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집 난방을 위한 히트펌프. 주택난방용 히트펌프 주택난방용 히트펌프 설치

집 난방을 위한 히트펌프. 주택난방용 히트펌프 주택난방용 히트펌프 설치

고전적인 연료(가스, 목재, 이탄)의 연소는 열을 생성하는 고대 방법 중 하나입니다. 그러나 전통적인 에너지원의 고갈로 인해 사람들은 더 복잡하면서도 덜 효과적인 대안을 찾게 되었습니다. 그중 하나는 학교 물리학 법칙을 기반으로 작동하는 열 펌프의 발명이었습니다.

히트펌프 작동

언뜻 보면 매우 복잡해 보이는 히트펌프의 작동 원리는 몇 가지 간단한 열역학 법칙과 액체 및 기체의 특성에 기초합니다.

기체가 액체상태로 변할 때(응축) 열이 방출됩니다.
액체가 기체로 변할 때(증발) 열이 흡수됩니다.

대부분의 액체는 100도에 가까운 상당히 높은 온도에서 끓을 수 있습니다. 그러나 끓는점이 상당히 낮은 물질도 있습니다. 프레온의 경우 약 3-4도입니다. 가스로 변하면 쉽게 압축되어 용기 내부의 온도가 상승하기 시작합니다.

이론적으로 프레온은 원하는 온도를 얻기 위해 압축될 수 있지만 실제로는 고전적인 난방 시스템의 전체 작동에 필요한 80-90도로 제한됩니다.

누구나 하루에 한 번씩 냉장고 앞을 지나갈 때마다 열펌프를 마주하게 됩니다. 그러나 그 안에서는 반대 방향으로 작용하여 제품의 열을 흡수하여 대기 중으로 발산시킵니다.

작업 기술에 관한 비디오

히트펌프 다이어그램

대부분의 히트 펌프의 성능은 토양의 열을 기반으로 하며, 온도는 실제로 일년 내내(7-10도 이내) 변동하지 않습니다. 열은 세 회로 사이를 이동합니다.

가열 회로
히트펌프
염수(일명 흙) 회로

난방 시스템의 히트펌프의 고전적인 작동 원리는 다음 요소로 구성됩니다.

지면에서 빼앗은 열을 내부 회로로 전달하는 열교환기
압축 장치
내부회로에서 받은 에너지를 난방시스템으로 전달하는 2차 열교환장치
시스템의 압력을 감소시키는 메커니즘(스로틀)
염수 회로
지구 탐사선
가열 회로

1차 회로 역할을 하는 파이프는 우물에 놓이거나 땅에 직접 묻혀 있습니다. 얼지 않는 액체 냉각제가 이를 따라 이동하며 온도는 지구의 유사한 특성(약 +8도)으로 상승하여 두 번째 회로로 들어갑니다.

2차 회로는 액체로부터 열을 흡수합니다. 내부를 순환하는 프레온은 끓기 시작하고 가스로 변환되어 압축기로 보내집니다. 피스톤은 이를 24-28 atm으로 압축하여 온도가 +70-80도까지 증가합니다.

이 작업 단계에서 에너지는 하나의 작은 응고로 집중됩니다. 이로 인해 온도가 상승합니다.

가열된 가스는 온수 공급 시스템 또는 가정 난방 시스템으로 대표되는 세 번째 회로로 들어갑니다. 열 전달 중에 최대 10-15도까지 손실이 가능하지만 그다지 크지는 않습니다.

프레온이 냉각되면 압력이 감소하고 다시 액체 상태로 변합니다. 2~3도의 온도에서 두 번째 회로로 다시 흐릅니다. 주기는 계속해서 반복됩니다.

주요 유형

히트펌프의 작동 원리는 -30도에서 +40도까지의 넓은 온도 범위에서 중단 없이 쉽게 작동할 수 있도록 설계되었습니다. 다음 두 가지 유형의 모델이 가장 많이 사용됩니다.

흡수형
압축 유형

흡수형 모델은 다소 복잡한 구조를 가지고 있습니다. 그들은 받은 열 에너지를 소스를 사용하여 직접 전달합니다. 이들의 작동은 소비되는 전기 및 연료에 대한 재료비를 크게 줄입니다. 압축형 모델은 열을 전달하기 위해 에너지(기계적 및 전기적)를 소비합니다.

사용되는 열원에 따라 펌프는 다음 유형으로 구분됩니다.

폐열 재활용- 다른 원천에서 발생하는 2차 열을 낭비하는 산업시설 난방용으로 인기를 얻은 가장 고가의 모델입니다.
공기– 주변 공기로부터 열을 빼앗는다
지열– 물이나 땅에서 열을 선택

모든 모델은 입출력 유형에 따라 토양, 물, 공기 및 이들의 다양한 조합으로 분류될 수 있습니다.

지열 히트펌프

인기 있는 지열 펌프 모델은 폐쇄형 또는 개방형의 두 가지 유형으로 구분됩니다.

개방형 시스템의 단순한 설계 덕분에 내부를 통과하는 물이 가열되어 나중에 땅으로 다시 들어갈 수 있습니다. 이는 소비 후 환경에 해를 끼치 지 않는 무제한 양의 깨끗한 냉각수 액체가 있을 때 이상적으로 작동합니다.

지열 히트펌프의 폐쇄 루프 시스템은 다음 유형으로 구분됩니다.

물 – 얼지 않은 깊이의 저수지에 위치
수직 배열 - 수집기는 최대 200m 깊이의 우물에 배치되며 지형이 고르지 않은 지역에 적용 가능
수평 배열의 경우 수집기는 0.5-1m 깊이까지 땅에 배치되므로 제한된 영역에서 큰 윤곽을 제공하는 것이 매우 중요합니다.

공기-물 펌프

가장 다양한 옵션 중 하나는 공대지 모델입니다. 일년 중 따뜻한 기간에는 매우 효과적이지만 겨울에는 생산성이 크게 떨어질 수 있습니다.

시스템의 장점은 설치가 간단하다는 것입니다. 적합한 장비는 지붕 등 편리한 장소에 장착할 수 있습니다. 가스나 연기의 형태로 실내에서 제거되는 열은 재사용될 수 있습니다.

물 대 물 유형

물 대 물 열 펌프는 가장 효율적인 것 중 하나입니다. 그러나 근처에 저수지가 있거나 수심이 충분하지 않아 겨울에 온도가 크게 떨어지지 않아 사용이 제한될 수 있습니다.

낮은 위치 에너지는 다음 소스에서 선택할 수 있습니다.

지하수
개방형 저수지
산업폐수

열 펌프 작동의 가장 간단한 원리는 저수지에서 열을 추출하는 모델입니다. 지하수를 사용하기로 결정한 경우 우물을 뚫어야 할 수도 있습니다.

토양수형

1m 깊이에서는 온도가 거의 변하지 않기 때문에 일년 내내 땅에서 열을 얻을 수 있습니다. "염수"는 순환하는 부동액인 열 운반체로 사용됩니다.

지하수 시스템의 단점 중 하나는 원하는 효율성을 달성하기 위해 넓은 면적이 필요하다는 것입니다. 그들은 파이프를 고리형으로 배치하여 수평을 맞추려고 합니다.

수집기는 수직 위치에 설치할 수 있지만 최대 깊이 150m의 우물이 필요하며 바닥에서 열을 수집하기 위해 우산이 바닥에 설치됩니다.

히트펌프 난방 시스템의 장단점

히트펌프는 개인 주택이나 산업 지역의 난방 시스템에 널리 사용됩니다. 신뢰성과 효율성으로 인해 점점 더 전통적인 에너지원을 대체하고 있습니다.

열 펌프를 작동하면 다음과 같은 많은 이점을 얻을 수 있습니다.

