Hur fungerar en vatten-till-vatten värmepump och gör den själv

Utrustningsfunktioner

På sjuttiotalet i Amerika visade den märkliga uppfinnaren Eugene Frenette världen sin skapelse - Frenette-värmepumpen, uppkallad efter dess upptäckare.

Det är anmärkningsvärt främst för det faktum att effektiviteten överstiger 100%. Vissa tror på både 700 och 1000 procent, men skeptiker som opererar med fysiska lagar stödjer dem inte – det här är trots allt en överdrift.

Frenett-pumpens omfattning är inte begränsad till bostadsutrymmen. Det har använts framgångsrikt i produktionen.

En gång var den här enheten mycket populär, så entusiaster studerade dess krets, och förbättrade mer och mer värmepumpens design.

Den grundläggande principen har fortfarande inte förändrats: skaparen av enheten erbjöd en enkel, men genialisk uppfinning i sin enkelhet. Allt bygger på friktion av värme på grund av friktion.

När han först introducerade Frenette-värmepumpen var schemat följande:

• Två cylindrar av utmärkt storlek: en mindre i en större. Olja emellan.
• En liten motor är utrustad på ena sidan med en fläkt, på den andra - med en motor (elmotor).
• Det yttre höljet innebar spår för luft, och termostaten optimerade driften av installationen.

Låt oss nu ta reda på hur den här enheten ungefär fungerade, som i sin design skiljer sig från de flesta klimatenheter som är bekanta och bekanta för oss.

Den lilla cylinderns rotation värmer upp oljan. Fläkten cirkulerar varm luft i rummet.

Trots det faktum att detta system kallas en värmepump, sammanfaller Frenett-maskinen med den korrekta representationen av denna term endast i rollen som en värmare.

Värmepumpen måste arbeta enligt den omvända Carnot-principen och omvandla den låga potentialen i miljön till en hög potential av värmeenergi. Här finns inget sådant.

Många försökte förvandla uppfinningen, inklusive dess skapare själv. Därför kan du hitta olika typer av Frenett-pumpar.

Strukturella skillnader från ovanstående nyanser kan till exempel vara följande:

Trumman med cylindrar är i horisontellt läge, en axel passerar genom mitten, vars ände skjuter utåt. Det finns ingen fläkt, vanligtvis ersätts den av en kylare eller så tillförs kylvätskan direkt till systemet

Det är viktigt att säkerställa tätheten av installationen. Vy från två trummor med ett pumphjul mellan dem. Den uppvärmda oljan sprutas ut från pumphjulet i springan mellan rotorn och pumphuset, vilket säkerställer maximal prestanda.
Icke-standardtyp av Frenett-pump, utvecklad av Khabarovsk-forskare

Oljan ersätts av vatten, basen är ett svampelement.Ångan som bildas under uppvärmning och kokning rör sig genom kanalerna med en hastighet på upp till 135 meter per minut. Denna design kan existera utan tillförsel av energi från utsidan. Den används endast för industriella ändamål.

Den uppvärmda oljan sprutas ut från pumphjulet i springan mellan rotorn och pumphuset, vilket säkerställer maximal prestanda.
Icke-standardtyp av Frenett-pump, utvecklad av Khabarovsk-forskare. Oljan ersätts av vatten, basen är ett svampelement. Ångan som bildas under uppvärmning och kokning rör sig genom kanalerna med en hastighet på upp till 135 meter per minut. Denna design kan existera utan tillförsel av energi från utsidan. Den används endast för industriella ändamål.

Värmepumpsmonteringsteknik

Tänk i detalj på schemat för skapande och montering:

