暖房用ヒートポンプの動作原理。 家を暖房するためのヒートポンプ：動作原理、種類、使用法。 ポンプの操作のいくつかの機能
19世紀の終わりまでに、それらを作動させるために費やされたエネルギーの少なくとも2倍の熱をポンプで送ることができる強力な冷凍ユニットが登場しました。 正式には熱永久機関が可能であることが判明したので、それはショックでした！ しかし、よく調べてみると、永久機関はまだ遠いことがわかり、ヒートポンプで発生する低品位熱と、燃料の燃焼などで得られる高品位熱には大きな違いがあります。 確かに、2番目の原則の対応する定式化は多少変更されました。 では、ヒートポンプとは何ですか？ 一言で言えば、ヒートポンプは、暖房および空調用の最新のハイテク機器です。 ヒートポンプ通りや地面から熱を集めて家に送ります。
ヒートポンプのしくみ
ヒートポンプのしくみ単純：機械的仕事または他のタイプのエネルギーにより、以前は特定のボリュームに均等に分散されていた熱を、このボリュームの一部に集中させます。 他の部分では、それぞれ、熱不足、つまり寒さが形成されます。
歴史的に、ヒートポンプは最初に冷蔵庫として広く使用されていました。実際、どの冷蔵庫も、冷凍室から外部（部屋または外部）に熱を送り出すヒートポンプです。 これらの装置に代わるものはまだありません。また、さまざまな最新の冷凍技術を使用しても、基本的な原理は同じです。つまり、追加の外部エネルギーによって冷凍室から熱が排出されます。
当然のことながら、ほとんどすぐに、コンデンサー熱交換器の顕著な加熱（家庭用冷蔵庫では、通常、キャビネットの背面にある黒いパネルまたは火格子の形で作られています）も加熱に使用できることに気付きました。 これはすでにヒートポンプに基づくヒーターのアイデアでした モダンなフォルム-逆に、無制限の外部ボリューム（通りから）から閉じたボリューム（部屋）に熱が送り込まれる場合の冷蔵庫。 ただし、この地域では、ヒートポンプには、従来の薪ストーブや暖炉からあらゆる種類の最新の暖房システムまで、多くの競合他社があります。 したがって、長年、燃料は比較的安価でしたが、このアイデアは好奇心にすぎないと見なされていました-ほとんどの場合、経済的に完全に不採算であり、そのような使用が正当化されることはめったにありません-通常、によって排出される熱の回復のためにあまり寒くない国の強力な冷凍ユニット。 そして、エネルギー価格の急激な上昇、暖房設備の複雑化とコストの上昇、そしてこのような背景に対するヒートポンプの製造コストの相対的な削減によってのみ、そのようなアイデアは、一度支払ったので、それ自体が経済的に有益になりますかなり複雑で高価な設置であれば、燃料消費量の削減を常に節約することが可能になります。 ヒートポンプは、ますます人気が高まっているコージェネレーション（熱と冷気の同時生成）とトリジェネレーション（熱、冷気、電気の同時生成）のアイデアの基礎となっています。
ヒートポンプはあらゆる冷凍ユニットの本質であるため、「冷凍機」という用語はその仮名であると言えます。 確かに、使用される動作原理の多様性にもかかわらず、冷凍機の設計は依然として熱ではなく冷気の生成に特に焦点を当てていることに留意する必要があります-たとえば、生成された冷気は一箇所に集中し、結果として生じる熱は、設備のいくつかの異なる部分で放散される可能性があります。通常の冷蔵庫では、この熱を利用するのではなく、単にそれを取り除くことがタスクであるためです。
ヒートポンプクラス
現在、2つのクラスのヒートポンプが最も広く使用されています。 1つのクラスには、ペルティエ効果に基づく熱電クラスと、もう1つのクラスが含まれます。蒸発クラスは、機械式コンプレッサー（ピストンまたはタービン）と吸収（拡散）クラスに分類されます。 また、ランク効果が効くボルテックスチューブへの関心も徐々に高まっています。
ペルチェヒートポンプ
ペルチェ素子
ペルティエ効果は、特別に準備された半導体ウェーハの両面に小さなDC電圧が印加されると、このウェーハの片面が加熱され、もう一方が冷却されることです。 したがって、一般的に、熱電ヒートポンプは準備ができています！
効果の物理的本質は次のとおりです。 ペルチェ素子（別名「熱電素子」、英語熱電冷却器、TEC）のプレートは、伝導帯の電子エネルギーのレベルが異なる2つの半導体層で構成されています。 電子が外部電圧の影響下で別の半導体のより高いエネルギー伝導帯に入るとき、それはエネルギーを獲得しなければなりません。 このエネルギーを受け取ると、半導体の接点が冷却されます（電流が反対方向に流れると、逆の効果が発生します。通常のオーム加熱に加えて、層の接点が加熱されます）。
ペルチェ素子の利点
ペルチェ素子の利点は、設計が最大限に単純化されていること（2本のワイヤがはんだ付けされているプレートよりも単純なことはありますか？）、可動部品がまったくないこと、および液体や気体の内部流れがないことです。 この結果、完全に静かな動作、コンパクトさ、空間の向きに対する完全な無関心（十分な熱放散が提供されている場合）、および振動や衝撃荷重に対する非常に高い耐性が得られます。 また、動作電圧はわずか数ボルトなので、数個のバッテリーまたは車のバッテリーで十分に動作します。
ペルチェ素子のデメリット
熱電素子の主な欠点は、効率が比較的低いことです。おおよそ、ポンプで送られる熱の単位あたり、供給される外部エネルギーの2倍の量が必要になると考えられます。 つまり、1 Jの電気エネルギーを供給することで、冷却領域から0.5Jの熱しか除去できなくなります。 合計1.5Jがすべてペルチェ素子の「ウォーム」側に割り当てられ、外部環境に移動する必要があることは明らかです。 これは、圧縮蒸発ヒートポンプの効率よりも何倍も低くなります。
このような低効率を背景に、他の不利な点は通常それほど重要ではなくなります。これは、特定の生産性が低く、特定のコストが高いことです。
ペルチェ素子の使用
それらの特性に応じて、ペルチェ素子の主な用途は、現在、特に強い振動や振動の状態で、重量が厳しく制限されている場合に、あまり強力ではないものを冷却しすぎないようにする必要がある場合に限定されています。寸法、たとえば、主に軍事、航空、宇宙などの電子機器のさまざまなユニットや部品。 おそらく、ペルチェ素子は、低電力（5..30 W）のポータブルカー冷蔵庫の日常生活で最も広く使用されています。
蒸発圧縮ヒートポンプ
蒸発圧縮ヒートポンプの動作サイクルの図
このクラスのヒートポンプの動作原理以下のとおりであります。 ガス状（全体または一部）の冷媒は、コンプレッサーによって液体に変わる圧力まで圧縮されます。 当然、これは熱くなります。 加熱された圧縮冷媒は凝縮器のラジエーターに供給され、そこで周囲温度まで冷却され、過剰な熱を放出します。 これが暖房ゾーン（キッチン冷蔵庫の裏側）です。 圧縮された高温冷媒のかなりの部分がまだ凝縮器入口に蒸気の形で残っている場合、熱交換中に温度が下がると、それも凝縮して液体状態になります。 比較的冷却された液体冷媒は膨張チャンバーに供給され、そこでスロットルまたはエキスパンダーを通過すると、圧力を失い、膨張して蒸発し、少なくとも部分的にガス状になり、したがって、冷却されます-周囲温度よりも大幅に低くなり、ヒートポンプの冷却ゾーンの温度よりも低くても。 蒸発器パネルのチャネルを通過すると、液体と蒸気の熱媒体の冷たい混合物が冷却ゾーンから熱を奪います。 この熱により、冷媒の残りの液体部分は蒸発し続け、一貫して低い蒸発器温度を維持し、効率的な熱抽出を保証します。 その後、蒸気の形の冷媒がコンプレッサーの入口に到達し、コンプレッサーの入口から排気されて再び圧縮されます。 その後、すべてが最初から繰り返されます。
したがって、コンプレッサー-コンデンサー-スロットルの「ホット」セクションでは、冷媒は高圧下にあり、主に液体状態にあり、スロットル-エバポレーター-コンプレッサーの「コールド」セクションでは、圧力は低く、冷媒は主に蒸気状態です。 圧縮と真空の両方が同じコンプレッサーによって生成されます。 コンプレッサーの反対側では、高圧ゾーンと低圧ゾーンがスロットルによって分離されており、冷媒の流れを制限しています。
高出力の産業用冷蔵庫は、毒性がありながら効果的なアンモニアを冷媒、高性能ターボチャージャー、場合によってはエキスパンダーとして使用します。 家庭用冷蔵庫やエアコンでは、通常、冷媒の方が安全なフレオンであり、タービンユニットの代わりにピストンコンプレッサーと「キャピラリーチューブ」（スロットル）が使用されます。
一般的に、変更 集約状態冷媒は必要ありません-原理は永久ガス冷媒でも機能します-しかし、凝集状態の変化の高熱は、作業サイクルの効率を大幅に向上させます。 しかし、冷媒が常に液体の状態にある場合、その効果は基本的に重要ではありません。結局のところ、液体は実質的に非圧縮性であるため、圧力を上げたり下げたりしても温度は変化しません。
チョークとエキスパンダー
このページでよく使用される「チョーク」および「エキスパンダー」という用語は、通常、冷凍技術から遠く離れた人々にはほとんど意味がありません。 したがって、これらのデバイスとそれらの主な違いについて、いくつかの言葉を述べる必要があります。
技術のスロットルは、その強制的な制限のために流れを正規化するように設計されたデバイスです。 電気工学では、この名前は電流の上昇率を制限するように設計されたコイルに割り当てられ、通常、電気回路をインパルスノイズから保護するために使用されます。 油圧では、スロットルは通常フローリストリクターと呼ばれ、必要なフローまたは必要なフロー抵抗を提供するために正確に計算された（キャリブレーションされた）クリアランスを持つ特別に作成されたチャネル制限です。 そのようなチョークの典型的な例はジェットであり、これは燃料混合物の調製中に計算されたガソリン流量を提供するためにキャブレターエンジンで広く使用されています。 同じキャブレターのスロットルバルブは、空気の流れを正常化しました。これは、この混合物の2番目に重要な成分です。
冷凍技術では、スロットルを使用して、膨張室への冷媒の流れを制限し、効率的な蒸発と断熱膨張のためにそこでの状態を維持します。 流量が多すぎると、一般に、膨張室が冷媒で満たされる（コンプレッサーが単にそれを排出する時間がない）か、少なくともそこで必要な真空が失われる可能性があります。 しかし、冷媒の動作に必要なのは、液体冷媒の蒸発とその蒸気の断熱膨張であり、冷媒温度を周囲温度より低くする必要があります。
スロットル（左）、ピストンエキスパンダー（中央）、ターボエキスパンダー（左）の動作原理。
エキスパンダーでは、膨張室が少し近代化されています。 その中で、蒸発して膨張する冷媒は、そこにあるピストンを動かしたり、タービンを回転させたりして、追加の機械的仕事を実行します。 この場合、ピストンまたはタービンホイールの抵抗により、冷媒の流れを制限することができますが、実際には、通常、すべてのシステムパラメータを慎重に選択して調整する必要があります。 したがって、エキスパンダーを使用する場合でも、主流量調整はスロットル（液体クーラント供給チャネルの校正された狭まり）によって実行できます。
ターボエキスパンダーは、作動油の大流量でのみ有効です。低流量では、その効率は従来のスロットルに近くなります。 ピストンエキスパンダーは、作動油のはるかに低い流量で効果的に機能しますが、その設計はタービンよりも桁違いに複雑です。必要なすべてのガイド、シール、および戻りシステム、入口を備えたピストン自体に加えて適切に制御された出口バルブが必要です。
チョークに対するエキスパンダーの利点は、冷媒の熱エネルギーの一部が機械的仕事に変換され、この形で熱サイクルから除去されるため、より効率的な冷却です。 さらに、この作業は、「Zysin冷蔵庫」で行われているように、ポンプやコンプレッサーの駆動などの目的に有益に使用できます。 しかし、単純なチョークは完全に原始的な設計であり、単一の可動部品を含まないため、信頼性、耐久性、および単純さと製造コストの点で、エキスパンダーははるかに遅れています。 通常、エキスパンダーの適用範囲を強力な極低温技術に限定するのはこれらの理由であり、家庭用冷蔵庫では、効果は劣りますが、「毛細管」と呼ばれる、十分に長い単純な銅管である実質的に永遠のスロットルが使用されます。小径のルーメン（通常は0.6〜2 mm）の長さで、計算された冷媒の流れに必要な水力抵抗を提供します。
圧縮ヒートポンプの利点
このタイプのヒートポンプの主な利点は、最新のヒートポンプの中で最も高い効率です。 外部から供給されるエネルギーとポンプで供給されるエネルギーの比率は1：3に達する可能性があります。つまり、供給されるエネルギーのジュールごとに、冷却ゾーンから3Jの熱が排出されます。Pelteの0.5Jと比較して要素！ この場合、コンプレッサーは独立して立つことができ、コンプレッサーによって生成された熱（1 J）は、冷却ゾーンから排出された3Jの熱が放出されるのと同じ場所で外部環境に除去する必要はありません。
ちなみに、一般的に受け入れられているものとは異なりますが、熱力学的現象の非常に好奇心が強く説得力のある理論があります。 したがって、彼女の結論の1つは、ガスを圧縮する作業は、原則として、その総エネルギーの約30％にすぎないということです。 これは、供給エネルギーとポンプエネルギーの比率が1：3であることが理論上の限界に対応し、熱力学的伝熱方法では原理的に改善できないことを意味します。 ただし、一部のメーカーはすでに1：5、さらには1：6の比率が達成されていると宣言しており、これは事実です。実際の冷凍サイクルでは、ガス冷媒の圧縮だけでなく、変更も使用されます。集約の状態で、それは 最後のトライアルメインです...
