Топлинна помпа за домашно отопление принципи на работа, дизайн и устройство

Как работи термопомпата, каква е тя - дизайнът, основите на инсталацията, устройството.

Принципът на термопомпата е известен повече от 150 години. Най-лесният начин да го обясните е с примера на такива домакински уреди като хладилник или климатик. Термопомпата е един и същ хладилник, който се е обърнал само навън.

В хладилника, топлината се извлича от продукти и въздух в хладилната камера и се изхвърля в помещението. И в термопомпата, вместо вътрешната камера, външната среда е атмосферен въздух, резервоари, подземни води или самата земя. Енергията се "изпомпва" от тези източници на ниска потенциална топлина, а инсталацията, която извършва този процес, се нарича помпа. Резервите на енергия от природни източници са практически неизчерпаеми. Но е невъзможно да се направи без естествена енергия, защото функционирането на самата термопомпа изисква захранване. Независимо от това, съотношението на потреблението на енергия за термопомпата към количеството енергия, което се приема буквално от въздух, вода или земя, е много полезно: "безплатно" е възможно да получите до 75% от топлината!

Подобен принцип на работа за високотехнологични климатици с два режима на работа е охлаждането и отоплението. Автоматичният климатичен контрол в този случай поддържа желаната температура в помещението дори и без човешка намеса. Топлинната помпа може да изпомпва топлината от външния въздух. Ефективността на схемата "въздух-въздух" или "въздух-вода" в нашите географски ширини е ограничена, тъй като за да работи системата, температурата на външния въздух не трябва да пада под -10 ° С. В мразовитата зима вече не е подходящо да се отделя топлина от нея, е необходимо да се използват традиционни отоплителни уреди.

За разлика от климатиците, термопомпите могат да извличат енергия не само от въздуха, но и от почвени или водни резервоари, които го съхраняват в достатъчно количество дори през зимата.

В допълнение, сред възможните източници на топлинна енергия - подземни и отпадни води, отработеният въздух на вентилационната система, топлината, освободена в резултат на технологичен процес. Източници на ниско потенциална топлина се намират навсякъде, но е необходима междинна усилваща верига на термопомпата за извличане на енергия.

Цялата система се състои от три вериги. Първичната верига е външен колектор на топлина, например потопена под земята или под водопроводните тръби, в които охлаждащата течност циркулира, в обикновен език - "саламура". В първичния контур охладителят се нагрява само с 4-5 ° С. Въпреки това, дори тази лека температурна разлика е достатъчна, за да работи системата. Тогава "саламура" се влива в "термичния трансформатор", където той прехвърля топлината, събрана към охлаждащата течност към термопомпата.

Хладилен агент е специално избрано вещество с ниска точка на кипене, в началото на цикъла има температура -3. -5 ° С при ниско налягане. След топлообмен с "саламура", охлаждащата течност преминава от течността към газовото състояние. В компресора газът е рязко компресиран, в същото време, в съответствие със законите на физиката, температурата му се покачва. Горещият газообразен хладилен агент влиза в кондензатора за топлообмен с топлоносителя на вътрешната верига на битовата отоплителна система.

Накрая, охлаждащата течност (вода или антифриз) се подава в радиатори, отоплителни помещения.

Фигура 1. Диаграма на монтажа и работата на термопомпата (Buderus)

НАИМЕНОВАНИЯ ЗА УВЕДОМЛЕНИЕ

Термопомпата прилича на хладилник не само на принципа на работа, но и на размерите. Той се вписва идеално в кухнята или в котелното, където отнема само 2-3 м2 пространство.

Шумът, излъчван от устройството, е малък. Монтажът на термопомпа изисква цялостно енергийно решение.

Къщата трябва да бъде изолирана, а загубата не трябва да надвишава 80 W / mg.

Особено благоприятно е да свържете термопомпата към отоплителната система с ниска температура и да използвате допълнителен нагревател за топла вода (БГВ).

