Pompe de căldură pentru încălzirea locuinței: tipuri și principiu de funcționare

Principiul de funcționare a pompei aer-apă

După cum sa menționat deja, principala sursă de energie termică pentru instalațiile de acest tip este aerul atmosferic. Baza fundamentală a funcționării pompelor de aer este proprietatea fizică a lichidelor de a absorbi și elibera căldură în timpul tranziției de fază de la starea lichidă la starea gazoasă și invers. Ca urmare a schimbării stării, temperatura este eliberată. Sistemul funcționează pe principiul unui frigider în sens invers.

Pentru a utiliza eficient aceste proprietăți ale lichidului, un agent frigorific cu punct de fierbere scăzut (freon, freon) circulă într-un circuit închis, al cărui design include:

• compresor cu actionare electrica;
• evaporator suflat cu ventilator;
• supapă de accelerație (expansiune);
• schimbător de căldură cu plăci;
• tuburi de circulație din cupru sau metal-plastic care leagă elementele principale ale circuitului.

Mișcarea agentului frigorific de-a lungul circuitului se realizează datorită presiunii dezvoltate de compresor.Pentru a reduce pierderile de căldură, țevile sunt acoperite cu un strat termoizolant din cauciuc artificial sau spumă de polietilenă cu un strat protector metalizat. Ca agent frigorific, se utilizează freon sau freon, care poate fierbe la o temperatură negativă și nu îngheață până la -40 ° C.

Întregul proces de lucru constă din următoarele cicluri succesive:

1. Radiatorul evaporatorului conține un agent frigorific lichid care este mai rece decât aerul exterior. În timpul suflarii active a radiatorului, energia termică din aerul cu potențial scăzut este transferată în freon, care fierbe și trece în stare gazoasă. În același timp, temperatura acestuia crește.
2. Gazul încălzit intră în compresor, unde se încălzește și mai mult în timpul procesului de compresie.
3. Într-o stare comprimată și încălzită, vaporii de agent frigorific sunt introduși într-un schimbător de căldură cu plăci, unde purtătorul de căldură al sistemului de încălzire circulă prin al doilea circuit. Deoarece temperatura lichidului de răcire este mult mai mică decât cea a gazului încălzit, freonul se condensează activ pe plăcile schimbătorului de căldură, eliberând căldură sistemului de încălzire.
4. Amestecul răcit de vapori-lichid intră în supapa de accelerație, ceea ce permite doar agentului frigorific lichid de joasă presiune să treacă la evaporator. Apoi se repetă întregul ciclu.

Pentru a crește eficiența transferului de căldură al tubului, aripioarele spiralate sunt înfășurate pe evaporator. Trebuie luate în considerare calculul sistemului de încălzire, alegerea pompelor de circulație și a altor echipamente rezistență hidraulică și coeficient instalarea schimbătorului de căldură cu plăci de transfer de căldură.

Prezentare video de ansamblu a dispozitivului de sistem și a funcționării acestuia

Pompe de caldura cu invertor

Prezența unui invertor ca parte a instalației permite o pornire lină a echipamentului și reglarea automată a modurilor în funcție de temperatura exterioară. Aceasta maximizează eficiența pompei de căldură prin:

• atingerea randamentului la nivelul de 95-98%;
• reducerea consumului de energie cu 20-25%;
• minimizarea sarcinilor pe rețeaua electrică;
• crește durata de viață a instalației.

Ca urmare, temperatura interioară este menținută stabil la același nivel, indiferent de schimbările de vreme. În același timp, prezența unui invertor complet cu o unitate de control automatizată va asigura nu numai încălzirea iarna, ci și furnizarea de aer răcit vara pe vreme caldă.

În același timp, trebuie luat în considerare faptul că prezența echipamentelor suplimentare implică întotdeauna o creștere a costului acestuia și o creștere a perioadei de rambursare.

Împărțirea după tipul de fluid de lucru

Pompele de căldură moderne pot folosi corp gazos sau lichid chimic soluție de amoniac ca transportator de căldură. Adecvarea unei anumite scheme este evaluată de mai mulți factori, caracteristici ale sistemului.