圧縮ヒートポンプのデメリット
これらのヒートポンプの欠点には、第一に、必然的に騒音を発生させて摩耗しやすいコンプレッサーが存在すること、第二に、特殊な冷媒を使用し、その作業経路全体に沿って絶対的な気密性を維持する必要があることが含まれます。 しかし、修理をせずに20年以上継続して稼働している家庭用圧縮冷蔵庫は、決して珍しいことではありません。 もう1つの特徴は、空間内の位置に対する感度がかなり高いことです。 冷蔵庫とエアコンの両方が横向きまたは逆さまに動作する可能性は低いです。 しかし、これは特定の構造の特性によるものであり、動作の一般的な原理によるものではありません。
通常、圧縮ヒートポンプと冷凍システムは、コンプレッサーの入口にあるすべての冷媒蒸気を使用して設計されています。 そのため、コンプレッサーの入口に蒸発しない液体冷媒が大量に入ると、コンプレッサーの入口にウォーターハンマーが発生し、その結果、ユニットに重大な損傷を与える可能性があります。 この状況の理由は、機器の摩耗と凝縮器の温度が低すぎることの両方である可能性があります。蒸発器に入る冷媒が冷たすぎて、蒸発が遅すぎます。 通常の冷蔵庫の場合、この状況は、非常に寒い部屋（たとえば、約0°C以下の温度）で電源を入れようとした場合、または霜から通常の部屋に持ち込まれたばかりの場合に発生する可能性があります。 暖房で作動する圧縮ヒートポンプの場合、外も寒いにもかかわらず、冷凍室を暖めようとすると、これが発生する可能性があります。 それほど複雑ではない技術的解決策はこの危険を排除しますが、それらは構造のコストを増加させ、通常の操作中に大量に 家庭用器具それらの必要はありません-そのような状況は発生しません。
圧縮ヒートポンプの使用
その高い効率のために、このタイプのヒートポンプがほぼ遍在するようになり、さまざまなエキゾチックなアプリケーション分野で他のすべてのものに取って代わりました。 そして、設計の相対的な複雑さと損傷に対するその感度でさえ、それらの広範な使用を制限することはできません-ほとんどすべてのキッチンには、圧縮冷凍機または冷凍庫、あるいは複数あります！
蒸発吸収（拡散）ヒートポンプ
蒸発の作業サイクル 吸収ヒートポンプ上記の蒸発圧縮ユニットのデューティサイクルと非常によく似ています。 主な違いは、前の場合、冷媒の蒸発に必要な真空がコンプレッサーによる蒸気の機械的吸引によって生成される場合、吸収ユニットでは、蒸発した冷媒が蒸発器から吸収ユニットに流れ、そこで別の物質-吸収剤によって吸収（吸収）されます。 したがって、蒸気は蒸発器の容積から除去され、そこで真空が回復し、冷媒の新しい部分の蒸発が確実になります。 前提条件は、吸収中のそれらの結合力が蒸発器の容積にかなりの真空を作り出すことができるように、冷媒と吸収剤のそのような「親和性」である。 歴史的に、最初でまだ広く使用されている物質のペアは、アンモニアNH3（冷媒）と水（吸収剤）です。 吸収されると、アンモニア蒸気は水に溶解し、その厚さに浸透（拡散）します。 このプロセスから来ました 別名そのようなヒートポンプ-拡散または吸収-拡散。
冷媒（アンモニア）と吸収剤（水）を再び分離するために、使用済みでアンモニアに富むアンモニアと水の混合物は、外部の熱エネルギー源によって脱着器内で沸騰するまで加熱され、次にいくらか冷却されます。 水は最初に凝縮しますが、凝縮直後の高温では、アンモニアをほとんど保持できないため、ほとんどのアンモニアは蒸気の形で残ります。 ここでは、加圧された液体画分（水）と気体画分（アンモニア）が分離され、別々に周囲温度に冷却されます。 アンモニア含有量の少ない冷却水は吸収器に送られ、凝縮器で冷却されるとアンモニアは液体になり、蒸発器に入ります。 そこで圧力が低下し、アンモニアが蒸発し、再び蒸発器を冷却して外部から熱を奪います。 次に、アンモニアの蒸気が水と再結合され、蒸発器から過剰なアンモニア蒸気が除去され、そこで低圧が維持されます。 アンモニアが濃縮された溶液は、分離のために再びストリッパーに送られます。 原則として、アンモニアの脱着には、溶液を沸騰させる必要はなく、沸点近くまで加熱するだけで十分であり、「過剰な」アンモニアは水から蒸発します。 しかし、沸騰させることで、分離を可能な限り迅速かつ効率的に行うことができます。 このような分離の品質は、蒸発器内の真空を決定する主な条件であり、したがって、吸収ユニットの効率であり、多くの設計トリックはこれを正確に目的としています。 結果として、作業サイクルの構成と段階の数の観点から、吸収拡散ヒートポンプは、おそらくそのような機器のすべての一般的なタイプの中で最も複雑です。
動作原理の「ハイライト」は、作動油の加熱（沸騰するまで）を使用して冷気を発生させることです。 この場合、熱源の種類は重要ではありません-それは直火（バーナー炎）でさえあり得るので、電気の使用は必要ありません。 作動油の動きを決定する必要な圧力差を作り出すために、機械式ポンプを使用できる場合があり（通常、大量の作動油を使用する強力な設備で）、特に家庭用冷蔵庫では、可動部品のない要素（サーモサイフォン）を使用できます。 ）。
「Morozko-ZM」冷凍機の吸収拡散冷凍ユニット（ADKhA）。 1
- 熱交換器; 2
-ソリューションのコレクション。 3
-水素アキュムレータ; 4
-吸収体; 5
-再生ガス熱交換器; 6
-還流冷却器（「脱脂剤」）; 7
-コンデンサ; 8
-蒸発器; 9
- 発生器; 10
-サーモサイフォン; 11
-再生器; 12
-弱解のチューブ; 13
-蒸気出口パイプ; 14
- 電気ヒーター; 15
-断熱。
アンモニアと水の混合物に基づく最初の吸収式冷凍機（ABHM）は、19世紀の後半に登場しました。 日常生活では、アンモニアの毒性のため、当時は広く分布していませんでしたが、業界で非常に広く使用されており、–45°Cまで冷却されました。 単段ABHMでは、理論的には、最大冷凍能力は暖房に費やされる熱量に等しくなります（実際には、もちろん、それははるかに少ないです）。 このページの冒頭で述べた熱力学の第二法則の定式化そのものに対する擁護者の信頼を強化したのはこの事実でした。 しかし、吸収ヒートポンプは現在この制限を克服しています。 1950年代に、より効率的な2ステージ（2つのコンデンサーまたは2つのアブソーバー）臭化リチウムABKhMが登場しました（冷媒は水、吸収剤は臭化リチウムLiBr）。 3段階のABHMバリアントは、1985年から1993年に特許を取得しました。 彼らのプロトタイプサンプルは、2ステージサンプルよりも効率が30〜50％優れており、圧縮ユニットの質量モデルに近いものです。
吸収ヒートポンプの利点
吸収ヒートポンプの主な利点は、高価な電気だけでなく、十分な温度と電力の熱源（過熱または排気蒸気、ガス、ガソリン、その他のバーナーの炎）を排気ガスまで使用できることです。無料の太陽エネルギー。
これらのユニットの2番目の利点は、特に国内のアプリケーションで価値があり、可動部品を含まないため、実質的に静かな構造を作成できることです（このタイプのソビエトモデルでは、静かなゴロゴロ音やわずかなヒスノイズが聞こえることがありますが、しかし、もちろん、これは、稼働中のコンプレッサーのノイズと比較しても当てはまりません）。
最後に、家庭用モデルでは、そこで使用される量の作動油（通常は水素またはヘリウムを添加したアンモニア-水混合物）は、作動部分の緊急減圧の場合でも、他の人に大きな危険をもたらすことはありません。 （これは非常に不快な悪臭を伴うため、強い漏れが不可能であることに気付くことはなく、緊急ユニットのある部屋は「自動的に」離れて換気する必要があります。超低濃度のアンモニアは自然で完全に無害です）。 産業施設では、アンモニアの量が多く、漏れ中のアンモニアの濃度は致命的となる可能性がありますが、いずれの場合も、アンモニアは環境に優しいと考えられています-フレオンとは異なり、オゾン層を破壊せず、オゾン層を破壊しないと考えられています温室効果を引き起こします。
吸収ヒートポンプのデメリット
このタイプのヒートポンプの主な欠点-圧縮と比較して効率が低い。
2番目の欠点は、ユニット自体の設計が複雑で、作動油からの腐食負荷がかなり高いことです。これには、高価で機械加工が難しい耐食性材料を使用する必要があるか、ユニットの耐用年数が5に短縮されます。 。7年間。 その結果、「ハードウェア」のコストは、同じ容量の圧縮プラントのコストよりも大幅に高くなります（まず、これは強力な産業用ユニットに適用されます）。
第三に、多くの設計は設置中の配置に非常に重要です。特に、家庭用冷蔵庫の一部のモデルは、厳密に水平に設置する必要があり、数度ずれても機能しませんでした。 ポンプの助けを借りて作動油の強制移動を使用すると、この問題の深刻さが大幅に軽減されますが、ノイズのない熱サイフォンで持ち上げ、重力で排水するには、ユニットを非常に注意深く調整する必要があります。
圧縮機とは異なり、吸収機は低温をそれほど恐れません-それらの効率は単に低下します。 しかし、私がこの段落を欠点のセクションに置いたのは何の意味もありません。これは、彼らが激しい寒さの中で働くことができるという意味ではないからです-寒さの中で、アンモニアの水溶液は、圧縮機で使用されるフレオンとは異なり、単に凍結します凝固点は通常-100°C未満です。 確かに、氷が何も壊れなければ、解凍後、吸収ユニットは、機械的なポンプとコンプレッサーがないため、常にネットワークから切断されていなくても、機能し続けます。家庭用モデルの電力は、ヒーターが強すぎていない領域で沸騰するのに十分小さいです。 ただし、これはすべて、特定の設計の機能にすでに依存しています...