시스템 유지 관리 및 냉각수에 대한 물적 자원 절약
펌프는 완전히 자율적으로 작동합니다.
유해한 연소 생성물이나 기타 독성 물질이 환경으로 방출되지 않습니다.
장착 장비의 화재 안전
시스템 작동을 쉽게 되돌릴 수 있는 능력

많은 장점에도 불구하고 열 펌프 사용의 부정적인 측면을 고려해야 합니다.

난방 시스템 설치를 위한 대규모 초기 투자 - 3~10,000달러
추운 기간에는 온도가 -15도 이하로 떨어지면 대체 난방 옵션을 고려해야 합니다.
히트펌프 작동에 따른 난방은 저온 냉각수를 사용하는 시스템에서만 가장 효과적입니다.

또 다른 도식 비디오:

요약하자면

열 펌프의 작동 원리를 배우고 숙달하면 설치 및 사용의 타당성을 생각하고 결정할 수 있습니다. 매우 커 보일 수 있는 초기 비용은 곧 성과를 거두고 고전 연료 절약의 형태로 일종의 이익을 가져오기 시작할 것입니다.

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히트펌프와 같은 장치는 냉장고, 에어컨 등 가전제품과 작동 원리가 유사합니다. 전력의 약 80%를 환경으로부터 빌립니다. 펌프는 거리의 열을 실내로 펌핑합니다. 작동 원리는 냉장고 작동 원리와 유사하며 열에너지 전달 방향만 다릅니다.

예를 들어, 물병을 식히기 위해 사람들은 그것을 냉장고에 넣으면 가전제품은 이 물체에서 부분적으로 열을 "흡수"하고 이제 에너지 보존 법칙에 따라 이를 방출해야 합니다. 하지만 어디? 모든 것이 간단합니다. 이 목적을 위해 냉장고에는 일반적으로 뒷벽에 라디에이터가 있습니다. 차례로 가열되는 라디에이터는 그것이 서있는 방에 열을 발산합니다. 따라서 냉장고는 방을 가열합니다. 더운 여름에 작은 상점에서 여러 개의 냉장 장치를 켜면 따뜻해지는 정도를 느낄 수 있습니다.

그리고 이제 약간의 상상력이 있습니다. 냉장고에 따뜻한 물건을 계속 넣어서 방을 데우거나 창문 개구부에 놓고 냉동실 문이 바깥쪽으로 열리고 라디에이터가 방에 있다고 가정합니다. 작동 중에 외부 공기를 냉각시키는 가전 제품은 동시에 외부에 존재하는 열 에너지를 건물 안으로 전달합니다. 이것이 바로 히트펌프의 작동원리이다.

펌프는 어디에서 열을 얻나요?

열 펌프는 다음을 포함하여 자연적으로 낮은 잠재력의 열 에너지원을 활용하여 작동합니다.

주변 공기;
수역(강, 호수, 바다);
토양 및 지상 지하수 및 열수.

히트펌프를 이용한 난방 시스템

열 펌프를 난방에 사용하는 경우 작동 원리는 난방 시스템에 통합되는 것을 기반으로 합니다. 이는 두 개의 회로로 구성되며 여기에 펌프 설계인 세 번째 회로가 추가됩니다.

환경으로부터 열을 흡수하는 냉각수는 외부 회로를 따라 순환합니다. 이는 펌프 증발기로 들어가서 끓는점이 -10°C라는 사실에도 불구하고 약 4~7°C의 냉매를 냉매로 방출합니다. 결과적으로 냉매는 끓어오르다가 기체 상태가 됩니다. 외부 회로에서 이미 냉각된 냉각수는 다음 차례에 보내져 온도를 설정합니다.

히트펌프 기능 회로는 다음으로 구성됩니다.

증발기;
냉각제;
전기 압축기;
콘덴서;
모세관;
온도 조절 장치.

히트펌프의 작동 과정은 다음과 같습니다.

끓인 후 파이프라인을 통해 이동하는 냉매는 전기를 사용하여 작동하는 압축기로 들어갑니다. 이 장치는 기체 냉매를 고압으로 압축하여 온도를 상승시킵니다.
뜨거운 가스는 다른 열교환기(응축기)로 들어가며, 여기서 냉매의 열은 난방 시스템의 내부 회로를 통해 순환하는 냉각수 또는 실내 공기로 전달됩니다.
냉각되면 냉매는 액체 상태로 변한 후 모세관 감압 밸브를 통과하여 압력을 잃은 다음 다시 증발기로 들어갑니다.
따라서 사이클이 종료되고 프로세스를 반복할 준비가 되었습니다.

가열 출력의 대략적인 계산

한 시간 동안 2.5-3 입방미터의 냉각수가 외부 수집기를 통해 펌프를 통과하며, 지구는 Δt = 5-7 °C만큼 가열될 수 있습니다(참조: " "). 주어진 회로의 열전력을 계산하려면 다음 공식을 사용해야 합니다.

Q = (T 1 - T 2) x V, 여기서:
V - 시간당 냉각수 흐름(m 3 /시간);
T 1 - T 2 - 입구와 입구 사이의 온도 차이(°C).

히트펌프의 종류

소비되는 소산열의 유형에 따라 히트펌프는 다음과 같습니다.

지하수 - 물 가열 시스템에서의 작동을 위해 폐쇄 된지면 윤곽선 또는 깊이에 위치한 지열 프로브가 사용됩니다 (자세한 내용 : " ").
물-물 - 이 경우 작동 원리는 지하수를 수집하고 배출하기 위해 개방형 우물을 사용하는 것을 기반으로 합니다(읽기: " "). 이 경우 외부 회로는 순환되지 않으며 집안의 난방 시스템은 물입니다.
물-공기 - 외부 물 회로를 설치하고 공기형 가열 구조를 사용합니다.
공대공 - 작동을 위해 외부 기단의 소산된 열과 집의 공기 가열 시스템을 사용합니다.

히트펌프의 장점

비용 효율적이고 효율적입니다. 사진에 표시된 히트펌프의 작동 원리는 열에너지 생성이 아니라 열에너지 전달에 기반을 두고 있습니다. 따라서 히트펌프의 효율은 1보다 커야 한다. 그런데 이것이 어떻게 가능합니까? 히트펌프의 작동과 관련하여 열변환계수, 즉 CCT라고 약칭하는 값이 사용됩니다. 이 유형의 장치 특성은 이 매개변수에 따라 정확하게 비교됩니다.양의 물리적 의미는 받은 열의 양과 열을 얻기 위해 소비한 에너지 사이의 관계를 결정하는 것입니다. 예를 들어, CPT 계수가 4.8이면 펌프가 소비하는 전기 1kW가 자연으로부터 무료로 4.8kW의 열을 생산한다는 의미입니다.
보편적인 보편적인 응용 프로그램입니다. 소비자가 접근할 수 있는 전력선이 없는 경우 펌프 압축기는 디젤 드라이브를 사용하여 작동됩니다. 자연 열은 어디에나 있기 때문에 이 장치의 작동 원리로 인해 어디에서나 사용할 수 있습니다.
환경친화성. 히트펌프의 작동 원리는 낮은 전력 소비와 연소 생성물이 없다는 점을 기반으로 합니다. 장치에 사용되는 냉매에는 염화탄소가 포함되어 있지 않으며 오존으로부터 완전히 안전합니다.
양방향 작동 모드. 난방 시즌에는 히트펌프를 이용해 건물을 가열하고 여름에는 냉방할 수 있습니다. 방에서 가져온 열은 집에 온수를 공급하는 데 사용될 수 있으며, 수영장이 있는 경우 물을 가열하는 데 사용할 수 있습니다.
안전한 작동. 열 펌프 작동에는 위험한 과정이 없습니다. 불이 없으며 인체 건강에 유해한 물질이 방출되지 않습니다. 냉각수에는 고온이 없으므로 장치가 안전하고 동시에 일상 생활에 유용합니다.
실내 난방 과정을 자동으로 제어합니다.