1. Instalațiile cu freon au un ciclu de pompă de căldură bazat pe procese de comprimare și expansiune a gazului. Sunt construite cumva pe schema compresorului. Echipamentul are indicatori de performanță atractivi, dar are și dezavantaje. Deși consumul mediu ponderat al sistemului în momentul ciclului de funcționare este stabil, cablajul este puternic încărcat. În plus, pompele de căldură cu transportor de căldură gazos nu vor fi utile în regiunile în care nu există o rețea electrică centralizată sau o sursă de energie cu capacitate de încărcare suficientă.
2. Instalațiile de tip evaporativ care utilizează soluție de amoniac au un ciclu de funcționare bazat pe procesul de evaporare a substanței la puncte de fierbere scăzute. Lichefierea după trecerea unui schimbător de căldură extern are loc sub acțiunea unei surse de energie. Acesta este un arzător de căldură. Pentru aceasta poate fi folosit aproape orice combustibil: solid, benzină, motorină, gaz, kerosen, în unele cazuri - alcool metilic. Prin urmare, pompele de căldură prin evaporare sunt atractive în locurile în care nu există electricitate. În plus, ieftinitatea combustibilului de un anumit tip în regiune poate determina alegerea unui astfel de echipament.

Natura fluidului de lucru utilizat în sistem poate spune multe despre performanța instalației și puterea de ieșire. Deci, pompele de căldură cu compresor cu freon sunt capabile de o smucitură puternică, încălzind rapid camera. Modelele de evaporare a amoniacului nu sunt capabile de astfel de fapte. Modul lor preferat de utilizare este funcționarea stabilă, continuă la puterea termică nominală.

Tipuri de pompe de căldură

Pompele de căldură sunt împărțite în mai multe tipuri. Primul tip (tip) din clasificare în funcție de metoda de transfer al energiei termice:

Comprimare. Elementele principale de instalare sunt compresoarele, condensatoarele, expansoarele și evaporatoarele. Acest tip de pompă este foarte calitativ și eficient, ceea ce o face foarte populară pe piață.

Absorbţie. Cea mai recentă generație de pompe de căldură. Ei folosesc un freon absorbant în munca lor. Datorită acestui fapt, calitatea muncii este crescută de mai multe ori.

Poate fi distins tipuri de pompe de căldură in functie de sursele de caldura si anume:

• Energia termică este creată de sol (foto);
• apă;
• Curenții de aer
• Re-încălzire. Sunt obținute din scurgerea apei, aer murdar sau canalizare.

După tipuri de circuite de intrare-ieșire:

• aer-aer. Pompa preia aer rece, își scade temperatura, primește căldura necesară, care o transferă acolo unde este necesară încălzirea.
• apă la apă. Pompa preia căldura din apa freatică, care o dă apei pentru a încălzi camera.
• apă-aer. De la apă la aer. Utilizarea sondelor și puțurilor pentru apă este tipică, iar încălzirea are loc printr-un sistem de încălzire cu aer.
• aer-apă. De la aer la apă. Pompele de acest tip folosesc căldura din atmosferă pentru a încălzi apa.
• sol-apa. În această formă, căldura este preluată din conducte cu apă așezată în pământ. Căldura este luată din pământ (sol).
• apa cu gheata. Un tip interesant de pompă de căldură. Pentru a încălzi apa pentru încălzirea spațiului, se folosește o tehnică de producere a gheții, în care se eliberează energie termică colosală. Dacă înghețați până la 200 de litri de apă, puteți obține energie care poate încălzi o dimensiune medie în 40-60 de minute.

Avantajele și dezavantajele pompelor de căldură

Principiu functionarea pompei de caldura, în termeni simpli, se bazează pe colectarea energiei termice de calitate scăzută și transferul acesteia în continuare către sistemele de încălzire și climatizare, precum și către sistemele de tratare a apei, dar la o temperatură mai ridicată. Un exemplu simplu poate fi dat în forma unei butelii de gaz – când este umplut cu gaz, compresorul se încălzește prin comprimarea acestuia. Și dacă eliberați gaz din cilindru, atunci cilindrul se va răci - încercați să eliberați brusc gaz dintr-o brichetă reutilizabilă pentru a înțelege esența acestui fenomen.

Astfel, pompele de căldură, parcă, iau energia termică din spațiul înconjurător - este în pământ, în apă și chiar în aer. Chiar dacă aerul are o temperatură negativă, încă mai există căldură în el. De asemenea, se găsește în orice corpuri de apă care nu îngheață până la fund, precum și în straturile adânci de sol care nu sunt, de asemenea, susceptibile de înghețare adâncă - cu excepția cazului în care, desigur, este permafrost.

