Czy powinienem używać pompy ciepła do ogrzewania domu

Przemysł pompowy nie stoi w miejscu, a nowe rozwiązania inżynieryjne powstają w oparciu o znane technologie. Marketerzy zainteresowani osiąganiem zysków i zwiększaniem sprzedaży często ukrywają dane dotyczące konkretnego produktu, promując go jako rewolucyjny, niezrównany. Najbardziej uderzającym przykładem są pompy ciepła. Materiały promocyjne nie opisują zasady działania takich urządzeń ani poziomu wydajności ogrzewania domu. Jednak możliwe jest zrozumienie, jak wszystko działa i jak ten lub ten system może być przydatny z tego materiału.

Czym jest pompa ciepła, jej zakres

Techniczna definicja pompy ciepła jest urządzeniem do przenoszenia energii z jednego obszaru do drugiego, przy jednoczesnym zwiększeniu skuteczności jego pracy. Łatwo jest zilustrować takiego mechanika. Wyobraź sobie wiadro zimnej wody i szklankę gorącej. Aby je ogrzać, pewna ilość energii została wydatkowana z pewnego poziomu ciepła. Jednak skuteczność jego stosowania jest inna. Jeśli jednocześnie obniżysz temperaturę wiadra wody o 1 stopień, uzyskana energia cieplna może doprowadzić ciecz w szkle do prawie wrzenia.

To właśnie do tej mechaniki działa pompa ciepła, dzięki której można ogrzać basen lub w pełni zapewnić ogrzewanie domu na wsi. Jednostka przekazuje ciepło z jednego obszaru do drugiego, zazwyczaj poza pomieszczeniem wewnątrz. Istnieje wiele zastosowań takiej techniki.

1. Przy pewnych prędkościach zasilania pompy ciepła ogrzewanie domu staje się niedrogi i skuteczny.
2. Łatwy do zrobienia CWU z pompą ciepłaza pomocą kotła wtórnego ogrzewania.
3. Przy pewnym wysiłku i właściwym zaprojektowaniu kreacja jest dostępna całkowicie. autonomiczny system grzewczyzasilany przez panele słoneczne.
4. Większość modeli pomp ciepła jest akceptowalnych. na ciepłą podłogę używany jako obieg grzewczy.

Aby wybrać i kupić odpowiedni system, należy przede wszystkim poprawnie ustawić zadanie przed nim. I tylko po spełnieniu wymagań dotyczących mocy i ocenie dopuszczalności poszczególnych typów kotłów grzewczych, aby zaspokoić wszystkie potrzeby.

Ogólna zasada pracy

Z technologicznego punktu widzenia pompa ciepła działa zgodnie ze znanym wszystkim Cykl Carnota, seria przekształceń stanów materii. Takie słowa mogą być całkowicie obce większości użytkowników. Jednak praktycznie każdy z nich ma co najmniej jedno urządzenie w domu, oparte na tym procesie fizycznym.

W uproszczeniu pompa ciepła jest lodówka. Każdy model gospodarstwa domowego, w którym obywatele są przyzwyczajeni do przechowywania mięsa i napojów, to grzejnik o wydajności ponad 100%. Wszystko działa w następujący sposób:

• lodówka odbiera ciepło z umieszczonych w niej produktów i przenosi je do kratki, a zatem do przestrzeni pomieszczenia;
• jednocześnie powietrze jest ogrzewane przez sprężarkę.

W rezultacie, wydając pewną ilość energii elektrycznej, użytkownik otrzymuje dwa źródła ciepła, z których jedno (energia odebrana z produktów) jest całkowicie bezpłatne.

Taka jest zasada działania pompy ciepła. Urządzenie ma odwrotny schemat funkcjonalny w porównaniu z lodówką - w nim użyteczny jest wymiennik ciepła i kratka chłodnicy, która odpowiada za końcową wydajność urządzenia. Wszystko działa w następujący sposób:

• obwód odprowadzania ciepła znajduje się na zewnątrz pomieszczenia, otoczony stabilnym środowiskiem temperaturowym;
• podczas pracy pompy ciepła temperatura płynu roboczego jest wymuszana przez naturalne procesy fizyczne poniżej parametrów środowiskowych;
• ciepło jest odbierane przez płyn roboczy, którego natężenie zależy od powstałej różnicy temperatur;
• płyn roboczy wchodzi do obwodu konwersji stanu i wymiennika ciepła w pomieszczeniu;
• energia jest uwalniana do powietrza lub innego medium;
• płyn roboczy w stanie początkowym jest dostarczany na początek cyklu (obwód ekstrakcji ciepła).

