Princip rada toplotne pumpe za grijanje. Toplotna pumpa za grijanje kuće: princip rada, sorte i upotreba. Neke karakteristike rada pumpi

Krajem 19. stoljeća pojavile su se moćne rashladne jedinice koje su mogle pumpati toplinu najmanje dvostruko više od energije potrošene za njihovo aktiviranje. Bio je to šok, jer se formalno pokazalo da je moguća termička mašina za vječni pokret! No, pomnijim ispitivanjem ispostavilo se da je vječni stroj još uvijek daleko, a nisko kvalitetna toplina proizvedena uz pomoć dizalice topline i visokokvalitetna toplina dobivena, na primjer, izgaranjem goriva, su dvije velike razlike. Istina, odgovarajuća formulacija drugog principa bila je donekle modificirana. Pa, šta su toplotne pumpe? Ukratko, toplotna pumpa je moderan i visokotehnološki uređaj za grejanje i klimatizaciju. Toplinska pumpa sakuplja toplotu sa ulice ili sa zemlje i usmerava je u kuću.

Kako radi toplotna pumpa

Kako radi toplotna pumpa jednostavno: zbog mehaničkog rada ili drugih vrsta energije, on daje koncentraciju toplote, prethodno ravnomerno raspoređene po određenoj zapremini, u jednom delu ove zapremine. U drugom dijelu nastaje deficit toplote, odnosno hladnoća.

Istorijski gledano, toplotne pumpe su se prvo široko koristile kao hladnjaci - zapravo, bilo koji frižider je toplotna pumpa koja pumpa toplotu iz rashladne komore napolje (u prostoriju ili spolja). Tim uređajima još uvijek nema alternative, a uz svu raznolikost moderne rashladne tehnologije, osnovni princip ostaje isti: ispumpavanje topline iz rashladne komore zbog dodatne vanjske energije.

Prirodno, gotovo su odmah primijetili da se primjetno zagrijavanje izmjenjivača topline kondenzatora (u kućnom hladnjaku obično je izrađen u obliku crne ploče ili rešetke na stražnjoj strani ormarića) može koristiti i za grijanje. To je već bila ideja grijača koji se temelji na toplotnoj pumpi u svom modernom obliku - hladnjaku, naprotiv, kada se toplina pumpa u zatvoreni volumen (prostoriju) iz neograničene vanjske zapremine (s ulice). Međutim, na ovom području toplotna pumpa ima puno konkurenata - od tradicionalnih peći na drva i kamina do svih vrsta modernih sistema grijanja. Stoga se dugi niz godina, dok je gorivo bilo relativno jeftino, ova ideja smatrala samo zanimljivošću - u većini slučajeva bila je ekonomski apsolutno neisplativa, a vrlo rijetko je takva upotreba bila opravdana - obično za oporabu topline koju ispumpavaju snažni rashladne jedinice u zemljama sa ne previše hladnom klimom. I samo s brzim rastom cijena energije, komplikacijama i rastom cijene opreme za grijanje i relativnim smanjenjem troškova proizvodnje toplotnih pumpi u ovoj pozadini, takva ideja sama po sebi postaje ekonomski isplativa, jer je jednom platila prilično složena i skupa instalacija, tada možete stalno uštedjeti na smanjenoj potrošnji goriva. Toplotne pumpe su okosnica sve popularnijih ideja kogeneracije - istovremene proizvodnje toplote i hladnoće - i trigeneracije - proizvodnje topline, hladnoće i električne energije odjednom.

Budući da je toplotna pumpa suština svake rashladne jedinice, može se reći da je pojam "rashladna mašina" njen pseudonim. Istina, treba imati na umu da su uprkos svestranosti operativnih principa koji se koriste, dizajni rashladnih mašina i dalje fokusirani posebno na proizvodnju hladnoće, a ne toplote - na primjer, stvorena hladnoća koncentrirana je na jednom mjestu i rezultirajuća toplina može se rasipati u nekoliko različitih dijelova instalacije, jer u običnom hladnjaku zadatak nije iskoristiti ovu toplinu, već je jednostavno riješiti.

Klase toplotne pumpe

Trenutno se najviše koriste dvije klase toplotnih pumpi. Jedna klasa uključuje termoelektrične na osnovu Peltierovog efekta, a druga - isparivačke, koje se pak dijele na mehaničke kompresore (klipne ili turbinske) i apsorpcijske (difuzijske). Pored toga, interes se postepeno povećava za upotrebu vrtložnih cijevi, u kojima djeluje Ranqueov efekt, kao toplotne pumpe.

Peltier toplotne pumpe

Peltier element

Peltierov efekt je da se kada se na dvije strane posebno pripremljene poluprovodničke pločice primijeni mali istosmjerni napon, jedna strana ove pločice zagrije, a druga ohladi. Dakle, generalno je termoelektrična toplotna pumpa spremna!

Fizička suština efekta je sljedeća. Ploča Peltierovog elementa (aka „termoelektrični element“, engleski Thermoelectric Cooler, TEC) sastoji se od dva poluprovodnička sloja sa različitim nivoima elektronske energije u provodnom pojasu. Kada elektron pređe pod uticajem spoljnog napona u provodni opseg više energije drugog poluprovodnika, on mora steći energiju. Kada primi ovu energiju, kontaktno mjesto poluvodiča se hladi (kada struja teče u suprotnom smjeru, dolazi do suprotnog efekta - kontakt slojeva se zagrijava pored uobičajenog omskog zagrijavanja).

Prednosti Peltierovih elemenata

Prednost Peltierovih elemenata je maksimalna jednostavnost njihovog dizajna (što može biti jednostavnije od ploče na koju su zalemljene dvije žice?) I potpuno odsustvo pokretnih dijelova, kao i unutarnji protoci tekućina ili plinova. Posljedica toga je apsolutni tihi rad, kompaktnost, potpuna ravnodušnost prema orijentaciji u prostoru (pod uvjetom da je osigurano dovoljno odvođenja toplote) i vrlo velika otpornost na vibracije i udarna opterećenja. A radni napon je samo nekoliko volti, pa je nekoliko baterija ili akumulator dovoljno za rad.

Mane Peltierovih elemenata

Glavni nedostatak termoelektričnih elemenata je njihova relativno mala efikasnost - otprilike se može smatrati da će im trebati dvostruko više isporučene spoljne energije po jedinici pumpane toplote. Odnosno, isporukom 1 J električne energije možemo ukloniti samo 0,5 J toplote iz ohlađenog područja. Jasno je da će se svih ukupnih 1,5 J rasporediti na "toplu" stranu Peltierovog elementa i trebat će ih odnijeti u vanjsko okruženje. To je višestruko niže od efikasnosti kompresijskih toplotnih pumpi za isparavanje.

U pozadini tako niske efikasnosti, drugi nedostaci obično nisu toliko važni - a to je niska specifična produktivnost u kombinaciji s visokim specifičnim troškovima.

Korištenje Peltierovih elemenata

U skladu s njihovim karakteristikama, glavno područje primjene Peltierovih elemenata trenutno je obično ograničeno na slučajeve kada se zahtijeva da se previše ne hladi nešto ne previše snažno, posebno u uvjetima jakog tresenja i vibracija i uz stroga ograničenja u težini i dimenzijama na primjer, razne jedinice i dijelovi elektroničke opreme, prije svega vojne, avijacijske i svemirske. Možda se Peltierovi elementi najčešće koriste u svakodnevnom životu u prijenosnim hladnjacima za automobile male snage (5..30 W).

Toplinske pumpe za kompresiju isparavanjem

Dijagram radnog ciklusa toplotne pumpe sa kompresijom isparavanja

Princip rada ove klase toplotnih pumpi je kako slijedi. Plinovito (u cijelosti ili djelomično) rashladno sredstvo komprimira se do pritiska pri kojem se može pretvoriti u tekućinu. Prirodno, ovo se zagrijava. Zagrijano komprimirano rashladno sredstvo dovodi se u hladnjak hladnjaka, gdje se hladi na sobnu temperaturu, dajući mu višak toplote. Ovo je zona grijanja (stražnji dio kuhinjskog hladnjaka). Ako je značajan dio komprimiranog vrućeg rashladnog sredstva i dalje ostao u obliku pare na ulazu u kondenzator, tada se temperatura pri izmjeni topline smanji, on se takođe kondenzira i prelazi u tečno stanje. Relativno ohlađeno tečno rashladno sredstvo dovodi se u ekspanzionu komoru, gde prolazeći kroz prigušivač ili ekspander gubi pritisak, širi se i isparava, barem delimično prelazi u gasoviti oblik i, shodno tome, hladi - znatno ispod temperature okoline i čak i ispod temperature u zoni hlađenja toplotne pumpe. Prolazeći kroz kanale ploče isparivača, hladna mešavina tečnog i isparenog agensa za prenos toplote uklanja toplotu iz zone hlađenja. Zahvaljujući ovoj vrućini, preostali tečni dio rashladnog sredstva nastavlja isparavati, održavajući konstantno nisku temperaturu isparivača i osiguravajući efikasno odvajanje toplote. Nakon toga, rashladno sredstvo u obliku pare dolazi do ulaza u kompresor, koji ga evakuira i ponovo komprimira. Tada se sve ponavlja od početka.

Dakle, u "vrućem" dijelu prigušivača kompresora-kondenzatora, rashladno sredstvo je pod visokim pritiskom i pretežno u tečnom stanju, au "hladnom" dijelu prigušivača-isparivača-kompresora, pritisak je nizak, i rashladno sredstvo je uglavnom u parnom stanju. I kompresiju i vakuum generira isti kompresor. Na suprotnoj strani od kompresora, zone visokog i niskog pritiska odvojene su leptirom za gas koji ograničava protok rashladnog sredstva.

Industrijski hladnjaci velike snage koriste otrovni, ali efikasni amonijak kao rashladno sredstvo, turbopunjači visokih performansi, a ponekad i ekspanderi. U kućnim hladnjacima i klima uređajima rashladno sredstvo je obično sigurniji freoni, a umjesto turbinskih jedinica koriste se klipni kompresori i "kapilarne cijevi" (prigušnice).

U općenitom slučaju, promjena agregatnog stanja rashladnog sredstva nije potrebna - princip će raditi i za trajno plinovito rashladno sredstvo - međutim, velika vrućina promjene agregatnog stanja uvelike povećava učinkovitost radnog ciklusa. Ali ako rashladno sredstvo cijelo vrijeme ostaje u tečnom obliku, učinak neće biti temeljni - uostalom, tečnost je praktički nestlačiva, pa stoga ni porast ni rasterećenje tlaka neće promijeniti njezinu temperaturu.

Prigušnice i ekspanderi

Pojmovi "prigušnica" i "ekspander", koji se često koriste na ovoj stranici, ljudima koji su daleko od tehnologije hlađenja obično malo znače. Stoga treba reći nekoliko riječi o ovim uređajima i glavnoj razlici između njih.

Leptir za gas je uređaj dizajniran da normalizira protok zbog svog prisilnog ograničenja. U elektrotehnici je ovo ime dodijeljeno zavojnicama dizajniranim da ograniče brzinu porasta struje i obično se koriste za zaštitu električnih krugova od impulsne buke. U hidraulici se prigušivači obično nazivaju ograničivači protoka, koji su posebno stvorena ograničenja kanala s precizno izračunatim (kalibriranim) zazorom koji osigurava potreban protok ili potreban otpor protoku. Klasičan primjer takvih prigušnica su mlaznice koje se široko koriste u motorima s rasplinjačem kako bi se osigurao procijenjeni protok benzina tokom pripreme smjese goriva. Ventil leptira u istim rasplinjačima normalizirao je protok zraka - drugi bitan sastojak ove smjese.

U rashladnoj tehnologiji, prigušnica se koristi za ograničavanje protoka rashladnog sredstva u ekspanzionu komoru i održavanje uslova tamo za efikasno isparavanje i adijabatsko širenje. Prevelik protok obično može dovesti do punjenja ekspanzijske komore rashladnim sredstvom (kompresor jednostavno nema vremena da ga ispumpa) ili, barem, do gubitka potrebnog vakuuma tamo. Ali isparavanje tečnog rashladnog sredstva i adijabatsko širenje njegovih para osiguravaju pad temperature rashladnog sredstva neophodan za rad hladnjaka ispod temperature okoline.

Principi rada leptira za gas (lijevo), klipnog ekspandera (sredina) i turbo ekspandera (lijevo).

U ekspanderu je komora za proširenje malo modernizirana. U njemu rashladno sredstvo za isparavanje i širenje izvodi dodatne mehaničke radove, pomičući tamo smješteni klip ili rotirajući turbinu. U ovom slučaju, ograničenje protoka rashladnog sredstva može se provesti zbog otpora klipa ili turbinskog kotača, iako u stvarnosti to obično zahtijeva vrlo pažljiv odabir i koordinaciju svih parametara sistema. Stoga, čak i kada se koriste ekspanderi, glavna regulacija protoka može se izvršiti leptirom za gas (kalibrirano sužavanje kanala za dovod tečne rashladne tečnosti).

Turboekspander je efikasan samo pri velikim protocima radne tečnosti, a pri malim protocima njegova efikasnost je slična uobičajenom prigušivanju. Klipni ekspander može efikasno raditi sa znatno nižom brzinom protoka radne tečnosti, ali njegov dizajn je reda veličine složeniji od turbine: pored samog klipa sa svim potrebnim vodilicama, brtvama i povratnim sistemom, ulaz i potrebni su izlazni ventili sa odgovarajućom kontrolom.

Prednost ekspandera u odnosu na prigušnicu je efikasnije hlađenje zbog činjenice da se dio toplinske energije rashladnog sredstva pretvara u mehanički rad i u tom obliku uklanja iz toplinskog ciklusa. Štaviše, ovaj se posao tada može profitabilno koristiti za uzrok, recimo, za pogon pumpi i kompresora, kao što se radi u "hladnjaku Zysin". Ali jednostavna prigušnica apsolutno je primitivnog dizajna i ne sadrži niti jedan pokretni dio, pa stoga, što se tiče pouzdanosti, trajnosti, kao i jednostavnosti i troškova proizvodnje, proširivač ostavlja daleko iza sebe. Upravo ti razlozi obično ograničavaju opseg primjene ekspandera na moćnu kriogenu opremu, a u kućnim hladnjacima koriste se manje učinkoviti, ali praktički vječni prigušnici, koji se tamo nazivaju "kapilarne cijevi" i koji su jednostavna bakrena cijev dovoljno dugačke duljine s lumenom malog promjera (obično od 0,6 do 2 mm), što pruža potrebni hidraulički otpor za izračunati protok rashladnog sredstva.