1. Vi utför beräkningen av pumpen. Detta kan göras med hjälp av en speciell kalkylator som korrelerar området för uppvärmda lokaler med kraften i systemet. I allmänhet fortskrider beräkningsprocessen enligt följande: räknaren använder inmatade data (utrymmet på rummen och höjden på taken i dem), omvandlar dem till volym och ger vid utgången rekommendationer angående det praktiska pumpkraft för detta fall.
2. Att välja rätt kompressor Vi kommer omedelbart att fastställa en punkt (för de "hemgjorda" mästarna): kompressorn i värmepumpen skapas aldrig manuellt, eftersom systemets prestanda som helhet kommer att bero på effektiviteten i dess arbete, och till och med det minsta fel kommer att räcka för fel på alla strukturella delar av pumpen. Det bästa alternativet bör väljas baserat på den beräknade pumpeffekten: kompressoreffekten bör vara cirka 1/3 av pumpens möjliga värmeöverföring.
3. Förångare design.Denna process är ganska enkel om du tar den på allvar och är försiktig när du arbetar. Så som detta element kan du använda en polymertank med lock. En kopparspole dras längs tankens inre yta, vars längd och diameter måste bestämmas i förväg. Först beräknar vi rörarean med formeln P \u003d M / 0,8ΔT. M är pumpeffekten och ΔT är temperaturskillnaden. Det resulterande värdet är proportionellt med arean av en linjär meter av röret. Vi lägger det korrekt böjda röret i tanken och tar med ändarna ovanifrån och under. Sedan monterar vi två uttag (metallbeslag). Vi fäster två slangar till dem: överst - tryck, längst ner - utlopp (för att dränera vatten).
4. Nu kan du starta processen med att montera kondensatorn. Förresten är det nästan identiskt med processen att montera förångaren, med den enda skillnaden är att en behållare av rostfritt stål används istället för en polymertank, och ett redan uppvärmt kylmedel kommer att cirkulera genom själva strukturen.
5. Det sista, men inte mindre viktiga steget är sammansättningen av alla strukturella element. Så först och främst är en kompressor monterad på den förberedda plattformen / fundamentet. Sedan ansluts det övre kondensorutloppet till dess utloppsgrenrör, och det nedre kondensorutloppet ansluts till förångarens utlopp. För detta används ett kopparrör, vars diameter måste motsvara diametern på spolarna installerade inuti systemets strukturella element. Det återstår att ansluta det övre förångarens utlopp med sugkompressorns munstycke. Nu kan du fylla på kylvätskan.

Detta avslutar vår övervägande av egenskaperna hos en vatten-till-vatten värmepump och tekniken för att installera den med våra egna händer.Var extremt försiktig när du utför allt arbete. Lycka till!

Luft-vatten värmepump

Installation och drift av AIR-WATER värmepumpen

Luft som en källa till lågtemperatur termisk energi

Teoretiskt sett kan luft användas som en källa för lågtemperaturvärmeenergi, oavsett dess temperatur. I praktiken är luft-till-vatten värmepumpar effektiva vid en lufttemperatur på minst -15 C. Hittills finns det redan pumpar till försäljning som arbetar vid en temperatur på -25 C, men än så länge är kostnaden för hög , vilket gör denna typ av värmeteknisk utrustning otillgänglig för den allmänna konsumenten.

I sin mest primitiva form kan en luft-vattenvärmepump ses som en luftkonditionering som används för att kyla ner miljön och dumpa "överskottsvärme" i ett uppvärmt rum.

Samtidigt kräver en luft-till-vatten-värmepump inte att gräva gropar eller borra brunnar, lägga rörledningar längs botten av reservoarer eller installera vertikala kollektorer som är nödvändiga för att vatten-till-vatten eller jord-till-vatten värmepumpar ska kunna fungera. Den är enkel att använda och låter dig samtidigt få billig värme för att värma upp ditt hem.

Förutom luftkonditioneringssystem kan värmepumpar av denna typ tillverkas enligt 2 layoutscheman:

• I form av ett delat system bestående av 2 block sammankopplade med kommunikation
• i form av ett monoblock

Som regel är ett monoblock en enda enhet monterad i ett hus och installerad i eller utanför huset. För inomhusinstallation är det nödvändigt att tillhandahålla en fri kanal för luftintag.Samtidigt är utomhusinstallation att föredra: det låter dig flytta kompressorn som en bullerkälla utanför rummet.

Hittills producerar många tillverkare luft-till-vatten värmepumpar i form av monoblock. Det är bekvämt och praktiskt, gör att du fritt kan flytta pumpen och installera den utan komplicerad installation och anslutning. Den enda nackdelen är den låga effekten hos pumpar av denna typ: från 3 till 16 kW.