열 펌프의 작동 원리, 상당히 자세한 비디오:

펌프 작동의 일부 기능

히트펌프의 효율적인 작동을 보장하려면 다음과 같은 여러 조건을 충족해야 합니다.

방은 잘 단열되어야 합니다(열 손실은 100W/m²를 초과할 수 없음).
저온 난방 시스템에는 히트펌프를 사용하는 것이 유리합니다. 바닥 난방 시스템은 온도가 35-40°C이므로 이 기준을 충족합니다. CPT는 입력 회로와 출력 회로의 온도 사이의 관계에 크게 좌우됩니다.

히트펌프의 작동 원리는 열을 전달하는 것으로, 이를 통해 3~5의 에너지 변환 계수를 얻을 수 있습니다. 즉, 사용된 전기 1kW당 3~5kW의 열이 집으로 유입됩니다.

히트펌프는 에어컨, 온수기, 난방보일러의 특성을 기능적으로 결합한 만능기기이다. 이 장치는 기존 연료를 사용하지 않으며, 작동하려면 공기, 토양, 물 등 환경에서 재생 가능한 에너지원이 필요합니다.

따라서 오늘날 열 펌프는 작동이 연료 비용에 의존하지 않고 열원이 전기 또는 연소 생성물이 아니라 자연 열원이기 때문에 환경 친화적이기 때문에 가장 비용 효율적인 장치입니다.

열 펌프가 집 난방에 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하려면 냉장고 작동 원리를 기억하는 것이 좋습니다. 여기서 작동 물질이 증발하여 차가워집니다. 반대로 펌프에서는 응축되어 열이 발생합니다.

히트펌프의 작동 원리

시스템의 전체 과정은 발명가의 이름을 딴 카르노 사이클의 형태로 표현됩니다. 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 냉각수는 공기, 흙, 물 및 이들의 조합 등 작동 회로를 통과합니다. , 첫 번째 열교환기인 증발실로 보내지는 곳입니다. 여기에서 축적된 열을 펌프 내부 회로를 순환하는 냉매로 전달합니다.

가정용 난방 히트펌프의 작동 원리

액체 냉매는 증발실로 들어가고, 그곳에서 낮은 압력과 온도(5 0 C)로 인해 기체 상태로 변합니다. 다음 단계는 가스를 압축기로 전달하고 압축하는 것입니다. 결과적으로 가스 온도가 급격히 상승하고 가스가 응축기로 들어가고 여기서 가열 시스템과 열이 교환됩니다. 냉각된 가스는 액체로 변하고 사이클이 반복됩니다.

히트펌프의 장점과 단점

주택 난방용 히트펌프의 작동은 특별히 설치된 온도 조절 장치를 사용하여 제어할 수 있습니다. 매체 온도가 설정값 이하로 떨어지면 펌프가 자동으로 켜지고 온도가 설정값을 초과하면 펌프가 꺼집니다. 따라서 장치는 실내 온도를 일정하게 유지합니다. 이것이 장치의 장점 중 하나입니다.

장치의 장점은 효율성입니다. 펌프는 소량의 전기와 환경 친 화성 또는 환경에 대한 절대적인 안전성을 소비합니다. 장치의 주요 장점:

신뢰할 수 있음. 서비스 수명은 15년을 초과하고 시스템의 모든 부분은 높은 작업 수명을 가지며 에너지 변동은 시스템에 해를 끼치지 않습니다.
안전. 그을음이 없으며, 배기, 화염, 가스 누출이 제외됩니다.
편안. 펌프의 작동은 조용하고 온도 조절 및 자동 시스템은 기상 조건에 따라 작동하여 집안의 아늑함과 편안함을 조성하는 데 도움이 됩니다.
유연성. 이 장치는 현대적이고 세련된 디자인을 갖추고 있으며 모든 가정용 난방 시스템과 결합할 수 있습니다.
다재. 민간 및 토목 건축에 사용됩니다. 왜냐면 파워 범위가 넓거든요. 이로 인해 작은 집에서 별장까지 모든 크기의 방에 열을 공급할 수 있습니다.

펌프의 복잡한 구조는 장비 비용과 설치 비용이 높다는 주요 단점을 결정합니다. 장치를 설치하려면 대량의 굴착 작업을 수행해야 합니다.

히트펌프 - 분류

집을 난방하기 위한 히트펌프의 작동은 섭씨 -30도에서 +35도까지의 넓은 온도 범위에서 가능합니다. 가장 일반적인 장치는 흡수(열원을 통해 열 전달) 및 압축(전기로 인해 작동 유체 순환 발생)입니다. 흡수 장치는 가장 경제적이지만 더 비싸고 디자인이 복잡합니다.

열원 유형에 따른 펌프 분류:

지열. 그들은 물이나 땅의 열을 빼앗아갑니다.
공수. 그들은 대기로부터 열을 빼앗아갑니다.
2차 열. 이는 생산, 난방 및 기타 산업 공정에서 발생하는 소위 산업 열을 제거합니다.

냉각수는 다음과 같습니다.

인공 또는 천연 저수지, 지하수에서 나온 물.
애벌칠.
공기 질량.
위 미디어의 조합.

지열 펌프 - 설계 및 작동 원리

집을 난방하기 위한 지열 펌프는 수직 프로브 또는 수평 수집기를 사용하여 선택하는 지면의 열을 사용합니다. 프로브는 최대 70미터 깊이에 배치되며, 프로브는 표면에서 짧은 거리에 위치합니다. 이 유형의 장치는 열원의 온도가 일년 내내 상당히 높고 일정하기 때문에 가장 효과적입니다. 따라서 열을 전달하는 데 더 적은 에너지를 소비해야 합니다.

이러한 장비는 높은 설치 비용이 필요합니다. 우물을 뚫는 데 드는 비용은 높습니다. 또한 수집가에게 할당된 면적은 난방된 집이나 별장 면적보다 몇 배 더 커야 합니다. 기억해야 할 중요한 사항: 수집가가 있는 땅은 야채나 과일나무를 심는 데 사용할 수 없습니다. 식물의 뿌리는 과냉각됩니다.

물을 열원으로 사용

물은 많은 양의 열의 원천입니다. 펌프의 경우 깊이 3m의 부동 저수지 또는 높은 지하수를 사용할 수 있습니다. 시스템은 다음과 같이 구현될 수 있습니다. 1 선형 미터당 5kg의 하중으로 무게가 가해지는 열교환기 파이프가 저장소 바닥에 놓입니다. 파이프의 길이는 집의 영상에 따라 다릅니다. 100 평방 미터의 방. 최적의 파이프 길이는 300m입니다.

지하수를 사용하는 경우에는 지하수 방향으로 2개의 우물을 차례로 뚫어야 합니다. 첫 번째 우물에는 펌프가 설치되어 열교환기에 물을 공급합니다. 냉각수는 두 번째 우물로 흘러 들어갑니다. 이것이 소위 개방형 열 수집 회로.가장 큰 단점은 지하수 수준이 불안정하고 크게 달라질 수 있다는 것입니다.

공기는 가장 접근하기 쉬운 열원이다

공기를 열원으로 사용할 때 열 교환기는 팬에 의해 강제로 불어지는 라디에이터입니다. 공기 대 물 시스템을 사용하여 집을 가열하기 위해 열 펌프를 사용하는 경우 사용자는 다음과 같은 이점을 얻습니다.

집 전체를 난방할 수 있습니다. 냉각수 역할을 하는 물은 난방 장치를 통해 분배됩니다.
최소한의 에너지 비용으로 주민들에게 온수 공급이 가능합니다. 이는 저장 탱크가 있는 추가 단열 열 교환기가 있기 때문에 가능합니다.
유사한 유형의 펌프를 사용하여 수영장의 물을 가열할 수 있습니다.