Prednosti kompresijskih dizalica topline

Glavna prednost ove vrste toplotnih pumpi je njihova visoka efikasnost, najveća među modernim dizalicama topline. Odnos energije koja se isporučuje izvana prema ubrizganoj energiji može doseći 1: 3 - to jest, za svaki džul dovedene energije, 3 J toplote će se ispumpati iz zone hlađenja - uporedite s 0,5 J za Pelte elementi! U tom slučaju, kompresor može samostalno stajati i toplina koju stvara (1 J) ne mora se odvoditi u vanjsko okruženje na istom mjestu gdje se oslobađa 3 J topline ispumpane iz zone hlađenja.

Inače, postoji drugačija od općeprihvaćene, ali vrlo znatiželjne i uvjerljive teorije termodinamičkih pojava. Dakle, jedan od njenih zaključaka je da rad na komprimiranju plina u principu može biti samo oko 30% njegove ukupne energije. To znači da odnos isporučene i pumpane energije 1: 3 odgovara teorijskoj granici i termodinamičkim metodama prenosa toplote u principu se ne mogu poboljšati. Međutim, neki proizvođači već tvrde da postižu omjer 1: 5, pa čak i 1: 6, i to je istina - uostalom, u stvarnim ciklusima hlađenja koristi se ne samo kompresija plinovitog rashladnog sredstva, već i promjena njegove agregatno stanje, a to je posljednje suđenje je glavni ...

Mane kompresijskih dizalica topline

Nedostaci ovih toplotnih pumpi uključuju, prvo, samo prisustvo kompresora, koji neizbježno stvara buku i podložan je habanju, i drugo, potrebu za korištenjem posebnog rashladnog sredstva i održavanjem apsolutne nepropusnosti tijekom cijelog radnog puta. Međutim, kompresijski hladnjaci u domaćinstvu koji rade kontinuirano 20 godina ili više bez ikakvih popravaka nisu nimalo rijetki. Druga karakteristika je prilično velika osjetljivost na položaj u svemiru. Sa strane ili naopako, i frižider i klima uređaj verovatno neće raditi. Ali to je zbog osobenosti specifičnih dizajna, a ne zbog općeg principa rada.

Tipične toplotne pumpe i rashladni sustavi obično su dizajnirani sa svom parom rashladnog sredstva na ulazu u kompresor. Stoga velika količina neisparenog tečnog rashladnog sredstva koja ulazi u ulaz kompresora može prouzrokovati vodeni čekić u njemu i, kao rezultat, ozbiljnu štetu na uređaju. Razlog za takvu situaciju mogu biti i trošenje opreme i preniska temperatura kondenzatora - rashladno sredstvo koje ulazi u isparivač je prehladno i isparava previše tromo. Za obični hladnjak ova situacija može nastati ako ga pokušate uključiti u vrlo hladnoj sobi (na primjer, na temperaturi od oko 0 ° C i nižoj) ili ako je upravo uveden u normalnu sobu od mraza. Za toplotnu pumpu sa kompresijskim grijanjem to se može dogoditi ako njome pokušate zagrijati zaleđenu sobu, unatoč činjenici da je vani i hladno. Ne vrlo složena tehnička rješenja uklanjaju ovu opasnost, ali povećavaju cijenu dizajna, a tijekom redovnog rada masovnih kućanskih aparata za njima nema potrebe - takve situacije ne nastaju.

Upotreba kompresijskih toplotnih pumpi

Zbog svoje visoke efikasnosti, upravo je ova vrsta toplotne pumpe postala gotovo sveprisutna, istiskujući sve ostale u raznim egzotičnim područjima primene. Pa čak ni relativna složenost dizajna i njegova osjetljivost na oštećenja ne mogu ograničiti njihovu široku upotrebu - gotovo svaka kuhinja ima kompresijski hladnjak ili zamrzivač, ili čak više njih!

Apsorpcijske (difuzijske) toplotne pumpe

Radni ciklus isparavanja apsorpcione toplotne pumpe vrlo sličan radnom ciklusu gore opisanih kompresija isparavanja. Glavna razlika je u tome što ako se u prethodnom slučaju vakuum potreban za isparavanje rashladnog sredstva stvara mehaničkim usisavanjem para pomoću kompresora, tada u apsorpcijskim jedinicama ispareno rashladno sredstvo teče iz isparivača u jedinicu apsorbera, gdje je apsorbuje (apsorbuje) druga supstanca - apsorbent. Dakle, para se uklanja iz zapremine isparivača i vakuum se tamo vraća, osiguravajući isparavanje novih dijelova rashladnog sredstva. Neophodan uvjet je takav "afinitet" rashladnog sredstva i apsorbenta, tako da bi sile njihovog vezivanja tijekom apsorpcije mogle stvoriti značajan vakuum u zapremini isparivača. Povijesno gledano, prvi i još uvijek često korišteni par supstanci su amonijak NH3 (rashladno sredstvo) i voda (upijajuće sredstvo). Kada se apsorbuju, pare amonijaka rastvaraju se u vodi, prodirući (difundirajući) u njenu debljinu. Iz ovog procesa je došlo alternativna imena takve toplotne pumpe - difuzija ili apsorpcija-difuzija.
Da bi se rashladno sredstvo (amonijak) i apsorbent (voda) ponovo razdvojili, istrošena i amonijakom bogata smjesa amonijaka i vode zagrijava se u desorberu od vanjskog izvora toplotne energije do ključanja, a zatim se donekle ohladi. Voda se prvo kondenzira, ali na visokim temperaturama neposredno nakon kondenzacije, ona može zadržati vrlo malo amonijaka, pa većina amonijaka ostaje u obliku pare. Ovdje se frakcija tekućine pod pritiskom (voda) i plinovita frakcija (amonijak) odvajaju i odvojeno hlade do sobne temperature. Ohlađena voda s malim udjelom amonijaka šalje se u apsorber, a amonijak, kada se ohladi u kondenzatoru, postaje tečnost i ulazi u isparivač. Tamo tlak pada, a amonijak isparava, ponovno hladeći isparivač i uzima toplinu izvana. Zatim se pare amonijaka ponovo kombiniraju s vodom, uklanjajući višak para amonijaka iz isparivača i održavajući tamo nizak pritisak. Otopina obogaćena amonijakom ponovo se šalje striptizetu na odvajanje. U principu, za desorpciju amonijaka nije potrebno otopinu prokuhati, dovoljno je samo zagrijati je blizu točke ključanja, a "višak" amonijaka isparit će iz vode. Ali ključanje omogućava najbrže i najefikasnije razdvajanje. Kvaliteta takvog odvajanja glavni je uvjet koji određuje vakuum u isparivaču, a samim tim i efikasnost apsorpcijske jedinice te su mnogi trikovi u dizajnu usmjereni upravo na to. Kao rezultat toga, u smislu organizacije i broja faza radnog ciklusa, apsorpciono-difuzijske toplotne pumpe su možda najsloženija od svih uobičajenih vrsta takve opreme.

"Vrhunac" principa rada je da se ovdje stvara zagrijavanje radnog zagrijavanja (do njegovog ključanja). U ovom slučaju vrsta izvora grijanja nije kritična - može čak biti i otvorena vatra (plamen plamenika), pa upotreba električne energije nije potrebna. Da bi se stvorila potrebna razlika pritiska koja određuje kretanje radne tečnosti, ponekad se mogu koristiti mehaničke pumpe (obično u moćnim instalacijama s velikim količinama radne tečnosti), a ponekad, posebno u kućnim hladnjacima, elementi bez pokretnih dijelova (termosifoni ).

Apsorpciono-difuzijska rashladna jedinica (ADKhA) hladnjaka "Morozko-ZM". 1 - izmjenjivač toplote; 2 - zbirka rješenja; 3 - akumulator vodonika; 4 - apsorber; 5 - regenerativni izmjenjivač topline plina; 6 - refluksni kondenzator ("odmašćivač"); 7 - kondenzator; 8 - isparivač; 9 - generator; 10 - termosifon; 11 - regenerator; 12 - cijevi slabe otopine; 13 - cijev za odvod pare; 14 - električni grijač; 15 - toplotna izolacija.

Prve apsorpcijske rashladne mašine (ABHM) na bazi smjese amonijaka i vode pojavile su se u drugoj polovini 19. vijeka. U svakodnevnom životu, zbog toksičnosti amonijaka, u to doba nisu imali veliku distribuciju, ali su se vrlo široko koristili u industriji, pružajući hlađenje na –45 ° S. U jednostepenom ABHM, teoretski, maksimalni rashladni kapacitet jednak je količini toplote koja se troši na grijanje (u stvarnosti je, naravno, mnogo manja). Upravo je ta činjenica ojačala povjerenje branitelja u samu formulaciju drugog zakona termodinamike, koja je spomenuta na početku ove stranice. Međutim, apsorpcijske toplotne pumpe sada su prevladale ovo ograničenje. Pedesetih godina 20. stoljeća pojavio se efikasniji dvostupanjski (dva kondenzatora ili dva apsorbera) litijum-bromid ABKhM (rashladno sredstvo je voda, upijajući litij-bromid LiBr). Trofazne varijante ABHM patentirane su u periodu 1985-1993. Njihovi prototipni uzorci superiorni su u efikasnosti od dvostupanjskih za 30-50% i bliski su masnim modelima kompresijskih jedinica.

Prednosti apsorpcionih dizalica topline

Glavna prednost apsorpcionih dizalica topline je sposobnost da za svoj rad koriste ne samo skupu električnu energiju, već i bilo koji izvor toplote dovoljne temperature i snage - pregrejanu ili izduvnu paru, plamen plina, benzina i bilo koje druge gorionike - do ispušnih plinova plinovi i besplatna solarna energija.

Druga prednost ovih jedinica, posebno vrijedna u domaćim primjenama, je sposobnost stvaranja struktura koje ne sadrže pokretne dijelove, pa su stoga praktički nečujne (u sovjetskim modelima ove vrste, ponekad biste mogli čuti tiho žubor ili blago šištanje, ali, naravno, to ne ide ni u usporedbi s bukom kompresora koji radi).

Konačno, u modelima za domaćinstvo radna tekućina (obično smjesa amonijak-voda s dodatkom vodika ili helija) u tamo korištenim količinama ne predstavlja veliku opasnost za druge, čak ni u slučaju hitne depresure radnog dijela (to prati vrlo neugodan smrad, tako da ne primijetite jako curenje nemoguće, a prostorija s hitnom jedinicom morat će napustiti i provjetravati "automatski"; ultra niske koncentracije amonijaka su prirodne i apsolutno bezopasne). U industrijskim postrojenjima količine amonijaka su velike i koncentracija amonijaka tijekom curenja može biti kobna, ali u svakom slučaju, amonijak se smatra ekološkim - vjeruje se da, za razliku od freona, ne uništava ozonski omotač i ne uništava uzrokuju efekat staklene bašte.

Mane apsorpcionih toplotnih pumpi

Glavni nedostatak ove vrste toplotne pumpe - manja efikasnost u odnosu na kompresiju.

Drugi nedostatak je složenost dizajna same jedinice i prilično veliko korozijsko opterećenje radne tečnosti, bilo da je potrebna upotreba skupih i teško obradivih materijala otpornih na koroziju, bilo da je radni vijek jedinice smanjen na 5. .7 godina. Kao rezultat toga, ispada da su troškovi "hardvera" mnogo veći od troškova kompresorskih postrojenja istog kapaciteta (prije svega, to se tiče moćnih industrijskih jedinica).

Treće, mnogi su dizajni vrlo kritični za postavljanje tokom instalacije - posebno su neki modeli kućnih hladnjaka zahtijevali ugradnju strogo vodoravno i odbili su raditi čak i nakon odstupanja od nekoliko stepeni. Korištenje prisilnog kretanja radnog fluida uz pomoć pumpi u velikoj mjeri ublažava ozbiljnost ovog problema, ali podizanje bešumnim termosifonom i odvođenje gravitacijom zahtijeva vrlo pažljivo poravnavanje jedinice.

Za razliku od mašina za kompresiju, apsorpcione mašine se ne boje toliko preniskih temperatura - njihova efikasnost se jednostavno smanjuje. Ali nisam uzalud stavio ovaj odlomak u odjeljak s nedostacima, jer to ne znači da mogu raditi na žestokoj hladnoći - na hladnoći će se vodena otopina amonijaka banalno smrznuti, za razliku od freona koji se koriste u kompresorskim mašinama, tačka smrzavanja koja je obično ispod -100 ° C. Istina, ako led ništa ne razbije, tada će nakon odmrzavanja apsorpcijska jedinica nastaviti raditi, čak i ako cijelo to vrijeme nije odvojena od mreže, jer u njoj nema mehaničkih pumpi i kompresora, a grijanje snaga u modelima za domaćinstvo je dovoljno mala da zakuha u području gdje grijač nije postao preintenzivan. Međutim, sve to već ovisi o značajkama određenog dizajna ...

Upotreba apsorpcionih toplotnih pumpi

Uprkos nešto nižoj efikasnosti i relativno višim troškovima u odnosu na kompresorske jedinice, upotreba apsorpcionih toplotnih aparata apsolutno je opravdana tamo gdje nema električne energije ili kada postoje velike količine otpadne toplote (otpadna para, vrući izduvni ili dimni plinovi, itd. do predsolarnog grijanja). Posebno se proizvode posebni modeli hladnjaka, pogonjeni plinskim plamenicima, namijenjeni putnicima, automobilistima i nautičarima.

Trenutno u Evropi plinski kotlovi ponekad se zamijene apsorpcijskim dizalicama topline zagrijanim iz plinskog plamenika ili dizel goriva - omogućuju ne samo iskorištavanje toplote izgaranja goriva, već i „pumpanje” dodatne topline s ulice ili iz dubine zemlje !

