Отопление на топлинните помпи без използване на гориво

Принцип на работа на термопомпата

Съдържание

• Устройството и принципът на работа
• Видове термопомпи
• Предимства и недостатъци
• Предимства на термопомпите:
• Недостатъци на помпите
• цена
• перспективи
• заключение

Най-древният и традиционен начин за получаване на гориво за изгаряне на топлината - старецът е познат от момента, в който е открил пожар. Този метод все още е почти единственият вариант за отопление. И през цялата история на човешката цивилизация, тя не е претърпяла значителни промени. Само асортиментът от гориво се е разширил и процесът е станал по-сложен, въз основа на най-новите разработки в тази област. Напоследък науката естествено е ангажирана с въпроса как да се отоплява без гориво и какви алтернативни източници на отопление могат да се използват.

Това се дължи на факта, че този вид генериране на топлина води до редица проблеми, които се натискат на фона на постоянно покачване на цените на съществуващите източници на топлинна енергия. На първо място, това е разрушително въздействие върху околната среда и в резултат на това върху човешкото здраве. И също така нарастващата потенциална опасност от екологична катастрофа в световен мащаб, когато съществуването на хора на планетата ще стане невъзможно.

Втората точка е, че резервите от употребявано гориво ще свършат рано или късно. Тези две причини принуждават учените да търсят алтернативни опции за отопление. Един от резултатите от такива изследвания, които вече са получили приложение в световен мащаб, е появата на термопомпи.

Устройството и принципът на работа

Работата на всяко устройство се основава на използването на законите на физиката. Така че принципът на термопомпата се основава на свойствата на газовете и течностите, както и на принципите на термодинамиката на тези носители. По време на изпарението се поглъща прехвърлянето на течност в газообразно състояние - енергия или топлина. Когато кондензация - преминаването на газообразни вещества в течно състояние - напротив, се освобождава. Най-интензивният процес на изпаряване възниква при точката на кипене и е близо до този знак. При нормални условия водата кипи при 1000 ° С.

Съществуват обаче вещества, които кипват при много по-ниски температури. Например добре известният фреон започва да кипи при + 30 ° С, което е много по-ниско от стайната температура. Това означава, че при +30С се превръща от течност в газ, който е лесен за компресиране (по-прост от течността), т.е. да увеличи налягането си в затворена система, която според законите на термодинамиката ще доведе до повишаване на температурата.

Компресирайте теоретично възможния газообразен фреон, преди да получите висока температура. На практика, по-голям интерес се загрява до стойностите на традиционните отоплителни системи, например до + 800 ° С, което е напълно възможно. Използването на тези важни процеси и свойства построи работата на термопомпите.

В дълбочината на Земята на определена дълбочина температурата винаги е постоянна, независимо от сезона и другите обстоятелства и е + 80 ° С. Колекторите на тръби, поставени в тези слоеве с циркулиращата върху тях не замразяваща течност, отнемат топлината на земята. Чрез топлообменника тази течност загрява фреона, движещ се по веригата на термопомпата.

При температура от + 80 ° C фреонът естествено се превръща в газообразно състояние. Този газ се компресира от компресора за нагряване до температура 800 ° С. То дава тази топлина на отоплителната система през друг топлообменник и с много по-ниска температура, но при същото високо налягане навлиза в дросела, където налягането рязко се намалява. Като следствие, температурата също бързо намалява до стойностите на фреонния преход обратно до течното състояние. Той отново отива до топлообменника, за да получи топлината на земята, като по този начин затвори цикъла.

В този случай земята е така нареченият нискотемпературен източник. Те включват също водни резервоари, подземни води и дори въздух, тъй като те всички имат определена температура. Общоизвестно е, че приблизително 70% от земната повърхност е заета от водата, което означава, че човекът има огромни резерви от топлинна енергия, дарени от природата. Целта на помпата е да преобразува топлината на тези източници в топлина с високо ниво - 70-800С.

Теорията за процеса, използвана в термопомпата, е описана за пръв път от френския учен Carnot през 1824 г. Процесът се нарича "Carnot цикъл". През 1852 г. британецът Уилям Томсън, въз основа на тази теория, разработи първата термопомпа, известна като "топлинен множител". И през 1855 австрийският инженер Питър Ритер фон Ритингер проектира първата термопомпа и я изпробва.

С тази технология се сблъскваме ежедневно във всекидневния живот, тъй като се използва в хладилници, които са обичайни за нас. В изпарителя - в хладилната камера на това устройство - топлината на продуктите се отнема и те се охлаждат. Охлаждащият агент (фреон) прехвърля и разсейва топлината, получена от радиатора, в атмосферата. Консумираната от хладилника енергия се използва само за придвижване на Фреон през системата с помощта на компресор.

Видове термопомпи

Геотермална термопомпа

• вода на всички сухоземни язовири
• подпочвена вода
• земя
• въздуха

Въз основа на това, както и предвид типа на охлаждащата течност в системата за отопление на помещенията, определете вида на помпата. Когато източникът е земя и отоплението се извършва от водна отоплителна система, помпата се класифицира като "подземна вода".

По подобен начин се различават видовете термопомпи "вода-вода", "въздух-вода", "земя-въздух", "въздух-въздух" и "вода-въздух". Помпите, които използват наземна топлина, се наричат ​​и геотермални, а въздуха се нарича въздух.