Ten schemat ogrzewania ma kilka zalet i wad. Jednak w optymalnych warunkach pokazuje się pompa ciepła znaczne oszczędności. Ogrzewanie domu będzie wymagało 70–80% niższych kosztów w porównaniu z klasycznymi kotłami gazowymi i półprzewodnikowymi.

Najwyższa wydajność pompy ciepła zależy od wielu czynników. Niektóre rozwiązania technologiczne są w stanie rozwiązać tylko ograniczoną liczbę zadań. Inni sugerują skomplikowaną instalację pompy ciepła.

Obecnie istnieje wiele urządzeń gospodarstwa domowego, których właściciele nawet nie podejrzewają, że używają innowacyjnych, rewolucyjnych pomysłów na wybór ciepła z otoczenia. Co więcej, może to wystąpić nawet przy ujemnych temperaturach powietrza za oknem. To jest klimatyzacja z funkcją ogrzewania, który w rzeczywistości opiera się na mechanice pompy ciepła. Zasady działania takich urządzeń powietrze-powietrze zostaną omówione później.

Schemat ogrzewania domu prywatnego za pomocą pompy ciepła

Optymalny schemat stosowania pompy ciepła do ogrzewania domu obejmuje zbiornik magazynowy. Uproszczony wygląda tak:

W tym przypadku bloki 1 i 2 są zaworami, które rozwiązują problem regulacji napływających strumieni ciepła. Mogą być ręcznym nakładaniem się przepływu lub stanowić automatyczne głowice termiczne. Blok 3 jest wspólnym termostatem lub systemem czujników.

Ogrzewanie działa zgodnie z następującą zasadą:

• pompa ciepła pobiera ciepło z otoczenia i ogrzewa wodę;
• ciecz wchodzi do wymiennika ciepła wtórnego ogrzewania zbiornika magazynowego lub krąży w pojedynczym obwodzie;
• System grzewczy zbudowany jest na klasycznej zasadzie, przepływ wody w nim jest zapewniany przez pompę kołową.

Schemat pokazany na rysunku - minimalne wyposażenie domu. Można go łatwo dodać. W szczególności nikt się nie martwi zainstalować dwa zbiorniki i stosować zasadę wtórnego płynu grzewczego. Jeden z nich - kocioł pompy ciepła (zainstalowany bezpośrednio na wylocie z tego ostatniego) - służy do dostarczania gorącej wody. Bardziej pojemny zbiornik rozwiązuje problem dostarczania chłodziwa do systemu grzewczego.

Świetna opcja działa ogrzewanie domu za pomocą pompy ciepła, akumulacyjna pojemność i system izolowanej cieplnie podłogi. W tym przypadku nie jest konieczne podgrzewanie cieczy do wysokiej temperatury. Optymalna szybkość ogrzewania podłogowego - od 30 do 40 stopni. Schemat ogrzewania jest podobny do już wspomnianego, ale zamiast grzejników woda przepływa do jednostki zbierającej z własną regulacją przepływu.

Klasyfikacja pomp ciepła według właściwości mediów

Klasyfikacja pomp ciepła jest dość obszerna. Urządzenia są podzielone ze względu na rodzaj płynu roboczego, zasadę zmiany jego stanu fizycznego, użycie urządzeń do konwersji, charakter nośnika energii niezbędnego do działania. Jeśli weźmiemy pod uwagę, że na rynku prezentowane są modele z różnymi kombinacjami kryteriów klasyfikacji, staje się jasne, że trudno jest wymienić wszystko. Można jednak rozważyć podstawowe zasady podziału grupy.

Instalacja, projekt i końcowe właściwości pompy ciepła zależą od parametrów źródła ciepła i środowiska odbiorcy. Obecnie istnieje kilka rodzajów rozwiązań inżynieryjnych.

Powietrze-powietrze

Pompy ciepła powietrze-powietrze - najpopularniejsze urządzenia. Są kompaktowe i dość proste. Na temat mechaniki tego typu domowe klimatyzatory działają w trybie ogrzewania. Zasada działania jest prosta:

• uliczny wymiennik ciepła jest chłodzony poniżej temperatury powietrza i pobiera ciepło;
• po ściśnięciu napływającego freonu do chłodnicy jego temperatura znacznie wzrasta;
• Wentylator wewnątrz pomieszczenia, wydmuchując wymiennik ciepła, ogrzewa pomieszczenie.

