Pompy ciepła do ogrzewania domu. Pompa ciepła w ogrzewaniu domu Instalacja pompy ciepła do ogrzewania domu

Spalanie klasycznych paliw (gazu, drewna, torfu) to jeden z najstarszych sposobów wytwarzania ciepła. Jednak wyczerpywanie się tradycyjnych źródeł energii skłoniło ludzi do poszukiwania bardziej złożonych, ale nie mniej skutecznych alternatyw. Jednym z nich było wynalezienie pompy ciepła, której działanie opiera się na szkolnych prawach fizyki.

Działanie pompy ciepła

Zasada działania pomp ciepła, na pierwszy rzut oka bardzo złożona, opiera się na kilku prostych prawach termodynamiki oraz właściwościach cieczy i gazów:

  1. Kiedy gaz przechodzi w stan ciekły (kondensacja), wydziela się ciepło
  2. Kiedy ciecz zmienia się w gaz (parowanie), ciepło jest absorbowane

Większość płynów może wrzeć w dość wysokich temperaturach, bliskich 100 stopni. Ale są też substancje o dość niskich temperaturach wrzenia. Dla freonu jest to około 3-4 stopnie. Zamieniając się w gaz, łatwo ulega on sprężeniu, a temperatura wewnątrz pojemnika zaczyna rosnąć.

Teoretycznie freon można sprężyć do uzyskania dowolnej żądanej temperatury, jednak w praktyce ogranicza się to do 80-90 stopni niezbędnych do pełnej pracy klasycznego systemu grzewczego.

Każdy, kto przechodzi obok swojej lodówki, spotyka się z pompą ciepła częściej niż raz dziennie. Jednak w nim działa w przeciwnym kierunku, przejmując ciepło produktów i rozpraszając je do atmosfery.

Film o technologii pracy

Schemat pompy ciepła

Wydajność większości pomp ciepła opiera się na cieple gruntu, w którym temperatura praktycznie nie zmienia się przez cały rok (w granicach 7-10 stopni). Ciepło przemieszcza się pomiędzy trzema obwodami:

  1. Obieg grzewczy
  2. Pompa ciepła
  3. Obwód solankowy (inaczej ziemny).

Klasyczna zasada działania pomp ciepła w systemie grzewczym składa się z następujących elementów:

  1. Wymiennik ciepła przekazujący ciepło pobrane z gruntu do obiegu wewnętrznego
  2. Urządzenie kompresyjne
  3. Drugie urządzenie wymiany ciepła, które przekazuje energię otrzymaną w obiegu wewnętrznym do systemu grzewczego
  4. Mechanizm redukujący ciśnienie w układzie (przepustnica)
  5. Obieg solanki
  6. Sonda ziemska
  7. Obieg grzewczy

Rura służąca jako obwód pierwotny jest umieszczana w studni lub zakopywana bezpośrednio w ziemi. Porusza się wzdłuż niego niezamarzający płyn chłodzący, którego temperatura wzrasta do podobnej charakterystyki ziemi (około +8 stopni) i wchodzi do drugiego obwodu.

Obwód wtórny pobiera ciepło z cieczy. Krążący wewnątrz freon zaczyna wrzeć i zamienia się w gaz, który jest przesyłany do sprężarki. Tłok ściska go do 24-28 atm, dzięki czemu temperatura wzrasta do +70-80 stopni.

Na tym etapie pracy energia skupia się w jednym małym skrzepie. Z tego powodu temperatura wzrasta.

Ogrzany gaz wchodzi do trzeciego obwodu, który jest reprezentowany przez systemy zaopatrzenia w ciepłą wodę, a nawet systemy ogrzewania domu. Podczas wymiany ciepła możliwe są straty do 10-15 stopni, ale nie są one znaczące.

Kiedy freon ostygnie, ciśnienie spada i powraca do stanu ciekłego. Przy temperaturze 2-3 stopni przepływa z powrotem do drugiego obiegu. Cykl powtarza się w kółko.

Główne rodzaje

Zasada działania pomp ciepła została zaprojektowana tak, aby można było je łatwo i bez przerwy eksploatować w szerokim zakresie temperatur - od -30 do +40 stopni. Najpopularniejsze są dwa typy modeli:

  • Typ absorpcji
  • Typ kompresji

Modele typu absorpcyjnego mają dość złożoną strukturę. Przekazują otrzymaną energię cieplną bezpośrednio za pomocą źródła. Ich działanie znacząco obniża koszty materiałowe zużytej energii elektrycznej i paliwa. Modele typu kompresyjnego zużywają energię (mechaniczną i elektryczną) do przenoszenia ciepła.

W zależności od zastosowanego źródła ciepła pompy dzielą się na następujące typy:

  1. Recykling ciepła odpadowego- najdroższe modele, które zyskały popularność do ogrzewania obiektów przemysłowych, w których marnuje się ciepło wtórne generowane przez inne źródła.
  2. Powietrze– pobieranie ciepła z otaczającego powietrza
  3. Geotermalne– wybierz ciepło z wody lub ziemi

Według rodzajów wejścia/wyjścia wszystkie modele można sklasyfikować w następujący sposób: gleba, woda, powietrze i ich różne kombinacje.

Geotermalne pompy ciepła

Popularne są modele pomp geotermalnych, które dzielą się na dwa typy: zamknięty i otwarty.

Prosta konstrukcja systemów otwartych pozwala na podgrzanie przepływającej wewnątrz wody, która następnie ponownie przedostaje się do gruntu. Idealnie sprawdza się w obecności nieograniczonej ilości czystego płynu chłodzącego, który po zużyciu nie szkodzi środowisku.

Systemy o obiegu zamkniętym geotermalnych pomp ciepła dzielą się na następujące typy:

  • Woda – zlokalizowana w zbiorniku na niezamarzniętej głębokości
  • Przy układzie pionowym - kolektor umieszczany jest w studni na głębokość do 200 m i ma zastosowanie na terenach o nierównym terenie
  • Przy układzie poziomym - kolektor osadza się w ziemi na głębokość 0,5-1 m, bardzo ważne jest zapewnienie dużego konturu na ograniczonej powierzchni

Pompa powietrze-woda

Jedną z najbardziej uniwersalnych opcji jest model powietrze-woda. W ciepłych porach roku jest bardzo skuteczny, jednak zimą wydajność może znacznie spaść.

Zaletą systemu jest prosty montaż. Odpowiednie wyposażenie można zamontować w dowolnym dogodnym miejscu, np. na dachu. Ciepło usunięte z pomieszczenia w postaci gazu lub dymu można ponownie wykorzystać.

Typ woda-woda

Pompa ciepła typu woda-woda jest jedną z najbardziej wydajnych. Jednak jego zastosowanie może być ograniczone obecnością pobliskiego zbiornika lub niewystarczającą głębokością, na której w okresie zimowym nie obserwuje się znacznego spadku temperatury.

Energię o niskim potencjale można wybrać z następujących źródeł:

  • Woda gruntowa
  • Otwarte zbiorniki
  • Ścieki przemysłowe

Najprostsza zasada działania pomp ciepła dotyczy modeli pobierających ciepło ze zbiornika. Jeżeli zostanie podjęta decyzja o wykorzystaniu wód gruntowych, może zaistnieć konieczność wykonania odwiertu.

Typ gruntowo-wodny

Ciepło można pozyskiwać z gruntu przez cały rok, gdyż na głębokości 1 m temperatura pozostaje praktycznie niezmieniona. Jako nośnik ciepła stosuje się „solankę” - niezamarzającą ciecz, która krąży.

Jedną z wad układu wody gruntowe jest konieczność posiadania dużej powierzchni, aby osiągnąć pożądaną wydajność. Próbują to wyrównać, układając rury w pierścienie.

Kolektor można ustawić w pozycji pionowej, ale wymagana będzie studnia o głębokości do 150 m. Na dole zamontowane są parasole, które zbierają ciepło z gruntu.

Plusy i minusy systemów grzewczych z pompą ciepła

Pompy ciepła są szeroko stosowane w systemach grzewczych prywatnych obszarów mieszkalnych lub przemysłowych. Stopniowo zastępują bardziej klasyczne źródła energii ze względu na ich niezawodność i wydajność.

