Načelo delovanja toplotne črpalke za ogrevanje. Toplotna črpalka za ogrevanje stanovanj: načelo delovanja, sorte in uporaba. Nekatere značilnosti delovanja črpalk

Do konca 19. stoletja so se pojavile močne hladilne enote, ki so lahko črpale toploto vsaj dvakrat toliko, kot je zapravila energija za njihovo aktiviranje. Šok je bil, ker se je formalno izkazalo, da je mogoč toplotni večni stroj! Po natančnejšem pregledu pa se je izkazalo, da je še vedno daleč od večnega stroja in nizka stopnja toplote, ki jo proizvaja toplotna črpalka, in visokokakovostna toplota, na primer pri kurjenju goriva, sta dve veliki razliki . Res je, da je bila ustrezna formulacija drugega načela nekoliko spremenjena. Kaj so torej toplotne črpalke? Na kratko je toplotna črpalka sodobna in visokotehnološka naprava za ogrevanje in klimatizacijo. Toplotna črpalka zbira toploto z ulice ali s tal in jo usmerja v hišo.

Kako deluje toplotna črpalka

Kako deluje toplotna črpalka preprosto: zaradi mehanskega dela ali drugih vrst energije zagotavlja koncentracijo toplote, predhodno enakomerno porazdeljene po določeni prostornini, v enem delu te prostornine. V drugem delu nastane toplotni primanjkljaj, torej hlad.

V preteklosti so se toplotne črpalke najprej pogosto uporabljale kot hladilniki - pravzaprav je vsak hladilnik toplotna črpalka, ki črpa toploto iz hladilne komore navzven (v sobo ali zunaj). Tem napravam še vedno ni alternative in ob vsej raznolikosti sodobne hladilne tehnologije ostaja osnovno načelo enako: toplota izčrpava iz hladilne komore zaradi dodatne zunanje energije.

Seveda so skoraj takoj opazili, da je za ogrevanje mogoče uporabiti tudi opazno ogrevanje kondenzatorskega prenosnika toplote (v gospodinjskem hladilniku je običajno narejen v obliki črne plošče ali rešetke na zadnji strani omare). To je bila že ideja grelnika, ki temelji na toplotni črpalki v sodobni obliki - hladilniku, ravno nasprotno, ko se toplota črpa v zaprto prostornino (sobo) iz neomejene zunanje prostornine (z ulice). Vendar ima toplotna črpalka na tem področju veliko konkurentov - od tradicionalnih peči na drva in kaminov do vseh vrst sodobnih ogrevalnih sistemov. Zato je bila ta ideja dolga leta, medtem ko je bilo gorivo razmeroma poceni, samo zanimivost - v večini primerov je bila ekonomsko popolnoma nedonosna in le redko je bila takšna uporaba upravičena - običajno za rekuperacijo toplote, ki jo črpajo močni hladilne enote v državah z ne prehladnim podnebjem. In šele s hitrim dvigom cen energije, zapleti in naraščanjem stroškov ogrevalne opreme ter sorazmernim znižanjem stroškov proizvodnje toplotnih črpalk v takih okoliščinah postane taka ideja ekonomsko upravičena že sama po sebi, saj je enkrat plačala precej zapletena in draga namestitev, potem lahko nenehno prihranite pri zmanjšani porabi goriva. Toplotne črpalke so osnova za vse bolj priljubljene ideje soproizvodnje - sočasne proizvodnje toplote in mraza - in trigeneracije - proizvodnje toplote, mraza in električne energije hkrati.

Ker je toplotna črpalka bistvo vsake hladilne enote, lahko rečemo, da je izraz "hladilni stroj" njen psevdonim. Res je, upoštevati je treba, da so kljub vsestranskosti uporabljenih principov zasnove hladilnih strojev še vedno osredotočene posebej na proizvodnjo mraza in ne toplote - na primer ustvarjeni mraz je zgoščen na enem mestu in nastalo toploto lahko odvajamo v več različnih delih instalacije., ker v navadnem hladilniku naloga ni izkoristiti to toploto, temveč se je preprosto znebiti.

Razredi toplotne črpalke

Trenutno se najpogosteje uporabljata dva razreda toplotnih črpalk. V en razred spadajo termoelektrični, ki temeljijo na Peltierjevem učinku, in drugi - izhlapevalni, ki so nato razdeljeni na mehanske kompresorje (batne ali turbinske) in absorpcijske (difuzijske). Poleg tega se zanimanje za uporabo vrtinčnih cevi, v katerih učinek Ranque deluje kot toplotne črpalke, postopoma povečuje.

Toplotne črpalke Peltier

Peltierjev element

Peltierjev učinek je v dejstvu, da se ob uporabi majhne enosmerne napetosti na dve strani posebej pripravljenega polprevodniškega oblata ena stran tega oblata segreje, druga pa ohladi. Torej, na splošno je termoelektrična toplotna črpalka pripravljena!

Fizično bistvo učinka je naslednje. Plošča Peltierjevega elementa (aka "termoelektrični element", angleški Thermoelectric Cooler, TEC) je sestavljena iz dveh polprevodniških plasti z različno stopnjo elektronske energije v prevodnem pasu. Ko elektron preide pod vplivom zunanje napetosti v prevodni pas večje energije drugega polprevodnika, mora pridobiti energijo. Ko prejme to energijo, se polprevodniška kontaktna točka ohladi (ko tok teče v nasprotni smeri, pride do nasprotnega učinka - stična točka plasti se poleg običajnega omskega ogrevanja segreje).

Prednosti Peltierjevih elementov

Prednost Peltierjevih elementov je v največji enostavnosti njihove zasnove (kaj je lahko enostavnejšega od plošče, na katero sta spajeni dve žici?) In popolna odsotnost gibljivih delov, pa tudi notranji pretok tekočin ali plinov. Posledica tega je absolutno tiho delovanje, kompaktnost, popolna brezbrižnost do orientacije v prostoru (če je zagotovljeno zadostno odvajanje toplote) in zelo visoka odpornost na vibracije in udarne obremenitve. In delovna napetost je le nekaj voltov, zato je za delovanje dovolj nekaj baterij ali avtomobilske baterije.

Pomanjkljivosti Peltierjevih elementov

Glavna pomanjkljivost termoelektričnih elementov je njihov razmeroma nizek izkoristek - približno lahko štejemo, da bodo potrebovali dvakrat več dobavljene zunanje energije na enoto prečrpane toplote. To pomeni, da z dovajanjem 1 J električne energije lahko iz ohlajenega območja odvzamemo le 0,5 J toplote. Jasno je, da bodo vsi skupaj 1,5 J razporejeni na "toplo" stran elementa Peltier in jih bo treba odnesti v zunanje okolje. To je velikokrat manj kot izkoristek kompresijskih toplotnih črpalk z izhlapevanjem.

Ob tako nizki učinkovitosti druge slabosti običajno niso tako pomembne - in to je nizka specifična produktivnost v kombinaciji z visokimi specifičnimi stroški.

Uporaba Peltierjevih elementov

V skladu z njihovimi značilnostmi je trenutno glavno področje uporabe Peltierjevih elementov običajno omejeno na primere, ko se zahteva, da se ne hladi preveč, kar ni preveč močno, zlasti v pogojih močnega tresenja in vibracij ter s strogimi omejitvami glede teže in dimenzije, na primer različne enote in deli elektronske opreme, predvsem vojaške, letalske in vesoljske. Morda se Peltierjevi elementi najpogosteje uporabljajo v vsakdanjem življenju v prenosnih avtomobilskih hladilnikih z nizko porabo (5..30 W).

Izparilne kompresijske toplotne črpalke

Diagram delovnega cikla toplotne črpalke s kompresijskim izhlapevanjem

Načelo delovanja tega razreda toplotnih črpalk kot sledi. Plinasto (v celoti ali delno) hladilno sredstvo kompresor stisne do tlaka, pri katerem se lahko spremeni v tekočino. Seveda se to segreje. Ogrevano stisnjeno hladilno sredstvo se dovaja v hladilnik kondenzatorja, kjer se ohladi na sobno temperaturo in mu odda odvečno toploto. To je ogrevalno območje (zadnji del kuhinjskega hladilnika). Če je na vstopu v kondenzator pomemben del stisnjenega vročega hladilnega sredstva še vedno ostal v obliki hlapov, potem se z znižanjem temperature med izmenjavo toplote tudi kondenzira in preide v tekoče stanje. Relativno ohlajeno tekoče hladilno sredstvo se dovaja v ekspanzijsko komoro, kjer skozi plin ali ekspander izgubi tlak, se razširi in izhlapi, vsaj delno preide v plinasto obliko in se v skladu s tem ohladi - znatno pod temperaturo okolja in tudi pod temperaturo v hladilnem območju toplotne črpalke. Hladna mešanica tekočine in hlapnega sredstva za prenos toplote skozi kanale uparjalne plošče odvaja toploto iz hladilnega območja. Zaradi te toplote preostali tekoči del hladilnega sredstva še naprej izhlapeva, ohranja stalno nizko temperaturo uparjalnika in zagotavlja učinkovito odvajanje toplote. Po tem hladilno sredstvo v obliki hlapov doseže vstop v kompresor, ki ga izprazni in ponovno stisne. Potem se vse ponavlja od začetka.

Tako je v "vročem" odseku lopute kompresorja-kondenzatorja hladilno sredstvo pod visokim tlakom in pretežno v tekočem stanju, v "hladnem" odseku dušilca-uparjalnika-kompresorja pa je tlak nizek in hladilno sredstvo je v glavnem v parnem stanju. Kompresijo in vakuum ustvarja isti kompresor. Na nasprotni strani od kompresorja sta območja visokega in nizkega tlaka ločena s plinom, ki omejuje pretok hladilnega sredstva.

Visoko zmogljivi industrijski hladilniki uporabljajo toksičen, a učinkovit amoniak kot hladilno sredstvo, visoko zmogljive turbopolnilnike in včasih ekspandere. V gospodinjskih hladilnikih in klimatskih napravah je hladilno sredstvo običajno varnejši freon, namesto turbinskih enot pa se uporabljajo batni kompresorji in "kapilarne cevi" (dušilke).

Na splošno sprememba agregatnega stanja hladilnega sredstva ni potrebna - načelo bo delovalo tudi pri trajno plinastem hladilnem sredstvu - vendar velika vročina spremembe agregatnega stanja močno poveča učinkovitost delovnega cikel. Če pa hladilno sredstvo ves čas ostane v tekoči obliki, učinek ne bo temeljen - navsezadnje je tekočina praktično nestisljiva in zato niti naraščajoči niti razbremenilni tlak ne bo spremenil svoje temperature.

Dušilke in ekspanderji

Izraza "dušilec" in "ekspander", ki se pogosto uporabljata na tej strani, ljudem, ki niso daleč od hladilne tehnike, običajno pomenijo malo. Zato je treba povedati nekaj besed o teh napravah in glavni razliki med njimi.

Dušilka v tehnologiji je naprava, namenjena normalizaciji pretoka zaradi njegove prisilne omejitve. V elektrotehniki je bilo to ime dodeljeno tuljavam, namenjenim omejevanju hitrosti naraščanja toka in se običajno uporabljajo za zaščito električnih vezij pred impulznim hrupom. V hidravliki se dušilke običajno imenujejo omejevalniki pretoka, ki so posebej ustvarjene omejitve kanalov z natančno izračunano (umerjeno) zračnostjo, ki zagotavlja zahtevani pretok ali zahtevani upor pretoka. Klasičen primer takšnih dušilk so curki, ki se pogosto uporabljajo v uplinjačih motorjih za zagotavljanje ocenjenega pretoka bencina pri pripravi mešanice goriv. Dušilni ventil v istih uplinjačih je normaliziral pretok zraka - druga bistvena sestavina te mešanice.

V hladilni tehnologiji se plin uporablja za omejevanje pretoka hladilnega sredstva v ekspanzijsko komoro in za vzdrževanje pogojev za učinkovito izhlapevanje in adiabatsko širjenje. Prevelik pretok lahko na splošno privede do polnjenja ekspanzijske komore s hladilnim sredstvom (kompresor preprosto nima časa, da bi ga izčrpal) ali vsaj do izgube potrebnega vakuuma tam. Toda izhlapevanje tekočega hladilnega sredstva in adiabatsko širjenje njegovih hlapov zagotavljata padec temperature hladilnega sredstva, potreben za delovanje hladilnika pod temperaturo okolice.

Načela delovanja dušilke (levo), bata (na sredini) in turbo (na levi).

V ekspanderju je bila ekspanzijska komora nekoliko posodobljena. V njem hladilno sredstvo, ki upari in širi, dodatno izvaja mehansko delo, premikanje tam nameščenega bata ali vrtenje turbine. V tem primeru lahko omejitev pretoka hladilnega sredstva izvedemo zaradi upora bata ali turbinskega kolesa, čeprav v resnici to običajno zahteva zelo skrbno izbiro in usklajevanje vseh sistemskih parametrov. Zato se pri uporabi ekspanderjev lahko regulacija glavnega pretoka izvede z dušilko (kalibrirano zožitev kanala za dovajanje tekočega hladilnega sredstva).

Turboekspander je učinkovit le pri velikih pretokih delovne tekočine; pri majhnem pretoku je njegova učinkovitost blizu običajnega dušenja. Batni ekspander lahko učinkovito deluje z veliko nižjim pretokom delovne tekočine, vendar je njegova zasnova veliko bolj zapletena kot turbina: poleg samega bata z vsemi potrebnimi vodili, tesnili in povratnim sistemom, dovod in izhodni ventili z ustreznim krmiljenjem.

Prednost ekspanderja pred dušilko je učinkovitejše hlajenje, ker se del toplotne energije hladilnega sredstva pretvori v mehansko delo in v tej obliki odstrani iz toplotnega cikla. Poleg tega je to delo nato lahko koristno uporabiti za vzrok, na primer za pogon črpalk in kompresorjev, kot to počnejo v "hladilniku Zysin". Toda preprosta dušilka ima popolnoma primitivno zasnovo in ne vsebuje niti enega gibljivega dela, zato razširjevalnik zaradi zanesljivosti, trajnosti ter preprostosti in stroškov proizvodnje pušča daleč zadaj. Prav ti razlogi običajno omejijo področje uporabe ekspanderjev na močno kriogeno opremo, v gospodinjskih hladilnikih pa se uporabljajo manj učinkovite, a praktično večne dušilke, imenovane tam "kapilarne cevi" in ki so preprosta bakrena cev dovolj dolge dolžina z režo majhnega premera (običajno od 0,6 do 2 mm), ki zagotavlja zahtevano hidravlično upornost za izračunani pretok hladilnega sredstva.