펌프가 공대공 시스템에서 작동하는 경우 냉각수는 실내를 가열하는 데 사용되지 않습니다. 받은 열에너지를 이용하여 가열을 진행합니다. 이러한 계획의 구현 예는 난방 모드로 설정된 기존 에어컨입니다. 오늘날 공기를 열원으로 사용하는 모든 장치는 인버터 기반입니다. 여기에서는 교류가 직류로 변환되어 정지 없이 압축기와 작동을 유연하게 제어할 수 있습니다. 그리고 이는 장치의 리소스를 증가시킵니다.

히트 펌프 - 대체 주택 난방 시스템

열 펌프는 현대 난방 시스템의 대안입니다. 경제적이고 환경 친화적이며 사용하기에 안전합니다. 그러나 오늘날 설치 작업 및 장비 비용이 높기 때문에 장치를 모든 곳에서 사용할 수는 없습니다. 이제 열 펌프가 집을 난방하는 데 어떻게 작동하는지 알았고 모든 장단점을 계산한 후 설치 여부를 결정할 수 있습니다.

히트펌프(HP)열 에너지의 전달, 변형 및 변환을 수행하는 장치입니다. 작동 원리에 따르면 냉장고나 에어컨 등 잘 알려진 장치 및 장비와 유사합니다. 모든 TN의 작동은 유명한 프랑스 물리학자이자 수학자 Sidi Carnot의 이름을 딴 역 카르노 사이클을 기반으로 합니다.

히트펌프의 작동 원리

이 장비의 작동 프로세스에 대한 물리학을 더 자세히 연구해 보겠습니다. 히트펌프는 4가지 주요 요소로 구성됩니다.

압축기
열교환기(응축기)
열교환기(증발기)
피팅 및 자동화 요소를 연결합니다.

압축기시스템을 통해 냉매를 압축하고 이동시키는 데 필요합니다. 프레온이 압축되면 온도와 압력이 급격히 상승하고(압력은 최대 40bar, 온도는 최대 140C까지 발생) 압축률이 높은 가스 형태로 나타납니다. 커패시터로 간다(단열 과정, 즉 시스템이 외부 공간과 상호 작용하지 않는 과정), 여기서 에너지는 소비자에게 전달됩니다. 소비자는 난방이 필요한 즉각적인 환경(예: 실내 공기)이거나 냉매(물, 부동액 등)일 수 있으며, 냉각수는 난방 시스템(라디에이터, 온열 바닥, 온열 베이스보드, 대류식 냉각기)을 통해 에너지를 분배합니다. , 팬 코일 등). 이 경우 기체의 온도는 자연스럽게 낮아지고, 응집 상태가 기체에서 액체로 변경됩니다(등온 과정, 즉 일정한 온도에서 발생하는 과정).

다음으로 냉매는 액체상태이다. 증발기로 들어간다, 압력을 낮추고 프레온 흐름을 증발 열 교환기로 공급하는 데 필요한 자동 온도 조절 밸브(TRV)를 통과합니다. 증발기 채널을 통과할 때 압력이 감소하면 상전이가 발생하고 냉매의 응집 상태가 다시 기체로 변경됩니다. 이 경우 가스의 엔트로피가 감소하여(프레온의 열물리학적 특성에 따라) 온도가 급격히 떨어지고 외부 소스에서 열이 "제거"됩니다. 외부 소스는 거리 공기, 땅의 창자, 강, 호수가 될 수 있습니다. 다음으로 냉각된 프레온 가스는 압축기로 돌아가고 사이클이 다시 반복됩니다.

실제로 열기관 자체는 열을 생산하는 것이 아니라 환경의 에너지를 실내로 이동, 변형, 변형시키는 장치인 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 이 과정에는 전기가 필요하며, 그 주요 소비자는 압축기 장치입니다. 소비된 전력에 대한 수신된 열전력의 비율을 변환 계수(COR)라고 합니다. 터보차저의 종류, 제조사, 기타 요인에 따라 달라지며 범위는 2~6입니다.

현재 다양한 종류의 오존 친화적 프레온(R410A, R407C)이 냉매로 사용되고 있어 환경에 미치는 피해가 최소화됩니다.

현대식 열 엔진은 유지 관리가 필요 없고 마찰이 거의 없으며 30~40년 동안 지속적으로 작동할 수 있는 스크롤형 압축기를 사용합니다. 이는 전체 장치의 긴 서비스 수명을 보장합니다. 예를 들어, 독일 회사 스티벨 엘트론지난 세기 70년대 초반부터 큰 수리 없이 운영된 HP도 있습니다.

히트펌프의 종류

에너지 선택 및 재분배에 사용되는 매체, 설계 특징 및 적용 방법에 따라 HP에는 네 가지 주요 유형이 있습니다.

공랭식 히트펌프

이러한 유형의 장비는 거리 공기를 낮은 잠재력의 에너지원으로 사용합니다. 외부적으로는 기존 분할 에어컨 시스템과 다르지 않지만 저온(최저 -30C)에서 작동하고 환경에서 에너지를 "제거"할 수 있는 여러 가지 기능적 특징을 갖추고 있습니다. 집은 히트펌프 응축기에서 가열된 따뜻한 공기에 의해 직접 가열됩니다.

공대공 HP의 장점:

저렴한 비용
설치 시간이 짧고 설치가 비교적 용이함
냉각수 누출 가능성 없음

결점:

-20C까지 안정적인 성능
각 방에 실내기를 설치하거나 공기 덕트 시스템을 구성하여 모든 방에 따뜻한 공기를 공급할 필요가 있습니다.
온수(DHW)를 얻을 수 없음

실제로 이러한 시스템은 계절별 주택에 사용되며 주요 난방원 역할을 할 수 없습니다.

공기 대 물 열 펌프

작동 원리는 이전 유형과 유사하지만 실내 공기를 직접 가열하지 않고 냉각수를 사용하여 집을 가열하고 온수를 준비합니다.

TN "공기-물"의 장점:

"외부 윤곽"(드릴링) 구성이 필요하지 않습니다.
신뢰성과 내구성
가을과 봄 기간의 고효율 지표(COP)

TN의 단점:

저온에서 COP가 크게 감소(최대 1.2)
외부 장치의 성에를 제거해야 하는 필요성(역방향 모드)
-25 C - -30 C 이하의 온도에서는 작동 불가능

우리 기후에서는 이러한 펌프가 여전히 유일한 가열원 역할을 할 수 없습니다. 따라서 추가 난방 장비(전기, 펠렛, 고체 연료, 디젤 보일러, 워터 재킷이 있는 벽난로)와 함께 (2가 방식에 따라) 설치되는 경우가 많습니다. 또한 기존 연료를 사용하는 오래된 보일러실의 재건축 및 자동화에도 적합합니다. 이를 통해 시스템은 HP의 전력만을 사용하여 일년 내내 자동 모드로 작동할 수 있습니다(고체 연료를 충전하거나 디젤 연료를 급유할 필요가 없음).

염수 열 펌프

벨로루시 공화국에서 가장 흔한 것 중 하나입니다. 우리 조직의 통계를 사용하면 설치된 히트펌프의 90%가 지열입니다. 이 경우 지구의 장은 "외부 윤곽"으로 사용됩니다. 이로 인해 이러한 히트펌프는 다른 유형의 히트펌프에 비해 가장 중요한 장점, 즉 연중 시기에 관계없이 안정적인 작동 효율 지표(COP)를 갖습니다.

확립된 용어에 따르면 외부 회로를 지열이라고 합니다.

지열 회로에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

수평의
수직의

각각을 더 자세히 살펴보겠습니다.