Det delade systemet är uppdelat i två block, varav ett innehåller en kondensor och ett automatiskt styrsystem. Den är installerad inomhus. Den andra (utomhus)enheten inkluderar en kompressor. Dess ekonomiska genomförbarhet att installera luft-till-vatten värmepumpar

Luft-till-vatten värmepumpar är effektiva vid positiva utetemperaturer. De har hittat bred tillämpning i de södra regionerna i vårt land: i Kuban, i Stavropol-territoriet, etc. där svår frost är sällsynt, och på vintern sjunker temperaturen sällan under noll.

Detta betyder inte alls att värmepumpar av denna typ inte kan användas i andra regioner i vårt land, med svårare klimatförhållanden. Inte alls. Det är bara det att effektiviteten hos en luft-till-vatten-pump minskar när lufttemperaturen sjunker, tillsammans med en ökning av kostnaden för el som behövs för att driva pumpen.

Därför bör lämpligheten att driva en värmepump vid en negativ lufttemperatur, såväl som valet av utrustning i enlighet med den erforderliga effekten, utföras av kvalificerade värmeingenjörer.

Hittills är det bästa alternativet att använda en luft-till-vatten-värmepump för uppvärmning och varmvattenförsörjning vid positiva omgivningstemperaturer och att slå på en panna eller annan termisk energikälla när frost sätter in.

Ett annat villkor för att använda en värmepump för att värma ett hus är byggnadens höga termiska effektivitet, frånvaron av värmeförluster i den i samband med värmeisolering och drag av dålig kvalitet.

Vad är arbetsprincipen för en värmepump?

Detta system består av en värmepump, en värmeintag och distributionsanordning. När man skapar värmepumpens interna krets används en kompressor, en förångare, en strypventil och en kondensor. El behövs bara för att driva kompressorn.

Utvecklingen av principen om enhetens drift gjordes på 1800-talet. Redan då kallades det "Carnot-cykeln". Pumpens funktion är som följer:

• en frostskyddsblandning tillförs uppsamlaren, som kan vara vatten med alkohol, saltlösning eller en glykolblandning. Dess uppgift är att absorbera värmeenergi med efterföljande transport till pumpen;
• i förångaren passerar energi till kylmediet, vilket resulterar i att det senare börjar koka och förvandlas till ånga;
• som ett resultat av ökningen av kompressortrycket stiger temperaturen;
• genom kondensorn överförs all termisk energi till värmebäraren i värmesystemet som är belägen inuti huset, medan kylmediet, kylning, förvandlas till flytande tillstånd och återgår till kollektorn.

Fördelar och nackdelar

Att installera pumpen och ansluta den till värmesystemet har ett antal fördelar:

• Autonomi - från ett centraliserat element är det värt att markera endast anslutningen till elnätet.
• Betydande besparingar på dyra energibärare, de används för uppvärmning och kan minska ekonomiska kostnader för allmännyttiga företag. Från 1 kW el producerar enheten från 3 till 7 kW värme - det här är de högsta koefficienterna bland pannor som arbetar på olika typer av bränsle.
• Miljösäkerhet - utrustningen skadar varken miljön eller invånarnas hälsa.
• Brandbeständighet och icke-antändlighet av element. En sådan pump överhettas inte, brinner inte och avger inte kolmonoxid.

• Utrustningen kan kyla eller öka temperaturen i rummet, vilket skapar det nödvändiga mikroklimatet i rummet. Den är lämplig att använda både vinter och sommar.
• Lång livslängd - i genomsnitt kan systemet hålla i 40-50 år, och med korrekt installation och bekväma driftsförhållanden förlängs livslängden med ytterligare flera år.
• Tystnad under drift - systemet styrs automatiskt, vilket är mycket bekvämt.
• Installationen av pumpen kräver inget tillstånd, som till exempel installation av gasutrustning. Du kan köpa och installera vilken modell som helst av enheten när som helst, utan att gå till olika myndigheter och utan att vänta på tillstånd.