吸収ヒートポンプの使用
圧縮ユニットに比べて効率がやや低く、コストが比較的高いにもかかわらず、電気がない場合や大量の排熱（廃蒸気、高温の排気、煙道ガスなど）がある場合は、吸収熱機械の使用が絶対に正当化されます。プレソーラー暖房まで）。 特に、旅行者、運転手、ヨットマンを対象とした、ガスバーナーを動力源とする特別なモデルの冷蔵庫が製造されています。
現在、ヨーロッパでは、ガスボイラーがガスバーナーまたはディーゼル燃料から加熱される吸収熱ポンプに置き換えられることがあります。これらは、燃料の燃焼熱を回収するだけでなく、街路またはからの追加の熱を「ポンプ」することもできます。地球の深さ！
経験が示すように、日常生活では、電気暖房のオプションは、主に低電力の範囲（20〜100 W）で非常に競争力があります。 より小さな電力は熱電要素の領域であり、より高い電力では、圧縮システムの利点は依然として無条件です。 特に、このタイプの冷蔵庫のソビエトおよびポストソビエトブランドの中で人気があったのは、「モロズコ」、「サーバー」、「クリスタル」、「キエフ」で、通常の冷凍室の容量は30〜140リットルです。 260リットル用モデル（「Crystal-12」）。 ちなみに、エネルギー消費量を評価する際には、圧縮式冷凍機はほとんどの場合短周期モードで動作しますが、吸収式冷凍機は通常、はるかに長い時間オンになるか、通常は継続的に動作するという事実を考慮する価値があります。 したがって、ヒーターの定格電力がコンプレッサーの電力よりはるかに小さい場合でも、1日の平均エネルギー消費量の比率はかなり異なる場合があります。
ボルテックスヒートポンプ
ボルテックスヒートポンプランク効果を使用して、暖かい空気と冷たい空気を分離します。 効果の本質は、高速でパイプに接線方向に供給されたガスが渦を巻いてこのパイプ内で分離することです。冷却ガスはパイプの中心から、加熱ガスは周辺から取り出すことができます。 同じ効果は、それほどではありませんが、液体にも当てはまります。
ボルテックスヒートポンプの利点
このタイプのヒートポンプの主な利点は、設計の単純さと高性能です。 ボルテックスチューブには可動部品がなく、高い信頼性と長寿命を実現しています。 振動と宇宙での位置は、その動作に実質的に影響を与えません。
強力な空気の流れは凍結を防ぐのに優れており、ボルテックスチューブの効率は入口の流れの温度に弱く依存します。 また、低体温、作動油の過熱または凍結に関連する基本的な温度制限がないことも非常に重要です。
場合によっては、ある段階で記録的な高温分離を達成する可能性が役割を果たします。文献では、冷却値は200°以上で示されています。 通常、1つのステージで空気を50..80°С冷却します。
ボルテックスヒートポンプのデメリット
残念ながら、これらの装置の効率は現在、蒸発圧縮装置の効率よりも著しく劣っています。 さらに、効率的な操作のために、作動油の高い供給速度が必要です。 最大効率は、音速の40..50％に等しい入力流量で観察されます-そのような流れ自体は多くのノイズを生成し、さらに、効率的で強力なコンプレッサーを必要とします-デバイスは静かで気まぐれな意味ではありません。
実用的な工学的使用に適したこの現象の一般的に受け入れられている理論の欠如は、そのようなユニットの設計を多くの点で経験的活動にし、結果は運に大きく依存します：「推測-推測しなかった」。 多かれ少なかれ信頼できる結果は、すでに作成された成功したサンプルを再現することによってのみ提供され、特定のパラメーターを大幅に変更しようとした結果は、常に予測可能であるとは限らず、逆説的に見えることもあります。
ボルテックスヒートポンプの使用
しかし、そのようなデバイスの使用は現在拡大しています。 それらは主に、圧力下のガスがすでに存在する場合、およびさまざまな火災および爆発産業で正当化されます-結局のところ、危険な領域に圧力下の空気の流れを供給することは、保護された電気配線をそこに引っ張って設置するよりもはるかに安全で安価です。特別な設計の電気モーター..。
ヒートポンプの効率限界
なぜヒートポンプはまだ暖房に広く使用されていないのですか（おそらく、そのようなデバイスの唯一の比較的一般的なクラスは、インバーター付きのエアコンです）？ これにはいくつかの理由があり、この技術を使用した暖房の伝統の欠如に関連する主観的な理由に加えて、客観的な理由もあります。その主な理由は、ヒートシンクの凍結と比較的狭い温度範囲です。効率的な操作。
渦（主にガス）設備では、通常、低体温症や凍結の問題はありません。 作動油の凝集状態の変化を利用せず、強力なエアフローが「フロストなし」システムの機能を果たします。 ただし、それらの効率は、蒸発ヒートポンプの効率よりもはるかに低くなります。
低体温症
蒸発ヒートポンプでは、作動油の凝集状態（液体から気体への遷移、またはその逆）を変更することにより、高効率が保証されます。 したがって、このプロセスは、比較的狭い温度範囲で可能である。 温度が高すぎると、作動油は常にガス状のままになり、温度が低すぎると、蒸発が非常に困難になるか、凍結することさえあります。 その結果、温度が最適範囲を超えると、最もエネルギー効率の高い相転移が困難になるか、動作サイクルから完全に除外され、圧縮ユニットの効率が大幅に低下し、冷媒が恒久的に液体のままである場合、まったく機能しません。
凍結
空気からの熱の抽出
すべてのヒートポンプユニットの温度が必要な制限内にとどまっている場合でも、動作中、熱抽出ユニット（蒸発器）は常に周囲の空気から凝縮する水滴で覆われています。 しかし、液体の水はそれ自体から排出され、特に熱伝達を妨げることはありません。 蒸発器の温度が低くなりすぎると、凝縮液の滴が凍結し、新しく凝縮した水分がすぐに霜に変わり、蒸発器に残り、徐々に厚い雪の「コート」を形成します。これはまさに、普通の冷蔵庫。 その結果、熱交換の効率が大幅に低下し、作業を停止して蒸発器を解凍する必要があります。 原則として、冷蔵庫の蒸発器では温度が25..50°C低下し、エアコンではその特異性のために温度差が小さくなります-10..15°C。これを知っていると、ほとんどのエアコンがなぜ+13 .. + 17°Сより低い温度に調整することはできません-このしきい値は、通常、霜取りモードが提供されていないため、蒸発器の氷結を避けるために設計者によって設定されました。 これが、インバーターモードを備えたほとんどすべてのエアコンが、それほど高くない負の温度でも機能しない理由の1つです。 近々–25°Cまでの温度で動作するように設計されたモデルが登場し始めました。 ほとんどの場合、–5 ..– 10°Cでも、霜取りのエネルギーコストは通りから汲み上げられる熱量に匹敵し、特に外気の湿度が高い場合、通りからの熱汲み上げは効果がないことがわかります。は100％に近く、外部の集熱器は特に速く氷で覆われます。
土壌と水からの熱の抽出
この点で、地球の深部からの熱は、ヒートポンプの「冷熱」の非凍結源としてますます考えられています。 この場合、私たちは、何キロメートルもの深さに位置する地殻の加熱された層を意味するのではなく、地熱水源さえも意味しません（ただし、運が良ければ、それらが近くにある場合、そのようなものを無視するのは愚かです運命の贈り物）。 これは、5〜50メートルの深さにある土壌層の「通常の」熱を指します。 ご存知のように、中央車線では、そのような深さの土壌の温度は約+ 5°Cであり、年間を通じてほとんど変化しません。 より南部の地域では、この温度は+ 10°C以上に達する可能性があります。 したがって、快適な+ 25°Сとヒートシンク周辺の地面との温度差は非常に安定しており、窓の外の霜に関係なく20°Сを超えません（通常、ヒートポンプ出口の温度に注意してください）。は+50 .. + 60°Сですが、50°Cの温度差は、室温が+ 30°を超えると、冷凍庫で-18°Cを静かに提供する最新の家庭用冷蔵庫を含むヒートポンプに非常に適しています。 C）。
ただし、コンパクトで強力な熱交換器を1つ埋めると、目的の効果が得られなくなります。 実際、この場合のヒートシンクは冷凍庫の蒸発器として機能し、その場所に強力な熱の流入（地熱源または地下河川）がない場合、周囲の土壌を急速に凍結します。すべてのヒートポンプを終了します。 解決策は、一点からではなく、大規模な地下のボリュームから均等に熱を抽出することかもしれませんが、かなりの深さで数千立方メートルの土壌をカバーするヒートシンクを構築するコストは、このソリューションを完全に不採算にする可能性があります経済的に。 モスクワ近郊の実験的な「アクティブハウス」で行われたように、より安価なオプションは、互いに数メートルの間隔でいくつかの井戸を掘削することですが、これも安くはありません-自宅で井戸を作った人は誰でも独立して見積もることができます少なくとも12の30メートルの井戸から地熱地帯を作成するコスト。 さらに、一定の熱抽出は、コンパクトな熱交換器の場合よりも強力ではありませんが、元のヒートシンクと比較してヒートシンク周辺の地温を低下させます。 これにより、ヒートポンプの長期運転時の効率が低下し、新たなレベルでの温度安定化に数年かかる場合があり、その間に熱抽出条件が悪化します。 ただし、夏の暑さの深さまでポンプを強化することで、冬の熱損失を部分的に補うことができます。 しかし、この手順の追加のエネルギーコストを考慮しなくても、それによるメリットはそれほど大きくありません。妥当なサイズの地中熱アキュムレータの熱容量は非常に限られており、ロシアの冬全体には明らかに不十分です。 、そのような熱供給はまだ何もないよりはましですが。 さらに、ここでは地下水の流れのレベル、量、速度が非常に重要です。十分に高い水流量で十分に湿った土壌では、「冬の予備」を作ることはできません。流れる水は、汲み上げられた熱を運び去ります。 （わずか1週間で1日1メートルの地下水のわずかな動きでも、蓄熱された熱は7メートル横に運ばれ、熱交換器の作業領域の外になります）。 確かに、同じ地下水流は冬の土壌冷却の程度を低下させます-水の新しい部分は、熱交換器から遠く離れてそれらによって受け取られる新しい熱をもたらします。 したがって、近くに深い湖、大きな池、または底まで凍らない川がある場合は、地面を掘るのではなく、比較的コンパクトな熱交換器を貯水池に配置することをお勧めします-静止した地面とは異なりますが、停滞した池や湖では、自由水の対流により、かなりの量の貯水池から熱交換器にはるかに効率的な熱供給を提供できます。 ただし、ここでは、水中の対流熱伝達とアイスコートの熱伝達の違いにより、いかなる状況でも熱交換器が水の凝固点まで過冷却され、氷が凍結し始めないようにする必要があります。は巨大です（同時に、凍結した土壌と凍結していない土壌の熱伝導率はそれほど大きく異ならないことが多く、特定の条件下での地熱抽出に水の結晶化の巨大な熱を使用する試みはそれ自体を正当化する可能性があります）。
地熱ヒートポンプのしくみ土壌または水からの熱の収集に基づいており、建物の暖房システムに転送されます。 熱を集めるために、不凍液が建物の近くの土壌または水域にあるパイプを通ってヒートポンプに流れます。 冷蔵庫のようなヒートポンプは、液体を約5°C冷却しながら、液体を冷却します（熱を取り除きます）。 液体は再び外部の土壌または水の中のパイプを通って流れ、その温度を取り戻し、再びヒートポンプに流れます。 ヒートポンプによって奪われた熱は、暖房システムおよび/または温水を加熱するために転送されます。
地下水から熱を抽出することが可能です-約10°Cの地下水が井戸からヒートポンプに供給され、ヒートポンプは水を+1 ... + 2°Cに冷却し、地下に水を戻します。 摂氏マイナス273度を超える温度の物体、いわゆる「絶対零度」には、熱エネルギーがあります。
つまり、ヒートポンプは、地球、水、氷、岩など、あらゆる物体から熱を取り除くことができます。 たとえば、夏に建物を冷却（調整）する必要がある場合は、逆のプロセスが発生します。建物から熱が奪われ、地面（山池）に放出されます。 同じヒートポンプは、冬は暖房に、夏は建物の冷房に使用できます。 明らかに、ヒートポンプは家庭用給湯用の水を加熱し、ファンコイルユニットを介して空調し、プールを加熱し、たとえばアイスリンク、ヒートルーフ、アイスパスを冷却することができます...