Kao što pokazuje iskustvo, u svakodnevnom životu opcije s električnim grijanjem su prilično konkurentne, prvenstveno u rasponu malih snaga - negdje od 20 do 100 W. Manji potencijali su domena termoelektričnih elemenata, a kod većih snaga prednosti kompresijskih sistema i dalje su bezuvjetne. Konkretno, među sovjetskim i postsovjetskim markama hladnjaka ovog tipa bili su popularni "Morozko", "Sever", "Crystal", "Kiev" s tipičnom zapreminom rashladne komore od 30 do 140 litara, iako postoje modeli za 260 litara ("Crystal-12"). Inače, prilikom procjene potrošnje energije vrijedi uzeti u obzir činjenicu da kompresijski hladnjaci gotovo uvijek rade u kratkotrajnom načinu rada, dok su apsorpcijski hladnjaci obično uključeni mnogo dulje vrijeme ili uglavnom rade kontinuirano. Stoga, čak i ako je nazivna snaga grijača mnogo manja od snage kompresora, omjer prosječne dnevne potrošnje energije može biti sasvim drugačiji.

Vrtložne toplotne pumpe

Vrtložne toplotne pumpe koristite Ranque efekt za odvajanje toplog i hladnog vazduha. Suština efekta leži u činjenici da se plin koji se tangencijalno dovodi u cijev velikom brzinom uskovitlava i odvaja unutar cijevi: ohlađeni plin se može uzeti iz središta cijevi, a zagrijani plin s periferije. Isti se učinak, iako u mnogo manjoj mjeri, odnosi i na tekućine.

Prednosti vrtložnih toplotnih pumpi

Glavna prednost ove vrste toplotne pumpe je jednostavnost dizajna i visoke performanse. Vrtložna cijev ne sadrži pokretne dijelove, što joj osigurava visoku pouzdanost i dugi vijek trajanja. Vibracije i položaj u svemiru praktično nemaju utjecaja na njegov rad.

Snažni protok zraka dobro sprečava smrzavanje, a učinkovitost vrtložnih cijevi slabo ovisi o temperaturi ulaznog protoka. Takođe je vrlo važno da ne postoje osnovna temperaturna ograničenja povezana sa hipotermijom, pregrevanjem ili smrzavanjem radne tečnosti.

U nekim slučajevima ulogu igra mogućnost postizanja rekordno visokog odvajanja temperature u jednoj fazi: u literaturi se podaci o hlađenju daju za 200 ° i više. Obično se u jednoj fazi vazduh hladi za 50..80 ° S.

Mane vrtložnih toplotnih pumpi

Nažalost, efikasnost ovih uređaja sada je primjetno inferiorna u odnosu na efikasnost komora za isparavanje. Pored toga, za efikasan rad potrebna im je velika brzina punjenja radne tečnosti. Maksimalna efikasnost se opaža pri ulaznoj brzini protoka koja je jednaka 40..50% brzine zvuka - takav protok sam stvara puno buke, a osim toga, potreban je efikasan i moćan kompresor - uređaj takođe nije znači tih i prilično hirovit.

Nedostatak općeprihvaćene teorije ovog fenomena, pogodne za praktičnu inženjersku upotrebu, čini dizajn takvih jedinica uglavnom empirijskom vježbom, gdje rezultat u velikoj mjeri ovisi o sreći: "pogađanje - ne pogađanje". Više ili manje pouzdan rezultat daje samo reprodukcija već stvorenih uspješnih uzoraka, a rezultati pokušaja značajne promjene određenih parametara nisu uvijek predvidljivi i ponekad izgledaju paradoksalno.

Upotreba vrtložnih toplotnih pumpi

Međutim, upotreba takvih uređaja sada se širi. Opravdani su prvenstveno tamo gdje već ima plina pod pritiskom, kao i u raznim industrijama opasnim od požara i eksplozije - uostalom, dovod struje zraka pod pritiskom u opasno područje često je mnogo sigurniji i jeftiniji od povlačenja zaštićenih električnih ožičenja tamo i ugradnja elektromotora u posebnom dizajnu ...

Ograničenja efikasnosti toplotne pumpe

Zašto se toplotne pumpe još uvijek ne koriste široko za grijanje (možda jedina relativno česta klasa takvih uređaja su klima uređaji s pretvaračem)? Postoji nekoliko razloga za to, a osim subjektivnih povezanih s nedostatkom tradicije grijanja uz pomoć ove tehnike, postoje i objektivni, od kojih su glavni smrzavanje hladnjaka i relativno uska temperatura raspon za efikasan rad.

U vrtložnim (prvenstveno plinskim) instalacijama obično nema problema s pothlađivanjem i smrzavanjem. Ne koriste promjenu agregacijskog stanja radne tečnosti, a snažan protok zraka obavlja funkcije sistema "Bez smrzavanja". Međutim, njihova je efikasnost mnogo niža od efikasnosti toplotnih pumpi s isparavanjem.

Hipotermija

U isparljivim toplotnim pumpama visoka efikasnost osigurava se promenom agregatnog stanja radne tečnosti - prelaskom iz tečnosti u gas i obrnuto. Sukladno tome, ovaj postupak je moguć u relativno uskom temperaturnom rasponu. Na previsokim temperaturama, radni fluid će uvijek ostati plinovit, a na preniskim temperaturama će isparavati s velikim poteškoćama ili će se čak smrznuti. Kao rezultat toga, kada temperatura prijeđe optimalni opseg, energetski najučinkovitiji fazni prijelaz postaje težak ili potpuno isključen iz radnog ciklusa, a učinkovitost kompresorske jedinice značajno opada, a ako rashladno sredstvo ostaje stalno tekuće, tada uopće neće raditi.

Zamrzavanje

Izdvajanje toplote iz vazduha

Čak i ako temperature svih jedinica toplotne pumpe ostanu unutar potrebnih granica, tokom rada jedinica za odvođenje toplote - isparivač - uvijek je prekrivena kapljicama vlage koje se kondenziraju iz okolnog zraka. Ali tečna voda sama teče iz nje, ne ometajući posebno prenos toplote. Kada temperatura isparivača postane preniska, kondenzat se smrzava i novokondenzirana vlaga odmah se pretvara u mraz koji ostaje na isparivaču, postupno formirajući gusti snježni "kaput" - upravo se to događa u zamrzivaču obični frižider. Kao rezultat, efikasnost izmjene topline je značajno smanjena, a zatim je potrebno zaustaviti rad i otopiti isparivač. U pravilu, u isparivaču hladnjaka temperatura pada za 25..50 ° C, a u klima uređajima je zbog njihove specifičnosti temperaturna razlika manja - 10..15 ° C. Znajući to, postaje jasno zašto većina klima uređaja ne može se podesiti na temperaturu nižu +13 .. + 17 ° S - ovaj prag postavili su njihovi dizajneri kako bi se izbjeglo zaleđivanje isparivača, jer režim odmrzavanja obično nije predviđen. To je jedan od razloga zašto gotovo svi klima uređaji s inverterskim načinom rada ne rade ni na ne baš visokim negativnim temperaturama - samo na vrlo novije vrijeme počeli su se pojavljivati \u200b\u200bmodeli dizajnirani za rad na temperaturama do –25 ° C. U većini slučajeva, već na –5 ..– 10 ° C, troškovi energije za odmrzavanje postaju usporedivi s količinom topline pumpane s ulice, a ispumpavanje topline s ulice ispada neučinkovito, pogotovo ako je vlažnost vanjskog zraka blizu 100%, - tada je vanjski kolektor toplote posebno brzo prekriven ledom.

Izdvajanje toplote iz tla i vode

S tim u vezi, toplina iz dubina zemlje sve se više smatra izvorom "hladne toplote" koji ne smrzava toplotne pumpe. U ovom slučaju, nikako ne mislimo na zagrijane slojeve zemljine kore smještene na dubini od mnogo kilometara, pa čak ni na geotermalne izvore vode (iako bi, ako imate sreće i oni su u blizini, bilo glupo zanemariti takav dar sudbine). To se odnosi na "normalnu" toplinu slojeva tla smještenih na dubini od 5 do 50 metara. Kao što znate, u srednjoj traci tlo na takvim dubinama ima temperaturu od oko + 5 ° C, što se vrlo malo mijenja tokom godine. U južnijim regijama ova temperatura može doseći + 10 ° C i više. Dakle, temperaturna razlika između ugodnih + 25 ° C i tla oko hladnjaka je vrlo stabilna i ne prelazi 20 ° C bez obzira na mraz izvan prozora (treba imati na umu da je obično temperatura na izlazu toplotne pumpe je +50 .. + 60 ° S, ali i temperaturne razlike od 50 ° C sasvim je sposoban za toplotne pumpe, uključujući moderne kućne hladnjake, koji mirno pružaju -18 ° C u zamrzivaču kada je sobna temperatura iznad + 30 ° C).

Međutim, ako zakopate jedan kompaktni, ali snažni izmjenjivač topline, teško da ćete moći postići željeni efekt. Zapravo, hladnjak u ovom slučaju djeluje kao isparivač zamrzivača, a ako na mjestu gdje se nalazi nema snažnog dotoka toplote (geotermalni izvor ili podzemna rijeka), brzo će smrznuti okolno tlo, što će završiti sa svim pumpanjem toplote. Rješenje može biti izvlačenje topline ne iz jedne točke, već ravnomjerno iz velike podzemne zapremine, međutim, troškovi izgradnje hladnjaka koji pokriva hiljade kubnih metara tla na znatnoj dubini, ovo će rješenje najvjerojatnije učiniti apsolutno neisplativim ekonomski. Jeftinija opcija je bušenje nekoliko bušotina na razmacima od nekoliko metara jedna od druge, kao što je to učinjeno u eksperimentalnoj "aktivnoj kući" u blizini Moskve, ali ni to nije jeftino - svi koji su kod kuće napravili bunar za vodu mogu samostalno procijeniti troškovi stvaranja geotermalnih polja iz najmanje desetak bunara od 30 metara. Pored toga, konstantno odvajanje toplote, iako manje snažno nego u slučaju kompaktnog izmjenjivača toplote, i dalje će sniziti temperaturu tla oko hladnjaka u odnosu na prvobitni. To će dovesti do smanjenja efikasnosti toplotne pumpe tokom njenog dugotrajnog rada, a period stabilizacije temperature na novom nivou može potrajati nekoliko godina, tokom kojih će se uslovi za odvođenje topline pogoršati. Međutim, može se pokušati djelomično nadoknaditi zimski gubici topline pojačanim pumpanjem do dubine ljetnih vrućina. Ali čak i bez uzimanja u obzir dodatne potrošnje energije za ovaj postupak, korist od njega neće biti prevelika - toplotni kapacitet prizemnog akumulatora toplote razumne veličine prilično je ograničen i očito nije dovoljan za cijelu rusku zimu , iako je takvo opskrba toplinom još uvijek bolja od ničega. Pored toga, ovde je od velike važnosti nivo, zapremina i brzina protoka podzemne vode - obilno navlaženo tlo sa dovoljno velikom brzinom protoka neće dozvoliti stvaranje "rezervi za zimu" - tekuća voda će sa sobom odvoditi pumpanu toplotu (čak i oskudno kretanje podzemne vode za 1 metar dnevno u samo tjedan dana odnijet će uskladištenu toplinu u stranu za 7 metara i to će biti izvan radnog područja izmjenjivača topline). Istina, isti protok podzemne vode smanjit će stupanj hlađenja tla zimi - novi dijelovi vode donijet će novu toplinu koju primaju daleko od izmjenjivača topline. Stoga, ako se u blizini nalazi duboko jezero, veliki ribnjak ili rijeka koja se nikada ne smrzava na dno, onda je bolje ne kopati zemlju, već u rezervoar postaviti relativno kompaktni izmjenjivač toplote - za razliku od nepomičnog tla, čak u stajaćem ribnjaku ili jezeru, konvekcija slobodne vode može osigurati mnogo efikasnije opskrbu izmjenjivačem topline iz značajne zapremine rezervoara. Ali ovdje je neophodno osigurati da se izmjenjivač topline ni pod kojim okolnostima ne ohladi do tačke smrzavanja vode i neće početi lediti, jer je razlika između konvekcijskog prijenosa toplote u vodi i prijenosa topline ledenog sloja je ogroman (istodobno, toplotna provodljivost smrznutog i odmrznutog tla često se ne razlikuje toliko jako, a pokušaj korištenja ogromne topline kristalizacije vode u ekstrakciji topline iz zemlje pod određenim uvjetima može se opravdati).

Kako radi geotermalna dizalica topline na osnovu sakupljanja toplote iz tla ili vode i prenosa na sistem grejanja zgrade. Da bi sakupila toplotu, tečnost protiv smrzavanja teče kroz cev koja se nalazi u zemljištu ili vodenom tijelu u blizini zgrade do toplotne pumpe. Dizalica topline, poput hladnjaka, hladi tekućinu (uklanja toplinu), dok se tekućina hladi za oko 5 ° C. Tečnost ponovo teče kroz cijev u vanjskom tlu ili vodi, vraća temperaturu i ponovo teče do toplotne pumpe. Toplina koju oduzima toplotna pumpa prenosi se na sistem grijanja i / ili na grijanje tople vode.

Moguće je izvlačiti toplinu iz podzemne vode - podzemna voda temperature oko 10 ° C dovodi se iz bunara na toplotnu pumpu koja vodu hladi na +1 ... + 2 ° C, a vodu vraća pod zemlju . Bilo koji objekt čija je temperatura viša od minus dvjesto sedamdeset i tri stepena Celzijusa - takozvana "apsolutna nula", ima toplotnu energiju.

Odnosno, toplotna pumpa može uklanjati toplinu sa bilo kojeg predmeta - zemlje, vode, leda, kamena itd. Ako zgradu, na primjer, ljeti treba hladiti (kondicionirati), tada se događa suprotan proces - toplina se uzima iz zgrade i ispušta u zemlju (rezervoar). Ista dizalica topline može raditi zimi za grijanje, a ljeti za hlađenje zgrade. Očito je da toplotna pumpa može zagrijavati vodu za opskrbu toplom vodom za kućanstvo, klima uređaj preko ventilatora, zagrijavati bazen, hladiti, na primjer klizalište, grijati krovove i ledene staze ...
Jedna oprema može obavljati sve funkcije grijanja i hlađenja zgrade.