수평 윤곽선

수평 윤곽선어는점 아래 약 1.5~2m 깊이의 토양 최상층 아래에 놓인 폴리에틸렌 파이프 시스템입니다. 이 구역의 온도는 일년 내내 양의 온도(+3 ~ +15C)를 유지하며 10월에 최대값에 도달하고 5월에 최소값에 도달합니다. 수집가가 차지하는 면적은 건물 면적, 단열 정도 및 유약 크기에 따라 다릅니다. 예를 들어 현대 표준을 충족하는 우수한 단열 성능을 갖춘 200m2 면적의 2층 주거용 건물의 경우 지열 지대를 위해 약 4에이커(400m2)의 토지를 할당해야 합니다. 물론, 사용된 파이프의 직경과 점유 면적을 보다 정확하게 평가하려면 상세한 열공학 계산이 필요합니다.

다음은 Dzerzhinsk(벨로루시 공화국)에 있는 당사 시설 중 하나에 설치된 수평 수집기의 모습입니다.

수평 수집기의 장점:

지열정에 비해 비용이 저렴함
기타 통신(상하수도) 설치와 함께 설치 작업 수행 가능성

수평 수집기의 단점:

넓은 점유 면적(영구 구조물, 아스팔트, 포장용 석판을 세우는 것은 금지되어 있으며 빛과 강수량에 대한 자연스러운 접근을 보장해야 함)
대지의 기성 조경설계로 배치 가능성 부족
수직 수집기에 비해 안정성이 떨어집니다.

이러한 유형의 수집기 배치는 일반적으로 두 가지 방법으로 수행됩니다. 첫 번째 경우전체 누워있는 영역에 걸쳐 상단을 제거하십시오. 토양층, 두께 1.5-2m, 열교환기 파이프가 배치되고 있습니다. 주어진 단계(0.6~1.5m)백필이 수행됩니다. 이러한 작업을 수행하려면 프론트 로더, 불도저, 도달 범위 및 버킷 용량이 큰 굴삭기와 같은 강력한 장비가 적합합니다.

두 번째 경우지상 윤곽 루프 배치는 준비된 단계에서 단계별로 수행됩니다. 트렌치, 폭 0.6m ~ 1m. 소형 굴착기와 백호 로더가 이러한 목적에 적합합니다.

수직 윤곽선

수직 수집기나타냅니다 깊이가 50~200m인 우물기타 특수 장치가 낮아진 경우 - 지열 프로브. 이 구역의 온도는 수년 및 수십 년 동안 일정하게 유지되며 깊이가 깊어짐에 따라 증가합니다. 증가는 100m마다 평균 2-5C씩 발생하며, 이 특성 값을 온도 구배라고 합니다.

민스크 근처 Kryzhovka 마을에 있는 당사 시설에 수직 수집기를 설치하는 과정:

특히 벨로루시 공화국 영토와 민스크 시의 다양한 깊이에서 온도 분포 지도를 연구하면 온도가 지역마다 다르며 위치에 따라 크게 다를 수 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어, Svetlogorsk 지역의 깊이 100m에서는 +13C에 도달할 수 있으며 동일한 깊이의 Vitebsk 지역의 일부 지역에서는 +8.5C를 초과하지 않습니다.

물론, 천공 깊이를 계산하고 지열 탐사선의 크기, 직경 및 기타 특성을 설계할 때 이 요소를 고려할 필요가 있습니다. 또한, 통과하는 암석의 지질학적 구성도 고려할 필요가 있다. 이 데이터를 바탕으로만 지열 회로를 올바르게 설계할 수 있습니다.

우리 조직의 관행과 통계에 따르면 HP 운영 중 문제의 99%는 외부 회로의 기능과 관련이 있으며 이 문제는 장비 시운전 직후에는 나타나지 않습니다. 그리고 이에 대한 설명이 있습니다. 왜냐하면 지리 윤곽이 잘못 계산된 경우(예를 들어, 우리가 기억하는 것처럼 지열 경사도가 공화국에서 가장 낮은 것 중 하나인 비테브스크 지역의 영토에서) 초기 작업은 다음과 같습니다. 만족스럽지는 않지만 시간이 지남에 따라 지구의 두께가 "식어집니다". 열역학적 균형이 깨지고 문제가 시작되며 문제는 두 번째 또는 세 번째 난방 시즌에만 발생할 수 있습니다. 대형 윤곽선은 문제가 덜해 보이지만 계약자의 무능으로 인해 고객은 불필요한 드릴링 비용을 지불해야 하며 이는 전체 프로젝트 비용의 증가로 이어집니다.

지하 토양에 대한 연구는 우물의 수가 수십 개에 달하고 건설에 소요되는 자금이 매우 클 수 있는 대규모 상업 시설을 건설하는 동안 특히 중요합니다.

물 대 물 히트펌프

지열 열원의 한 유형은 지하수일 수 있습니다. 그들은 일정한 온도 (+7 C 이상)를 가지며 벨로루시 공화국 영토의 다양한 깊이에서 상당한 양으로 발생합니다. 이 기술에 따르면 지하수는 원심 펌프에 의해 우물에서 끌어 올려 열 및 물질 전달 스테이션으로 들어가며, 여기에서 히트 펌프 하부 회로의 부동액에 에너지를 전달합니다. 이 시스템의 작동 효율은 지하수 수준(상승 깊이에 따라 특정 펌프 동력이 필요함) 및 취수 우물에서 교환 스테이션까지의 거리에 따라 달라집니다. 이 기술은 가장 높은 COP 값 중 하나이지만 사용을 제한하는 여러 기능을 가지고 있습니다.

그 중에는:

지하수가 부족하거나 발생률이 낮습니다.
일정한 유정 흐름 부족, 정적 및 동적 수준 감소;
염분 조성 및 오염을 고려할 필요성(수질이 적절하지 않으면 열교환기가 막히고 성능 지표가 감소함)
상당한 양의 폐수(2200l/h 이상)를 배출하기 위해 배수정 설치 필요성

실습에서 알 수 있듯이 바로 근처에 연못이나 강이 있는 경우 이러한 시스템을 설치하는 것이 좋습니다. 폐수는 관개 또는 인공 저수지 구성과 같은 경제 및 산업 목적으로도 사용될 수 있습니다.

취수 품질에 관해서는 독일의 대체 난방 시스템 제조업체를 예로 들 수 있습니다. 스티벨 엘트론다음 설정을 권장합니다. 철과 마그네슘의 총 비율은 0.5 mg/l 이하이고, 염화물 함량은 300 mg/l 미만이며, 침전된 물질이 없습니다.. 이러한 매개변수가 초과되면 추가 정화 시스템(준비 및 담수화 스테이션)을 설치해야 하며, 이는 프로젝트의 재료 소비를 증가시킵니다.

히트펌프 드릴링 작업입니다.

지열 장치의 설치 및 운영 경험을 바탕으로 최소 100m의 우물을 시추하는 것이 좋습니다. 실습에 따르면 열기관의 성능과 안정성이 각각 100m인 3개의 우물보다 각각 150m인 2개의 우물에서 더 나은 성능과 안정성이 관찰됩니다. 물론 이러한 광산을 건설하려면 특수 장비와 회전식 시추 방법이 필요합니다. 소형 오거 설치로는 필요한 길이의 우물을 제공할 수 없습니다.

지열 회로는 가장 중요한 구성 요소이고 배열의 정확성이 전체 시스템의 성공적인 작동에 핵심이므로 시추 계약자는 다음과 같은 여러 기준을 충족해야 합니다.

이러한 유형의 서비스를 제작한 경험이 필요합니다.
프로브를 담그기 위한 특수 도구가 있어야 합니다.
프로브가 설계된 깊이까지 잠기도록 보장하고 작업 과정에서 무결성과 견고성을 보장합니다.
침수 후 열 전달 및 생산성을 높이기 위해 우물을 막는 조치를 수행하고 되메우기 전에 광산 샤프트를 코킹합니다.