Pompele de căldură au un dispozitiv destul de complex, după cum puteți vedea încercând să dezasamblați un frigider sau aparate de aer condiționat. Aceste unități de uz casnic familiare nouă sunt oarecum asemănătoare cu pompele menționate mai sus, doar că funcționează în direcția opusă - preiau căldură din incintă și o trimit afară. Dacă puneți mâna pe radiatorul din spate al frigiderului, vom observa că este cald. Și această căldură nu este altceva decât energia luată din fructe, legume, lapte, supe, cârnați și alte produse care se află în cameră.

Aparatele de aer condiționat și sistemele split funcționează într-un mod similar - căldura generată de unitățile exterioare este energie termică colectată puțin câte puțin în încăperile răcite.

Principiul de funcționare al unei pompe de căldură este opusul celui al unui frigider. Adună căldură din aer, apă sau sol în aceleași boabe, după care o redirecționează către consumatori - acestea sunt sisteme de încălzire, acumulatoare de căldură, sisteme de încălzire prin pardoseală și încălzitoare de apă. S-ar părea că nimic nu ne împiedică să încălzim lichidul de răcire sau apa cu un element de încălzire obișnuit - așa este mai ușor. Dar să comparăm productivitatea pompelor de căldură și a elementelor de încălzire convenționale:

Atunci când alegeți o pompă de căldură, cel mai important lucru este disponibilitatea unei anumite surse naturale de energie.

• Element de încălzire convențional - pentru producerea a 1 kW de căldură, consumă 1 kW de energie electrică (excluzând erorile;
• Pompă de căldură - consumă doar 200 W de energie electrică pentru a produce 1 kW de căldură.

Nu, nu există o eficiență egală cu 500% aici - legile fizicii sunt de neclintit. Aici lucrează doar legile termodinamicii. Pompa, așa cum spune, acumulează energie din spațiu, o „ingrosează” și o trimite consumatorilor. În mod similar, putem colecta picăturile de ploaie printr-o adapatoare mare, obținând un curent solid de apă la ieșire.

Am dat deja multe analogii care ne permit să înțelegem esența pompelor de căldură fără formule abstruse cu variabile și constante. Să ne uităm acum la avantajele lor:

• Economii de energie - dacă încălzirea electrică standard de 100 mp. m. va duce la costuri de 20-30 mii de ruble pe lună (în funcție de temperatura aerului de afară), apoi sistemul de încălzire cu o pompă de căldură va reduce costurile la 3-5 mii de ruble acceptabile - trebuie să recunoașteți, acest lucru este deja o economie destul de solidă. Și asta fără trucuri, fără înșelăciune și fără trucuri de marketing;
• Grija pentru mediu - centralele pe cărbune, nucleare și hidroelectrice dăunează naturii. Prin urmare, consumul redus de energie electrică reduce cantitatea de emisii nocive;
• O gamă largă de utilizări – energia rezultată poate fi folosită pentru a încălzi o locuință și a pregăti apă caldă.

Există și dezavantaje:

• Costul ridicat al pompelor de căldură - acest dezavantaj impune o restricție asupra utilizării acestora;
• Nevoia de întreținere regulată - trebuie să plătiți pentru aceasta;
• Dificultate la instalare - aceasta se aplică în cea mai mare măsură pompelor de căldură cu circuite închise;
• Lipsa de acceptare de către oameni - puțini dintre noi ar fi de acord să investească în acest echipament pentru a reduce povara asupra mediului. Dar unii oameni care locuiesc departe de rețeaua de gaz și sunt nevoiți să-și încălzească locuințele cu surse alternative de căldură sunt de acord să cheltuiască bani pentru cumpărarea unei pompe de căldură și să-și reducă facturile lunare la electricitate;
• Dependență de rețea - dacă alimentarea cu energie electrică se oprește, echipamentul va îngheța imediat. Situația va fi salvată prin instalarea unui acumulator de căldură sau a unei surse de alimentare de rezervă.

După cum puteți vedea, unele dintre dezavantaje sunt destul de grave.

Generatoarele de energie pe benzină și diesel pot servi ca surse de alimentare de rezervă pentru pompele de căldură.