Prednosti kompresijskih toplotnih črpalk

Glavna prednost tovrstne toplotne črpalke je njihov visok izkoristek, najvišji med sodobnimi toplotnimi črpalkami. Razmerje med dovedeno energijo od zunaj in včrpano energijo lahko doseže 1: 3 - to pomeni, da se bo za vsak džul dovedene energije iz hladilnega območja izčrpalo 3 J toplote - primerjajte z 0,5 J za Pelte elementi! V tem primeru lahko kompresor stoji ločeno in toplote, ki jo ustvari (1 J), ni treba odnašati v zunanje okolje na istem mestu, kjer se sprosti 3 J toplote, izčrpane iz hladilnega območja.

Mimogrede, obstaja drugačna od splošno sprejete, a zelo radovedne in prepričljive teorije termodinamičnih pojavov. Torej, eden od njenih zaključkov je, da lahko stiskanje plina načeloma pomeni le približno 30% celotne energije. To pa pomeni, da razmerje med dovedeno in prečrpano energijo 1: 3 ustreza teoretični meji in s termodinamičnimi metodami prenosa toplote načeloma ni mogoče izboljšati. Vendar nekateri proizvajalci že trdijo, da dosežejo razmerje 1: 5 in celo 1: 6, in to drži - navsezadnje se v resničnih hladilnih ciklih ne uporablja samo stiskanje plinastega hladilnega sredstva, temveč tudi sprememba njegovega agregacijsko stanje, in to je zadnje sojenje je glavni ...

Slabosti kompresijskih toplotnih črpalk

Pomanjkljivosti teh toplotnih črpalk vključujejo najprej prisotnost kompresorja, ki neizogibno ustvarja hrup in je izpostavljen obrabi, in drugič, potreba po uporabi posebnega hladilnega sredstva in ohranjanje absolutne tesnosti na celotni delovni poti. Vendar pa gospodinjski kompresijski hladilniki, ki delujejo neprekinjeno 20 let ali več brez kakršnih koli popravil, niso redki. Druga značilnost je precej visoka občutljivost na položaj v vesolju. Tako hladilnik kot klimatska naprava verjetno ne bosta delovala na bok ali na glavo. Toda to je posledica posebnosti posebnih oblik in ne splošnega načela delovanja.

Kompresijske toplotne črpalke in hladilne enote so praviloma zasnovane tako, da je vse hladilno sredstvo v parnem stanju na vstopu v kompresor. Zato lahko velika količina nehlapljenega tekočega hladilnega sredstva, ki vstopi v dovod kompresorja, v njem povzroči vodni kladivo in posledično resno poškoduje enoto. Razlog za to je lahko obraba opreme in prenizka temperatura kondenzatorja - hladilno sredstvo, ki vstopi v uparjalnik, je premrzlo in prepočasi izhlapi. Pri navadnem hladilniku lahko pride do takšnega stanja, če ga poskusite vklopiti v zelo hladnem prostoru (na primer pri temperaturi približno 0 ° C in nižje) ali če je bil ravno zaradi zmrzali v običajni prostor. Za kompresijsko toplotno črpalko za ogrevanje se to lahko zgodi, če poskušate z njo ogreti zamrznjeno sobo, kljub temu da je zunaj tudi mraz. Ne preveč zapletene tehnične rešitve odpravljajo to nevarnost, vendar povečajo stroške zasnove in med rednim delovanjem množičnih gospodinjskih aparatov niso potrebne - takšne situacije se ne pojavijo.

Uporaba kompresijskih toplotnih črpalk

Zaradi svoje visoke učinkovitosti je ta vrsta toplotne črpalke postala skoraj povsod povsod in je izpodrinila vse druge na različnih eksotičnih področjih uporabe. In tudi relativna zapletenost zasnove in občutljivost na poškodbe ne moreta omejiti njihove široke uporabe - skoraj vsaka kuhinja ima kompresijski hladilnik ali zamrzovalnik ali celo več!

Izparilne absorpcijske (difuzijske) toplotne črpalke

Delovni cikel izhlapevanja absorpcijske toplotne črpalke zelo podoben delovnemu ciklusu zgoraj obravnavanih kompresijskih enot. Glavna razlika je v tem, da če v prejšnjem primeru vakuum, potreben za izhlapevanje hladilnega sredstva, nastane z mehanskim sesanjem hlapov s kompresorjem, potem v absorpcijskih enotah uparjeno hladilno sredstvo teče iz uparjalnika v absorpcijsko enoto, kjer je absorbira (absorbira) druga snov - absorbent. Tako se para odstrani iz prostornine uparjalnika in vakuum tam obnovi, kar zagotavlja izhlapevanje novih delov hladilnega sredstva. Nujni pogoj je taka "afiniteta" hladilnega sredstva in absorbenta, tako da bi lahko sile njihovega vezanja med absorpcijo ustvarile pomemben vakuum v prostornini uparjalnika. V preteklosti sta prvi in \u200b\u200bše vedno pogosto uporabljeni par snovi amoniak NH3 (hladilno sredstvo) in voda (absorbent). Ko se absorbirajo, se amoniakovi hlapi raztopijo v vodi in prodrejo (difundirajo) v njeno debelino. Iz tega procesa je prišlo nadomestna imena takšne toplotne črpalke - difuzija ali absorpcija-difuzija.
Da bi hladilno sredstvo (amoniak) in absorbent (voda) spet ločili, se izrabljena in z amoniakom bogata amoniak-voda mešanica segreva v desorberju z zunanjim virom toplotne energije do vrenja, nato se nekoliko ohladi. Voda se najprej kondenzira, a pri visokih temperaturah takoj po kondenzaciji lahko zadrži zelo malo amoniaka, zato večina amoniaka ostane v obliki hlapov. Tu se frakcije tekočine (voda) in plina (amoniak) pod pritiskom ločijo in ločeno ohladijo na sobno temperaturo. Ohlajena voda z nizko vsebnostjo amoniaka se pošlje v absorber in ko se ohladi v kondenzatorju, amoniak postane tekoč in vstopi v uparjalnik. Tam tlak pade in amoniak izhlapi ter spet ohladi uparjalnik in odvzame toploto od zunaj. Nato se hlapi amoniaka spet kombinirajo z vodo, odstranijo odvečne pare amoniaka iz uparjalnika in tam vzdržujejo nizek tlak. Raztopina, bogata z amoniakom, se ponovno pošlje odstranjevalcu. Za desorbiranje amoniaka raztopine načeloma ni treba vreti, dovolj je le, da jo segrejemo blizu točke vrelišča in "presežek" amoniaka izhlapi iz vode. Toda vrenje omogoča ločevanje najhitreje in najučinkoviteje. Kakovost takega ločevanja je glavni pogoj, ki določa vakuum v uparjalniku in s tem tudi učinkovitost absorpcijske enote, zato so usmerjeni številni oblikovalski triki. Posledično so glede na organizacijo in število stopenj delovnega cikla absorpcijsko-difuzijske toplotne črpalke morda najbolj zapletene od vseh običajnih vrst takšne opreme.

"Vrhunec" načela delovanja je, da se za ustvarjanje mraza delovna tekočina tu segreje (do vrenja). V tem primeru vrsta vira ogrevanja ni kritična - lahko gre celo za odprt ogenj (plamen gorilnika), zato uporaba električne energije ni potrebna. Za ustvarjanje potrebne razlike v tlaku, ki določa gibanje delovne tekočine, se lahko včasih uporabljajo mehanske črpalke (običajno v močnih napravah z velikimi količinami delovne tekočine), včasih pa, zlasti v gospodinjskih hladilnikih, elementi brez gibljivih delov (termosifoni ).

Absorpcijsko-difuzijska hladilna enota (ADKhA) hladilnika Morozko-ZM. 1 - toplotni izmenjevalnik; 2 - zbirka raztopine; 3 - akumulator vodika; 4 - absorber; 5 - regenerativni prenosnik toplote; 6 - refluksni kondenzator ("razmaščevalec"); 7 - kondenzator; 8 - uparjalnik; 9 - generator; 10 - termosifon; 11 - regenerator; 12 - cevi šibke raztopine; 13 - odvodna cev za paro; 14 - električni grelec; 15 - toplotna izolacija.

Prvi absorpcijski hladilni stroji (ABCM) na osnovi mešanice amoniaka in vode so se pojavili v drugi polovici 19. stoletja. V vsakdanjem življenju zaradi strupenosti amoniaka takrat niso bili široko razširjeni, vendar so bili zelo široko uporabljeni v industriji, saj so ohlajali na –45 ° С. V enostopenjskem ABHM je teoretično največja hladilna zmogljivost enaka količini toplote, porabljene za ogrevanje (v resnici pa je veliko manjša). Prav to dejstvo je okrepilo zaupanje zagovornikov v samo formulacijo drugega zakona termodinamike, ki je bilo omenjeno na začetku te strani. Vendar so absorpcijske toplotne črpalke zdaj premagale to omejitev. V petdesetih letih se je pojavil učinkovitejši dvostopenjski (dva kondenzatorja ali dva absorberja) litijev bromid ABKhM (hladilno sredstvo je voda, absorbent je litijev bromid LiBr). Tristopenjske različice ABHM so bile patentirane v letih 1985-1993. Njihovi vzorci prototipov so za 30-50% učinkovitejši od dvostopenjskih in so blizu masnim modelom kompresijskih enot.

Prednosti absorpcijskih toplotnih črpalk

Glavna prednost absorpcijskih toplotnih črpalk je sposobnost, da za svoje delo ne uporabljajo samo drage električne energije, temveč tudi kateri koli vir toplote z zadostno temperaturo in močjo - pregreta ali izpušna para, plin, bencin in kateri koli drugi gorilniki - do izpušnih plinov in brezplačna sončna energija.

Druga prednost teh enot, ki je še posebej dragocena pri domačih aplikacijah, je sposobnost ustvarjanja struktur, ki ne vsebujejo gibljivih delov in so zato praktično tihe (pri sovjetskih modelih te vrste lahko včasih slišite tiho klokotanje ali rahlo sikanje, vendar to seveda ne gre v primerjavi s hrupom delujočega kompresorja).

Na koncu pa v gospodinjskih modelih delovna tekočina (običajno mešanica amoniaka in vode z dodatkom vodika ali helija) v tam uporabljenih količinah ne predstavlja velike nevarnosti za druge, tudi v primeru izredne razbremenitve delovnega dela. (to spremlja zelo neprijeten smrad, zato ne boste opazili močnega uhajanja nemogoče, soba z zasilno enoto pa bo morala zapustiti in prezračevati "samodejno"; ultra nizke koncentracije amoniaka so naravne in popolnoma neškodljive). V industrijskih obratih so količine amoniaka velike in koncentracija amoniaka med puščanjem je lahko usodna, vsekakor pa se amonijak šteje za okolju prijazen - verjame se, da za razliko od freonov ne uničuje ozonskega plašča in ne povzročajo učinek tople grede.

Slabosti absorpcijskih toplotnih črpalk

Glavna pomanjkljivost te vrste toplotne črpalke - manjša učinkovitost v primerjavi s stiskanjem.

Druga pomanjkljivost je zapletenost zasnove same enote in precej visoka korozijska obremenitev delovne tekočine, ki zahteva uporabo dragih in težko obdelovalnih materialov, odpornih proti koroziji, ali zmanjšanje življenjske dobe enote na 5- 7 let. Posledično so stroški "strojne opreme" bistveno višji od stroškov kompresorskih naprav z enako zmogljivostjo (najprej gre za močne industrijske enote).

Tretjič, številni modeli so zelo pomembni za namestitev med namestitvijo - zlasti nekateri modeli gospodinjskih hladilnikov so morali biti nameščeni strogo vodoravno in niso hoteli delati niti po odstopanju za več stopinj. Uporaba prisilnega izpodrivanja delovne tekočine s pomočjo črpalk v veliki meri olajša resnost tega problema, vendar dvigovanje s tihim termosifonom in odvajanje s pomočjo gravitacije zahteva zelo natančno poravnavo enote.

Za razliko od stiskalnih strojev se absorpcijski stroji ne bojijo prenizkih temperatur - njihova učinkovitost se preprosto zmanjša. Toda ta odstavek ne dajem brez razloga v odsek za slabosti, ker to ne pomeni, da lahko delujejo v hudem mrazu - v mrazu bo vodna raztopina amoniaka banalno zamrznila, za razliko od freonov, ki se uporabljajo v kompresijskih strojih, ledišče katerega je običajno pod -100 ° C. Res je, da če led nič ne zlomi, bo absorpcijska enota po odtajanju še naprej delovala, tudi če ves ta čas ni bila odklopljena iz omrežja, ker v njej ni mehanskih črpalk in kompresorjev in grelne moči pri gospodinjskih modelih je dovolj majhen, da vre na območju, kamor grelec ni postal preveč močan. Vse to pa je že odvisno od značilnosti določenega dizajna ...

Uporaba absorpcijskih toplotnih črpalk

Kljub nekoliko nižji učinkovitosti in relativno višjim stroškom v primerjavi s kompresijskimi enotami je uporaba absorpcijskih toplotnih strojev popolnoma upravičena tam, kjer ni električne energije ali kjer je veliko odpadne toplote (odpadna para, vroči izpušni plini ali dimni plini itd. - do predsolarnega ogrevanja). Zlasti posebni modeli hladilnikov, ki jih poganjajo plinski gorilniki, se izdelujejo za popotnike, motoriste in jadralce.

Trenutno v Evropi plinski kotli včasih jih nadomestijo z absorpcijskimi toplotnimi črpalkami, ogrevanimi na plinski gorilnik ali dizelsko gorivo - omogočajo ne le izkoriščanje toplote zgorevanja goriva, temveč tudi dodatno črpanje dodatne toplote z ulice ali globine zemlje!