1つの機器で建物の冷暖房のすべての機能を実行できます。
現時点で家を暖房する最も一般的な方法は、暖房ボイラー（ガス、固形燃料、ディーゼル、そしてそれほど頻繁ではない）を使用することです。 しかし、そのような単純であると同時に、ヒートポンプなどのハイテクシステムは、広く普及しておらず、無駄になっています。 すべてを事前に計算する方法を愛し、知っている人にとって、彼らの利点は明らかです。 暖房用ヒートポンプは、かけがえのない天然資源を燃やさないため、環境保護の観点からも非常に重要であるだけでなく、毎年高額になるため、エネルギー資源を節約することができます。 さらに、ヒートポンプの助けを借りて、部屋を暖めるだけでなく、家庭のニーズに合わせてお湯を温め、夏の暑さで部屋を整えることができます。
ヒートポンプのしくみ
ヒートポンプの動作原理についてもう少し詳しく見ていきましょう。 冷蔵庫の仕組みを覚えておいてください。 その中に置かれた製品の熱はポンプで排出され、後壁にあるラジエーターに放出されます。 触ることで簡単に確認できます。 家庭用エアコンにも同様の原理があります。部屋から熱を送り出し、建物の外壁にあるラジエーターに放出します。
ヒートポンプ、冷蔵庫、エアコンの動作は、カルノーサイクルに基づいています。
- クーラントは、地面などの低温熱源に沿って移動し、数度加熱されます。
- その後、蒸発器と呼ばれる熱交換器に入ります。 蒸発器では、冷却剤が蓄積された熱を冷媒に伝達します。 冷媒低温で蒸気に変わる特殊な液体です。
- クーラントから温度を引き継いだ後、加熱された冷媒は蒸気に変わり、コンプレッサーに入ります。 冷媒はコンプレッサーで圧縮されます。 その圧力の上昇、それによりその温度も上昇します。
- 高温の圧縮冷媒は、コンデンサーと呼ばれる別の熱交換器に入ります。 ここで、冷媒は、家庭用暖房システム（水、不凍液、空気）で提供される別の熱媒体に熱を放出します。 これにより、冷媒が冷却され、液体に戻ります。
- さらに、冷媒は蒸発器に入り、そこで加熱された熱媒体の新しい部分から加熱され、このサイクルが繰り返されます。
ヒートポンプが作動するには電気が必要です。 しかし、これは電気ヒーターだけを使用するよりもはるかに有益です。 電気ボイラーや電気ヒーターは、熱を出すのとまったく同じ量の電気を消費するためです。 たとえば、ヒーターに2 kWの電力が書き込まれている場合、1時間あたり2 kWを消費し、2kWの熱を生成します。 ヒートポンプは、電力を消費するよりも3〜7倍の熱を生成します。 たとえば、コンプレッサーとポンプの運転には5.5 kW / hが使用され、17 kW / hの熱が得られます。 ヒートポンプの主な利点は、この高効率です。
「ヒートポンプ」暖房システムの長所と短所
ヒートポンプはそれほど革新的でハイテクな発明ではないという事実にもかかわらず、ヒートポンプには多くの伝説や誤解があります。 ヒートポンプの助けを借りて、米国のすべての「暖かい」州、事実上すべてのヨーロッパと日本で、技術はほぼ理想的に、そして長い間研究されてきました。 ちなみに、そのような機器が純粋に外国の技術であり、ごく最近私たちに来たとは思わないでください。 実際、ソ連でも、そのようなユニットは実験施設で使用されていました。 この一例は、ヤルタ市のドルジバ療養所です。 「鶏の足の小屋」を彷彿とさせる未来的な建築に加えて、この療養所は、20世紀の80年代から暖房に工業用ヒートポンプを使用しているという事実でも有名です。 熱源は近くの海であり、ポンプ場自体が療養所のすべての敷地を加熱するだけでなく、温水を供給し、プール内の水を加熱し、暑い時期にそれを冷却します。 それでは、神話を払拭して、この方法で家を暖めることが理にかなっているかどうかを判断してみましょう。
ヒートポンプ暖房システムの利点：
- 省エネ。ガスとディーゼル燃料の価格の上昇に関連して、非常に関連する利点。 「月々の費用」の列には、電気のみが表示されます。これは、すでに書いたように、実際に生成される熱よりもはるかに少ない量で済みます。 ユニットを購入する際には、熱変換係数「ϕ」（熱変換係数、電力または温度変換係数とも呼ばれます）などのパラメータに注意する必要があります。 これは、消費されたエネルギーに対する熱出力の量の比率を示しています。 たとえば、ϕ = 4の場合、1 kW / hの消費で、4 kW / hの熱エネルギーが得られます。
- メンテナンスの節約..。 ヒートポンプは特別な処理を必要としません。 メンテナンスコストは最小限です。
- どこにでも設置可能..。 ヒートポンプの動作のための低温熱源は、土壌、水、または空気である可能性があります。 岩だらけの地形であっても、家を建てる場所はどこでも、ユニットの「食べ物」を見つける機会が常にあります。 ガス本管から離れた地域では、これは最も最適な暖房システムの1つです。 また、送電線のない地域でも、ガソリンまたはディーゼルエンジンを設置してコンプレッサーを稼働させ続けることができます。
- ポンプの動作を監視する必要はありません、固形燃料またはディーゼルボイラーの場合と同様に、燃料を追加します。 ヒートポンプ暖房システム全体が自動化されています。
- あなたは長い間去ることができますシステムがフリーズすることを恐れないでください。 同時に、リビングルームの温度が+ 10°Cになるようにポンプを設置することで、コストを節約できます。
- 環境に安全です。比較のために、燃料を燃焼させる従来のボイラーを使用すると、さまざまな酸化物CO、CO2、NOx、SO2、PbO2が常に形成され、その結果、リン、窒素、 硫酸および安息香酸化合物。 ヒートポンプの運転中は何も排出されません。 そして、システムで使用される冷媒は絶対に安全です。
- ここであなたも注意することができます 地球のかけがえのない天然資源の保護.
- 人と財産の安全..。 ヒートポンプでは、過熱や爆発を引き起こすほど熱くなるものはありません。 さらに、爆発するものは何もありません。 したがって、完全に耐火性のユニットとして分類できます。
- ヒートポンプは、-15°Cの周囲温度でも正常に動作します..。 したがって、そのようなシステムが+ 5°Cまでの暖かい冬の地域でしか家を暖めることができないように思われる場合、それらは間違っています。
- ヒートポンプの可逆性..。 紛れもない利点は、ユニットの汎用性であり、その助けを借りて、冬に暖房し、夏に涼しくすることができます。 暑い日には、ヒートポンプが部屋から熱を奪い、それを貯蔵のために地面に送り、そこから冬に再び熱を取ります。 すべてのヒートポンプがリバーシブルであるとは限らず、一部のモデルのみであることに注意してください。
- 耐久性..。 適切な注意を払えば、暖房システムのヒートポンプは大規模な修理なしで25〜50年使用でき、15〜20年に1回だけコンプレッサーを交換する必要があります。
ヒートポンプ暖房システムの欠点：
- 大規模な初期投資。暖房用ヒートポンプの価格が非常に高い（3000から10000 cu）という事実に加えて、地熱システムの配置に加えて、ポンプ自体以上を費やす必要があります。 例外は空気熱源ヒートポンプで、追加の作業は必要ありません。 ヒートポンプはすぐには（5〜10年で）完済しません。 したがって、暖房にヒートポンプを使用するかどうかという質問への答えは、所有者の好み、彼の経済的能力、および建設条件に依存します。 たとえば、ガス本管の供給とそれに接続するコストがヒートポンプと同じである地域では、後者を優先することは理にかなっています。
- 冬の気温が-15°Cを下回る地域では、 追加の熱源を使用する必要があります..。 という 二価暖房システム、ヒートポンプは屋外で-20°Cまで熱を供給し、それが故障した場合、たとえば、電気ヒーターやガスボイラー、または熱発生器が接続されます。
- 低温ヒートキャリアを備えたシステムでは、ヒートポンプを使用することをお勧めします、 そのような 床暖房システム（+ 35°C）および ファンコイルユニット（+ 35- + 45°С）。 ファンコイルユニット熱/冷気が水から空気に伝達されるファン対流式放熱器です。 古い家にそのようなシステムを装備するには、完全な再開発と再建が必要になり、追加のコストがかかります。 これは、新しい家を建てるときに不利ではありません。
- 環境にやさしいヒートポンプ水と土から熱を奪い、 やや相対的。事実、作業の過程で、クーラントのあるパイプの周りのスペースが冷えて、これは確立されたエコシステムに違反します。 確かに、土壌の深部でさえ、嫌気性微生物が生きており、より複雑なシステムの重要な活動を提供しています。 一方、ガスや石油の生産と比較して、ヒートポンプによる損傷は最小限です。
ヒートポンプ運転用熱源
ヒートポンプは、暖かい季節に太陽放射を蓄積する自然源から熱を奪います。 ヒートポンプも熱源によって異なります。
プライミング
地面は、季節を通じて蓄積する最も安定した熱源です。 深さ5〜7 mでは、土壌温度はほぼ常に一定であり、約+ 5〜 + 8°Сに等しく、深さ10 mでは、土壌温度は常に一定+ 10°Сです。 地面から熱を集めるには2つの方法があります。
水平土壌コレクタークーラントが循環する水平に敷設されたパイプです。 水平コレクターの深さは、条件に応じて個別に計算されます。1.5〜1.7 mの場合もあります。土壌の凍結の深さの場合もありますが、温度安定性を高めて差を小さくするために2〜3 mの場合もあります。また、1〜1.2の場合もあります。 m-ここで、土壌は春に早く暖まり始めます。 2層の水平コレクターが装備されている場合があります。
水平コレクターパイプは、25 mm、32 mm、40mmのさまざまな直径で利用できます。 レイアウトの形状も異なる場合があります-ヘビ、ループ、ジグザグ、さまざまなスパイラル。 ヘビのパイプ間の距離は、少なくとも0.6 m、通常は0.8〜1mである必要があります。
比熱除去パイプの各ランニングメーターからは、土壌の構造によって異なります。
- 乾いた砂-10W / m;
- 乾燥粘土-20W / m;
- 粘土はより湿度が高い-25W / m;
- 含水率が非常に高い粘土-35W / m。
土壌が湿った粘土である場合、100 m2の面積の家を暖房するには、コレクター用に400m2の区画面積が必要になります。 これはかなり多いです-4-5アレス。 そして、この場所に建物があってはならず、一年生の花が咲く芝生と花壇だけが許可されていることを考えると、誰もが水平コレクターを装備する余裕があるわけではありません。
コレクターのパイプを通って流れる特別な液体、それはまた呼ばれます "塩水"また 不凍液たとえば、エチレングリコールまたはプロピレングリコールの30％溶液。 「ブライン」は地面の熱を集めてヒートポンプに送られ、そこで冷媒に送られます。 冷却された「ブライン」は、グラウンドコレクターに逆流します。
垂直接地プローブは、50〜150 m埋設されたパイプのシステムです。これは、1本のU字型パイプで、80〜100 mの深さまで下げられ、コンクリートで満たされます。 あるいは、より広い領域からエネルギーを収集するために20m下げたU字型パイプのシステムかもしれません。 100〜150 mの深さまでの掘削は費用がかかるだけでなく、特別な許可が必要です。そのため、彼らはしばしばトリックに行き、いくつかの浅いプローブを装備します。 このようなプローブ間の距離は5〜7mです。
比熱除去垂直コレクターからも岩に依存します：
- 乾燥した堆積岩-20W / m;
- 水と石の多い土壌で飽和した堆積岩-50W / m;
- 熱伝導率の高い石の多い土壌-70W / m;
- 地下（クリンプ）水-80 W / m。
垂直コレクターの面積は非常に小さいですが、それらの配置のコストは水平コレクターのそれよりも高くなります。 垂直コレクターの利点は、より安定した温度とより大きな熱出力でもあります。
水
水を熱源として利用する方法はたくさんあります。
開いている非凍結リザーバーの底にあるコレクター-川、湖、海-貨物の助けを借りて水没した「塩水」のあるパイプを表します。 クーラントの温度が高いため、この方法は最も収益性が高く経済的です。 貯水池が50m以内にある人だけが集水装置を装備できます。そうしないと、設置の効率が失われます。 ご存知のように、誰もがそのような状態にあるわけではありません。 しかし、海岸の住民にヒートポンプを使用しないことは、近視眼的で愚かです。
下水道コレクターまたは、技術的な設置後の廃水は、住宅の暖房、さらには市内の高層ビルや産業企業、さらには温水の準備に使用できます。 私たちの祖国のいくつかの都市で成功していること。
井戸または地下水他のコレクターよりも使用頻度が低い。 このようなシステムは、1つの水から2つの井戸を建設し、その熱をヒートポンプの冷媒に伝達し、冷却された水を2番目の水に排出することを意味します。 井戸の代わりに、ろ過井戸がある場合があります。 いずれにせよ、放流井戸は最初の井戸から15〜20 mの距離に、さらには下流に配置する必要があります（地下水にも独自のコースがあります）。 このシステムは、供給される水の水質を監視する必要があるため、操作が非常に困難です。ろ過し、ヒートポンプ（蒸発器）の部品を腐食や汚染から保護する必要があります。
