebär en begränsning av deras användning;
• Behovet av regelbundet underhåll - du måste betala för det;
• Svårighet att installera - detta gäller i största utsträckning för värmepumpar med slutna kretsar;
• Bristande acceptans av människor - få av oss skulle gå med på att investera i denna utrustning för att minska belastningen på miljön. Men vissa människor som bor långt från gasnätet och tvingas värma sina hem med alternativa värmekällor går med på att spendera pengar på att köpa en värmepump och minska sina månatliga elräkningar;
• Beroende på elnätet - om tillförseln av el upphör kommer utrustningen omedelbart att frysa. Situationen kommer att räddas genom att installera en värmeackumulator eller en reservkraftkälla.

Som du kan se är några av nackdelarna ganska allvarliga.

Bensin- och dieselgeneratorer kan fungera som reservkraftkällor för värmepumpar.

tips och tricks

En värmepump är en tekniskt komplex och ganska dyr utrustning, så dess val bör tas med stort ansvar. För att inte vara ogrundad kommer här några mycket specifika rekommendationer.

1. Börja aldrig välja värmepump utan att först göra beräkningar och skapa ett projekt. Frånvaron av ett projekt kan orsaka ödesdigra fel, som bara kan korrigeras med hjälp av enorma ytterligare finansiella investeringar.

2. Konstruktion, installation och underhåll av värmepumpen och värmesystemet bör endast anförtros fackmän. Hur ser man till att proffs arbetar i det här företaget? Först och främst genom tillgången till all nödvändig dokumentation, en portfölj av implementerade objekt, 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 råder dig att föredra en europeisk värmepump. Bli inte förvirrad av det faktum att det är dyrare än kinesisk eller rysk utrustning. När det ingår i uppskattningen av kostnaden för installation, driftsättning och felsökning av hela värmesystemet, kommer skillnaden i priset på pumpar att vara nästan omärklig. Men å andra sidan, med en "europeisk" till ditt förfogande, kommer du att vara säker på dess tillförlitlighet, eftersom det höga priset på pumpen bara är resultatet av att använda modern teknik och högkvalitativa material för att skapa den.

Huvudsorter

Alla cirkulationspumpar för värmesystem är indelade i två designtyper: enheter med en "torr" rotor och cirkulationspumpar med en "våt" rotor.

I cirkulationspumpar av den första typen, som redan framgår av deras namn, kommer rotorn inte i kontakt med det flytande arbetsmediet - kylvätskan. Impellern på sådana pumpar är separerad från rotorn och statorn genom tätande stålringar, pressade mot varandra med hjälp av en speciell fjäder som kompenserar för slitaget av dessa element. Tätheten hos denna tätningsenhet under pumpens drift säkerställs av ett tunt lager vatten mellan stålringarna, som bildas på grund av skillnaden mellan trycken i värmesystemet och i den yttre miljön.

Cirkulationspumpar för uppvärmning med en "torr" rotor kännetecknas av ganska hög effektivitet (89%) och produktivitet, men hydrauliska maskiner av denna typ har också nackdelar, inklusive starka buller på jobbet och komplexitet i drift, underhåll och reparation.Som regel är industriella värmesystem utrustade med pumpar av denna typ; de används sällan i hushållsvärmesystem.

Enstegs cirkulationspump med "torr" rotor

En cirkulationspump för värmesystem utrustade med en rotor av "våt" typ är en anordning vars pumphjul och rotor är i konstant kontakt med kylvätskan. Arbetsmediet i vilket rotorn och pumphjulet roterar fungerar som smörjmedel och kylmedel. Statorn och rotorn på pumpar av denna typ är isolerade från varandra med hjälp av ett speciellt glas av rostfritt stål. Ett sådant glas, inuti vilket en rötor och ett pumphjul som roterar i kylmediet, skyddar den aktiverade statorlindningen från inträngning av arbetsvätska på den.

Effektiviteten hos pumpar av denna typ är ganska låg och är bara 55%, men de tekniska förmågorna hos en sådan anordning är tillräckligt för att säkerställa cirkulationen av kylvätskan i värmesystem inte för stora hus. Om vi ​​pratar om fördelarna med cirkulationspumpar med en "våt" rotor, bör de inkludera den minsta mängden ljud som avges under driften av sådana enheter, hög tillförlitlighet, enkel drift, underhåll och reparation.