Kot kažejo izkušnje, so v vsakdanjem življenju možnosti z električnim ogrevanjem precej konkurenčne, zlasti v območju nizkih moči - nekje od 20 do 100 W. Manjše moči so področje termoelektričnih elementov, medtem ko so večje moči še vedno brezpogojna prednost kompresijskih sistemov. Zlasti med sovjetskimi in post-sovjetskimi znamkami hladilnikov te vrste so bili priljubljeni "Morozko", "Sever", "Kristall", "Kiev" s tipično prostornino hladilne komore od 30 do 140 litrov, čeprav obstajajo modeli za 260 litrov ("Crystal-12"). Mimogrede, pri ocenjevanju porabe energije je treba upoštevati dejstvo, da kompresijski hladilniki skoraj vedno delujejo v kratkoročnem načinu, medtem ko so absorpcijski hladilniki običajno vklopljeni veliko dlje ali pa običajno delujejo neprekinjeno. Tudi če je nazivna moč grelnika veliko manjša od moči kompresorja, je lahko razmerje med povprečno dnevno porabo energije precej drugačno.

Vrtinčne toplotne črpalke

Vrtinčne toplotne črpalke uporabite učinek Ranque za ločevanje toplega in hladnega zraka. Bistvo učinka je v tem, da se plin, ki se tangencialno dovaja v cev z visoko hitrostjo, vrtinči in ločuje znotraj te cevi: ohlajen plin lahko vzamemo iz središča cevi, ogrevan plin pa z obrobja. Enak učinek, čeprav v veliko manjši meri, velja tudi za tekočine.

Prednosti vrtinčnih toplotnih črpalk

Glavna prednost tovrstne toplotne črpalke je enostavnost zasnove in visoka zmogljivost. Vrtinčna cev ne vsebuje gibljivih delov, kar zagotavlja visoko zanesljivost in dolgo življenjsko dobo. Vibracije in položaj v prostoru praktično nimajo vpliva na njegovo delovanje.

Močan zračni tok dobro preprečuje zmrzovanje, učinkovitost vrtinčnih cevi pa je slabo odvisna od temperature vstopnega toka. Zelo pomembno je tudi, da ni temeljnih temperaturnih omejitev, povezanih s podhladitvijo, pregrevanjem ali zmrzovanjem delovne tekočine.

V nekaterih primerih igra možnost, da na eni stopnji dosežemo rekordno visoko temperaturno ločitev: v literaturi so hladilne številke podane za 200 ° in več. Običajno ena stopnja ohladi zrak za 50..80 ° С.

Pomanjkljivosti vrtinčnih toplotnih črpalk

Na žalost je učinkovitost teh naprav zdaj opazno slabša od učinkovitosti kompresijskih enot za izhlapevanje. Poleg tega za učinkovito delovanje zahtevajo visoko hitrost dovajanja delovne tekočine. Največji izkoristek je zabeležen pri vhodnem pretoku, ki je enak 40..50% hitrosti zvoka - tak pretok sam ustvarja veliko hrupa, poleg tega pa potrebuje učinkovit in močan kompresor - naprava je tudi nikakor ne tiho in precej muhasto.

Zaradi pomanjkanja splošno sprejete teorije tega pojava, primerne za praktično inženirsko uporabo, je zasnova takšnih enot v mnogih pogledih empirična naloga, pri kateri je rezultat zelo odvisen od sreče: "ugibanje - ne ugibanje". Bolj ali manj zanesljiv rezultat zagotavlja le reprodukcija že ustvarjenih uspešnih vzorcev, rezultati poskusov bistvene spremembe določenih parametrov pa niso vedno predvidljivi in \u200b\u200bvčasih videti paradoksalni.

Uporaba vrtinčnih toplotnih črpalk

Vendar se uporaba takih naprav trenutno širi. Upravičeni so najprej tam, kjer je plin že pod pritiskom, pa tudi v različnih požarno in eksplozijsko nevarnih panogah - navsezadnje je pogosto pretok zraka pod pritiskom na nevarno območje veliko varnejši in cenejši kot tja potegniti zaščiteno električno napeljavo in vgraditi elektromotorje v posebni izvedbi ...

Omejitve učinkovitosti toplotnih črpalk

Zakaj se toplotne črpalke še vedno ne uporabljajo pogosto za ogrevanje (morda edini razmeroma pogost razred takšnih naprav so klimatske naprave z razsmernikom)? Razlogov za to je več, poleg subjektivnih, ki so povezani s pomanjkanjem tradicij ogrevanja s to tehniko, pa obstajajo tudi objektivni, med katerimi sta glavna zmrzovanje hladilnega telesa in razmeroma ozek temperaturni razpon za učinkovito delovanje.

V vrtinčnih (predvsem plinskih) instalacijah običajno ni težav s podhladitvijo in zmrzovanjem. Ne uporabljajo spremembe agregatnega stanja delovne tekočine, močan zračni tok pa opravlja funkcije sistema "No Frost". Njihov izkoristek pa je veliko nižji kot pri izparevalnih toplotnih črpalkah.

Hipotermija

V izparilnih toplotnih črpalkah je visok izkoristek zagotovljen s spreminjanjem agregacijskega stanja delovne tekočine - prehodom iz tekočine v plin in obratno. V skladu s tem je ta postopek mogoč v razmeroma ozkem temperaturnem območju. Pri previsokih temperaturah bo delovna tekočina vedno ostala plinasta, pri prenizkih temperaturah pa bo z velikimi težavami izhlapela ali celo zmrznila. Kot rezultat, ko temperatura preseže optimalno območje, postane energetsko najučinkovitejši fazni prehod težaven ali popolnoma izključen iz obratovalnega cikla, izkoristek kompresijske enote pa znatno pade in če hladilno sredstvo ostane stalno tekoče, potem sploh ne bo delovala.

Zamrzovanje

Odvajanje toplote iz zraka

Tudi če temperature vseh enot toplotne črpalke ostanejo v zahtevanih mejah, je naprava za odvajanje toplote - uparjalnik - med obratovanjem vedno prekrita s kapljicami vlage, ki se kondenzirajo iz zunanjega zraka. Toda tekoča voda se sama odteče iz nje, kar ne ovira posebej prenosa toplote. Ko se temperatura uparjalnika prenizka, kondenzat pade in zmrzne, na novo kondenzirana vlaga pa se takoj spremeni v zmrzal, ki ostane na uparjalniku in postopoma tvori debel snežni "plašč" - točno to se zgodi v zamrzovalniku običajni hladilnik. Posledično se učinkovitost izmenjave toplote znatno zmanjša, nato pa morate ustaviti delo in odmrzniti uparjalnik. Praviloma v uparjalniku hladilnika temperatura pade za 25..50 ° C, v klimatskih napravah pa je zaradi njihove specifičnosti temperaturna razlika manjša - 10..15 ° C. Če vemo to, postane jasno, zakaj večina klimatskih naprav ni mogoče prilagoditi na temperaturo nižjo +13 .. + 17 ° С - ta prag so postavili njihovi oblikovalci, da bi se izognili zaledenitvi uparjalnika, ker način odtajanja običajno ni na voljo. To je tudi eden od razlogov, da skoraj vse klimatske naprave z inverterskim načinom ne delujejo niti pri ne preveč visokih negativnih temperaturah - le na zelo v zadnjem času začeli so se pojavljati modeli, zasnovani za delovanje pri temperaturah do –25 ° C. V večini primerov že pri –5 ..– 10 ° C poraba energije za odtaljevanje postane primerljiva s količino toplote, črpane z ulice, in črpanje toplote z ulice se izkaže za neučinkovito, zlasti če zunanji zrak vlaga je blizu 100%, potem je zunanji zbiralnik toplote še posebej hitro pokrit z ledom.

Odvajanje toplote iz tal in vode

V zvezi s tem je bila toplota iz globin zemlje vse pogosteje obravnavana kot ne zamrzovalni vir "hladne toplote" za toplotne črpalke. V tem primeru nikakor ne mislimo na ogrevane plasti zemeljske skorje, ki se nahajajo na globini več kilometrov, in niti na geotermalne vodne vire (čeprav bi bilo, če imate srečo in so v bližini, neumno zanemarjati takšno darilo usode). To se nanaša na "normalno" toploto plasti tal, ki se nahajajo na globini od 5 do 50 metrov. Kot veste, ima v srednjem pasu zemlja na takih globinah temperaturo približno + 5 ° C, ki se skozi leto zelo malo spremeni. V bolj južnih regijah lahko ta temperatura doseže + 10 ° C in več. Tako je temperaturna razlika med udobnimi + 25 ° С in tlemi okoli hladilnega telesa zelo stabilna in ne presega 20 ° С ne glede na zmrzal zunaj okna (upoštevati je treba, da je običajno temperatura na izhodu toplotne črpalke je +50 .. + 60 ° С, toda in temperaturna razlika 50 ° C je povsem primerna za toplotne črpalke, vključno s sodobnimi gospodinjskimi hladilniki, ki mirno zagotavljajo -18 ° C v zamrzovalniku, ko je temperatura prostora nad + 30 ° C).

Če pa zakopljete en kompakten, a zmogljiv izmenjevalnik toplote, težko dosežete želeni učinek. Dejansko hladilnik v tem primeru deluje kot uparjalnik zamrzovalnika in če na mestu, kjer se nahaja, ni močnega dotoka toplote (geotermalni vir ali podzemna reka), bo hitro zmrznil okoliško zemljo, ki bo končalo vse črpanje toplote. Rešitev je lahko v tem, da toplote ne izvlečemo iz ene točke, temveč enakomerno iz velike podzemne prostornine, vendar pa bodo stroški gradnje hladilnika, ki pokriva tisoče kubičnih metrov zemlje na precejšnji globini, najverjetneje naredili to donosno ekonomsko. Cenovno ugodnejša možnost je vrtanje več vodnjakov v razmiku nekaj metrov drug od drugega, kot so to storili v eksperimentalni "aktivni hiši" blizu Moskve, a tudi to ni poceni - vsak, ki je na svojem območju naredil vodnjak neodvisno oceniti stroške ustvarjanja geotermalnih polj iz vsaj ducata 30-metrskih vodnjakov. Poleg tega bo stalno odvajanje toplote, čeprav manj močno kot pri kompaktnem toplotnem izmenjevalniku, v primerjavi s prvotnim še vedno znižalo temperaturo tal okoli hladilnih ponorov. To bo privedlo do zmanjšanja izkoristka toplotne črpalke med njenim dolgotrajnim delovanjem, obdobje stabilizacije temperature na novi ravni pa lahko traja več let, v tem času pa se bodo pogoji za odvajanje toplote poslabšali. Vendar lahko poskušamo delno nadomestiti zimske toplotne izgube s povečanim črpanjem v poletni vročini do globine. A tudi brez upoštevanja dodatnih stroškov energije za ta postopek korist od njega ne bo prevelika - toplotna zmogljivost zemeljskega akumulatorja toplote je precej omejena in očitno ni dovolj za celotno rusko zimo , čeprav je takšna oskrba s toploto še vedno boljša kot nič. Poleg tega je tu zelo pomembna raven, prostornina in hitrost pretoka podzemne vode - obilno navlažena tla z dovolj visokim pretokom vode ne bodo omogočala ustvarjanja "rezerv za zimo" - tekoča voda bo s seboj odnašala črpano toploto (tudi skop premik podtalnice za 1 meter na dan v samo enem tednu bo shranjeno toploto odnesel na stran za 7 metrov in bo zunaj delovnega območja izmenjevalnika toplote). Res je, da bo enak pretok podtalnice pozimi zmanjšal stopnjo ohlajanja tal - novi deli vode bodo prinesli novo toploto, ki jo bodo prejeli daleč od toplotnega izmenjevalca. Če je torej v bližini globoko jezero, velik ribnik ali reka, ki nikoli ne zmrzne na dno, potem je bolje, da ne kopate zemlje, temveč v rezervoar postavite razmeroma kompakten izmenjevalnik toplote - v stoječem ribniku ali jezeru lahko konvekcija proste vode zagotovi veliko učinkovitejšo oskrbo s toploto hladilnega telesa iz velike količine rezervoarja. Toda tu je treba zagotoviti, da se izmenjevalnik toplote v nobenem primeru ne bo ohladil do ledišča vode in ne bo začel zamrzovati ledu, saj je razlika med konvekcijskim prenosom toplote v vodi in prenosom toplote ledenega plašča je ogromno (hkrati se toplotna prevodnost zmrznjenih in odmrznjenih tal pogosto ne razlikuje toliko močno in poskus uporabe ogromne toplote kristalizacije vode pri odvajanju toplote iz tal pod določenimi pogoji je lahko upravičen).

Načelo delovanja geotermalne toplotne črpalke na podlagi zbiranja toplote iz tal ali vode in prenosa v ogrevalni sistem stavbe. Za zbiranje toplote tekočina proti zmrzovanju teče skozi cev, ki se nahaja v zemlji ali vodnem telesu blizu stavbe do toplotne črpalke. Toplotna črpalka, tako kot hladilnik, tekočino ohladi (odstrani toploto), medtem ko se tekočina ohladi za približno 5 ° C. Tekočina spet teče skozi cev v zunanjo zemljo ali vodo, povrne temperaturo in spet teče v toplotno črpalko. Toplota, ki jo odvzame toplotna črpalka, se prenese v ogrevalni sistem in / ali za ogrevanje tople vode.

Iz podzemne vode je mogoče odvzeti toploto - podtalnica s temperaturo približno 10 ° C se iz vrtine dovaja na toplotno črpalko, ki vodo ohladi na +1 ... + 2 ° C in vodo vrne pod zemljo. Vsak predmet s temperaturo nad minus dvesto triinsedemdeset stopinj Celzija - tako imenovano "absolutno ničlo", ima toplotno energijo.

To pomeni, da lahko toplotna črpalka odstrani toploto s katerega koli predmeta - zemlje, vode, ledu, kamenja itd. Če je stavbo, denimo, poleti treba ohladiti (kondicionirati), potem se zgodi nasproten postopek - toplota se iz stavbe odvzame in odvede v zemljo (rezervoar). Ista toplotna črpalka lahko pozimi deluje za ogrevanje, poleti pa za hlajenje stavbe. Očitno lahko toplotna črpalka ogreva vodo za oskrbo s toplo vodo za gospodinjstvo, klimatizira preko ventilatorskih konvektorjev, ogreva bazen, hladi, na primer drsališče, ogreva strehe in ledene poti ...
Ena oprema lahko opravlja vse funkcije ogrevanja in hlajenja stavbe.