Wśród wielu korzyści, jakie zapewnia eksploatacja pompy ciepła, można wymienić:

  • Oszczędność zasobów materiałowych na konserwację systemu i chłodziwo
  • Pompy działają całkowicie autonomicznie
  • Do środowiska nie uwalniają się żadne szkodliwe produkty spalania ani inne toksyczne substancje
  • Bezpieczeństwo pożarowe zamontowanego sprzętu
  • Możliwość łatwego odwrócenia działania systemu

Pomimo wielu zalet należy wziąć pod uwagę negatywne aspekty stosowania pompy ciepła:

  • Duże inwestycje początkowe na instalację systemu grzewczego - od 3 do 10 tysięcy dolarów
  • W zimnych okresach, gdy temperatura spada poniżej -15 stopni, należy pomyśleć o alternatywnych opcjach ogrzewania
  • Ogrzewanie oparte na działaniu pompy ciepła najskuteczniejsze jest tylko w układach z chłodziwem niskotemperaturowym

Kolejny schematyczny film:

Podsumujmy to

Po poznaniu i opanowaniu zasady działania pompy ciepła możesz przemyśleć i zdecydować o celowości jej instalacji i użytkowania. Początkowe koszty, które mogą wydawać się bardzo duże, wkrótce się zwrócą i zaczną przynosić swego rodzaju zysk w postaci oszczędności na klasycznym paliwie.

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Jednostka taka jak pompa ciepła ma podobną zasadę działania jak urządzenia gospodarstwa domowego - lodówka i klimatyzator. Pożycza około 80% swojej energii ze środowiska. Pompa pompuje ciepło z ulicy do pomieszczenia. Jej działanie przypomina zasadę działania lodówki, różni się jedynie kierunkiem przekazywania energii cieplnej.

Na przykład, aby schłodzić butelkę wody, ludzie wkładają ją do lodówki, a następnie urządzenie gospodarstwa domowego częściowo „pobiera” ciepło z tego przedmiotu i teraz, zgodnie z prawem zachowania energii, musi je oddać. Ale gdzie? Wszystko jest proste, w tym celu lodówka ma grzejnik, zwykle umieszczony na tylnej ścianie. Z kolei grzejnik nagrzewając się oddaje ciepło do pomieszczenia w którym stoi. W ten sposób lodówka ogrzewa pomieszczenie. Stopień nagrzania można odczuć w małych sklepach podczas upalnego lata, gdy włączonych jest kilka agregatów chłodniczych.

A teraz trochę wyobraźni. Załóżmy, że w lodówce stale umieszczane są ciepłe przedmioty, które ogrzewają pomieszczenie, lub umieszcza się je w otworze okiennym, drzwi zamrażarki otwierają się na zewnątrz, a grzejnik znajduje się w pomieszczeniu. Urządzenie gospodarstwa domowego w trakcie swojej pracy schładzając powietrze na zewnątrz, będzie jednocześnie przekazywało energię cieplną istniejącą na zewnątrz do budynku. Taka jest właśnie zasada działania pompy ciepła.

Skąd pompa czerpie ciepło?

Pompa ciepła działa dzięki wykorzystaniu naturalnych źródeł energii cieplnej o niskim potencjale, do których zaliczają się:
  • powietrze otoczenia;
  • zbiorniki wodne (rzeki, jeziora, morza);
  • gleby i gruntowe wody artezyjskie i termalne.

Instalacja grzewcza z pompą ciepła

Gdy do ogrzewania wykorzystywana jest pompa ciepła, jej zasada działania opiera się na integracji z systemem grzewczym. Składa się z dwóch obwodów, do których dodawany jest trzeci, będący konstrukcją pompy.

Czynnik chłodzący, który pochłania ciepło z otoczenia, krąży po obwodzie zewnętrznym. Dostaje się do parownika pompy i uwalnia do czynnika chłodniczego około 4 -7°C, mimo że jego temperatura wrzenia wynosi -10°C. W rezultacie czynnik chłodniczy wrze, a następnie przechodzi w stan gazowy. Już schłodzony płyn chłodzący w obwodzie zewnętrznym jest wysyłany do następnego obrotu w celu ustawienia temperatury.

Obwód funkcjonalny pompy ciepła składa się z:

  • parownik;
  • chłodziwo;
  • sprężarka elektryczna;
  • kondensator;
  • kapilarny;
  • termostatyczne urządzenie sterujące.
Proces działania pompy ciepła wygląda mniej więcej tak:
  • Po zagotowaniu czynnik chłodniczy, przemieszczając się rurociągiem, dostaje się do sprężarki, która działa na zasadzie energii elektrycznej. Urządzenie to spręża gazowy czynnik chłodniczy do wysokiego ciśnienia, powodując wzrost jego temperatury;
  • gorący gaz dostaje się do innego wymiennika ciepła (skraplacza), w którym ciepło czynnika chłodniczego przekazywane jest do czynnika chłodzącego krążącego w obwodzie wewnętrznym systemu grzewczego lub do powietrza w pomieszczeniu;
  • podczas chłodzenia czynnik chłodniczy przechodzi w stan ciekły, po czym przechodzi przez zawór redukcyjny ciśnienia kapilarnego, tracąc ciśnienie, a następnie ponownie trafia do parownika;
  • w ten sposób cykl się zakończył i proces można powtórzyć.

Przybliżone obliczenia mocy grzewczej

W ciągu godziny przez pompę poprzez kolektor zewnętrzny przepływa 2,5-3 metry sześcienne chłodziwa, które ziemia jest w stanie ogrzać o ∆t = 5-7°C (czytaj także: „”). Aby obliczyć moc cieplną danego obwodu, należy skorzystać ze wzoru:

Q = (T 1 - T 2) x V, gdzie:
V – przepływ chłodziwa na godzinę (m 3 /godz.);
T 1 - T 2 - różnica temperatur pomiędzy wlotem a wlotem (°C).

Rodzaje pomp ciepła

W zależności od rodzaju odprowadzanego ciepła, pompy ciepła są:
  • wody gruntowe - do ich pracy w systemie podgrzewania wody stosuje się zamknięte kontury gruntu lub sondy geotermalne zlokalizowane na głębokości (więcej szczegółów: „ ”);
  • woda-woda - zasada działania w tym przypadku opiera się na wykorzystaniu studni otwartych do gromadzenia i odprowadzania wód gruntowych (czytaj: „”). W tym przypadku obwód zewnętrzny nie jest zapętlony, a systemem grzewczym w domu jest woda;
  • woda-powietrze - instaluj zewnętrzne obiegi wodne i korzystaj z powietrznych konstrukcji grzewczych;
  • powietrze-powietrze - do swojej pracy wykorzystują ciepło rozproszone z zewnętrznych mas powietrza oraz system ogrzewania powietrznego domu.

Zalety pomp ciepła

  1. Ekonomiczne i wydajne. Zasada działania pokazanych na zdjęciu pomp ciepła opiera się nie na wytwarzaniu energii cieplnej, ale na jej przekazywaniu. Zatem sprawność pompy ciepła musi być większa od jedności. Ale jak to możliwe? W odniesieniu do pracy pomp ciepła stosuje się wielkość zwaną współczynnikiem konwersji ciepła, w skrócie CCT. Charakterystyki jednostek tego typu są porównywane właśnie według tego parametru.Fizyczne znaczenie wielkości polega na określeniu zależności pomiędzy ilością otrzymanego ciepła a energią wydatkowaną na jego uzyskanie. Przykładowo, jeśli współczynnik CPT wynosi 4,8, oznacza to, że 1 kW energii elektrycznej wydanej przez pompę wytwarza 4,8 kW ciepła, bezpłatnie pochodzącego z natury.
  2. Uniwersalne uniwersalne zastosowanie. Jeżeli odbiorcy nie mają dostępu do linii energetycznych, sprężarka pompy napędzana jest silnikiem wysokoprężnym. Ponieważ naturalne ciepło jest wszędzie, zasada działania tego urządzenia pozwala na jego zastosowanie wszędzie.
  3. Przyjazność dla środowiska. Zasada działania pompy ciepła opiera się na niskim zużyciu energii elektrycznej i braku produktów spalania. Czynnik chłodniczy zastosowany w urządzeniu nie zawiera chlorowęglowodorów i jest całkowicie bezpieczny dla warstwy ozonowej.
  4. Dwukierunkowy tryb pracy. W sezonie grzewczym pompa ciepła jest w stanie ogrzać budynek, a latem go ochłodzić. Ciepło pobrane z pomieszczenia można wykorzystać do zaopatrzenia domu w ciepłą wodę, a jeśli jest basen, do podgrzania w nim wody.
  5. Bezpieczna operacja. Podczas pracy pomp ciepła nie zachodzą żadne niebezpieczne procesy - nie ma otwartego ognia, a także nie wydzielają się substancje szkodliwe dla zdrowia człowieka. Płyn chłodzący nie posiada wysokiej temperatury, co sprawia, że ​​urządzenie jest bezpieczne, a jednocześnie przydatne w życiu codziennym.
  6. Automatyczna kontrola procesu ogrzewania pomieszczenia.