Sfaturi si trucuri

O pompă de căldură este un echipament complex din punct de vedere tehnic și destul de costisitor, așa că alegerea sa trebuie abordată cu mare responsabilitate. Pentru a nu fi nefondat, iată câteva recomandări foarte specifice.

1. Nu începeți niciodată să alegeți o pompă de căldură fără a face mai întâi calcule și a crea un proiect. Absența unui proiect poate provoca erori fatale, care pot fi corectate doar cu ajutorul unor investiții financiare suplimentare uriașe.

2. Proiectarea, instalarea și întreținerea pompei de căldură și a sistemului de încălzire ar trebui să fie încredințate numai unor profesioniști. Cum să vă asigurați că profesioniștii lucrează în această companie? În primul rând, prin disponibilitatea întregii documentații necesare, un portofoliu de obiecte implementate, certificate de la furnizorii de echipamente.Este foarte de dorit ca întreaga gamă de servicii necesare să fie furnizată de o singură companie, care în acest caz va fi pe deplin responsabilă de implementarea proiectului.

3. Vă sfătuim să acordați preferință unei pompe de căldură fabricate în Europa. Nu vă încurcați de faptul că este mai scump decât echipamentele chinezești sau rusești. Când este inclusă în devizul costului de instalare, punere în funcțiune și depanare a întregului sistem de încălzire, diferența de preț a pompelor va fi aproape insesizabilă. Dar, pe de altă parte, având la dispoziție un „european”, vei fi sigur de fiabilitatea acestuia, deoarece prețul ridicat al pompei este doar rezultatul utilizării tehnologiilor moderne și a materialelor de înaltă calitate pentru ao crea.

Principalele soiuri

Toate pompele de circulație pentru sistemele de încălzire sunt împărțite în două tipuri de proiectare: dispozitive cu rotor „uscat” și pompe de circulație cu rotor „umed”.

În pompele de circulație de primul tip, care este deja clar din numele lor, rotorul nu intră în contact cu mediul de lucru lichid - lichidul de răcire. Rotorul unor astfel de pompe este separat de rotor și stator prin inele de etanșare din oțel, presate unul împotriva celuilalt prin intermediul unui arc special care compensează uzura acestor elemente. Etanșeitatea acestui ansamblu de etanșare în timpul funcționării pompei este asigurată de un strat subțire de apă între inelele de oțel, care se formează datorită diferenței dintre presiunile din sistemul de încălzire și din mediul exterior.

Pompele de circulație pentru încălzire cu rotor „uscat” se disting prin eficiență destul de ridicată (89%) și productivitate, dar mașinile hidraulice de acest tip au și dezavantaje, inclusiv puternice zgomot la serviciu și complexitate în operare, întreținere și reparare.De regulă, sistemele de încălzire industriale sunt echipate cu pompe de acest tip; ele sunt rareori utilizate în sistemele de încălzire casnică.

Pompă de circulație cu o singură treaptă cu rotor „uscat”.

O pompă de circulație pentru sisteme de încălzire echipată cu un rotor de tip „umed” este un dispozitiv al cărui rotor și rotor sunt în contact constant cu lichidul de răcire. Mediul de lucru în care se rotește rotorul și rotorul acționează ca lubrifiant și lichid de răcire. Statorul și rotorul pompelor de acest tip sunt izolate unul de celălalt folosind o sticlă specială din oțel inoxidabil. O astfel de sticlă, în interiorul căreia un rotor și un rotor care se rotesc în mediul de răcire, protejează înfășurarea statorului sub tensiune de pătrunderea fluidului de lucru pe ea.

Eficiența pompelor de acest tip este destul de scăzută și este de doar 55%, dar capacitățile tehnice ale unui astfel de dispozitiv sunt destul de suficiente pentru a asigura circulația lichidului de răcire în sistemele de încălzire. case nu prea mari. Dacă vorbim despre avantajele pompelor de circulație cu rotor „umed”, atunci acestea ar trebui să includă cantitatea minimă de zgomot emisă în timpul funcționării unor astfel de dispozitive, fiabilitate ridicată, ușurință în operare, întreținere și reparare.

Pompa de circulatie umeda

Selectarea tipului de pompă de căldură

Principalul indicator al acestui sistem de încălzire este puterea. În primul rând, costurile financiare pentru achiziționarea de echipamente și alegerea uneia sau alteia surse de căldură la temperatură scăzută vor depinde de putere.Cu cât puterea sistemului pompei de căldură este mai mare, cu atât costul componentelor este mai mare.