Situacija je takva da je trenutno najpopularniji način grijanja kuće upotreba kotlova za grijanje - na plin, kruto gorivo, dizel i mnogo rjeđe - na električne. Ali tako jednostavni i istovremeno visokotehnološki sistemi poput toplotnih pumpi nisu dobili široku distribuciju, i uzalud. Oni koji vole i znaju sve izračunati unaprijed, njihove su prednosti očigledne. Toplinske pumpe za grijanje ne sagorijevaju nezamjenjive rezerve prirodnih resursa, što je izuzetno važno ne samo sa stanovišta zaštite okoliša, već štedi i na energetskim izvorima, jer oni svake godine poskupljuju. Uz to, pomoću toplotnih pumpi možete ne samo zagrijati sobu, već i zagrijati toplu vodu za potrebe domaćinstva, te kondicionirati sobu u ljetnim vrućinama.

Kako radi toplotna pumpa

Zadržimo se malo detaljnije na principu rada toplotne pumpe. Sjetite se kako radi hladnjak. Toplina proizvoda smještenih u njega ispumpava se i odvodi u radijator smješten na stražnjem zidu. Lako je to provjeriti dodirom. Klima uređaji za domaćinstvo imaju sličan princip: izbacuju toplinu iz prostorije i izbacuju je na radijator smješten na vanjskom zidu zgrade.

Rad toplotne pumpe, hladnjaka i klima uređaja zasnovan je na Carnotovom ciklusu.

1. Rashladno sredstvo, krećući se duž izvora toplote s niskim temperaturama, na primjer tla, zagrijava se za nekoliko stepeni.
2. Zatim ulazi u izmjenjivač toplote koji se naziva isparivač. U isparivaču rashladna tekućina prenosi akumuliranu toplinu na rashladno sredstvo. Rashladno sredstvo je posebna tečnost koja se na niskim temperaturama pretvara u paru.
3. Preuzevši temperaturu iz rashladne tečnosti, zagrijano rashladno sredstvo pretvara se u paru i ulazi u kompresor. Rashladno sredstvo je komprimirano u kompresoru, tj. porast pritiska, zbog čega mu raste i temperatura.
4. Vruće komprimirano rashladno sredstvo ulazi u drugi izmjenjivač topline koji se naziva kondenzator. Ovdje rashladna tekućina odaje toplinu drugoj rashladnoj tečnosti koja je osigurana u sustavu kućnog grijanja (voda, antifriz, zrak). To hladi rashladno sredstvo i pretvara ga nazad u tečnost.
5. Dalje, rashladno sredstvo ulazi u isparivač, gdje se zagrijava novim dijelom zagrijane rashladne tekućine, i ciklus se ponavlja.

Za rad toplotne pumpe potrebna je električna energija. Ali ovo je i dalje mnogo isplativije od korištenja samo električne grijalice. Budući da električni kotao ili električni grijač troše potpuno istu količinu električne energije kao što odaje toplinu. Na primjer, ako je na grijaču zapisana snaga od 2 kW, on troši 2 kW na sat i proizvodi 2 kW topline. Toplotna pumpa proizvodi 3 - 7 puta više toplote nego što troši električnu energiju. Na primjer, 5,5 kW / h koristi se za rad kompresora i pumpe, a dobiva se 17 kW / h topline. Upravo je ta visoka efikasnost glavna prednost toplotne pumpe.

Prednosti i nedostaci sistema grijanja "toplotne pumpe"

Mnogo je legendi i zabluda oko toplotnih pumpi, uprkos činjenici da to nije tako inovativan i visokotehnološki izum. Uz pomoć toplotnih pumpi zagrijavaju se sve „tople“ države u SAD-u, praktički u čitavoj Evropi i Japanu, gdje je tehnologija razrađena gotovo do idealnog i dugo vremena. Usput, nemojte misliti da je takva oprema čisto strana tehnologija i da nam je došla sasvim nedavno. Zapravo, čak su se i u SSSR-u takve jedinice koristile u eksperimentalnim objektima. Primjer za to je lječilište Druzhba u gradu Jalta. Pored futurističke arhitekture, koja podsjeća na "kolibu na pilećim nogama", ovaj je sanatorij poznat i po tome što od 80-ih godina 20. stoljeća koristi industrijske toplotne pumpe za grijanje. Izvor toplote je obližnje more, a sama crpna stanica ne samo da zagrijava sve prostorije sanatorija, već pruža i toplu vodu, zagrijava vodu u bazenu i hladi je u vrućem periodu. Pokušajmo razbiti mitove i utvrditi ima li smisla grijati dom na ovaj način.

Prednosti sistema grijanja sa toplotnom pumpom:

• Ušteda energije.U vezi s rastom cijena plina i dizel goriva, vrlo bitna prednost. U koloni "mjesečni troškovi" bit će navedena samo električna energija kojoj je, kao što smo već napisali, potrebno mnogo manje od stvarno proizvedene toplotne energije. Pri kupnji jedinice potrebno je obratiti pažnju na takav parametar kao što je koeficijent transformacije topline "ϕ" (može se nazvati i koeficijentom pretvorbe topline, koeficijentom snage ili temperature). Prikazuje odnos između količine toplotne energije i potrošene energije. Na primjer, ako je ϕ \u003d 4, tada ćemo pri potrošnji od 1 kW / h dobiti 4 kW / h toplinske energije.
• Ušteda na održavanju... Toplotna pumpa ne zahtijeva nikakav poseban tretman. Troškovi održavanja su minimalni.
• Može se instalirati na bilo kojoj lokaciji... Izvori toplote na niskim temperaturama za rad toplotne pumpe mogu biti tlo, voda ili vazduh. Gdje god izgradite kuću, čak i na stjenovitom terenu, uvijek postoji prilika da pronađete "hranu" za jedinicu. U području udaljenom od magistralnog plina, ovo je jedan od najoptimalnijih sistema grijanja. Čak i u regijama bez dalekovoda, benzinski ili dizel motor može se instalirati kako bi kompresor radio.
• Nije potrebno nadzirati rad pumpe, dodajte gorivo, kao što je slučaj sa kotlom na čvrsto gorivo ili dizel gorivom. Cijeli sustav grijanja toplotnom pumpom je automatiziran.
• Možete otići na duže vrijeme i ne bojte se da će se sistem zamrznuti. U isto vrijeme možete uštedjeti novac instaliranjem pumpe koja osigurava temperaturu od + 10 ° C u dnevnoj sobi.
• Sigurno za okoliš. Za usporedbu, pri korištenju tradicionalnih kotlova koji sagorijevaju gorivo, uvijek se stvaraju različiti oksidi CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, što rezultira fosfornom, azotnom, sumpornom kiselinom i benzojskim spojevima koji se talože na tlu oko kuće. Dok radi toplotna pumpa, ne emituje se ništa. A rashladna sredstva koja se koriste u sistemu su apsolutno sigurna.
• Ovdje takođe možete napomenuti očuvanje nezamjenjivih prirodnih resursa planete.
• Sigurnost ljudi i imovine... U toplotnoj pumpi ništa se ne zagrijava dovoljno da izazove pregrijavanje ili eksploziju. Pored toga, u njemu jednostavno nema što eksplodirati. Tako se može klasificirati kao potpuno vatrootporna jedinica.
• Toplotne pumpe uspješno rade čak i na temperaturi okoline od -15 ° C... Dakle, ako se nekome čini da takav sistem može zagrijati kuću samo u regijama s toplim zimama do +5 ° C, onda griješi.
• Reverzibilnost toplotne pumpe... Neosporna prednost je svestranost jedinice uz pomoć koje je moguće grejati i zimi i hladiti ljeti. U vrućim danima toplotna pumpa uzima toplotu iz prostorije i usmerava je u zemlju za skladištenje, odakle će je ponovo uzimati zimi. Imajte na umu da nisu sve toplotne pumpe reverzibilne, već samo neki modeli.
• Trajnost... Uz pravilnu njegu, toplotne pumpe sistema grijanja mogu živjeti od 25 do 50 godina bez većih popravaka, a samo jednom u 15 do 20 godina bit će potrebna zamjena kompresora.

Mane toplotnih pumpi:

• Veliko početno ulaganje. Pored činjenice da su cijene toplotnih pumpi za grijanje prilično visoke (od 3.000 do 10.000 USD), pored uređenja geotermalnog sistema, morat ćete potrošiti ni manje ni više nego sama pumpa. Izuzetak je toplotna pumpa za izvor zraka koja ne zahtijeva dodatni rad. Toplotna pumpa se neće uskoro isplatiti (za 5 - 10 godina). Dakle, odgovor na pitanje da li koristiti toplotnu pumpu za grijanje ili ne, prije ovisi o preferencijama vlasnika, njegovim financijskim mogućnostima i uvjetima gradnje. Na primjer, u regiji u kojoj opskrba plinovodom i priključak na njega košta jednako kao toplotna pumpa, ima smisla dati prednost ovoj drugoj.

• U regijama u kojima temperatura zimi pada ispod -15 ° C, mora se koristiti dodatni izvor toplote... To se zove dvovalentni sistem grijanja, u kojem dizalica topline pruža toplinu dok je na otvorenom do -20 ° C, a kada zakaže, na primjer, priključen je električni grijač ili plinski kotao ili generator topline.

• Najbolje je koristiti toplotnu pumpu u sistemima sa niskotemperaturnim nosačem toplote, kao što su sistem podnog grijanja (+35 ° C) i ventilokonvektori (+35 - +45 ° S). Jedinice ventilatorasu ventilatorski konvektor u kojem se toplina / hladnoća prenosi iz vode u zrak. Za opremanje takvog sustava u staroj kući bit će potrebna kompletna obnova i rekonstrukcija, što će za sobom povući dodatne troškove. To nije nedostatak prilikom gradnje novog doma.
• Ekološke toplotne pumpeuzimanje toplote iz vode i tla, donekle relativno. Činjenica je da se u procesu rada prostor oko cijevi s rashladnom tekućinom hladi, a to narušava uspostavljeni ekosustav. Zaista, čak i u dubini tla, anaerobni mikroorganizmi žive, pružajući vitalnu aktivnost složenijih sistema. S druge strane, u poređenju sa proizvodnjom plina ili nafte, šteta od toplotne pumpe je minimalna.

Izvori topline za rad toplotne pumpe

Toplinske pumpe uzimaju toplinu iz prirodnih izvora koji akumuliraju sunčevo zračenje tokom tople sezone. Toplinske pumpe se također razlikuju ovisno o izvoru topline.

Grundiranje

Tlo je najstabilniji izvor toplote koji se akumulira tokom sezone. Na dubini od 5 - 7 m temperatura tla je gotovo uvijek konstantna i jednaka približno +5 - + 8 ° S, a na dubini od 10 m uvijek je konstantna + 10 ° S. Postoje dva načina za prikupljanje toplote iz zemlje.

Vodoravni sakupljač tla je vodoravno položena cijev kroz koju rashladna tekućina cirkulira. Dubina vodoravnog kolektora izračunava se pojedinačno, ovisno o uvjetima, ponekad je 1,5 - 1,7 m - dubina smrzavanja tla, ponekad niža - 2 - 3 m kako bi se osigurala veća temperaturna stabilnost i manje razlike, a ponekad samo 1 - 1,2 m - ovdje se tlo počinje brže zagrijavati u proljeće. Postoje slučajevi kada je opremljen dvoslojni vodoravni kolektor.

Horizontalne kolektorske cijevi dostupne su u različitim promjerima od 25 mm, 32 mm i 40 mm. Oblik njihovog izgleda također može biti različit - zmija, petlja, cik-cak, razne spirale. Udaljenost između cijevi u zmiji treba biti najmanje 0,6 m, a obično 0,8 - 1 m.

Specifično uklanjanje toplote sa svakog tekućeg metra cijevi ovisi o strukturi tla:

• Suvi pijesak - 10 W / m;
• Suva glina - 20 W / m;
• Glina je vlažnija - 25 W / m;
• Glina s vrlo visokim sadržajem vode - 35 W / m.

Za grijanje kuće površine 100 m2, pod uvjetom da je tlo mokra glina, trebat će vam 400 m2 površine parcele za kolektor. Ovo je prilično puno - 4 - 5 ara. A s obzirom na činjenicu da na ovom mjestu ne bi trebalo biti zgrada i dopušteni su samo travnjak i cvjetnjaci s jednogodišnjim cvijećem, onda ne mogu svi priuštiti opremanje vodoravnog kolektora.

Posebna tečnost teče kroz cijevi kolektora, ona se također naziva "salamura" ili antifriznpr. 30% otopina etilen glikola ili propilen glikola. "Rasol" sakuplja toplotu zemlje i usmerava se na toplotnu pumpu, gde je prebacuje u rashladno sredstvo. Ohlađena "salamura" teče nazad u kolektor zemlje.

Vertikalna sonda za uzemljenje je sistem cijevi zakopanih na 50 - 150 m. To može biti samo jedna cijev u obliku slova U, spuštena na veliku dubinu od 80 - 100 m i ispunjena betonom. Ili možda sistem cijevi u obliku slova U, spuštenih 20 m za prikupljanje energije s većeg područja. Bušenje na dubini od 100 - 150 m ne samo da je skupo, već zahtijeva i posebnu dozvolu, zbog čega često idu na trik i opremaju nekoliko plitkih sondi. Udaljenost između takvih sondi je 5 - 7 m.

Specifično uklanjanje toplote od vertikalnog kolektora također ovisi o stijeni:

• Suve sedimentne stijene - 20 W / m;
• Sedimentne stijene zasićene vodom i kamenitim tlom - 50 W / m;
• Kameno tlo sa visokim koeficijentom toplotne provodljivosti - 70 W / m;
• Podzemne (presovane) vode - 80 W / m.