空気
最もシンプルなデザインは 空気熱源ヒートポンプ暖房システム..。 追加のマニホールドは必要ありません。 環境からの空気は直接蒸発器に行き、そこで熱を冷却剤に伝達し、次にそれが家の中の冷却剤に熱を伝達します。 ファンコイルユニットの場合は空気、床暖房とラジエーターの場合は水になります。
空気ヒートポンプの設置コストは最も低くなりますが、設置のパフォーマンスは気温に大きく依存します。 冬が暖かい地域（最大+ 5〜0°C）では、これは最も経済的な熱源の1つです。 しかし、気温が-15°Cを下回ると、性能が大幅に低下するため、ポンプを使用しても意味がありませんが、従来の電気ストーバーやボイラーをオンにした方が有利です。
暖房用の空気ヒートポンプのレビューは非常に物議を醸しています。 それはすべてそれらの使用地域に依存します。 温暖な冬の地域、たとえばソチでは、厳しい霜の場合に重複した熱源さえ必要とされない地域でそれらを使用することは有益です。 空気が比較的乾燥していて、冬の気温が-15°Cまで下がる地域に空気熱源ヒートポンプを設置することも可能です。 しかし、湿度が高く寒い気候では、そのような設備は氷結と凍結に悩まされます。 つららがファンに付着すると、システム全体が正常に動作しなくなります。
ヒートポンプ暖房：システムコストと運用コスト
ヒートポンプの出力は、割り当てられる機能に応じて選択されます。 暖房のみの場合は、建物の熱損失を考慮した特別な計算機で計算を行うことができます。 ちなみに、建物の熱損失が80〜100 W / m2以下のヒートポンプの最高のパフォーマンス。 簡単にするために、天井が3mで熱損失が60W / m2の100m2の家を暖房するには、10kWのポンプが必要であると想定します。 水を加熱するには、12または16kWのパワーリザーブを備えたユニットを使用する必要があります。
ヒートポンプの費用電力だけでなく、信頼性とメーカーの要求にも依存します。 たとえば、ロシア製の16 kWユニットのコストは7,000ドルですが、17kWの外国用ポンプRFM17のコストは約13,200ドルです。 コレクターを除くすべての関連機器で。
次の経費は コレクターの配置..。 また、インストールの容量にも依存します。 たとえば、床暖房（100 m2）または80 m2の暖房ラジエーターがいたるところに設置されている、100 m2の家の場合、および150 l / hの容量で+ 40°Cに水を加熱する場合は、コレクター用の井戸を掘削する必要があります。 そのような垂直コレクターは13,000ドルの費用がかかります。
貯水池の底にあるコレクターは少し安くなります。 同じ条件で、11,000ドルかかります。 しかし、専門企業に地熱システムを設置するコストを明確にすることをお勧めします。それは非常に異なる場合があります。 たとえば、17 kWの出力のポンプ用の水平コレクターの配置は、わずか2,500米ドルの費用がかかります。 また、空気熱ポンプの場合、コレクターはまったく必要ありません。
合計で、ヒートポンプの費用は8000米ドルです。 平均して、コレクターの手配は6000米ドルです。 平均。
ヒートポンプによる暖房の月額費用には、 電気代..。 これらは次のように計算できます。消費電力はポンプに表示する必要があります。 たとえば、前述の17 kWポンプの場合、消費電力は5.5 kW / hです。 合計で、暖房システムは年間225日稼働します。 5400時間。 ヒートポンプとその中のコンプレッサーが周期的に作動するという事実を考慮すると、消費電力を半分にする必要があります。 暖房シーズン中は、5400 h * 5.5 kW / h / 2 = 14850kWが消費されます。
使用済みkWhの数に、お住まいの地域のエネルギーキャリアのコストを掛けます。 たとえば、0.05ドル。 1kW /時。 年間で合計742.5米ドルが費やされます。 ヒートポンプが暖房のために働いた月ごとに、100ドルがあります。 電気代。 費用を12か月で割ると、月額60米ドルになります。
ヒートポンプの消費電力が少ないほど、月額費用が低くなることに注意してください。 たとえば、17 kWのポンプがあり、年間10,000 kWしか消費しません（500ドルの費用がかかります）。 ヒートポンプの性能が大きいほど、暖房システム内の熱源と冷却剤の間の温度差が小さいことも重要です。 そのため、床暖房やファンコイルユニットを設置する方が収益性が高いと言われています。 高温熱媒体（+ 65- + 95°C）を備えた標準的な暖房用ラジエーターも設置できますが、間接暖房ボイラーなどの追加の蓄熱器を備えています。 ボイラーはお湯を再加熱するためにも使用されます。
ヒートポンプは、二価システムで使用すると有益です。 ポンプに加えて、ソーラーコレクターを設置することができます。これにより、夏にポンプが冷却に使用されるときに、ポンプに完全に電力を供給することができます。 冬の安全のために、給湯用の水と高温のラジエーターを加熱する熱発生器を追加できます。
ヒートポンプは、熱エネルギーをあまり加熱されていない物体からより加熱された物体に伝達し、その温度を上昇させる装置です。 近年、ヒートポンプは代替熱エネルギーの供給源として高い需要があり、それによりあなたは本当に得ることができます 安い熱環境を汚染することなく。
今日、それらは暖房機器の多くのメーカーによって製造されており、一般的な傾向として、今後数年間で、暖房機器の範囲で主導的な地位を占めるのはヒートポンプであるということです。
通常、ヒートポンプは 地下水の暖かさ、その温度は一年中ほぼ同じレベルであり、+ 10C、環境または水域の熱です。
それらの動作の原理は、絶対零度の値よりも高い温度の物体には、その質量と比熱容量に正比例する熱エネルギーの予備があるという事実に基づいています。 海、海、そしてその質量が大きい地下水は、大量の熱エネルギーを供給していることは明らかであり、家を暖房するために部分的に使用しても、それらの温度や生態系に影響を与えることはありません。地球上の状況。
体を冷やすだけで、体から熱エネルギーを「奪う」ことができます。 この間に放出される熱量（原始的な形で）は、次の式で計算できます。
Q = CM（T2-T1）、 どこ
Q-受けた熱
C-熱容量
M- 重さ
T1 T2-体が冷やされた温度差
式から、1キログラムのクーラントを1000度から0度に冷却すると、1000kgのクーラントを1℃から0℃に冷却した場合と同じ量の熱が得られることがわかります。
主なことは、熱エネルギーを使用して、それを住宅や工業施設の暖房に向けることができるようにすることです。
あまり加熱されていない物体の熱エネルギーを使用するというアイデアは19世紀半ばに生まれました。その作者は、当時の有名な科学者であるケルビン卿に属しています。 しかし、彼のビジネスは一般的な考えよりも進んでいませんでした。 最初のヒートポンププロジェクトは1855年に提案され、RittengerのPeterRitterが所有していました。 しかし、彼はサポートを受けておらず、実用的なアプリケーションも見つかりませんでした。
ヒートポンプの「再生」は、普通の家庭用冷蔵庫が普及した前世紀の40代半ばにまでさかのぼります。 スイスのロバートウェーバーを、によって生成された熱を使用するというアイデアに押しやったのは彼らでした 冷凍庫、家庭用の水を加熱するため。
その結果、圧倒的な効果が得られました。熱量が多すぎて、給湯だけでなく、暖房用の水を加熱するのにも十分でした。 確かに、同時に、冷蔵庫から放出される熱エネルギーを利用できるようにするために、一生懸命働き、熱交換器のシステムを考え出す必要がありました。
しかし、当初、ロバート・ウェーバーの発明は楽しいアイデアと見なされ、現代の有名な見出し「クレイジーハンズ」からのアイデアのように認識されていました。 代替エネルギー源を見つけるという問題が非常に深刻だったとき、それに対する本当の関心はずっと後に起こりました。 ヒートポンプのアイデアがその現代的な形と実用化されたのはその時でした。
最新のヒートポンプは、土壌、水（開放または地下の貯水池内）、および外気などの低温熱源に応じて分類できます。
得られた熱エネルギーは、水に伝達され、給湯および給湯、ならびに空気に使用され、暖房および空調に使用されます。 これを念頭に置いて、ヒートポンプは6つのタイプに分けられます：
- 土から水へ（土から水へ）
- 土壌から空気へ（土壌から空気へ）
- 水から水へ（水から水へ）
- 水から空気へ（水から空気へ）
- 空気から水へ（空気から水へ）
- 空対空（空対空）
各タイプのヒートポンプには独自の機能があります 特徴インストールと操作。
ヒートポンプの設置方法と運転の特徴 地下水
- 低温熱エネルギーの土壌ワンストップサプライヤー
土壌には、低温の熱エネルギーが大量に供給されています。 太陽熱を絶えず蓄積すると同時に、惑星の核から内部から加熱されるのは地球の地殻です。 その結果、数メートルの深さでは、土壌は常に正の温度になります。 原則として、ロシアの中央部では150〜170 cmについて話します。この深さで、土壌温度は正の値になり、7〜8℃を下回りません。
土壌のもう一つの特徴は、厳しい霜でも徐々に凍りつくことです。 その結果、暦春がすでに地表にあり、暖房のための熱需要が減少しているときに、深さ150cmでの最低土壌温度が観察されます。
これは、ロシア中央部の地面から熱を「奪う」ためには、熱エネルギーを蓄積するための熱交換器を150cm未満の深さに配置する必要があることを意味します。
この場合、ヒートポンプシステム内を循環し、熱交換器を通過する冷却剤は、土壌の熱によって加熱され、次に蒸発器に入り、加熱システム内を循環する水に熱を伝達し、新しいものに戻ります。熱エネルギーの一部。
- クーラントとして使用できるもの
いわゆる「ブライン」は、地下水ヒートポンプの熱媒体として最もよく使用されます。 それは水とエチレングリコールまたはプロピレングリコールから調製されます。 一部のシステムはフレオンを使用しているため、ヒートポンプの設計が非常に複雑になり、コストが増加します。 事実、このタイプのポンプの熱交換器は、大きな熱交換面積を持たなければならず、したがって、適切な量の熱媒体を必要とする内部容積が必要です。
フレオンの使用ヒートポンプの効率は向上しますが、システムの完全な気密性と高圧への耐性が必要です。
「ブライン」熱交換器を備えたシステムの場合、通常、直径40〜60mmのポリマーパイプ（ほとんどの場合はポリエチレン）でできています。 熱交換器は、水平または垂直のコレクターとして設計されています。
170cm以下の深さで地面に敷設されたパイプです。これには、未開発の土地を使用できます。 利便性と熱交換面積を増やすために、パイプはジグザグ、ループ、スパイラルなどに配置されています。 将来的には、この土地は芝生、花壇、野菜畑として使用できるようになります。 土壌とコレクターの間の熱伝達は、湿度の高い環境でより優れていることに注意してください。 したがって、土壌の表面に安全に水をやり、施肥することができます。
平均して1m2の土壌が10から40ワットの熱エネルギーを与えると信じられています。 熱エネルギーの必要性に応じて、コレクターループはいくつでも存在できます。
垂直コレクターは、地面に垂直に設置されたパイプのシステムです。 このために、井戸は数メートルから数十メートル、さらには数百メートルの深さまで掘削されます。 ほとんどの場合、垂直コレクターは地下水と密接に接触していますが、これはそうではありません 必要条件その操作のため。 つまり、垂直に設置された地下貯水池は「乾燥」している可能性があります。
垂直コレクターは、水平コレクターと同じように、ほとんどすべてのデザインにすることができます。 最も普及しているシステムは、「パイプインパイプ」および「ループ」システムであり、これを介してブラインがポンプダウンされ、蒸発器に戻ります。
垂直コレクターが最も生産的であることに注意する必要があります。 これは、温度がほぼ常に同じレベルであり、1〜12℃である深い深さでのそれらの位置によって説明されます。1m2からそれらを使用する場合、30〜100ワットの電力を得ることができます。 必要に応じて、ウェルの数を増やすことができます。
パイプと地面の間の熱伝達のプロセスを改善するために、それらの間のスペースにコンクリートが注がれています。
- 地上から水へのヒートポンプの長所と短所
地上から水へのヒートポンプの設置には多額の投資が必要ですが、その運用により、ほぼ無料の熱エネルギーを得ることができます。 これにより、環境に損傷を与えることはありません。
このタイプのヒートポンプの利点の中で、次の点に注意する必要があります。