 Zasada działania pompy ciepła, dość szczegółowy film:

Niektóre cechy działania pompy

Aby zapewnić efektywną pracę pompy ciepła, należy spełnić szereg warunków:
  • pomieszczenie musi być dobrze izolowane (strata ciepła nie może przekraczać 100 W/m²);
  • W przypadku niskotemperaturowych systemów grzewczych korzystne jest stosowanie pompy ciepła. Kryterium to spełnia system ogrzewania podłogowego, którego temperatura wynosi 35-40°C. CPT w dużej mierze zależy od zależności pomiędzy temperaturą obwodu wejściowego i obwodu wyjściowego.

Zasada działania pomp ciepła polega na przekazywaniu ciepła, co pozwala uzyskać współczynnik konwersji energii od 3 do 5. Inaczej mówiąc, każdy 1 kW zużytej energii elektrycznej wnosi do domu 3-5 kW ciepła.

Pompa ciepła to uniwersalne urządzenie, które funkcjonalnie łączy w sobie cechy klimatyzatora, podgrzewacza wody i kotła grzewczego. Urządzenie to nie wykorzystuje paliwa konwencjonalnego, do jego działania potrzebne są odnawialne źródła pochodzące ze środowiska - energia z powietrza, gleby, wody.

Dlatego pompa ciepła jest dziś najbardziej opłacalną jednostką, ponieważ jej działanie nie jest uzależnione od kosztu paliwa, a także jest przyjazne dla środowiska, ponieważ źródłem ciepła nie jest energia elektryczna ani produkty spalania, ale naturalne źródła ciepła.

Aby lepiej zrozumieć, jak pompa ciepła sprawdza się w ogrzewaniu domu, warto przypomnieć sobie zasadę działania lodówki. Tutaj substancja robocza odparowuje, uwalniając zimno. Przeciwnie, w pompie skrapla się i wytwarza ciepło.

Zasada działania pompy ciepła

Cały proces układu przedstawiony jest w formie cyklu Carnota – nazwanego imieniem wynalazcy. Można to opisać następująco. Płyn chłodzący przechodzi przez obwód roboczy - powietrze, ziemię, wodę i ich kombinacje , skąd jest przesyłany do pierwszego wymiennika ciepła - komory parowania. Tutaj przekazuje zgromadzone ciepło czynnikowi chłodniczemu krążącemu w obwodzie wewnętrznym pompy.

Zasada działania pompy ciepła do ogrzewania domu

Ciekły czynnik chłodniczy dostaje się do komory parowania, gdzie pod wpływem niskiego ciśnienia i temperatury (5 0 C) przechodzi w stan gazowy. Kolejnym etapem jest przeniesienie gazu do sprężarki i jego sprężenie. W rezultacie temperatura gazu gwałtownie wzrasta, gaz przechodzi do skraplacza, gdzie wymienia ciepło z systemem grzewczym. Ochłodzony gaz zamienia się w ciecz i cykl się powtarza.

Zalety i wady pomp ciepła

Pracą pomp ciepła do ogrzewania domu można sterować za pomocą specjalnie zainstalowanych termostatów. Pompa załącza się automatycznie, gdy temperatura medium spadnie poniżej zadanej wartości i wyłącza się, gdy temperatura przekroczy zadaną. Dzięki temu urządzenie utrzymuje stałą temperaturę w pomieszczeniu – to jedna z zalet urządzeń.

Zaletami urządzenia jest jego wydajność - pompa pobiera niewielką ilość prądu oraz przyjazność dla środowiska, czyli absolutne bezpieczeństwo dla środowiska. Główne zalety urządzenia:

  • Niezawodność. Żywotność przekracza 15 lat, wszystkie części systemu mają długą żywotność, wahania energii nie szkodzą systemowi.
  • Bezpieczeństwo. Nie ma sadzy, spalin, otwartego płomienia, wyciek gazu jest wykluczony.
  • Komfort. Praca pompy jest cicha, klimatyzacja i system automatyczny, którego działanie zależy od warunków pogodowych, pomagają stworzyć przytulność i komfort w domu.
  • Elastyczność. Urządzenie charakteryzuje się nowoczesnym, stylowym wyglądem i można je połączyć z dowolnym domowym systemem grzewczym.
  • Wszechstronność. Stosowany w budownictwie prywatnym i cywilnym. Ponieważ ma szeroki zakres mocy. Dzięki temu może zapewnić ciepło pomieszczeniom dowolnej wielkości - od małego domu po domek.

Złożona konstrukcja pompy determinuje jej główną wadę - wysoki koszt sprzętu i jego instalacji. Aby zainstalować urządzenie, konieczne jest wykonanie prac wykopaliskowych w dużych ilościach.

Pompy ciepła – klasyfikacja

Praca pompy ciepła do ogrzewania domu możliwa jest w szerokim zakresie temperatur - od -30 do +35 stopni Celsjusza. Najpopularniejszymi urządzeniami są absorpcja (przenoszenie ciepła przez jego źródło) i kompresja (cyrkulacja płynu roboczego następuje pod wpływem prądu). Urządzenia absorpcyjne są najbardziej ekonomiczne, ale są droższe i mają złożoną konstrukcję.

Klasyfikacja pomp ze względu na rodzaj źródła ciepła:

  1. Geotermalne. Odbierają ciepło wody lub ziemi.
  2. Przewieziony drogą lotniczą. Odbierają ciepło z powietrza atmosferycznego.
  3. Ciepło wtórne. Odbierają tzw. ciepło przemysłowe – powstające podczas produkcji, ogrzewania i innych procesów przemysłowych.

Płyn chłodzący może być:

  • Woda ze zbiornika sztucznego lub naturalnego, wody gruntowe.
  • Podkładowy.
  • Masy powietrza.
  • Kombinacje powyższych mediów.

Pompa geotermalna - zasady budowy i działania

Pompa geotermalna do ogrzewania domu wykorzystuje ciepło gruntu, które selekcjonuje za pomocą sond pionowych lub kolektora poziomego. Sondy umieszczane są na głębokości do 70 metrów, sonda znajduje się w niewielkiej odległości od powierzchni. Tego typu urządzenia są najbardziej efektywne, gdyż źródło ciepła charakteryzuje się dość wysoką, stałą temperaturą przez cały rok. Dlatego konieczne jest zużywanie mniejszej ilości energii na transport ciepła.

Taki sprzęt wymaga wysokich kosztów instalacji. Koszt wiercenia studni jest wysoki. Ponadto powierzchnia przeznaczona na kolektor musi być kilkakrotnie większa niż powierzchnia ogrzewanego domu lub domku. Ważne do zapamiętania: teren na którym zlokalizowany jest kolektor nie może być przeznaczony do sadzenia warzyw i drzew owocowych - korzenie roślin ulegną przechłodzeniu.

Wykorzystanie wody jako źródła ciepła

Zbiornik wodny jest źródłem dużej ilości ciepła. Do pompy można zastosować niezamarzające zbiorniki o głębokości od 3 metrów lub wody gruntowe na wysokim poziomie. System można zrealizować w następujący sposób: rurę wymiennika ciepła, obciążoną obciążeniem w ilości 5 kg na 1 metr bieżący, układa się na dnie zbiornika. Długość rury zależy od materiału domu. Do pokoju o powierzchni 100 mkw. Optymalna długość rury wynosi 300 metrów.

W przypadku wykorzystania wód gruntowych konieczne jest wykonanie dwóch studni, położonych jedna za drugą w kierunku wód gruntowych. W pierwszej studni umieszczona jest pompa dostarczająca wodę do wymiennika ciepła. Ochłodzona woda wpływa do drugiej studni. Jest to tzw otwarty obieg gromadzenia ciepła. Jego główną wadą jest to, że poziom wód gruntowych jest niestabilny i może znacznie się wahać.

Powietrze jest najbardziej dostępnym źródłem ciepła

W przypadku wykorzystania powietrza jako źródła ciepła wymiennikiem ciepła jest grzejnik, nadmuchany wymuszonym wentylatorem. W przypadku wykorzystania pompy ciepła do ogrzewania domu w systemie powietrze-woda użytkownik uzyskuje następujące korzyści:

  • Możliwość ogrzania całego domu. Woda, pełniąca rolę chłodziwa, rozprowadzana jest poprzez urządzenia grzewcze.
  • Przy minimalnych kosztach energii możliwe jest zapewnienie mieszkańcom ciepłej wody. Jest to możliwe dzięki obecności dodatkowego izolowanego cieplnie wymiennika ciepła ze zbiornikiem akumulacyjnym.
  • Pompy podobnego typu można wykorzystać do podgrzewania wody w basenach.