Površina vertikalnog kolektora je vrlo mala, ali troškovi njihovog uređenja veći su od troškova vodoravnog kolektora. Prednost vertikalnog kolektora je i stabilnija temperatura i veća toplotna snaga.

Voda

Postoji mnogo načina da se voda koristi kao izvor toplote.

Kolektor na dnu otvorenog rezervoara koji se ne smrzava - rijeke, jezera, mora - predstavlja cijevi sa „slanicom“, potopljene uz pomoć tereta. Zbog visoke temperature rashladne tečnosti, ova metoda je najisplativija i najekonomičnija. Samo oni od kojih rezervoar nije udaljen više od 50 m mogu opremiti kolektor vode, inače će se izgubiti efikasnost instalacije. Kao što razumijete, nemaju svi takve uslove. Ali ne koristiti toplotne pumpe za stanovnike obale jednostavno je kratkovidno i glupo.

Kanalizacijski kolektor ili otpadne vode nakon tehničkih instalacija mogu se koristiti za grijanje kuća, pa čak i visokih zgrada i industrijskih preduzeća u gradu, kao i za pripremu tople vode. Šta se uspješno radi u nekim gradovima naše domovine.

Bunar ili podzemna voda koristi se rjeđe od ostalih kolektora. Takav sistem podrazumijeva izgradnju dva bunara, iz jednog se uzima voda koja svoju toplinu prenosi na rashladno sredstvo u toplotnoj pumpi, a ohlađena voda ispušta se u drugi. Umjesto bunara, može postojati filtracioni bunar. U svakom slučaju, ispusni bunar treba nalaziti na udaljenosti od 15 - 20 m od prvog, pa čak i nizvodno (podzemne vode takođe imaju svoj tok). Ovim je sistemom prilično teško upravljati, jer se mora nadzirati kvalitet vode koja se isporučuje - mora se filtrirati, a dijelovi toplotne pumpe (isparivač) moraju biti zaštićeni od korozije i onečišćenja.

Zrak

Najjednostavniji dizajn je sistem grijanja toplotne pumpe sa izvorom zraka... Nije potreban dodatni razvodnik. Zrak iz okoline ide direktno u isparivač, gdje on prenosi svoju toplinu na rashladno sredstvo, a ono zauzvrat prenosi toplinu na rashladno sredstvo unutar kuće. To može biti zrak za ventilokontrolere ili voda za podno grijanje i radijator.

Trošak instalacije toplotne pumpe sa zrakom je najniži, ali performanse instalacije vrlo ovise o temperaturi zraka. U regijama s toplim zimama (do +5 - 0 ° S), ovo je jedan od najekonomičnijih izvora toplote. Ali ako temperatura zraka padne ispod -15 ° C, performanse padaju toliko da nema smisla koristiti pumpu, ali je isplativije uključiti konvencionalni električni grijač ili kotao.

Recenzije zračnih toplotnih pumpi za grijanje su vrlo kontroverzne. Sve ovisi o regiji njihove upotrebe. Korisno je koristiti ih u regijama s toplim zimama, na primjer, u Sočiju, gdje duplirani izvor topline nije ni potreban u slučaju jakih mrazeva. Takođe je moguće instalirati vazdušne toplotne pumpe u regionima u kojima je vazduh relativno suh, a temperatura zimi do -15 ° C. Ali u vlažnoj i hladnoj klimi takve instalacije pate od zaleđivanja i smrzavanja. Ledenice koje se lepe na ventilatoru ne dozvoljavaju da čitav sistem radi normalno.

Grijanje toplotnom pumpom: troškovi sistema i operativni troškovi

Snaga toplotne pumpe odabire se ovisno o funkcijama koje će joj biti dodijeljene. Ako se radi samo o grijanju, proračuni se mogu izvršiti u posebnom kalkulatoru koji uzima u obzir gubitak toplote zgrade. Inače, najbolje performanse toplotne pumpe sa gubitkom topline zgrade ne većim od 80 - 100 W / m2. Radi jednostavnosti pretpostavit ćemo da je za grijanje kuće površine 100 m2 s plafonima visokim 3 m i gubitkom topline od 60 W / m2 potrebna pumpa od 10 kW. Da biste zagrijali vodu, morat ćete uzeti jedinicu s rezervom snage 12 ili 16 kW.

Trošak toplotne pumpe ovisi ne samo o snazi, već i o pouzdanosti i zahtjevima proizvođača. Na primjer, jedinica ruske proizvodnje od 16 kW koštat će 7.000 američkih dolara, dok inozemna pumpa RFM 17 od 17 kW košta oko 13.200 američkih dolara. sa svom pripadajućom opremom, osim sakupljačem.

Sljedeća linija troškova bit će aranžman kolektora... To također ovisi o kapacitetu instalacije. Na primjer, za kuću od 100 m2, u kojoj su svuda ugrađeni podno grijanje (100 m2) ili radijatori za grijanje od 80 m2, kao i za grijanje vode na +40 ° C zapremine 150 l / h, biti potrebno bušiti bunare za kolektore. Takav vertikalni kolektor koštat će 13.000 USD.

Kolektor na dnu rezervoara koštat će nešto manje. Pod istim uvjetima koštat će 11.000 američkih dolara. Ali bolje je razjasniti troškove instaliranja geotermalnog sistema u specijaliziranim kompanijama, oni mogu biti vrlo različiti. Na primjer, uređenje vodoravnog kolektora za pumpu snage 17 kW koštat će samo 2.500 USD. A za zračnu toplotnu pumpu kolektor uopće nije potreban.

Ukupni trošak toplotne pumpe iznosi 8000 USD. u prosjeku je raspored kolektora 6000 USD. prosjek.

Mjesečni troškovi grijanja toplotnom pumpom uključuju samo troškovi električne energije... Možete ih izračunati ovako - potrošnja energije mora biti naznačena na pumpi. Na primjer, za gore spomenutu pumpu od 17 kW, potrošnja energije je 5,5 kW / h. Ukupno sistem grijanja radi 225 dana u godini, tj. 5400 sati. Uzimajući u obzir činjenicu da toplotna pumpa i kompresor u njoj rade ciklično, potrošnja energije mora se prepoloviti. Tokom grejne sezone potrošiće se 5400h * 5,5kW / h / 2 \u003d 14850 kW.

Množimo potrošeni kWt sa troškovima nosača energije u vašoj regiji. Na primjer, 0,05 USD. za 1 kW / sat. Ukupno će se potrošiti 742,5 USD za godinu. Za svaki mjesec, u kojem je toplotna pumpa radila na grijanje, postoji 100 dolara. troškovi električne energije. Ako podijelimo troškove sa 12 mjeseci, tada dobivamo 60 USD mjesečno.

Imajte na umu da što je niža potrošnja energije toplotne pumpe, to su niži mjesečni troškovi. Na primjer, postoje pumpe od 17 kW koje troše samo 10.000 kW godišnje (košta 500 USD). Takođe je važno da performanse toplotne pumpe budu veće, što je manja temperaturna razlika između izvora toplote i rashladne tečnosti u sistemu grejanja. Zbog toga kažu da je isplativije instalirati podno grijanje i ventilokonvektori. Iako se mogu ugraditi i standardni radijatori grijanja s visokotemperaturnim nosačem topline (+65 - +95 ° C), ali s dodatnim akumulatorom topline, na primjer, bojlerom za indirektno grijanje. Kotao se takođe koristi za podgrevanje tople vode.

Toplotne pumpe su korisne kada se koriste u dvovalentnim sistemima. Pored pumpe, može se ugraditi i solarni kolektor koji će pumpu moći u potpunosti opskrbiti električnom energijom ljeti, kada će raditi za hlađenje. Za zimsku sigurnost možete dodati generator topline koji će zagrijavati vodu za opskrbu toplom vodom i visokotemperaturne radijatore.

Toplotna pumpa je uređaj koji prenosi toplotnu energiju iz manje zagrijanog tijela u toplije tijelo, povećavajući njegovu temperaturu. Posljednjih godina toplinske pumpe su vrlo tražene kao izvor alternativne toplotne energije, što vam omogućava da zaista postignete jeftina toplotabez zagađivanja okoline.

Danas ih proizvode mnogi proizvođači opreme za grijanje, a općeniti je trend da će sljedećih godina toplotne pumpe zauzimati vodeće pozicije u rasponu opreme za grijanje.

Tipično koriste toplotne pumpe toplina podzemnih vodačija je temperatura tokom cijele godine na približno istom nivou i iznosi + 10C, toplota okoline ili vodnih tijela.

Princip njihovog rada zasnovan je na činjenici da svako tijelo čija je temperatura iznad apsolutne nule ima opskrbu toplotnom energijom koja je izravno proporcionalna njegovoj masi i specifičnom toplotnom kapacitetu. Jasno je da mora, oceani, kao i podzemne vode, čija je masa velika, imaju ogromnu opskrbu toplotnom energijom, čija djelomična upotreba za grijanje kuće ni na koji način ne utječe na njihovu temperaturu i ekološku situacija na planeti.

Moguće je "oduzeti" toplotnu energiju bilo kojem tijelu samo hlađenjem. Količina toplote koja se tokom toga oslobodi (u primitivnom obliku) može se izračunati formulom

Q \u003d CM (T2-T1) gdje

Q- primljena toplota

C -toplotni kapacitet

M - težina

T1 T2 - temperaturna razlika kojom se telo hladilo

Iz formule se vidi da kada se jedan kilogram rashladne tečnosti ohladi sa 1000 stepeni na 0 stepeni, može se dobiti ista količina toplote kao kada se 1000 kg rashladne tečnosti ohladi sa 1C na 0C.

Glavna stvar je biti u mogućnosti koristiti toplotnu energiju i usmjeriti je na grijanje stambenih zgrada i industrijskih prostora.

Ideja o korištenju toplotne energije slabije zagrijanih tijela nastala je sredinom 19. vijeka, a njezino autorstvo pripada slavnom naučniku tog doba, lordu Kelvinu. Međutim, njegovo poslovanje nije napredovalo dalje od opšte ideje. Prvi projekt toplotne pumpe predložen je 1855. godine i pripadao je Peteru Ritteru za Rittenger. Ali nije dobio podršku i nije našao praktičnu primjenu.

„Preporod“ toplotne pumpe datira iz sredine četrdesetih godina prošlog veka, kada su uobičajeni kućni frižideri postali široko rasprostranjeni. Upravo su oni nagnali Švicarca Roberta Webera na ideju da koristi toplinu koju stvara zamrzivač za zagrijavanje vode za potrebe domaćinstva.

Rezultat koji se rezultirao pokazao se neodoljivim: količina toplote bila je toliko velika da je bila dovoljna ne samo za opskrbu toplom vodom, već i za grijanje vode za grijanje. Istina, u isto vrijeme bilo je potrebno naporno raditi i osmisliti sistem izmjenjivača topline koji će omogućiti iskorištavanje toplinske energije koju oslobađa hladnjak.

Međutim, u početku se na izum Roberta Webera gledalo kao na smiješnu ideju i doživljavalo se poput ideja iz modernog poznatog naslova "Ludih ruku". Pravi interes za to nastao je mnogo kasnije, kada je pitanje pronalaska alternativnih izvora energije bilo zaista akutno. Tada je ideja o toplotnoj pumpi dobila svoj moderni oblik i praktičnu primenu.

Moderne toplotne pumpe mogu se klasifikovati prema izvoru niskotemperaturne toplote, što može biti tlo, voda (u otvorenom ili podzemnom rezervoaru), kao i spoljni vazduh.

Rezultirajuća toplotna energija može se prenijeti u vodu i koristiti za grijanje tople vode i opskrbe toplom vodom, kao i zrak, te koristiti za grijanje i klimatizaciju. Imajući ovo na umu, toplotne pumpe podijeljene su u 6 tipova:

• Od tla do vode (zemlja do vode)
• Iz tla u zrak (tlo u zrak)
• Iz vode u vodu (voda u vodu)
• Iz vode u zrak (voda u zrak)
• Zrak u vodu (zrak u vodu)
• Zrak u zrak (zrak u zrak)

Svaka vrsta toplotne pumpe ima svoje karakteristične instalacije i rad.

Način ugradnje i značajke rada toplotne pumpe PODZEMNA VODA

• Tlo na jednom mjestu dobavljač niskotemperaturne toplotne energije

Tlo ima ogromnu opskrbu niskotemperaturnom toplotnom energijom. Zemaljska kora je ta koja neprestano akumulira sunčevu toplinu i istovremeno se zagrijava iznutra, iz jezgre planete. Kao rezultat, na dubini od nekoliko metara tlo uvijek ima pozitivnu temperaturu. U pravilu u središnjem dijelu Rusije govorimo o 150-170 cm. Na toj dubini temperatura tla ima pozitivnu vrijednost i ne pada ispod 7-8 C.

Još jedna značajka tla je da se čak i za jakih mrazeva postepeno smrzava. Kao rezultat, minimalna temperatura tla na dubini od 150 cm primjećuje se kada je kalendarsko proljeće već na površini i kada se potreba za toplinom za grijanje smanjuje.

To znači da da bi se "oduzela" toplota sa zemlje u centralnom regionu Rusije, izmjenjivači toplote za akumuliranje toplotne energije moraju biti smješteni na dubini ispod 150 cm.

U tom slučaju, rashladna tekućina koja cirkulira u sistemu toplotne pumpe, prolazeći kroz izmjenjivače topline, zagrijavat će se zbog topline tla, a zatim, ulazeći u isparivač, prenijeti toplinu u vodu koja cirkulira u sustavu grijanja i vratiti se za novi dio toplotne energije.

• Šta se može koristiti kao rashladno sredstvo

Takozvana „salamura“ najčešće se koristi kao nosač toplote u toplotnim pumpama podzemne vode. Priprema se od vode i etilen glikola ili propilen glikola. Neki sustavi koriste freon, što uvelike komplicira dizajn toplotne pumpe i dovodi do povećanja troškova. Činjenica je da izmjenjivač topline pumpe ovog tipa mora imati veliku površinu izmjene topline, dakle, unutarnju zapreminu, koja zahtijeva odgovarajuću količinu nosača toplote.

Upotreba freona iako povećava efikasnost toplotne pumpe, potrebna je apsolutna nepropusnost sistema i njegova otpornost na visoki pritisak.