Stanje je takšno, da je trenutno najbolj priljubljen način ogrevanja doma uporaba ogrevalnih kotlov - plinskih, trdih goriv, \u200b\u200bdizelskih in veliko redkeje - električnih. Toda tako preprosti in hkrati visokotehnološki sistemi, kot so toplotne črpalke, niso bili razširjeni in zaman. Za tiste, ki imajo radi in znajo vse izračunati vnaprej, so njihove prednosti očitne. Toplotne črpalke za ogrevanje ne kurijo nenadomestljivih rezerv naravnih virov, kar je izjemnega pomena ne samo z vidika varovanja okolja, ampak tudi prihrani pri energetskih virih, saj so vsako leto dražje. Poleg tega lahko s pomočjo toplotnih črpalk ne samo ogrevate sobo, temveč tudi ogrevate toplo vodo za gospodinjske potrebe in prostor urejate v poletni vročini.

Kako deluje toplotna črpalka

Zadržimo se nekoliko podrobneje na principu delovanja toplotne črpalke. Spomnite se, kako deluje hladilnik. Toplota izdelkov, nameščenih v njej, se črpa in odvaja v radiator, ki se nahaja na zadnji steni. Z dotikom je to enostavno preveriti. Gospodinjske klimatske naprave imajo podobno načelo: toploto črpajo iz prostora in jo oddajajo na radiator, ki se nahaja na zunanji steni stavbe.

Delovanje toplotne črpalke, hladilnika in klimatske naprave temelji na Carnotovem ciklu.

1. Hladilna tekočina, ki se premika vzdolž vira nizkotemperaturne toplote, na primer tal, se segreje za več stopinj.
2. Nato vstopi v prenosnik toplote, ki se imenuje uparjalnik. V uparjalniku hladilna tekočina prenese nakopičeno toploto v hladilno sredstvo. Hladilno sredstvo je posebna tekočina, ki se pri nizkih temperaturah spremeni v paro.
3. Po prevzemu temperature iz hladilne tekočine se ogrevano hladilno sredstvo spremeni v paro in vstopi v kompresor. Hladilno sredstvo je v kompresorju stisnjeno, t.j. povečanje tlaka, zaradi česar se tudi njegova temperatura dvigne.
4. Vroče stisnjeno hladilno sredstvo vstopi v drug izmenjevalnik toplote, imenovan kondenzator. Tu hladilno sredstvo odda toploto drugemu nosilcu toplote, ki je na voljo v sistemu ogrevanja stanovanj (voda, antifriz, zrak). To hladilno sredstvo ohladi in spremeni nazaj v tekočino.
5. Nadalje hladilno sredstvo vstopi v uparjalnik, kjer ga segreje nov del ogrevanega toplotnega nosilca, in cikel se ponovi.

Za delovanje toplotne črpalke je potrebna elektrika. Toda to je še vedno veliko bolj donosno kot uporaba samo električnega grelnika. Ker električni kotel ali grelec porabi popolnoma enako količino električne energije kot oddaja toploto. Če je na primer na grelniku napisana moč 2 kW, porabi 2 kW na uro in proizvede 2 kW toplote. Toplotna črpalka proizvede 3-7 krat več toplote, kot jo porabi električne energije. Na primer, za delovanje kompresorja in črpalke porabimo 5,5 kW / h in dobimo 17 kW / h toplote. Prav ta visok izkoristek je glavna prednost toplotne črpalke.

Prednosti in slabosti ogrevalnega sistema "toplotna črpalka"

O toplotnih črpalkah je veliko legend in zmot, kljub temu da to ni tako inovativen in visokotehnološki izum. S pomočjo toplotnih črpalk se ogrevajo vsa "topla" stanja v ZDA, tako rekoč po vsej Evropi in na Japonskem, kjer je tehnologija že skorajda idealno izdelana in že dolgo časa. Mimogrede, ne mislite, da je takšna oprema povsem tuja tehnologija in je k nam prišla pred kratkim. Tudi v ZSSR so takšne enote uporabljali v poskusnih objektih. Primer tega je sanatorij Druzhba v mestu Jalta. Poleg futuristične arhitekture, ki spominja na "kočo na piščančjih nogah", je ta sanatorij znan tudi po tem, da se od 80-ih let 20. stoletja v njem uporabljajo industrijske toplotne črpalke. Vir toplote je bližnje morje, sama črpališče pa ne ogreva le vseh prostorov sanatorija, temveč zagotavlja tudi toplo vodo, segreva vodo v bazenu in jo v vročem času hladi. Poskusimo torej razbiti mite in ugotoviti, ali je na tak način smiselno ogrevati dom.

Prednosti ogrevalnih sistemov s toplotno črpalko:

• Prihranki energije.V povezavi z naraščajočimi cenami plina in dizelskega goriva je zelo pomembna prednost. V stolpcu "mesečni stroški" bo navedena le elektrika, ki, kot smo že pisali, potrebuje veliko manj kot dejansko proizvedena toplota. Pri nakupu enote je treba biti pozoren na takšen parameter, kot je razmerje toplotne transformacije "ϕ" (lahko mu rečemo tudi koeficient toplotne pretvorbe, razmerje moči ali temperature). Prikazuje razmerje med količino proizvedene toplote in porabljeno energijo. Na primer, če je ϕ \u003d 4, potem pri porabi 1 kW / h dobimo 4 kW / h toplotne energije.
• Prihranki pri vzdrževanju... Toplotna črpalka ne zahteva posebne obdelave. Stroški vzdrževanja so minimalni.
• Lahko ga namestite na katero koli mesto... Viri nizkotemperaturne toplote za delovanje toplotne črpalke so lahko tla, voda ali zrak. Kjerkoli zgradite hišo, tudi na skalnatem terenu, vedno obstaja priložnost, da poiščete "hrano" za enoto. Na območju, oddaljenem od plinovoda, je to eden najbolj optimalnih ogrevalnih sistemov. In tudi v regijah brez daljnovodov je mogoče namestiti bencinski ali dizelski motor, da kompresor deluje.
• Ni treba spremljati delovanja črpalke, dodajte gorivo, kot je to primer pri kotlu na trdo gorivo ali dizelskem gorivu. Celoten sistem ogrevanja s toplotno črpalko je avtomatiziran.
• Lahko odidete za dolgo časa in ne bojte se, da bo sistem zamrznil. Hkrati lahko prihranite denar tako, da v dnevni sobi namestite črpalko, ki zagotavlja temperaturo + 10 ° C.
• Varno za okolje. Za primerjavo: pri uporabi tradicionalnih kotlov, ki kurijo gorivo, se vedno tvorijo različni oksidi CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, posledično pa se na tla okoli hiše nalagajo fosforne, dušikove, žveplove kisline in benzojske spojine. Ko deluje toplotna črpalka, se ne oddaja nič. Hladilna sredstva, ki se uporabljajo v sistemu, so popolnoma varna.
• Tukaj lahko tudi opazite ohranitev nenadomestljivih naravnih virov planeta.
• Varnost za ljudi in lastnino... V toplotni črpalki se nič ne segreje dovolj, da povzroči pregrevanje ali eksplozijo. Poleg tega v njem preprosto nič ne eksplodira. Tako ga lahko razvrstimo kot popolnoma ognjevarno enoto.
• Toplotne črpalke uspešno delujejo tudi pri sobni temperaturi -15 ° C... Če se torej komu zdi, da lahko tak sistem ogreva hišo samo v regijah s toplimi zimami do + 5 ° C, potem se moti.
• Reverzibilnost toplotne črpalke... Nesporna prednost je vsestranskost enote, s pomočjo katere je možno ogrevati pozimi in poleti hladiti. V vročih dneh toplotna črpalka odvzame toploto iz prostora in jo usmeri v zemljo za shranjevanje, od koder jo pozimi spet odnese. Upoštevajte, da niso vse toplotne črpalke reverzibilne, le nekateri modeli.
• Trajnost... Z ustrezno oskrbo lahko toplotne črpalke ogrevalnega sistema brez večjih popravil živijo od 25 do 50 let in le enkrat na 15 do 20 let bo treba zamenjati kompresor.

Slabosti ogrevalnih sistemov s toplotno črpalko:

• Velika začetna naložba. Poleg tega, da so cene toplotnih črpalk za ogrevanje precej visoke (od 3000 do 10000 USD), boste poleg ureditve geotermalnega sistema morali porabiti nič manj kot črpalka sama. Izjema je zračna toplotna črpalka, ki ne zahteva dodatnega dela. Toplotna črpalka se ne bo kmalu izplačala (čez 5 - 10 let). Odgovor na vprašanje, ali naj toplotno črpalko uporabljamo za ogrevanje, je torej odvisen od želja lastnika, njegovih finančnih zmožnosti in pogojev gradnje. Na primer, v regiji, kjer oskrba s plinovodom in priključek nanjo stane enako kot toplotna črpalka, je smiselno dati prednost slednji.

• V regijah, kjer se temperatura pozimi spusti pod -15 ° C, potrebno je uporabiti dodaten vir toplote... Se imenuje dvovalentni ogrevalni sistem, pri katerem toplotna črpalka zagotavlja toploto, medtem ko je na prostem do -20 ° C, in ko ta odpove, je na primer priključen električni grelec ali plinski kotel ali toplotni generator.

• Najbolj priporočljivo je uporabljati toplotno črpalko v sistemih z nizkotemperaturnim toplotnim nosilcem, kot naprimer sistem talnega ogrevanja (+35 ° C) in ventilatorski konvektorji (+35 - +45 ° C). Ventilatorjiso ventilatorski konvektor, v katerem se toplota / mraz prenaša iz vode v zrak. Če želite opremiti tak sistem v stari hiši, bo potrebna popolna prenova in obnova, kar bo povzročilo dodatne stroške. To ni pomanjkljivost pri gradnji novega doma.
• Okolju prijazne toplotne črpalkejemanje toplote iz vode in tal, nekoliko relativno. Dejstvo je, da se v procesu dela prostor okoli cevi s hladilno tekočino ohladi, kar krši uveljavljeni ekosistem. Dejansko tudi v globinah tal živijo anaerobni mikroorganizmi, ki zagotavljajo vitalno aktivnost kompleksnejših sistemov. Po drugi strani pa je v primerjavi s proizvodnjo plina ali nafte škoda zaradi toplotne črpalke minimalna.

Viri toplote za delovanje toplotne črpalke

Toplotne črpalke jemljejo toploto iz naravnih virov, ki v topli sezoni akumulirajo sončno sevanje. Tudi toplotne črpalke se razlikujejo glede na vir toplote.

Temeljni premaz

Tla so najbolj stabilen vir toplote, ki se akumulira v sezoni. Na globini 5 - 7 m je temperatura tal skoraj vedno konstantna in znaša približno +5 - + 8 ° С, na globini 10 m pa je vedno konstantna + 10 ° С. Obstajata dva načina za zbiranje toplote iz tal.

Vodoravni zbiralnik tal je vodoravno položena cev, po kateri hladilno sredstvo kroži. Globina vodoravnega kolektorja se izračuna posamično, odvisno od pogojev, včasih je 1,5 - 1,7 m - globina zmrzovanja tal, včasih nižja - 2 - 3 m, da se zagotovi večja temperaturna stabilnost in manjša razlika, včasih pa le 1 - 1,2 m - tu se tla začnejo hitreje segrevati spomladi. Včasih so opremljeni dvoslojni vodoravni kolektorji.

Vodoravne kolektorske cevi so na voljo v različnih premerih 25 mm, 32 mm in 40 mm. Tudi oblika njihove postavitve je lahko različna - kača, zanka, cik-cak, različne spirale. Razdalja med cevmi v kači mora biti najmanj 0,6 m in običajno 0,8 - 1 m.

Specifično odvajanje toplote od vsakega tekočega metra cevi je odvisno od strukture tal:

• Suh pesek - 10 W / m;
• Suha glina - 20 W / m;
• Glina je bolj vlažna - 25 W / m;
• Glina z zelo visoko vsebnostjo vode - 35 W / m.

Za ogrevanje hiše s površino 100 m2, pod pogojem, da je zemlja mokra glina, boste potrebovali 400 m2 zemlje za zbiralnik. To je kar veliko - 4 - 5 arov. In glede na dejstvo, da na tem mestu ne bi smelo biti stavb in so dovoljene le trate in gredice z enoletnimi cvetovi, si vsi ne morejo privoščiti opreme vodoravnega kolektorja.

Po ceveh kolektorja teče posebna tekočina, imenovana je tudi "slanica" ali antifriznpr. 30% raztopina etilen glikola ali propilenglikola. "Slanica" zbira toploto tal in je usmerjena v toplotno črpalko, kjer jo prenaša v hladilno sredstvo. Ohlajena "slanica" teče nazaj v zemeljski kolektor.

Navpična talna sonda To je sistem cevi, zakopanih 50 - 150 m. Lahko je samo ena cev v obliki črke U, spuščena na globino 80 - 100 m in napolnjena z betonom. Ali pa je sistem cevi v obliki črke U spuščen 20 m za zbiranje energije z večjega območja. Vrtanje v globino 100 - 150 m ni samo drago, temveč zahteva tudi posebno dovoljenje, zato se pogosto znajo izogniti triku in opremijo več plitvih sond. Razdalja med takšnimi sondami je 5 - 7 m.

Specifično odvajanje toplote od navpičnega kolektorja je odvisna tudi od kamnine:

• Suhe sedimentne kamnine - 20 W / m;
• Sedimentne kamnine, nasičene z vodo in kamnitimi tlemi - 50 W / m;
• Kamnita tla z visokim koeficientom toplotne prevodnosti - 70 W / m;
• Podzemne (stisnjene) vode - 80 W / m.

Površina navpičnega kolektorja je zelo majhna, vendar so stroški njihove ureditve višji kot pri vodoravnem kolektorju. Prednost navpičnega kolektorja je tudi stabilnejša temperatura in večja toplotna moč.