Våt cirkulationspump

Val av typ av värmepump

Huvudindikatorn för detta värmesystem är kraft. Först och främst kommer de ekonomiska kostnaderna för inköp av utrustning och valet av en eller annan källa för lågtemperaturvärme att bero på kraften.Ju högre effekt värmepumpsystemet har, desto högre kostnad för komponenter.

Först och främst avser detta kompressoreffekten, djupet på brunnar för geotermiska sonder eller området för att rymma en horisontell kollektor. Korrekta termodynamiska beräkningar är en slags garanti för att systemet kommer att fungera effektivt.

Om det finns en reservoar nära ditt personliga område kommer det mest kostnadseffektiva och produktiva valet att vara värmepump vatten-vatten

Först måste du studera området som är planerat för installationen av pumpen. Det ideala tillståndet skulle vara närvaron av en reservoar i detta område. Att använda alternativet vatten-till-vatten kommer att avsevärt minska mängden schaktningsarbete.

Användningen av jordens värme innebär tvärtom ett stort antal arbeten i samband med utgrävning. System som använder vatten som lågvärdig värme anses vara de mest effektiva.

En värmepumps anordning som utvinner termisk energi från marken innebär en imponerande mängd markarbeten. Uppsamlaren läggs under nivån för säsongsfrysning

Det finns två sätt att använda jordens termiska energi. Den första innebär att borra brunnar med en diameter på 100-168 mm. Djupet på sådana brunnar, beroende på systemets parametrar, kan nå 100 m eller mer.

Särskilda sonder placeras i dessa brunnar. Den andra metoden använder en samlare av rör. En sådan samlare placeras under jorden i ett horisontellt plan. Detta alternativ kräver ett ganska stort område.

För att lägga uppsamlaren anses områden med våt jord vara idealiska.Naturligtvis kommer brunnsborrning att kosta mer än en horisontell reservoar. Men inte alla webbplatser har ledigt utrymme. För en kW värmepumpseffekt behöver du från 30 till 50 m² yta.

Konstruktionen för intag av termisk energi av en djup brunn kan visa sig vara lite billigare än att gräva en grop

Men ett betydande plus ligger i de betydande besparingarna i utrymme, vilket är viktigt för ägare av små tomter. Vid närvaro av en högt liggande grundvattenhorisont på platsen kan värmeväxlare anordnas i två brunnar belägna på ett avstånd av cirka 15 m från varandra

I fallet med närvaron av en högt liggande grundvattenhorisont på platsen kan värmeväxlare anordnas i två brunnar belägna på ett avstånd av cirka 15 m från varandra.

Utvinning av termisk energi i sådana system genom att pumpa grundvatten i en sluten krets, varav delar är belägna i brunnar. Ett sådant system kräver installation av ett filter och periodisk rengöring av värmeväxlaren.

Det enklaste och billigaste värmepumpsschemat bygger på att utvinna värmeenergi från luften. När det väl blev grunden för konstruktionen av kylskåp, utvecklades senare luftkonditioneringsapparater enligt dess principer.

Det enklaste värmepumpsystemet får energi från luftmassan. På sommaren är det inblandat i uppvärmning, på vintern i luftkonditionering. Nackdelen med systemet är att, i en oberoende version, en enhet med otillräcklig effekt

Effektivitet olika typer av denna utrustning inte det samma. Pumpar som använder luft har lägst prestanda. Dessutom är dessa indikatorer direkt beroende av väderförhållandena.

Markvarianter av värmepumpar har stabil prestanda. Effektivitetskoefficienten för dessa system varierar inom 2,8 -3,3. Vatten-till-vatten-system är de mest effektiva. Detta beror främst på källtemperaturens stabilitet.

Det bör noteras att ju djupare pumpkollektorn är placerad i behållaren, desto stabilare blir temperaturen. För att få en systemeffekt på 10 kW behövs cirka 300 meter rörledning.

Huvudparametern som kännetecknar en värmepumps effektivitet är dess omvandlingsfaktor. Ju högre omvandlingsfaktor, desto effektivare anses värmepumpen.

Omvandlingsfaktorn för en värmepump uttrycks genom förhållandet mellan värmeflödet och den elektriska effekt som spenderas på driften av kompressorn