Za sisteme sa "salamurenim" izmjenjivačima toplote obično se izrađuju od polimernih cijevi, najčešće od polietilena, promjera 40-60 mm. Izmjenjivači topline su dizajnirani kao vodoravni ili vertikalni kolektori.

To je cijev položena u zemlju na dubini ispod 170 cm. Za to možete koristiti bilo koji neizgrađeni komad zemlje. Radi praktičnosti i povećanja površine izmjene topline, cijev se postavlja u cik-cak, petlje, spiralu itd. U budućnosti se ovaj komad zemlje može koristiti kao travnjak, cvjetnjak ili povrtnjak. Treba imati na umu da je prenos toplote između tla i kolektora bolji u vlažnom okruženju. Stoga se površina tla može sigurno zalijevati i oploditi.

Smatra se da u prosjeku 1m2 tla daje od 10 do 40 vati toplotne energije. Ovisno o potrebi za toplotnom energijom, može postojati neograničen broj kolektorskih petlji.

Vertikalni kolektor je sistem cijevi postavljenih vertikalno u zemlju. Za to se buše bušotine do dubine od nekoliko metara do desetaka, pa čak i stotina metara. Vertikalni kolektor je najčešće u bliskom kontaktu s podzemnom vodom, ali to nije neophodan uslov za njegov rad. To jest, vertikalno instalirani podzemni rezervoar može biti "suh".

Vertikalni kolektor, baš kao i horizontalni, može biti gotovo bilo kojeg dizajna. Najrasprostranjeniji su sistemi "cijev u cijevi" i "petlja", kroz koje se salamura pumpa dolje i podiže natrag do isparivača.

Treba napomenuti da su vertikalni kolektori najproduktivniji. To se objašnjava njihovim položajem na velikim dubinama, gdje je temperatura gotovo uvijek na istom nivou i iznosi 1-12 C. Kada ih koristite od 1 m2, možete dobiti od 30 do 100 vati snage. Ako je potrebno, broj bunara se može povećati.

Da bi se poboljšao proces prijenosa topline između cijevi i zemlje, prostor između njih se prelije betonom.

• Prednosti i nedostaci toplotnih pumpi zemlja-voda

Ugradnja toplotne pumpe zemlja-voda zahtijeva značajna financijska ulaganja, ali njezin rad omogućava dobivanje praktički besplatne toplinske energije. To ne nanosi štetu okolišu.

Među prednostima ove vrste toplotne pumpe treba istaknuti:

• Izdržljiv: može raditi desetljećima zaredom bez popravka i održavanja
• Jednostavnost rada
• Mogućnost korištenja parcele za poljoprivredu
• Brza otplata: kod zagrijavanja prostorija velike površine, na primjer od 300 m2 i više, pumpa se sama isplati za 3-5 godina.

S obzirom da je ugradnja izmjenjivača topline u zemlju složen agrotehnički posao, oni se moraju izvesti uz prethodnu izradu projekta.

Kako radi toplotna pumpa

Toplotna pumpa se sastoji od sljedećih elemenata:

• Kompresor napajan konvencionalnom električnom mrežom
• Isparivač
• Kondenzator
• Kapilarni
• Termostat
• Radna tečnost ili rashladno sredstvo, čija je uloga freona najpogodnija

Princip rada toplotne pumpe može se opisati pomoću dobro poznatog iz školski kurs fizike "Carnotov ciklus".

Plin (freon) koji kroz kapilaru ulazi u isparivač širi se, njegov pritisak se smanjuje, što dovodi do njegovog naknadnog isparavanja, pri čemu on u dodiru sa zidovima isparivača aktivno uklanja toplinu iz njih. Temperatura zidova opada, što stvara temperaturnu razliku između njih i mase u kojoj se nalazi toplotna pumpa. To su obično podzemne vode, morska voda, jezero ili kopnena masa. Nije teško pogoditi da u ovom slučaju započinje proces prijenosa toplinske energije iz zagrijanijeg tijela u manje zagrijano tijelo, a to su u ovom slučaju zidovi isparivača. U ovoj fazi rada, toplotna pumpa "ispumpava" toplotu iz medija nosača toplote.

U sljedećem koraku kompresor usisava rashladno sredstvo, zatim ga komprimira i stavlja pod kondenzator. U procesu kompresije temperatura mu raste i može se kretati od 80 do 120 C, što je više nego dovoljno za grijanje i opskrbu toplom vodom stambene zgrade. U kondenzatoru rashladno sredstvo odustaje od svoje rezerve toplotne energije, hladi se, prelazi u tečno stanje i zatim ulazi u kapilaru. Zatim se postupak ponavlja.

Za kontrolu rada toplotne pumpe koristi se termostat, uz pomoć kojeg se zaustavlja dovod električne energije u sistem kada prostorija dostigne zadanu temperaturu, a pumpa nastavlja kada temperatura padne ispod unaprijed određene vrijednosti.

Toplotna pumpa se može koristiti kao izvor toplotne energije i sa njom urediti sisteme grijanja slične sustavima grijanja koji se temelje na kotlu ili peći. Primjer takvog sistema prikazan je na gornjem dijagramu.

Treba napomenuti da je rad toplotne pumpe moguć samo kada je priključena na izvor električne energije. Istovremeno, može se steći mišljenje da se čitav sistem grejanja zasniva na upotrebi električne energije. Zapravo, za prijenos 1 kW toplotne energije u sistem grijanja potrebno je potrošiti približno 0,2-0,3 kW električne energije.

Prednosti toplotne pumpe

Među prednostima toplotne pumpe su:

• Visoka efikasnost
• Mogućnost prelaska iz režima grijanja u režim klimatizacije i njegova naknadna upotreba ljeti za hlađenje prostorija
• Mogućnost upotrebe efikasnog sistema automatskog upravljanja
• Sigurnost okoline
• Kompaktnost (ne više od kućnog hladnjaka)
• Tihi rad
• Sigurnost od požara, što je posebno važno za grijanje seoskih kuća

Među nedostacima toplotne pumpe treba napomenuti visoka cijena i složenost instalacije.

Pregled članka

Toplotna pumpa je uređaj koji zagrijava vodu iz sistema za grijanje i opskrbu toplom vodom komprimiranjem freona, u početku zagrijanog iz izvora topline niskog stupnja, s kompresorom na 28 bara. Podložan visokom pritisku, gasoviti nosač toplote sa početnom temperaturom od 5-10 ° C; stvara veliku količinu toplote. To omogućava zagrijavanje rashladne tečnosti sistema potrošnje do 50-60 ° C, bez upotrebe tradicionalnih goriva. Stoga se smatra da toplotna pumpa korisniku pruža najjeftiniju toplinu.

Za više detalja o prednostima i nedostacima pogledajte video:

Takva oprema djeluje više od 40 godina u Švedskoj, Danskoj, Finskoj i drugim zemljama koje podržavaju razvoj alternativne energije na državnom nivou. Ne tako aktivno, ali svake godine sigurnije, toplotne pumpe ulaze na rusko tržište.

Svrha članka:napravite pregled popularnih modela toplotnih pumpi. Informacije će biti korisne onima koji žele što više uštedjeti na grijanju i opskrbi toplom vodom za vlastiti dom.

Toplotna pumpa kuću zagrijava besplatnom energijom prirode

U teoriji je odvođenje toplote moguće iz zraka, tla, podzemnih voda, otpadnih voda (uključujući iz septičke jame i crpne stanice za otpadne vode), otvorenih rezervoara. U praksi je za većinu slučajeva dokazana svrsishodnost upotrebe opreme koja sakuplja toplotnu energiju iz vazduha i tla.

Opcije sa odvođenjem toplote iz septičke jame ili kanalizacijske crpne stanice (SPS) su najprivlačnije. Vožnjom rashladne tečnosti od 15-20 ° C kroz HP, na izlazu se može dobiti najmanje 70 ° C. Ali ova je opcija prihvatljiva samo za sistem opskrbe toplom vodom. Krug grijanja snižava temperaturu u "primamljivom" izvoru. Što dovodi do niza neugodnih posljedica. Na primjer, smrzavanje odvoda; a ako se krug izmjene topline toplotne pumpe nalazi na zidovima korita, onda i sama septička jama.

Najpopularnije toplotne pumpe za potrebe opskrbe CO i toplom vodom su geotermalni (koristeći toplinu zemlje) uređaji. Ističu se najboljim performansama u toploj i hladnoj klimi, u pjeskovitim i glinovitim tlima s različitim nivoima podzemnih voda. Budući da se temperatura tla ispod dubine smrzavanja gotovo ne mijenja tijekom godine.

Kako radi toplotna pumpa

Nosač toplote se zagreva iz izvora toplote niskog stepena (5 ... 10 ° C). Pumpa komprimira rashladno sredstvo čija temperatura raste istovremeno (50 ... 60 ° C) i zagrijava medij za grijanje sistema grijanja ili opskrbe toplom vodom.

U procesu rada HP-a uključena su tri kruga grijanja:

• vanjski (sistem s rashladnom tekućinom i cirkulacijskom pumpom);
• srednji (izmjenjivač topline, kompresor, kondenzator, isparivač, prigušni ventil);
• potrošački krug (cirkulacijska pumpa, podno grijanje, radijatori; za opskrbu toplom vodom - spremnik, odvodne točke).

Sam postupak izgleda ovako:

Krug za odvod toplote

1. Tlo zagrijava salamuru.
2. Cirkulacijska pumpa podiže salamuru u izmjenjivač toplote.
3. Otopina se hladi rashladnim sredstvom (freonom) i vraća u zemlju.

Izmjenjivač toplote

1. Tekući freon, isparavanjem, uzima toplotnu energiju iz salamure.
2. Kompresor komprimira rashladno sredstvo i temperatura mu naglo raste.
3. U kondenzatoru freon kroz isparivač daje energiju rashladnoj tečnosti kruga grijanja i ponovo postaje tečnost.
4. Hlađeno rashladno sredstvo protiče kroz prigušni ventil do prvog izmjenjivača toplote.

Krug grijanja

1. Zagrijana rashladna tekućina sistema grijanja odvodi se cirkulacijskom pumpom do disipativnih elemenata.
2. Odaje toplotnu energiju vazdušnoj masi prostorije.
3. Ohlađena rashladna tečnost vraća se kroz povratnu cijev do srednjeg izmjenjivača toplote.

Video od detaljan opis proces:

Šta je jeftinije za grijanje: struja, plin ili toplotna pumpa?

Evo troškova povezivanja svake vrste grijanja. Uzmimo Moskovski region da predstavimo širu sliku. U regijama se cijene mogu razlikovati, ali omjer cijena ostat će isti. U proračunima pretpostavljamo da je lokacija "gola" - bez plina i struje.

Troškovi veze

Toplinska pumpa.Postavljanje vodoravne konture po cijenama MO - 10 000 rubalja za zamjenu bagera s nepokretnom kašikom (odabere do 1.000 m³ tla za 8 sati). Sustav za kuću od 100 m² iskopat će se za 2 dana (vrijedi za ilovaču, na kojoj se do 1 W toplotne energije može ukloniti iz 1 lm kruga). Za pripremu kruga za rad trebat će oko 5.000 rubalja. Kao rezultat, horizontalna opcija postavljanja primarnog kruga koštat će 25.000.

Bušotina će izaći skuplje (1.000 rubalja po metru tekućem, uzimajući u obzir ugradnju sondi, cjevovod u jedan vod, punjenje gorivom rashladnom tečnošću i ispitivanje pritiska.), Ali mnogo isplativije za budući rad. S manjom zauzetom površinom lokacije, povrat se povećava (za bunar od 50 m - najmanje 50 W po metru). Potrebe pumpe su pokrivene, pojavljuje se dodatni potencijal. Stoga čitav sistem neće raditi samo zbog habanja, već uz određenu rezervu snage. Postavite 350 metara konture u vertikalne bunare - 350.000 rubalja.

Plinski kotao. U Moskovskoj regiji Mosoblgaz traži od 260.000 rubalja za priključenje na gasnu mrežu, radove na lokaciji i ugradnju kotla.

Električni kotao. Povezivanje trofazne mreže koštat će 10.000 rubalja: 550 - za lokalne električne mreže, ostatak - za razvodnu ploču, brojilo i ostalo punjenje.

Potrošnja

Za rad toplotne pumpe toplotne snage 9 kW potrebno je 2,7 kW / h električne energije - 9 rubalja. 53 kopejke za sat vremena,

Specifična toplina tokom sagorijevanja 1 m³ plina je istih 9 kW. Kućni plin za Moskovsku regiju naplaćuje se 5 rubalja. 14 kopejki po kubnom metru

Električni kotao troši 9 kW / h \u003d 31 rubalja. 77 kopejki za sat. Razlika sa TN je skoro 3,5 puta.

Eksploatacija

• Ako se isporučuje plin, tada je najisplativija opcija za grijanje plinski kotao. Oprema (9 kW) košta najmanje 26.000 rubalja, mjesečno plaćanje plina (12 sati dnevno) iznosit će 1.850 rubalja.
• Moćna električna oprema je profitabilnija sa stanovišta organizacije trofazne mreže i nabave same opreme (kotlovi - od 10.000 rubalja). Topla kuća koštat će 11 437 rubalja mjesečno.
• Uzimajući u obzir početno ulaganje u alternativno grijanje (oprema 275.000 i ugradnja horizontalnog kruga 25.000), toplotna pumpa koja troši električnu energiju za 3.430 rubalja mjesečno isplatit će se najranije za 3 godine.

Uspoređujući sve mogućnosti grijanja, pod uvjetom da se sustav kreira od nule, postaje očito: plin neće biti mnogo isplativiji od geotermalne dizalice topline, a grijanje električnom energijom u sljedeće 3 godine beznadno gubi obje ove opcije.

Detaljne proračune u korist rada toplotne pumpe možete pronaći gledajući videozapis proizvođača:

Neki dodaci i iskustva efikasnog rada istaknuti su u ovom videu:

Glavne karakteristike

Pri odabiru opreme iz čitavog niza karakteristika, obratite pažnju na sljedeće karakteristike.