Jeżeli pompa pracuje w układzie powietrze-powietrze, chłodziwo nie jest wykorzystywane do ogrzewania pomieszczenia. Ogrzewanie odbywa się przy wykorzystaniu otrzymanej energii cieplnej. Przykładem wdrożenia takiego schematu byłby konwencjonalny klimatyzator ustawiony na tryb ogrzewania. Obecnie wszystkie urządzenia wykorzystujące powietrze jako źródło ciepła opierają się na inwerterach. W nich prąd przemienny zamieniany jest na prąd stały, zapewniając elastyczne sterowanie sprężarką i jej pracą bez zatrzymywania. A to zwiększa zasoby urządzenia.

Pompa ciepła – alternatywny system ogrzewania domu

Pompy ciepła są alternatywą dla nowoczesnych systemów grzewczych. Są ekonomiczne, przyjazne dla środowiska i bezpieczne w użytkowaniu. Jednak wysokie koszty prac instalacyjnych i sprzętu nie pozwalają dziś na stosowanie urządzeń wszędzie. Teraz już wiesz, jak pompa ciepła sprawdza się przy ogrzewaniu domu, a po obliczeniu wszystkich zalet i wad możesz podjąć decyzję, czy ją zainstalować.

Pompa ciepła (KM) to urządzenie realizujące transfer, transformację i konwersję energii cieplnej. Zasada działania przypomina dobrze znane urządzenia i sprzęt, takie jak lodówka czy klimatyzator. Działanie dowolnej sieci TN opiera się na odwrotnym cyklu Carnota, nazwanym na cześć słynnego francuskiego fizyka i matematyka Sidi Carnota.

Zasada działania pompy ciepła

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo fizyce procesów operacyjnych tego sprzętu. Pompa ciepła składa się z czterech głównych elementów:

  1. Kompresor
  2. Wymiennik ciepła (skraplacz)
  3. Wymiennik ciepła (parownik)
  4. Łączenie armatury i elementów automatyki.

Kompresor niezbędne do sprężania i przemieszczania czynnika chłodniczego przez system. Kiedy freon jest sprężany, jego temperatura i ciśnienie gwałtownie rosną (ciśnienie wzrasta do 40 barów, temperatura do 140 C) oraz w postaci gazu o wysokim stopniu sprężania idzie do kondensatora(proces adiabatyczny, czyli proces, w którym układ nie oddziałuje z przestrzenią zewnętrzną), podczas którego przekazuje energię odbiorcy. Konsumentem może być bezpośrednie otoczenie, które należy ogrzać (na przykład powietrze w pomieszczeniu) lub czynnik chłodzący (woda, środek przeciw zamarzaniu itp.), który następnie rozprowadza energię w systemie grzewczym (grzejniki, podgrzewane podłogi, podgrzewane listwy przypodłogowe, konwektory , klimakonwektory itp.). W tym przypadku temperatura gazu w sposób naturalny obniża się i zmienia swój stan skupienia z gazowego na ciekły (proces izotermiczny, czyli proces zachodzący w stałej temperaturze).

Następnie czynnik chłodniczy jest w stanie ciekłym dostaje się do parownika, przechodząc przez zawór termostatyczny (TRV), który jest niezbędny do obniżenia ciśnienia i dozowania przepływu freonu do wyparnego wymiennika ciepła. W wyniku spadku ciśnienia podczas przejścia przez kanały parownika następuje przejście fazowe i stan skupienia czynnika chłodniczego ponownie zmienia się na gazowy. W tym przypadku entropia gazu maleje (w oparciu o właściwości termofizyczne freonów), co prowadzi do gwałtownego spadku temperatury, a ciepło jest „usuwane” ze źródła zewnętrznego. Źródłem zewnętrznym może być powietrze uliczne, wnętrzności ziemi, rzeki, jeziora. Następnie schłodzony gazowy freon zawraca się do sprężarki i cykl się powtarza.

Tak naprawdę okazuje się, że silnik cieplny sam w sobie nie wytwarza ciepła, lecz jest urządzeniem służącym do przemieszczania, modyfikowania i modyfikowania energii z otoczenia do pomieszczenia. Jednak proces ten wymaga energii elektrycznej, której głównym odbiorcą jest agregat sprężarkowy. Stosunek odebranej mocy cieplnej do wydatkowanej mocy elektrycznej nazywany jest współczynnikiem konwersji (COR). Różni się w zależności od typu turbosprężarki, jej producenta i innych czynników i waha się od 2 do 6.

Obecnie jako czynniki chłodnicze stosowane są różnego rodzaju freony przyjazne dla warstwy ozonowej (R410A, R407C), które powodują minimalne szkody dla środowiska.

Nowoczesne silniki cieplne wykorzystują sprężarki typu scroll, które nie wymagają konserwacji, praktycznie nie mają tarcia i mogą pracować nieprzerwanie przez 30-40 lat. Zapewnia to długą żywotność całego urządzenia. Na przykład niemiecka firma Stiebela Eltrona Są HP, które działały bez większych napraw od początku lat 70-tych ubiegłego wieku.

Rodzaje pomp ciepła

W zależności od mediów używanych do wyboru i redystrybucji energii, a także cech konstrukcyjnych i metod stosowania, istnieją cztery główne typy HP:

Pompa ciepła powietrze-powietrze

Tego typu urządzenia wykorzystują powietrze uliczne jako źródło energii o niskim potencjale. Zewnętrznie nie różni się od konwencjonalnego systemu klimatyzacji typu split, ale ma szereg cech funkcjonalnych, które pozwalają mu pracować w niskich temperaturach (do -30 C) i „usuwać” energię z otoczenia. Dom ogrzewany jest bezpośrednio ciepłym powietrzem podgrzewanym w skraplaczu pompy ciepła.

Zalety HP powietrze-powietrze:

  • Niska cena
  • Krótki czas instalacji i porównywalna łatwość instalacji
  • Brak możliwości wycieku płynu chłodzącego

Wady:

  • Stabilna wydajność do -20 C
  • Konieczność zainstalowania jednostki wewnętrznej w każdym pomieszczeniu lub zorganizowania systemu kanałów powietrznych, aby dostarczać ogrzane powietrze do wszystkich pomieszczeń.
  • Brak możliwości uzyskania ciepłej wody (CWU)

W praktyce takie systemy są stosowane w budownictwie sezonowym i nie mogą pełnić roli głównego źródła ogrzewania.

Pompa ciepła powietrze-woda

Ich zasada działania jest podobna do poprzedniego typu, jednak nie podgrzewają bezpośrednio powietrza w pomieszczeniu, ale czynnik chłodniczy, który z kolei służy do ogrzewania domu i przygotowania ciepłej wody.

Zalety TN „Powietrze – Woda”:

  • nie wymaga organizacji „konturu zewnętrznego” (wiercenie)
  • niezawodność i trwałość
  • wskaźniki wysokiej efektywności (COP) w okresach jesienno-wiosennych

Wady TN:

  • Znacząca redukcja COP w niskich temperaturach (do 1,2)
  • Konieczność rozmrożenia jednostki zewnętrznej (tryb rewersyjny)
  • Brak możliwości pracy w temperaturach poniżej -25 C - -30 C

Takie pompy w naszym klimacie nadal nie mogą działać jako jedyne źródło ogrzewania. Dlatego często instaluje się je (w schemacie biwalentnym) w połączeniu z dodatkowymi urządzeniami grzewczymi (elektrycznymi, na pellet, na paliwo stałe, kocioł na olej napędowy, kominek z płaszczem wodnym). Nadają się również do rekonstrukcji i automatyzacji starych kotłowni wykorzystujących tradycyjne paliwa. Dzięki temu przez większą część roku system może pracować w trybie automatycznym (nie ma konieczności załadunku paliwa stałego ani tankowania oleju napędowego), wykorzystując wyłącznie moc KM.

Pompa ciepła solanka-woda

Jeden z najczęstszych w Republice Białorusi. Korzystając ze statystyk naszej organizacji, 90% zainstalowanych pomp ciepła to pompy geotermalne. W tym przypadku wnętrzności ziemi służą jako „kontur zewnętrzny”. Dzięki temu te pompy ciepła posiadają najważniejszą przewagę nad innymi typami pomp ciepła – stabilny wskaźnik efektywności pracy (COP) niezależnie od pory roku.