- 耐久性：修理やメンテナンスなしで数十年連続で動作可能
- 操作のしやすさ
- 農地の区画を使用する可能性
- 迅速な回収：たとえば、300 m2以上の広いエリアの施設を暖房する場合、ポンプは3〜5年で元が取れます。
地上への熱交換器の設置は複雑な農業技術的作業であることを考慮すると、プロジェクトの予備開発を伴って実施する必要があります。
ヒートポンプのしくみ
ヒートポンプは、次の要素で構成されています。
- 従来の電気ネットワークを動力源とするコンプレッサー
- エバポレーター
- コンデンサ
- キャピラリー
- サーモスタット
- 作動油または冷媒、フレオンが最も適している役割
ヒートポンプの動作原理は、 スクールコース物理学「カルノーサイクル」。
キャピラリーを通って蒸発器に入るガス（フレオン）は膨張し、その圧力は低下し、その後の蒸発につながり、蒸発器の壁と接触して、それらから熱を積極的に除去します。 壁の温度が低下し、壁とヒートポンプが配置されている質量との間に温度差が生じます。 原則として、これらは地下水、海水、湖または陸地です。 この場合、より加熱された物体からより加熱されていない物体への熱エネルギーの伝達プロセスが始まることを推測するのは難しいことではありません。この場合、蒸発器の壁です。 動作のこの段階で、ヒートポンプは熱媒体から熱を「排出」します。
次の段階では、冷媒はコンプレッサーに吸い込まれ、圧縮されて凝縮器に加圧されます。 圧縮の過程で、その温度は上昇し、80から120℃の範囲になる可能性があります。これは、住宅の暖房と給湯には十分すぎるほどです。 凝縮器では、冷媒は熱エネルギーの蓄えを放棄し、冷却して液体状態になり、次に毛細管に入ります。 その後、このプロセスが繰り返されます。
ヒートポンプの動作を制御するために、サーモスタットが使用され、部屋が設定温度に達するとシステムへの電力供給が遮断され、温度が所定の値を下回るとポンプが再開されます。
ヒートポンプは熱エネルギー源として使用でき、ボイラーやストーブに基づく暖房システムと同様の暖房システムを配置できます。 このようなシステムの例を上の図に示します。
ヒートポンプの動作は、電気エネルギー源に接続されている場合にのみ可能であることに注意してください。 この場合、暖房システム全体が電気エネルギーの使用に基づいていると誤って信じられている可能性があります。 実際、1 kWの熱エネルギーを暖房システムに伝達するには、約0.2〜0.3kWの電気エネルギーを消費する必要があります。
ヒートポンプの利点
ヒートポンプの利点には次のものがあります。
- 高効率
- 暖房モードから空調モードへの切り替えと、その後の夏季の建物の冷房使用の可能性
- 効率的な自動制御システムを使用する可能性
- 環境安全
- コンパクトさ（家庭用冷蔵庫以下）
- 静かな操作
- カントリーハウスの暖房に特に重要な火災安全
ヒートポンプの欠点の中で、注意する必要があります 高いコストとインストールの複雑さ.
記事の概要
ヒートポンプは、最初は低品位の熱源から加熱されたフレオンを最大28バールのコンプレッサーで圧縮することにより、暖房および給湯システムから水を加熱する装置です。 露出されている 高圧、初期温度が5〜10°Cのガス状熱媒体; 大量の熱を発生します。 これにより、従来の燃料を使用せずに、消費システムの冷却液を50〜60°Cまで加熱できます。 したがって、ヒートポンプはユーザーに最も安い熱を提供すると考えられています。
長所と短所の詳細については、ビデオを参照してください。
このような機器は、スウェーデン、デンマーク、フィンランド、および州レベルでの代替エネルギーの開発をサポートするその他の国で40年以上運用されています。 それほど積極的ではありませんが、毎年自信を持って、ヒートポンプがロシア市場に参入しています。
記事の目的：ヒートポンプの人気モデルの概要を説明します。 この情報は、自分の家への暖房と給湯をできるだけ節約したい人に役立ちます。
ヒートポンプは自然の自由エネルギーで家を暖めます
理論的には、熱抽出は、空気、土壌、地下水、廃水（浄化槽および下水ポンプ場を含む）、開放貯水池から可能です。 実際には、ほとんどの場合、空気と土壌から熱エネルギーを収集する装置を使用することの便宜性が証明されています。
浄化槽または下水ポンプ場（SPS）からの熱抽出を備えたオプションが最も魅力的です。 HPを介して15〜20°Cのクーラントを駆動することにより、出口で少なくとも70°Cを得ることができます。 ただし、このオプションは給湯システムでのみ使用できます。 加熱回路は「魅力的な」ソースの温度を下げます。 これは多くの不快な結果につながります。 たとえば、排水管の凍結。 ヒートポンプの熱交換回路がサンプの壁にある場合は、浄化槽自体です。
COと給湯のニーズに最も人気のあるヒートポンプは、地熱（地球の熱を使用）デバイスです。 それらは、異なる地下水位の砂質および粘土質土壌で、温暖および寒冷気候で最高の性能を発揮することで際立っています。 氷点下の土壌の温度は一年中ほとんど変化しないからです。
ヒートポンプのしくみ
熱媒体は、低品位（5 ... 10°C）の熱源から加熱されます。 ポンプは冷媒を圧縮し、同時に温度が上昇し（50〜60°C）、暖房システムの熱媒体または給湯器を加熱します。
HPの動作プロセスには、次の3つの加熱回路が含まれます。
- 屋外（クーラントと循環ポンプを備えたシステム）;
- 中間（熱交換器、コンプレッサー、コンデンサー、エバポレーター、スロットルバルブ）;
- 消費者回路（循環ポンプ、床暖房、ラジエーター;給湯用-タンク、引き出しポイント）。
プロセス自体は次のようになります。
熱抽出回路
- 土は塩水を加熱します。
- 循環ポンプはブラインを熱交換器に持ち上げます。
- 溶液は冷媒（フレオン）で冷却され、地面に戻されます。
熱交換器
- 液体フレオンは蒸発し、塩水から熱エネルギーを奪います。
- コンプレッサーが冷媒を圧縮し、その温度が急激に上昇します。
- 凝縮器では、蒸発器を通過するフレオンが加熱回路の熱媒体にエネルギーを放出し、再び液体になります。
- 冷却された冷媒は、スロットルバルブを通って最初の熱交換器に流れます。
加熱回路
- 加熱システムの加熱された冷却剤は、循環ポンプによって散逸要素に引き込まれます。
- 部屋の気団に熱エネルギーを放出します。
- 冷却されたクーラントは、リターンパイプを通って中間熱交換器に戻ります。
からのビデオ 詳細な説明処理する：
電気、ガス、ヒートポンプのどれが暖房に安いですか？
各タイプの暖房を接続するためのコストは次のとおりです。 モスクワ地方を取り上げて全体像を示しましょう。 地域によっては価格が異なる場合がありますが、株価収益率は変わりません。 計算では、サイトは「裸」であると想定しています。ガスと電気はありません。
接続コスト
ヒートポンプ。 MO価格で水平輪郭を配置する-スチルバケットを備えた掘削機を交換するための10,000ルーブル（8時間で最大1,000m³の土壌を選択）。 100m²の家のシステムは2日で掘られます（これはロームにも当てはまり、回路の1lmから最大30Wの熱エネルギーを取り除くことができます）。 回路を作業用に準備するには、約5,000ルーブルが必要です。 その結果、一次回路を配置する水平オプションのコストは25,000になります。
井戸はより高価になります（プローブの設置を考慮に入れて、ランニングメーターあたり1,000ルーブル、それらを1つのラインに配管し、冷却材と圧力テストで燃料を補給します）。 サイトの占有面積が小さいほど、リターンが増加します（50 mの井戸の場合-少なくとも1メートルあたり50 W）。 ポンプのニーズがカバーされ、追加の可能性が現れます。 したがって、システム全体が損耗に対して機能するわけではありませんが、ある程度の電力マージンがあります。 350メートルの等高線を垂直の井戸に配置します-350,000ルーブル。
ガスボイラー。モスクワ地域では、Mosoblgazは260,000ルーブルからガスネットワークへの接続、現場での作業、ボイラーの設置を要求しています。
電気ボイラー。三相ネットワークの接続には10,000ルーブルの費用がかかります。550ルーブルはローカル電力網用で、残りは配電盤、メーター、その他の充填用です。
消費
火力9kWのヒートポンプを運転するには、2.7 kW / hの電力が必要です-9ルーブル。 53コペイカ。 1時に、
1m³のガスの燃焼時の比熱は同じ9kWです。 モスクワ地域の家庭用ガスは5ルーブルで請求されます。 14コペイカ 立方メートルあたり
電気ボイラーは9kW / h = 31ルーブルを消費します。 77コペイカ 1時に。 TNとの違いはほぼ3.5倍です。
搾取
- ガスが供給される場合、暖房のための最も費用効果の高いオプションはガスボイラーです。 設備（9 kW）の費用は少なくとも26,000ルーブルで、ガスの月々の支払い（1日あたり12時間）は1,850ルーブルになります。
- 強力な電気機器は、三相ネットワークを編成し、機器自体を購入するという点でより収益性が高くなります（ボイラー-10,000ルーブルから）。 暖かい家は月額11437ルーブルの費用がかかります。
- 代替暖房への初期投資（設備275,000、水平回路の設置25,000）を考慮すると、月に3,430ルーブルの電力を消費するヒートポンプは3年以内に完済します。
システムがゼロから作成されている場合、すべての暖房オプションを比較すると、明らかになります。ガスは地熱ヒートポンプよりもはるかに収益性が高くなく、将来3年間の電気による暖房は、これらのオプションの両方に絶望的に負けます。
ヒートポンプの操作に有利な詳細な計算は、製造元からのビデオを見るとわかります。
このビデオでは、いくつかの追加と効果的な操作の経験が強調されています。
主な特徴
さまざまな特性から機器を選択する場合は、次の特性に注意してください。
| 仕様 | 値の範囲 | 特殊性 |
|---|---|---|
| 火力、kW | 最大8 | 面積が80〜100m²以下、天井の高さが3m以下の施設。 |
| 8-25 | 天井が2.5m、面積が50m²のシングルレベルのカントリーハウスの場合; 永住のためのコテージ、最大260㎡。 | |
| 25歳以上 | 天井が2.7mの2〜3階建ての住宅を検討することをお勧めします。 産業施設-天井の高さが3以上の150m²以下。 | |
| 主要機器の消費電力（補助要素の消費を制限）kW / h | 2から（6から） | これは、コンプレッサーと循環ポンプ（発熱体）のエネルギー消費を特徴づけます。 |
| 作業のスキーム | 空対空 | 変換された空気の熱エネルギーは、分割システムを介して加熱された空気の流れによって部屋に伝達されます。 |
| 空気-水 | デバイスを通過した空気から取られたエネルギーは、液体加熱システムの冷却剤に転送されます。 | |
| ブラインウォーター | 再生可能エネルギー源からの熱エネルギーの伝達は、ナトリウムまたはカルシウム溶液によって実行されます。 | |
| 水-水 | 地下水は、開いた一次回路の幹線を介して、熱エネルギーを直接熱交換器に運びます。 | |
| クーラント出口温度、°С | 55-70 | このインジケータは、長い加熱回路での損失を計算する場合や、追加の熱供給システムを編成する場合に重要です。 |
| 主電源電圧、V | 220, 380 | 単相-安定した（負荷の軽い）家庭用ネットワークの場合のみ、5.5kW以下の電力消費。 最も安い-スタビライザーを介してのみ。 380 Vネットワークがある場合は、三相デバイスが推奨されます。電力範囲が広く、ネットワークを「シンク」する可能性が低くなります。 |
モデルの要約表
この記事では、最も人気のあるモデルを調べ、その長所と短所を特定しました。 モデルのリストは、次の表にあります。
| モデル（原産国） | 特殊性 | 価格、こすります。 |
|---|---|---|
|
小さな部屋の暖房や給湯用のヒートポンプ |
||
| 1. | 空気-水システム; 単相ネットワークから動作します。 突出した凝縮ラインが水タンクに挿入されます。 | 184 493 |
| 2. | "塩水"; 三相ネットワークからの電源。 可変電力制御; 追加の機器を接続する機能-復熱装置、多温度機器。 | 355 161 |
| 3. | 220Vネットワークと不凍液機能を搭載した空気から水へのヒートポンプ。 | 524 640 |
| 永住のためのコテージの暖房システムのための機器 | ||
| 4. | スキーム「水-水」。 ヒートポンプが暖房システムで安定した62°Cの冷却液を生成できるようにするために、コンプレッサーとポンプ（1.5 kW）のセットの機能は、6kWの電力の電気ヒーターによって補完されます。 。 | 408 219 |
| 5. | 「空気-水」スキームに基づいて、2つのブロックで構成される1つのデバイスで、冷却および加熱デバイスの可能性が実現されます。 | 275 000 |