Voda

Obstaja veliko načinov, kako vodo uporabiti kot vir toplote.

Zbiralec na dnu odprtega ribnika, ki ne zmrzuje - reke, jezera, morja - predstavlja cevi s "slanico", potopljene s pomočjo tovora. Zaradi visoke temperature hladilne tekočine je ta metoda najbolj donosna in ekonomična. Zbiralnik vode lahko opremijo samo tisti, od katerih je rezervoar oddaljen največ 50 m, sicer se izgubi učinkovitost naprave. Kot razumete, nimajo vsi takšnih pogojev. A preprosto je kratkovidno in neumno, če ne uporabljamo toplotnih črpalk za prebivalce obal.

Kanalizacijski kolektor ali odpadno vodo po tehničnih instalacijah lahko uporabimo za ogrevanje hiš in celo stolpnic ter industrijskih podjetij v mestu, pa tudi za pripravo tople vode. Kaj se uspešno počne v nekaterih mestih naše domovine.

Izvrtina ali podtalnica uporabljajo manj pogosto kot drugi zbiralci. Tak sistem vključuje gradnjo dveh vodnjakov, iz ene se odvzame voda, ki toploto prenese na hladilno sredstvo v toplotni črpalki, ohlajena voda pa se odvaja v drugo. Namesto vodnjaka je lahko filtracijski vodnjak. V vsakem primeru naj bo odtočni vodnjak odmaknjen od 15 - 20 m od prvega in celo nižje (podtalnica ima tudi svoj tok). S tem sistemom je precej težko upravljati, saj je treba kakovost dobavljene vode nadzorovati - filtrirati, dele toplotne črpalke (uparjalnika) pa zaščititi pred korozijo in onesnaženjem.

Zrak

Najenostavnejša zasnova je ogrevalni sistem toplotne črpalke z zračnim virom... Dodatni razdelilnik ni potreben. Zrak iz okolja gre neposredno v uparjalnik, kjer svojo toploto prenaša na hladilno sredstvo, ta pa toploto na hladilno tekočino v hiši. To je lahko zrak za ventilatorske enote ali voda za talno ogrevanje in radiator.

Stroški namestitve zračne toplotne črpalke so najnižji, vendar je zmogljivost naprave zelo odvisna od temperature zraka. V regijah s toplimi zimami (do +5 - 0 ° С) je eden najbolj varčnih virov toplote. Če pa temperatura zraka pade pod -15 ° C, zmogljivost pade toliko, da ni smiselno uporabljati črpalke, vendar je bolj donosno vklopiti običajni električni grelec ali kotel.

Ocene zračnih toplotnih črpalk za ogrevanje so zelo kontroverzne. Vse je odvisno od regije njihove uporabe. Koristno jih je uporabljati v regijah s toplo zimo, na primer v Sočiju, kjer podvojen vir toplote v primeru močnih zmrzali niti ni potreben. Toplotne črpalke z virom zraka je mogoče namestiti tudi v regijah, kjer je zrak razmeroma suh in je zimska temperatura do -15 ° C. Toda v vlažnem in hladnem podnebju takšne naprave trpijo zaradi zaledenitve in zmrzovanja. Ledenice, ki se držijo ventilatorja, preprečujejo, da bi celoten sistem deloval normalno.

Ogrevanje s toplotno črpalko: stroški sistema in obratovalni stroški

Moč toplotne črpalke je izbrana glede na funkcije, ki ji bodo dodeljene. Če gre le za ogrevanje, potem lahko izračune opravimo v posebnem kalkulatorju, ki upošteva toplotne izgube stavbe. Mimogrede, najboljše delovanje toplotne črpalke z izgubo toplote v stavbi največ 80 - 100 W / m2. Zaradi poenostavitve predpostavimo, da je za ogrevanje 100 m2 velike hiše s 3 m visokimi stropi in toplotnimi izgubami 60 W / m2 potrebna črpalka z močjo 10 kW. Za ogrevanje vode boste morali vzeti enoto z rezervo moči 12 ali 16 kW.

Stroški toplotne črpalke ni odvisna samo od moči, temveč tudi od zanesljivosti in zahtev proizvajalca. Na primer, ruska enota s 16 kW bo stala 7000 USD, tuja črpalka RFM 17 z močjo 17 kW pa približno 13.200 USD. z vso pripadajočo opremo, razen z zbiralnikom.

Naslednja vrstica stroškov bo ureditev kolektorja... Odvisno je tudi od zmogljivosti naprave. Na primer, za hišo velikosti 100 m2, v kateri so povsod vgrajena ogrevana tla (100 m2) ali radiatorji ogrevanja 80 m2, pa tudi za ogrevanje vode na +40 ° C s prostornino 150 l / h, je treba vrtati vodnjake za zbiralnike. Tak vertikalni zbiralnik bo stal 13.000 dolarjev.

Kolektor na dnu rezervoarja bo stal malo manj. Pod enakimi pogoji bo stalo 11.000 dolarjev. Toda bolje je razjasniti stroške namestitve geotermalnega sistema v specializiranih podjetjih, lahko so zelo različni. Na primer, ureditev vodoravnega kolektorja za črpalko z močjo 17 kW bo stala le 2500 USD. Za zračno toplotno črpalko kolektor sploh ni potreben.

Skupni stroški toplotne črpalke znašajo 8000 USD. v povprečju je ureditev kolektorja 6000 USD. povprečno.

Mesečni stroški ogrevanja s toplotno črpalko vključujejo samo stroški električne energije... Izračunate jih lahko takole - poraba energije mora biti navedena na črpalki. Na primer, za zgoraj omenjeno 17 kW črpalko poraba energije znaša 5,5 kW / h. Ogrevalni sistem deluje 225 dni v letu. 5400 ur. Ob upoštevanju dejstva, da toplotna črpalka in kompresor v njej delujeta ciklično, je treba porabo energije prepoloviti. Med ogrevalno sezono bo porabljenih 5400h * 5,5kW / h / 2 \u003d 14850 kW.

Število porabljenih kW pomnožimo s stroški nosilca energije v vaši regiji. Na primer 0,05 c.u. za 1 kW / uro. Skupno bo za leto porabljeno 742,5 USD. Za vsak mesec, v katerem je toplotna črpalka delala za ogrevanje, dobite 100 USD. stroški električne energije. Če delimo stroške na 12 mesecev, bomo dobili 60 USD na mesec.

Prosimo, upoštevajte, da manjša kot je poraba energije toplotne črpalke, mesečni stroški. Na primer, obstajajo črpalke s 17 kW, ki letno porabijo le 10.000 kW (stanejo 500 USD). Pomembno je tudi, da je učinkovitost toplotne črpalke večja, manjša je temperaturna razlika med virom toplote in hladilno tekočino v ogrevalnem sistemu. Zato pravijo, da je bolj donosno vgraditi talno gretje in ventilatorski konvektorji. Čeprav je mogoče vgraditi tudi standardne radiatorje ogrevanja z visokotemperaturnim toplotnim nosilcem (+65 - +95 ° C), vendar z dodatnim akumulatorjem toplote, na primer indirektnim ogrevalnim kotlom. Kotel se uporablja tudi za ogrevanje tople vode.

Toplotne črpalke so koristne, če se uporabljajo v dvovalentnih sistemih. Poleg črpalke je mogoče namestiti sončni kolektor, ki bo črpalko lahko v celoti oskrbel z elektriko poleti, ko bo delovala za hlajenje. Za zimsko varnost lahko dodate generator toplote, ki bo ogreval vodo za dovod tople vode in visokotemperaturne radiatorje.

Toplotna črpalka je naprava, ki prenaša toplotno energijo iz manj ogrevanega telesa v bolj ogrevano telo, s čimer povečuje njegovo temperaturo. V zadnjih letih so toplotne črpalke zelo povpraševane kot vir alternativne toplotne energije, ki vam omogoča, da resnično dosežete poceni toplotabrez onesnaževanja okolja.

Danes jih izdelujejo številni proizvajalci ogrevalne opreme, splošni trend pa je, da bodo v prihodnjih letih vodilne položaje na področju ogrevalne opreme zasedle toplotne črpalke.

Običajno uporabljajo toplotne črpalke toplota podtalnice, katerega temperatura je vse leto na približno enaki ravni in je + 10C, toplota okolja ali vodnih teles.

Načelo njihovega delovanja temelji na dejstvu, da ima vsako telo s temperaturo, višjo od vrednosti absolutne ničle, rezervo toplotne energije, ki je neposredno sorazmerna z njegovo maso in specifično toplotno zmogljivostjo. Jasno je, da imajo morja, oceani in podzemne vode, katerih masa je izredno močna, toplotno energijo, katere delna uporaba za ogrevanje doma nikakor ne vpliva na njihovo temperaturo in ekološki vpliv. razmere na planetu.

"Odvzem" toplotno energijo kateremu koli telesu je mogoče samo ohladiti. Količino toplote, ki se med tem sprosti (v primitivni obliki), lahko izračunamo po formuli

Q \u003d CM (T2-T1) kje

V- prejeta toplota

C -toplotna zmogljivost

M - utež

T1 T2 - temperaturna razlika, s katero je bilo telo ohlajeno

Formula kaže, da ko en kilogram hladilne tekočine ohladimo s 1000 stopinj na 0 stopinj, lahko dobimo enako količino toplote kot takrat, ko 1000 kg hladilne tekočine ohladimo od 1C do 0C.

Glavna stvar je znati uporabljati toplotno energijo in jo usmeriti na ogrevanje stanovanjskih stavb in industrijskih prostorov.

Zamisel o uporabi toplotne energije manj ogrevanih teles se je pojavila sredi 19. stoletja, njeno avtorstvo pa pripada znamenitemu znanstveniku tistega časa, lordu Kelvinu. Vendar njegovo podjetje ni napredovalo dlje od splošne ideje. Prvi projekt toplotne črpalke je bil predlagan leta 1855 in je pripadal Petru Ritterju za Rittenger. Toda podpore ni dobil in ni našel praktične uporabe.

"Ponovno rojstvo" toplotne črpalke sega v sredino štiridesetih let prejšnjega stoletja, ko so postali razširjeni običajni gospodinjski hladilniki. Prav oni so potisnili Švicarja Roberta Weberja k ideji, da toploto, ki jo ustvarja zamrzovalnik, uporabi za ogrevanje vode za gospodinjstvo.

Posledica tega je bila osupljiva: količina toplote je bila tako velika, da je zadoščala ne le za oskrbo s toplo vodo, temveč tudi za ogrevanje vode za ogrevanje. Res je, hkrati je bilo treba trdo delati in pripraviti sistem toplotnih izmenjevalnikov, ki vam omogoča, da izkoristite toplotno energijo, ki jo sprošča hladilnik.

Vendar je bil na začetku izum Roberta Weberja videti kot smešna ideja in je bil dojet kot ideje iz sodobne znamenite rubrike "Nore roke". Resnično zanimanje zanjo se je pojavilo veliko kasneje, ko je bilo vprašanje iskanja alternativnih virov energije resnično pereče. Takrat je ideja o toplotni črpalki dobila svojo sodobno obliko in praktično uporabo.

Sodobne toplotne črpalke lahko razvrstimo glede na vir nizkotemperaturne toplote, ki je lahko zemlja, voda (v odprtem ali podzemnem rezervoarju) in zunanji zrak.

Nastala toplotna energija se lahko prenese v vodo in uporablja za ogrevanje sanitarne vode in oskrbo s toplo vodo ter zrakom ter za ogrevanje in klimatizacijo. Glede na to so toplotne črpalke razdeljene na 6 vrst:

• Iz zemlje v vodo (zemlja v vodo)
• Iz zemlje v zrak (zemlja v zrak)
• Od vode do vode (voda do vode)
• Iz vode v zrak (voda v zrak)
• Zrak v vodo (zrak v vodo)
• Zrak v zrak (zrak v zrak)

Vsak tip toplotne črpalke ima svoje značilne značilnosti vgradnje in obratovanja.

Način vgradnje in značilnosti delovanja toplotne črpalke PRIZEMNA VODA

• Tla na enem mestu dobavitelj nizkotemperaturne toplotne energije

V tleh je ogromna količina nizkotemperaturne toplotne energije. Zemeljska skorja je tista, ki nenehno kopiči sončno toploto in se hkrati ogreva od znotraj, iz jedra planeta. Posledično ima zemlja na globini nekaj metrov vedno pozitivno temperaturo. Praviloma v osrednjem delu Rusije govorimo o 150-170 cm, na tej globini pa ima temperatura tal pozitivno vrednost in ne pade pod 7-8 C.

Druga značilnost tal je, da tudi ob močnih zmrzalih postopoma zmrzne. Posledično je minimalna temperatura tal na globini 150 cm opazna, ko je koledarska pomlad že na površini in se zmanjša potreba po toploti za ogrevanje.

To pomeni, da morajo biti toplotni izmenjevalci za akumuliranje toplotne energije, da "odvzamejo" toploto iz tal v osrednji regiji Rusije, na globini pod 150 cm.

V tem primeru se bo hladilna tekočina, ki kroži v sistemu toplotne črpalke, skozi toplotne izmenjevalnike segrela zaradi toplote tal, nato pa bo vstopila v uparjalnik toploto v vodo, ki kroži v ogrevalnem sistemu, in se vrnila za nov del toplotne energije.

• Kaj lahko uporabimo kot hladilno sredstvo

Tako imenovana "slanica" se najpogosteje uporablja kot toplotni nosilec v toplotnih črpalkah podtalnica. Pripravljen je iz vode in etilen glikola ali propilenglikola. Nekateri sistemi uporabljajo freon, kar močno oteži zasnovo toplotne črpalke in poveča njene stroške. Dejstvo je, da mora imeti toplotni izmenjevalnik te vrste črpalke veliko površino za izmenjavo toplote in notranjo prostornino, ki zahteva ustrezno količino toplotnega nosilca.

Uporaba freona čeprav povečuje učinkovitost toplotne črpalke, zahteva popolno tesnost sistema in njegovo odpornost na visok tlak.