Zgodnie z przyjętą terminologią obieg zewnętrzny nazywany jest geotermalnym.

Istnieją dwa główne typy obiegów geotermalnych:

  • Poziomy
  • Pionowy

Przyjrzyjmy się każdemu z nich bardziej szczegółowo.

Zarys poziomy

Zarys poziomy to system rur polietylenowych układanych pod wierzchnią warstwą gruntu na głębokości około 1,5 – 2 m, poniżej poziomu zamarzania. Temperatura w tej strefie utrzymuje się dodatnia (od +3 do +15 C) przez cały rok kalendarzowy, osiągając maksimum w październiku i minimum w maju. Powierzchnia zajmowana przez kolektor uzależniona jest od powierzchni budynku, stopnia jego ocieplenia oraz wielkości przeszkleń. I tak na przykład w przypadku dwupiętrowego budynku mieszkalnego o powierzchni 200 m2, który ma dobrą izolację spełniającą współczesne standardy, pod pole geotermalne trzeba będzie przeznaczyć około czterech akrów ziemi (400 m2). Oczywiście, aby dokładniej ocenić średnicę zastosowanych rur i zajmowaną powierzchnię, wymagane są szczegółowe obliczenia termotechniczne.

Tak wygląda montaż kolektora poziomego w jednym z naszych obiektów w Dzierżyńsku (Republika Białorusi):


Zalety kolektora poziomego:

  • Niższy koszt w porównaniu do studni geotermalnych
  • Możliwość prowadzenia prac przy jego instalacji wraz z ułożeniem innej komunikacji (wodociąg, kanalizacja)

Wady kolektora poziomego:

  • Duża zajmowana powierzchnia (zabrania się wznoszenia trwałych konstrukcji, asfaltowania, układania płyt chodnikowych, należy zapewnić naturalny dostęp światła i opadów atmosferycznych)
  • Brak możliwości aranżacji z gotowym projektem krajobrazu terenu
  • Mniejsza stabilność w porównaniu do kolektora pionowego.

Rozmieszczenie tego typu kolektorów zwykle odbywa się na dwa sposoby. W pierwszym przypadku na całym obszarze układania usuń górę warstwa gleby o grubości 1,5-2 m, układane są rury wymiennika ciepła z danym krokiem (od 0,6 do 1,5 m) i przeprowadza się zasypywanie. Do wykonywania takich prac odpowiedni jest mocny sprzęt, taki jak ładowacz czołowy, spychacz, koparki o dużym wysięgu i pojemności łyżki.

W drugim przypadku układanie pętli konturowych podłoża odbywa się krok po kroku w przygotowaniu rowy o szerokości od 0,6 m do 1 m. Do tego celu nadają się małe koparki i koparko-ładowarki.

Zarys pionowy

Kolektor pionowy reprezentuje studnie o głębokości od 50 do 200 m i więcej, do których opuszczane są specjalne urządzenia - sondy geotermalne. Temperatura w tej strefie pozostaje stała przez wiele lat i dziesięcioleci i rośnie wraz ze wzrostem głębokości. Wzrost następuje średnio o 2-5 C na każde 100 m. Ta wielkość charakterystyczna nazywana jest gradientem temperatury.

Proces montażu kolektora pionowego w naszym zakładzie we wsi Kryżówka koło Mińska:


Studiując mapy rozkładu temperatur na różnych głębokościach na terytorium Republiki Białorusi, a w szczególności miasta Mińsk, można zauważyć, że temperatura różni się w zależności od regionu i może znacznie różnić się w zależności od lokalizacji. Na przykład na głębokości 100 m w rejonie Swietłogorska może osiągnąć +13 C, a w niektórych obszarach obwodu witebskiego na tej samej głębokości nie przekracza +8,5 C.

Oczywiście przy obliczaniu głębokości wiercenia oraz projektowaniu wielkości, średnicy i innych cech sond geotermalnych należy wziąć ten czynnik pod uwagę. Ponadto należy wziąć pod uwagę skład geologiczny skał, przez które przechodzi. Tylko na podstawie tych danych można poprawnie zaprojektować obwód geotermalny.

Jak pokazuje praktyka i statystyki naszej organizacji, 99% problemów podczas pracy HP wiąże się z funkcjonowaniem obwodu zewnętrznego i problem ten nie pojawia się natychmiast po uruchomieniu sprzętu. I jest na to wyjaśnienie, ponieważ jeśli geokontur zostanie nieprawidłowo obliczony (na przykład na terytorium obwodu witebskiego, gdzie, jak pamiętamy, gradient geotermalny jest jednym z najniższych w Republice), jego początkowa praca wynosi nie zadowala, ale z biegiem czasu grubość ziemi „ochładza się”, równowaga termodynamiczna zostaje zachwiana i zaczynają się kłopoty, a problem może pojawić się dopiero w drugim lub trzecim sezonie grzewczym. Ponadgabarytowy kontur wygląda mniej problematycznie, ale klient jest zmuszony zapłacić za niepotrzebne metry wierceń ze względu na niekompetencję wykonawcy, co nieubłaganie prowadzi do wzrostu kosztów całego projektu.

Badanie podłoża ziemskiego powinno być szczególnie istotne podczas budowy dużych obiektów komercyjnych, gdzie liczba studni sięga dziesiątek, a środki zaoszczędzone (lub zmarnowane) na ich budowie mogą być bardzo znaczące.

Pompa ciepła typu woda-woda

Jednym z rodzajów geotermalnego źródła ciepła mogą być wody gruntowe. Mają stałą temperaturę (od +7 C i więcej) i występują w znacznych ilościach na różnych głębokościach na terenie Republiki Białoruś. Zgodnie z technologią woda gruntowa jest pobierana ze studni za pomocą pompy odśrodkowej i trafia do stacji wymiany ciepła i masy, gdzie przekazuje energię do środka zapobiegającego zamarzaniu dolnego obwodu pompy ciepła. Sprawność pracy tego systemu uzależniona jest od poziomu wód gruntowych (w zależności od głębokości wznoszenia wymagana jest określona moc pompy) oraz odległości od studni ujęciowej do stacji wymiany. Technologia ta charakteryzuje się jednymi z najwyższych wartości COP, posiada jednak szereg cech ograniczających jej zastosowanie.

Pomiędzy nimi:

  • Brak wód gruntowych lub niski poziom ich występowania;
  • Brak stałego przepływu w studni, spadek poziomu statycznego i dynamicznego;
  • Konieczność uwzględnienia składu soli i zanieczyszczeń (jeśli jakość wody nie jest odpowiednia, wymiennik ciepła ulega zatkaniu i spadają wskaźniki wydajności)
  • Konieczność wykonania studni drenażowej odprowadzającej znaczne ilości ścieków (od 2200 l/h i więcej)

Jak pokazuje praktyka, montaż takich systemów jest wskazany, jeśli w bezpośrednim sąsiedztwie znajduje się staw lub rzeka. Ścieki można również wykorzystać do celów gospodarczych i przemysłowych, na przykład do nawadniania lub organizacji sztucznych zbiorników.

Jeśli chodzi o jakość wody pobieranej, na przykład niemiecki producent alternatywnych systemów grzewczych Stiebela Eltrona zaleca następujące ustawienia: łączny udział żelaza i magnezu nie przekracza 0,5 mg/l, zawartość chlorków jest mniejsza niż 300 mg/l, brak substancji wytrąconych. W przypadku przekroczenia tych parametrów konieczna jest instalacja dodatkowego systemu oczyszczania – stacji przygotowania i odsalania, co zwiększa materiałochłonność inwestycji.

Prace wiertnicze pod pompę ciepła.

Bazując na doświadczeniu w montażu i eksploatacji jednostek geotermalnych, zalecamy wiercenie studni o głębokości co najmniej 100 m. Praktyka pokazuje, że lepszą wydajność i stabilność silnika cieplnego można zaobserwować np. dla dwóch odwiertów po 150 m niż dla trzech odwiertów po 100 m każdy. Oczywiście budowa takich kopalń wymaga specjalnego sprzętu i metody wiercenia obrotowego. Małe instalacje ślimakowe nie są w stanie zapewnić wymaganej długości studni.

Ponieważ obieg geotermalny jest najważniejszym elementem, a poprawność jego ułożenia jest kluczem do pomyślnego funkcjonowania całego systemu, wykonawca wiercenia musi spełnić szereg kryteriów:

  • Niezbędne jest doświadczenie w świadczeniu tego typu usług;
  • posiadać specjalne narzędzie do zanurzania sond;
  • dają gwarancję zanurzenia sondy na projektowaną głębokość oraz gwarantują jej integralność i szczelność w trakcie pracy;
  • po zanurzeniu podjąć działania w celu zatkania odwiertu, aby zwiększyć jego wymianę ciepła i produktywność, uszczelnić szyb kopalni przed zasypaniem.