Wybór energii środowiskowej niekoniecznie jest dokonywany przez zewnętrzny wymiennik ciepła. W tym celu powietrze można wtłoczyć do bloku znajdującego się w pomieszczeniu. Oto jak działają niektóre systemy kanałów.

Jeśli freon jest sprężany i rozprężany w klimatyzatorze, to w pompach ciepła Vortex używane jest proste powietrze. Mechanika pracy jest podobna: zanim gaz wejdzie do wewnętrznego wymiennika ciepła, gaz jest sprężany, a po oddaniu energii jest wdmuchiwany przez intensywny strumień do komory ekstrakcji ciepła.

Pompa ciepła vortex to duża, masywna instalacja, która działa wydajnie tylko wtedy, gdy temperatura otoczenia jest wysoka. Dlatego takie systemy są instalowane w warsztatach przemysłowych, wykorzystują spaliny z pieców lub gorące powietrze głównego systemu klimatyzacji jako źródło ciepła.

Woda-woda

Pompa ciepła woda / woda działa na tej samej zasadzie, co inne instalacje. Tylko nośniki energii są inne. Sprzęt jest wyposażony sondy zanurzenioweaby dostać się do horyzontu wód podziemnych z dodatnią temperaturą nawet w trudnych warunkach zimowych.

W zależności od potrzeb ogrzewania, pompy ciepła woda / woda mogą mieć zupełnie różne rozmiary. Na przykład, począwszy od kilku odwiertów wykonanych wokół prywatnego domu, kończąc na wielkopowierzchniowych wymiennikach ciepła zlokalizowanych bezpośrednio w warstwie wodonośnej, które są układane podczas fazy budowy budynku.

Pompy ciepła woda-woda wyróżniają się większą wydajnością i skuteczną mocą wyjściową.. Powodem jest zwiększona pojemność cieplna cieczy. Warstwa wody, w której znajduje się sonda lub wymiennik ciepła, szybko uwalnia energię, a dzięki ogromnej objętości nieznacznie zmniejsza jej właściwości, przyczyniając się do stabilnej pracy systemu. Również wyposażenie wody w wodę jest inne. zwiększona wydajność.

Woda-powietrze, powietrze-woda

Połączone systemy muszą być starannie wybrane. Jednocześnie istniejące warunki klimatyczne są dokładnie oceniane. Na przykład cykl pompy ciepła typu woda-powietrze ma dobrą wydajność ogrzewania. w regionach z silnymi mrozami. System powietrze-woda w połączeniu z ciepłą podłogą i zbiorczym kotłem grzewczym wtórnym jest w stanie wykazać maksymalne oszczędności na terytoriach, gdzie temperatura powietrza rzadko spada poniżej -5 ... -10 stopni.

Stop (solanka) -woda

Pompa ciepła tej klasy to rodzaj wagonu. On może stosowane dosłownie wszędzie. Wskaźniki jego mocy cieplnej netto są stałe i stabilne. Zasada działania urządzenia solanka-woda opiera się przede wszystkim na ekstrakcji ciepła z gleby, która ma normalne wskaźniki wilgoci lub bagna.

System jest łatwy w instalacji: aby pomieścić zewnętrzne wymienniki ciepła, wystarczy je zakopać na pewną głębokość. Możesz również wybrać jedną z opcji wyposażenia z gazowym lub płynnym płynem roboczym.

Obliczanie klasy pompy ciepła solanki odbywa się pod względem zapotrzebowania na energię do ogrzewania. Metody ich ilościowego oznaczania obfitują. Możesz dokonać najdokładniejszego obliczenia, biorąc pod uwagę materiał ścian domu, projekt okien, charakter gleby, średnią ważoną temperaturę powietrza i wiele innych.

Producenci układów solanka-woda oferują różne wersje modeli różniące się poborem mocy jednostki konwersji, konstrukcją i wymiarami zewnętrznych wymienników ciepła oraz parametrami obwodu wyjściowego. Wybierz optymalną pompę ciepła na wcześniej przygotowanej liście wymagań.