Za sisteme s "slanico" so izmenjevalniki toplote običajno izdelani iz polimernih cevi, najpogosteje iz polietilena, s premerom 40-60 mm. Izmenjevalniki toplote so zasnovani kot vodoravni ali navpični kolektorji.

To je cev, položena v zemljo na globini pod 170 cm. Za to lahko uporabite kateri koli neizgrajen kos zemlje. Za udobje in povečanje območja izmenjave toplote je cev položena v cik-cak, zanke, spiralo itd. V prihodnosti se lahko ta kos zemlje uporablja kot trata, cvetlična postelja ali zelenjavni vrt. Upoštevati je treba, da je izmenjava toplote med zemljo in zbiralnikom boljša v vlažnem okolju. Zato lahko površino tal varno zalivamo in pognojimo.

Menijo, da povprečno 1 m2 zemlje daje od 10 do 40 vatov toplotne energije. Glede na potrebo po toplotni energiji je lahko kolektorskih zank poljubno število.

Navpični kolektor je sistem cevi, nameščenih navpično v tla. Za to se izvrtajo vrtine do globine od nekaj metrov do deset ali celo sto metrov. Najpogosteje je navpični kolektor v tesnem stiku s podtalnico, vendar to ni potreben pogoj za njegovo delovanje. To pomeni, da je vertikalno nameščen podzemni rezervoar lahko "suh".

Navpični kolektor je lahko tako kot vodoravni skorajda kakršne koli izvedbe. Najbolj razširjena sistema sta sistem "cev v cevi" in "zanka", skozi katerega se slanica prečrpa in dvigne nazaj v uparjalnik.

Treba je opozoriti, da so vertikalni zbiralniki najbolj produktivni. To je razloženo z njihovo lokacijo v velikih globinah, kjer je temperatura skoraj vedno na enaki ravni in znaša 1-12 C. Ko jih uporabljate od 1 m2, lahko dobite od 30 do 100 vatov moči. Po potrebi se lahko poveča število vodnjakov.

Za izboljšanje procesa prenosa toplote med cevjo in tlemi se prostor med njimi vlije z betonom.

• Prednosti in slabosti toplotnih črpalk zemlja-voda

Vgradnja toplotne črpalke zemlja-voda zahteva znatne finančne naložbe, vendar njeno delovanje omogoča prejemanje skoraj brezplačne toplotne energije. To ne povzroča škode okolju.

Med prednostmi te vrste toplotne črpalke je treba omeniti:

• Vzdržljiv: lahko deluje desetletja zapored brez popravil in vzdrževanja
• Enostavnost delovanja
• Možnost uporabe zemljišča za kmetovanje
• Hitro povračilo: pri ogrevanju prostorov velike površine, na primer od 300 m2 in več, se črpalka izplača v 3-5 letih.

Glede na to, da je vgradnja toplotnega izmenjevalca v tla zapleteno agrotehnično delo, jih je treba izvesti s predhodnim razvojem projekta.

Kako deluje toplotna črpalka

Toplotna črpalka je sestavljena iz naslednjih elementov:

• Kompresor, ki ga napaja običajno električno omrežje
• Izparilnik
• Kondenzator
• Kapilarna
• Termostat
• Delovna tekočina ali hladilno sredstvo, katere vloga freona je najprimernejša

Načelo delovanja toplotne črpalke lahko opišemo s pomočjo znanega iz šolski tečaj fizika "Carnotov cikel".

Plin (freon), ki skozi uparjalnik vstopi v uparjalnik, se razširi, njegov tlak se zmanjša, kar vodi do njegovega nadaljnjega izhlapevanja, v katerem ta v stiku s stenami uparjalnika aktivno odvaja toploto. Temperatura sten se zmanjša, kar ustvari temperaturno razliko med njimi in maso, v kateri je toplotna črpalka. Običajno gre za podtalnico, morsko vodo, jezero ali kopno. Ni težko uganiti, da se v tem primeru začne postopek prenosa toplotne energije iz bolj ogrevanega telesa v manj ogrevano telo, ki so v tem primeru stene uparjalnika. V tej fazi delovanja toplotna črpalka „črpa“ toploto iz nosilca toplote.

V naslednjem koraku kompresor vsesa hladilno sredstvo, nato stisne in pod tlakom vstopi v kondenzator. V procesu stiskanja se njegova temperatura dvigne in se lahko giblje med 80 in 120 C, kar je več kot dovolj za ogrevanje in oskrbo s toplo vodo stanovanjske stavbe. V hladilniku hladilno sredstvo opusti rezervo toplotne energije, se ohladi, preide v tekoče stanje in nato vstopi v kapilaro. Nato se postopek ponovi.

Za nadzor delovanja toplotne črpalke se uporablja termostat, s pomočjo katerega se dovod električne energije v sistem ustavi, ko soba doseže nastavljeno temperaturo in črpalka nadaljuje, ko temperatura pade pod vnaprej določeno vrednost.

Toplotno črpalko lahko uporabimo kot vir toplotne energije in z njo uredimo ogrevalne sisteme, podobne ogrevalnim sistemom, ki temeljijo na kotlu ali peči. Primer takega sistema je prikazan na zgornjem diagramu.

Upoštevati je treba, da je delovanje toplotne črpalke možno le, če je priključena na vir električne energije. V tem primeru se lahko zmotno verjame, da celoten ogrevalni sistem temelji na uporabi električne energije. Za prenos 1 kW toplotne energije v ogrevalni sistem je treba porabiti približno 0,2-0,3 kW električne energije.

Prednosti toplotne črpalke

Med prednostmi toplotne črpalke so:

• Visoka učinkovitost
• Možnost preklopa iz načina ogrevanja v način klimatizacije in njegova poznejša uporaba poleti za hlajenje prostorov
• Možnost uporabe učinkovitega sistema samodejnega krmiljenja
• Varnost okolja
• Kompaktnost (ne več kot gospodinjski hladilnik)
• Tiho delovanje
• Požarna varnost, kar je še posebej pomembno za ogrevanje podeželskih hiš

Med slabostmi toplotne črpalke je treba omeniti visoki stroški in zapletenost namestitve.

Oris članka

Toplotna črpalka je naprava, ki ogreva vodo iz sistemov za ogrevanje in oskrbo s toplo vodo s stiskanjem freona, sprva ogretega iz nizko kakovostnega vira toplote, s kompresorjem na 28 barov. Plinast nosilec toplote z začetno temperaturo 5-10 ° C je izpostavljen visokemu tlaku; ustvarja veliko toplote. To omogoča ogrevanje hladilne tekočine v porabnem sistemu do 50-60 ° C brez uporabe tradicionalnih goriv. Zato velja, da toplotna črpalka uporabniku zagotavlja najcenejšo toploto.

Za več podrobnosti o prednostih in slabostih glejte video:

Takšna oprema deluje že več kot 40 let na Švedskem, Danskem, Finskem in v drugih državah, ki podpirajo razvoj alternativne energije na državni ravni. Ne tako aktivno, ampak vsako leto bolj samozavestno vstopajo toplotne črpalke na ruski trg.

Namen članka:preglejte priljubljene modele toplotnih črpalk. Informacije bodo koristne tistim, ki si želijo čim bolj prihraniti pri ogrevanju in oskrbi s toplo vodo za svoj dom.

Toplotna črpalka ogreva hišo s prosto energijo narave

V teoriji je odvajanje toplote možno iz zraka, zemlje, podtalnice, odpadne vode (tudi iz greznice in črpališča odplak), odprtih rezervoarjev. V praksi je bila v večini primerov dokazana smotrnost uporabe opreme, ki zbira toplotno energijo iz zraka in tal.

Možnosti z odvajanjem toplote iz greznice ali črpališča za odplake (SPS) so najbolj mamljive. S pretakanjem hladilne tekočine od 15 do 20 ° C skozi HP lahko na izhodu dobite vsaj 70 ° C. Toda ta možnost je sprejemljiva samo za sistem za oskrbo s toplo vodo. Ogrevalni krog zmanjša temperaturo v "mamljivem" viru. Kar vodi do številnih neprijetnih posledic. Na primer zamrzovanje odtokov; in če je krogotok izmenjave toplote toplotne črpalke nameščen na stenah korita, potem greznica sama.

Najbolj priljubljene toplotne črpalke za potrebe oskrbe s CO in toplo vodo so geotermalne (z uporabo toplote zemlje) naprave. Izstopajo po najboljših lastnostih v toplem in hladnem podnebju, v peščenih in ilovnatih tleh z različnimi nivoji podtalnice. Ker se temperatura tal pod globino zmrzovanja skozi leto skorajda ne spreminja.

Kako deluje toplotna črpalka

Toplotni nosilec se ogreva iz nizko kakovostnega (5 ... 10 ° C) vira toplote. Črpalka stisne hladilno sredstvo, katerega temperatura se istočasno dvigne (50 ... 60 ° C) in ogreva toplotni nosilec ogrevalnega sistema ali oskrbe s toplo vodo.

V procesu delovanja HP \u200b\u200bso vključeni trije ogrevalni krogi:

• na prostem (sistem s hladilno tekočino in obtočno črpalko);
• vmesni (izmenjevalec toplote, kompresor, kondenzator, uparjalnik, dušilka);
• potrošni krog (obtočna črpalka, talno ogrevanje, radiatorji; za oskrbo s toplo vodo - rezervoar, odtočne točke).

Sam postopek je videti takole:

Krog za rekuperacijo toplote

1. Tla segrejejo slanico.
2. Obtočna črpalka slanico dvigne v toplotni izmenjevalnik.
3. Raztopino ohladimo s hladilnim sredstvom (freonom) in jo vrnemo v tla.

Toplotni izmenjevalnik

1. Tekoči freon, ki upari, prevzame toplotno energijo iz slanice.
2. Kompresor stisne hladilno sredstvo in njegova temperatura močno naraste.
3. V kondenzatorju freon skozi uparjalnik preda energijo grelnemu sredstvu ogrevalnega kroga in ponovno postane tekoč.
4. Ohlajeno hladilno sredstvo teče skozi dušilko do prvega izmenjevalnika toplote.

Ogrevalni krog

1. Ogrevano hladilno sredstvo ogrevalnega sistema črpalka črpa do disipativnih elementov.
2. Daje toplotno energijo zračni masi prostora.
3. Ohlajena hladilna tekočina se po povratni cevi vrne v vmesni izmenjevalnik toplote.

Video od natančen opis postopek:

Kaj je ceneje za ogrevanje: elektrika, plin ali toplotna črpalka?

Tu so stroški priključitve posamezne vrste ogrevanja. Vzemimo Moskovsko regijo, da predstavimo širšo sliko. V regijah se lahko cene razlikujejo, vendar bo razmerje med cenami ostalo enako. Pri izračunih predpostavljamo, da je lokacija "gola" - brez plina in električne energije.

Stroški povezave

Toplotna črpalka.Polaganje vodoravne konture po cenah MO - 10.000 rubljev za zamenjavo bagra s še vedno žlico (v 8 urah izbere do 1.000 m³ zemlje). Sistem za hišo velikosti 100 m² bomo izkopali v 2 dneh (to velja za ilovico, na kateri lahko iz 1 lm vezja odvzamemo do 30 W toplotne energije). Za pripravo vezja za delo bo potrebno približno 5000 rubljev. Posledično bo horizontalna možnost postavitve primarnega kroga stala 25.000.

Vodnjak bo dražji (1.000 rubljev na tekoči meter, ob upoštevanju namestitve sond, cevovodov v eno črto, polnjenje s hladilno tekočino in testiranje tlaka.), Vendar veliko bolj donosno za prihodnje obratovanje. Z manjšo zasedeno površino mesta se povratna moč poveča (za vodnjak 50 m - vsaj 50 W na meter). Potrebe črpalke so pokrite, pojavi se dodaten potencial. Zato celoten sistem ne bo deloval zaradi obrabe, ampak z nekaj rezerve moči. 350 metrov konture postavite v navpične vodnjake - 350.000 rubljev.

Plinski kotel. V Moskovski regiji Mosoblgaz zahteva 260.000 rubljev za priključitev na plinsko omrežje, delo na mestu in namestitev kotla.

Električni kotel. Priključitev trifaznega omrežja bo stala 10.000 rubljev: 550 - na lokalna električna omrežja, ostalo - na stikalno ploščo, števec in drugo polnjenje.

Poraba

Za delovanje toplotne črpalke s toplotno močjo 9 kW je potrebno 2,7 kW / h električne energije - 9 rubljev. 53 kopejk v uri,

Specifična toplota med zgorevanjem 1 m³ plina je enaka 9 kW. Gospodinjski plin za moskovsko regijo znaša 5 rubljev. 14 kopejk na kubični meter

Električni kotel porabi 9 kW / h \u003d 31 rubljev. 77 kopejk v uri. Razlika s TN je skoraj 3,5-krat.

Izkoriščanje

• Če je dobavljen plin, je najbolj stroškovno učinkovita možnost ogrevanja plinski kotel. Oprema (9 kW) stane vsaj 26.000 rubljev, mesečno plačilo za plin (12 ur na dan) bo 1.850 rubljev.
• Zmogljiva električna oprema je bolj donosna z vidika organizacije trifaznega omrežja in nakupa same opreme (kotli - od 10.000 rubljev). Topla hiša bo stala 11 437 rubljev na mesec.
• Ob upoštevanju začetne naložbe v alternativno ogrevanje (oprema 275.000 in namestitev vodoravnega krogotoka 25.000) se bo toplotna črpalka, ki porabi elektriko za 3.430 rubljev / mesec, izplačala ne prej kot v treh letih.

Če primerjamo vse možnosti ogrevanja, pod pogojem, da sistem ustvarimo iz nič, postane očitno: plin ne bo veliko bolj donosen kot geotermalna toplotna črpalka, ogrevanje z električno energijo v prihodnjih treh letih pa bo brez možnosti izgubilo obe možnosti.

Podrobne izračune v korist delovanja toplotne črpalke najdete v ogledu videoposnetka proizvajalca:

V tem videoposnetku so poudarjeni nekateri dodatki in izkušnje učinkovitega delovanja:

Glavne značilnosti

Pri izbiri opreme med najrazličnejšimi značilnostmi bodite pozorni na naslednje značilnosti.