| 6. | 「ブラインウォーター」は、ラジエーターの熱媒体を60°Cまで加熱する装置で、カスケード加熱システムの編成に使用できます。 | 323 300 |
| 7. | 180リットルのクーラント用の給水システム用の貯蔵タンクは、地熱ポンプを備えた1つのハウジングに配置されています | 1 607 830 |
| 暖房および給湯用の強力なヒートポンプ | ||
| 8. | 土壌や地下水からの熱の抽出が可能です。 カスケードシステムおよびリモートコントロールの一部としての操作が可能です。 三相ネットワークから動作します。 | 708 521 |
| 9. | 塩水; コンプレッサーの出力と循環ポンプの回転速度の制御は、周波数調整によって実行されます。 追加の熱交換器; ネットワーク-380V。 | 1 180 453 |
| 10. | 作業計画「水-水」; 一次および二次回路の内蔵ポンプ。 ソーラーシステムを接続する可能性が提供されます。 | 630 125 |
小さな部屋の暖房や給湯用のヒートポンプ
目的-住宅および補助施設の経済的な暖房、給湯システムのメンテナンス。 最も低い消費量（最大2 kW）は、単相モデルに割り当てられます。 ネットワークの電圧サージから保護するには、スタビライザーが必要です。 三相の信頼性は、ネットワークの特性（負荷が均等に分散される）と、電圧サージ時のデバイスの損傷を防ぐ独自の保護回路の存在によって説明されます。 このカテゴリーの機器は、暖房システムと温水回路の同時メンテナンスに常に対応しているわけではありません。
1. Huch EnTEC VARIO PRC S2-E（ドイツ）-184493ルーブルから。
Huch EnTECVARIOを単独で操作することはできません。 給湯システムの貯蔵タンクと組み合わせた場合のみ。 THは、衛生上のニーズに合わせて水を加熱し、室内の空気を冷却します。
利点の中には、デバイスの低消費電力、DHW回路の許容可能な水温、および湿気の多い環境で発生する病原菌からシステムを洗浄する機能（60°Cまでの定期的な短期加熱による）があります。
欠点は、ガスケット、フランジ、およびカラーを個別に購入する必要があることです。 必ずオリジナルにしてください。そうしないと、縞模様ができます。
計算するときは、デバイスが1時間あたり500m³の空気を送り出すことを覚えておく必要があります。したがって、Huch EnTEC VARIOが設置されている部屋の最小面積は少なくとも20m²で、天井の高さは3メートル以上である必要があります。 。
2. NIBE F1155-6 EXP（スウェーデン）-355161ルーブルから。
このモデルは、施設のニーズに合わせて自動的に調整される「インテリジェント」機器として宣言されています。 コンプレッサー用のインバーター電源回路を導入し、出力電力の調整が可能になりました。
少数の消費者（ドローオフポイント、暖房ラジエーター）でこのような機能が存在することにより、従来の非インバーターヒートポンプ（ソフトスタートがない）の場合よりも小さな家を暖房する方が収益性が高くなります。コンプレッサーと出力電力は調整されていません）。 NIBEでは、低電力値では、発熱体がオンになることはめったになく、ヒートポンプ自体の最大消費量は2kW以下であるためです。
小さな物体では、ノイズ（47 dB）は許容されません。 最適な設置オプションは、別の部屋です。 トイレに隣接していない壁にハーネスを配置します。
3.富士通WSYA100DD6（日本）-524640ルーブルから。
「箱から出して」は、1つの回路での加熱に対してのみ機能します。 2番目の回路を接続するためのオプションのキットが提供されており、それぞれを個別に調整することができます。 ただし、ヒートポンプ自体は、最大100m²の室内暖房システム用に設計されており、天井の高さは3メートル以下です。
利点のリストには、小さな寸法、家庭用電源からの操作、8〜55°Cの出口温度制御が含まれます。これは、メーカーの計画によれば、接続されたシステムの制御の快適さと精度に何らかの影響を与えるはずです。
しかし、すべてが低電力によって消されました。 私たちの気候では、宣言された100m²を加熱すると、デバイスは摩耗に対して機能します。 これは、ポンプが切断され、ディスプレイにエラーが表示された状態で、デバイスが「緊急」モードに頻繁に移行することで確認されます。 ケースは保証されません。 機器を再起動して修正しました。
「事故」はエネルギー消費に影響を及ぼします。 コンプレッサーが無音のとき、発熱体がオンになっているからです。 したがって、暖房回路と床下暖房（または給湯）の共同接続は、70m²以下の面積の物体で許容されます。
永住のための典型的なコテージの暖房システムのための機器
これが地熱、空気、水（地下水から熱エネルギーを取り除く）装置です。 宣言された出力電力（少なくとも8 kW）は、カントリーハウス（および永住権）のすべての消費者システムに熱を供給するのに十分です。 このカテゴリの多くのヒートポンプには、冷却モードがあります。 導入されたインバーター電源回路は、コンプレッサーのスムーズな始動を担っています。そのスムーズな動作により、クーラントのデルタ（温度差）が減少します。 回路の最適な動作モードが維持されます（不要な過熱および冷却なし）。 これにより、HP動作のすべてのモードで消費電力を削減できます。 最大の経済効果は空対空装置にあります。
4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3（ドイツ）-408,219ルーブルから。
井戸からの水と一次冷却材（VWWのみ）を使用することで、生産性を損なうことなく、設計を簡素化し、ヒートポンプのコストを削減することができました。
このデバイスは、基本動作モードでの低消費電力と低ノイズレベルを特長としています。
マイナスヴァイヨン-水への厳密さ（鉄とマンガンの化合物による供給ラインと熱交換器への損傷の既知のケース）; 食塩水での作業は除外する必要があります。 状況は保証されませんが、インストールが専門家によって実行された場合 サービスセンター、つまり、誰が主張するか。
少なくとも6.1m³（天井2.5mの2.44m²）の容積の乾燥した霜のない部屋が必要です。 ポンプの下での液滴の形成は欠陥ではありません（絶縁回路の表面からの凝縮液の排出は許可されています）。
5. LG Therma V AH-W096A0（韓国）-275,000ルーブルから。
空気から水へのヒートポンプ。 この装置は2つのモジュールで構成されています。外側のモジュールは気団から熱エネルギーを受け取り、内側のモジュールはそれを変換して加熱システムに転送します。
主なプラスは汎用性です。 オブジェクトの加熱と冷却の両方を構成できます。
このシリーズLGThermaの欠点は、その（およびライン全体の）可能性が200m²を超える面積のコテージのニーズに対して十分ではないことです。
重要なポイント：2成分システムの作業ブロックは、水平方向に50 m、垂直方向に30mを超えて広げてはなりません。
6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS（ドイツ）-323300ルーブルから。
WPF 10MSは、最も強力なSTIEBELELTRONヒートポンプです。
利点の中には、自動的に調整可能な加熱モードと、6つのデバイスをカスケード接続する機能（これは、流量、圧力を上げる、または緊急予備を編成するためのデバイスの並列または直列接続です）システムの容量が最大であることがあります60kWまで。
欠点は、6つのそのようなデバイスを同時に接続するための強力な電気ネットワークの編成が、Rostekhnadzorの地方部門の許可を得てのみ可能であるということです。
モードの設定には特殊な点があります。プログラムに必要な調整を行った後、コントロールランプが消えるまで待つ必要があります。 それ以外の場合は、蓋を閉じた後、システムは元の設定に戻ります。
7.ダイキンEGSQH10S18A9W（日本）-1 607830ルーブルから。
最大130m²の面積の住宅のCOへの熱供給、給湯、床暖房を同時に行うための強力なデバイス。
プログラム可能でユーザー制御のモード。 すべてのサービス回路は、指定されたパラメータ内で監視されます。 180リットルと補助ヒーター用のビルトインストレージ（給湯の必要性のために）があります。
不利な点の中には、130㎡の家では十分に活用されないという印象的な可能性があります。 回収期間が無期限に延長されるための価格。 基本構成では実装されていない外部気候条件への自動適応。 周囲サーミスタ（熱抵抗）はオプションです。 つまり、外部温度が変化した場合、手動で動作モードを設定することをお勧めします。
熱消費量の多い物体用機器
200m²以上の面積を持つ住宅および商業ビルの熱エネルギーのニーズを完全に満たすため。 リモートコントロール、カスケード操作、復熱装置およびソーラーシステムとの相互作用-快適な温度を作り出すユーザーの能力を拡張します。
8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027.5 Ai（ドイツ）-708521ルーブルから。
DS 5027.5 Aiの変更は、EcoTouchシリーズの中で最も強力です。 暖房回路の加熱剤を安定して加熱し、最大280m²の部屋のDHWシステムに熱エネルギーを供給します。
スクロール（既存の中で最も効率的な）コンプレッサー。 クーラントの流量を調整することで、出口温度の安定した指標を得ることができます。 カラーディスプレイ; ロシア化されたメニュー; すっきりとした外観と低ノイズレベル。 快適な操作のための細部。
ウォーターポイントを積極的に利用することで、発熱体がオンになり、エネルギー消費量が6 kW / h増加します。
9. DANFOSS DHP-R ECO 42（スウェーデン）-1 180453ルーブルから。
恒久的な住居を備えたマルチレベルのコテージの給湯システムと暖房回路に熱エネルギーを提供するのに十分な強力な機器。
ここでは、給湯用の追加のヒーターの代わりに、加熱回路からの温水の流れが使用されます。 温水を過熱防止装置に通すと、ヒートポンプは追加のDHW熱交換器の水を90°Cに加熱します。 循環ポンプの速度を自動調整することにより、COおよびDHWタンク内の安定した温度を維持します。 カスケード接続に適しています（最大8 VT）。
加熱回路用の発熱体はありません。 追加のリソースは、任意の組み合わせボイラーから取得されます。コントロールユニットは、特定の場合に必要なだけの熱をボイラーから取得します。
ヒートポンプを設置するスペースを計算するときは、デバイスの壁と背面の間に300 mmのギャップを残す必要があります（通信の監視と維持の便宜のため）。
10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110（ドイツ）-630125ルーブルから。
一次冷却剤は地下水です。 したがって、最初の熱交換器の温度が一定で、COP係数が最も高くなります。
利点の中には、一次回路の低電力の補助電気ヒーターと、リモートコントロール用の独自のコントローラー（実際にはワイヤレスリモートコントロール）があります。
マイナス-循環ポンプの操作性、幹線の状態、一次回路の熱交換器は、蒸留された地下水の水質に依存します。 フィルタリングが必要です。
地下水分析は、高価な機器で解決が難しい問題の出現を排除するのに役立ちます。 これは、水から水へのヒートポンプを購入する前に行う必要があります。
編集者の選択
北ヨーロッパでのヒートポンプの製造と操作における長年の経験により、同胞は家を暖房するための最も有益な方法の検索を減らすことができました。 どんなリクエストにもリアルオプションがあります。
DHW回路または住宅の暖房システムに最大80〜100m²の熱を供給する必要がありますか？ 可能性を検討する ニベF1155-その「インテリジェントな」充填は、熱供給に損傷を与えることなく節約します。
130m²のコテージの床下暖房回路CO、DHWの安定した温度は、DHW熱交換器（180リットル）によって保証されます。
すべての消費者に同時に一定の熱流を提供します。 8つのヒートポンプのカスケードを作成する可能性により、少なくとも3,000m²の面積のオブジェクトに熱を供給することができます。
これらの各モデルは絶対的なものではなく、基本的なオプションです。 適切なTNを見つけた場合は、行全体を参照し、オプションのオファーを調べてください。 機器の範囲が広いため、理想的なオプションを見逃すリスクがあります。
記事はあなたが有益な暖房オプションを見つけるのを助けました、またはあなたは必要です 追加情報-コメントを書いてください。 すぐに対応させていただきます。
ますます多くのインターネットユーザーが代替暖房に興味を持っています。 ヒートポンプ.