Ogólnie rzecz biorąc, przy odpowiednim projekcie i wykwalifikowanej instalacji sondy geotermalne są bardzo niezawodne i mogą przetrwać nawet 100 lat.

Proces opuszczania sondy geotermalnej do studni wierconej:


Sonda geotermalna na ramie przed wykonaniem próby szczelności („próba ciśnieniowa”):


wnioski

Bazując na naszym doświadczeniu w projektowaniu alternatywnych systemów energetycznych, możemy wyróżnić główne fakty, które mają fundamentalne znaczenie przy wyborze pomp ciepła przez naszych Klientów:

  • pełny bezpieczeństwo i przyjazność dla środowiska(brak procesów spalania i ruchomych części)
  • możliwość zamówienia systemu „już dziś” i cieszenia się jego użytkowaniem już za trzy tygodnie bez jakiejkolwiek koordynacji z organami regulacyjnymi i organami wydającymi licencje.
  • Pełna autonomia i minimalna konserwacja(nie trzeba być członkiem spółdzielni gazowniczej, być od niej zależnym, nie trzeba rzucać drewna na opał, comiesięcznego czyszczenia kanałów wentylacyjnych, organizować dojazdu cysterny z paliwem itp.)
  • Koszt działki pod budowę domu jednorodzinnego bez gazu jest znacznie niższy, a termin dostawy nie jest zależny od usług gazowych
  • Możliwość zdalne sterowanie przez Internet
  • Zaawansowane i innowacyjne wyposażenie o stylowym wyglądzie, którego nie wstyd pokazać przyjaciołom i znajomym, co z pewnością podkreśla status właściciela domu.

Jeśli w tym artykule nie poruszyliśmy żadnego pytania, a chcesz je zadać osobiście, możesz przyjść do naszego biura pod adresem: Mińsk, ul. Odoevsky, 117, Nova Gros LLC i skonsultuj się z naszymi inżynierami.

Mamy również możliwość zorganizowania bezpłatnych wizyt w już zrealizowanych obiektach eksploatacyjnych.

Telefon kontaktowy: 044 765 29 58; 017 399 70 51

Sytuacja jest taka, że ​​najpopularniejszym obecnie sposobem ogrzewania domu jest wykorzystanie kotłów grzewczych – gazowych, na paliwo stałe, olej napędowy i znacznie rzadziej – elektrycznych. Ale tak proste, a jednocześnie zaawansowane technologicznie systemy, jak pompy ciepła, nie rozpowszechniły się i nie bez powodu. Dla tych, którzy kochają i potrafią wszystko z góry obliczyć, ich zalety są oczywiste. Pompy ciepła do ogrzewania nie spalają niezastąpionych zasobów surowców naturalnych, co jest niezwykle ważne nie tylko z punktu widzenia ochrony środowiska, ale także pozwala zaoszczędzić na energii, która z roku na rok staje się droższa. Ponadto za pomocą pomp ciepła można nie tylko ogrzać pomieszczenie, ale także podgrzać ciepłą wodę na potrzeby gospodarstwa domowego, a także klimatyzować pomieszczenie w letnie upały.

Zasada działania pompy ciepła

Przyjrzyjmy się bliżej zasadzie działania pompy ciepła. Przypomnij sobie, jak działa lodówka. Ciepło umieszczonych w nim produktów jest wypompowywane i wyrzucane na grzejnik umieszczony na tylnej ścianie. Możesz to łatwo sprawdzić dotykając go. Zasada działania klimatyzatorów domowych jest w przybliżeniu taka sama: wypompowują ciepło z pomieszczenia i wyrzucają je na grzejnik umieszczony na zewnętrznej ścianie budynku.

Działanie pompy ciepła, lodówki i klimatyzatora opiera się na cyklu Carnota.

  1. Płyn chłodzący poruszający się wzdłuż źródła ciepła o niskiej temperaturze, na przykład gleby, nagrzewa się o kilka stopni.
  2. Następnie trafia do wymiennika ciepła zwanego parownikiem. W parowniku płyn chłodzący oddaje zgromadzone ciepło do czynnika chłodniczego. Chłodziwo to specjalny płyn, który w niskich temperaturach zamienia się w parę.
  3. Przejmując temperaturę płynu chłodzącego, ogrzany czynnik chłodniczy zamienia się w parę i wchodzi do sprężarki. Sprężarka spręża czynnik chłodniczy, tj. wzrost jego ciśnienia, przez co wzrasta również jego temperatura.
  4. Gorący, sprężony czynnik chłodniczy wchodzi do innego wymiennika ciepła zwanego skraplaczem. Tutaj czynnik chłodniczy przekazuje swoje ciepło innemu czynnikowi chłodzącemu, który jest dostarczany w systemie grzewczym domu (woda, środek przeciw zamarzaniu, powietrze). To schładza czynnik chłodniczy i zamienia go z powrotem w ciecz.
  5. Następnie czynnik chłodniczy dostaje się do parownika, gdzie jest podgrzewany przez nową porcję ogrzanego płynu chłodzącego i cykl się powtarza.

Pompa ciepła do działania potrzebuje prądu. Ale nadal jest to o wiele bardziej opłacalne niż używanie wyłącznie grzejnika elektrycznego. Ponieważ kocioł elektryczny lub grzejnik elektryczny zużywa dokładnie taką samą ilość energii elektrycznej, jaką wytwarza ciepło. Na przykład, jeśli grzejnik ma moc znamionową 2 kW, zużywa 2 kW na godzinę i wytwarza 2 kW ciepła. Pompa ciepła wytwarza od 3 do 7 razy więcej ciepła niż zużywa energii elektrycznej. Na przykład sprężarka i pompa zużywają 5,5 kW/godzinę, a wytwarzane ciepło wynosi 17 kW/godzinę. To właśnie ta wysoka wydajność jest główną zaletą pompy ciepła.

Zalety i wady systemu grzewczego z pompą ciepła

Wokół pomp ciepła narosło wiele legend i mitów, mimo że nie są one aż tak innowacyjnym i zaawansowanym technologicznie wynalazkiem. Wszystkie „ciepłe” stany USA, prawie cała Europa i Japonia, gdzie technologia jest od dawna dopracowana niemal do perfekcji, ogrzewane są za pomocą pomp ciepła. Swoją drogą nie należy myśleć, że taki sprzęt jest technologią czysto zagraniczną i trafił do nas całkiem niedawno. Przecież w ZSRR takie jednostki były używane w obiektach doświadczalnych. Przykładem tego jest sanatorium Przyjaźń w Jałcie. Oprócz futurystycznej architektury, przypominającej „chatę na udach kurczaka”, sanatorium to słynie także z tego, że od lat 80. XX w. do ogrzewania wykorzystuje przemysłowe pompy ciepła. Źródłem ciepła jest pobliskie morze, a sama przepompownia nie tylko ogrzewa wszystkie pomieszczenia sanatorium, ale także zapewnia ciepłą wodę, podgrzewa wodę w basenie i chłodzi ją w gorących porach roku. Spróbujmy więc rozwiać mity i ustalić, czy ma sens ogrzewać dom w ten sposób.