Podział według rodzaju ciała

Nowoczesne pompy ciepła mogą wykorzystywać ciało gazowe lub chemiczny płynny roztwór amoniaku jako transporter ciepła. Odpowiedniość konkretnego systemu jest oceniana przez kilka czynników, charakterystykę systemów.

1. Instalacje z wykorzystaniem freonu, mają cykl pompy ciepła oparty na procesach sprężania gazu i rozprężania. Są w jakiś sposób zbudowane na obwodzie sprężarki. Sprzęt ma atrakcyjne wskaźniki wydajności, ale ma też wady. Chociaż średnie ważone zużycie systemu w czasie cyklu pracy jest stabilne, okablowanie jest mocno obciążone. Ponadto pompy ciepła z gazowym przenośnikiem ciepła nie będą użyteczne w regionach, w których nie ma scentralizowanych sieci elektroenergetycznych lub źródła zasilania o wystarczającej pojemności.
   
2. Instalacje typu wyparnego z użyciem roztworu amoniaku, mają cykl pracy oparty na procesie parowania substancji w niskich punktach wrzenia. Upłynnianie po przejściu zewnętrznego wymiennika ciepła zachodzi pod wpływem źródła energii. To palnik ciepła. Prawie każde paliwo może być do tego wykorzystane: ciało stałe, benzyna, olej napędowy, gaz, nafta, w niektórych przypadkach - alkohol metylowy. Dlatego wyparne pompy ciepła są atrakcyjne w miejscach, w których nie ma prądu. Ponadto wybór takiego sprzętu może pchnąć tanie paliwo określonego rodzaju w regionie.
   

Charakter medium roboczego wykorzystywanego w systemie może wiele powiedzieć o wydajności instalacji i mocy wyjściowej. Pompy ciepła sprężarki freonowej są zdolne do ostrego szarpnięcia, szybko nagrzewając pomieszczenie. Modele wyparne amoniaku dla takich wyczynów nie są w stanie. Ich preferowanym sposobem użycia jest stabilna, stała praca z nominalną emisją ciepła.

Zalety pomp ciepła i możliwość ich instalacji

Jak stwierdzono w reklamie, główną zaletą pomp ciepła jest wydajność ogrzewania. W pewnym stopniu działa w ten sposób. Jeśli pompa ciepła ma środowisko odbioru energii, które zapewnia optymalne odczyty temperatury, instalacja działa wydajnie, koszty ogrzewania są zmniejszone o około 70-80%. Jednak zawsze są przypadki, w których pompa ciepła może być nieracjonalną inwestycją.

Wydajność pompy ciepła zależy od następujących cech technologicznych:

• parametr limitu ograniczenia spadku temperatury przez medium robocze
• minimalna różnica temperatur zewnętrznego wymiennika i środowiska, przy której ekstrakcja ciepła jest bardzo mała;
• poziom zużycia energii i odrzut użytecznej mocy cieplnej.

Możliwość zastosowania pompy ciepła zależy od kilku czynników.

1. Terytoria, na których taki sprzęt nie daje dobrych wyników - regiony z mroźnymi zimami i niskimi średnimi temperaturami dziennymi. W tym przypadku pompa ciepła po prostu nie jest w stanie usunąć wystarczającej ilości ciepła z otoczenia, zbliżając się ściśle do strefy zerowej wydajności. Przede wszystkim dotyczy to systemów powietrze-powietrze.
2. Wraz ze wzrostem objętości ogrzewanej przestrzeni, parametry technologiczne pompy ciepła rosną prawie wykładniczo.Wymienniki ciepła stają się większe, wielkość i liczba zanurzonych sond w wodzie lub w ziemi wzrasta. W pewnym momencie wymagany był koszt pompy ciepła do ogrzewania wydatki na jego instalację i konserwację, jak również zapłata za zużycie energii to po prostu irracjonalne inwestycje. Dużo taniej jest stworzyć klasyczny schemat ogrzewania gazowego z kotłem.
3. Im bardziej skomplikowany system, tym droższy i bardziej więcej problematycznych napraw w przypadku awarii. Jest to ujemny dodatek do wielkości ogrzewanego obszaru i charakterystyki strefy klimatycznej.