Поради това термопомпите обикновено се монтират в двувалентна система за отопление на пода и вода, тъй като максималната температура на топлинната среда без вторично нагряване не се повишава над 35 ° С.

В двувалентната система, заедно с термопомпа, работи допълнителен нагревател, осигуряващ по-висока температура за отопление на водата за БГВ. Той може да бъде малък бойлер, който работи на наличното гориво.

Използването на допълнителен нагревател е икономически обосновано. Номиналната мощност на термопомпата се изчислява от максималното потребление на топлинна енергия, което трябва да бъде удовлетворено дори и при най-тежките студове. Въпреки това, изключително мразовитите дни от годината 8 не са толкова много. Инвестирането в създаването на супер мощна верига за отстраняване на топлината би било ирационално. Приносът на вторичния нагревател за годишното производство на енергия ще бъде около 10%. Това ще ви позволи да балансирате капитала и текущите разходи и да намалите периода на изплащане на системата. При някои модели термопомпи са предвидени допълнителни нагреватели (нагреватели) в проекта.

Много недоразумения са свързани с изчисляването на ефективността на ВТ. Производителите понякога показват невероятна ефективност <повече от 100%), на пръв поглед, противно на законите на физиката. Факт е, че за всеки киловат електроенергия, която доставя системата, помпата "изпомпва" няколко киловата природна енергия от околната среда. Печалбата се оказва многобройна, макар и не фантастична.

Използването на термопомпа означава спестяване, но само след много години, тъй като първоначалните инвестиции в организацията на външната верига и оборудване са значителни - около 40 000 рубли. за 1 kW.

Това означава, че в сравнение с дизеловия бойлер, ползата ще се усети само след 3-7 години, а в сравнение с отоплението с газ термопомпата ще спести 18-20 години. Но не се отчайвайте недоверчиво от далечна гледна точка. Внимателните собственици трябва да имат предвид, че оборудването за термопомпи ще продължи до 30 години, а първичната верига - до 50 години. През това време други видове нагреватели се провалят. Инвестирането в топлинна помпа не е спринт, а маратон, който облагодетелства няколко поколения семейства. Дългият живот на външната верига съвпада с високите разходи за нейната организация, достигайки до 70-150% от цената на оборудването.

Подгрявайте от земята

Под земята има почти неизчерпаем резервоар за топлина. Дневните температурни колебания проникват до дълбочина от няколко метра, сезонно - до 15-20 м. На дълбочина над 15 м се поддържа постоянна температура около 8 градуса по Целзий.

Температурният режим тук се определя от радиологичната топлинна енергия, идваща от червата. Това е идеално за работа с термопомпа или за организиране на пасивна охладителна система през лятото. "Танкелс", през който колекторът на земята събира топлина, е пластмасов тръбопровод, напълнен с охлаждаща течност. Колкото по-дълга е дължината на тръбите, толкова по-висока е термичната производителност на системата.

Тръби омрежен полиетилен (РЕ-Xaa), полиетилен или полипропилен PE 100. polybutane и kachestveteplonositelya използване на 30% разтвор на пропиленгликол. етилен гликол или етанол. Подземната топлина е най-честият източник на енергия на територията на страната ни. Специалистите ще ви кажат кой топлинен колектор е по-подходящ за Вашия обект: вертикална геотермална сонда или хоризонтален колектор за земя.

В първия случай тръбите на колектора се поставят в кладенец, изолиран със специален бетон с повишена топлопроводимост. Като алтернатива на раздела за дълбоки резервоари са пробити няколко плитки кладенци. Тази опция се предпочита, ако по-дълбоките слоеве на паунда не осигуряват добро разсейване на топлината. Работата по сондирането на няколко плитки кладенци ще струва по-евтино. Средният топлообмен от метър на колекторната тръба е 50-60 W. За да се произведат 10 kW с помощта на вертикална земна сонда, се изисква кладенец с дълбочина 200 m, в който е потопен U-образен или коаксиален топлообменник. Алтернатива: пробийте дузина кладенци с размери 20 м. В този случай топлообменниците са свързани последователно.