ほとんどの場合、これはまったく新しい未知のテクノロジーであるため、「それは何ですか？」、「ヒートポンプはどのように見えますか？」、「ヒートポンプはどのように機能しますか？」などの質問があります。 等
ここでは、ヒートポンプに関連するこれらすべての質問と他の多くの質問に簡単でアクセス可能な回答を提供しようとします。
ヒートポンプとは何ですか？
ヒートポンプ-環境（土壌、水、空気）から散乱熱を奪い、それを家の暖房回路に伝達する装置（言い換えれば「熱ボイラー」）。
継続的に大気と地球の表面に入る太陽の光線のおかげで、熱の絶え間ない放出があります。 これは、地球の表面が一年中熱エネルギーを受け取る方法です。
空気は太陽光線のエネルギーから部分的に熱を吸収します。 残りの太陽熱エネルギーはほぼ完全に地球に吸収されます。
さらに、地球の腸からの地熱は、常に+ 8°Cの土壌温度を提供します（1.5〜2メートル以下の深さから開始）。 寒い冬でも、貯水池の深さの温度は+ 4-6°Сの範囲にとどまります。
ヒートポンプを環境から民家の暖房回路に移すのは、土壌、水、空気のこの低電位の熱であり、以前は冷却剤の温度レベルを必要な+ 35〜80°Cに上げていました。
ビデオ：地下水ヒートポンプはどのように機能しますか？
ヒートポンプは何をしますか？
ヒートポンプ-逆熱力学サイクルを使用して熱を生成するように設計された熱機関。 低温の熱源から高温の暖房システムに熱エネルギーを伝達します。 ヒートポンプの運転中に、生成されるエネルギー量を超えないエネルギーコストが発生します。
ヒートポンプの動作は、2つの等温線と2つの断熱材で構成される逆熱力学サイクル（逆カルノーサイクル）に基づいていますが、直接熱力学サイクル（順カルノーサイクル）とは異なり、プロセスは反対方向、つまり反時計回りに進行します。
逆カルノーサイクルでは、環境は冷熱源として機能します。 ヒートポンプの運転中、外部環境の熱は、作業のパフォーマンスのために消費者に伝達されますが、温度は高くなります。
冷えた物体（土壌、水、空気）から熱を伝達することは、作業を犠牲にしてのみ可能です（ヒートポンプの場合、コンプレッサー、循環ポンプなどの動作のための電気エネルギーのコスト）。または他の補償プロセス。
ヒートポンプは同じ冷凍機であるため、「逆冷凍機」とも呼ばれますが、ヒートポンプは冷蔵庫とは異なり、外部から熱を奪って部屋に移す、つまり部屋を暖めます（冷蔵庫は冷蔵室から熱を奪って冷却し、コンデンサーを通して排出します）。
ヒートポンプはどのように機能しますか？
次に、ヒートポンプがどのように機能するかについて話します。 ヒートポンプがどのように機能するかを理解するには、いくつかのことを理解する必要があります。
1.ヒートポンプは負の温度でも熱を抽出することができます。
ほとんどの将来の住宅所有者は、冬の負の温度で空気から熱を抽出する方法を理解していないため、動作原理（原則として空気ヒートポンプ）を理解できません。 熱力学の基本に戻り、熱の定義を思い出してみましょう。
熱-物質の運動の形態。これは、体を形成する粒子（原子、分子、電子など）のランダムな動きです。
水が凍る0℃（摂氏0度）でも、空気は暖かく保たれています。 たとえば、+ 36℃の温度よりもはるかに低くなりますが、それでも、ゼロおよび負の温度では、原子が移動します。これは、熱が放出されることを意味します。
分子と原子の動きは、-273°C（摂氏マイナス273度）の温度で完全に停止します。これは、絶対零度（ケルビンスケールで0度）に対応します。 つまり、氷点下の冬でも、空気中には低品位の熱があり、それを抽出して家に移すことができます。
2.ヒートポンプの作動油は冷媒（フレオン）です。
冷媒とは何ですか？ 冷媒-ヒートポンプ内の作動物質。蒸発中に冷却された物体から熱を奪い、凝縮中に作動媒体（水や空気など）に熱を伝達します。
冷媒の特徴は、負の温度と比較的低い温度の両方で沸騰できることです。 さらに、冷媒は液体から気体に、またはその逆に変化する可能性があります。 熱が吸収されるのは液体から気体への移行（蒸発）であり、気体から液体への移行（凝縮）では熱が伝達されます（熱分離）。
3.ヒートポンプの動作は、その4つの主要コンポーネントのおかげで可能です。
ヒートポンプの動作原理を理解するために、その装置は4つの主要な要素に分けることができます。
- コンプレッサー冷媒を圧縮して圧力と温度を上げます。
- 膨張弁-冷媒の圧力を大幅に下げるサーモスタット膨張弁。
- エバポレーター-低温冷媒が環境から熱を吸収する熱交換器。
- コンデンサ-圧縮後にすでに高温になっている冷媒が熱を加熱回路の作動媒体に伝達する熱交換器。
チラーがコールドポンプを生成し、ヒートポンプが熱を生成できるようにするのは、これらの4つのコンポーネントです。 ヒートポンプの各コンポーネントがどのように機能し、なぜそれが必要なのかを理解するために、地中熱ヒートポンプの動作原理に関するビデオを視聴することをお勧めします。
ビデオ：土壌-水ヒートポンプの動作原理
ヒートポンプのしくみ
次に、ヒートポンプ操作の各段階について詳しく説明します。 前述のように、ヒートポンプは熱力学的サイクルに基づいています。 これは、ヒートポンプの動作がサイクルのいくつかの段階で構成され、特定の順序で何度も繰り返されることを意味します。
ヒートポンプのデューティサイクルは、次の4つの段階に分けることができます。
1.環境からの熱の吸収（冷媒の沸騰）。
蒸発器（熱交換器）には、液体状態で低圧の冷媒が供給されます。 すでに知っているように、低温では、冷媒は沸騰して蒸発する可能性があります。 物質が熱を吸収するためには、蒸発プロセスが必要です。
熱力学の第二法則によれば、熱は高温の物体から低温の物体に伝達されます。 ヒートポンプ運転のこの段階で、熱交換器を通過する低温冷媒は、以前に井戸から上昇した冷却剤（ブライン）から熱を奪い、土壌の低熱を奪いました。 （地下水地上ヒートポンプの場合）。
事実、一年中いつでも地下の土壌の温度は+ 7-8°Cです。 使用する場合、ブライン（熱媒体）が循環する垂直プローブが取り付けられます。 クーラントの役割は、深いプローブを循環しながら、可能な最高温度までウォームアップすることです。
熱媒体が地面から熱を奪うと、ヒートポンプ（蒸発器）の熱交換器に入り、そこで低温の冷媒に「遭遇」します。 そして、熱力学の第二法則によれば、熱交換が起こります。より加熱されたブラインからの熱は、より加熱されていない冷媒に伝達されます。
ここに非常に重要なポイントがあります： 物質の蒸発中に熱吸収が可能です逆に、熱の伝達は凝縮中に発生します。 冷媒が冷却剤から加熱されると、その相状態が変化します。つまり、冷媒は液体から気体の状態になります（冷媒は沸騰して蒸発します）。
エバポレーターを通って来る 冷媒は気相です..。 それはもはや液体ではなく、冷却剤（塩水）から熱を奪った気体です。
2.コンプレッサーによる冷媒の圧縮。
次のステップでは、ガス状冷媒がコンプレッサーに入ります。 ここでは、コンプレッサーがフレオンを圧縮します。フレオンは、圧力が急激に上昇するため、特定の温度まで加熱されます。
従来の家庭用冷蔵庫のコンプレッサーも同様に機能します。 冷蔵庫用コンプレッサーとヒートポンプ用コンプレッサーの唯一の大きな違いは、性能が大幅に低いことです。
ビデオ：コンプレッサー付き冷蔵庫のしくみ
3.暖房システムへの熱の伝達（凝縮）。
圧縮機で圧縮された後、高温の冷媒が凝縮器に入ります。 この場合、凝縮器は熱交換器でもあり、凝縮中に、熱が冷媒から加熱回路の作動媒体（たとえば、床下暖房システムの水、または加熱ラジエーター）に伝達されます。
凝縮器では、冷媒は気相から液体に再び移動します。 このプロセスには、家の暖房システムと給湯（DHW）に使用される熱の放出が伴います。
4.冷媒圧力の低下（膨張）。
ここで、液体冷媒は、操作サイクルを繰り返すために準備する必要があります。 このため、冷媒は温度調節弁（膨張弁）の狭い開口部を通って流れます。 スロットルの狭い開口部を「強制」した後、冷媒が膨張し、その結果、冷媒の温度と圧力が低下します。
このプロセスは、缶からエアロゾルを噴霧することに相当します。 スプレー後、スプレーは短時間冷たくなります。 つまり、外側に押すことでエアロゾル圧力が急激に低下し、それに応じて温度も低下します。
これで、冷媒は再び沸騰して蒸発できるような圧力になります。これは、冷媒から熱を吸収するために必要です。
膨張弁（温度調節弁）の役割は、狭い開口部からの出口でフレオンを膨張させることにより、フレオンの圧力を下げることです。 これで、フレオンは再び沸騰して熱を吸収する準備が整いました。
暖房およびDHWシステムがヒートポンプから必要な量の熱を受け取るまで、このサイクルが再び繰り返されます。