Zalety systemów grzewczych z pompą ciepła:

  • Oszczędność energii. W połączeniu z rosnącymi cenami gazu i oleju napędowego jest to bardzo istotna zaleta. W kolumnie „miesięczne wydatki” pojawi się jedynie prąd, na który jak już pisaliśmy potrzeba znacznie mniej niż faktycznie wyprodukowane ciepło. Kupując urządzenie należy zwrócić uwagę na taki parametr jak współczynnik przemiany cieplnej „ϕ” (zwany także współczynnikiem przemiany cieplnej, współczynnikiem przemiany mocy lub temperatury). Pokazuje stosunek ilości wytworzonego ciepła do pobranej energii. Przykładowo, jeśli ϕ=4, to przy zużyciu 1 kW/h otrzymamy 4 kW/h energii cieplnej.
  • Oszczędności w utrzymaniu. Pompa ciepła nie wymaga specjalnego traktowania. Koszty jego utrzymania są minimalne.
  • Można go zainstalować w dowolnym miejscu. Źródłami ciepła niskotemperaturowego do pracy pompy ciepła może być gleba, woda lub powietrze. Gdziekolwiek zbudujesz dom, nawet na skalistym terenie, zawsze będzie okazja, aby znaleźć „pożywienie” dla jednostki. Na obszarach oddalonych od magistrali gazowej jest to jeden z najbardziej optymalnych systemów grzewczych. Nawet w regionach bez linii energetycznych można zainstalować silnik benzynowy lub wysokoprężny, aby zapewnić działanie sprężarki.
  • Nie ma potrzeby monitorowania pracy pompy, dolać paliwa, tak jak ma to miejsce w przypadku kotła na paliwo stałe lub na olej napędowy. Cały system grzewczy z pompą ciepła jest zautomatyzowany.
  • Możesz wyjechać na długi czas i nie bój się, że system się zawiesi. Jednocześnie możesz zaoszczędzić pieniądze, instalując pompę, która zapewni temperaturę +10 °C w salonie.
  • Bezpieczny dla środowiska. Dla porównania, podczas korzystania z tradycyjnych kotłów spalających paliwo zawsze tworzą się różne tlenki CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, w wyniku czego wokół domu na glebie osadzają się kwasy fosforowy, azotawy, siarkowy i związki benzoesowe. Kiedy pompa ciepła pracuje, nie jest emitowana żadna emisja. A czynniki chłodnicze stosowane w systemie są całkowicie bezpieczne.
  • Tutaj również można to zauważyć ochrona niezastąpionych zasobów naturalnych planety.
  • Bezpieczeństwo ludzi i mienia. Nic w pompie ciepła nie nagrzewa się wystarczająco, aby spowodować przegrzanie lub eksplozję. Poza tym po prostu nie ma w nim nic, co mogłoby eksplodować. Można go zatem zaliczyć do jednostek całkowicie ognioodpornych.
  • Pompy ciepła działają z powodzeniem nawet w temperaturze otoczenia -15°C. Jeśli więc ktoś myśli, że takim systemem można ogrzać dom tylko w regionach, w których zimy są ciepłe do +5°C, to się myli.
  • Odwracalność pompy ciepła. Niezaprzeczalną zaletą jest uniwersalność instalacji, dzięki której można grzać zimą i chłodzić latem. W upalne dni pompa ciepła pobiera ciepło z pomieszczenia i przesyła je do gruntu w celu magazynowania, skąd zostanie odebrane zimą. Należy pamiętać, że nie wszystkie pompy ciepła mają funkcję rewersu, ale tylko niektóre modele.
  • Trwałość. Przy odpowiedniej pielęgnacji pompy ciepła w systemie grzewczym mogą wytrzymać od 25 do 50 lat bez większych napraw, a tylko raz na 15 do 20 lat konieczna będzie wymiana sprężarki.

Wady systemów grzewczych z pompą ciepła:

  • Duża inwestycja początkowa. Oprócz tego, że ceny pomp ciepła do ogrzewania są dość wysokie (od 3 000 do 10 000 USD), na instalację systemu geotermalnego trzeba będzie wydać nie mniej niż na samą pompę. Wyjątkiem jest powietrzna pompa ciepła, która nie wymaga dodatkowej pracy. Pompa ciepła nie zwróci się szybko (w ciągu 5 - 10 lat). Zatem odpowiedź na pytanie, czy do ogrzewania zastosować pompę ciepła, czy nie, zależy raczej od preferencji właściciela, jego możliwości finansowych i warunków budowlanych. Na przykład w regionie, w którym zasilanie magistrali gazowej i podłączenie do niej kosztuje tyle samo, co pompa ciepła, sensowne jest preferowanie tej drugiej.

  • W regionach, gdzie w zimie temperatury spadają poniżej -15°C, należy zastosować dodatkowe źródło ciepła. Nazywa się to biwalentny system grzewczy, w którym pompa ciepła dostarcza ciepło, gdy na ulicy jest -20°C, a gdy nie daje sobie rady, podłącza się np. grzejnik elektryczny lub kocioł gazowy, albo generator ciepła.

  • Najbardziej wskazane jest stosowanie pompy ciepła w systemach z czynnikiem chłodzącym o niskiej temperaturze, Jak na przykład system „ciepłej podłogi”.(+35°C) i klimakonwektory(+35 - +45°C). Klimakonwektory Są to konwektory wentylatorowe, w których ciepło/zimno przekazywane jest z wody do powietrza. Aby zainstalować taki system w starym domu, wymagana będzie całkowita przebudowa i przebudowa, co pociągnie za sobą dodatkowe koszty. Nie jest to wadą przy budowie nowego domu.
  • Przyjazność dla środowiska pomp ciepła, pobierając ciepło z wody i gleby, nieco względne. Faktem jest, że podczas pracy przestrzeń wokół rur chłodziwa ochładza się, co zakłóca ustalony ekosystem. Przecież nawet w głębi gleby żyją mikroorganizmy beztlenowe, zapewniające żywotną aktywność bardziej złożonych systemów. Z drugiej strony, w porównaniu z produkcją gazu lub ropy, szkody spowodowane pompą ciepła są minimalne.

Źródła ciepła do pracy pompy ciepła

Pompy ciepła pobierają ciepło z tych naturalnych źródeł, które w ciepłym okresie akumulują promieniowanie słoneczne. Pompy ciepła różnią się w zależności od źródła ciepła.

Podkładowy

Gleba jest najbardziej stabilnym źródłem ciepła, które gromadzi się w ciągu sezonu. Na głębokości 5–7 m temperatura gleby jest prawie zawsze stała i wynosi w przybliżeniu +5–+8°C, a na głębokości 10 m jest zawsze stała +10°C. Ciepło z gruntu można pozyskać na dwa sposoby.

Poziomy kolektor gruntowy Jest to poziomo ułożona rura, przez którą przepływa płyn chłodzący. Głębokość kolektora poziomego obliczana jest indywidualnie w zależności od warunków, czasami wynosi 1,5 – 1,7 m – głębokość zamarzania gruntu, czasami mniejsza – 2 – 3 m, aby zapewnić większą stabilność temperatur i mniejszą różnicę, a czasami tylko 1 – 1,2 m - tutaj gleba zaczyna się szybciej nagrzewać na wiosnę. Zdarzają się przypadki, gdy instalowany jest dwuwarstwowy kolektor poziomy.

Poziome rury kolektora mogą mieć różne średnice: 25 mm, 32 mm i 40 mm. Kształt ich układu może być również inny - wąż, pętla, zygzak, różne spirale. Odległość między rurami w wężu musi wynosić co najmniej 0,6 m, a zwykle wynosi 0,8 - 1 m.

Specyficzne odprowadzanie ciepła na metr bieżący rury zależy od struktury gleby:

  • Suchy piasek - 10 W/m;
  • Sucha glina - 20 W/m;
  • Glina jest bardziej wilgotna – 25 W/m;
  • Glina o bardzo dużej zawartości wody - 35 W/m.

Aby ogrzać dom o powierzchni 100 m2, pod warunkiem, że gleba jest wilgotna, gliniasta, potrzebne będzie 400 m2 powierzchni gruntu pod kolektor. To całkiem sporo - 4 - 5 akrów. Biorąc pod uwagę fakt, że na tym terenie nie powinno być żadnych budynków i dozwolone są jedynie trawniki i klomby z rocznymi kwiatami, nie każdy może sobie pozwolić na wyposażenie poziomego kolektora.

Przez rury kolektora przepływa specjalna ciecz, tzw "solanka" Lub płyn przeciw zamarzaniu na przykład 30% roztwór glikolu etylenowego lub glikolu propylenowego. „Solanka” pobiera ciepło z gruntu i przesyłane jest do pompy ciepła, gdzie przekazuje je do czynnika chłodniczego. Ochłodzona „solanka” przepływa ponownie do kolektora gruntowego.

Pionowa sonda gruntowa to system rur zakopanych na głębokość 50 - 150 m. Może to być tylko jedna rura w kształcie litery U, obniżona na większą głębokość 80 - 100 m i wypełniona zaprawą betonową. A może system rur w kształcie litery U obniżony o 20 m w celu gromadzenia energii z większego obszaru. Prowadzenie prac wiertniczych do głębokości 100 – 150 m jest nie tylko kosztowne, ale wymaga także uzyskania specjalnego zezwolenia, dlatego często uciekają się do sprytu i wyposażają kilka sond o małej głębokości. Odległość między takimi sondami wynosi 5 - 7 m.

Specyficzne odprowadzanie ciepła z kolektora pionowego zależy również od skały:

  • Suche skały osadowe - 20 W/m;
  • Skały osadowe nasycone wodą i glebą skalistą - 50 W/m;
  • Gleba skalista o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła - 70 W/m;
  • Woda podziemna (gruntowa) - 80 W/m.