Klasyczny jest pompa ciepła i kocioł na gaz / paliwo stałepraca w pakiecie. Idea jest prosta: produkty spalania paliwa są wyświetlane na szerokiej rurze. Mieści się w nim wymiennik wymiennika ciepła. W systemie ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę zainstalowane są zbiorniki i kocioł grzewczy pośredni. Sprzęt (kocioł i pompa) jest aktywowany jednocześnie, gdy spada temperatura płynu w sieci rozdzielczej. Pracując parami, prawie całkowicie wykorzystują energię spalania paliwa, pokazując wskaźniki wydajności bliskie maksimum.

System z adaptacją do cech środowiskowych jest zbudowany pompa termiczna, wentylator, opalarka dowolnej klasy. Przy wystarczająco wysokiej temperaturze powietrza zewnętrznego (do -5 ... -10 stopni Celsjusza) pompa ciepła pracuje normalnie, zapewniając wystarczającą moc wyjściową do ogrzewania. Cechą konstrukcyjną systemu jest lokalizacja zewnętrznego wymiennika ciepła w oddzielnym kanale wentylacyjnym. Gdy temperatura na ulicy poniżej optymalnego znaku, dostarczane powietrze jest ogrzewane za pomocą opalarki (olej napędowy, elektryczny lub gazowy).

Warto zauważyć, że większość schematów obejmujących dostosowanie do temperatury powietrza lub parametrów stabilizujących pracę pompy ciepła stosuje się do urządzeń powietrze-powietrze i powietrze-woda. Inne systemy, ze względu na zewnętrzne wymienniki ciepła izolowane w ziemi lub w wodzie, nie pozwalają na stworzenie takich „szklarniowych” warunków pracy.

Główne cechy i obliczenia mocy pompy ciepła

Szacuje się ogólną racjonalność instalacji pompy ciepła do ogrzewania domu, przede wszystkim na koszty finansowe. Obejmują one:

• cena zakupu sprzętu;
• koszty instalacji, które mogą obejmować roboty ziemne;
• wydatki na okresową konserwację;
• przybliżony koszt eliminacji częstych problemów.

Wybór modelu mocy, jak wspomniano powyżej, opiera się na ogólnej potrzebie dostarczania ciepła. Przybliżone obliczenie domu jednokondygnacyjnego o wymiarach 10 x 10 metrów (300 metrów sześciennych objętości) wygląda tak:

• bierze pod uwagę maksymalną ujemną temperaturę zimową (-20);
• określa się różnicę między pomieszczeniem a środowiskiem (20 - 20 = 40);
• oblicza się straty ciepła ścian zgodnie z danymi referencyjnymi ich materiału (dla cegły wartość tabelaryczna wynosi 1, straty ciepła wynoszą 1x300x40 - 12000 kilokalorii na godzinę lub 13,5 kW).

Wynikowa wartość jest wskaźnikiem minimalnej mocy pompy ciepła, która jest wystarczająca do ogrzania domu. Aby wybrać optymalny model, charakterystyka musi zostać zwiększona o co najmniej 50%. Dzieje się tak ze względu na fakt, że pompa ciepła w zimie będzie musiała pracować w nieoptymalnych warunkach, w pobliżu najniższego punktu zerowej wydajności w temperaturze otoczenia. Wynikowa wartość dla rozważanego przykładu wynosi około 20 kW.

Druga część obliczeń jest wybór pojemności zbiornika. Zaleca się zainstalowanie tej części systemu, aby pompa ciepła mogła pracować przez ograniczoną liczbę cykli dziennie.Dokumentacja sprzętu zawiera zalecenia dotyczące pojemności magazynowania ciepła dla określonego indeksu cyklicznego. Średnia liczba wynosi 30 litrów na kilowat z 3 startami, 20 litrów z 5 startami. Tak więc dla domu w tym przykładzie potrzebny będzie zbiornik o pojemności co najmniej 400 litrów na pięć cykli pracy pompy ciepła dziennie.

Wniosek

Jeśli w wyniku analizy klimatu, dostępnych źródeł energii, charakteru gleby zdecydowano się na zakup pompy ciepła do ogrzewania, zaleca się powierzyć projektowanie systemu profesjonalistom. Optymalny wybór modelu opiera się nie tylko na cechach sprzętu i mechanice jego pracy. Eksperci wezmą pod uwagę wymianę ciepła w glebie, wybiorą połączony system z dobrą wydajnością, obliczą najlepszą opcję wykonania robót ziemnych. Dlatego system ogrzewania z pompą ciepła, opracowany przez profesjonalistów, nie sprawi, że napotkasz niespodzianki i żałujesz swojego wyboru.