Men som all utrustning har sådana pumpar också nackdelar:

• Förvärvet och installationen av enheten är ganska dyrt, och inte alla har råd med det. Återbetalningen av utrustningen beror på intensiteten av dess användning. Men även i bästa fall kommer köpet att betala sig om minst 5 år.
• För installation måste du söka hjälp från specialister, du behöver borrning och annan utrustning för att ordna en geotermisk pump med en vertikal krets med ett djup på upp till 200 m. Du kan installera det själv om du har lämplig kunskap och verktyg.
• I regioner där temperaturen på vintern är under -15 grader bör en annan värmekälla användas. Till exempel ett bivalent värmesystem, där apparaten värmer upp rummet medan det är -20 grader ute. När den inte utför sina uppgifter slås en elvärmare eller en gaspanna på.

Cirkulationspumpar är efterfrågade bland villaägare och företag som finns i låghus. Dessa enheter har bara fått positiva recensioner.

Användningen av värmepumpar för uppvärmning av hem är för det första en betydande ekonomisk besparing. Det mest effektiva värmesystemet är baserat på en bergvärmepump. Varje månad är kostnaden för det mycket mindre än kostnaden för gas- eller pelletsuppvärmning. Genom att installera en värmepump får användaren både luftkonditionering och effektiv uppvärmning av huset i en design. Vissa modeller kan styras på avstånd, till exempel med hjälp av en smartphone via Internet eller med hjälp av en termostat som finns i huset. Och genom att installera solfångare eller batterier kan du göra systemet helt autonomt, och du kommer inte att oroa dig för ökningen av energipriserna alls.

De viktigaste typerna av bergvärmepumpar

Totalt finns det fyra typer av specialiserade kollektorer som levererar värmeenergi. Dessa inkluderar:

• Horisontella värmepumpar placerade på ett djup av cirka en och en halv meter - exakt på den nivå som ligger djupare än frysningen av jorden. Detta alternativ är att föredra för bostadsfastigheter.
• Vertikala värmepumpar, placerade i speciella brunnar med ett djup på cirka ett och ett halvt hundra meter. Detta beslut blir relevant i fallet när det helt enkelt inte finns något territorium för horisontell placering av konturen.
• Grundvattenpumpar involverar cirkulation av vatten genom ett jordvärmepumpsystem, som fungerar som en fungerande värmeväxlingsvätska. Efter att den passerat längs hela konturen är det sista steget dess säkra återgång till marken.
• Vattenvärmepumpar är det kostnadsmässigt mest attraktiva alternativet. De kan placeras i vilken vattenkropp som helst, vars frysningsdjup är högre än djupet för utrustningsläggning. Under installationsprocessen är det också nödvändigt att följa de befintliga kraven för vattenvolymen i reservoaren och dess storlek.

Hittills används alla fyra typer av samlare ganska aktivt, de väljs utifrån driftsförhållanden och användarkapacitet - byggnadsegenskaper, budget etc.

Rekommenderad utrustning

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 det personliga området kommer det mest kostnadseffektiva och produktiva valet att vara en vatten-till-vatten värmepump

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.

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. 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.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

Effektiviteten hos olika typer av denna utrustning är inte densamma. 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.

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

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 det personliga området kommer det mest kostnadseffektiva och produktiva valet att vara en vatten-till-vatten värmepump

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

Effektiviteten hos olika typer av denna utrustning är inte densamma. 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

Användningen av värmepumpar i det ryska klimatet

Efter att ha blivit bekant med ovanstående beskrivningar av olika typer av värmepumpar kan du enkelt svara på frågan om vilken pump som är mest lämpad för drift i det ryska klimatet.

Luftvärmepumpar är endast lämpliga för användning i ett begränsat antal regioner i vårt land - där lufttemperaturen på vintern nästan aldrig sjunker under noll.Naturligtvis bör invånarna i Sibirien, Fjärran Östern, norra delen av 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. Även om någon invånare i östra Sibirien eller norr om Fjärran Östern har "tur" och det finns grundvatten i hans område som inte är för djupt, så är ändå detta grundvatten i form av is, vilket betyder att det inte är lämplig för användning i värmesystemet.

De flesta av våra landsmän måste därför förlita sig på det enda vinn-vinn-alternativet - en bergvärmepump. Samtidigt, under förhållandena i det ryska klimatet, är en pump mer lämplig inte med en horisontell kollektor, utan med en geotermisk sond, vilket gör det möjligt att nå ett djup där jordtemperaturen är mer stabil.