Powierzchnia wymagana dla kolektora pionowego jest bardzo mała, ale koszt ich montażu jest wyższy niż w przypadku kolektora poziomego. Zaletą kolektora pionowego jest także stabilniejsza temperatura i większe odprowadzanie ciepła.

Woda

Wodę można wykorzystywać jako źródło ciepła na różne sposoby.

Kolektor na dnie otwartego, niezamarzającego zbiornika- rzeki, jeziora, morza - przedstawia rury z „solanką”, zanurzane za pomocą ciężarka. Ze względu na wysoką temperaturę chłodziwa metoda ta jest najbardziej opłacalna i ekonomiczna. Tylko ci, od których zbiornik znajduje się nie dalej niż 50 m, mogą zainstalować kolektor wody, w przeciwnym razie stracona zostanie wydajność instalacji. Jak rozumiesz, nie każdy ma takie warunki. Jednak niestosowanie pomp ciepła dla mieszkańców wybrzeża jest po prostu krótkowzroczne i głupie.

Kolektor w kanałach kanalizacyjnych lub ścieki z instalacji technicznych można wykorzystać do ogrzewania domów, a nawet wieżowców i przedsiębiorstw przemysłowych na terenie miasta, a także do przygotowania ciepłej wody. Co z powodzeniem robi się w niektórych miastach naszej Ojczyzny.

Studnia lub woda gruntowa używane rzadziej niż inne kolekcjonerki. System taki polega na budowie dwóch studni, z jednej pobierana jest woda, która przekazuje ciepło czynnikowi chłodniczemu w pompie ciepła, a schłodzona woda jest odprowadzana do drugiej. Zamiast studni może znajdować się studnia filtracyjna. W każdym przypadku studnia zrzutowa powinna znajdować się w odległości 15–20 m od pierwszej, a nawet poniżej (wody gruntowe również mają swój własny przepływ). System ten jest dość trudny w obsłudze, ponieważ należy monitorować jakość dopływającej wody - filtrować ją i chronić przed korozją i zanieczyszczeniem części pompy ciepła (parownik).

Powietrze

Najprostszy projekt to instalacja grzewcza z powietrzną pompą ciepła. Nie jest potrzebny dodatkowy kolektor. Powietrze z otoczenia bezpośrednio dostaje się do parownika, gdzie przekazuje ciepło czynnikowi chłodniczemu, który z kolei przekazuje ciepło czynnikowi chłodzącemu wewnątrz domu. Może to być powietrze do klimakonwektorów lub woda do ogrzewania podłogowego i grzejników.

Koszty instalacji powietrznej pompy ciepła są minimalne, ale wydajność instalacji w dużym stopniu zależy od temperatury powietrza. W regionach o ciepłych zimach (do +5 - 0°C) jest to jedno z najbardziej ekonomicznych źródeł ciepła. Jeśli jednak temperatura powietrza spadnie poniżej -15°C, wydajność spada tak bardzo, że nie ma sensu używać pompy, a bardziej opłaca się włączyć konwencjonalną nagrzewnicę elektryczną lub bojler.

Opinie na temat powietrznych pomp ciepła do ogrzewania są bardzo sprzeczne. Wszystko zależy od regionu ich użytkowania. Warto je stosować w regionach o ciepłych zimach, na przykład w Soczi, gdzie nie ma potrzeby stosowania rezerwowego źródła ciepła w przypadku silnych mrozów. Powietrzne pompy ciepła można również instalować w regionach, w których powietrze jest stosunkowo suche, a temperatura zimą spada do -15°C. Jednak w wilgotnym i zimnym klimacie takie instalacje cierpią z powodu oblodzenia i zamarzania. Sople przyklejające się do wentylatora uniemożliwiają prawidłową pracę całego układu.

Ogrzewanie pompą ciepła: koszt systemu i koszty eksploatacji

Moc pompy ciepła dobierana jest w zależności od funkcji, jakie zostaną jej przypisane. Jeśli tylko ogrzewanie, obliczenia można wykonać w specjalnym kalkulatorze, który uwzględnia straty ciepła budynku. Nawiasem mówiąc, najlepsza wydajność pompy ciepła występuje, gdy straty ciepła w budynku nie przekraczają 80 - 100 W/m2. Dla uproszczenia przyjmujemy, że do ogrzania domu o powierzchni 100 m2, stropach o wysokości 3 m i stratach ciepła 60 W/m2 potrzebna jest pompa o mocy 10 kW. Aby podgrzać wodę, będziesz musiał wziąć jednostkę z rezerwą mocy - 12 lub 16 kW.

Koszt pompy ciepła zależy nie tylko od mocy, ale także od niezawodności i wymagań producenta. Na przykład rosyjska jednostka o mocy 16 kW będzie kosztować 7000 dolarów, a zagraniczna pompa RFM 17 o mocy 17 kW kosztuje około 13 200 dolarów. ze wszystkimi powiązanymi urządzeniami z wyjątkiem kolektora.

Następna linia wydatków będzie układ zbiorników. Zależy to również od mocy instalacji. Przykładowo, dla domu o powierzchni 100 m2, w którym wszędzie zainstalowano podgrzewaną podłogę (100 m2) lub grzejniki o powierzchni 80 m2, a także do podgrzewania wody do +40°C przy wydajności 150 l/godz. trzeba wiercić studnie dla kolektorów. Taki kolektor pionowy będzie kosztować 13 000 USD.

Kolektor na dnie zbiornika będzie kosztować nieco mniej. Na tych samych warunkach będzie kosztować 11 000 dolarów. Lepiej jednak sprawdzić koszt instalacji systemu geotermalnego w wyspecjalizowanych firmach, może się on znacznie różnić. Przykładowo instalacja kolektora poziomego dla pompy o mocy 17 kW będzie kosztować jedynie 2500 USD. A w przypadku powietrznej pompy ciepła kolektor w ogóle nie jest potrzebny.

Łączny koszt pompy ciepła wynosi 8000 USD. Średnio koszt budowy kolektora wynosi 6000 USD. przeciętny.

Miesięczny koszt ogrzewania pompą ciepła obejmuje wyłącznie ogrzewanie koszty energii elektrycznej. Można je obliczyć w następujący sposób: pobór mocy musi być wskazany na pompie. Przykładowo dla wspomnianej pompy o mocy 17 kW pobór mocy wynosi 5,5 kW/h. Łącznie system ciepłowniczy pracuje 225 dni w roku, tj. 5400 godzin. Biorąc pod uwagę fakt, że znajdująca się w nim pompa ciepła i sprężarka pracują cyklicznie, zużycie energii należy zmniejszyć o połowę. W sezonie grzewczym zostanie wydane 5400h*5,5kW/h/2=14850 kW.

Mnożymy liczbę kW wydanych przez koszt energii w Twoim regionie. Na przykład 0,05 USD za 1 kW/godz. W sumie rocznie zostanie wydane 742,5 USD. Za każdy miesiąc, w którym pompa ciepła pracowała na ogrzewanie, kosztuje to 100 USD. koszty energii elektrycznej. Jeśli podzielisz wydatki przez 12 miesięcy, otrzymasz 60 USD miesięcznie.

Należy pamiętać, że im niższy pobór prądu przez pompę ciepła, tym niższe miesięczne koszty. Na przykład istnieją pompy o mocy 17 kW, które zużywają tylko 10 000 kW rocznie (koszt 500 cu). Ważne jest również, aby wydajność pompy ciepła była tym większa, im mniejsza jest różnica temperatur pomiędzy źródłem ciepła a czynnikiem chłodzącym w systemie grzewczym. Dlatego mówią, że bardziej opłaca się instalować ciepłe podłogi i klimakonwektory. Chociaż można również zainstalować standardowe grzejniki z czynnikiem chłodzącym o wysokiej temperaturze (+65 - +95 °C), ale z dodatkowym akumulatorem ciepła, na przykład kocioł z ogrzewaniem pośrednim. Kocioł służy także do dodatkowego podgrzewania ciepłej wody.

Pompy ciepła są korzystne w przypadku stosowania w systemach biwalentnych. Oprócz pompy można zamontować kolektor słoneczny, który w lecie może w pełni zasilić pompę w prąd, gdy pracuje ona w celu chłodzenia. Do ubezpieczenia zimowego można dodać generator ciepła, który będzie podgrzewał wodę do zaopatrzenia w ciepłą wodę oraz grzejniki wysokotemperaturowe.