Glavne značilnosti toplotnih črpalk

Značilnosti	Območje vrednosti	Lastnosti:
Toplotna moč, kW	Do 8	Prostori s površino največ 80 - 100 m² in višino stropa največ 3 m.
	8-25	Za enonivojske podeželske hiše s stropom 2,5 m, površina 50 m2; koče za stalno bivanje, do 260 m².
	Več kot 25 let	Priporočljivo je razmisliti o stanovanjskih stavbah na 2-3 nivojih s stropi 2,7 m; industrijski objekti - največ 150 m², z višino stropa 3 ali več.
Poraba energije glavne opreme (omejena poraba pomožnih elementov) kW / h	Od 2 (od 6)	Karakterizira porabo energije kompresorja in obtočnih črpalk (grelni element).
Shema dela	Zrak v zrak	Preoblikovana toplotna energija zraka se s pomočjo toka ogrevanega zraka skozi split sistem prenese v prostor.
	Zrak - voda	Energija, ki jo vzame zrak, ki gre skozi napravo, se prenese v hladilno tekočino tekočega ogrevalnega sistema.
	Slanica-voda	Prenos toplotne energije iz obnovljivega vira se izvede z raztopino natrija ali kalcija.
	Voda-voda	Skozi glavni vod odprtega primarnega kroga podtalnica prenaša toplotno energijo neposredno v toplotni izmenjevalnik.
Izstopna temperatura hladilne tekočine, ° С	55-70	Kazalnik je pomemben za izračun izgub na dolgem ogrevalnem krogu in pri organizaciji dodatnega ogrevalnega sistema.
Omrežna napetost, V	220, 380	Enofazno - poraba energije največ 5,5 kW, samo za stabilno (rahlo obremenjeno) gospodinjsko omrežje; najcenejši - samo skozi stabilizator. Če je omrežje 380 V, so prednostne trifazne naprave - večji obseg moči, manj verjetno, da bodo "potopile" omrežje.

Zbirna tabela modelov

V članku smo preučili najbolj priljubljene modele, ugotovili njihove prednosti in slabosti. Seznam modelov najdete v naslednji tabeli:

Zbirna tabela modelov

Vzorec (država izvora)	Lastnosti:	cena, rub.
Toplotne črpalke za ogrevanje majhnih prostorov ali za oskrbo s toplo vodo
1.	Sistem zrak-voda; deluje iz enofaznega omrežja; štrleči kondenzacijski vod se vstavi v rezervoar za vodo.	184 493
2.	"Slanica-voda"; napajanje iz trifaznega omrežja; nadzor spremenljive moči; možnost priključitve dodatne opreme - rekuperatorja, večtemperaturne opreme.	355 161
3.	Toplotna črpalka zrak-voda, ki jo napaja 220V omrežje in ima funkcijo proti zmrzovanju.	524 640
Oprema za ogrevalne sisteme hiš za stalno bivanje
4.	Shema "voda - voda". Da bi lahko toplotna črpalka proizvedla stabilnih 62 ° C hladilne tekočine v ogrevalnem sistemu, zmogljivosti kompleta kompresorja in črpalk (1,5 kW) dopolnjuje električni grelec z močjo 6 kW .	408 219
5.	Na podlagi kroga "zrak-voda" se v eni napravi, sestavljeni iz dveh blokov, realizirajo potenciali hladilnih in grelnih naprav.	275 000
6.	"Slanica-voda", naprava segreva nosilec toplote za radiatorje do 60 ° C, se lahko uporablja pri organizaciji kaskadnih ogrevalnih sistemov.	323 300
7.	Zalogovnik za sistem za oskrbo s toplo vodo za 180 litrov hladilne tekočine se nahaja v enem ohišju z geotermalno črpalko	1 607 830
Zmogljive toplotne črpalke za ogrevanje in oskrbo s toplo vodo
8.	Možno je odvajanje toplote iz tal in podtalnice; možno je delovati kot del kaskadnih sistemov in daljinskega upravljanja; deluje iz trifaznega omrežja.	708 521
9.	Slanica-voda; krmiljenje moči in obtočne črpalke kompresorja se izvaja s frekvenčno regulacijo; dodatni izmenjevalnik toplote; omrežje - 380 V.	1 180 453
10.	shema dela "voda-voda"; vgrajene črpalke primarnega in sekundarnega kroga; zagotovljena je možnost povezovanja sončnih sistemov.	630 125

Toplotne črpalke za ogrevanje majhnih prostorov ali za oskrbo s toplo vodo

Namen - varčno ogrevanje stanovanjskih in pomožnih prostorov, vzdrževanje sistema za oskrbo s toplo vodo. Najmanjša poraba (do 2 kW) je namenjena enofaznim modelom. Za zaščito pred napetostnimi sunki potrebujejo stabilizator. Zanesljivost trifaznosti je razložena z značilnostmi omrežja (obremenitev se porazdeli enakomerno) in prisotnostjo lastnih zaščitnih vezij, ki preprečujejo poškodbe naprave med napetostnimi sunki. Oprema v tej kategoriji ni vedno kos hkratnemu vzdrževanju ogrevalnega sistema in krogotoka tople vode.

1. Huch EnTEC VARIO PRC S2-E (Nemčija) - od 184 493 rubljev.

Huch EnTEC VARIO ni mogoče upravljati samostojno. Samo v povezavi s hranilnikom sistema za oskrbo s toplo vodo. TH ogreva vodo za sanitarne potrebe in hladi zrak v prostoru.

Med prednosti so nizka poraba energije naprave, sprejemljiva temperatura vode v krogu sanitarne vode in funkcija čiščenja sistema (s periodičnim kratkotrajnim segrevanjem do 60 ° C) pred patogenimi bakterijami, ki se razvijajo v vlažnem okolju.

Pomanjkljivosti so, da je treba tesnila, prirobnice in ovratnik kupiti posebej. Bodite prepričani, da izvirnik, sicer bodo proge.

Pri izračunu je treba upoštevati, da naprava črpa 500 m³ zraka na uro, zato mora biti najmanjša površina prostora, v katerem je nameščen Huch EnTEC VARIO, najmanj 20 m², višina stropa pa 3 metra ali več .

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

Model je razglašen za "inteligentno" opremo s samodejnim prilagajanjem potrebam objekta. Predstavljen je bil napajalni tokokrog pretvornika pretvornika - zdaj je mogoče prilagoditi izhodno moč.

Prisotnost takšne funkcije pri majhnem številu porabnikov (črpalne točke, grelni radiatorji) omogoča ogrevanje majhne hiše bolj donosno kot v primeru običajne neinverterske toplotne črpalke (ki nima mehkega zagona kompresor in izhodna moč nista regulirani). Ker so pri NIBE pri nizkih vrednostih moči ogrevalni elementi redko vklopljeni, lastna največja poraba toplotne črpalke pa ne presega 2 kW.

Hrup (47 dB) v majhnih predmetih ni sprejemljiv. Najboljša možnost namestitve je ločena soba. Pas namestite na stene, ki niso v bližini prostorov za počitek.

3. Fujitsu WSYA100DD6 (Japonska) - od 524 640 rubljev.

"Out of the box" deluje samo za ogrevanje v enem krogu. Na voljo je neobvezen komplet za priključitev drugega vezja z možnostjo neodvisne nastavitve za vsakega. Toda sama toplotna črpalka je zasnovana za sistem ogrevanja prostorov do 100 m² z višino stropa največ 3 metre.

Seznam prednosti vključuje majhne dimenzije, delovanje iz gospodinjskega napajalnika, regulacijo izhodne temperature 8 ... 55 ° C, kar naj bi po načrtu proizvajalca nekako vplivalo na udobje in natančnost nadzora povezanih sistemov.

Toda vse je prečrtala nizka moč. V naših podnebnih razmerah bo naprava ogrevala deklariranih 100 m² in bo obratovala. To potrjujejo pogosti prehodi naprave v "zasilni" način, pri čemer je črpalka izključena in napake na zaslonu. Primer ni zajamčen. Popravljeno z ponovnim zagonom opreme.

"Nesreče" vplivajo na porabo energije. Ker ko se kompresor ustavi, se grelni element vklopi. Zato je na objektu s površino največ 70 m² dovoljena skupna povezava ogrevalnih krogov in talnega ogrevanja (ali oskrbe s toplo vodo).

Oprema za ogrevalne sisteme tipičnih hiš za stalno bivanje

Tu so geotermalne, zračne in vodne naprave (odstranjevanje toplotne energije iz podtalnice). Navedena izhodna moč (najmanj 8 kW) zadostuje za oskrbo s toploto vseh potrošniških sistemov podeželskih hiš (in stalnega prebivališča). Številne toplotne črpalke v tej kategoriji imajo način hlajenja. Uvedeni pretvorniški močnostni tokokrogi so odgovorni za nemoten zagon kompresorja, zaradi njegovega nemotenega delovanja se delta (temperaturna razlika) hladilne tekočine zmanjša. Ohranja se optimalen način delovanja vezja (brez nepotrebnega pregrevanja in hlajenja). To omogoča zmanjšanje porabe energije v vseh načinih delovanja HP-ja. Največji ekonomski učinek imajo naprave zrak-zrak.

4. Vaillant geoTHERM VWW 61/3 (Nemčija) - od 408.219 rubljev.

Uporaba vode iz vodnjaka kot primarnega hladilnega sredstva (samo VWW) je omogočila poenostavitev zasnove in znižanje stroškov HP-ja brez izgube produktivnosti.

Naprava ima majhno porabo energije v osnovnem načinu delovanja in nizko raven hrupa.

Minus Vaillant - zahtevnost za vodo (znani primeri poškodb oskrbovalnega voda in toplotnega izmenjevalca z železovimi in manganovimi spojinami); delo s slanimi vodami je treba izključiti. Situacija ni zajamčena, če pa so namestitev izvedli strokovnjaki servisnega centra, lahko nekdo vloži zahtevek.

Potrebna je suha soba brez zmrzali s prostornino najmanj 6,1 m³ (2,44 m² s stropom 2,5 m). Nastajanje kapljic pod črpalko ni okvarjeno (dovoljeno je odvajanje kondenzata s površin izoliranih vezij).

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

Toplotna črpalka zrak-voda. Naprava je sestavljena iz 2 modulov: zunanji odvzame toplotno energijo iz zračnih mas, notranji pa jo pretvori in prenese v ogrevalni sistem.

Glavni plus je vsestranskost. Lahko ga nastavite za ogrevanje in hlajenje predmeta.

Pomanjkljivost te serije LG Therma je, da njen (in celotna linija) potencial ni dovolj za potrebe koče s površino več kot 200 m².

Pomembno: delovnih blokov dvokomponentnega sistema ni mogoče razporediti več kot 50 m vodoravno in 30 m navpično.

6. STIEBEL ELTRON WPF 10MS (Nemčija) - od 323 300 rubljev.

WPF 10MS je najmočnejša toplotna črpalka STIEBEL ELTRON.

Med prednostmi sta samodejno nastavljiv način ogrevanja in možnost kaskadnega povezovanja 6 naprav (to je vzporedna ali zaporedna povezava naprav za povečanje pretoka, tlaka ali organiziranje rezerve v sili) sistem z zmogljivostjo do do 60 kW.

Slaba stran je, da je organizacija močnega električnega omrežja za sočasno povezavo 6 takšnih naprav mogoča le z dovoljenjem lokalnega oddelka Rostekhnadzorja.

Pri nastavljanju načinov obstaja posebnost: po ustreznih prilagoditvah programa počakajte, da kontrolna lučka ugasne. V nasprotnem primeru se bo sistem po zapiranju pokrova vrnil na prvotne nastavitve.

7. Daikin EGSQH10S18A9W (Japonska) - od 1 607 830 rubljev.

Zmogljiva naprava za hkratno dovajanje toplote CO, oskrbo s toplo vodo in talno ogrevanje stanovanjske stavbe s površino do 130 m².

Programabilni in uporabniško nadzorovani načini; vsa servisirana vezja se nadzorujejo znotraj določenih parametrov; vgrajena je shramba (za potrebe tople vode) za 180 litrov in pomožni grelci.

Med pomanjkljivostmi - impresiven potencial, ki ga v hiši s površino 130 m² ne bodo v celoti izkoristili; ceno, zaradi katere se obdobje vračila podaljša za nedoločen čas; samodejno prilagajanje zunanjim podnebnim razmeram, ki v osnovni konfiguraciji ni izvedeno. Okoljski termistorji (termični upori) niso obvezni. Se pravi, ko se zunanja temperatura spremeni, se predlaga, da način delovanja nastavite ročno.

Oprema za predmete z veliko porabo toplote

Za popolno zadovoljevanje potreb po toplotni energiji stanovanjskih in poslovnih stavb s površino več kot 200 m². Daljinski upravljalnik, kaskadno delovanje, interakcija z rekuperatorji in sončnimi sistemi - razširjajo uporabnikovo sposobnost ustvarjanja udobne temperature.

8. WATERKOTTE EcoTouch DS 5027,5 Ai (Nemčija) - od 708 521 rubljev.

Sprememba DS 5027.5 Ai je najmočnejša v območju EcoTouch. Stabilno segreva grelno sredstvo ogrevalnega krogotoka in zagotavlja toplotno energijo sistemu STV v prostorih do 280 m².

Drsni (najučinkovitejši od obstoječih) kompresor; regulacija pretoka hladilne tekočine vam omogoča, da dobite stabilne kazalnike izhodne temperature; barvni zaslon; Rusificiran meni; čeden videz in nizka raven hrupa. Vsaka podrobnost za udobno delovanje.

Z aktivno uporabo vodnih točk se vklopijo grelni elementi, zato se poraba energije poveča za 6 kW / h.

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

Dovolj zmogljiva oprema za oskrbo s toplotno energijo sistema za oskrbo s toplo vodo in ogrevalnih krogov večstopenjske koče s stalnim prebivališčem.

Namesto dodatnega grelnika za sanitarno vodo uporablja pretok tople vode iz ogrevalnega kroga. S prehodom tople vode skozi grelnik vode toplotna črpalka segreje vodo v dodatnem toplotnem izmenjevalniku sanitarne vode na 90 ° C. S samodejnim nastavljanjem hitrosti obtočnih črpalk se ohranja stabilna temperatura v rezervoarju CO in sanitarne vode. Primerno za kaskadno povezavo (do 8 VT).