일반적으로 적절한 설계와 적격한 설치를 통해 지열 프로브는 매우 안정적이며 최대 100년까지 지속될 수 있습니다.

지열 탐사선을 천공된 우물로 내리는 과정:

누출 테스트("압력 테스트")를 수행하기 전 프레임의 지열 프로브:

결론

대체 에너지 시스템 설계 경험을 바탕으로 고객이 열 펌프를 선택할 때 기본이 되는 주요 사실을 강조할 수 있습니다.

가득한 안전과 환경친화성(연소 과정이나 움직이는 부품 없음)
"오늘" 시스템을 주문하고 3주 안에 사용해 볼 수 있는 기회 규제 및 라이센스 당국과의 조정 없이.
완전한 자율성 및 최소한의 유지 관리(가스 협동조합의 회원이 될 필요도 없고 이에 의존할 필요도 없습니다. 장작을 던지거나 매달 공기 덕트 청소를 수행할 필요도 없고 연료 탱크 접근을 조직할 필요도 없습니다.)
가스 공급 없이 개별 주택을 건설하는 비용은 훨씬 낮으며 배송 기간은 가스 서비스에 의존하지 않습니다.
기회 인터넷을 통한 원격 제어
세련된 디자인의 첨단 혁신 장비는 친구나 지인에게 보여도 부끄럽지 않으며 집주인의 지위를 확실히 강조합니다.

이 기사에서 질문을 다루지 않았고 개인적으로 질문하고 싶다면 Minsk, st. 주소로 우리 사무실을 방문하십시오. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC 및 엔지니어와 상담하십시오.

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상황은 현재 집을 난방하는 가장 인기있는 방법은 가스, 고체 연료, 디젤 및 훨씬 덜 자주 전기와 같은 난방 보일러를 사용하는 것입니다. 그러나 열 펌프와 같은 단순하면서도 동시에 첨단 기술 시스템은 널리 보급되지 않았으며 그럴 만한 이유가 있습니다. 모든 것을 미리 계산하는 방법을 사랑하고 아는 사람들에게는 장점이 분명합니다. 난방용 열 펌프는 대체할 수 없는 천연 자원 매장량을 태우지 않습니다. 이는 환경 보호의 관점에서 매우 중요할 뿐만 아니라 매년 더 비싸지기 때문에 에너지를 절약할 수 있습니다. 또한 열 펌프를 사용하면 방을 난방할 수 있을 뿐만 아니라 가정에 필요한 온수를 데울 수도 있고 여름 더위에 방의 에어컨을 조절할 수도 있습니다.

히트펌프의 작동원리

히트펌프의 작동 원리를 자세히 살펴보겠습니다. 냉장고가 어떻게 작동하는지 기억하십시오. 그 안에 놓인 제품의 열은 펌핑되어 후면 벽에 있는 라디에이터로 방출됩니다. 터치해보시면 쉽게 확인하실 수 있습니다. 가정용 에어컨의 원리는 거의 동일합니다. 방에서 열을 펌핑하여 건물 외벽에 있는 라디에이터에 배출합니다.

히트펌프, 냉장고, 에어컨의 작동은 카르노 사이클을 기반으로 합니다.

예를 들어 토양과 같은 저온 열원을 따라 이동하는 냉각수는 몇도 정도 가열됩니다.
그런 다음 증발기라고 불리는 열교환기로 들어갑니다. 증발기에서 냉각수는 축적된 열을 냉매로 방출합니다. 냉각제저온에서 증기로 변하는 특수 액체입니다.
냉각수의 온도를 받아 가열된 냉매는 증기로 변하여 압축기로 들어갑니다. 압축기는 냉매를 압축합니다. 압력이 증가하여 온도도 증가합니다.
뜨겁고 압축된 냉매는 응축기라고 불리는 또 다른 열 교환기로 들어갑니다. 여기서 냉매는 집의 난방 시스템(물, 부동액, 공기)에 제공되는 다른 냉각수로 열을 전달합니다. 이렇게 하면 냉매가 냉각되어 다시 액체로 변합니다.
다음으로, 냉매는 증발기로 들어가고, 그곳에서 가열된 냉매의 새로운 부분에 의해 가열되고 사이클이 반복됩니다.

히트펌프를 작동하려면 전기가 필요합니다. 그러나 전기 히터만 사용하는 것보다 훨씬 더 수익성이 높습니다. 전기 보일러나 전기 히터는 열을 생산하는 것과 똑같은 양의 전기를 소비하기 때문입니다. 예를 들어, 히터의 정격 전력이 2kW인 경우 시간당 2kW를 소비하고 2kW의 열을 생성합니다. 히트펌프는 전기를 소비하는 것보다 3~7배 더 많은 열을 생산합니다. 예를 들어, 압축기와 펌프를 작동하는데 5.5kW/hr가 사용되고, 발생되는 열은 17kW/hr이다. 히트펌프의 가장 큰 장점은 바로 이러한 높은 효율입니다.

히트펌프 난방시스템의 장점과 단점

히트펌프가 그렇게 혁신적이거나 첨단 기술의 발명품은 아니라는 사실에도 불구하고 히트펌프를 둘러싼 많은 전설과 오해가 있습니다. 미국의 모든 "따뜻한" 주, 거의 모든 유럽 및 일본은 오랫동안 기술이 거의 완벽하게 연구되어 왔으며 열 펌프의 도움으로 가열됩니다. 그건 그렇고, 그러한 장비가 순전히 외국 기술이고 아주 최근에 우리에게 왔다고 생각해서는 안됩니다. 결국 소련에서는 그러한 장치가 실험 시설에서 사용되었습니다. 이에 대한 예는 Yalta시의 Druzhba 요양소입니다. 닭다리 오두막을 연상시키는 미래지향적인 건축물과 더불어 이 요양소는 20세기 80년대부터 산업용 히트펌프를 난방용으로 사용해 온 것으로도 유명하다. 열원은 인근 바다이며 펌프장 자체는 요양소의 모든 건물을 가열할 뿐만 아니라 온수를 제공하고 수영장의 물을 가열하고 더운 계절에는 냉각시킵니다. 그러므로 신화를 풀고 이런 식으로 집을 데우는 것이 합리적인지 결정해 봅시다.

히트펌프를 이용한 난방 시스템의 장점:

에너지 절약.가스 및 디젤 연료 가격 상승과 관련하여 이는 매우 적절한 이점입니다. "월 비용"열에는 전기만 표시되며, 이미 작성한 것처럼 실제로 생성된 열보다 훨씬 적은 양이 필요합니다. 장치를 구매할 때 열 변환 계수 "ф"(열 변환 계수, 전력 또는 온도 변환 계수라고도 함)와 같은 매개변수에 주의를 기울여야 합니다. 소비된 에너지에 대한 열 출력량의 비율을 나타냅니다. 예를 들어, ф=4이면 1kW/시간의 소비로 4kW/시간의 열 에너지를 받게 됩니다.
유지보수 비용 절감. 히트펌프에는 특별한 처리가 필요하지 않습니다. 유지 관리 비용이 최소화됩니다.
어느 위치에나 설치 가능. 히트펌프 작동을 위한 저온 열원은 토양, 물 또는 공기일 수 있습니다. 집을 지을 때마다, 심지어 바위가 많은 지역에서도 그 유닛을 위한 “음식”을 찾을 수 있는 기회는 항상 있을 것입니다. 가스 본관에서 멀리 떨어진 지역에서 이는 가장 최적의 난방 시스템 중 하나입니다. 그리고 전력선이 없는 지역에서도 가솔린이나 디젤 엔진을 설치해 압축기의 작동을 보장할 수 있습니다.
펌프 작동을 모니터링할 필요가 없습니다., 고체 연료 또는 디젤 보일러의 경우처럼 연료를 추가하십시오. 히트펌프를 이용한 난방시스템 전체가 자동화되어 있습니다.
오랫동안 떠나도 돼시스템이 정지되는 것을 두려워하지 마십시오. 동시에 거실 온도를 +10 °C로 유지하기 위해 펌프를 설치하면 비용을 절약할 수 있습니다.
환경에 안전합니다.비교를 위해 연료를 연소하는 기존 보일러를 사용하면 다양한 산화물 CO, CO2, NOx, SO2, PbO2가 항상 형성되어 결과적으로 인산, 아질산, 황산 및 벤조산 화합물이 집 주변의 토양에 정착됩니다. 히트펌프가 작동하면 아무 것도 배출되지 않습니다. 그리고 시스템에 사용되는 냉매는 절대적으로 안전합니다.
여기서도 참고할 수 있습니다 대체할 수 없는 지구의 천연자원 보존.
사람과 재산의 안전. 열 펌프의 어떤 것도 과열이나 폭발을 일으킬 만큼 뜨거워지지 않습니다. 게다가 폭발 할 것도 없습니다. 따라서 완전 내화 장치로 분류될 수 있습니다.
히트펌프는 주변 온도 -15°C에서도 성공적으로 작동합니다.. 따라서 누군가 그러한 시스템이 겨울이 최대 +5°C까지 따뜻한 지역에서만 집을 난방할 수 있다고 생각한다면, 그들은 착각입니다.
히트펌프 가역성. 부인할 수 없는 장점은 겨울에는 난방을, 여름에는 시원하게 할 수 있는 설치의 다양성입니다. 더운 날에는 열 펌프가 방에서 열을 빼앗아 땅으로 보내 저장하고, 겨울에는 그곳에서 다시 가져옵니다. 모든 히트펌프에 역방향 기능이 있는 것은 아니며, 일부 모델에만 해당됩니다.
내구성. 적절한 관리를 통해 난방 시스템의 열 펌프는 큰 수리 없이 25~50년 동안 지속될 수 있으며, 압축기는 15~20년에 한 번만 교체하면 됩니다.

히트펌프 난방 시스템의 단점:

대규모 초기 투자.난방용 히트펌프 가격이 상당히 높다는 사실(3,000~10,000 USD) 외에도 펌프 자체보다 지열 시스템 설치에 더 많은 비용을 지출해야 합니다. 추가 작업이 필요하지 않은 공기 소스 히트 펌프는 예외입니다. 열 펌프는 곧(5~10년 내에) 그 자체로 비용을 지불하지 못할 것입니다. 따라서 난방에 히트펌프를 사용할지 여부에 대한 질문에 대한 대답은 소유자의 선호도, 재정 능력 및 건설 조건에 따라 달라집니다. 예를 들어 가스 본관을 공급하고 연결하는 데 드는 비용이 히트 펌프와 동일한 지역에서는 후자를 선호하는 것이 합리적입니다.

겨울 기온이 영하 15도 이하로 떨어지는 지역에서는 추가적인 열원을 사용해야 합니다. 그것은이라고 2가 난방 시스템, 거리가 -20 ° C까지 내려가는 동안 히트 펌프가 열을 공급하는 경우, 예를 들어 전기 히터 또는 가스 보일러 또는 발열 장치가 연결되어 대처할 수 없는 경우.

저온 냉각수를 사용하는 시스템에는 히트펌프를 사용하는 것이 가장 좋습니다., 와 같은 "따뜻한 바닥" 시스템(+35°C) 및 팬 코일 유닛(+35 - +45°C). 팬 코일 유닛열/냉기가 물에서 공기로 전달되는 팬 대류식 장치입니다. 오래된 집에 이러한 시스템을 설치하려면 완전한 재개발 및 재건축이 필요하며 이로 인해 추가 비용이 발생합니다. 이는 새 집을 지을 때 단점이 아닙니다.
히트펌프의 친환경성, 물과 토양에서 열을 빼앗아, 다소 상대적인.사실은 작동 중에 냉각수 파이프 주변 공간이 냉각되고 이로 인해 기존 생태계가 파괴됩니다. 결국 토양 깊은 곳에서도 혐기성 미생물이 살고 있어 더 복잡한 시스템의 중요한 활동을 보장합니다. 반면, 가스나 석유 생산에 비해 히트펌프로 인한 피해는 최소화된다.

히트펌프 작동을 위한 열원

열 펌프는 따뜻한 기간 동안 태양 복사를 축적하는 자연 소스로부터 열을 가져옵니다. 히트 펌프는 열원에 따라 다릅니다.

애벌칠

토양은 계절에 걸쳐 축적되는 가장 안정적인 열원입니다. 5~7m 깊이에서 토양 온도는 거의 항상 일정하며 약 +5~+8°C이며, 10m 깊이에서는 항상 +10°C로 일정합니다. 땅에서 열을 모으는 방법에는 두 가지가 있습니다.

수평 접지 수집기냉각수가 순환하는 수평으로 놓인 파이프입니다. 수평 수집기의 깊이는 조건에 따라 개별적으로 계산되며 때로는 1.5 - 1.7m - 토양 동결 깊이, 때로는 낮은 - 2 - 3m로 온도 안정성을 높이고 차이를 줄이며 때로는 1 - 1.2에 불과합니다. m - 여기서 토양은 봄에 더 빨리 따뜻해지기 시작합니다. 2단 수평수집기를 설치하는 경우가 있습니다.

수평 수집관은 25mm, 32mm, 40mm 등 다양한 직경을 가질 수 있습니다. 레이아웃의 모양도 뱀, 루프, 지그재그, 다양한 나선형 등 다를 수 있습니다. 뱀의 파이프 사이의 거리는 최소 0.6m 이상이어야 하며 일반적으로 0.8~1m입니다.

비열 제거파이프의 선형 미터당 토양 구조에 따라 다릅니다.

마른 모래 - 10W/m;
건조 점토 - 20W/m;
점토는 더 습합니다 - 25 W/m;
수분 함량이 35W/m로 매우 높은 점토입니다.

토양이 젖은 점토라면 100m2 면적의 집을 가열하려면 수집가를 위해 400m2의 토지 면적이 필요합니다. 이것은 꽤 많은 것입니다 - 4 - 5 에이커. 그리고 이 부지에는 건물이 없어야 하며 잔디밭과 연례 꽃이 있는 화단만 허용된다는 점을 고려하면 모든 사람이 수평 수집기를 장비할 여력이 있는 것은 아닙니다.

특수 액체가 수집관을 통해 흐르며, 이를라고도 합니다. "소금물"또는 부동액예를 들어 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜의 30% 용액입니다. "염수"는 지면에서 열을 모아 히트펌프로 보내어 냉매로 전달합니다. 냉각된 "염수"는 다시 땅 수집기로 흘러 들어갑니다.

수직 토양 프로브 50~150m 깊이에 매설된 파이프 시스템으로, U자형 파이프 하나만 있어도 되고, 80~100m 깊이까지 낮추고 콘크리트 모르타르로 채울 수 있습니다. 아니면 더 넓은 지역에서 에너지를 수집하기 위해 20m 높이를 낮추는 U자형 파이프 시스템을 설치할 수도 있습니다. 100~150m 깊이까지 시추 작업을 수행하는 것은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 특별 허가를 받아야 하기 때문에 교활한 방법을 사용하고 얕은 깊이의 여러 프로브를 장비하는 경우가 많습니다. 이러한 프로브 사이의 거리는 5 - 7m입니다.

비열 제거수직 수집기에서도 암석에 따라 달라집니다.

건조 퇴적암 - 20 W/m;
물과 암석 토양으로 포화된 퇴적암 - 50 W/m;
열전도율이 70W/m로 높은 암석질 토양;
지하수(지하수) - 80W/m.