Glavne karakteristike toplotnih pumpi

Karakteristike	Raspon vrijednosti	Karakteristike
Toplotna snaga, kW	Do 8	Prostori površine ne veće od 80 - 100 m², s visinom stropa ne većom od 3 m.
	8-25	Za jednokatne ladanjske kuće sa stropom od 2,5 m, površine 50 m²; vikendice za trajni boravak, do 260 m².
	Preko 25	Preporučljivo je razmotriti za stambene zgrade na 2-3 nivoa sa plafonima od 2,7 m; industrijski objekti - ne više od 150 m², s visinom stropa od 3 ili više.
Potrošnja energije glavne opreme (ograničavajući potrošnju pomoćnih elemenata) kW / h	Od 2 (od 6)	Karakterizira potrošnju energije kompresora i cirkulacijskih pumpi (grijaći element).
Šema rada	Zrak-zrak	Transformirana toplotna energija vazduha prenosi se u prostoriju strujom zagrejanog vazduha kroz split sistem.
	Zrak - voda	Energija uzeta iz vazduha koji prolazi kroz uređaj prenosi se u rashladnu tečnost sistema za tečno grejanje.
	Slana voda	Prijenos toplotne energije iz obnovljivog izvora vrši se otopinom natrija ili kalcijuma.
	Voda-voda	Kroz glavni vod otvorenog primarnog kruga, podzemna voda prenosi toplotnu energiju direktno u izmjenjivač topline.
Izlazna temperatura rashladne tečnosti, ° S	55-70	Pokazatelj je važan za izračunavanje gubitaka na dugom krugu grijanja i prilikom organiziranja dodatnog toplog sustava grijanja.
Mrežni napon, V	220, 380	Jednofazna - potrošnja energije ne veća od 5,5 kW, samo za stabilnu (lagano opterećenu) mrežu domaćinstva; najjeftiniji - samo kroz stabilizator. Ako postoji mreža od 380 V, tada su poželjni trofazni uređaji - veći raspon snage, manje je vjerovatno da će "potonuti" mrežu.

Zbirna tablica modela

U članku smo ispitali najpopularnije modele, identificirali njihove snage i slabosti. Popis modela nalazi se u sljedećoj tabeli:

Zbirna tablica modela

Model (zemlja porijekla)	Karakteristike	cijena, rub.
Toplotne pumpe za grijanje malih prostorija ili za opskrbu toplom vodom
1.	Sistem zrak-voda; radi iz jednofazne mreže; izbočena linija kondenzacije umetnuta je u spremnik za vodu.	184 493
2.	"Rasol-voda"; napajanje iz trofazne mreže; promjenjiva kontrola snage; mogućnost povezivanja dodatne opreme - rekuperatora, višetemperaturne opreme.	355 161
3.	Toplotna pumpa zrak-voda koju napaja mreža od 220 V i funkcija protiv smrzavanja.	524 640
Oprema za sisteme grijanja vikendica za stalni boravak
4.	Shema "voda - voda". Da bi toplotna pumpa mogla proizvesti stabilnih 62 ° C rashladne tečnosti u sistemu grijanja, mogućnosti kompleta kompresora i pumpi (1,5 kW) nadopunjuje električni grijač snage 6 kW .	408 219
5.	Na osnovu sheme "zrak-voda", u jednom uređaju, koji se sastoji od dva bloka, ostvaruju se potencijali uređaja za hlađenje i grijanje.	275 000
6.	"Rasol-voda", uređaj zagrijava medijum za grijanje radijatora do 60 ° C, može se koristiti u organizaciji kaskadnih sistema grijanja.	323 300
7.	Spremnik za sistem za dovod tople vode za 180 litara rashladne tečnosti nalazi se u jednom kućištu s geotermalnom pumpom	1 607 830
Snažne dizalice topline za grijanje i opskrbu toplom vodom
8.	Moguće je izdvajanje toplote iz tla i podzemnih voda; mogući su rad kao dio kaskadnih sistema i daljinsko upravljanje; radi iz trofazne mreže.	708 521
9.	Salamura; kontrola snage kompresora i brzine rotacije cirkulacionih pumpi vrši se regulacijom frekvencije; dodatni izmjenjivač topline; mreža - 380 V.	1 180 453
10.	shema rada "voda-voda"; ugrađene pumpe primarnog i sekundarnog kruga; pruža se mogućnost povezivanja solarnih sistema.	630 125

Toplotne pumpe za grijanje malih prostorija ili za opskrbu toplom vodom

Namjena - ekonomično grijanje stambenih i pomoćnih prostorija, održavanje sistema za opskrbu toplom vodom. Najmanja potrošnja (do 2 kW) dodijeljena je jednofaznim modelima. Da bi se zaštitili od prenaponskih napona u mreži, potreban im je stabilizator. Pouzdanost trofazne, objašnjava se osobenostima mreže (opterećenje se raspoređuje ravnomjerno) i prisustvom vlastitih zaštitnih krugova, koji sprečavaju oštećenje uređaja tijekom naponskih udara. Oprema u ovoj kategoriji ne može se uvijek nositi s istodobnim održavanjem sustava grijanja i kruga tople vode.

1. Huch EnTEC VARIO PRC S2-E (Njemačka) - od 184 493 rubalja.

Huch EnTEC VARIO ne može da radi samostalno. Samo u sprezi sa rezervoarom sistema za dovod tople vode. TH zagrijava vodu za sanitarne potrebe, hladeći zrak u sobi.

Među prednostima su mala potrošnja energije uređaja, prihvatljiva temperatura vode u krugu PTV-a i funkcija čišćenja sistema (periodičnim kratkotrajnim zagrijavanjem na 60 ° C) od patogenih bakterija koje se razvijaju u vlažnom okolišu.

Mane su što se brtve, prirubnice i okov moraju kupiti zasebno. Obavezno original, inače će biti tragova.

Prilikom izračunavanja mora se imati na umu da uređaj pumpa 500 m³ zraka na sat, stoga minimalna površina prostorije u kojoj je ugrađen Huch EnTEC VARIO mora biti najmanje 20 m², s visinom stropa od 3 metra ili više .

2. NIBE F1155-6 EXP (Švedska) - od 355 161 rubalja.

Model je proglašen "inteligentnom" opremom, sa automatskim prilagođavanjem potrebama objekta. Uveden je krug napajanja pretvarača za kompresor - sada je moguće prilagoditi izlaznu snagu.

Prisustvo takve funkcije s malim brojem potrošača (odvodna mjesta, radijatori grijanja) čini grijanje male kuće isplativijim nego u slučaju konvencionalne, neinverterske dizalice topline (koje nemaju lagani start kompresor i izlazna snaga nisu regulirani). Budući da se kod NIBE, pri malim vrijednostima snage, grijaći elementi rijetko uključuju, a vlastita maksimalna potrošnja toplinske pumpe nije veća od 2 kW.

U malom objektu buka (47 dB) nije prihvatljiva. Najbolja opcija za ugradnju je odvojena soba. Postavite uprtač na zidove koji nisu u blizini soba za odmor.

3. Fujitsu WSYA100DD6 (Japan) - od 524 640 rubalja.

"Iz kutije" radi samo za grijanje u jednom krugu. Ponuđen je opcioni komplet za povezivanje drugog kruga, uz mogućnost neovisnog podešavanja za svaki. Ali sama toplotna pumpa je dizajnirana za sistem grejanja sobe do 100 m², s visinom plafona ne većom od 3 metra.

Popis prednosti uključuje male dimenzije, rad iz kućnog napajanja, regulaciju izlazne temperature od 8 ... 55 ° C, što bi prema planu proizvođača trebalo nekako utjecati na udobnost i tačnost upravljanja povezanim sistemima .

Ali sve je prekrižila mala snaga. U našoj klimi, zagrijavajući deklarisanih 100 m², uređaj će se istrošiti. To potvrđuju česti prelazi uređaja u režim "hitno", s isključenom pumpom i greškama na displeju. Slučaj nije zagarantovan. Ispravljeno ponovnim pokretanjem opreme.

"Nesreće" utječu na potrošnju energije. Jer kada se kompresor zaustavi, grijaći element se uključuje. Stoga je zajedničko povezivanje krugova grijanja i podnog grijanja (ili opskrbe toplom vodom) dopušteno na objektu površine ne veće od 70 m².

Oprema za sisteme grijanja tipičnih vikendica za stalni boravak

Ovdje su geotermalni, vazdušni i vodeni (uklanjaju toplotnu energiju iz podzemne vode) uređaji. Deklarisana izlazna snaga (najmanje 8 kW) dovoljna je za opskrbu svim potrošačkim sistemima ladanjskih (i stalnih) kuća. Mnoge toplotne pumpe u ovoj kategoriji imaju režim hlađenja. Uvedeni krugovi napajanja pretvarača odgovorni su za nesmetan start kompresora, jer se zbog njegovog nesmetanog rada smanjuje delta (temperaturna razlika) rashladne tekućine. Održava se optimalan način rada kruga (bez nepotrebnog pregrijavanja i hlađenja). To omogućava smanjenje potrošnje energije u svim režimima rada HP-a. Najveći ekonomski efekat imaju uređaji zrak-zrak.

4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Njemačka) - od 408.219 rubalja.

Upotreba vode iz bunara i primarnog rashladnog sredstva (samo VWW) omogućila je pojednostavljenje dizajna i smanjenje troškova toplotne pumpe bez gubitka produktivnosti.

Uređaj odlikuje niska potrošnja energije u osnovnom režimu rada i nizak nivo buke.

Minus Vaillant - zahtijevanost vode (poznati slučajevi oštećenja opskrbnog voda i izmjenjivača toplote jedinjenjima gvožđa i mangana); rad sa slanim vodama treba isključiti. Situacija nije zajamčena, ali ako su instalaciju izvršili stručnjaci servisnog centra, onda netko može podnijeti zahtjev.

Potrebna je suha prostorija bez mraza zapremine najmanje 6,1 m³ (2,44 m² sa plafonom od 2,5 m). Stvaranje kapljica ispod pumpe nije nedostatak (dozvoljeno je odvođenje kondenzata s površina izoliranih krugova).

5. LG Therma V AH-W096A0 (Koreja) - od 275.000 rubalja.

Toplotna pumpa zrak-voda. Uređaj se sastoji od 2 modula: vanjski uzima toplotnu energiju iz zračnih masa, unutarnji transformiše i prenosi u sistem grijanja.

Glavni plus je svestranost. Može se konfigurirati za grijanje i hlađenje objekta.

Nedostatak ove serije LG Therma je taj što njen (i cijela linija) potencijal nije dovoljan za potrebe vikendice površine veće od 200 m².

Važna stvar: radni blokovi dvokomponentnog sistema ne mogu se raširiti više od 50 m vodoravno i 30 m vertikalno.

6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Njemačka) - od 323 300 rubalja.

WPF 10MS je najmoćnija toplotna pumpa STIEBEL ELTRON.

Među prednostima su automatski podesivi način grijanja i mogućnost povezivanja 6 uređaja u kaskadu (ovo je paralelno ili serijsko povezivanje uređaja radi povećanja protoka, pritiska ili organiziranja rezerve u nuždi) sistema kapaciteta do do 60 kW.

Loša strana je što je organizacija moćne električne mreže za istovremeno povezivanje 6 takvih uređaja moguća samo uz dozvolu lokalnog odjela Rostekhnadzora.

Posebnost je u podešavanju načina rada: nakon što izvršite potrebna podešavanja programa, pričekajte dok se kontrolna lampica ne ugasi. U suprotnom, nakon zatvaranja poklopca, sistem će se vratiti na prvobitne postavke.

7. Daikin EGSQH10S18A9W (Japan) - od 1 607 830 rubalja.

Moćan uređaj za istovremeno snabdevanje toplotom CO, dovod tople vode i podno grejanje stambene zgrade površine do 130 m².

Programirani i korisnički kontrolirani modusi; svi servisirani krugovi nadgledaju se u okviru navedenih parametara; postoji ugrađeno spremište (za potrebe opskrbe toplom vodom) za 180 litara i pomoćni grijači.

Među nedostacima je impresivan potencijal koji se neće u potpunosti iskoristiti u kući od 130 m²; cijena zbog koje se period povrata produžava na neodređeno vrijeme; automatska prilagodba vanjskim klimatskim uvjetima nije implementirana u osnovnoj konfiguraciji. Ambijentalni termistori (termički otpornici) nisu opcionalni. Odnosno, kada se vanjska temperatura promijeni, predloženo je ručno podešavanje načina rada.

Oprema za objekte sa velikom potrošnjom toplote

U potpunosti zadovoljiti potrebe za toplotnom energijom stambenih i poslovnih zgrada površine veće od 200 m². Daljinsko upravljanje, kaskadni rad, interakcija s rekuperatorima i solarnim sistemima - proširuju korisnikovu sposobnost stvaranja ugodne temperature.

8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027,5 Ai (Njemačka) - od 708 521 rubalja.

Izmjena DS 5027.5 Ai najmoćnija je u rasponu EcoTouch. Stabilno zagrijava sredstvo za grijanje kruga grijanja i pruža toplotnu energiju PTV-u u prostorijama do 280 m².

Pomicanje (najefikasniji od postojećih) kompresora; regulacija protoka rashladne tečnosti omogućava vam da dobijete stabilne pokazatelje izlazne temperature; prikaz u boji; Rusificirani meni; uredan izgled i nizak nivo buke. Svaki detalj za ugodan rad.

Aktivnom upotrebom vodenih točaka, grijači se elementi uključuju, zbog čega se potrošnja energije povećava za 6 kW / h.

9. DANFOSS DHP-R ECO 42 (Švedska) - od 1 180 453 rubalja.

Dovoljno snažna oprema za pružanje toplotne energije sistemu za opskrbu toplom vodom i krugovima grijanja višespratne vikendice sa stalnim prebivalištem.

Umjesto dodatnog grijača za opskrbu toplom vodom, ovdje se koristi protok tople vode iz kruga grijanja. Prolazeći toplu vodu kroz pregrejač, toplotna pumpa zagrijava vodu u dodatnom izmjenjivaču PTV-a na 90 ° C. Automatskim podešavanjem brzine cirkulacijskih pumpi održava se stabilna temperatura u CO i spremniku PTV-a. Pogodno za kaskadni priključak (do 8 VT).