În primul rând, aceasta se referă la puterea compresorului, adâncimea puțurilor pentru sonde geotermale sau suprafața pentru a găzdui un colector orizontal. Calculele termodinamice corecte sunt un fel de garanție că sistemul va funcționa eficient.

Dacă există un rezervor în apropierea zonei dvs. personale, alegerea cea mai rentabilă și productivă va fi apa pompa de caldura-apă

Mai întâi trebuie să studiați zona care este planificată pentru instalarea pompei. Condiția ideală ar fi prezența unui rezervor în această zonă. Utilizarea opțiunii apă-apă va reduce semnificativ volumul lucrărilor de excavare.

Utilizarea căldurii pământului, dimpotrivă, implică un număr mare de lucrări asociate săpăturilor. Sistemele care folosesc apa ca căldură de calitate scăzută sunt considerate cele mai eficiente.

Dispozitivul unei pompe de căldură care extrage energie termică din sol presupune o cantitate impresionantă de lucrări de pământ. Colectorul este așezat sub nivelul de îngheț sezonier

Există două moduri de a folosi energia termică a solului. Prima presupune forarea puțurilor cu diametrul de 100-168 mm. Adâncimea unor astfel de puțuri, în funcție de parametrii sistemului, poate ajunge la 100 m sau mai mult.

În aceste godeuri sunt plasate sonde speciale. A doua metodă folosește un colector de țevi. Un astfel de colector este plasat sub pământ într-un plan orizontal. Această opțiune necesită o suprafață destul de mare.

Pentru așezarea colectorului, zonele cu sol umed sunt considerate ideale.Desigur, forarea puțurilor va costa mai mult decât un rezervor orizontal. Cu toate acestea, nu orice site are spațiu liber. Pentru un kW de putere a pompei de căldură, aveți nevoie suprafata de la 30 la 50 m².

Construcția pentru aportul de energie termică cu o fântână adâncă se poate dovedi a fi puțin mai ieftină decât săparea unei gropi

Dar un plus semnificativ constă în economiile semnificative de spațiu, ceea ce este important pentru proprietarii de parcele mici. În cazul prezenței unui orizont de apă subterană înalt pe amplasament, schimbătoarele de căldură pot fi dispuse în două puțuri situate la o distanță de aproximativ 15 m una de alta.

În cazul prezenței unui orizont de apă subterană înalt pe amplasament, schimbătoarele de căldură pot fi dispuse în două puțuri situate la o distanță de aproximativ 15 m una de alta.

Extragerea energiei termice în astfel de sisteme prin pomparea apei subterane într-un circuit închis, părți din care sunt amplasate în puțuri. Un astfel de sistem necesită instalarea unui filtru și curățarea periodică a schimbătorului de căldură.

Cea mai simplă și ieftină schemă de pompă de căldură se bazează pe extragerea energiei termice din aer. Odată ce a devenit baza pentru construcția frigiderelor, ulterior au fost dezvoltate aparate de aer condiționat conform principiilor sale.

Cel mai simplu sistem de pompa de caldura obtine energie din masa de aer. Vara se implica in incalzire, iarna in aer conditionat. Dezavantajul sistemului este că, într-o versiune independentă, o unitate cu putere insuficientă

Eficienţă diferite tipuri de acest echipament nu e la fel. Pompele care folosesc aer au cea mai scăzută performanță. În plus, acești indicatori depind direct de condițiile meteorologice.

Varietățile de pompe de căldură la sol au performanțe stabile. Coeficientul de eficiență al acestor sisteme variază între 2,8 -3,3. Sistemele apă-apă sunt cele mai eficiente. Acest lucru se datorează în primul rând stabilității temperaturii sursei.

Trebuie remarcat faptul că, cu cât colectorul pompei este situat mai adânc în rezervor, cu atât temperatura va fi mai stabilă. Pentru a obține o putere a sistemului de 10 kW, sunt necesari aproximativ 300 de metri de conductă.

Principalul parametru care caracterizează eficiența unei pompe de căldură este factorul de conversie al acesteia. Cu cât factorul de conversie este mai mare, cu atât pompa de căldură este considerată mai eficientă.

Factorul de conversie al unei pompe de căldură este exprimat prin raportul dintre debitul de căldură și puterea electrică cheltuită pentru funcționarea compresorului