수직형 집열기에 필요한 면적은 매우 작지만 설치 비용이 수평 집열기보다 높습니다. 수직형 집열기의 장점은 온도가 더 안정적이고 열 제거율이 더 높다는 것입니다.

물

물은 다양한 방법으로 열원으로 사용될 수 있습니다.

동결되지 않는 개방형 저장소 바닥에 있는 수집기- 강, 호수, 바다 - 무게의 도움으로 물에 잠긴 "염수"가 포함된 파이프를 나타냅니다. 냉각수 온도가 높기 때문에 이 방법이 가장 수익성이 높고 경제적입니다. 저수지가 50m 이상 떨어진 곳에서만 집수기를 설치할 수 있습니다. 그렇지 않으면 설치 효율성이 떨어집니다. 아시다시피 모든 사람이 그러한 조건을 가지고 있는 것은 아닙니다. 그러나 해안 주민들을 위해 열 펌프를 사용하지 않는 것은 근시안적이고 어리석은 일입니다.

하수구의 수집기또는 기술 설비에서 발생하는 폐수는 주택 난방, 도시 내 고층 건물 및 산업 기업의 난방, 온수 준비에 사용될 수 있습니다. 우리 조국의 일부 도시에서는 어떤 일이 성공적으로 이루어지고 있습니까?

우물이나 지하수다른 수집가보다 덜 자주 사용됩니다. 이러한 시스템에는 두 개의 우물 건설이 포함되며, 하나에서 물을 가져와 열 펌프의 냉매로 열을 전달하고 냉각된 물은 두 번째 우물로 배출됩니다. 우물 대신에 여과 우물이 있을 수도 있습니다. 어쨌든 배출 우물은 첫 번째 우물에서 15-20m 떨어진 곳에 위치해야하며 심지어 하류에도 위치해야합니다 (지하수에도 자체 흐름이 있습니다). 이 시스템은 들어오는 물의 품질을 모니터링하고 필터링하고 열 펌프 부품(증발기)의 부식 및 오염으로부터 보호해야 하기 때문에 작동하기가 매우 어렵습니다.

공기

가장 심플한 디자인은 공기열원 히트펌프를 이용한 난방 시스템. 추가 수집기가 필요하지 않습니다. 주변의 공기가 증발기로 직접 들어가고 그곳에서 열이 냉매로 전달되고, 다시 열이 집 내부의 냉각수로 전달됩니다. 이는 팬 코일 장치용 공기일 수도 있고 바닥 난방 및 라디에이터용 물일 수도 있습니다.

공기열원 히트펌프의 설치 비용은 최소이지만, 설치 성능은 공기 온도에 따라 크게 달라집니다. 겨울이 따뜻한 지역(최대 +5 - 0 °C)에서 이는 가장 경제적인 열원 중 하나입니다. 하지만 공기 온도가 -15°C 이하로 떨어지면 성능이 너무 떨어지므로 펌프를 사용하는 것이 의미가 없으며 기존 전기 히터나 보일러를 켜는 것이 더 유리합니다.

난방용 공기열원 히트펌프에 대한 리뷰는 매우 모순적입니다. 그것은 모두 사용 지역에 따라 다릅니다. 예를 들어, 심한 서리가 내릴 경우 백업 열원이 필요하지 않은 소치와 같이 겨울이 따뜻한 지역에서 사용하는 것이 유리합니다. 공기가 상대적으로 건조하고 겨울철 기온이 -15°C 이하인 지역에도 공기원 히트펌프를 설치할 수 있습니다. 그러나 습하고 추운 기후에서는 이러한 설비가 결빙 및 동결로 인해 어려움을 겪습니다. 팬에 고드름이 달라붙으면 전체 시스템이 제대로 작동하지 못하게 됩니다.

히트펌프를 이용한 난방: 시스템 비용 및 운영 비용

히트펌프의 출력은 할당될 기능에 따라 선택됩니다. 난방만 하는 경우에는 건물의 열 손실을 고려하는 특수 계산기를 사용하여 계산할 수 있습니다. 그런데, 히트 펌프의 최고의 성능은 건물의 열 손실이 80 - 100 W/m2 이하일 때입니다. 단순화를 위해 천장 높이가 3m이고 열 손실이 60W/m2인 100m2 규모의 주택을 난방하려면 10kW 출력의 펌프가 필요하다고 가정합니다. 물을 가열하려면 12kW 또는 16kW의 파워 리저브가 있는 장치를 가져와야 합니다.

히트펌프 비용전력뿐만 아니라 신뢰성과 제조업체의 요청에 따라 달라집니다. 예를 들어, 러시아산 16kW 장치의 가격은 7,000달러이고, 17kW 출력의 외국 펌프 RFM 17의 가격은 약 13,200달러입니다. 매니폴드를 제외한 모든 관련 장비와 함께.

다음 비용 라인은 저수지 배열. 또한 설치의 힘에 따라 다릅니다. 예를 들어, 바닥 난방(100m2) 또는 80m2의 난방 라디에이터가 모든 곳에 설치되어 있고 시간당 150l의 양으로 물을 +40°C까지 가열하는 100m2 규모의 주택의 경우 수집가를 위해 우물을 뚫어야 합니다. 이러한 수직 수집기의 가격은 13,000 USD입니다.

저수지 바닥에 있는 수집기는 비용이 조금 더 저렴합니다. 동일한 조건에서 비용은 11,000 USD입니다. 그러나 지열 시스템 설치 비용은 전문 회사에 문의하는 것이 더 좋으며 가격은 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, 17kW 펌프용 수평 수집기를 설치하는 데 드는 비용은 미화 2,500달러에 불과합니다. 그리고 공기열원 히트펌프의 경우 컬렉터가 전혀 필요하지 않습니다.

총 히트펌프 비용은 8000 USD입니다. 평균적으로 수집가의 건설 비용은 6000 USD입니다. 평균.

히트펌프를 이용한 월별 난방비용에는 다음과 같은 사항만 포함됩니다. 전기 비용. 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 전력 소비는 펌프에 표시되어야 합니다. 예를 들어 위에서 언급한 17kW 펌프의 경우 전력 소비는 5.5kW/h입니다. 전체적으로 난방 시스템은 1년에 225일 작동합니다. 5400시간. 히트펌프와 압축기가 주기적으로 작동한다는 점을 고려하면 에너지 소비를 절반으로 줄여야 한다. 난방 시즌에는 5400h*5.5kW/h/2=14850kW가 소비됩니다.

소비한 kW 수에 해당 지역의 에너지 비용을 곱합니다. 예: 0.05USD 1kW/시간 동안. 총 742.5 USD가 연간 지출됩니다. 열 펌프가 난방을 위해 작동한 매달 비용은 100달러입니다. 전기 비용. 비용을 12개월로 나누면 한 달에 60 USD를 받게 됩니다.

히트펌프의 소비전력이 낮을수록 월 비용이 낮아지니 참고해주세요. 예를 들어, 연간 10,000kW만 소비하는 17kW 펌프가 있습니다(비용 500cu). 히트펌프의 성능이 높을수록 난방 시스템의 열원과 냉각수 사이의 온도 차이가 작아지는 것도 중요합니다. 그렇기 때문에 따뜻한 바닥과 팬코일 장치를 설치하는 것이 더 수익성이 높다고 합니다. 고온 냉각수(+65 - +95 °C)가 있는 표준 난방 라디에이터도 설치할 수 있지만 간접 난방 보일러와 같은 추가 축열기가 필요합니다. 온수를 추가로 가열하기 위해 보일러도 사용됩니다.

열 펌프는 2가 시스템에 사용될 때 유리합니다. 펌프 외에도 여름에 냉각을 위해 펌프에 전기를 완전히 공급할 수 있는 태양열 집열기를 설치할 수 있습니다. 겨울 보험의 경우 온수 공급을 위해 물을 가열하는 열 발생기와 고온 라디에이터를 추가할 수 있습니다.