Nema grejnih elemenata za krug grejanja. Dodatni resursi uzimaju se iz bilo kojeg kombiniranog kotla - upravljačka jedinica od njega će uzimati onoliko topline koliko je potrebno u određenom slučaju.

Pri izračunavanju prostora za ugradnju toplotne pumpe potrebno je ostaviti razmak od 300 mm između zida i stražnje površine uređaja (radi praktičnosti nadzora i održavanja komunikacije).

10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Njemačka) - od 630 125 rubalja.

Primarna rashladna tečnost je podzemna voda. Otuda konstantna temperatura na prvom izmjenjivaču toplote i najveći koeficijent COP.

Među prednostima su pomoćni električni grijač male snage na primarnom krugu i vlasnički kontroler (zapravo bežični daljinski upravljač) za daljinsko upravljanje.

Minus - rad cirkulacione pumpe, stanje glavnog voda i izmjenjivač topline primarnog kruga ovisi o kvaliteti destilirane podzemne vode. Potrebno je filtriranje.

Da bi se eliminirala pojava problema koji se teško mogu riješiti skupom opremom, pomoći će analiza podzemnih voda. Što bi trebalo učiniti prije kupovine toplotne pumpe voda-voda.

Izbor urednika

Dugogodišnje iskustvo u proizvodnji i radu toplotnih pumpi u sjevernoj Europi omogućilo je našim sunarodnicima da smanje potragu za najisplativijim načinom grijanja doma. Postoje stvarne opcije za bilo koji zahtjev.

Da li trebate osigurati toplinu kruga PTV-a ili sistema grijanja stambene zgrade do 80 - 100 m²? Razmotrite potencijal NIBE F1155 - njegovo "inteligentno" punjenje štedi bez oštećenja opskrbe toplotom.

Stabilna temperatura u krugovima podnog grijanja, CO, PTV vikendice od 130 m² osigurat će se izmjenjivačem topline PTV-a (180 litara).

Pruža konstantan protok toplote za sve potrošače istovremeno. Mogućnost stvaranja kaskade od 8 dizalica topline omogućava pružanje topline objektu površine najmanje 3.000 m².

Svaki od ovih modela nije apsolutna, već osnovna opcija. Ako ste pronašli odgovarajući TN - pregledajte cijelu liniju, proučite neobavezne ponude. Asortiman opreme je velik, postoji rizik da propustite svoju idealnu opciju.

Članak vam je pomogao da pronađete isplativu opciju grijanja ili ako trebate više informacija - napišite u komentarima. Odmah ćemo odgovoriti.

Sve više i više korisnika Interneta zanimaju alternative načinima grijanja: toplotne pumpe.

Za većinu je ovo potpuno nova i nepoznata tehnologija, zbog čega se postavljaju pitanja poput: "Šta je to?", "Kako izgleda toplotna pumpa?", "Kako funkcionira toplotna pumpa?" itd.

Ovdje ćemo pokušati dati jednostavne i pristupačne odgovore na sva ova i mnoga druga pitanja vezana za toplotne pumpe.

Šta je toplotna pumpa?

Toplinska pumpa - uređaj (drugim riječima "kotao za grijanje") koji odvodi toplotu iz okoline (tla, vode ili zraka) i prenosi je u krug grijanja vaše kuće.

Zahvaljujući sunčevim zracima, koji neprekidno ulaze u atmosferu i na površinu zemlje, dolazi do stalnog oslobađanja toplote. Tako površina zemlje prima toplotnu energiju tokom cijele godine.

Zrak delimično upija toplotu iz energije sunčevih zraka. Preostalu sunčevu toplotnu energiju zemlja gotovo u potpunosti apsorbira.

Pored toga, geotermalna toplota iz utrobe zemlje neprekidno osigurava temperaturu tla od + 8 ° C (počevši od dubine od 1,5-2 metra i niže). Čak iu hladnim zimama temperatura na dubini rezervoara ostaje u rasponu od + 4-6 ° S.

Upravo ta toplota tla, vode i vazduha sa malim potencijalom prenosi toplotnu pumpu iz okoline u krug grejanja privatne kuće, prethodno povećavajući nivo temperature rashladne tečnosti na potrebnih + 35-80 ° S.

VIDEO: Kako radi toplotna pumpa podzemne vode?

Šta radi toplotna pumpa?

Toplotne pumpe - toplotni motori, koji su dizajnirani za proizvodnju toplote koristeći obrnuti termodinamički ciklus. prenijeti toplotnu energiju iz izvora s niskom temperaturom u sistem grijanja s višom temperaturom. Tokom rada toplotne pumpe javljaju se troškovi energije koji ne prelaze količinu proizvedene energije.

Rad toplotne pumpe zasniva se na obrnutom termodinamičkom ciklusu (obrnuti Carnotov ciklus), koji se sastoji od dvije izoterme i dvije adijabate, ali za razliku od izravnog termodinamičkog ciklusa (naprijed Carnotov ciklus), proces se odvija u suprotnom smjeru: suprotno od kazaljke na satu.

U obrnutom Carnotovom ciklusu, okoliš djeluje kao hladni izvor toplote. Kada radi toplotna pumpa, toplota spoljnog okruženja prenosi se na potrošača zbog izvođenja posla, ali sa višom temperaturom.

Prenos toplote iz hladnog tijela (tla, vode, vazduha) moguće je samo na uštrb posla (u slučaju toplotne pumpe trošak električne energije za rad kompresora, cirkulacionih pumpi itd.) ili drugi postupak nadoknade.

Toplinska pumpa se može nazvati i "obrnutim hladnjakom", budući da je toplinska pumpa ista rashladna mašina, ali za razliku od hladnjaka, toplinska pumpa uzima toplinu izvana i prenosi je u sobu, odnosno zagrijava sobu ( hladnjak se hladi uzimajući toplotu iz rashladne komore i izbacuje je kroz kondenzator).

Kako radi toplotna pumpa?

Sada razgovarajte o tome kako radi toplotna pumpa. Da bismo razumjeli kako radi toplotna pumpa, moramo razumjeti nekoliko stvari.

1. Toplotna pumpa može odvajati toplinu čak i pri negativnim temperaturama.

Većina budućih vlasnika kuća ne mogu razumjeti princip rada (u principu bilo koja toplotna pumpa sa zrakom), jer ne razumiju kako se zimi toplota može izvući iz zraka na negativnim temperaturama. Vratimo se osnovama termodinamike i sjetimo se definicije topline.

Vrućina - oblik kretanja materije, koji je nasumično kretanje čestica koje čine tijelo (atomi, molekuli, elektroni, itd.).

Čak i na 0˚C (nula stepeni Celzijusa), kada se voda smrzne, u zraku je još uvijek toplina. Mnogo je manje nego, na primjer, na temperaturi od + 36˚S, ali bez obzira na to, pri nultoj i negativnoj temperaturi, atomi se pomiču i zato se oslobađa toplota.

Kretanje molekula i atoma potpuno se zaustavlja na temperaturi od -273˚S (minus dvjesto sedamdeset i tri stepena Celzijusa), što odgovara apsolutnoj nultoj temperaturi (nula stepeni na Kelvinovoj skali). Odnosno, čak i zimi na temperaturama ispod nule, u zraku je vrućina niskog stupnja koja se može izvući i prenijeti u kuću.

2. Radna tečnost u toplotnim pumpama je rashladno sredstvo (freon).

Šta je rashladno sredstvo? Rashladno sredstvo - radna supstanca u toplotnoj pumpi koja uzima toplinu iz ohlađenog predmeta tokom isparavanja i prenosi toplotu na radni medij (na primer, vodu ili vazduh) tokom kondenzacije.

Osobitost rashladnih sredstava je ta što mogu ključati i na negativnim i na relativno niskim temperaturama. Pored toga, rashladna sredstva mogu preći iz tekućeg u plinovito stanje i obrnuto. Tijekom prijelaza iz tečnog u plinovito (isparavanje) apsorbira se toplina, a pri prijelazu iz plinovitog u tečno (kondenzacija), toplina se prenosi (odvajanje toplote).

3. Rad toplotne pumpe moguć je zahvaljujući svoje četiri ključne komponente.

Da bi se razumio princip rada toplotne pumpe, njen se uređaj može podijeliti u 4 glavna elementa:

1. Kompresorkoji komprimira rashladno sredstvo da bi mu povećao pritisak i temperaturu.
2. Ekspanzijski ventil - termostatski ekspanzijski ventil koji drastično smanjuje pritisak rashladnog sredstva.
3. Isparivač - izmjenjivač topline u kojem rashladno sredstvo s niskom temperaturom upija toplinu iz okoline.
4. Kondenzator - izmjenjivač topline u kojem već vruće rashladno sredstvo nakon kompresije prenosi toplinu na radni medij kruga grijanja.

Upravo ove četiri komponente omogućuju rashladnicima da proizvode hladnoću, a toplotne pumpe za proizvodnju toplote. Da bismo razumjeli kako svaka komponenta toplotne pumpe radi i zašto je potrebna, predlažemo da pogledate video o principu rada toplotne pumpe sa zemaljskim izvorom.

VIDEO: Princip rada toplotne pumpe Soil-Water

Kako radi toplotna pumpa

Sada ćemo pokušati detaljno opisati svaku fazu rada toplotne pumpe. Kao što je ranije spomenuto, toplotne pumpe temelje se na termodinamičkom ciklusu. To znači da se rad toplotne pumpe sastoji od nekoliko faza ciklusa, koje se iznova ponavljaju u određenom slijedu.

Radni ciklus toplotne pumpe može se podijeliti u sljedeće četiri faze:

1. Apsorpcija toplote iz okoline (ključanje rashladnog sredstva).

Isparivač (izmjenjivač topline) opskrbljen je rashladnim sredstvom koje je u tečnom stanju i ima nizak pritisak. Kao što već znamo, na niskim temperaturama rashladno sredstvo može prokuhati i ispariti. Proces isparavanja potreban je da bi supstanca upila toplotu.

Prema drugom zakonu termodinamike, toplota se prenosi iz tijela sa visokom temperaturom u tijelo s nižom temperaturom. U ovoj fazi rada toplotne pumpe niskotemperaturno rashladno sredstvo, prolazeći kroz izmjenjivač topline, uzima toplinu iz rashladne tečnosti (salamure) koja se prethodno digla iz bunara, gdje je oduzela toplinu niskog potencijala. tlo (u slučaju toplotnih pumpi podzemne vode pod zemljom).

Činjenica je da je temperatura tla pod zemljom u bilo koje doba godine + 7-8 ° C. Kada se koriste, instaliraju se vertikalne sonde kroz koje slanica (nosač toplote) cirkuliše. Zadatak rashladne tečnosti je zagrijavanje do maksimalne moguće temperature dok cirkulira kroz duboke sonde.

Kada nosač toplote uzme toplinu iz zemlje, on ulazi u izmjenjivač topline toplotne pumpe (isparivača) gdje "susreće" rashladno sredstvo koje ima nižu temperaturu. I prema drugom zakonu termodinamike dolazi do izmjene topline: toplina iz zagrijanijeg rastvora soli prenosi se u manje zagrijano rashladno sredstvo.

Evo vrlo važne tačke: apsorpcija toplote je moguća tokom isparavanja supstance obrnuto, prenos toplote se javlja tokom kondenzacije. Tokom zagrijavanja rashladne tečnosti iz rashladne tečnosti ona mijenja fazno stanje: rashladna tečnost prelazi iz tečnog u plinovito stanje (odvija se proces ključanja rashladne tečnosti, ona isparava).

Prolazeći kroz isparivač rashladno sredstvo je u plinovitoj fazi... To više nije tečnost, već gas koji oduzima toplotu rashladnoj tečnosti (salamuri).

2. Kompresija rashladnog sredstva pomoću kompresora.

U sljedećem koraku, plinovito rashladno sredstvo ulazi u kompresor. Ovdje kompresor komprimira freon, koji se zbog naglog porasta pritiska zagrijava do određene temperature.

Kompresor uobičajenog kućnog hladnjaka radi na sličan način. Jedina značajna razlika između kompresora hladnjaka i kompresora toplotne pumpe je znatno niža performansa.

VIDEO: Kako radi hladnjak s kompresorom

3. Prenos toplote na sistem grejanja (kondenzacija).

Nakon kompresije u kompresoru, rashladno sredstvo koje ima visoku temperaturu ulazi u kondenzator. U ovom slučaju, kondenzator je ujedno i izmjenjivač topline, u kojem se tijekom kondenzacije toplina prenosi iz rashladnog sredstva u radni medij kruga grijanja (na primjer, voda u sustavu podnog grijanja ili radijatori grijanja).

U kondenzatoru se rashladno sredstvo ponovo prenosi iz plinske faze u tečnost. Ovaj proces prati ispuštanje topline koja se koristi za sistem grijanja u kući i opskrbu toplom vodom (PTV).

4. Smanjenje pritiska (ekspanzije) rashladnog sredstva.

Tekuće rashladno sredstvo sada mora biti pripremljeno za ponavljanje radnog ciklusa. U tu svrhu rashladno sredstvo protiče kroz uski otvor termo-regulacijskog ventila (ekspanzijski ventil). Nakon „forsiranja“ kroz uski otvor leptira za gas, rashladno sredstvo se širi, što rezultira padom njegove temperature i pritiska.

Ovaj postupak je usporediv s prskanjem aerosola iz limenke. Nakon prskanja, sprej na kratko postaje hladniji. Odnosno, došlo je do naglog pada pritiska aerosola uslijed potiskivanja prema van, a temperatura u skladu s tim pada.

Sada je rashladno sredstvo opet pod takvim pritiskom da može proključati i ispariti, što je neophodno da bismo upili toplotu iz rashladne tečnosti.

Zadatak ekspanzijskog ventila (termo-regulacijski ventil) je smanjiti pritisak freona širenjem na izlazu iz uskog otvora. Freon je sada spreman da ponovo zakuha i upije toplotu.

Ciklus se ponavlja sve dok sistem grijanja i PTV-a ne dobije potrebnu količinu topline iz toplotne pumpe.