Друг вариант на подземния колектор е хоризонтален. За организацията му ще е необходимо да се разпредели парцел от 4 до 6 хектара, без сгради и насаждения с дълбока коренова система. Фертилитетът на горните почвени слоеве изобщо няма да бъде засегнат.

Тръбите на хоризонтален колектор са погребани в земята на 20 см под дълбочината на замръзване. Ако почвата е скалиста, пясъчна възглавница и мека почва се изсипват отгоре, за да се избегне повреда на тръбопровода. Разстоянието между бримките не трябва да е по-малко от 60-100 см. Специфичният топлообмен на почвата е 20-30 W / m2. Това означава, че за да работите с термопомпа с мощност 10 kW, ще трябва да поставите до 500 m от колектора в земята.

Загрейте от водата

Използването на подземните води като източник на топлина е много привлекателно решение. Те имат висок коефициент на топлопреминаване, а температурата им е 5-8 ° C целогодишно.

За успешното извличане на топлината от подземните води почвата трябва да е пропусклива за водата и водата да се отличава с добър химичен състав, така че да не възникват проблеми поради натрупване и корозия в тръбите. В противен случай ще е необходимо редовно почистване и поддръжка на изпарителя.

Отворена система за събиране на топлина се състои от две кладенци, които са на разстояние не повече от 5 метра една от друга. От добре разположена надолу от подпочвените води. С помощта на потапяема помпа топлата вода се изпомпва и се подава в термопомпата. Скоростта, т.е. производителността на кладенеца, на дълбочина 15 м (под нивото на замръзване) трябва да осигури гладкото функциониране на системата. След преминаване през топлообменника охладената вода се изхвърля във втория кладенец и след това се оставя в земята.

Възможно е да се извлича топлина дори от частен резервоар за вода, но при определени условия. Резервоарът трябва да има достатъчно количество вода, дълбочина от най-малко d m, за да се предотврати замръзване до дъното. Водата трябва да тече, да не застане. Тръбопроводът се нагрява и претегля с товар от 5 кг на метър, стъпката на полагане не е по-малка от 1,5 м. Топлопредаването от метър на тръбата е 35 W. За да се произвеждат 10 kW топлина, е необходим 300-метров тръбопровод.

Грижа за термопомпата

Топлинните помпи са непретенциозни и трайни. Те не изискват ежедневно внимание, обслужват се по-дълго от други отоплителни уреди - до 30 години. Преди началото на отоплителния сезон и в края му е необходимо да се провери налягането на "саламура" във вътрешната верига. Слабостта на всяка модерна отоплителна система зависи от електричеството. Когато електричеството е изключено, помпата, подобно на котела, автоматично се изключва. Само в случай, се препоръчва да има резервно оборудване, като бензинов генератор или непрекъсваемо захранване (UPS). Когато електричеството е изключено, енергийният склад ще помогне - резервоарът с топла вода, инсталиран на връщащата линия. Минималният обем на резервоара е 10-20 литра на 1 kW мощност.

Заключения и най-важните въпроси:

• Идеята за термопомпа е предложена от известния английски учен лорд Келвин през 1852 година.
• Термопомпата работи на почти същия принцип като хладилника. Те са сравними по размер и ниво на шума
• Източници на ниска потенциална топлина: въздух, подземни води, подземна енергия
• Топлинната помпа ви позволява да получите "безплатно" до 75% от енергията
• Въпреки че цената на външната схема е до 70-150% от цената на термопомпата, жизнеността на колектора е почти неограничена
• Пропилен гликолът като "саламура" е безопасен, но с етилен гликол и етанол трябва да се справите внимателно: те са токсични
• Възможности за полагане на тръбите на колектора: паралелно, последователно, цикъл, вертикална или хоризонтална спирала
• Дълбочината на замръзване на почвата зависи от региона, например в Московска област - 1,4 м, в Уфа - 1,8 м, а в Крим - 60 см