Za ogrevalni krog ni grelnih elementov. Dodatni viri se vzamejo iz katerega koli kombiniranega kotla - krmilna enota bo iz njega vzela toliko toplote, kot je potrebno v določenem primeru.

Pri izračunu prostora za pritrditev toplotne črpalke je treba med steno in zadnjo površino naprave pustiti razmik 300 mm (za udobje nadzora in vzdrževanja komunikacij).

10. Viessmann Vitocal 300-G WWC 110 (Nemčija) - od 630 125 rubljev.

Primarna hladilna tekočina je podtalnica. Od tod stalna temperatura na prvem toplotnem izmenjevalniku in najvišji koeficient COP.

Med pluse spadata pomožni električni grelnik majhne moči na primarnem krogu in lastniški krmilnik (pravzaprav brezžični daljinski upravljalnik) za daljinsko upravljanje.

Minus - delovanje cirkulacijske črpalke, stanje glavnega voda in toplotnega izmenjevalnika primarnega kroga je odvisno od kakovosti destilirane podtalnice. Potrebno je filtriranje.

Analiza podzemne vode bo pomagala odpraviti pojav težko rešljivih težav z drago opremo. Kar je treba storiti pred nakupom toplotne črpalke voda-voda.

Izbira urednika

Dolgoletne izkušnje s proizvodnjo in delovanjem toplotnih črpalk v severni Evropi so našim rojakom omogočile, da zmanjšajo iskanje najbolj donosnega načina ogrevanja doma. Za vsako zahtevo obstajajo resnične možnosti.

Ali morate oskrbeti s toploto toplovod sanitarne vode ali ogrevalni sistem stanovanjske stavbe do 80 - 100 m²? Upoštevajte potencial NIBE F1155 - njegovo "inteligentno" polnjenje prihrani brez škode pri oskrbi s toploto.

Stabilna temperatura v krogih talnega ogrevanja, CO, STV v koči s površino 130 m² bo zagotovljena s toplotnim izmenjevalnikom sanitarne vode (180 litrov).

Zagotavlja stalen pretok toplote za vse potrošnike hkrati. Možnost ustvarjanja kaskade 8 toplotnih črpalk omogoča zagotavljanje toplote objektu s površino najmanj 3.000 m2.

Vsak od teh modelov ni brezpogojna, ampak osnovna možnost. Če ste našli primerno TN - prebrskajte celotno vrstico, raziščite neobvezne ponudbe. Nabor opreme je velik, obstaja nevarnost, da boste zamudili svojo idealno možnost.

Članek vam je pomagal najti donosno možnost ogrevanja ali če potrebujete več informacij - pišite v komentarjih. Takoj se bomo odzvali.

Vse več uporabnikov interneta se zanima za možnosti ogrevanja: toplotne črpalke.

Za večino gre za povsem novo in neznano tehnologijo, zato so vprašanja, kot so "Kaj je to?", "Kako izgleda toplotna črpalka?", "Kako deluje toplotna črpalka?" itd.

Tu bomo poskušali dati preproste in dostopne odgovore na vsa ta in številna druga vprašanja, povezana s toplotnimi črpalkami.

Kaj je toplotna črpalka?

Toplotna črpalka - naprava (z drugimi besedami "toplotni kotel"), ki odvaja razpršeno toploto iz okolja (zemlje, vode ali zraka) in jo prenaša v ogrevalni krog vaše hiše.

Zahvaljujoč sončnim žarkom, ki nenehno vstopajo v ozračje in na površje zemlje, se stalno sprošča toplota. Tako površina Zemlje vse leto prejema toplotno energijo.

Zrak delno absorbira toploto iz energije sončnih žarkov. Preostalo sončno toplotno energijo zemlja skoraj v celoti absorbira.

Poleg tega geotermalna toplota iz zemeljskih črev nenehno zagotavlja temperaturo tal + 8 ° C (od globine 1,5-2 metra in manj). Tudi v hladnih zimah se temperatura na globini rezervoarjev ohranja v območju + 4-6 ° С.

Ta toplota tal, vode in zraka z nizkim potencialom prenaša toplotno črpalko iz okolja v ogrevalni krog zasebne hiše, saj je predhodno povišala temperaturo hladilne tekočine na zahtevanih + 35-80 ° C.

VIDEO: Kako deluje toplotna črpalka podtalnica?

Kaj počne toplotna črpalka?

Toplotne črpalke - toplotni motorji, ki so zasnovani za proizvodnjo toplote z uporabo obratnega termodinamičnega cikla. prenesite toplotno energijo iz vira z nizko temperaturo v ogrevalni sistem z višjo temperaturo. Med delovanjem toplotne črpalke nastanejo stroški energije, ki ne presegajo količine proizvedene energije.

Delovanje toplotne črpalke temelji na obratnem termodinamičnem ciklusu (obratni Carnotov cikel), sestavljenem iz dveh izoterm in dveh adijabatov, vendar za razliko od termodinamičnega cikla naprej (naprej Carnotov cikel) postopek poteka v nasprotni smeri: v nasprotni smeri urnega kazalca.

V obratnem Carnotovem ciklusu okolje deluje kot hladen vir toplote. Med delovanjem toplotne črpalke se toplota zunanjega okolja zaradi izvedbe dela prenese na potrošnika, vendar z višjo temperaturo.

Prenos toplote iz hladnega telesa (tal, vode, zraka) je možen le na račun dela (v primeru toplotne črpalke stroški električne energije za delovanje kompresorja, obtočnih črpalk itd.) ali drug postopek odškodnine.

Toplotno črpalko lahko imenujemo tudi "povratni hladilnik", saj je toplotna črpalka isti hladilni stroj, le da za razliko od hladilnika toplotna črpalka toploto odvzame od zunaj in jo prenese v prostor, torej ogreva prostor ( hladilnik se ohladi tako, da vzame toploto iz hladilne komore in jo izloči skozi kondenzator).

Kako deluje toplotna črpalka?

Zdaj pa se pogovorite o tem, kako deluje toplotna črpalka. Da bi razumeli, kako deluje toplotna črpalka, moramo razumeti nekaj stvari.

1. Toplotna črpalka lahko odvaja toploto tudi pri negativnih temperaturah.

Večina prihodnjih lastnikov stanovanj ne more razumeti načela delovanja (načeloma katere koli zračne toplotne črpalke), saj ne razumejo, kako lahko pozimi iz zraka pri negativnih temperaturah pridobivajo toploto. Vrnimo se k osnovam termodinamike in se spomnimo definicije toplote.

Vročina - oblika gibanja snovi, ki je naključno gibanje delcev, ki tvorijo telo (atomi, molekule, elektroni itd.).

Tudi pri 0˚C (nič stopinj Celzija), ko voda zmrzne, je v zraku še vedno toplota. Je veliko manj kot na primer pri temperaturi + 36 ° C, kljub temu pa se pri ničelni in negativni temperaturi atomi premikajo, zato se sprošča toplota.

Gibanje molekul in atomov se popolnoma ustavi pri temperaturi -273˚С (minus dvesto triinsedemdeset stopinj Celzija), kar ustreza absolutni ničli temperaturi (nič stopinj po Kelvinovi lestvici). To pomeni, da je tudi pozimi pri temperaturah pod ničlo v zraku nizka toplota, ki jo lahko odvzamemo in prenesemo v hišo.

2. Delovna tekočina v toplotnih črpalkah je hladilno sredstvo (freon).

Kaj je hladilno sredstvo? Hladilno sredstvo - delovna snov v toplotni črpalki, ki med izhlapevanjem odvzame toploto iz ohlajenega predmeta in med kondenzacijo prenaša toploto na delovni medij (na primer vodo ali zrak).

Posebnost hladilnih sredstev je, da lahko vrejo tako pri negativnih kot pri relativno nizkih temperaturah. Poleg tega se hladilna sredstva lahko spremenijo iz tekočine v plin in obratno. Med prehodom iz tekočega v plinasto stanje (izhlapevanje) se absorbira toplota, med prehodom iz plinastega v tekoče stanje (kondenzacija) pa se toplota prenese (ločevanje toplote).

3. Delovanje toplotne črpalke je mogoče zaradi štirih ključnih komponent.

Da bi razumeli načelo delovanja toplotne črpalke, lahko njeno napravo razdelimo na 4 glavne elemente:

1. Kompresorki stisne hladilno sredstvo za povečanje tlaka in temperature.
2. Ekspanzijski ventil - termoregulacijski ventil, ki dramatično zniža tlak hladilnega sredstva.
3. Izparilnik - izmenjevalnik toplote, v katerem hladilno sredstvo z nizko temperaturo absorbira toploto iz okolja.
4. Kondenzator - izmenjevalnik toplote, pri katerem že vroče hladilno sredstvo po stiskanju prenaša toploto na delovni medij ogrevalnega krogotoka.

Te štiri komponente omogočajo hladilnikom, da proizvajajo mraz, toplotne črpalke pa toploti. Da bi razumeli, kako posamezna komponenta toplotne črpalke deluje in zakaj je potrebna, predlagamo ogled videoposnetka o principu delovanja toplotne črpalke zemeljskega vira.

VIDEO: Načelo delovanja toplotne črpalke Soil-Water

Kako deluje toplotna črpalka

Zdaj bomo poskušali podrobno opisati vsako fazo delovanja toplotne črpalke. Kot smo že omenili, delovanje toplotnih črpalk temelji na termodinamičnem ciklu. To pomeni, da je delovanje toplotne črpalke sestavljeno iz več ciklov, ki se vedno znova ponavljajo v določenem zaporedju.

Delovni cikel toplotne črpalke lahko razdelimo na naslednje štiri stopnje:

1. Absorpcija toplote iz okolja (vrenje hladilnega sredstva).

Izparilnik (izmenjevalnik toplote) prejme hladilno sredstvo, ki je v tekočem stanju in ima nizek tlak. Kot že vemo, lahko hladilno sredstvo pri nizkih temperaturah zavre in izhlapi. Postopek izhlapevanja je potreben, da snov absorbira toploto.

Po drugem zakonu termodinamike se toplota iz telesa z visoko temperaturo prenese v telo z nižjo temperaturo. Na tej stopnji delovanja toplotne črpalke nizkotemperaturno hladilno sredstvo, ki gre skozi toplotni izmenjevalnik, prevzame toploto iz hladilne tekočine (slanice), ki se je prej dvignila iz vodnjakov, kjer je odvzela toploto zemlje z nizkim potencialom ( v primeru zemeljskih toplotnih črpalk podtalnica).

Dejstvo je, da je temperatura tal pod zemljo kadar koli v letu + 7-8 ° C. Kadar se uporabljajo, so nameščene navpične sonde, skozi katere slanica (toplotni nosilec) kroži. Naloga hladilne tekočine je, da se med kroženjem skozi globoke sonde ogreje na najvišjo možno temperaturo.

Ko je toplotni nosilec odvzel toploto iz tal, vstopi v toplotni izmenjevalnik toplotne črpalke (uparjalnika), kjer »sreča« hladilno sredstvo, ki ima nižjo temperaturo. In po drugem zakonu termodinamike pride do izmenjave toplote: toplota iz bolj ogrete slanice se prenese v manj ogrevano hladilno sredstvo.

Tu je zelo pomembna točka: absorpcija toplote je možna med izhlapevanjem snovi nasprotno pa pride do prenosa toplote med kondenzacijo. Med segrevanjem hladilne tekočine iz hladilne tekočine spremeni svoje fazno stanje: hladilna tekočina preide iz tekočine v plinasto stanje (pride do procesa vrenja hladilne tekočine, ki izhlapi).

Prihaja skozi uparjalnik hladilno sredstvo je v plinasti fazi... To ni več tekočina, temveč plin, ki je prevzel toploto iz hladilne tekočine (slanice).

2. Stiskanje hladilnega sredstva s kompresorjem.

V naslednjem koraku plinasto hladilno sredstvo vstopi v kompresor. Tu kompresor stisne freon, ki se zaradi močnega povečanja tlaka segreje na določeno temperaturo.

Kompresor običajnega gospodinjskega hladilnika deluje na podoben način. Edina pomembna razlika med kompresorjem hladilnika in kompresorjem toplotne črpalke je bistveno manjša zmogljivost.

VIDEO: Kako deluje hladilnik s kompresorjem

3. Prenos toplote v ogrevalni sistem (kondenzacija).

Po stiskanju v kompresorju visokotemperaturno hladilno sredstvo vstopi v kondenzator. V tem primeru je kondenzator tudi izmenjevalnik toplote, pri katerem se med kondenzacijo toplota prenese iz hladilnega sredstva v delovni medij ogrevalnega krogotoka (na primer voda v sistemu talnega ogrevanja ali grelni radiatorji).

V hladilniku hladilno sredstvo spet preide iz plinske faze v tekočino. Ta postopek spremlja sproščanje toplote, ki se uporablja za ogrevalni sistem v hiši in oskrbo s toplo vodo.

4. Zmanjšanje tlaka (ekspanzije) hladilnega sredstva.

Zdaj je treba tekoče hladilno sredstvo pripraviti za ponovitev obratovalnega cikla. Za to hladilno sredstvo teče skozi ozko odprtino termo-regulacijskega ventila (ekspanzijski ventil). Po "silanju" skozi ozko odprtino dušilke se hladilno sredstvo razširi, zaradi česar njegova temperatura in tlak padeta.

Ta postopek je primerljiv s pršenjem aerosola iz pločevinke. Po pršenju pršilo za kratek čas postane hladnejše. Se pravi, prišlo je do močnega padca aerosolnega tlaka zaradi potiska navzven, temu primerno pade tudi temperatura.

Zdaj je hladilno sredstvo spet pod takim pritiskom, da lahko zavre in izhlapi, kar potrebujemo za absorpcijo toplote iz hladilne tekočine.

Naloga ekspanzijskega ventila (termo-regulacijski ventil) je zmanjšati freonski tlak tako, da ga razširi na izhodu iz ozke odprtine. Zdaj je freon pripravljen, da spet zavre in absorbira toploto.

Cikel se ponovi, dokler sistem ogrevanja in sanitarne vode ne prejme zahtevane količine toplote iz toplotne črpalke.