Предимства и недостатъци

Предимства на термопомпите:

Топлоснабдяване с топлинна помпа

• Основното предимство е, че не се изисква гориво. Освен това инсталацията не трябва да получава технически спецификации и други разрешения.
• Основните разходи за системата на термопомпите и инсталирането на традиционно отопление често са сравними. И оперативните разходи за отопление на това устройство са по-ниски, отколкото при всички традиционни системи, с изключение на основния газ. Но увеличението на цената му най-вероятно през следващите години ще доведе до факта, че основният газ за ефективност ще бъде по-малък от термопомпите.
• Ефективност - системата бързо преминава в режим на проектиране (максимум половин час) и загрява къщата. В същото време технологията за получаване на топлина е екологична, не-експлозивна и незапалима.
• Висока надеждност и дълъг експлоатационен живот без големи ремонти - до 25 години. Веднъж годишно е необходима само евтина текуща проверка.
• Не е необходима вентилация за работата на помпата. Системата е с ниско ниво на шума и малка, така че при липса на котелно помещение е възможно да се монтира в кухнята или в друга стая.
• Автономия - за работата на помпите е необходима само електричество. И ако има прекъсване на електрозахранването, възможно е да се работи върху резервна схема - от дизелов генератор. В допълнение, помпите могат да се използват заедно със слънчеви колектори.
• През лятото помпата може да работи в режим на климатизация. Лесно се използва и изисква минимално внимание - програмираното устройство работи автоматично и поддържа желаната температура автоматично.

Недостатъци на помпите

Недостатъците на устройството включват:

• Високата цена на оборудването в сравнение с други известни видове отопление.
• Необходимостта от индивидуални комплексни изчисления за всяко отделно приложение.
• Невъзможността да се използва термопомпа в един апартамент в жилищна сграда.

цена

Топлинна помпа (вода-вода)

Към момента цената на помпите е такава, че това е основният фактор, възпрепятстващ широкото им приложение. Той включва много компоненти и е различен за всеки отделен случай.

За максимална ефективност на отоплението е необходимо внимателно изчисляване на самата помпа. Това също изисква проучване на ниско ниво на топлинни източници - това също е прилична цена. Цената на инсталацията значително увеличава пробиването на кладенци или полагането на колектори в земята до голяма дълбочина. Ето защо, най-достъпните устройства - въздух, чиято инсталация не изисква подобна работа.

Средната цена на използването на топлинни помпи според различните компании е в диапазона от 600 до 1200 евро за 1 kW, изчислен за отопление. За различните производители цената също има доста широк обхват и зависи от дизайна, използваните материали, степента на автоматизация и редица други фактори.

перспективи

Топлинните помпи със сигурност имат голямо бъдеще. Световната практика потвърждава това с показателите за постоянно нарастване на броя на инсталираните устройства годишно. Високите разходи продължават да се изплащат след няколко години работа, а някои европейски държави датират инсталирането на помпи, които са източник на много евтина топлина в продължение на десетилетия. Средната консумация на 1 киловат електричество за работа, помпата генерира 4-5 kW топлинна енергия.

Към днешна дата:

• В Швеция 70% от топлината се генерира от тези устройства, а до 150 хил. Нови се инсталират ежегодно. Правителството постави задачата - до 2020 г. да се изключи пълната зависимост на държавата от газ и нефт и да се консумира енергия само от възобновяеми източници. Топлинните помпи имат водеща роля в тези планове.
• Във Финландия и Норвегия се инсталират до 100 000 устройства годишно. В Австрия, Испания, Германия и Англия са отпуснати държавни субсидии за инсталиране на помпи - до 3000 евро за едно домакинство.
• В Швейцария има една помпа на 2 кв. Км територия, а по брой на устройствата на 1000 население страната заема едно от водещите места в Европа.
• В Съединените щати произвеждат до 1 милион устройства годишно (предимно въздух, базиран на климата), които заменят старата отоплителна система или се инсталират в нови сгради. При изграждането на нови обществени съоръжения се използват само термопомпи и тази разпоредба е залегнала във федералното законодателство на страната.
• Световният комитет по енергетика направи прогноза, че до 2020 г. в най-развитите страни доставката на топлина от помпи ще бъде 75%.

Енергоефективната термопомпа е много ефективна

Тези цифри показват, че днес на Запад термопомпата е обикновен уред от ежедневието - като микровълнова печка или телевизор.

В Русия въвеждането на тези устройства е възпрепятствано от широкото използване на относително евтин и достъпен газ. Въпреки това съществува тенденция към увеличаване броя на използваните термопомпи. Възобновяемите енергийни източници са потенциала, за който непременно ще дойде човешката цивилизация.

заключение

Използването на възобновяеми енергийни източници осигурява не само отопление без използване на гориво, но и възможност за в бъдеще да получава електроенергия, основана на същите принципи на преобразуване. Резервите на тези източници на земята не са просто огромни - те са безкрайни, поради което се наричат ​​възобновяеми. Всички те са доста достъпни и широкото им приложение е ограничено от все още високата цена на оборудването за преобразуване поради недостатъчното усъвършенстване на съществуващите технологии.